FPGA向けPower Solution

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1 FPGA 向け Power Solution 株式会社 PALTEK Engineering Group Proprietary to PALTEK CORPORATION

2 AGENDA FPGA の電源について Bellnix 製品紹介 National Semiconductor 製品紹介

3 FPGA の電源について Proprietary to PALTEK CORPORATION

4 The World is Going Green Design Green by Xilinx

5 消費電力とテクノロジートレンド 傾向電源に対する影響 より微細化 プロセス向上 ( ムーアの法則 ) 微細化により漏れ電流増大 クロック周波数の増大 FPGA パフォーマンスへの期待 動的消費電力 = CV 2 f 高速化 = 消費電力増大 ロジック規模の増大 高機能ブロックの搭載 ロジック規模の増大 = デバイスあたりの電源種類 消費増大 トランジスター数増大 = 消費電力増大 Density Speed Transistor Size Dynamic & Static Dynamic Leakage

6 Additional Transistor Types in Virtex-6 Virtex-5 65 nm Block (Transistor Distribution) Highest Leakage (65 nm Low V T ) Lower Leakage (65 nm Regular V T ) Virtex-6 40 nm Block (Transistor Distribution) Lowest Leakage (45 nm Regular V T ) Low Leakage (40 nm Regular V T ) Mid Leakage (45 nm Low V T ) Highest Leakage (40 nm Low V T ) Oxide thickness, Threshold Voltage, and Channel Length affect transistor speed and leakage current Wider choice of transistors balances power and performance

7 ハードブロックの採用による電力抑止 静的消費電力に対する効果 トランジスタ数の削減 動的消費電力に対する効果 ロジック部分 ( プログラマブル領域 ) の配線リソースの削減 配線距離の削減 タイミング仕様の向上に伴うロジック規模削減 同等機能のソフトコアに比べて最大 10 倍近くの消費電力が削減

8 Spartan-6/Virtex-6 ハードマクロブロック BlockRAM SelectIO with ChipSync Technology DSP Blocks Low-Power Serial Transceivers Clock Management DCM and PLL PCI-Express Hard Blocks Hard Memory Controller AES Encryption 10/100/1000 Mbps Ethernet MAC Blocks* *Virtex-6 Only Spartan-6 Only Xilinx FPGA の豊富なハードブロックの利用により消費電力の抑制が可能

9 Spartan-6 での例 Other FPGA* Spartan-6* Memory Controllers PCIe Interface DSP Logic General Purpose Logic ~45K Logic Cell Device 40% Overall Savings ~25K Logic Cell Device Hard Memory Controllers Hard PCIe Interface Hard DSP48A 2 DRAM Controllers 6K Logic Cells Hard Block PCIe Interface 6K Logic Cells Hard Block DSP (FFT, FIR, etc.) 11K Logic Cells Hard Block General Purpose Logic 22K Logic Cells ~24K Logic Cells Total 45K Logic Cells 24K Logic Cells 9

10 Xpower Estimator による消費電力計算 参照 :

11 Spartan-6/Virtex-6 電源構成 Virtex-6 電源系統 (GTX 部分を除く ) Spartan-6 構成例 Virtex-6 構成例

12 Virtex-6 ボード設計例構成 <High-Speed Serial I/F> FMC HPC SMA DDR Power <I/O> I/O Load I/O <MISC> DIP SW Push SW GTX XC6VLX240T-FF1156 <Memory I/F> DDR3 DDR3 <Config / work> XCF32P LED System Monitor Core POWER Ext. IO POWER Ext. GTX POWER Ext. Current Monitor Voltage Monitor Cap. Line GTX Power Module Daughter Board

13 Virtex-6 ボード設計例バンク構成図 50Ω テブナン終端 B25/26/35/ 本 B34 2.5V B35 2.5V B36 2.5V B26 2.5V B25 2.5V B16 2.5V HPC Conn HPC Conn TX/RX 8ch GTX B0 2.5V B24 2.5V B15 2.5V B14 1.5V GPIO 20bit +CLKIN/OUT 2bit 2.5V 電源 2 本 GND 2 本 B13 1.5V SMA TX/RX 2ch REFCLK 1ch B34 2.5V B33 2.5V B32 2.5V B22 2.5V B23 1.5V B12 1.5V DDR3 inf B12/13/14/23 Dat 64bit DDR3 x4 LED/SW/LCD B33 LPC Conn B22/32 Config Flash B0/24/32 Dat 16bit Flash

