FPGA选型--电源设计（详细讲解了电源设计过程）-Toy模板网

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备注：本次设计以XCZU28DR-2FFVG1517E为例，其他系列的电源设计类似。

1 简介

赛灵思 Zynq® UltraScale+™ RFSoC 支持 -2 和 -1 速度等级，其中 -2E 器件性能最高。-2LE 和 -1LI 器件可以 0.85V 或 0.72V 的 VCCINT 电
压工作，专为实现更低的最大静态功耗而设计。使用以 VCCINT = 0.85V 工作的 -2LE 和 -1LI 器件时，L 器件的速度规格与 -2I 或 -1I 速度
等级相同。以 VCCINT = 0.72V 工作时，-2LE 和 -1LI 器件的性能以及静态和动态功耗都将下降。
DC 和 AC 特性按以下温度范围来指定：扩展级 (E)、工业级 (I) 和军工级 (M)。除正常工作的温度外或者除非另行说明，否则特定速度等级
的所有 DC 和 AC 电气参数都相同（即，-1 速度等级的扩展级器件的时序特性与 -1 速度等级的工业级器件相同）。但在每个温度范围
内，仅限选定的速度等级和/或器件才可用。
本数据手册中的 XQ 参考信息仅适用于 XQ 加固型封装中可用的器件。请参阅《军用级 UltraScale 架构数据手册：简介》 (DS895)，以获
取有关 XQ 军用级器件编号、封装和订购的更多信息。
所有供电电压和结温规格均代表最差情况下的规格。所含参数为常用设计和典型应用的公用参数。

1 绝对最大额定值

1.1 处理器系统 (PS)

标识	描述	最小值	最大值	单位
VCC_PSINTFP	PS 主逻辑全功耗域供电电压	-0.500	1.000	V
VCC_PSINTLP	PS 主逻辑低功耗域供电电压	-0.500	1.000	V
VCC_PSAUX	PS 辅助供电电压	-0.500	2.000	V
VCC_PSINTFP_DDR	PS DDR 控制器和 PHY 供电电压	-0.500	1.000	V
VCC_PSADC	GND_PSADC 相关的 PS SYSMON ADC 供电电压	-0.500	2.000	V
VCC_PSPLL	PS PLL 供电电压	-0.500	1.320	V
VPS_MGTRAVCC	PS-GTR 供电电压	-0.500	1.000	V
VPS_MGTRAVTT	PS-GTR 终端电压	-0.500	2.000	V
VPS_MGTREFCLK	PS-GTR 参考时钟输入电压	-0.500	1.100	V
VPS_MGTRIN	PS-GTR 接收器输入电压	-0.500	1.100	V
VCCO_PSDDR	PS DDR I/O 供电电压	-0.500	1.650	V
VCC_PSDDR_PLL	PS DDR PLL 供电电压	-0.500	2.000	V
VCCO_PSIO	PS I/O 供电电压	-0.500	3.630	V
VPSIN	PS I/O 输入电压	-0.500	VCCO_PSIO + 0.550	V
VPSIN	PS DDR I/O 输入电压	-0.500	VCCO_PSDDR + 0.550	V
VCC_PSBATT	PS 电池供电式 RAM 和电池供电式实时时钟 (RTC) 供电电压	-0.500	2.000	V

1.2 可编程逻辑（PL）

标识	描述	最小值	最大值	单位
VCCINT	内部供电电压	-0.500	1.000	V
VCCINT_IO	I/O bank 的内部供电电压	-0.500	1.000	V
VCCAUX	辅助供电电压	-0.500	2.000	V
VCCBRAM	块 RAM 存储器的供电电压	-0.500	1.000	V
VCCO	HD I/O bank 的输出驱动供电电压	-0.500	3.400	V
VCCO	HP I/O bank 的输出驱动供电电压	-0.500	2.000	V
VCCAUX_IO	I/O bank 的辅助供电电压	-0.500	2.000	V
VREF	输入参考电压	-0.500	2.000	V
VIN	HD I/O bank 的 I/O 输入电压	-0.550	VCCO + 0.550	V
VIN	HP I/O bank 的 I/O 输入电压	-0.550	VCCO + 0.550	V
IDC	焊盘可用输出电流	-20	20	mA
IRMS	焊盘可用 RMS 输出电流	-20	20	mA

