由于功耗敏感应用大幅增加,加上功率预算日益紧张,低的系统功耗已成为越来越多应用的需要。当今,FPGA技术更多地用于低功耗设备,这使得降低系统功耗成为日益重要的挑战。近年来,FPGA因为采用了能降低成本的先进的工艺技术,应用也日益广泛。但在成本降低的同时,功耗也因为高的晶体管漏电流而增加。不同的FPGA技术有显著不同的功耗方式,这些差异对系统整体设计和功率预算有着深远的影响。Actel的超低功耗flash FPGA功耗最低,提供精选功率模式,且封装尺寸小,在业界居于领先地位。
总系统功耗
在评估不同FPGA技术的功耗时,需要考虑以下五种基本功耗元素:
- 静态功耗
- 动态功耗
- 上电功耗 (或起动功耗)
- 配置功耗
- 睡眠模式 (或低功耗模式) 功耗
总体系统功耗是五种功耗元素按时间比例的组合。
下面的对比图表给出了基于SRAM的FPGA与基于 flash/反熔丝技术的非易失性FPGA的功耗比较,其中,左边为上电功耗方式,右边为不同运作模式的功耗。


功率方式与功耗
相比最接近的低功耗竞争产品,采用Actel IGLOO器件能够延长电池寿命达10倍,若采用Actel 的IGLOO PLUS器件,每I/O的功耗更低至最接近低功耗竞争产品的16分之一。这是因为Actel的产品在系统运行的所有五个阶段中具有出色的总体功率方式及更低的功耗。
下图所示为每款器件的电池寿命和每I/O功耗的比较,有关数据是基于厂商的软件功率分析工具。


采用Actel的Fusion混合信号FPGA、IGLOO、IGLOO PLUS、ProASIC3L及 ProASIC3低功耗flash FPGA 便能够通过这些器件的低功耗模式,降低功耗至5 µW。
IGLOO, IGLOO PLUS, ProASIC3L, 和 ProASIC3 器件。
| 模式 |
VCCI |
VCC |
内核 |
时钟 |
恢复运行操作 |
触发方式 |
| 动态 |
On |
On |
On |
On |
无 |
- |
| 静态 |
Flash*Freeze |
On |
On |
On |
On |
撤消Flash*Freeze引脚上的控制信号 |
外部触发 |
| 闲置 |
On |
On |
On |
Off |
启动时钟 |
外部触发 |
| 睡眠 |
On |
Off |
Off |
Off |
VCC电源 |
外部触发 |
| 关断 |
Off |
Off |
Off |
Off |
VCC 和 VCCI电源 |
外部触发 |
仅适用于IGLOO、IGLOO PLUS及 ProASIC3L。
Fusion 器件
| 模式 |
3.3 V 电源 |
RTC |
晶振 |
1.5V 稳压 |
闪存 |
内核 |
时钟 |
恢复运行操作 |
触发方式 |
| 动态 |
On |
On |
On |
On |
On |
On |
On |
无 |
- |
| 静态 |
On |
On |
On |
On |
On |
On |
Off |
启动时钟 |
RTC 或外部触发 |
| 待机 |
On |
On |
On |
Off |
Off |
Off |
Off |
内核供电1.5V稳压 |
RTC 或外部触发 |
| 睡眠 |
On |
Off |
Off |
Off |
Off |
Off |
Off |
内核供电1.5V稳压 |
外部触发 (PUB)
|
| 关断 |
Off |
Off |
Off |
Off |
Off |
Off |
Off |
3.3 V 电源 |
外部触发 |
设计人员在Actel的Libero IDE和Designer 软件工具里选择 根据导入的仿真VCD文件或者SmartPower的分析数据来做基于功率的布局布线 (PDL)。PDL流程指导设计人员完成Fusion、IGLOO、IGLOO PLUS、ProASIC3L及 ProASIC3设计的物理布局,让功耗敏感应用实现尽可能低的动态功耗,而且几乎不影响设计的时序。该工具可使IGLOO设计的功耗平均降低13%,而对某些特定设计,动态功耗更可降低30%。


功率计算器
- 使用这些和产品系列相关电子表格的工具,可获得关于目标设计的功率估算预处理网表。
SmartPower功率工具
- SmartPower是Libero IDE FPGA设计/开发工具套件的一部分,用于在网表编译以及布局布线设计运行后,获得设计的详细功率分析数据。