14 電源ブロックは? Power Conn +5V xxa Bellnix BSTM4M- 0.7SD10PDM (BST04M) Bellnix BSTM4M- 0.7SD10PDM (BST04M) +3.3V 10A +2.5V 10A VCCAUX/Config 電圧 / 電流測定ポイント Logic/ HPC Conn VCCAUX/VCCO Bellnix BSTM4M- 0.7SD10PDM (BST04M) Bellnix BK5302GQ or NS LP V 10A B16/25/26/B35/B36 抵抗変更により他電圧へ変更可能 +1.0V 2A MGTAVCC VCCO Xilinx Virtex6 MGTAVCC Bellnix BK5302GQ or NS LP38853 Module 化 Bellnix BSTM4M- 0.7SD10PDM (BST04M) +1.5V 10A +1.2V 2A MGTAVTT 電圧 / 電流測定ポイント MGTAVTT VRP/VRN (DCI) VREF +0.75V VREF Sel +0.75V VREF DDR3 X4 NS LP2998MRA +OPAMP(VREF) +0.75V VTT

15 Board Layout Image

16 Bellnix 製品紹介 Proprietary to PALTEK CORPORATION

17 非絶縁型 DCDC 製品ラインナップ BST ファミリ 低価格 小ディレーティング 世界標準サイズ RoHS 対応 BST-L 25A BST-L 16A BST 30A BST 16A 電流 ( 大 ) BDA 12A BSV-H 12A BSV-H Power 22A BSV-HL 12A 1% 精度低ノイズ 汎用 EN5396 9A EN5366 6A EN5336 3A EN5322 2A EN5311 1A EP mA BST-L 10A BST-M 10A BST-M 6A BST-M 3A BST 10A BST 6A エンピリオンシリーズ 超低価格 IC タイプ インダクタ内蔵 出力 2% 精度対応 電流 ( 小 ) BDZ 10A BSV- マイクロ BSV-m8 8A BSV-m6 6A BSV-m3 3A BSV-HE 9.5A 高速応答 BSV ファミリ 高性能 高速応答性能 最先端 IC 向け 超小型 低ノイズ 高効率 出力 1% 精度対応 RoHS 対応

18 FPGA の電源に対する要求 FPGA の製造プロセスの微細化 高集積化 低電圧 大電流化 コア電圧の許容範囲がどんどん狭まっている +3.3V コア電圧における許容電圧幅の推移 600mv 出力電圧の精度や変動率も重要な要素となってきた ハイエンド FPGA の電源要求 +1.2V +1.0V spartanxl virtex virtex2 virtex4 virtex5 低ノイズ小型高速過渡応答高い電圧設定精度高効率 100mv 高性能 小型化の要求

19 高速 POL コンバーターの採用 Vo=3.3V 2.5V 1.8V BSV 6A BSV-m 3A, 6A,8A BSV-H 12A 初代 BSV BSV-HE 9.5A 同形状で最適な電流値の選択 BSV-22H 22A 大電流に対応 BSV-LH 12A 低価格版 BSV 大電流に対応 低電圧に対応 ASIC や FPGA 等の必要な電流値が急峻にきりかわるような大型 IC に向けた 超高速応答コンバータシリーズ

20 出力設定制度 ±1% BSV-HE 9.5A 超小型 mm 超薄型 4.0mm 超高速負荷応答 出力設定制度 ±1% 超高効率 過電流保護回路内臓 ON/OFF 制御機能付 出力電圧可変機能付 低入力電圧保護機能内蔵 外付けコンデンサ不要 動作温度 40 ~+85 RoHS 指令対応 形式品名 Model 入力電圧 (v) 出力電圧 (v) 出力電流 (A) リッフ ルノイス (typ) 効率 (%) BSV-1.8S9R5HE 3.0~ ~1.8 0~

21 エンピリオンシリーズのラインナップ エンピリオンシリーズ概要 入力電圧 : V 出力電圧 :0.8V 3.3V 出力電圧設定精度 :±2% 出力電流 :0.6A,1A, 2A, 3A, 6A, 9A 動作周波数 :5Mhz 600mA = 3mm x 3mm x 1.1mm 1A = 4mm x 5mm x 1.1mm 2A = 4mm x 6mm x 1.1mm 特徴 インダクター内蔵 過電流保護回路内蔵 過電圧保護回路内蔵 3A = 7.5mm x 10mm x 1.85mm 高温保護回路内蔵 低入力電圧保護機能内蔵 プログラマブルソフトスタート リモートON/OFF RoHS 対応 6A = 10mm x 12mm x 1.85mm 9A = 10mm x 12mm x 1.1mm

22 BSI-nano シリーズ BSI-N Series スペック表 形名入力電圧出力電圧出力可変範囲出力電流リッフ ルノイス 効率 BSI-N Series Vdc Vdc Vdc A mvpp(typ.) %(typ.) BSI-0.8S3R0N 0~ ~ ~6.6 BSI-0.8S6R0N 0~ リップルノイズ 効率はVin=12.0V Vout=3.3V Iout=3A 時の値です 2 リップルノイズの測定は下記の積層セラミックコンデンサを付加し Bw=20MHzにて行っております 3A 品 : 入力側 47μF 出力側 10μF+1μF 6A: 入力側 47μF 出力側 22μF+1μF TO-220 相当サイズ 挿入実装型パッケージ (SIP) 高効率 ON/OFF 制御機能付 出力電圧可変機能付 過電流保護回路内蔵 低電圧保護機能内蔵 動作温度 -40 ~+85 周囲温度 85 でわずかなディレーティング 外形寸法 12± ±0.5 C/L ± h max. h:[6a]5.6 max. [3A]4.7 max. P1.7 4=6.8