1.3 GTY收发器

标识	描述	最小值	最大值	单位
VMGTAVCC	收发器电路的模拟供电电压	-0.500	1.000	V
VMGTAVTT	收发器终端电路的模拟供电电压	-0.500	1.300	V
VMGTVCCAUX	收发器的辅助模拟四通道 PLL (QPLL) 供电电压	-0.500	1.900	V
VMGTREFCLK	收发器参考时钟绝对输入电压	-0.500	1.300	V
VMGTAVTTRCAL	收发器列的电阻校准电路的模拟供电电压	-0.500	1.300	V
VIN	接收器 (RXP/RXN) 和发射器 (TXP/TXN) 绝对输入电压	0.500	1.200	V
IDCIN-FLOAT	接收器输入引脚 DC 耦合 RX 终端的 DC 输入电流 = 浮动	N.A	10	mA
IDCIN-MGTAVTT	接收器输入引脚 DC 耦合 RX 终端的 DC 输入电流 = VMGTAVTT	N.A	10	mA
IDCIN-GND	接收器输入引脚 DC 耦合 RX 终端的 DC 输入电流 = GND	N.A	N.A	mA
IDCIN-PROG	接收器输入引脚 DC 耦合 RX 终端的 DC 输入电流 = 可编程	N.A	N.A	mA
IDCOUT-FLOAT	发射器引脚 DC 耦合 RX 终端的 DC 输出电流 = 浮动	N.A	6	mA
IDCOUT-MGTAVTT	发射器引脚 DC 耦合 RX 终端的 DC 输出电流 = VMGTAVTT	N.A	6	mA

VCCINT_IO 必须连接到 VCCBRAM。

VCCAUX_IO 必须连接到 VCCAUX。

针对 RX 终端 = 浮动，不支持 AC 耦合操作。

对于 GTY 收发器，针对 RX 终端 = GND，不支持 DC 耦合操作。

针对 RX 终端 = 可编程，不支持 DC 耦合操作。

2 推荐工作电压

2.1 处理器系统

标识	描述	最小值	典型值	最大值	单位
VCC_PSINTFP	PS 全功耗域供电电压	0.808	0.850	0.892	V
VCC_PSINTFP	对于 -1LI、-2LI 和 -2LE (VCCINT = 0.72V) 器件：PS 全功耗域供电电压	0.808	0.850	0.892	V
VCC_PSINTLP	PS 低功耗域供电电压	0.808	0.850	0.892	V
VCC_PSINTLP	对于 -1LI、-2LI 和 -2LE (VCCINT = 0.72V) 器件：PS 低功耗域供电电压	0.808	0.850	0.892	V
VCC_PSAUX	PS 辅助供电电压	1.710	1.800	1.890	V
VCC_PSINTFP_DDR	PS DDR 控制器和 PHY 供电电压	-0.500		1.000	V
VCC_PSINTFP_DDR	对于 -1LI、-2LI 和 -2LE (VCCINT = 0.72V) 器件：PS DDR 控制器和PHY 供电电压	-0.500		1.000	V
VCC_PSADC	GND_PSADC 相关的 PS SYSMON ADC 供电电压	1.710	1.800	1.890	V
VCC_PSPLL	PS PLL 供电电压	1.164	1.200	1.236	V
VPS_MGTRAVCC	PS-GTR 供电电压	0.825	0.850	0.875	V
VPS_MGTRAVTT	PS-GTR 终端电压	1.746	1.800	1.854	V
VCCO_PSDDR	PS DDR I/O 供电电压	1.06	N.A	1.575	V
VCC_PSDDR_PLL	PS DDR PLL 供电电压	1.710	1.800	1.890	V
VCCO_PSIO	PS I/O 供电电压	1.710	N.A	3.465	V
VPSIN	PS I/O 输入电压	-0.200	N.A	VCCO_PSIO + 0.200	V
VPSIN	PS DDR I/O 输入电压	-0.200	N.A	VCCO_PSDDR + 0.200	V
VCC_PSBATT	PS 电池供电式 RAM 和电池供电式实时时钟 (RTC) 供电电压	1.200	N.A	1.500	V

2.2 可编程逻辑

标识	描述	最小值	典型值	最大值	单位
VCCINT	PL 内部供电电压	0.825	0.850	0.876	V
VCCINT	对于 -1LI、-2LI 和 -2LE (VCCINT = 0.72V) 器件：PL 内部供电电压	0.698	0.720	0.742	V
VCCINT_IO	I/O bank 的 PL 内部供电电压	0.825	0.850	0.876	V
VCCINT_IO	对于 -1LI、-2LI 和 -2LE (VCCINT = 0.72V) 器件：I/O bank 的 PL 内部供电电压	0.825	0.850	0.876	V
VCCBRAM	块 RAM 存储器的供电电压	0.825	0.850	0.876	V
VCCAUX	辅助供电电压	0.825	0.850	0.876	V
VCCO	HD I/O bank 的输出驱动供电电压	1.140	N.A	3.400	V
VCCO	HP I/O bank 的输出驱动供电电压	0.950	N.A	1.900	V
VCCAUX_IO	辅助 I/O 供电电压	1.746	1.800	1.854	V
VIN	I/O 输入电压	-0.200	N.A	VCCO + 0.200	V
IIN	对钳位二极管进行正向偏置时，流经已上电 bank 或未上电 bank 中的任意 PL 引脚或 PS 引脚的最大电流	N.A	N.A	10	mA

