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IX
POWER 13 -
APRILE 2017
FPGA
il progettista può iniziare lo sviluppo dell’architettura del
sistema di alimentazione.
I vantaggi dei moduli di potenza
Nelle applicazioni odierne, dove gli ingombri rappresen-
tano un elemento critico, un progettista deve valutare
lo spazio fisico disponibile e determinare se ve ne sia a
sufficienza per ospitare l’intero progetto meccanico. Ad
esempio, potrebbe essere richiesta l’aggiunta di ventole
per il raffreddamento ad aria forzata, un elemento questo
che ha un notevole impatto sull’efficienza di conversione
dell’alimentatore nel suo complesso. Il progettista deve
anche valutare l’area a disposizione per un’alimentazione
a elevata potenza e determinare se è possibile, dal punto
di vista fisico, integrare una soluzione discreta oppure op-
tare per un modulo regolatore di potenza compatto e otti-
mizzato in termini di spazio. Anche se i progetti di natura
discreta sono stati a lungo considerati come un’opzione
potenzialmente a basso costo, i moduli di potenza si stan-
no rapidamente affermando come un’alternativa migliore
in termini di costi, ingombri e prestazioni. In ogni caso,
ricavare lo spazio richiesto da un circuito discreto necessa-
rio per un’alimentazione a 0,95 VDC/60A potrebbe sem-
plicemente non essere possibile (Fig. 1).
Il progettista deve inoltre far riferimento al datasheet del-
l’FPGA oppure alle note applicative che riportano le linee
guida per la connessione dei
pin specifici per i termina-
li del core e dei transceiver.
Tali informazioni fornisco-
no informazioni dettagliate
relative alla tolleranza della
regolazione della linea, le
specifiche di temperatura e
la risposta ai transitori richie-
sta dai singoli terminali di
alimentazione del dispositi-
vo. Inoltre è necessario pre-
stare attenzione nella scelta
dei regolatori richiesti per i transceiver e il
core dell’FPGA. In funzione della tensione
di alimentazione delle rete, potrebbe essere
richiesta o meno la presenza di un converti-
tore di bus intermedio (IBC – Intermediate
Bus Converter). Nel caso dei dispositivi del-
la serie Arria 10 GX di Intel PSG, le linee
guida per i collegamenti dei pin di potenza
forniscono anche suggerimenti sulla moda-
lità di erogazione della potenza ai dispositi-
vi, indicando le opzioni relative al numero
di regolatori utilizzati. La tensione di ali-
mentazione del core per questo dispositivo
è 0,9 VDC con una tolleranza di +/-30 mV.
Nella figura 2 è riportato lo schema di alimentazione di
un dispositivo della serie Arria 10 GX che prevede l’uso
di due regolatori. Lo schema del “power tree” deve anche
fornire il raggruppamento delle sequenze di power up/
power down richiesto. Nell’esempio appena riportato la
tolleranza è dell’ordine dell’1,5% (o migliore) per cui il
progettista deve individuare i moduli di potenza adatti per
conseguire tale obiettivo. Per garantire i massimi livelli di
flessibilità e controllo della variazione della conversione
di potenza, è meglio scegliere moduli regolatori a control-
lo digitale che forniscono un valido ausilio nelle operazio-
ni di power up/power down e permettono di eseguire in
modo semplice un monitoraggio completo. I componenti
la serie EN63xx di Enpirion sono un esempio di moduli
regolatori. Questi dispositivi prevedono un convertito-
re DC-DC step-down ad alta efficienza con un induttore
integrato e garantiscono una combinazione ottimale tra
densità di potenza ed efficienza di conversione. Il disposi-
tivo EN6362QI, ad esempio, è un convertitore da 6A che
ospita commutatori di potenza, induttore, circuito per il
pilotaggio del gate, controllore e circuito di compensa-
zione in un package di dimensioni pari a soli 8x8 mm.
L’elevata efficienza di conversione permette a EN6362QI
di erogare una corrente di funzionamento continua di 6A
nell’intero intervallo di temperatura industriale.
Una volta scelti i regolatori per il core e i transceiver, gli
altri regolatori che compon-
gono il “power tree” posso-
no essere selezionati in base
agli altri parametri chiave. È
possibile raggruppare tutti i
requisiti relativi alla potenza
come illustrato in figura 4.
A questo punto bisogna cal-
colare l’efficienza di ciascun
regolatore al fine di determi-
nare se è necessario ricorre-
re alla potenza fornita da un
convertitore IBC.
Fig. 2
– Esempio di uno schema di alimentazione che utilizza due regolatori (Fonte: Enpirion)
Fig. 3
– Un esempio di modulo regolatore –Enpirion EN63
(Fonte: Enpirion)