FPGA最小系统的数字电源设计

125收稿日期:2020-06-05作者简介:周柳娜(1983—),女,壮族,广西都安人,硕士,讲师,研究方向:电气工程、电子信息。

1 背景意义直流电机良好的启动性和灵活的调速特性,在国民经济发展过程中起着不可替代的作用。

随着直流电动机应用场景的复杂化,功能单一的直流电动机测速与控制系统已不能满足实际需求,为适应各行业发展,设计一款可以迅速完成电机加/减等复杂控制功能的直流电机测速与控制系统势在必行。

2 系统总体设计分析系统包含多个功能模块,各个功能模块间存在控制信息和数据信息的交换,设计中控制信息由各模块的端口进行交换,而数据信息的交换本设计主要采用的是异步串口通信方式[2]。

如图1系统设计结构无刷直流电机控制系统主要由两部分组成,包括有ARM(STM32F103RCT6)为核心的算法模块、FPGA(EP4CE6F17C8N)为核心控制模块,两个模块间采用串口通信进行信息交换。

ARM核的算法模块中主要由速度环控制器、电流环控制器组成,控制器中分别编写了模糊PID、传统PID算法,实现本系统双闭环结构,闭环输入为FPGA串口发送的当前转速,输出为调节后的PWM占空比数值[3]。

FPGA核的控制模块主要由前端获取三相霍尔信号,一路根据换逻辑设置驱动板中功率管导通顺序实现换相,另一路由FPGA进行速度检测与计算,计算值分别通过串口发送给ARM核以及在数码管中显示当前转速;另外A/D转换器转换当前电流值,数据经串口发送给ARM核算法模块;算法模块的输出量由串口通信上传给FPGA,FPGA根据占空比数值调节驱动板中六路PWM 波,实现固定频率下不同占空比调节转速。

最后整个过程中串口通信的数据信息都可上传给电脑的上位机,实现实时监控[4]。

3 硬件电路总体架构设计系统的整体硬件框架如图2所示。

为使系统可以正常运行,除要构建一个完整的FPGA的最小系统(系统电源、FPGA时钟、系统复位电路等)外,还有功率驱动电路、A/D转换电路、电流信号采样回路、电平转换电路、霍尔传感器电路。

《电子设计自动化（EDA）技术》课程实训报告题目: 基于EPF10K10LC84-3的FPGA最小系统姓名：院系：专业：学号：指导教师：完成时间: 年月日目录1 课程设计题目、内容与要求……………………………………4页1.1 设计内容…………………………………………………4页1.2 具体要求…………………………………………………4页2 系统设计…………………………………………………………5页2.1系统原理…………………………………………………5页2.2 设计思路…………………………………………………6页3 系统实现……………………………………………………… 6页3.1电源电路和复位电路模块………………………………6页3.2 外部时钟模块……………………………………………6页3.3 下载电路模块……………………………………………7页4 硬件验证操作说明………………………………………………7页4.1 PCB工程项目的环境创建…………………………………7页4.2原理图的编写和ERC检查…………………………………8页4.3元件的封装检查……………………………………………9页4.4 PCB图中元件的布局和布线………………………………9页5总结………………………………………………………………12页6 参考书目…………………………………………………………12页基于EPF10K10LC84-3的FPGA最小系统摘要：提出一种新的FPGA最小系统开发板的设计思想，开发板以ALTERA公司的的ACEX1K 系列的EPF10K10LC84-3为主芯片，整体采用模块的设计，文章对最小系统的原理框图、信号的运行流程进行了详细地阐述，并给出了实际的制作过程图例。

此FPGA实用价值不错，并且FPGA与以微处理器为核心的数字系统相比，具有可靠性高，可实时升级、体积小巧、结构简单、运行速度快的优点。

关键词：FPGA 设计最小系统1 课程设计题目、内容与要求1.1 设计题目基于EPF10K10LC84-3的FPGA最小系统1.2 设计内容芯片电源和复位电路时钟脉冲电路接口电路1.3 具体要求1．电源电路将产生一个3.3V和1.5V的输出电路，复位电路利用高低电平的原理设计；2．显示电路由7段数码管进行显示；3．下载电路连接芯片与电脑之间的数据传输；4．外部时钟电路将产生标准1Hz的秒脉冲信号2 系统设计2.1 设计原理基于EPF10K10LC84-3的FPGA最小系统2.2设计思路1．电源电路将产生一个3.3V和1.5V的输出电路，复位电路利用高低电平的原理设计；2．显示电路由7段数码管进行显示；3．下载电路连接芯片与电脑之间的数据传输；4．外部时钟电路将产生标准1Hz的秒脉冲信号3 系统实现3.1电源电路和复位电路模块电源电路VREF一般是3.3V，假定VCC出入为5V，则此电路可输出一个3.3V和1.5V 的电压。

