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1. 前言

FPGA（Field Programmable Gate Array）是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

2. 如何为FPGA供电

当我将现场可编程门阵列 (FPGA) 连接到 DC/DC 转换器的输出端时，发现现在 DC/DC的 无法启动。当我用示波器观察电路时，我看到了图 1。输出电压只是没有进入稳压状态。什么地方出了错？

图 1：由于该 FPGA 的高启动负载和非常高的去耦电容，DC/DC 转换器无法调节其输出电压

FPGA 对其电源提出了一些独特的挑战。例如，FPGA 供应商通常需要在其输入电源上使用数百甚至数千微法拉 (μF) 的去耦电容，以在 FPGA 产生的不同频率瞬变之间维持所需的 FPGA 电源电压调节，并减少纹波在电源电压上。

许多 FPGA 还需要特定的启动时间（不太快也不太慢）和启动单调性（V OUT在没有任何向下移动的情况下沿直线达到其设定点）。

除了与 FPGA 相关的设计挑战，越来越多的 FPGA 设计人员还必须为他们的 FPGA 设计电源。

作为 FPGA 专家，其中许多设计人员在电源设计方面经验不足，因此需要一个非常简单的电源——电源模块是显而易见的选择。

电源模块通过集成许多或所有所需的无源元件来实现简单性。需要选择的组件更少，设计时间更快更简单。控制回路补偿是首先集成到电源模块中的功能之一，但这限制了设计的稳定范围——而且由于电容很大，内部补偿的电源模块可能不稳定。

有关稳定性的指导，请参阅器件数据表和应用笔记。TI 的许多TPS82xxx电源模块中使用的DCS-Control拓扑非常稳定，支持各种输出电容。

非常小的电源模块尺寸意味着可以使用的引脚更少。更少的引脚意味着更简单的设备，但也意味着更少的功能。电源模块中通常集成的另一个特性是软启动 (SS) 时间。此时间在某些电源模块（如TPS82085）上内部设置，但可通过其他电源模块（如TPS82130）上的电容器进行编程。可编程 SS 时间通常是满足特定启动时间要求所必需的，这对于启动连接所有电容的电源模块非常有帮助。

TPS82084/5 是经优化的 2A/3A 降压转换器 MicroSiP™模块，兼具小型解决方案尺寸和高效率优势。该电源模块集成有同步降压转换器和电感，可简化设计、减少外部元件并节省印刷电路板 (PCB) 面积。该器件采用紧凑的薄型封装，适合通过标准表面贴装设备进行自动组装。

为了最大限度地提高效率，该转换器以 2.4MHz 的标称开关频率工作在脉宽调制 (PWM) 模式下，并且会在轻负载电流时自动进入节能工作模式。在节能模式下，器件的工作静态电流典型值为 17µA。凭借 DCS-Control 拓扑，该器件可实现出色的负载瞬态性能和精确的输出稳压。器件的 EN 和 PG 引脚支持顺序配置，可带来灵活的系统设计。集成的软启动功能降低了输入电源需要提供的浪涌电流。过温保护和自动切断短路保护功能使得该解决方案稳健而可靠。

薄型 MicroSiP™电源模块

DCS-Control 拓扑

效率高达 95%

17µA 工作静态电流

-40°C 至 125°C 工作温度范围

断续短路保护

2.5V 至 6V 输入电压范围

可调输出电压：0.8V 至 VIN

可实现轻负载效率的省电模式

可实现最低压降的 100% 占空比

输出放电功能

电源正常状态输出

集成软启动，并支持预偏置启动

3.解决问题

但是让我们回到出了什么问题。在图1所示的波形中，驱动FPGA及其电容时DC/DC转换器无法启动。本应用笔记解释了详细信息，但这里是解决问题的各种方法的简短摘要：

· 使用电阻器、电容器、二极管 (RCD) 电路延迟启动斜坡。

· 切换到带有 SS 引脚的 DC/DC 转换器以编程 SS 时间。

· 使用负载开关将 FPGA 与 DC/DC 去耦。