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वर्तमान में, अधिक से अधिक घरेलू उपकरण कम गति डायल-अप इंटरनेट से ब्रॉडबैंड इंटरनेट एक्सेस या इंटरनेट प्रोटोकॉल टेलीविज़न (आईपीटीवी) में स्थानांतरित हो रहे हैं, विशेष रूप से आईपीटीवी से चीन में तेजी से विकास प्राप्त करने की उम्मीद है। इसकी तुलना में, आईपीटीवी का बुनियादी ढांचा लागत काफी कम है, क्योंकि इस पद्धति में तांबे के तारों की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन घरेलू उपकरणों के कार्यक्रमों को स्ट्रीम करने के लिए डीएसएल या ब्रॉडबैंड लिंक और सेट-टॉप बॉक्स का उपयोग किया जाता है।
आज के प्रोग्राम गेट एरे (FPGAs) ऐसे प्लेटफार्मों के लिए आदर्श विकल्प साबित हुए हैं क्योंकि वे बाजार की आवश्यकताओं को जल्दी से बदलने के लिए लचीलापन प्रदान करते हैं। FPGAs की बिजली की आवश्यकताएं आमतौर पर बहुत जटिल होती हैं, क्योंकि FPGAs की तीन बिजली आवश्यकताएँ होती हैं। विश्वसनीय सिस्टम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए, इन आवश्यकताओं को अनुक्रमित किया जाना चाहिए।
कोर वोल्टेज
कोर वोल्टेज रेल आमतौर पर FPGA तर्क को शक्ति देने के लिए VCCINT पर सेट होती है। घड़ी की आवृत्ति और उपयोग किए जाने वाले फाटकों की संख्या के आधार पर सैकड़ों मीटर से लेकर सैकड़ों मिलीमीटर तक आवश्यक वर्तमान सीमाएं होती हैं। क्योंकि लोड अत्यधिक कैपेसिटिव है, शुरुआत में कोर वोल्टेज और वर्तमान आवश्यकताएं बहुत अधिक हो सकती हैं। एफपीजीए कोर की क्षणिक प्रतिक्रिया के लिए सख्त आवश्यकताएं हैं। कोर बिजली की आपूर्ति वोल्टेज धीरे-धीरे बढ़नी चाहिए और अक्सर एक स्थिर लंबाई के भीतर स्थिर वोल्टेज तक बढ़ने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, Xilinx के Virtex-4 को VCCINT बिजली की आपूर्ति को 0.2ms और 50ms के बीच बिजली की आपूर्ति करने की अनुमति देनी चाहिए।
I / O वोल्टेज
I / O वोल्टेज (VCCIO) में आमतौर पर 3.3V, 2.5V, 1.8V या 1.5V की वोल्टेज रेल की आवश्यकता होती है। I / O मानक को स्वतंत्र रूप से I / O मॉड्यूल द्वारा FPGA में सेट किया जा सकता है, इसलिए FPGA में एक से अधिक I / O वोल्टेज हो सकते हैं। I / O वर्तमान आवश्यकता I / Os की संख्या और घड़ी की गति पर निर्भर करती है। आम तौर पर, I / O की वर्तमान आवश्यकताएं कम हैं, कुछ सौ एमए से लेकर 3 ए तक।
सहायक वोल्टेज
सहायक वोल्टेज (VCCAUX) को बिजली की आपूर्ति के लिए एक उच्च विद्युत आपूर्ति अस्वीकृति अनुपात (PSRR) की आवश्यकता होती है क्योंकि बिजली की आपूर्ति सीधे डिजिटल घड़ी प्रबंधन (DCM) से जुड़ी होती है। अगर बिजली की आपूर्ति के शोर को डीसीएम के लिए अनुमति दी जाती है, तो यह सिस्टम के प्रदर्शन को प्रभावित कर सकता है।
यद्यपि I / O और सहायक वोल्टेज को एक विशेष क्रम में संचालित करने की आवश्यकता नहीं है, FPGA निर्माता अक्सर कोर और I / O के पावर-ऑन अनुक्रम को निर्दिष्ट या ट्रैक करते हैं। पावर-ऑन अनुक्रम को निर्दिष्ट नहीं करने या पावर-ऑन अनुक्रम को ट्रैक करने के परिणाम अक्सर सिस्टम में उपकरणों के लिए अपूरणीय क्षति होते हैं। FPGAs, PLDs, DSPs, और माइक्रोप्रोसेसर आमतौर पर ESD सुरक्षा घटकों के रूप में कोर और I / O बिजली की आपूर्ति के बीच डायोड रखते हैं। यदि बिजली की आपूर्ति ट्रैकिंग आवश्यकताओं का उल्लंघन करती है और सुरक्षा डायोड के आगे के पूर्वाग्रह से अधिक है, तो डिवाइस क्षतिग्रस्त हो सकती है।