2.3 GTY收发器

标识	描述	最小值	典型值	最大值	单位
VMGTAVCC	GTY 收发器的模拟供电电压	0.873	0.900	0.927	V
VMGTAVTT	GTY 发射器和接收器终端电路的模拟供电电压	1.164	1.200	1.236	V
VMGTVCCAUX	收发器的辅助模拟 QPLL 供电电压	1.746	1.800	1.854	V
VMGTAVTTRCAL1	GTY 收发器列的电阻校准电路的模拟供电电压	1.164	1.200	1.236	V

所有电压都与 GND 相关。

如需了解配电系统的设计，请参阅《UltraScale 架构 PCB 设计用户指南》 (UG583)。

VCC_PSINTFP_DDR 必须绑定到 VCC_PSINTFP。

列出的每项电压都必须按《UltraScale 架构 PCB 设计用户指南》 (UG583) 中所述进行滤波。

VCCO_PSDDR 值包括 1.2V、1.35V、1.5V (±5%) 和 1.1V +0.07V/-0.04V，取决于特定存储器标准所需的容限。

适用于所有 PS I/O 供电 bank。VCCO_PSIO 值包括 1.8V、2.5V 和 3.3V (±5%)。

如果不使用电池供电式 RAM 或 RTC，请将 VCC_PSBATT 连接到 GND 或 VCC_PSAUX。在未使用的 VCC_PSBATT 上可接受 VCC_PSAUX 最大值 1.89V。

VCCINT_IO 必须连接到 VCCBRAM。

VCCO 值包括 1.0V（仅限 HP I/O）、1.2V、1.35V、1.5V1.8V、2.5V（仅限 HD I/O）(±5%) 和 3.3V（仅限 HD I/O）(+3/–5%)。

VCCAUX_IO 必须连接到 VCCAUX。

始终适用较低的绝对电压规格。

每个 bank 不得超过总计 200 mA。

列出的每项电压都必须按《UltraScale 架构 GTY 收发器用户指南》 (UG578) 中所述进行滤波。

针对 3V 终端，RF-DAC 输出电流摆幅必须设置为 32 mA。

赛灵思建议将 VCCINT_AMS 连接到 VCCBRAM。

VCCSDFEC 必须连接到 VCCBRAM。

3 推荐工作温度

FPGA选型--电源设计（详细讲解了电源设计过程）

4 可用速度等级与工作电压

FPGA选型--电源设计（详细讲解了电源设计过程）

5 电源时序

5.1 PS 上电/断电电源排序

低功耗域 (LPD) 正常运作后，全功耗域 (FPD) 方可正常运行。低功耗域和全功耗域可同时上电。按上电顺序运行期间，PS_POR_B 输入必须断言为 GND（请参阅表 37）。使用 FPD 时，它必须先上电，然后才能释放 PS_POR_B。
1 此处列出的低功耗域 (LPD) 推荐上电顺序旨在实现最低电流汲取并确保上电时 I/O 处于三态状态。推荐的断电顺序与上电顺序相反。

VCC_PSINTLP

VCC_PSAUX、VCC_PSADC 和 VCC_PSPLL，按任意顺序或同时执行。

VCCO_PSIO

此处列出的全功耗域 (FPD) 推荐上电顺序旨在实现最低电流汲取并确保上电时 I/O 处于三态状态。推荐的断电顺序与上电顺序相反。

VCC_PSINTFP 和 VCC_PSINTFP_DDR 从相同供电电源驱动。

VPS_MGTRAVCC 和 VCC_PSDDR_PLL，按任意顺序或同时执行。

VPS_MGTRAVTT 和 VCCO_PSDDR，按任意顺序或同时执行。

5.2 PL 上电/断电电源排序

推荐上电顺序为 VCCINT、VCCINT_IO/VCCBRAM、VCCAUX/VCCAUX_IO 和 VCCO，这样即可实现最低电流汲取并确保上电时 I/O 处于三态。推荐的断电顺序与上电顺序相反。如果 VCCINT 和 VCCINT_IO/VCCBRAM 的推荐电压电平相同，那么可使用相同电源为其供电并同步执行缓升。VCCINT_IO 必须连接到 VCCBRAM。如果 VCCAUX/VCCAUX_IO 和 VCCO 的推荐电压电平相同，那么可使用相同电源为其供电并同步执行缓升。VCCAUX 和 VCCAUX_IO 必须连接在一起。VCCADC 和 VREF 可随时上电，无上电顺序要求。VADC_AVCC、VADC_AVCCAUX、VDAC_AVCC、VDAC_AVCCAUX 和 VDAC_AVTT 可随时上电，无上电顺序要求。
为 GTY 收发器实现最小电流汲取的推荐上电顺序为 VCCINT、VMGTAVCC、VMGTAVTT 或 VMGTAVCC、VCCINT、VMGTAVTT。针对 VMGTVCCAUX不存在推荐的排序。VMGTAVCC 和 VCCINT 均可同时执行电源缓升。推荐的断电顺序与实现最小电源汲取的上电顺序相反。如果不满足这些推荐的顺序，那么上电和断电期间从 VMGTAVTT 汲取的电流可能高于相应的规格。