FPGA最小系统的数字电源设计一、引言FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种基于可编程逻辑单元的集成电路，可以通过用户编程来实现特定的数字电路功能。

在FPGA系统设计中，数字电源的设计是非常重要的一部分，它直接影响了FPGA的稳定性和性能。

本文将从FPGA最小系统的角度出发，介绍数字电源的设计原理和方法。

二、数字电源的基本原理数字电源是指用数字控制器来实现电源管理的一种电源系统。

它通常由开关电源和数字控制器组成，通过数字控制器来实现对开关电源的精确调节和管理。

在FPGA系统中，数字电源的设计可以分为三个关键部分：输入稳压模块、输出稳压模块和数字控制模块。

1. 输入稳压模块输入稳压模块主要用于对输入电压进行稳压和滤波，以保证FPGA系统工作时能够获得稳定的电源供应。

常见的输入稳压模块包括稳压二极管和稳压器，它们可以对输入电压进行调节和过滤，从而确保FPGA系统能够正常工作。

3. 数字控制模块三、数字电源的设计方法在FPGA系统中，数字电源的设计需要考虑到系统对电源的稳定性、精度和效率的要求。

下面我们将介绍一种常用的数字电源设计方法，以供参考。

1. 选择合适的电源器件在数字电源的设计中，首先需要选择合适的电源器件，包括输入稳压器件、输出稳压器件和数字控制器。

对于输入稳压器件，常见的选择有稳压二极管和稳压器；对于输出稳压器件，常见的选择有开关电源和线性稳压器；对于数字控制器，常见的选择有微处理器和FPGA。

2. 进行电源参数设计在选择合适的电源器件后，需要根据FPGA系统的需求来进行电源参数设计，包括输入电压范围、输出电压稳定性、输出电流容量等。

这些参数设计将直接影响到电源器件的选型和电路的设计。

在完成电源参数设计后，需要进行电路设计和仿真，以验证电源设计的可行性和稳定性。

在电路设计中，需要考虑到输入稳压模块、输出稳压模块和数字控制模块的布局和连接，以确保它们能够协同工作并满足系统的需求。

研发设计 I RESEARCH DESIGN樓块图1系统总体设计框图近几年，随着FPGA (可编程逻辑器件）规模的日益增大， 我国数字电路设计取得了迅猛发展，硬件设计环境不断向实 用化、可靠化方向发展，为功能电路设计工作的有序开展提 供了硬件支持。

为此，如何科学设计和实现FPGA 开发平台 硬件系统、不断完善相关功能电路是相关软件开发人员必须思考和解决的问题。

1.系统总体设计FPGA 开发平台硬件系统主要由网 络模块、PS 2接口模 块和U S B 模块等模 块组成，系统总体 设计框图如图1所 示。

为了保证该系 统的运行性能，相关软件开发人员要重视对这些模块的设计与实现，为用户带 来良好的体验感。

1.1网络（D M 900A )模块电路设计网络（DM 900A )作为一种先进的接口芯片，充分利用 了以太网的应用优势，具有以下几种特征：①能够实现物理 层接口的全面集成；②内部含有FIFO 缓存，主要用于对大 量字节的接收和发送：③能够很好地兼容和支持不同类型的 主机工作模式；④在HP 证背景下，能够很好地实现自动翻 转功能和直接互联功能；⑤能够充分利用tcp /tp 加速器的应 用优势，避免CPU 承担过高的存储负担，从而实现对整机 运行性能的全面提高：⑥极大地缩短了读写时间。

总之，在 以太网控制器的应用背景下，相关软件开发人员要严格遵循 相关网络传输标准和要求，从而实现网速的提高和网络环境 的优化。

同时，在对网络模块电路进行科学设计的过程中， 确保该电路能够实现对相关接口的集成和应用，并采用接口 输入的方式将各种接口与芯片进行深度融合，以促进FPGA 开发平台硬件系统向智能化、自动化、信息化方向不断发展。