23 BSI-nano シリーズのメリット 3 端子や 5 端子レギュレータでは 放熱を行うために 大きなヒートシンクが必要となります 実装サイズ 実装面積 小

24 BSK シリーズ BSK Series スペック表 形名入力電圧出力電圧出力可変範囲出力電流リッフ ルノイス 効率 BSK Series Vdc Vdc Vdc A mvpp(typ.) %(typ.) BSK12-0.8S04PDM 0~ ~ ~6.6 BSK12-0.8S08PDM 0~ リップルノイズ 効率はVin=12.0V Vout=3.3V Iout=4A 時の値です 2 リップルノイズの測定は下記の積層セラミックコンデンサを付加し Bw=20MHzにて行っております 3A 入力側 47μF 出力側 10μF+1μF 6A 入力側 47μF 出力側 22μF+1μF 面実装型パッケージ (SMD) 高効率 ON/OFF 制御機能付 出力電圧可変機能付 過電流保護回路内蔵 低電圧保護機能内蔵 Power Good 信号出力 動作温度 -40 ~+85 周囲温度 85 でわずかなディレーティング 外形寸法 h 10.2 (4) (3) (2) (1) 16.7 (5) (6) (7) (8) P (5) (8) (9) (4) 4 (1) h:[8a]3.8 max. [3A]2.8 max.

25 デジタル制御電源 BDA/BDZ BDA 概要 入力電圧 : V 出力電流 :12A 動作周波数 :1-2Mhz 効率 91% BDZ 概要 入力電圧 : V 出力電流 :10A 動作周波数 :1-2Mhz 効率 93% 出力精度 ±1% BSV-22A 品と同形状 共通特徴 : 高速応答 超小型 I2C 制御 BDZ は外付け抵抗のみで出力電圧 の設定も可能 マージン 電圧自動トリミング 障予測に最適 故 一円玉サイズ TI の POLA ピンコンパチ品

26 Bellnix デジタル制御電源のメリット デジタル通信によりマスターデバイスから電源状態の監視が可能に 入力電圧監視 出力電圧 電流監視 & 動的制御 電源の状態 ( 正常 異常の判断 温度変化 ) 異常停止時の停止原因判断 ( 過電圧 低電圧 加熱など ) => 2 本の信号線のみで通信 制御が可能 => 部品点数の削減にも貢献

27 AC-DC BHI シリーズ BHI シリーズは医療機器と情報処理機器の安全性に関する規格に対応した 超小型 高絶縁型の AC-DC 電源です 適応規格 EN UL EN UL

28 AC-DC BHI シリーズの特徴 医療規格対応ユニット電源で業界最小クラス BHI シリーズは医療規格 EN を取得済み 医療規格対応 AC-DC ユニット電源であり同出力電圧 同出力電流の従来汎用品と比較した結果 体積比で 55% の小型化となりました

29 カスタム電源採用実績 半導体パラメータアナライザ 発電所向け 火力発電 ( 冗長電源 ) 原子力発電 ( センサ - 用高圧電源 ) 医療機器 超音波診断装置多出力スイッチング電源 CT スキャナー (Max35KV まで対応可能 ) 電子顕微鏡用スイッチング電源 骨塩測定器用 X 線管高圧電源 防災システム テレメーター 航空宇宙 モニター制御電源 CRT 用電源 スペ - スシャトル搭載 DC-DC コンバ - タ 航空機搭載用サーマルイメージャ DC-DC コンバータ ミニラボ (DPE など ) 高圧駆動電源 鉄道 東海道 東北 上越新幹線列車無線電源

30 RECOM 社製品について Proprietary to PALTEK CORPORATION

31 RECOM 社とは ドイツに本社を置く 1975 年設立の老舗電源メーカーです シングル ダブル トリプル出力の DC-DC コンバータ及び AC-DC コンバータを多品種用意しています 計測 医療 FA 等の少量多品種の市場向けに 非絶縁 絶縁型の DC-DC コンバータを多品種ラインナップしております 特にが特徴です 約 8000 品種の膨大な高絶縁型 DC-DC 製品ラインナップを誇ります

32 RECOM 製品の特徴 ~ お客様の声 BEST3~ 1 位 : とにかく小さい! 面積 体積を大幅削減 他社の1/2! ヒートシンク不要など装置が劇的に小さくなる! 2 位 : 高絶縁 DC-DC! 他にはないラインナップ なんと DC10kv 耐圧製品まで用意! 他社では AC500V しか対応していない 3 位 : 種類が豊富! 8000 品種に及ぶ圧倒的製品群 他社がメーカー志向の効率化で製品をシュリンクしていく中 顧客志向に立った製品群! 夢と創造 BellnixR