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是否要实现FPGA低功耗设计?首先了解FPGA功耗
功耗是我们关注的设计重点之一。出色的设备设计通常具有低功耗特性。
在前两篇文章中,编辑介绍了基于Freez技术的低功耗设计和FPGA低功耗设计。为了增强大家对低功耗的理解,并帮助大家更好地实现低功耗设计,本文将详细介绍FPGA的功耗。
如果您对低功耗感兴趣,则最好继续阅读。 FPGA器件的一个特殊现象是上电时的电流相对较大,有时甚至大于正常工作期间芯片的电流。
这是因为FPGA内的逻辑和互连资源(SRAM处理)在上电时即刻启动。在不确定状态下,当前冲突的结果。
如果用户在设计时没有考虑瞬时上电电流,而电源模块无法提供如此大的电流,则芯片会出现上电过程中上电曲线不单调的问题。导致设备无法开机。
使芯片无法正常工作。通常,此上电电流值在设备手册中给出。
在FPGA的正常工作中,总功耗由器件的静态功耗,动态功耗和IO功耗组成。静态功耗也称为待机功耗,它是芯片处于开机状态但内部电路不工作(即内部电路未翻转)时所消耗的功率。
所谓动态功耗是指内部电路翻转所消耗的功率。耗电量; IO功耗是IO反相时通过对外部负载电容器充电和放电而消耗的功耗。
计算公式如下:总功耗=静态功耗+动态功耗+ IO功耗。芯片的静态功耗是待机状态下芯片的功耗,主要由芯片内部的泄漏电流产生。
在高速40nm器件(例如straticIV)中,芯片的泄漏电流相对较大,因此静态功耗成为主要功耗,也称为泄漏功率。静态功耗的一个重要特征是,它随器件结温(TJ)的变化而变化很大。
TJ越大,功耗越大; TJ越小,功耗越低,如下图所示。因此,控制芯片的结温可以有效地控制芯片的静态功耗。
FPGA设计的总功耗包括静态功耗和动态功耗。其中,静态功耗是指逻辑门无开关动作时的功耗,主要是由漏电流引起,并随温度和工艺的变化而变化。
静态功耗主要取决于所选的FPGA产品。动态功耗是指打开和关闭逻辑门时的功耗。
在这段时间内,电路的输入和输出电容器被充电和放电,形成了一个瞬时的轨对地直通路径。与静态功耗相比,通常有许多降低动态功耗的方法。
采用正确的结构对于设计非常重要。最新的FPGA是90nm 1.2 V器件,与以前的产品相比,它可以减少静态和动态功耗,FPGA制造商使用不同的设计技术进一步降低功耗,并平衡成本和性能。
这些90nm器件改变了栅极和扩散长度,优化了所需晶体管的开关速率,并采用了低K介电工艺,不仅改善了性能,而且减小了寄生电容。结构上的变化,例如增强的逻辑单元内部互连,可以实现更强大的功能,而无需更多的功耗。
StraTIx II的最大变化是六输入查找表(LUT)架构,该架构可通过更有效地利用资源来实现更快,功耗更低的设计。除了传统的可重新配置逻辑,FPGA还在不断集成更多专用电路。
最先进的PLD集成了特殊的乘法器,DSP模块,可变容量RAM模块,闪存等。这些特殊的电路为FPGA提供了更高效的功能。
总体而言,这些模块的使用节省了常规逻辑资源,并提高了系统执行速度,同时降低了系统功耗。因此,更高的逻辑效率还意味着可以实现更小的器件设计,并且