随着工艺尺寸的缩小，器件通常需要多个电源。器件核心趋向于在低电压下运行，以降低功耗及优化性能。要与旧器件连接或兼容现有的I/O标准，I/O电压应运行在不同的电压下，该电压通常高于核心电压。器件通常支持多个I/O插槽，每个插槽都工作在不同的电压下(1.8V、2.5V或3.3V)。为了对器件重新配置或重新编程，通常支持额外的电源轨。当然，这些电源轨间的关联及总数的增多显著地增加了电路板级电源管理的复杂度。

    采用FPGA、DSP与ASIC的设计可能需要四、五个或更多的电源以预定的顺序和斜坡率供电，以避免闩锁反应、电流浪涌及I/O冲突等问题。此外，许多应用需要可调的加电排序管理及斜坡率，以适应不同的情况。

    为了达到这些应用的要求，电源系统管理主机必须加电时处于活动状态，以对多通道模拟电压输入进行采样和监控。根据系统需求，主机以适当的斜坡率对多电源进行排序。主机还要能灵活地调节不同的顺序和斜坡率，记忆以前的用于排序和斜坡率控制中的参数。

    加电混合信号FPGA对这类电源管理控制具有多种优势。这些FPGA在单片电路中集成了大量的嵌入式闪存、可编程的逻辑及可配置的模拟器件。通过集成大量闪存，设计师可利用可编程的系统芯片实现多种任务，包括记录系统性能历史、更新运行参数、监控系统参数以在出现之前(预诊断)预测故障、EEPROM模拟、及启动代码存储等。除了简单的电源管理外，这些器件还可以用于控制电源电压斜坡率。可以对模拟系统进行配置，以对30个通道的模拟信号采样和监控，或凭借控制多电源排序及斜坡率的可编程的驱动优势来控制10个栅极驱动器。

    为了使用混合信号FPGA可编程的栅极驱动器（如Actel Fusion可编程系统芯片）来控制电源电压斜坡率，必须采用模拟的四路模拟I/O结构(图1)。四路模拟由四个I/O pad组成，包括模拟电压(AV)输入、模拟电压及/或电流(AC)输入、模拟电压及/或温度(AT)输入，及一路单栅极驱动器输出、模拟栅极(AG)pad。AV、AC、和AT用于在将信号发送到可配置的12位逐次求近寄存器(SAR)模拟数字转换(ADC)进行转换之前，对信号进行保护。四路模拟输入可接受12V±10％的电压。四路模拟可对以下参数进行配置：预分频值、支持正负电压、及I/O功能。

    如果设计师采用四路模拟及ADC，混合信号FPGA可提供了一种灵活、简单的智能解决方案，用于电源排序及斜坡率控制。这种方案并不需要外部元件，如电阻分压器网络、比较器或MOSFET驱动器，节省了电路板空间，并大幅度降低了系统成本，它还可实现不依赖于主电源上升时间的真正排序。

    为了实施电源排序和斜坡率控制任务，混合信号器件可以配置成对电源连续地监控。根据用户定义的条件，FPGA可启动功率MOSFET晶体管为负载供电。采用电压监控，用户可根据一个电源的电压定义另一个电源的导通条件，或在一个电源导通固定的时间延迟后，将另一个电源导通。同时，用户还可选择不同的栅极驱动器驱动优势来定义每个电源的斜坡率，栅极驱动器可与外部P沟道或N沟道MOSFET配合工作。

    图1说明了典型的电源控制结构。AV和AC pad表示线路一侧或电源，而AT pad在负载一侧，以外部MOSFET(由AG pad控制)限制或控制到负载的电源，由AV pad来监控电源电压。当电源达到用户定义的水平并稳定后，AG pad可用来打开MOSFET，允许负载一侧加电。栅极驱动器为可配置的电流吸收器或来源，需要一个外部上拉电阻或下拉电阻(参见图2)。AG pad和外部功率MOSFET可确定负载一侧电源轨的斜坡率。以下的示例说明了如何确定与控制此斜坡率。

    采样参数：

    电源电压=Vsupply5V/5%

    上拉电阻=Rpullup=300Ω

    AG pad电流=Ig=10µA

    功率MOSFET:

    阀值电压=VT=1V

    电容(栅极和源极)=Cgs=10nF

    电容(栅极和漏极)=Cgd=2nF

    此例中，在时间0之前，电源(Vsupply)为导通状态。AV pad可测量该电压并确定Vsupply稳定在5V。栅极关闭，其中没有电流通过。此时栅极电压(Vg)也是5V。AG栅极驱动器在时间0时导通，开始吸收10µA(Ig)的电流。

    此时Vg将下降直到栅极与源极间的电压超过阀值电压(Vt)时停止。斜坡率在首次近似阀值时，由等式dV/dt=Ig/Cgs确定。Cgd为电压的非线性函数，通常称为米勒（Miller）电容。在此区域只有很少的电流从漏极流到栅极，所以米勒电容非常小，电容以Cgs为主。

    当Vgs超过Vt时，MOSFET导通。在米勒电容充电时，此区域的Vgs变稳定。漏极电压(Vd)在此时上升。斜坡率Vd的由以下等式确定：

    Insert Equation here

    当Vd达到Vsupply时，米勒电容充电，Vg再次开始下降。Vgs继续上升直到Vgs=IgxRpullup=10µAx300Ω=3V.MOSFET完全导通时，Vsupply=5V, Vd=5V且Vd=Vsupply–Vgs=2V.

    选择MOSFET必须仔细，要明确系统需求。要认真选择Rpullup。如果Rpullup过大，会超过MOSFET的额定Vgs值，从而导致重大故障。

    对于特定的电源电压，Ig和Cgd定义了多久可以上升到其最大值。图3显示了Vsupply、Vg、和Vd在上升时的电压。

    要控制不同斜坡率的电源，用户可以预设每个功率MOSFET晶体管相应的Fusion栅极驱动器的驱动能力。Fusion栅极驱动器有四级可选驱动能力：1µA、3µA、10µA和30µA。在所示的例子中，用户对Ig选择一个10µA栅极驱动器、对功率MOSFET选择固定2nF的Cgd，以对5V电源实施5V/mS的斜坡率控制。用户通过选择不同栅极驱动器的驱动优势或选择有不同特点的一个功率MOSFET，可轻松地改变斜坡率。

    所有加电排序与斜坡率的控制逻辑和时序在FPGA构造内实施，因此，这些操作完全可由用户进行配置和控制。如果在开发过程中、甚至在产品发布后需要改变设计，只需简单的配置即可更新电源管理方案。

    相同的概念也适用于系统中的每个电源轨。混合信号FPGA可控制10个12V电压的电源轨。通过对斜坡率进行设定和编程，其排序顺序问题也可解决。

    生成和维护适当的电源环境对系统的正常运行具有重要意义。凭借实时加电和单电源运行优势，通过对电路板上的电源进行排序和监控，混合信号FPGA用可控制的方式初始化电路板。这些器件的可配置性使其可适应任何电路板的电源管理需求。除了对电源轨排序外，混合信号FPGA还能轻松而有效地控制电源轨的斜坡率。这种功能可保证系统处理器件的正常运行，包括DSP、微处理器和SRAM FPGA。