Zynq UltraScale+系列之“电源”
最近一个项目开始使用Xilinx的ZU+系列MPSoC，于是对其官网上的相关文档进行了学习梳理，包括电源、时钟、复位、配置和外围接口等。
本篇就电源部分进行梳理，其他部分会在后续的文章进行梳理，如有不妥之处，敬请留言指正为谢！
1、电源概述
引用UG1085中的一张图可以看出ZU+的电源还是相当复杂的，不过细细琢磨也就分为两部分：PL和PS，PL部分再细分为logic部分和GTx部分；PS部分再细分为LPD、FPD（含GTR）和公共部分（PLL、ADC、AUX）。下面是用思维导图整理的相关电源域，其中以-2E等级为参考，电流部分由于所选型号、所用资源不一，暂未统一评估，后续会进行详细评估。
电源相关引脚描述可参考UG1085和DS925。
2、上电时序
上面简单的概述了一下ZU+的电源域，下面就上电时序进行叙述。
PS部分和PL部分的上电时序是独立的，为了防止损坏器件，器件内部已经进行了隔离。
PS部分的LPD（Contains the ARM Cortex-R5 real-time processor unit (RPU), theplatform management unit (PMU), and the configuration security unit (CSU), aswell as the remaining on-chip peripherals.）要先于FPD（Contains the ARM Cortex-A53application processor unit (APU) as well as a number of peripherals typicallyused by the APU.）上电，或者同时上电。
LPD部分的上电顺序为：
- VCC_PSINTLP
- CVCC_PSAUX, VCC_PSADC, andVCC_PSPLL in any order or simultaneously.
- CVCCO_PSIO
FPD部分的上电顺序为：
- VCC_PSINTFP andVCC_PSINTFP_DDR driven from the same supply source.
- VPS_MGTRAVCC andVCC_PSDDR_PLL in any order or simultaneously.
- VPS_MGTRAVTT andVCCO_PSDDR in any order or simultaneously.
PL的逻辑部分的推荐上电时序为VCCINT,VCCINT_IO/VCCBRAM, VCCINT_VCU, VCCAUX/VCCAUX_IO, and VCCO. VCCINT_IO和VCCBRAM必须连接到一起，VCCAUX/VCCAUX_IO必须连接到一起。如果VCCINT和VCCINT_IO/VCCBRAM电压相同，可以使用同一电源并且同时上电；如果VCCAUX/VCCAUX_IO和VCCO电压相同，可以使用同一电源并且同时上电。
PL的GTx部分的推荐上电时序为VCCINT, VMGTAVCC, VMGTAVTT OR VMGTAVCC, VCCINT,VMGTAVTT. VMGTVCCAUX没有时序要求。
VMGTAVCC和VCCINT没有时序要求，可以同时上电。如果不满足时序要求，则VMGTAVTT上下电的电流可能比规范规定的高。
所有的下电时序都和上电时序相反。一般都不进行下电时序控制，如果有需要低成本的下电时序控制电路，可以参考NVIDIA的Jetson TX2的底板，本人之前就使用过这套方案进行过K7的下电时序控制，还是非常好用的，这套方案成本较低，同时考虑了外部掉电和主动关机的情况，值得参考。
上下电时序相关资料可参考DS925。
3、电流评估
Xilinx FPGA的电流评估常见的有几种方案：Xilinx自己的XPE（使用该种方式你一定会惊叹excel的强大之处！）、TI的WEBENCH（貌似只有FPGA部分，没有ARM部分）、Vivado软件、开发板等，这几种方案都可以根据自己的外设进行定制，方便灵活。
以下为XPE评估的一个样例：
PS部分的电流评估：
|
Domain |
Source |
Voltage |
Total (A) |
Total |
|
Battery Power |
VCC_PSBATT |
1.200 |
<0.001 |
<0.001W |
|
Low Power (Logic + IO) |
VCC_PSINTLP |
0.850 |
0.380 |
0.323W |
|
VCCO_PSIO0_500 |
3.300 |
0.008 |
0.026W |
|
|
VCCO_PSIO1_501 |
3.300 |
0.005 |
0.017W |
|
|
VCCO_PSIO2_502 |
3.300 |
0.002 |
0.007W |
|
|
VCCO_PSIO3_503 |
3.300 |
0.001 |
0.002W |
|
|
LPD Power |
0.375W |
|||
|
Full Power (Logic + IO) |
VCC_PSINTFP |
0.850 |
0.867 |
0.737W |
|
VCCO_PSDDR_504 |
1.200 |
1.107 |
1.329W |
|
|
VPS_MGTRAVCC |
0.850 |
0.284 |
0.241W |
|
|