1.2USB 模块电路设计对于U S B 模块电路而言，为了保证其设计水平，相关软件开发人员要重 视对 CY 7C 68013A 芯片的使用，将 传输速度设置为摘要：随着社会经济水平的不断提高和信息时代的不断发展，FPGA (可编程逻辑器件）在集成电路领域中取得了良好的应用 效果，不仅有效扩大了编程器件电路的数量，还避免了定制电路的局限性，为更好地改进多种逻辑应用功能和结构发挥了 重要作用。

FPGA最⼩系统分析与电路设计《FPGA最⼩系统分析与电路设计》部分节选⾃《FPGA应⽤开发⼊门与典型.pdf 》FPGA最⼩系统包括：FPGA芯⽚、下载电路、外部时钟、复位电路和电源。

如果使⽤NIOS II软嵌⼊式处理器还要包括SDRAM和Flash。

（1）配置管脚MSEL[1..0]：⽤于选择配置模式，FPGA有多种配置模式，如主动、被动、快速、正常、串⾏、并⾏等，以此管脚进⾏选择；DATA0:FPGA串⾏数据输⼊，连接置配置芯⽚的串⾏数据输出管脚；DCLK:FPGA串⾏时钟输出，为配置器件提供串⾏时钟；nCSO(I/O):FPGA⽚选信号输出，连接⾄配置器件的nCS管脚；ASDO(I/O):FPGA串⾏数据输出，连接⾄配置器件的ASDI管脚；nCEO:下载链器件使能输出，在⼀条下载链种，当⼀个器件配置完成后，此信号使能下⼀个器件开始进⾏配置。

下载链的最后⼀个器件的nCEO应悬空。

nCE:下载链器件使能输⼊，连接⾄上⼀个器件的nCEO，下载链的第⼀个器件的nCE接地。

nCONFIG:⽤户配置模式起始信号；nSTATUS:配置状态信号；CONF_DONE:配置结束信号。

（2）电源引脚VCCINT:内核电压，与⼯艺有关，例如130nm⼯艺为1.5V，90nm⼯艺为1.2V；VCCIO:端⼝电压，⼀般为3.3V，也可以选择为5V、1.8V、1.5V；VREF:参考电压；GND:信号地。

（4）时钟管脚VCC_PLL:锁相环管脚电压，直接连VCCIO。

VCCA_PLL:锁相环模拟电压，⼀般通过滤波器连到VCCINT上。

GNDA_PLL:锁相环模拟地。

GNDD_PLL:锁相环数字地。

CLKnum(LVDSCLKnump):锁相环时钟输⼊，⽀持LVDS时钟输⼊，p接正端,num表⽰PLL序号。

CLKnum(LVDSCLKnumn):锁相环时钟输⼊，⽀持LVDS时钟输⼊，n接负端,num表⽰PLL序号。

PLLnum_OUTp(I/O):锁相环时钟输出，⽀持LVDS时钟输⼊，p接正端,num表⽰PLL序号。

基于FPGA数控变频电源的设计谭本军（湖南张家界航空工业职业技术学院 湖南 张家界 427000）摘 要： 通过对PWM调制信号控制变频电源的分析研究，提出设计的基本方案，重点分析硬件设计和基于FPGA的数控部分的设计。

这种设备的输出电压具有在一定范围内幅值、频率可调的优点，能最大限度满足用户对各种交流电源的需求。

变频电源的核心技术是逆变控制系统，基于FPGA的逆变控制系统其实时性很强。

关键词： 变频电源；FPGA；逆变；SPWM中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120065－021 绪论 3 硬件的设计3.1 直流母线电压源的设计现代人们的生活和发展离不开电能，但是受历史、经济等各方面的原因的影响，世界各国的电网指标还没有统一的标单端反激式变换器是指，当数字控制器的PWM调制信号控准，例如我国内地工频电压一般采用的是220V/50Hz交流电，制MOS管驱动电路导通时，次级侧的整流二极管处于截止状而台湾、美国、日本等地区使用的工频电压一样为态，能量以磁能的形式存储在变压器的初级侧的电感线圈中；110V/60Hz，英国的工频电压为240V/50Hz等，这样就给许多进当PWM调制信号控制MOS管截止时，次级侧的整流二极管处于导出口的家用电器、医疗仪器及工业设备的直接使用带来很多麻通状态，储存在初级侧线圈的能量通过互感效应传递到次级烦。

而且由于发电厂的发电功率有限，在用电高峰期和电低峰侧，经过低压整流滤波电路输出相应的DC电压，完成DC-DC降期整个电网工作在欠压或过压状态，还有工频电压抗干扰性很压变换。

