DE0-Nano-SoC开发板诡异的电源电路方案设计分析

这些日子一直在设计自己的Cyclone V SoC开发板，由于我们这种散兵游勇，是断然没有厂家和代理技术支持的，因此只能找各种现成方案参考。其实Cyclone V SoC芯片的外围电路设计不难，无非就是DDR3、千兆以太网PHY、USB PHY、USB转串口。但是除了这些功能电路外，更重要的应该是电源电路了。以DE0-Nano-SoC为参考，一个板子上，总共涉及到了5V、9V、3.3V、1.1V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、以及DDR的VTT和VREF这10种电压。吓死个人哦。一直都听说电源设计很重要，一看到这么多电源，瞬间有种怂了的感觉。不过，再怎么麻烦，该解决的问题还是要解决的。由于市面上Cyclone V SoC的板子真心不多，而DE0-Nano-SoC作为一个功能最简单的板子，就以他的电源方案作为参考了。

5V：这个好说，作为整板的供电输入，使用一个10W电源供电

9V/1A：这个9V在这个板子上貌似是给LTC的DAC外接板用的，使用了一个Boost升压电路，与核心系统无关，暂时不考虑

3.3V/3A：几乎板子上每个芯片都需要3.3V供电，而且有些排针接口还要对外供电，因此设计一个3A的输出没什么疑问。

1.1V/3A：这个电源可以看到，在输出时分成了两个名字，一个叫VCCINT_FPGA，一个叫VCC1P1_HPS，既然是要给FPGA内核和HPS同时供电，设计3A的电流也无可厚非了。只是事实上应该还有压缩的空间，但是没必要了。

1.2V/1.1A：这个在原理图里面搜索了下，仅仅是给以太网PHY芯片做内核供电用的，而根据以太网芯片手册里面的描述，以太网的内核供电工作电流典型值如下表所示，可以看到，千兆全双工100%使用率下也才221mA，所以个人认为这个地方的1.2V/1.1A的电源设计太浪费了，而且一般的以太网PHY芯片都自带LDO控制脚，使用一个AO3415的MOS管就能自给自足了。因此这个1.2V/1.1A设计性价比不高。

1.5V/2.2A：真有钱，用了2个1.1A的LDO并联得到2.2A输出。这个电源是给DDR3芯片供电用的，既然都达到2.2A的电流输出了，为啥不用DCDC，而要用两个LDO并联呢？难道DDR3不能用DCDC供电？还是这里只是单纯为了刷刷存在感？另外也想知道，2颗DDR3的功耗大概在多少，有必要用到2.2A的电流吗？

1.8V/1.1A：在原理图上查找了下，这个供电主要作用有两个，一个是给PLL芯片供电，输出多路时钟，供FPGA和HPS时钟，另一个是给板载的USB Blaster II下载器的核心芯片EPM570型CPLD做内核供电。因此实际也与Cyclone V SOC芯片无关。

2.5V/3A：最后，就是把我深深迷惑到的2.5V/3A这个电源了。最开始一直在找这个2.5V究竟给哪个地方供电了，查了一圈，发现只是基本全部连接到SoC FPGA的管脚上了。心想，不至于吧。一个FPGA芯片，要一个2.5V/3A的电源干什么，内核也才3A啊。很早之前设计原理图时候就卡在这里了，一直想不通，甚至由此对Cyclone V SOC芯片的电源电路设计产生了畏惧，一直不敢去面对，直到今天再次翻出来看，才一拍大腿，恍然大悟：原来板子上的其他的1.2V/1.1A 、1.8V/1.1A 、1.5V/2.2A电源全是用的这个2.5V作为输入的。感情是为了降低电源耗散。所以这个2.5V/3A的电源设计出来主要不是给芯片用的，是给其他的LDO电源做输入的。初步计算了下：

 其他所有使用2.5V作为输入的电源电路的设计功率为1.2*1.1+1.8*1.1+1.5*2.2 = 1.32+1.98+3.3=6.6W，而2.5V/3A的设计功率为7.5W，意思是只有0.9W留给了SOC芯片，换算下来电流就是360mA，这，这，这用一个常用的LDO就解决了嘛。至此，总算是想通了。