電子發燒友網：本文主要介紹FPGA設計中功率計算的技巧。隨著工藝技術的越來越前沿化， FPGA器件擁有更多的邏輯、存儲器和特殊功能，如存儲器接口、 DSP塊和多種高速SERDES信道，這些發展不斷地對系統功率要求提出挑戰。由此，設計師也許會想要拖一座冰山到電路板上，但這樣一來IT人員就會面臨一團亂麻的境地了。顯然冰山是一個不切實際的玩笑，以下是一種可行的方案：使用工具來精確計算功率要求。

　　眾所周知，功率計算的關鍵是兩方面：靜態和動態功率。 盡管FPGA廠商承諾將提供切實可用的低功耗器件，但由于工藝技術從130納米縮小到90納米、65納米或更加小的線條，晶體管固有的漏電加劇了，靜態功耗也增加了。此外，使用FPGA時極高的系統性能要求使得動態功耗上升，動態功耗是頻率和開關節點的函數。那設計者如何才能準確地確定器件的功耗，同時考慮與這個問題有關的所有重要因素，有效地作出必要的設計權衡，建立一個滿足所有性能要求的可靠系統呢?

　　功耗計算對于FPGA設計十分重要是基于兩點考慮：系統電源的大小和散熱。眾所周知，系統中的所有器件都需要一個良好、清潔、精確和可靠的電源，且能有效地運作。精確地計算功耗就能有的放矢地確定電源大小，電源過大將增加成本。散熱裝置對系統可靠性至關重要。所有器件都已列出了其對器件結溫容忍度的界限。超過這些界限，將可能導致運行效率低下，或者更糟糕的是導致系統永久地損壞。當然，也可以采用一些技術來緩解散熱問題，如對系統增加散熱片或氣流，從而有效地降低運行溫度。那么，在系統建立之前，設計師怎樣才能夠準確地估計功耗和設備的熱耗?這相當于在談論一個先有雞還是先有蛋的問題!幸運的是，有一個專為這項任務而設計的功耗計算器。

　　準確評估功耗去建立一個熱模型的一些基本要素如下：

　　1 .器件的各種要素： FPGA(使用的和未使用的部分) 、封裝、工作頻率、活動因素和速度等級。

　　2 .環境因素：散熱片、氣流、電路板尺寸和環境溫度。

　　3 .可用性要素：設計過程中在任何時間的建模能力，導入實際的運行數據，方便地做“假設”的完整環境的評估。

　　由于功率計算器必須在整個設計過程中都是可用的，能始終在這個工具中對器件作出選擇很重要，同樣，用戶對不同的封裝、器件、密度、速度等級和溫度范圍進行選擇也是很重要的。熱特性還使用戶隨時了解他的設計是在一個明確、安全的運行環境中進行。

　　功率計算器還提供了非常明確的單獨工作區域，以按鈕的形式對器件的每個結構、資源、可用的元件進行操作。針對可用性的要求，該工具會顯示每個電源的電流和功率，以及每個元件和所有元件的功耗總和。這樣給出了每個元件對整體功耗影響的完整了解，并允許用戶決定如何將設計進行最好的優化，以減少總功耗。

　　表格的羅列展示是很有價值，圖形也相當有用。圖2展示了一組由功率計算器自動生成的圖形。

　　圖表顯示了下列信息：

　　功率與電壓(或電壓―――典型和最壞的情況)

　　功率與環境溫度―――典型和最壞的情況

　　功率與頻率―――典型和最壞的情況

　　這些圖表為設計一個可靠系統提供了很有用的信息。

　　環境變量也必須是易于設置和修改的。圖3展示了高級的熱特性選擇屏幕，用戶可以輕松地為設計修改熱特性。由工具或自定模式提供的普通熱模型可用于計算，為任何設計環境提供靈活性和精確性也很重要。用戶還可以設置散熱片和氣流參數，以及有效的用于計算的Theta-JA。為了能夠實現所期望的性能和可靠的結果，所有這些因素對正確 分析實際系統 環境、作出必要的設計選擇來說至關 重要。

　　有一個完整的系統級理解和精確的功率模型將能使設計師作出必要的決擇，從而完成設計。然后，設計者可以集中精力于降低功耗，其中包括以下幾個方面：

　　降低設備的工作電壓；優化時鐘頻率；減少設計中長的布線；優化編碼；優化熱模型。（關于降低功耗可參考：降低FPGA功耗的設計技巧 ）

　　依據設計中所用器件資源的全部數據、所有對建立熱模型至關重要的環境變量、以及在設計過程中自由地使用和修改各點參數，就可以可靠地實現FPGA設計，使其滿足系統性能指標。