3.2 直流母线调压电路的设计差很容易受到外界高频设备、雷电的影响，造成整个电源不能正常使用，那么设计一种能产出纯净的、稳定的、在一定范围调节电压幅值可以有两种方法：1）在要求输出高电压、内电压频率和幅值可调节的电源尤为重要，变频电源（交流电低精度、快速响应的情况下保持母线电压不变调节调制度；2）力频率转换器）就能满足我们的要求。

基于FPGA的程控稳压电源设计学院名称：专业：班级：姓名：指导教师姓名：指导教师职称：2012年6 月基于FPGA的程控稳压电源设计摘要：直流稳压源是一种常见的电子仪器，其广泛应用于实验教学和科学研究等领域。

本设计提出了一个基于FPGA的程控稳压电源的方案。

通过按键向FPGA输入信号，FPGA 得到“十位”和“各位”计数脉冲信号，通过计数器模块计数，内部计数器的信号一路送给外部显示电路来显示当前的电压值，另一路经过D/A转换器（DAC0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压，同时实现双路输出。

实际测试结果表明，本系统具有易调节，高可靠性，操作方便，电压稳定度高，其输出电压采用了数字显示的特点。

关键词：直流稳压电源；程控电源；FPGA；VHDLThe program-controlled power supply design based on FPGAAbstract:DC source is a kind of common electronic instrument, it is widely applied in the experimental teaching and scientific research. This project is to design a FPGA based programmable power supply. The key to the system through the FPGA input signal, FPGA is" ten" and" you" counting pulse signal, the counter module count, internal counter signal path to an external display circuit to display the current voltage value, via a D/A converter ( DAC0832) output analog quantity, then pass through an operational amplifier isolation amplifier, to control the output power pipe base, with the power transistor base-emitter voltage change and different voltage output, while achieving dual output. The actual test results show that, the system has easy adjustment, high reliability, convenient operation, high voltage stability, the output voltage by the digital display characteristics.Keywords: DC power supply；programmable power supply; FPGA; VHDL目录前言 (1)第1章程控直流稳压电源设计原理 (2)1.1直流稳压电源基本原理 (2)1.2程控电源的基本原理 (4)1.3基于FPGA的电源的基本原理 (6)第2章硬件电路设计 (7)2.1按键电路 (7)2.2显示电路 (7)2.3 DAC0832转换电路 (8)2.4 FPGA电路 (9)2.4.1供电电源部分 (9)2.4.2 I/O电压、内核电压供电连接部分 (9)2.4.3 时钟信号部分 (10)2.4.4 EP2C5T144芯片部分 (10)2.4.5 配置芯片部分 (11)第3章系统软件设计 (12)3.1系统软件整体设计 (12)3.2软件模块设计 (12)3.2.1分频器模块设计 (12)3.2.2键盘输入模块设计 (15)3.2.3 100进制计数器模块设计 (17)3.2.4 数据选择器模块设计 (19)3.3.5位码选择器模块设计 (20)3.2.6驱动共阴极数码管七段译码器模块设计 (21)3.2.6二-十进制译码器模块设计 (22)3.2.7层次化设计 (23)第4章系统运行与调试 (27)4.1系统运行过程 (27)4.2测试结果 (30)结束语 (33)参考文献 (34)致谢 (36)附录1 硬件实物图 (37)附录2 硬件电路图 (38)附录3 元器件清单 (40)附录4 程序代码 (41)前言电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，被广泛的应用于电子产品生产线、实验室、工业控制和信息通讯等领域。

关于FPGA的三种电源需求浅析FPGA是一种多电源需求的芯片，主要有3种电源需求：VCCINT：核心工作电压，PCI Express （PCIe）硬核IP 模块和收发器物理编码子层（PCS）电源。

一般电压都很低，目前常用的FPGA都在1.2V左右。

为FPGA的内部各种逻辑供电，电流从几百毫安到几安不等，具体取决于内部逻辑的工作时钟速率以及所占用的逻辑资源。

对于这个电源来说，负载时一个高度容性阻抗，对电源的瞬态响应要求很高，而且由于驱动电压低工作电流大，对PCB的布线电阻非常敏感，需要特别注意走线宽度，尽可能减少布线电阻带来的损耗。

