对于基于FPGA的电路板而言，需要四至五个不同的低压电源对不同元件供电在现已经非常普遍。从最开始的3.3V，然后逐步降至2.5V、1.8V、1.5V，现在的低压仅为1.2V。每个新一代FPGA似乎都需要一个新的低电源电压。

除此之外，新的通信和内存技术(如DDR 内存和DDR-2)还需要额外的新I/O电源电压和终端电压。现在，基于FPGA的电路板经常需要四至五个不同的低电压来为不同的元件供电。

同时，CMOS门数的增加和时钟速度的提高导致了功率要求的提高。例如，Altera公司在其FPGA的Stratix/Stratix GX产品系统中提供了14个不同产品。在所需的功率方面，100 MHz下最小的FPGA时钟所需的核心逻辑的峰值功率小于1.5 W，然而当时钟速度为300 MHz时，最大的FPGA时钟所需的核心逻辑的峰值功率却将近21W。

这些趋势使电路板设计者不得不使用更多而且性能更好的电源。值得庆幸的是，最新一代的低压电源管理IC完全能够满足这些高性能电路板提出的要求。

最新一代FPGA的功率要求

FPGA价值的重要部分是其灵活性。例如，上述Stratix/Stratix GX产品系列的功能范围从10,570个逻辑元素(LE)扩展到79,000 个LE以上。 LE的数量以及同时使用的内部区块决定了峰值门的使用情况。随着开关频率和工作电压的变化，它设定了峰值功率的使用情况，这大部分取决于总的系统要求。所有主要的FPGA提供商都有在线“功率估算器”，它要求客户描述有关使用的区块和开关效率等方面的设计情况，然后使用这些数据作为输入来计算应该使用的电源电流和功率。

由于在生成硬件之前，门级设计通常还未最终确定，所以基于FPGA的电路板的设计者往往无法确定系统的实际功率要求。(FPGA的灵活性就可避免这一不确定性，所以工程师应充分利用这一点！)电源设计者的另一主要问题涉及动态负载要求或瞬态性能。FPGA负载可能会迅速从不活跃的低电流状态进入全速处理状态(反之亦然)，并且需要维护准确的调节。类似于此类情况的瞬态情况通常不在公司功率计算器的计算之内，因此电路板的设计者必须将最差情况的瞬态估算在内，并相应地设计电源电路。

1.核心逻辑功率

在较大的FPGA中，逻辑核心的电流要求通常也最高?D?D多达几十安培，这取决于使用的门数和时钟频率。就积极的一面而言，一旦选定了FPGA产品系列，核心逻辑电源电压就设定了(例如，如表所示)。该核心逻辑电源已被Xilinx和Altera公司指定为V_CCINT。

最大电流估算在FPGA功率应用指南中有所描述，也可以使用在线功率估算器来计算。这些最大电流估算有助于硬件工程师设计出满足其设计的充足电源，即使FPGA中的区块使用情况和设计未最终确定。

2.I/O功率

在最新一代的FPGA中，提供了电压级别要求不同的15个以上的I/O标准。但是，通常需要的电压为1.5V、1.8V、2.5V或3.3V，这取决于I/O标准。因为I/O标准可根据FPGA中的I/O区块独立设定，所以单个FPGA可能有多个I/O电压。I/O电流要求取决于所使用的I/O数和时钟速度。

即使是最大的FPGA，I/O电流也通常都小于3 A(如果通常电压高于核心逻辑，则功率可能仍然高达10 W)。由于FPGA所需的I/O电压由与FPGA连接的设备确定，所以FPGA的I/O产生的电源通常能够共享地给连接设备的I/O和其他可能的电路供电。

3.V_AUX功率

“辅助”电源对于最新一代的Xilinx FPGA而言非常重要，这是因为它连结到JTAG、DCM和其他电路中。它被指定为V_CCINT，通常为2.5V或3.3V。V_CCINT必须充分去耦，以避免电源与FPGA的时钟发生瞬时耦合

由于这些功率要求，电源必须产生至少一个3.3V以下的电压，通常产生两到三个3.3V以下电压。通常情况下，这表示使用开关降压调节器或者从较高电压总线(当前最常用的为+3.3、+5或+12V)降至所需的低电压。

但是线性调节器本身的效率就不高，这是因为它们通过可变电阻(传输晶体管)降压。因此，负载电流乘以压降等于设备消耗的功率。在最新一代的FPGA所需的电流级别，还可以产生大量热。在电池供电系统中，效率通常是使用开关调节器(而不是线性调节器)的驱动要求。在插座供电系统中，有关热的注意事项往往使设计者改用开关调节器，而不使用线性调节器。

例如，假设完全使用的XilinxVirtex-II XC2V250时钟频率为100MHz，或者假设Altera Cyclone EP1C20时钟频率为175MHz，由5V输入电压供电,则所需的功率为：

V_CCINT=1.5VI_CCINT=1.1A(近似值)对于线性调节器：Power_Linear=I_OUT(V_IN-V_OUT)=1.1×(5-1.5)=3.85W采用T0-263封装的LM317S的温度为217°C(50°C/W，假设铜面积为0.5平方英寸)。

对于开关型DC-DC调节器(EL7562 2A调节器)：效率=87%；功率损耗=0.22 W；封装温度=40°C(0.5平方英寸的印刷电路板面积)。

脉冲宽度调制(PWM)开关调节器的效率本身就比较高，这是因为它们是通过低电阻电源MOSFET传输电流的。另外，电压是通过电感器“降低”的。即使其输入和输出电压相差非常之大并且当前电流要求小至几毫安或者高达100A，开关也可以将PowerOUT/PowerIN的效率维持在90%以上。

作者：John Krehbiel，Ross Staffhorst，Intersil公司