एक अच्छी स्टेट मशीन लिखें - 2019 राष्ट्रीय FPGA प्रतियोगिता से वेरिलॉग कोडिंग कौशल के बारे में बात करना
समाधान
FPGA बिजली आपूर्ति आवश्यकताओं की जटिलता को समझने के लिए, एक निश्चित समय अवधि में VCCINT पर एक उदाहरण के रूप में बिजली की आवश्यकता को लें। ऊपरी और निचली सीमाओं द्वारा नियंत्रित 2ms और 50ms के बीच पावर-ऑन समय सुनिश्चित करने के लिए, चित्र 1 में दिखाए गए सर्किट को लागू किया जाना चाहिए।
चित्र 1: MIC37302 और असतत सर्किट नियंत्रित ढलान और समय सुनिश्चित करते हैं
कोर और I / O बिजली आपूर्ति के पावर-ऑन सीक्वेंस या पावर-ऑन सीक्वेंस ट्रैकिंग से पावर मैनेजमेंट सर्किट की जटिलता और लागत बढ़ जाती है। इस समस्या को दूर करने के लिए, डिज़ाइन इंजीनियरों को एक ऐसे उपकरण की आवश्यकता होती है जो बाहरी घटकों को जोड़े बिना इन सभी आवश्यकताओं को पूरा करता हो। इस उत्पाद का एक उदाहरण Micrel का MIC68200 LDO है, जो विभिन्न ऑन-बोर्ड बिजली आपूर्ति के लिए उपयुक्त है। यह 3 × 3 मिमी एमएलएफ पैकेज में बढ़ती गति नियंत्रण, पावर-अप अनुक्रमण और ट्रैकिंग जैसे कार्यों को एकीकृत करता है।
कई MIC68200s को दो मोड में कैस्केड किया जा सकता है: ट्रैकिंग मोड में, मास्टर डिवाइस का आउटपुट दास डिवाइस की RC पिन को ड्राइव करता है ताकि दास डिवाइस टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ के दौरान मास्टर रेगुलेटर को ट्रैक कर सके; अनुक्रमिक पावर-अप मोड में, मास्टर डिवाइस का पीओआर गुलाम डिवाइस के सक्षम (EN) छोर को चलाता है ताकि मास्टर डिवाइस चालू होने के बाद चालू हो जाए और मास्टर डिवाइस से पहले (या बाद में) बंद हो जाए। बंद कर दिया गया है। ट्रैकिंग क्षमताओं के अलावा, वोल्टेज रैंप कंट्रोल (RC) पिन भी कैपेसिटर के माध्यम से कोर वोल्टेज रेल के रैंप वोल्टेज को सटीक रूप से प्रोग्राम कर सकता है।
ट्रैकिंग और सॉर्टिंग सर्किट क्रमशः चित्रा 2 और चित्रा 3 में दिखाए जाते हैं। यह आंकड़ा से देखा जा सकता है कि समाधान एक सरल है और कुछ असतत घटकों की आवश्यकता है।
चित्र 2: ट्रैकिंग सर्किट, कोर वोल्टेज का ढलान आरसी पिन पर संधारित्र द्वारा निर्धारित किया जाता है
चित्र 3: अनुक्रमण सर्किट, मास्टर नियामक का पीओआर गुलाम नियामक को सक्षम करता है, और पीओआर विलंब को कम समाई द्वारा निर्धारित किया जाता है।
इस लेख का सारांश
संक्षेप में, आईपीटीवी वीडियो प्रसारण में एन्कोडिंग और डिकोडिंग प्लेटफॉर्म के रूप में एफपीजीए का उपयोग करने के फायदे स्पष्ट हैं। हालांकि, FPGA को पॉवर करना एक चुनौती हो सकती है, और बिजली की आवश्यकताओं के अनुसार डिज़ाइन किए गए समर्पित पॉवर मैनेजमेंट डिवाइसेस का उपयोग, जैसे कि MIC68200, नई प्रणालियों के लिए बाज़ार में समय कम कर देगा।
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