VCCA：通常为2.5V，PLL模拟电源。

即使没有PLL，也必须要上电。

模拟类的组件对电源的电源抑制比（PSRR）也就是电源噪声，或者说电源纹波非常敏感，所以通常会用一个独立的供电电源。

这个电源的电流需求一般都不大，但对电源的噪声容忍度很低。

所以应该尽可能的提高其电源纯净度。

比如不直接用开关电源供电，先使用LDO稳压后再供给VCCA。

VCCD_PLL：通常为1.2V，PLL数字电源。

VCCIO：FPGA经常要与多种不同电平接口的芯片通信，所以通常都会支持非常多的电平标准。

例如1.2，1.5，1.8，2.5，3.0，3.3。

VCCIO就是为FPGA的I/O驱动逻辑供电。

FPGA 为了同时能和多种不同的电平标准接口芯片通信，Vcco通常以BANK为界，互相之间相互独立，也就是说在一颗FPGA芯片上同时存在几种不同的I/O电压。

当然同一个BANK 只能存在1种I/O电压。

在使用中请详细阅读官方资料手册，以防设计错误。

在一些带收发器的FPGA器件中，还有以下几种电压标准：VCC_CLKIN：支持1.2，1.5，1.8，2.5，3.0，3.3。

主要为差分时钟输入管脚供电。

VCCH_GXB：2.5V，收发器输出（TX）缓冲器电源。

VCCA_GXB：2.5V，收发器物理介质附加子层（PMA）及辅助电源。

FPGA学习：电源电路设计与任何电子元器件一样，FPGA器件需要有电源电压的供应才能工作。

尤其对于规模较大的器件，其功耗也相对较高，其供电系统的好坏将直接影响到整个开发系统的稳定性。

所以，设计出高效率、高性能的FPGA供电系统具有极其重要的意义。

不同的FPGA器件、不同的应用方式会有不同的电压电流的需求。

如图2.4所示，简单的归纳，可以将FPGA器件的电压需求分为三类：核心电压、I/O电压和辅助电压。

核心电压是FPGA内部各种逻辑电路正常工作运行所需要的基本电压，该电压用于保证FPGA器件本身的工作。

通常选定某一款FPGA器件，其核心电压一般也都是一个固定值，不会因为电路的不同应用而改变。

核心电压值可以从官方提供的器件手册中找到。

I/O电压顾名思义便是FPGA的I/O引脚工作所需的参考电压。

在引脚排布上，FPGA与ASIC最大的不同，便是FPGA所有的可用信号引脚基本都可以作为普通I/O使用，其电平值的高低完全由器件内部的逻辑决定。

当然了，它的高低电平标准也受限于所供给的I/O 电压。

任何一片FPGA器件，它的I/O引脚通常会根据排布位置分为多个bank。

同一个bank内的所有I/O引脚所供给的I/O电压是共用的，可以给不同的bank提供不同的I/O电压，它们彼此是不连通的。

因此，不同bank的不同I/O电压为FPGA器件的不同接口应用提供了灵活性。

这里举一个例子，Cyclone IV系列器件的某些bank支持LVDS差分电平标准，此时器件手册会要求设计者给用于LVDS差分应用的bank的I/O电压供2.5V电压，这就不同于一般的LVTTL或LVCOMS的3.3V供电需求。

而一旦这些用于LVDS传输的I/O bank电压供给为2.5V，那么它就不能作为3.3V或其他电平值标准传输使用了。

除了前面提到的核心电压和I/O电压，FPGA器件工作所需的其它电压我们通常都称为辅助电压。

例如FPGA器件下载配置所需的电压，当然了，这里的辅助电压值可能与核心电压值或I/O电压值是一致的。

摘要FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD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。

目前以硬件描述语言（Verilog 或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA 上进行测试，是现代IC 设计验证的技术主流。

这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。

在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。

系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，一个出厂后的成品FPGA的逻辑块的连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

本文设计的实验板目的就是验证所设计的电路的逻辑功能。

实验板以EP1C6Q240C8为主，配以存储器、数据配置、复位、实时时钟、I/O口分配、扩展接口、独立按键及LED、液晶显示、数码管显示、蜂鸣器和电源等功能电路。

