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  • Artix7 FPGA的供电电压大致可以分为三个大的种类: FPGA逻辑电压、GTP高速串行收发器电压和XADC电压。FPGA逻辑电压包括内核电压、辅助电压、Block RAM电压和IO电压四种;GTP电压有GTP收发器电压和GTP收发器终端电压...

    Artix7 FPGA的供电电压大致可以分为三个大的种类: FPGA逻辑电压、GTP高速串行收发器电压和XADC电压。FPGA逻辑电压包括内核电压、辅助电压、Block RAM电压和IO电压四种;GTP电压有GTP收发器电压和GTP收发器终端电压两种;XADC电压有XADC供电电压和XADC外部输入参考电压两种。这八种电压并不一定全部都要单独供电,比如内核电压和Block RAM电压就可以一起供电。

    一. FPGA Logic Voltage

    FPGA逻辑电压信息如下图所示:

    Logic Power

    1.1 IO供电电源

    从上图中我们可以看出,内核电压VCCINT、辅助电压VCCAUX和Block RAM电压VCCBRAM三种电压的范围都在Typ±1%以内,但是IO电源VCCO却是一个从1.14V~3.465V的范围,这个明显不是IO电源的误差范围,而是因为Artix7 FPGA的IO管脚支持不同的电平标准。

    Xilinx的7系列FPGA有两种IO Bank:HP(High Performace)和HR(High Range)。Virtex7部分型号的器件仅部分型号带有HR类型的IO Bank,全部型号都带有HP类型的IO Bank;Kintex7器件同时支持HR和HP两种IO Bank;Artix7和Spartan7仅有HR类型的IO Bank。

    HR和HP两种类型的IO Bank支持的电平标准如下两图所示:

    IO电源1

    IO电源2  

    在使用Xilinx的综合工具(ISE或Vivado)对Artix7器件进行开发时,如果不在约束文件里声明管脚类型,默认使用3.3V电平标准。

    另外,Artix7 FPGA的每个IO Bank 都可以单独供电,也就是说,不同的IO Bank可以使用不同的电平标准。外部信号输入FPGA的电平、IO Bank供电电压和约束文件里声明必须一致,不然轻则导致整个FPGA系统不能正常工作,重则导致FPGA器件甚至更大范围的器件损毁。

    1.2 内核电压、Block RAM电压和辅助电压

    FPGA的内核一般就是指FPGA内部的工作逻辑,内核电压即为内部逻辑的工作电压,一般情况下整个FPGA器件功耗的大头就是内核功耗。一般器件的内核电压为1.0V,低功耗器件的内核电压要更低一些。

    Block RAM电压即为FPGA内部的Block RAM资源的工作电压。关于Block RAM资源,以前看过一些Spartan6 FPGA的资料,7系列的资料只是大致浏览了一下,发现变化好像不是很大。

    辅助电压VCCAUX是全局辅助电压,用于给FPGA内各种功能模块的互联资源供电。同时,在IO Bank中,VCCAUX还给输入缓存电路供电,这里的输入缓存包括单端和差分端口。

    二. GTP电压和XADC电压

    2.1 GTP电压

    GTP Power

    这俩电压是Artix7 FPGA GTP资源工作的必要电压,有专门的供电脚。

    GTP对电源噪声的要求稍微有点高:电源纹波峰峰值不能超过10mV,不然就会影响性能。

    关于GTP资源更多的信息,目前还在看相关资料,看完之后会整理出一个笔记来。

    2.2 XADC电压

    XADC Power1

    XADC Power2

    这俩电压跟上面说的几个电压是不共地的,具体情况还得等我看完相关文档之后再做总结,这里就先把电压放这。

    三.上电序列

    上面提到的各类电源如果随随便便怼上去是会出问题的,上电基本法如下:

    IMG_20171119_113427

    灵魂画师说的就是我啊~~~~~

    内核电压必须首先到达指定压值,这个跟上电配置过程有关系,内核在上电配置器件会将所有IO都设置为三态模,具体情况之后会单独写一个关于FPGA配置过程的笔记。

    对GTP功能的电压要求主要是为了获得最小消耗电压。

    Xilinix官方开发板达成上电序列要求的方法是:各个电压都有外部输入的12V电压经各种电源芯片一起转换,然后用电源管理芯片UCD90120A来产生电源芯片的使能信号,控制上电过程。

    AC701供电图

    转载于:https://www.cnblogs.com/liujm8421/p/7859415.html

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  • GBT 12325-2008电能质量 供电电压偏差.pdf 技术规范
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    舵机转角与供电电压的关系?

