同一产品层级下,藏着三种电源架构 #

Cyclone 10 GX、Cyclone 10 LP 和 MAX 10 常被归为成本优化的可编程逻辑,但它们的电源方案并不相同。Cyclone 10 GX 有收发器电源轨,且必须按三组顺序上电。Cyclone 10 LP 的电源轨更简单,只有内核、PLL 和 I/O 三组,具体内核电压由订购代码决定。MAX 10 增加了非易失性配置,并提供单电源和双电源两种截然不同的器件选项。

Altera 是当前独立的公司和 FPGA 品牌。较早的手册、电路板原理图和参考设计标题中仍会出现 Intel,因为这些文档是在 Intel 控股期间编写的。保留这些历史标注时,应同时注明文档版本;但采购时应按 Altera 的确切订购料号(OPN)下单。

最接近的现有文章是 Altera FPGA Power Delivery: Design Guide。该指南给出了覆盖 Agilex、Stratix、Arria、Cyclone 和 MAX 的全产品组合工作流程。本文则有意收窄范围,专门解决 Cyclone 10 GX、Cyclone 10 LP 和 MAX 10 之间在电源轨、上电时序、POR、板级 BOM 和采购上的差异。因此,本文的工程依据和采购结论自成一体,并非对那篇概述的重复。

以下三个 Altera 开发板页面说明了为什么必须看完整料号:

平台开发板 FPGA 的确切 OPN该证据对应的电源方案
Cyclone 10 GX 开发套件10CX220YF780E5G支持收发器的器件,采用分组电源轨、板载电源管理和 12 V 输入架构
Cyclone 10 LP 评估套件10CL025YU256I7G开发板采用标准 1.2 V 内核方案,并配有独立的 PLL 模拟电源和 I/O 电源
MAX 10 开发套件10M50DAF484I6GDA 为双电源选项,具备模拟和闪存功能;该开发板的 BOM 不能用于单电源 MAX 10

Cyclone 10 LP 开发板还用 10M08SAU169C8G 作为系统控制器。在 MAX 10 订购指南中,SA 表示单电源,具备模拟和闪存功能并支持远程系统更新;DA 则是对应的双电源选项。这两个字母决定了电源架构,并非无关紧要的物流后缀。

各系列需分别建立电源轨表 #

Altera 当前的电源支持页面建议 Cyclone 10 和 MAX 10 设计先使用系列早期功耗估算器(EPE),待设计实现后再使用 Quartus Prime Power Analyzer。估算时必须涵盖确切的密度、封装、I/O 标准、收发器使用情况、时钟、翻转率、存储器、DSP 模块以及结温假设。开发板上的稳压器额定值不能替代该负载情况。

Cyclone 10 GX:内核、收发器和 I/O 组 #

现行 Cyclone 10 GX 电源管理手册将 VCC、VCCP、VCCERAM、VCCR_GXB 和 VCCT_GXB 归入 Group 1,VCCPT、VCCH_GXB 和 VCCA_PLL 构成 Group 2,VCCPGM 和所选的 VCCIO 电源轨构成 Group 3。VCCBAT 不属于上述任何组,没有上电时序要求,但仍需根据安全密钥使用场景和引脚指南进行处理。

这不是 SmartVID 架构。内核电源依据确切的器件要求和功耗估算来设定,而非通过 Agilex 或 Stratix 10 的 PMBus 流程协商。稳压器仍需具备足够的静态容差、瞬态响应、远程检测策略、热裕量和 PDN 阻抗。

Cyclone 10 LP:由 OPN 决定内核电压等级 #

Cyclone 10 LP 的 VCCINT 电压为 1.0 V 或 1.2 V,两种电压等级的订购代码不同。VCCD_PLL 跟随所选内核电压;只有按引脚指南允许的隔离方式处理时,才能与 VCCINT 共用电源。VCCA 为 2.5 V,即使不使用 PLL 也必须供电。VCCIO 则根据所支持的 I/O 电压逐 bank 选择。

现行数据手册要求所有电源斜坡严格单调上升,不得出现平台。手册还要求所有 VCCA 引脚同时供电,且所有 VCCIO bank 在运行期间均保持供电。Cyclone 10 LP 的 POR 电路会等待 VCCINT、VCCA 以及包含配置和 JTAG 引脚的 VCCIO bank 越过各自触发点,然后才释放 nSTATUS。如果电路板无法满足所选快速或标准 POR 斜坡窗口的要求,手册建议将 nCONFIG 拉低,直到所有电源稳定。