而其中的独立按键及LED、液晶显示、数码管显示、蜂鸣器就是验证时的直接展现。

关键字：FPGA,硬件原理图，测验ABSTRACTFPGA（Field－Programmable Gate Array），It is based on the further development of the product of PAL、GAL、CPLD etc.. It is in the field of application-specific integrated circuit （ASIC）for a half customize the circuit, it solves the shortage, and custom circuit overcomes original programmable gate device limited number of faults. Now completed the above circuit design by the Hardware description language, can pass by the simple integrated and layout, rapid replication to test on FPGA, it is the mainstream of modern IC design verification. These can edit component can be used to achieve some basic logic gate(such as AND、OR、XOR、NOT ) or, more complex combination of some functions such as decoder or mathematical equations. In most of the FPGA, these can edit component also includes memory devices such as flip-flop or other more complete memory block. According to the system designer, through the FPGA links can edit the internal logic pieces together. One of the products of the factory, logical block of FPGA can be changed according to the designer, so the FPGA can complete the required logic functions.The purpose of this experimental plate is to verify that the logic function of circuit. The primary device is EP1C6Q240C8 on this experimental plate, use with the circuit of memory, Data configuration, reset, real-time clock, I/O port, expand interface, independent buttons and LED, LCD display, digital display, buzzers and power etc.. And that the independent buttons and LED, LCD display, digital display show directly of the checkoutKey Words: FPGA, Hardware diagram, quiz目录第1章绪论 (1)设计背景 (1)设计目的和意义 (2)论文的结构安排 (2)第2章 FPGA开发板原理图分析 (3)FPGA电路 (4)存储电路 (6)Flash存储器 (6)SRSM存储器 (7)SDRAM存储器 (8)配置电路 (9)复位电路 (11)时钟电路 (12)FPGA I/O口分配电路 (13)扩展接口电路 (13)外扩I/O口PACK2 (18)外设PACK接口电路 (18)FPGA扩展接口电路 (19)验证功能电路 (17)按键及LED电路 (17)蜂鸣器电路 (18)七段数码管显示电路 (18)液晶显示电路 (19)实时时钟电路 (19)电源电路 (24)系统电源电路 (24)FPGA电源电路 (25)第3章实验板的测验 (28)读取按键信号 (28)第4章结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)第1章绪论设计背景半导体技术一直遵循著名的摩尔定律持续地发展，回顾半导体的发展历史，当一种技术具有可编程特性时，它就会处于支配的地位。

FPGA最小系统的数字电源设计FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种灵活可编程的集成电路，可以通过编程实现数字逻辑功能。

在FPGA的设计中，数字电源是非常重要的一部分，它为FPGA芯片提供稳定且干净的电源供应，对FPGA的性能和可靠性起着至关重要的作用。

本文将介绍FPGA最小系统的数字电源设计。

数字电源主要包括三个部分：电源管理模块、电源滤波模块和电源输出模块。

电源管理模块负责从外部电源或电池中获取稳定电压，电源滤波模块负责消除电源中的噪声和杂散，电源输出模块则将经过处理的电源提供给FPGA芯片使用。

在FPGA最小系统的数字电源设计中，首先需要确定FPGA芯片的电源需求。

通常情况下，FPGA芯片的电源需求包括核心电压、I/O电压以及其他辅助电压。

核心电压是FPGA芯片内部逻辑电路所需要的电压，I/O电压是FPGA芯片与外部设备进行通信所需要的电压，而其他辅助电压则是为了支持FPGA芯片的特定功能而提供的电压。

