1.8 電源管理

本節將介紹功耗、可編程電源技術、電源傳感線功能、片上電壓傳感器、溫度傳感二極管，以及上電/斷電順序要求。

1.8.1 功耗

Cyclone 10 GX器件的總功耗由下面兩部分構成。

（1）靜態功耗。上電后配置的器件所消耗的功率，此時并沒有運行用戶時鐘。

（2）動態功耗。器件由于信號活動或切換而產生的額外功耗。

下面的等式用于計算動態功耗，即

式中，P 為功率，C 為負載電容，V 為供電電壓，f 為時鐘頻率和在每個時鐘數據的切換速度。該式說明功率和設計相關，由設計的工作頻率決定。通過使用高級過程優化，最小化Cyclone 10 GX器件的靜態功耗和動態功耗。

1.8.2 可編程電源技術

Cyclone 10 GX器件提供了配置一部分內核的能力，稱為瓦片（Tile），用于高速或低功耗工作模式。該配置由 Quartus 軟件自動執行，無須用戶介入。將瓦片設置為高速或低功耗模式是通過片上電路實現的，不要求提供額外的電源。在一個設計編譯中，Quartus 軟件根據設計的時序約束來決定瓦片是否應處于高速或低功耗模式。

Cyclone 10 GX器件的瓦片由下面構成，包括：

（1）到MLAB/LAB對的布線；

（2）包含布線到MLAB/LAB對，以及相鄰的DSP/存儲器布線；

（3）TriMatrix存儲器塊；

（4）DSP塊。

與瓦片相關的所有塊和布線共享相同的設置，即高速或低功耗模式。默認，包含 DSP塊或存儲器塊的瓦片被設置為高速模式用于最優的性能。沒用的 DSP 塊和存儲器塊設置為低功耗以最小化靜態功耗。對于未使用的 M20K 塊，通過禁止 VCCERAM，使其進入休眠模式，以減少靜態功耗。時鐘網絡不支持可編程的功耗技術。

利用可編程電源技術，與沒有可編程電源技術的FPGA器件相比，速度更快的FPGA器可能需要更少的靜態功耗。對于帶有可編程電源技術的器件，關鍵路徑只是設計的一小部分。因此，在高速模式下，高速MLAB和LAB對很少。對于沒有可編程電源技術的器件，整個FPGA器件都必須過度設計，以滿足關鍵路徑的時序要求。

Quartus 軟件將設計中沒有使用的資源設置為低功耗模式，以降低靜態功耗。當下面資源在設計中沒有使用時，軟件將它們設置為低功耗模式，包括LAB和MLAB、TriMatrix存儲器塊和DSP塊。

如果在設計中例化了PLL，則可以使areset引腳為高電平，使PLL處于低功耗模式。

1.8.3 電源傳感線

Cyclone 10 GX器件支持電源傳感線功能。VCCLSENSE和GNDSENSE引腳是差分遠程傳感引腳，用于檢測VCC的供電電壓。

Intel建議連接VCCLSENSE和GNDSENSE引腳用于管理器，它支持電源傳感線功能。要將 VCCLSENSE 和 GNDSENSE 線連接到管理器的遠程傳感輸入，VCC 或 VCCP 必須大于30A。

1.8.4 片上電壓傳感器

Cyclone 10 GX器件支持片上電壓傳感器。電壓傳感器支持用6位數字表示觀察到的模擬信號。電壓傳感器監視兩個外部的差分輸入和 5 個內部供電電壓，如圖 1.96 所示。要獲得模數轉換器（ADC）輸入，VCCPT 電壓除以 2。要獲得實際的 VCCPT 電壓值，將 ADC的輸出乘以2。

ADC的轉換速度為500ksps。當使用多個通道時，每個通道的速度相應降低。

注

（1）VREFP_ADC 引腳消耗非常小的電流，大部分電流的消耗歸結于漏電流，它小于10μA。對于VREFN_ADC引腳，電流小于0.1mA。對于更好的 ADC 性能，將 VREFP_ADC 和 VREFN_ADC 引腳連接到外部1.25V精確參考源（±0.2%）。通過將 VREFP_ADC 引腳連接到GND，可以激活片上基準源（±10%）。將 VREFN_ADC 看作一個模擬信號，同時VREFP_ADC 信號提供 1.25V 電壓。如果沒有提供外部參考源，將VREFP_ADC和VREFN_ADC連接到GND。

注

（2）在單極性輸入模式下，VSIGP引腳上相對于VSIGN引腳測量的電壓必須始終為正。VSIGP 輸入必須始終由外部模擬信號驅動。VSIGN引腳連接到本地接地或共模信號。

（3）在用戶模式期間，可以實現一個軟IP核來訪問電壓傳感器模塊。要從核邏輯訪問電壓傳感器塊，需要在設計中包含WYSIWYG原子。

1.8.5 溫度傳感二極管

Cyclone 10 GX器件的溫度傳感二極管（Temperature Sensing Diode，TSD）使用了一個PN 結二極管的特性來確定芯片溫度。了解結溫對于熱管理至關重要?？梢允褂铆h境溫度或外殼溫度，結至環境溫度（ja）或結至外殼（jc）熱阻，以及器件功耗來計算結溫。Cyclone 10 GX 器件采用內置 ADC 電路的內部 TSD 或帶外部溫度傳感器的外部 TSD 監控芯片溫度。這允許控制到設備的氣流。

1.8.6 上電/斷電順序要求

Cyclone 10 GX器件的電源軌被分成3組。

（1）第1組，包括VCC、VCCP、VCCERAM、VCCR_GXB和VCCT_GXB。

（2）第2組，包括VCCPT、VCCH_GXB和VCCA_PLL。

（3）第3組，包括VCCPGM和VCCIO。

上電順序依次為第1組、第2組和第3組。對于Cyclone 10 GX器件，如果第2組和第3組共享相同的電平，則可以將第2組和第3組的電源組合在一起。

斷電順序依次為第3組、第2組和第1組。