MAX 10:先确定单电源还是双电源 #

MAX 10 单电源器件在 VCC_ONE 和 VCCA 上接受 3.0 V 或 3.3 V 外部电源,再由内部稳压器产生 1.2 V 内核电压。若某个 I/O bank 使用不同电压,仍需为其单独配置 VCCIO 稳压器。这种方式可减少外部内核稳压器数量,但内核和 I/O 性能均低于双电源方案。

双电源 MAX 10 需要外部 1.2 V 和 2.5 V 电源,分别供内核逻辑和外设使用。它可以采用高效的开关转换器,并根据功能选项和封装的不同,额外考虑 VCCINT、VCCD_PLL、VCCA_ADC 以及 I/O 等供电要求。ADC 引脚、闪存访问控制、远程系统更新和封装迁移这些特性,不能只看密度就下结论,而要看 SA/SC/SL 和 DA/DC/DD/DF 功能代码。

Cyclone 10 GX、Cyclone 10 LP 和 MAX 10 的电源架构比较
Three distinct Altera cost-optimized FPGA power architectures
设计工作表Cyclone 10 GXCyclone 10 LPMAX 10
首个 OPN 问题密度、封装、速度和收发器数量1.0 V 或 1.2 V 内核电压代码单电源或双电源功能代码
主要电源轨风险内核瞬态加收发器模拟电源轨正确的内核等级、PLL 隔离和 bank 电压内部稳压器损耗与外部多电源轨复杂性
配置依赖三组上电时序和 POR 时序POR 监控的内核、PLL 模拟和配置 bank I/OPOR 监控的 VCC 或 VCC_ONE、VCCA 和配置 bank VCCIO
估算文件Cyclone 10 GX EPE,然后进行已实现设计分析Cyclone 10 LP EPE,然后进行已实现设计分析MAX 10 EPE,然后进行已实现设计分析

上电时序与 POR 是两回事 #

Cyclone 10 GX 采用阈值门控分组 #

Group 1 的所有电源轨可按任意顺序上电,但每条 Group 1 电源轨都必须至少达到标称值的 90%,Group 2 才能开始上电。Group 2 在 Group 3 开始前也遵循同样的规则。每条电源轨都必须单调上升,且整个上电过程必须满足所选 POR 时序。

只有当 Group 3 电源轨与 Group 2 电源轨电压相同、且共用为 VCCPT 供电的稳压器,并且合并后不会驱动未上电的 GPIO 或收发器引脚时,Altera 才允许将二者合并。这是电气上的一个特例,适用范围很窄,并不等于可以把所有标称电压相同的电源轨都合并。

推荐的断电路径反转了组关系:先让 Group 3 接近地,再让 Group 2 断电,然后先 Group 2 再 Group 1,所有电源轨必须在 100 ms 内完全下降。对于不受控的输入崩溃,当前指南定义了替代所需的电压差和残余电压条件。因此,即使正常开/关时序正确,系统 BOM 仍可能需要输入故障检测、控制器保持、快速稳压器禁用和放电路径。

Cyclone 10 LP 依赖单调上电斜坡和 POR 控制 #

Cyclone 10 LP 不使用 GX 三组表。评审时应改为验证电压等级是否正确、VCCA 是否同步动作、上电曲线是否单调、配置 bank 的 VCCIO 是否有效,以及所选 POR 时序是否合适。目标 bank 未上电时,外部驱动的 I/O 必须保持在手册规定的热插拔限制范围内。

MAX 10 通常没有强制电源轨顺序 #

现行 MAX 10 配置指南指出,受监控电压没有强制的上电顺序。但这并不意味着使能时序无关紧要。Altera 的设计指南建议对多电源轨系统进行时序控制,以提高长期可靠性,并且每条电源轨都必须满足其斜坡速率和推荐工作限值。

POR 电路监控稳压后的 VCC_ONE、VCCA 以及单电源器件的配置 bank VCCIO,或双电源器件的 VCC、VCCA 以及这些 VCCIO bank,并不监控双电源器件的每一条电源轨。启用 instant-on 后,配置会在受监控电源达到阈值后沿最短路径开始,因此即使 FPGA 的 POR 逻辑按文档所述工作,缓慢的未监控电源轨或延迟的外部外设也可能成为系统级启动故障。

Cyclone 10 GX、Cyclone 10 LP 和 MAX 10 的时序与复位归属
Grouped sequencing, monotonic POR and optional reliability sequencing compared