在确定了电源需求之后，就可以开始设计数字电源了。

首先是电源管理模块的设计。

电源管理模块通常由稳压器、开关电源和保护电路组成。

稳压器可以将输入的电压稳定在一个特定的数值，通常采用线性稳压器或者开关稳压器。

线性稳压器简单易用，但效率较低，而开关稳压器效率高但设计复杂。

开关电源则可以从外部电源或电池中获取电能，并将其转换为所需的核心电压、I/O电压和辅助电压。

保护电路则可以确保FPGA芯片在电源异常情况下不会受到损坏，通常包括过压保护、欠压保护和过流保护等功能。

其次是电源滤波模块的设计。

电源滤波模块主要包括滤波器和去耦电容。

滤波器可以消除电源中的高频噪声和杂散，确保电源的稳定性和干净度。

去耦电容则可以提供额外的电源储备，在FPGA芯片运行过程中吸收电源的瞬态波动。

最后是电源输出模块的设计。

电源输出模块通常包括电源连接器和电源指示灯。

电源连接器是FPGA芯片与电源管理模块之间的接口，通常采用插头或排针的形式。

基于FPGA的数字电源系统设计与实现1. 引言数字电源系统是一种利用数字信号处理技术实现电源控制和管理的新型电源系统。

随着现代电子设备的发展和应用需求的不断增加，传统的模拟电源系统已经无法满足高性能、高效能、高可靠性等多种需求。

因此，基于FPGA的数字电源系统应运而生。

本文旨在深入研究基于FPGA的数字电源系统的设计与实现，探讨其在实际应用中的优势和挑战。

2. FPGA技术在数字电源系统中的应用2.1 FPGA概述FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有可重构性和灵活性等优势。

其内部由大量可编程逻辑单元（CLB）以及各种资源模块组成，可以根据设计需求进行自定义配置。

2.2 FPGA在数字电源系统中的优势由于FPGA具有高度灵活性和可重构性，因此在数字电源系统中具有以下优势：（1）快速响应：FPGA可以快速处理各种输入信号并输出相应控制信号，实现快速响应；（2）高度集成：FPGA内部资源丰富，在一个芯片上可以集成多个功能模块，实现多种功能；（3）可编程性：FPGA可以根据不同的应用需求进行编程，实现不同的电源控制算法；（4）可靠性：FPGA内部具有冗余资源，可以提高系统的可靠性和容错性。

3. 基于FPGA的数字电源系统设计与实现3.1 系统框架设计基于FPGA的数字电源系统主要包括输入模块、控制模块、输出模块和通信模块等部分。

其中，输入模块用于接收输入信号，控制模块进行信号处理和算法运算，输出模块用于输出控制信号，通信模块实现与其他设备的数据交互。

3.2 输入模块设计输入模块主要包括数据采集和信号处理两个部分。

数据采集通过ADC （Analog-to-Digital Converter）将输入电压、电流等连续信号转换为数字量进行处理。

而信号处理则通过滤波、滤波器设计等方法对采集到的数据进行预处理。

3.3 控制算法设计基于FPGA的数字电源系统可以通过编程实现多种控制算法。

fpga电源解决方案
《FPGA电源解决方案》
FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种灵活可编程的
集成电路技术，广泛应用于数字信号处理、通讯、图像处理等领域。