VPS_MGTRAVTT |
1.800 |
0.042 |
0.076W |
|
|
VCC_PSINTFP_DDR |
0.850 |
1.228 |
1.044W |
|
|
FPD Power |
3.427W |
|||
|
Others |
VCC_PSPLL |
1.200 |
0.078 |
0.094W |
|
VCC_PSDDR_PLL |
1.800 |
0.013 |
0.023W |
|
|
VCC_PSADC |
1.800 |
0.011 |
0.019W |
|
|
VCC_PSAUX |
1.800 |
0.002 |
0.004W |
|
|
Others Power |
0.140W |
PL部分的电流评估：
|
Power Supply |
||
|
Source |
Voltage |
Total (A) |
|
VCCINT |
0.850 |
3.819 |
|
VCCINT_IO |
0.850 |
0.234 |
|
VCCBRAM |
0.850 |
0.057 |
|
VCCAUX |
1.800 |
0.178 |
|
VCCAUX_IO |
1.800 |
0.176 |
|
VCCO 3.3V |
3.300 |
0.000 |
|
VCCO 2.5V |
2.500 |
0.000 |
|
VCCO 1.8V |
1.800 |
0.033 |
|
VCCO 1.5V |
1.500 |
0.000 |
|
VCCO 1.35V |
1.350 |
0.000 |
|
VCCO 1.2V |
1.200 |
0.326 |
|
Vcco 1.0V |
1.000 |
0.000 |
|
VCCADC |
1.800 |
0.008 |
注：我使用的是XCZU3，没有引出GTx部分。
同样可以使用TI的WEBENCH进行评估，也可以使用vivado进行预评估。
4、电源相关设计（主要是去耦电容）
PL部分电源的去耦电容根据型号不同、封装不同，具体的数量不同，具体参见UG583，也可以根据XTP427的checklist进行对照检查。
PL部分电源域主要包括：VCCINT/VCCINT_IO，VCCBRAM/VCCINT_IO，VCCAUX/VCCAUX_IO，HDIO，HPIO几组。
PS部分电源域较多，具体参见UG583，也可以根据XTP427的checklist进行对照检查。针对VCC_PSDDR_PLL和VCCINT_VCU(MPSoCEV Devices Only)还需要特殊处理。
5、电源解决方案
5.1、Xilinx推荐的解决方案
在了解市面上常见解决方案之前，先看看Xilinx官方提供的电源解决方案，在UG583中Xilinx提供了四种解决方案：
- Always on: Cost optimized (-1 and -2 devices)
- Always on: Power/efficiency optimized (-1L and -2L devices)
- Always on: PL performance optimized (-3 devices)
- Full power management flexibility (all devices/speed grades)
并针对每一种提出了相应的解决方案，详细见后。
-----------------Always on: Cost optimized (-1 and -2 devices)--------------------------
-----------Always on: Power/efficiency optimized (-1L and -2L devices)------------
-------------------Always on: PL performance optimized (-3 devices)------------------
-------------Full power management flexibility (all devices/speed grades) --------
5.2、电源厂家的解决方案
市面上ZU+的电源解决方案较多，常见的电源芯片厂家均有，出去单路输出的解决方案外，如TI、ADI（linear）、dialog、Infineon等厂家均有相应的PMIC解决方案，比较常见的ZU+的电源解决方案主要有以下几种：
- Dialog公司的DA9063
- TI的TPS6508640，PMP10555、PMP11328（只有core rail）、TIDA-01480、PMP12004-HE等
- Infineon的IRPS5401
----------------------------Dialog公司的DA9063和DA9213解决方案---------------------
----------------------------------TI的TPS6508640解决方案-----------------------------------
-------------------------------------Infineon的IRPS5401---------------------------------------
由于不同的使用情况，功耗差异较大，具体方案的选择，需根据使用的资源、封装选型等因素考虑，切记照抄照搬！
文章来源：硬件助手