台架验收时,应捕获冷启动、命令关机、输入突然丢失以及锁存故障后的重启。探测点应选在 FPGA 电源轨或文档规定的远程检测点,而不仅仅在稳压器输出端。归档波形刻度、输入电压、温度、负载镜像、配置模式和板卡版本。

参考现有板卡验证资料,但不要照搬 #

Evaluation Board BOM

Cyclone 10 GX:两代官方板卡电源方案 #

现行 Cyclone 10 GX 开发套件指南中,围绕同一颗 10CX220YF780E5G FPGA 保留了两个板卡版本。量产版 DK-DEV-10CX220-B 的“Power Solution 2”表中采用已配置的 MPS 器件,包括 0.9 V 电源轨的 MPM3690GBF-50D-0011、3.3 V 的 MPM3695GRF-25-0037、多路 MPM3650CGQW-C879-Z 电源轨,以及 MPM3632SGPQ-C879-Z、MPM3612GLQ-C879-Z、MPM3804GG-C879-Z,VTT 采用 TPS51200DRCR,输入软启动/保护采用 LTC4365CDDB-1#TRMPBF。

较早的 DK-DEV-10CX220-A“Power Solution 1”则采用 Enpirion 器件,如 EM2130L、EM2130H、EN6337、EN6347、ER3110、ER3105、ER2120、EP5348、EY1501、EV1320 和 ES1010。这些 BOM 均针对特定板卡版本,虽然展示了完整的电源轨与控制方案,但两者并非可互换的已批准替代清单。已配置的 MPS 后缀型号和较旧的 Enpirion 方案,都必须与其对应的板卡原理图、编程数据、补偿设计和生命周期评审绑定。

Cyclone 10 LP:紧凑型集成稳压器 #

Altera Cyclone 10 LP 评估板采用 10CL025YU256I7G,其文档列出 EN5329QI(2 A 集成电感降压转换器)、EN5339QI(3 A 集成电感降压转换器)以及两个 EP5358HUI 600 mA 转换器。原理图中实现了 1.2 V 内核与 PLL 数字电源轨、经滤波的 2.5 V PLL 模拟电源轨、3.3 V 和 1.8 V I/O 电源轨,并设有电流测量点。

这块板子验证了一种可行的 25K-LE、U256 方案。若换成 1.0 V 的 Cyclone 10 LP OPN、其他封装、不同的 I/O bank 划分,或逻辑活动更繁重,就需要重新做 EPE、稳压器和 PDN 评审。

MAX 10:开发板模块与 PMIC 参考 #

当前 MAX 10 开发套件页面列出的是 10M50DAF484I6G,而板卡指南则记录了围绕该双电源器件及其外设的 EN2342QI、EN6337QI 和 EP5358xUI 稳压器。这些只能作为该板卡版本的评估板证据。

Hardware Verified

TI 的 TIDA-00607 是双电源 MAX 10 更集成的官方参考设计。它使用 TPS65218D0,从 5 V 电源或单节锂离子输入提供 FPGA 和存储器电源轨、监控功能、可编程时序和外设负载开关。TI 声明该设计已针对 –40°C 至 105°C 的工业运行进行测试。在 July 31, 2026 评审中,TI 将 TPS65218D0 标记为 active,并列出包括 TPS65218D0RSLT 在内的 active 完整可订购代码。在采购规格中保留封装、包装后缀和已编程寄存器/EEPROM 镜像。

官方证据指定器件支持内容发布边界
Cyclone 10 GX DK-DEV-10CX220-BMPM3690, MPM3695, MPM3650, MPM3632, MPM3612, MPM3804, TPS51200, LTC436512 V 板卡树、分组电源轨、监控和故障处理定制配置后缀和板卡版本是设计的一部分
Cyclone 10 LP 评估套件EN5329QI, EN5339QI, EP5358HUI紧凑型 1.2 V 内核板,具有独立 PLL 和 I/O 电源轨证据适用于 10CL025YU256I7G 和文档规定的 I/O 规划
MAX 10 开发套件EN2342QI, EN6337QI, EP5358xUI带存储器和外设的双电源 10M50 板成熟评估 BOM;NPI 前重新检查生命周期
TI TIDA-00607TPS65218D0经过测试的集成双电源 MAX 10 PMIC 架构保留输入、温度、编程和测试条件

