一种用于FPGA的低功耗系统监控电路设计

作     者：曹正州 单悦尔 张艳飞 涂波 CAO Zhengzhou;SHAN Yueer;ZHANG Yanfei;TU Bo

作者机构：中国电子科技集团公司第五十八研究所江苏无锡214035 

出 版 物：《固体电子学研究与进展》 (Research & Progress of SSE)

年 卷 期：2023年第43卷第6期

页      面：519-526页

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家科技部光电子与微电子器件及集成专项资金项目(2018YFB2290100) 

主　　题：现场可编程门阵列 系统监控 低功耗 温度传感器 模数转换器 

摘      要：为了提高FPGA工作时的可靠性和安全性,设计了一种低功耗的系统监控电路。通过对FPGA内部的工作电压、温度以及外部电压的监测,可以及时调整FPGA工作模式或者频率。在该系统监控电路中,采用自平衡的积分放大器来实现对温度感应信号的采样和放大;对电压感应信号支持单端模式和差分模式;采用1.5 bit循环ADC实现对模拟信号的量化;通过开关电容方式的基准电路设计,为ADC提供低温度系数的基准电压,具有功耗低的特点。对内嵌了该系统监控电路的亿门级FPGA进行测试,结果表明监测温度范围为-55~125℃,最大偏差为-1.5℃;对单端电压进行监测最大偏差为-1.3%,对差分电压进行监测最大偏差为0.1%。该系统监控电路具有良好的温度特性和频率特性,在-55~125℃温度范围内,ADC的输出结果偏差均在2%以内。在0.2~5.0 MHz频率范围内,时钟频率对ADC的影响可以忽略。在最高5 MHz工作频率下,最大功耗仅为2.32 mW。