1.8 电源管理

本节将介绍功耗、可编程电源技术、电源传感线功能、片上电压传感器、温度传感二极管，以及上电/断电顺序要求。

1.8.1 功耗

Cyclone 10 GX器件的总功耗由下面两部分构成。

（1）静态功耗。上电后配置的器件所消耗的功率，此时并没有运行用户时钟。

（2）动态功耗。器件由于信号活动或切换而产生的额外功耗。

下面的等式用于计算动态功耗，即

式中，P 为功率，C 为负载电容，V 为供电电压，f 为时钟频率和在每个时钟数据的切换速度。该式说明功率和设计相关，由设计的工作频率决定。通过使用高级过程优化，最小化Cyclone 10 GX器件的静态功耗和动态功耗。

1.8.2 可编程电源技术

Cyclone 10 GX器件提供了配置一部分内核的能力，称为瓦片（Tile），用于高速或低功耗工作模式。该配置由 Quartus 软件自动执行，无须用户介入。将瓦片设置为高速或低功耗模式是通过片上电路实现的，不要求提供额外的电源。在一个设计编译中，Quartus 软件根据设计的时序约束来决定瓦片是否应处于高速或低功耗模式。

Cyclone 10 GX器件的瓦片由下面构成，包括：

（1）到MLAB/LAB对的布线；

（2）包含布线到MLAB/LAB对，以及相邻的DSP/存储器布线；

（3）TriMatrix存储器块；

（4）DSP块。

与瓦片相关的所有块和布线共享相同的设置，即高速或低功耗模式。默认，包含 DSP块或存储器块的瓦片被设置为高速模式用于最优的性能。没用的 DSP 块和存储器块设置为低功耗以最小化静态功耗。对于未使用的 M20K 块，通过禁止 VCCERAM，使其进入休眠模式，以减少静态功耗。时钟网络不支持可编程的功耗技术。

利用可编程电源技术，与没有可编程电源技术的FPGA器件相比，速度更快的FPGA器可能需要更少的静态功耗。对于带有可编程电源技术的器件，关键路径只是设计的一小部分。因此，在高速模式下，高速MLAB和LAB对很少。对于没有可编程电源技术的器件，整个FPGA器件都必须过度设计，以满足关键路径的时序要求。

Quartus 软件将设计中没有使用的资源设置为低功耗模式，以降低静态功耗。当下面资源在设计中没有使用时，软件将它们设置为低功耗模式，包括LAB和MLAB、TriMatrix存储器块和DSP块。

如果在设计中例化了PLL，则可以使areset引脚为高电平，使PLL处于低功耗模式。

1.8.3 电源传感线

Cyclone 10 GX器件支持电源传感线功能。VCCLSENSE和GNDSENSE引脚是差分远程传感引脚，用于检测VCC的供电电压。

Intel建议连接VCCLSENSE和GNDSENSE引脚用于管理器，它支持电源传感线功能。要将 VCCLSENSE 和 GNDSENSE 线连接到管理器的远程传感输入，VCC 或 VCCP 必须大于30A。

1.8.4 片上电压传感器

Cyclone 10 GX器件支持片上电压传感器。电压传感器支持用6位数字表示观察到的模拟信号。电压传感器监视两个外部的差分输入和 5 个内部供电电压，如图 1.96 所示。要获得模数转换器（ADC）输入，VCCPT 电压除以 2。要获得实际的 VCCPT 电压值，将 ADC的输出乘以2。

ADC的转换速度为500ksps。当使用多个通道时，每个通道的速度相应降低。

注

（1）VREFP_ADC 引脚消耗非常小的电流，大部分电流的消耗归结于漏电流，它小于10μA。对于VREFN_ADC引脚，电流小于0.1mA。对于更好的 ADC 性能，将 VREFP_ADC 和 VREFN_ADC 引脚连接到外部1.25V精确参考源（±0.2%）。通过将 VREFP_ADC 引脚连接到GND，可以激活片上基准源（±10%）。将 VREFN_ADC 看作一个模拟信号，同时VREFP_ADC 信号提供 1.25V 电压。如果没有提供外部参考源，将VREFP_ADC和VREFN_ADC连接到GND。

注

（2）在单极性输入模式下，VSIGP引脚上相对于VSIGN引脚测量的电压必须始终为正。VSIGP 输入必须始终由外部模拟信号驱动。VSIGN引脚连接到本地接地或共模信号。

（3）在用户模式期间，可以实现一个软IP核来访问电压传感器模块。要从核逻辑访问电压传感器块，需要在设计中包含WYSIWYG原子。

1.8.5 温度传感二极管

Cyclone 10 GX器件的温度传感二极管（Temperature Sensing Diode，TSD）使用了一个PN 结二极管的特性来确定芯片温度。了解结温对于热管理至关重要。可以使用环境温度或外壳温度，结至环境温度（ja）或结至外壳（jc）热阻，以及器件功耗来计算结温。Cyclone 10 GX 器件采用内置 ADC 电路的内部 TSD 或带外部温度传感器的外部 TSD 监控芯片温度。这允许控制到设备的气流。

1.8.6 上电/断电顺序要求

Cyclone 10 GX器件的电源轨被分成3组。

（1）第1组，包括VCC、VCCP、VCCERAM、VCCR_GXB和VCCT_GXB。

（2）第2组，包括VCCPT、VCCH_GXB和VCCA_PLL。

（3）第3组，包括VCCPGM和VCCIO。

上电顺序依次为第1组、第2组和第3组。对于Cyclone 10 GX器件，如果第2组和第3组共享相同的电平，则可以将第2组和第3组的电源组合在一起。

断电顺序依次为第3组、第2组和第1组。