作者：Henry312
随着 SoC 与 FPGA 在人工智能、汽车电子、5G 通信和边缘计算中的应用不断扩展，电源分配网络（PDN, Power Distribution Network）的设计难度也大幅提高。
多电压轨、瞬态响应和严格的电压精度要求，使得电源设计不再是外围配角，而是决定系统性能和稳定性的关键环节。
以下内容总结了工程师在 SoC 与 FPGA 电源设计中需要特别注意的要点。
1. 明确电源需求：多电压轨与其特性
典型的 SoC 或 FPGA 需要以下电压轨：
核心电压（Vcore）：电流大、电压低（如 0.9V~1.2V），对精度要求高；
模拟电压（Vana）：对噪声和纹波敏感，通常为 1.8V 或 2.5V；
I/O 电压（VIO）：1.5V/1.8V/3.3V，用于外设接口；
辅助电压（Vaux）：驱动 PLL、外设、控制单元。
注意事项：
不同电压轨电流差异大，需要单独评估负载能力；
电压时序要求必须遵守，否则可能导致 SoC/FPGA 上电失败；
供电噪声直接影响逻辑稳定性和信号完整性。
2. DC 精度（静态误差）控制
影响 DC 精度的主要因素：
参考电压精度（Vref）
分压电阻公差
负载/线性调整率（Load/Line Regulation）
PCB 走线压降（DC Losses）
工程师建议：
选用高精度基准源与 0.1% 精度电阻；
使用 远端检测（Remote Sense），反馈应直接接到 FPGA/SoC 的供电引脚；
电源芯片尽量靠近负载，采用 宽铜、短走线，减少电压降。
3. AC 精度（动态误差）与瞬态响应
瞬态电流变化（如 FPGA 大量逻辑单元同时切换）会导致电压过冲/欠冲。影响因素包括：
负载变化速率（dI/dt）；
电源控制拓扑（电压模式、电流模式、DCS 控制等）；
输出电感、电容的选择与布局。
工程师建议：
选择带有内部补偿的 DC/DC 转换器（如 TI TPS62000 系列），减少调试复杂度；
适当增大输出电容，提高瞬态吸收能力，但需兼顾稳定性；
关注电感饱和电流，避免在瞬态条件下失效。
4. 电源架构选择
常见的中间电压轨：12V、5V、3.3V。
12V：输入电流小，但效率低；
5V：效率较高，输入电流中等；
3.3V：效率最高，但电流最大，器件选择少。
工程师建议：
根据系统供电环境选择中间轨，评估 效率-电流-器件可得性 的平衡；
对高性能 FPGA，采用 分立式电源（一轨一电源） 更灵活；
对低功耗应用，可考虑 PMIC 集成方案，简化设计与时序控制。
5. 轻载效率与模式切换
许多电源芯片支持 PFM（脉冲频率调制）省电模式，在轻载时提升效率。
但缺点是纹波和 DC 误差变大，可能无法满足 FPGA 的严格精度要求。
工程师建议：
优先选择支持 强制 PWM 模式 的电源器件；
在 FPGA 电源轨上避免单纯使用 PFM 模式，以免破坏稳定性。
6. 测试与验证要点
电压波形应在 FPGA 引脚处测量，而非电源输出端；
测试动态电流波形，评估过冲/欠冲幅度是否满足 ±5% 要求；
验证上电时序，避免因电源延迟或电压跌落导致 FPGA 配置失败。
总结
SoC 与 FPGA 电源分配设计的复杂度远超传统 MCU。工程师必须在 多电压轨管理、DC/AC 精度、瞬态响应、架构选择、轻载模式控制 等方面谨慎权衡。
一句话概括：
电源设计不仅仅是“供电”，它是释放 SoC/FPGA 性能的关键武器。
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