监控不能只看 power good #

Cyclone 10 GX 内置电压传感器和温度感测二极管,官方开发套件还增加了板载功率测量、可编程稳压器、电源故障监测器和放电电路。调试时可以借助这些功能,但纹波和瞬态仍需用合适的探头实测验证——遥测速度慢,无法证明高带宽电源轨是否达标。

Cyclone 10 LP 评估套件用 MAX 10 系统控制器和 ADC 通路做电流测量,并通过 Board Test System 上报结果。这个做法在生产中很实用:一颗小型常开控制器可以检测输入、使能各电源轨、记录故障,并把主 FPGA 保持在复位状态。控制器自身的供电电源轨必须能维持足够长时间,以完成受控关断。

MAX 10 的 POR 监测只覆盖文档中列出的配置关键电源。对于双电源器件,未纳入监测的 VCCINT、VCCD_PLL 和 VCCA_ADC 一旦故障可能破坏运行或违反接口要求,仍需在板级加以监控。要确定哪些故障锁存、哪些重试、哪些强制系统进入安全状态,并记录阈值、延迟以及固件/配置版本。

将 BOM 和 RFQ 作为受控数据发布 #

工程包 #

  1. 冻结完整的 FPGA OPN、封装、速度等级、温度等级和板卡版本。
  2. 附上正确的 Cyclone 10 或 MAX 10 EPE 文件以及已实现设计的 Power Analyzer 报告。
  3. 列出每个电源轨、引脚组、电压、容差、电流、瞬态目标、时序/POR 依赖关系和允许的共享规则。
  4. 归档 PDN 结果、原理图、布局约束、补偿值和探测点波形。
  5. 对于 MAX 10,明确说明单电源或双电源,并记录即时启动、POR 延迟和配置组电压。
  6. 对于 Cyclone 10 GX,包含三组使能逻辑和未受控输入丢失行为。

采购资料包 #

  • 报价时给出完整的 FPGA 和稳压器可订购代码,包括参考板所用的配置后缀,如 -0011、-0037 或 -C879-Z。
  • 记录稳压器编程文件、校验和、电阻选项、PMBus 或 I2C 地址以及已批准的固件版本。
  • 确认封装、温度等级、湿敏处理、包装方式、日期码规则和批次可追溯性。
  • 较旧的 Enpirion BOM 属于生命周期敏感证据;不能仅凭标称电压和电流就批准替代品。
  • 确定输入级规格前,先把 FPGA 电源轨与 DDR、Ethernet、时钟、USB、风扇和连接器负载分开。
  • 任何电源轨合并、稳压器替换或 OPN 电压选项变更,都须经工程批准。

RFQ 输入信息 #

请提供确切的 FPGA OPN、构建数量、年用量、输入母线、EPE/Power Analyzer 输出、电源轨表、认证要求和生产周期。如果请求是照搬开发套件,请明确注明 DK-DEV-10CX220-B、Cyclone 10 LP 评估板版本、DK-DEV-10M50-C 或 TIDA-00607,并标明每个已批准替换的元件。

结论 #

Cyclone 10 GX、Cyclone 10 LP 和 MAX 10 在成本导向的市场中定位相近,但各自的电源系统要解决的电气问题并不相同。Cyclone 10 GX 需要对内核、收发器和 I/O 分组做阈值门控,并具备故障感知关断能力。Cyclone 10 LP 则取决于是否选对 1.0 V 或 1.2 V 的 OPN,以及 PLL 隔离、单调斜坡和 POR 时序。MAX 10 首先要决定用单电源还是双电源,随后还要考虑受监测电源轨、即时启动和外部系统时序等问题。

产品组合方法参见 Altera FPGA Power Delivery: Design Guide。Stratix 10 and Arria 10 Power Design 介绍性能更高的成熟系列,Powering Altera Agilex 3, 5 and 7 FPGAs 则讲解当前采用 SmartVID 和 SDM 的设计。各厂商针对 AMD-Xilinx 的实例分别见 ADI Power Solutions for AMD-Xilinx FPGAs、Renesas PMIC Solutions for AMD-Xilinx FPGAs 和 TI Power Designs for AMD-Xilinx FPGAs,通用流程见 AMD-Xilinx FPGA Power Delivery: Design Guide。

订购前,请提供确切的 OPN、输入母线、电源轨估算、时序计划和认证要求。有了这些资料,工程和采购部门就能区分板卡专用参考 BOM 与可量产的电源设计。

官方参考 #

最终设计决策请以原厂数据手册及获批准的工程资料为准。