电源 | 电子创新网

可能有些读者会质疑本文的标题，乍一看，说“FPGA的护理和喂养(care and feeding)”似乎完全不合适。然而，对于这种反对意见的答案很简单：英语是一个有趣的语言。虽然人们对于“care and feeding”这一说法何时开始流行莫衷一是，但人们都知道，这个说法起源于简单的农业时代，目前已经被人们普遍使用（滥用），指任何脆弱或不稳定的东西。在本文中，这一说法可谓一针见血。虽然对于FPGA是否需要“喂养”，人们充满争议，但我们可以肯定的是，FPGA的确需要“护理”！

现代FPGA是有史以来最复杂的集成电路之一，它们采用最先进的晶体管技术和顶尖的架构，以实现令人难以置信的灵活性和最高的性能。随着时间的推移和技术的进步，这种复杂性决定了，在用FPGA设计和实现系统时，需要做出某些妥协。这一点在电源中最为明显，FPGA每次更新换代，电源都要提高精度、灵活性、可控性、效率和故障感知能力，还要减小体积。

FPGA电源要求（解读数据手册）

线性稳压器集成电路(IC)将电压从较高电平降至较低电平，且无需电感。低压差(LDO)线性稳压器是一种特殊类型的线性稳压器，其压差（需要保持稳压的输入和输出电压之间的差值）通常低于400 mV。早期的线性稳压器设计提供大约1.3 V的压差，这意味着对于5 V的输入电压，器件进行调节可实现的最大输出仅为3.7 V左右。然而，在当今更复杂的设计技术和晶圆制造工艺条件下，"低"大致定义为<100mV到300mV左右。

此外，虽然LDO稳压器通常是任何给定系统中成本最低的元件之一，但从成本/效益角度来说，它往往是最有价值的元件之一。除了输出电压调节之外，LDO稳压器的另一个关键任务是保护昂贵的后端负载免受恶劣环境条件的影响，例如电压瞬变、电源噪声、反向电压、电流浪涌等。简而言之，其设计必须坚固耐用，包括所有的保护功能，以抑制在保护负载的同时由环境带来的性能影响。许多低成本的LDO线性稳压器因没有必要的保护功能而失效，不仅会对稳压器本身造成损害，而且还会损坏后端负载。

LDO稳压器与其他稳压器的比较

低压降压转换和调节可以通过各种方法来实现。

Tony Armstrong和Steve Knoth ADI 公司

在当今持续运转的世界里，无论外部环境或运行条件如何，许多电子系统持续运行是常见现象。换句话说，系统电源的任何故障，无论是瞬时、以秒计还是以分钟计的故障，都必须在设计过程中加以考虑。处理此类情况的最常见的方式是使用不间断电源(UPS)来弥补这些短暂的停机时间，从而确保系统以高可靠性连续运行。同样，当今有许多应急和备用系统用来为楼宇系统提供备用电源，以保证安保系统和关键设备能够在断电期间（无论根本原因是什么）保持运行。

我们日常生活中使用的无处不在的手持电子设备中可以很容易找到一些明显的例子。由于可靠性至关重要，手持设备采用轻便电源精心设计，可在一般条件下可靠使用。但是，再精心的设计也无法防止人们的误操作。例如，手持便携式扫描设备从工厂工人手中掉下，导致其电池摔出来。这些事件在电子学上是不可预测的，如果没有某种形式的安全网——即某种短期电力保持系统，其中储存有足够的能量来提供备用电源，直到电池被更换或数据存储到永久性存储器中——存储在易失性存储器中的重要数据将会丢失。

许多雷达系统要求低相位噪声以最大限度抑制杂波。高性能雷达需要特别关注相位噪声，导致在降低频率合成器的相位噪声和表征频率合成器部件的相位噪声方面投入了大量的设计资源。

大家知道，为实现低相位噪声性能，尤其是超低相位噪声性能，必须使用低噪声电源才能达到最佳性能。但文献上没有详细说明如何通过一种系统化方法来量化电源噪声电压电平对相位噪声的影响。本文旨在改变这种状况。

本文提出了电源调制比(PSMR)理论，用来衡量电源缺陷如何被调制到RF载波上。通过电源噪声对RF放大器相位噪声的贡献来验证这一理论；测量结果表明，可以计算并且相当准确地预测该贡献。基于此结果，本文还讨论了描述电源特性的系统化方法。

导言和定义

电源调制比与众所周知的电源抑制比(PSRR)相似，但有一个关键不同点。PSRR衡量电源缺陷直接耦合到器件输出的程度。PSMR衡量电源缺陷（纹波和噪声）如何被调制到RF载波上。

在电源设计中，可以手动设置所需的输出电压。在大多数集成电源电路以及开关和线性稳压器IC中，这可以通过分压器来实现。为了能够设置所需的输出电压，两个电阻的阻值比必须合适。

图1所示为一个分压器。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-12/wen_zhang_/100016557-55570-f1.j…; alt=“图1. 电压调节器中的分压器用于调节输出电压。” ></center><center>图1. 电压调节器中的分压器用于调节输出电压。</center>

内部基准电压(VREF)和所需的输出电压决定了电阻的阻值比，参见公式1：

1946年第一台通用计算机在美国诞生，它的占地面积高达170平方米，而如今我们的主机甚至可以做到像一个U盘这么小。作为主机的一部分，PC电源也在不停的进化。今天，我就来简要说说关于PC电源内部电路设计的主要进化路线。

重温电源PCB结构

作者：贸泽电子Rudy Ramos

电容器可用于提供重要的穿越（ride-through）（或保持）能量，或用于减小电源转换电路中的纹波及噪声。选择正确类型的电容器可能会对系统的总体尺寸、成本和性能产生深远的影响。本文将讨论一些常见应用中薄膜和电解电容器的优势。

薄膜和电解电容器：基本比较

薄膜电容器具有低的等效串联电阻（ESR），因而具有良好的纹波电流处理能力以及高浪涌电压额定值和自愈性能，是电动汽车、可再生能源、以及工业驱动器等重要应用中许多功率调节任务的强有力竞争者。薄膜电容器特别适用于不需要保持（或穿越）的场合，例如在停电或线路频率波动峰值之间，需要在高可靠性和低损耗前提下提供或吸收大的高频纹波电流。

薄膜电容器也非常适合运行在高直流总线电压的应用，以最大限度地减少电阻损耗。由于铝电解电容器只能提供额定值高达约550V的电压，因此工作在更高电压下的应用需要将多个器件串联，之后有必要通过选择具有匹配值的电容器来防止电压不平衡，这种方法既昂贵又耗时；或者增加电压平衡电阻器，这会增大额外的能量损失和BOM成本。