配备电源管理IC（PMIC）的嵌入式设备往往更智能，更高效，因为它们调节了嵌入式设备内部和外部的能量流。PMIC帮助这些嵌入式设备更有效地使用电源，同时延长其使用寿命。因此，对这种部件的需求正在迅速增加。
基于FPGA的系统中最关键的因素之一就是电源管理。为FPGA供电需要仔细的系统分析，并且几乎可以始终将相同的技术用于ASIC。
工程师们将大部分时间都花在编程上，不想浪费时间和精力来设计正确的电源。实际上，供电的最佳方法是使用坚固，灵活且经过测试的设计，该设计可以满足要求，并且可以随设计进行扩展。
提供给FPGA内核的电压会发生很大的电流变化，其变化率非常高。这要求控制器能够向负载传递电流阶跃，同时将其输出电压的变化降至最低。
多个电源轨，上电排序，严格的容差，瞬态响应，系统可靠性，总体解决方案成本和尺寸-这些是设计人员在给FPGA供电时要考虑的问题。解决这些挑战的一种方法是使用参考设计。
最近，瑞萨电子发布了三种PMIC参考设计，用于为Xilinx FPGA的多电源轨供电。参考设计使Xilinx Artix-7 FPGA，Spartan-7 FPGA和Zynq-7000 SoC系统中的轨道馈送易于管理。瑞萨的BGA封装解决方案基于多相PMIC，提供易于使用的统包解决方案，使单个项目可以支持不同程度的Xilinx速度和DDR存储器类型，例如DDR3，DDR3L，DDR4，LPDDR2和LPDDR3。
这三种参考设计-ISL91211A-BIK-REFZ，ISL91211A-BIK-REFZ和ISL91211AIK-REFZ-基于瑞萨电子（Brea）封装的瑞萨电子ISL91211AIK和ISL91211BIK PMIC。
用于Artix-7器件的ISL91211A-BIK-REFZ参考设计板采用了ISL91211AIK和ISL91211BIK多相PMIC，ISL80030 3-A同步降压DC / DC转换器以及ISL21010DFH312微功耗电压参考。PMIC为多个电源轨提供高达95％的效率，并且它们接受来自插入式AC / DC适配器或DC电源的5V输入。ISL80030支持3.3V，2.5V和1.8V的VCCO和VCC_IO，而ISL21010DFH312用于1.25V的XADC输入电压，精度为±0.2％。
用于Spartan-7器件的ISL91211BIK-REF2Z参考设计板使用ISL91211BIK多相PMIC和ISL80030 3A同步降压DC / DC转换器。VCCINT，VCCBRAM，VCC_DDR，VCCAUX和VTT需要ISL91211BIK，并且它接受来自插入式AC / DC适配器或DC电源的5V输入。ISL80030 DC / DC转换器支持VCCO和VCC_IO，适用于3.3V，2.5V和1.8V电源轨。
图1：Spartan 7的参考设计
用于Zynq-7000器件的ISL91211AIK-REFZ参考设计板利用了ISL91211AIK多相PMIC，ISL9123低IQ降压稳压器和两个ISL80030 3-A同步降压DC / DC转换器。VCCINT，VCCBRAM，VCC_DDR和VCCAUX需要ISL91211AIK。ISL9123为VTT电源轨供电，两个ISL80030 DC / DC转换器支持VCCO和VCC_IO，用于3.3V，2.5V和1.8V电压轨。
这些解决方案可提供高达20 A的总输出电流，并配备独立的动态电压缩放功能，有效地加速了针对各种工业应用的电源开发，例如电机控制，机器视觉相机和可编程逻辑控制器（ PLC）。它们经过调节的控制反馈可以最佳地支持Xilinx FPGA的负载曲线，并且可以在内部管理开/关排序，而无需其他算法。它们还可以用于家庭网关和嵌入式设备，便携式医疗嵌入式设备和无线嵌入式设备。
2 MHz开关频率和快速负载瞬态响应的应用允许每个PMIC板使用22 µF输出电容器和一个小电感器来减小解决方案的尺寸。PMIC采用4.7×6.3毫米，35球BGA，0.8毫米间距封装。
两种多相PMIC均提供瑞萨的R5调制技术，该技术可实现极快的瞬态，并可以动态改变输出电压以提高系统性能和效率。瑞萨表示，R5控制器技术是专有的调制技术，可对变化的输出负载条件提供最快的响应。
图2：瑞萨R5技术的简化图
R5技术是其独特的电流模式迟滞控制器的下一步发展，它具有比以前的实现更高的带宽和更低的Iq。
图3：R5调制技术的效率
R5调制器使用滞后窗口和在图4中标记为Vcr 的合成电流信号进行操作。合成斜坡表示电感波形，而无需直接检测电感电流。
图4：处于瞬态状态的R5控制器
在稳定状态下，以具有恒定占空比和恒定开关频率的目的来控制窗口。与固定频率调制方案相比，窗口的位置使环路对动态负载的反应更好。R5调制器通过MOSFET中的电流来提高负载的效率。
同样，R5调制器不依赖固定时钟来设置或重置PWM脉冲。因此，它当然可以在必要时跳过脉冲。当负载电流很小时，环路的开关频率会降低，从而大大降低了开关损耗。
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