ルネサス PMICリファレンス デザイン、Xilinx FPGA向け電源管理を効率化

電源管理は、現代のFPGAベース システムの基盤です。適切に設計された電源ネットワークは効率を向上させるだけでなく、デバイス寿命を延ばすため、高度な電源管理IC（PMIC）への需要が急増し続けています。

FPGA電源管理に専門知識が必要な理由

FPGAは急峻なスルーレートで高度に動的な電流を消費し、出力電圧変動を最小限に抑えながら精密な電流ステップを供給できるコントローラが必要です。エンジニアは多くの時間をロジック コーディングに費やし、電源レール設計には割けないため、実証済みの拡張可能なソリューションが不可欠です。

ルネサスのXilinx向けリファレンス デザイン

ルネサス エレクトロニクスは、Xilinxのフラッグシップ ファミリであるArtix-7、Spartan-7、Zynq-7000 SoC向けに調整された3つのターンキー PMICリファレンス デザインをリリースしました。各ボードは、コンパクトな4.7×6.3 mm、35ボール BGAパッケージ、0.8 mmピッチのルネサス ISL91211AIKまたはISL91211BIKマルチフェーズ PMICをベースにしています。

• ISL91211A-BIK-REFZ (Artix-7) - ISL91211AIK/BIK PMIC、ISL80030 3A同期バック、ISL21010DFH312マイクロパワー リファレンスを組み合わせ。複数レールで最大95%効率を達成し、AC/DCアダプタまたはDC電源からの5V入力を受け入れます。
• ISL91211BIK-REF2Z (Spartan-7) - ISL91211BIK PMICとISL80030バックを使用し、VCCINT、VCCBRAM、VCC_DDR、VCCAUX、VTTを5Vソースから供給。
• ISL91211AIK-REFZ (Zynq-7000) - ISL91211AIK PMIC、VTT用ISL9123低Iqバック、VCCINT、VCCBRAM、VCC_DDR、VCCAUXを駆動する2つのISL80030バック コンバータを採用。

各ボードはXilinxのDDRメモリ ファミリ（DDR3、DDR3L、DDR4、LPDDR2、LPDDR3）をサポートし、合計出力電流最大20 Aを供給します。設計の2 MHzスイッチング周波数、22 µF出力コンデンサ、小型インダクタにより、コンパクトながら高速負荷過渡応答を実現します。

R5変調技術：次世代の効率

すべての3つのPMICにルネサス独自のR5変調が搭載されています。この電流モード ヒステリシス コントローラは、超高速過渡応答、ダイナミック電圧スケーリング、軽負荷時のスイッチング周波数低減機能を提供し、損失を大幅に削減します。

R5アルゴリズムは、インダクタ波形をエミュレートする合成電流ランプ（Vcr）で動作し、直接電流検出の必要性を排除します。定常状態では、ヒステリシス ウィンドウが一定のデューティ サイクルを維持し、ループが負荷変化に迅速に適応できるようにします。

図2と図3はR5アーキテクチャと負荷条件全体での効率向上を示しています。

図2: ルネサスR5技術の簡易図（画像：ルネサス）

図3: R5変調技術の効率（画像：ルネサス）

量産対応

各リファレンス ボードには、包括的なユーザーガイド、完全な回路図、部品表、PCBレイアウト ファイルが付属し、ルネサスのグローバル流通ネットワークを通じて入手可能です。これらの設計は、モーター制御、マシンビジョン カメラ、PLC、ホーム ゲートウェイ、携帯型医療機器、ワイヤレス機器などの産業用途に最適です。

詳細情報や設計ファイルのダウンロードについては、ルネサスの製品ページをご覧いただくか、地元の代理店にお問い合わせください。