深度认识Enpirion突破性FPGA电源解决方案

众所周知，Altera在去年做出惊人的跨界收购，意在提速横向整合，掌握高整合电源芯片系统（PowerSoC）核心技术，协助客户解决FPGA电源设计中的挑战。与非网有幸在“Altera 2014年度技术巡展”之际，采访了Altera Enpirion产品中国区高级业务经理张伟超，第一时间了解到Altera与Enpirion“联姻”以来的效果。

联姻结果一：成功解决当前FPGA设计中的五大难题

张伟超从五个方向详细展示了Enpirion产品在FPGA电源设计方面所表现出的独特优势：
挑战一：PCB可用空间有限
在空间有限的PCB板上放置更多的器件以实现更多性能，对电源工程师来说是一个很大的挑战。

Enpirion 产品号称业界集成度最高的电源解决方案，与其他分立开关稳压器和模块相比，极大的减小了负载点稳压所需要的PCB面积和高度，实现最高功率密度和最小外形封装。

  Enpirion产品中国区高级业务经理张伟超

挑战二：企业级、工业级、通信等市场对产品的高可靠性要求
若电源解决方案采用来自多个供应商的分立器件进行设计、组装，由于每个分立器件有自己的使用寿命与工作条件，所以很难保证系统在连续、高强度工作情况下的稳定性与可靠性。

Enpirion PowerSoC是集成电源解决方案，它将很多外围器件集成到产品内部，作为完整的电源系统，进行了专门的仿真测试、特征测试、验证和制造测试，用更少的元器件和严格受控的IC制造工艺，实现高可靠性。

挑战三：客户对最优电源转换率的需求
由于散热、成本等原因，提高电源转换率，为客户提供最优的电源转换效率成为FPGA电源设计中的一个挑战。

Enpirion电源解决方案表现出卓越的高效和热性能。经过优化，PowerSoC效率高达96%，高效的器件达到工业级要求，85ºC环境温度时，大部分不需要负载降额或者气流散热。

挑战四：高速数据传输、RF、锁相环电路对噪声的要求
高速数据传输、RF、锁相环电路相比一般电路对噪声更敏感，它们需要一个“安静”的电源。由于DC-DC电源即开关式电源在工作时会产生大量开关噪声。所以，很多设计者选用效率较低的线性电源。

PowerSoC可以同时解决开关噪声与低转换率的问题，它采用DC-DC电源方案，在保持效率领先的情况下在某些应用上还可以实现与线性电源一样的低噪声性能。

挑战五：工程师资源限制与快速投放市场的需求
由于电源工程师资源紧缺的限制，数字电路设计公司希望购买的电源产品简单且易于开发，加速产品面市。

PowerSoC支持“一站式”设计，开发者只需三个简单的设计步骤，相对于分离开关稳压器显著降低了设计难度、 并极大地缩短了设计时间。针对Altera本身的FPGA产品，如MAX10，客户购买FPGA不需针对电源做额外设计，只需使用Enpirion提供的电源参考设计方案即可。

联姻结果二：业界领先的电源解决方案

三大核心技术带来最优性能

高密度PowerSoC的关键推动力量——Enpirion三大核心技术，即高频IC技术、磁体工程技术、电源封装和构建技术，确保了电源PowerSoC与竞争对手电源模块相比有更好的性能。

高频IC技术——实现PCB最小尺寸
高频率开关IC设计技术，可使器件工作在更高频率（一般工作频率为500k~1M，PowerSoC提供最高工作频率为5M）。外围器件在高工作频率的情况下，尺寸非常小，容易被集成到芯片内部。从而实现PCB尺寸更小。

磁体工程——实现低损耗
得益于Enpirion独特的磁材料与工艺技术，电感可进行定制化设计，不仅易被集成到芯片内部，而且在高频工作情况下，可实现非常低的开关损耗与EMI的辐射。

Enpirion三大核心技术

电源封装和构建——实现更高可靠性
独特的电源封装与构建技术可保证PowerSoC将众多外围器件集成到芯片内部，有效降低器件之间的相互干扰，从而保证电源的可靠性。同时实现低纹波、低噪声。

最优性能展示

低辐射噪声
如下对比图可清晰看到Enpirion电源产品与竞争器件相比，在辐射噪声方面的明显优势。

辐射噪声对比图：Enpirion产品（左）与竞争器件（右）

低纹波
如何在设计系统时,实现更高电源效率、更快负载瞬态响应、更低输出纹波和更小尺寸的完美结合, 一直是系统电源设计人员不断努力追求的目标。如今，Enpirion的PowerSOC方案将卓越的高效率、超稳定性，极快的瞬态响应与创新的电感集成封装技术结 合在一起，确保了系统在整个负载范围的最佳电源密度和热性能，为设计人员提供了理想性能的电源选择。

Enpirion独特的封装设计有助于提供出色的输出纹波性能。 值得注意的是， 在更高带宽范围内测量的Enpirion的输出纹波，比很多竞争对手的产品更为出色。 由于Enpirion的PowerSoC非常小，并且集成了电感，使得当前电流回路的面积显著减小，有利于降低辐射功率。

如下图所示：

500MHz带宽条件下纹波对比图：Enpirion产品（左）与竞争器件（右）

快速动态响应

瞬态响应对比图：Enpirion产品（左）与竞争器件（右）

部分特殊特性展示

• 降低系统功耗的SmartVID特性
• PMBus远程监测器件状态(IOUT, VIN, VOUT, T)
• 高精度差分远程检测
• 自适应数字控制环实现快速瞬间响应

更多PowerSOC产品已经通过汽车工业级规格测试认证，提供更为可靠的品质保证。

联姻结果三：案例展示

MAX 10 FPGA评估套件是一款简单、低成本的设计平台，适用于评估MAX 10 FPGA和Enpirion PowerSoC技术。套件含有10M08SAE144C8G和EP5388，如下图红色标记区域。

MAX 10开发套件电源树，如下图展示。

综上可见，PowerSoC可为计算机、网络和电信、工业和嵌入式、企业存储、测试和测量、光网络等领域提供优质的电源解决方案。Altera与Enpirion的“联姻”为FPGA电源设计带来创新之“源”！