解析FPGA设计中的功率计算技巧

　　随着工艺技术的越来越前沿化， FPGA器件拥有更多的逻辑、存储器和特殊功能，如存储器接口、 DSP块和多种高速SERDES信道，这些发展不断地对系统功率要求提出挑战。由此，设计师也许会想要拖一座冰山到电路板上，但这样一来IT人员就会面临一团乱麻的境地了。显然冰山是一个不切实际的玩笑，以下是一种可行的方案：使用工具来精确计算功率要求。
　　功率计算的关键是两方面:静态和动态功率。 尽管FPGA厂商承诺将提供切实可用的低功耗器件，但由于工艺技术从130纳米缩小到90纳米、65纳米或更加小的线条，晶体管固有的漏电加剧了，静态功耗也增加了。此外，使用FPGA时极高的系统性能要求使得动态功耗上升，动态功耗是频率和开关节点的函数。那设计者如何才能准确地确定器件的功耗，同时考虑与这个问题有关的所有重要因素，有效地作出必要的设计权衡，建立一个满足所有性能要求的可靠系统呢?
　　功耗计算对于FPGA设计十分重要是基于两点考虑：系统电源的大小和散热。众所周知，系统中的所有器件都需要一个良好、清洁、精确和可靠的电源，且能有效地运作。精确地计算功耗就能有的放矢地确定电源大小，电源过大将增加成本。散热装置对系统可靠性至关重要。所有器件都已列出了其对器件结温容忍度的界限。超过这些界限，将可能导致运行效率低下，或者更糟糕的是导致系统永久地损坏。当然，也可以采用一些技术来缓解散热问题，如对系统增加散热片或气流，从而有效地降低运行温度。那么，在系统建立之前，设计师怎样才能够准确地估计功耗和设备的热耗?这相当于在谈论一个先有鸡还是先有蛋的问题!幸运的是，有一个专为这项任务而设计的功耗计算器。
　　准确评估功耗去建立一个热模型的一些基本要素如下：
　　1 。器件的各种要素： FPGA(使用的和未使用的部分) 、封装、工作频率、活动因素和速度等级。
　　2 。环境因素：散热片、气流、电路板尺寸和环境温度。
　　3 。可用性要素：设计过程中在任何时间的建模能力，导入实际的运行数据，方便地做“假设”的完整环境的评估。 　　由于功率计算器必须在整个设计过程中都是可用的，能始终在这个工具中对器件作出选择很重要，同样，用户对不同的封装、器件、密度、速度等级和温度范围进行选择也是很重要的。热特性还使用户随时了解他的设计是在一个明确、安全的运行环境中进行。
　　功率计算器还提供了非常明确的单独工作区域，以按钮的形式对器件的每个结构、资源、可用的元件进行操作。针对可用性的要求，该工具会显示每个电源的电流和功率，以及每个元件和所有元件的功耗总和。这样给出了每个元件对整体功耗影响的完整了解，并允许用户决定如何将设计进行最好的优化，以减少总功耗。
　　表格的罗列展示是很有价值，图形也相当有用。图2展示了一组由功率计算器自动生成的图形。图表显示了下列信息：
　　功率与电压(或电压―――典型和最坏的情况)
　　功率与环境温度―――典型和最坏的情况
　　功率与频率―――典型和最坏的情况
　　这些图表为设计一个可靠系统提供了很有用的信息。