为了确保FPGA稳定、高效地工作，合适的电源解决
方案至关重要。

在FPGA电源解决方案中，首先需要考虑的是电源稳定性。

FPGA在进行大量逻辑运算时，会产生较大的电流波动，因此
需要具有良好的电源稳定性，以避免电源波动造成的工作异常。

因此，选择能够提供稳定输出电压和电流的电源模块是解决FPGA电源问题的第一步。

其次，功耗管理也是FPGA电源解决方案中需要考虑的重要
因素。

FPGA在不同的工作状态下会有不同的功耗需求，例如
在高性能模式下会需要更高的功耗支持，而在低功耗模式下则需要更低的功耗输出。

因此，需要选择具有动态功耗管理功能的电源模块，以根据FPGA的工作状态实时调整输出功率，
提高功耗利用率。

此外，对于FPGA电源解决方案而言，还需要考虑电源模块
的小型化和高效散热。

由于FPGA通常应用于高密度、高性
能的集成电路系统中，在有限的空间内为FPGA提供稳定的
电源供应和散热是一项挑战。

因此，选择体积小、散热效果好的电源模块，可以有效解决FPGA电源供应和散热难题。

总之，FPGA电源解决方案涉及电源稳定性、功耗管理、散热
等多方面的考虑，需要选择合适的电源模块和配套解决方案，才能确保FPGA高效稳定地工作。

只有全面考虑，充分选型，才能为FPGA提供最佳的电源支持，满足其在不同应用场景
下的需求。

FPGA_电源的方案设计FPGA电源的方案设计在数字电路设计中，FPGA（现场可编程门阵列）已成为越来越重要的核心元件。

由于FPGA具有高度的可编程性和灵活性，使其在各种应用领域中得到广泛应用。

然而，在FPGA运行过程中，电源管理问题成为了一个关键的考虑因素。

本文将探讨FPGA电源的方案设计，包括设计原理、具体方案和注意事项等方面。

FPGA电源的设计原理FPGA内部由大量的逻辑单元组成，这些逻辑单元对电源的要求较高。

为了保证FPGA的正常运行，我们需要设计一个稳定、高效、低噪声的电源系统。

这一系统应具有以下特点：1、稳定性：电源系统应提供稳定、连续的电压和电流，以确保FPGA 内部逻辑单元的稳定运行。

2、高效性：电源系统应具有较高的转换效率，以减少能源浪费和设备发热问题。

3、低噪声：电源系统应具有较低的噪声，以避免对FPGA内部逻辑单元的干扰，从而提高系统的可靠性。

具体方案设计在设计FPGA电源的方案时，我们需要根据实际需求进行定制。

以下是一些具体方案的设计步骤：1、确定电源种类和数量：根据FPGA的规格书，确定所需的电源种类和数量。

例如，某些FPGA需要一个5V的主电源，以及其他较低电压的辅助电源。

2、确定电源质量：为了确保FPGA的稳定运行，我们需要选择具有较高电源质量指标的电源模块。

这些指标包括电压稳定度、负载稳定度、电压纹波等。

3、电源布局和布线：在电路板设计中，合理的电源布局和布线能够显著提高电源系统的性能。

应尽量减小电源线的长度，并采用合理的电源平面结构，以提高电源系统的稳定性和效率。

4、降噪和EMC措施：为了降低电源噪声和电磁干扰（EMC），可以采取一系列措施，如加装滤波器、接地屏蔽、优化电路设计等。

这些措施有助于提高FPGA系统的可靠性和稳定性。

注意事项在设计和实施FPGA电源方案时，还有一些需要注意的事项：1、考虑到FPGA逻辑单元的动态功耗，应在设计中加入功耗管理机制，如动态电压调整和时钟频率调整等。

基于FPGA的数字电源系统设计与实现标题：基于FPGA的数字电源系统设计与实现摘要：本文提出了一种基于可编程逻辑器件（FPGA）的数字电源系统设计方案，实现了对电源系统的数字化控制和监测功能。

通过利用FPGA的灵活性和高可编程性，实现了电源系统的高效能、高可靠性和高精度的数字化控制和监测。

关键词：FPGA、数字电源系统、可编程逻辑器件、控制、监测1. 引言电源系统是电子设备的核心组成部分，它负责为电子设备提供稳定、可靠的电源供应。

传统的电源系统通常采用模拟控制和监测方式，存在低效率、低可靠性和低精度等问题。

可编程逻辑器件（FPGA）具有灵活性强、可编程性高、资源丰富等特点，适用于复杂的数字控制和监测系统。

基于FPGA的数字电源系统能够实现电源系统的数字化控制和监测，提高电源系统的效能、可靠性和精度。

2. 基于FPGA的数字电源系统设计基于FPGA的数字电源系统设计主要包括以下几个方面：(1) 电源控制模块设计：利用FPGA的高度可编程性，设计电源控制模块，实现对电源输出电压和电流的精确控制。

通过采用PID控制算法，调节电源输出的稳态误差，提高电源控制的精度和稳定性。

(2) 监测模块设计：设计电源输出电压、电流、功率等参数的监测模块，实时监测电源系统的工作状态。

通过采用高分辨率的采样电路和精确的测量算法，提高电源参数的监测精度和实时性。

(3) 通信模块设计：设计与外部通信接口的模块，实现与上位机或其他设备的数据交互。

通过采用高速串行通信接口，实现与外部设备的实时数据传输和控制。

(4) 故障检测与保护模块设计：设计电源系统的故障检测和保护模块，实现对电源系统的实时故障监测和保护。

通过采用故障检测电路和保护算法，提高电源系统的可靠性和安全性。

3. 基于FPGA的数字电源系统实现基于FPGA的数字电源系统实现主要包括以下几个步骤：(1) 硬件设计：根据电源系统的需求和设计方案，设计电源系统的硬件电路，包括电源电路、控制电路、监测电路等。

电子技术综合训练设计报告题目：简易抢答器制作姓名：学号：班级：同组成员：指导教师：日期：电子技术综合训练任务书22011 年春季学期摘要八路数显抢答器的电路主要由五部分组成：数字抢答电路、译码显示电路、可预置时间的定时电路、报警电路以及秒脉冲产生电路。

其中数字抢答电路包括了编码电路和锁存电路，实现了对信号编码和锁存的功能，防止二次抢答；译码显示电路能将抢答到的选手编号直观地显示出来；在定时电路中，主持人可通过时间预设开关预设供抢答的时间，且系统将完成自动倒计时；报警电路则起到声报警功能，当在规定的时间内无人抢答时，系统中的蜂鸣器将发出警报声，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能；秒脉冲产生电路用于为定时电路提供一个频率为1Hz的标准时钟信号。

该抢答器不仅具有智能化的特点，同时采用数字式显示很直观。

关键词：抢答器编码锁存目录一、设计任务及要求 (4)二、方案设计选择 (5)三、部分电路工作原理 (6)四、总体电路设计 (7)1.抢答器电路 (7)2.定时电路 (10)3.报警电路 (11)4.时序控制电路 (11)五、实验器材清单 (12)六、总电路原理图 (13)七、课程设计总结 (14)八、参考文献 (15)一、设计任务及要求1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0～S7表示。

2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

3. 抢答器具有锁存及显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。

选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。

当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。

5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。