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Xilinx Artix7 FPGA供電電壓

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Artix7 FPGA的供電電壓大致可以分為三個大的種類: FPGA邏輯電壓、GTP高速串行收發器電壓和XADC電壓。FPGA邏輯電壓包括內核電壓、輔助電壓、Block RAM電壓和IO電壓四種;GTP電壓有GTP收發器電壓和GTP收發器終端電壓兩種;XADC電壓有XADC供電電壓和XADC外部輸入參考電壓兩種。這八種電壓並不一定全部都要單獨供電,比如內核電壓和Block RAM電壓就可以一起供電。

一. FPGA Logic Voltage

FPGA邏輯電壓信息如下圖所示:

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1.1 IO供電電源

從上圖中我們可以看出,內核電壓VCCINT、輔助電壓VCCAUX和Block RAM電壓VCCBRAM三種電壓的範圍都在Typ±1%以內,但是IO電源VCCO卻是一個從1.14V~3.465V的範圍,這個明顯不是IO電源的誤差範圍,而是因為Artix7 FPGA的IO管腳支持不同的電平標準。

Xilinx的7系列FPGA有兩種IO Bank:HP(High Performace)和HR(High Range)。Virtex7部分型號的器件僅部分型號帶有HR類型的IO Bank,全部型號都帶有HP類型的IO Bank;Kintex7器件同時支持HR和HP兩種IO Bank;Artix7和Spartan7僅有HR類型的IO Bank。

HR和HP兩種類型的IO Bank支持的電平標準如下兩圖所示:

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在使用Xilinx的綜合工具(ISE或Vivado)對Artix7器件進行開發時,如果不在約束文件裏聲明管腳類型,默認使用3.3V電平標準。

另外,Artix7 FPGA的每個IO Bank 都可以單獨供電,也就是說,不同的IO Bank可以使用不同的電平標準。外部信號輸入FPGA的電平、IO Bank供電電壓和約束文件裏聲明必須一致,不然輕則導致整個FPGA系統不能正常工作,重則導致FPGA器件甚至更大範圍的器件損毀。

1.2 內核電壓、Block RAM電壓和輔助電壓

FPGA的內核一般就是指FPGA內部的工作邏輯,內核電壓即為內部邏輯的工作電壓,一般情況下整個FPGA器件功耗的大頭就是內核功耗。一般器件的內核電壓為1.0V,低功耗器件的內核電壓要更低一些。

Block RAM電壓即為FPGA內部的Block RAM資源的工作電壓。關於Block RAM資源,以前看過一些Spartan6 FPGA的資料,7系列的資料只是大致瀏覽了一下,發現變化好像不是很大。

輔助電壓這東西我一直都不是很明白使用來幹什麽的,如果有路過的大神明白,還請不吝賜教。

二. GTP電壓和XADC電壓

2.1 GTP電壓

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這倆電壓是Artix7 FPGA GTP資源工作的必要電壓,有專門的供電腳。

GTP對電源噪聲的要求稍微有點高:電源紋波峰峰值不能超過10mV,不然就會影響性能。

關於GTP資源更多的信息,目前還在看相關資料,看完之後會整理出一個筆記來。

2.2 XADC電壓

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這倆電壓跟上面說的幾個電壓是不共地的,具體情況還得等我看完相關文檔之後再做總結,這裏就先把電壓放這。

三.上電序列

上面提到的各類電源如果隨隨便便懟上去是會出問題的,上電基本法如下:

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靈魂畫師說的就是我啊~~~~~

內核電壓必須首先到達指定壓值,這個跟上電配置過程有關系,內核在上電配置器件會將所有IO都設置為三態模,具體情況之後會單獨寫一個關於FPGA配置過程的筆記。

對GTP功能的電壓要求主要是為了獲得最小消耗電壓。

Xilinix官方開發板達成上電序列要求的方法是:各個電壓都有外部輸入的12V電壓經各種電源芯片一起轉換,然後用電源管理芯片UCD90120A來產生電源芯片的使能信號,控制上電過程。

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