    问题:网上搜了好多关于舵机工作原理的资料,知道额定供电电压下舵机转角由PWM信号控制,设置不同的PWM找空比可以得到不通的角度。现在,假设PWM占空比不变而调节电源电源,是不是也能调节角度?即转角、电源电压即PWM占空比三者之间的关系是什么?有没有简单的关系式?
    这样问的主要原因是:我用电池给舵机供电,舵机有单片机PWM输出控制,但是随着电池用的次数多,电源电压会往下掉,这时必然影响舵机的控制,同样的算法得到的转角就会不一样,所以想搞清楚它们三者只见到关系,希望大虾们多多指教!谢谢!

    答:一般来说舵机的转动角度只由控制脉冲来唯一决定,和电压无关。但是如果电压不稳,会影响舵机的稳定性。再说解码电路和舵机电路对电源电压也是有比较高的要求的。因为舵机都是用在定位比较高的场合,比如飞机的舵面。就算是来控制油门的也是要稳定的呀。舵机的大致工作原理是:给舵机一个一定宽度的脉冲信号,舵机就会用自身产生的标准宽度的脉冲信号与其相比较。如果有差别,舵机就自动调谐自身的脉冲宽度,直到与之一至为止。此时舵机也就转动下好是要求的角度。所以说它与电压是无关的。电压不稳时,舵机会抖动,误动很危险的。

    https://zhidao.baidu.com/question/254986682.html

    所以今后要注意这方面的问题,在设计电路时需要考虑

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  • 因为曾经学东西的时候很困难,在网上发帖子求救很难得到响应,很多高手都不愿意理。现在有机会学了一些东西。愿意拿出来与大家一起分享。
  • 美国电压标准

    千次阅读 2011-08-26 11:01:31
    美国电压标准(ANSI C84-la-1980)的规定: 1.供电系统设计要按“范围A”进行,出现“范围B”的电压偏差范围应是极少见的,出现后应即采取措施设法达到“范围A”的要求。 2.“范围A”的要求: 115~120V系统: 有...

    美国电压标准(ANSI C84-la-1980)的规定:

    1.供电系统设计要按“范围A”进行,出现“范围B”的电压偏差范围应是极少见的,出现后应即采取措施设法达到“范围A”的要求。

    2.“范围A”的要求: 115~120V系统: 有照明时:用电设备处110~125V;供电点114~126V。 无照明时:用电设备处108~125V;供电点114~126V。 460~480V系统:(包括480/277V三相四线制系统) 有照明时:用电设备处440~500V;供电点456~504V。 无照明时:用电设备处432~500V;供电点456~504V。 13200V系统:供电点12870~13860V。

    3.电动机额定电压:115V、230V、460V等。照明额定电压:120V、240V等。

    美国的工业用电为三相四线制227V/480V;

    民用是单相3线制120V 60HZ(工作零线和保护零线是分开的).

    在我国,长期是以单相二线和三相四线向居民供电,工业、民用混在一个系统,干扰很大。 而美国、日本、美州一些国家是以单相三线向居民供电,与工业系统是分开的。 他们和我们不一样,我们是社会主义的初级阶段,基本国策保持100年不动摇。


    目前世界各国室内用电所使用的电压大体有两种,分别为100V~130V,与220~240V二个类型。100V、110~130V被归类低压如美国、日本、等以及船上的电压,为因此它的设备都是按照这样的低电压设计的,注重的是安全;220~240V则称为高压,其中包括了中国的220伏及英国的230伏和很多欧洲国家.注重的是效率。


    按照美国电压标准(ANSI C84-la-1980)的规定,即范围A供电规定,应当符合下面这些要求的 标准联邦电力法规定供电电压为115~120V,但我们通常也可以认为是110V,接110V设备并不会损坏,一切设备都有一个至少125%的富余设计容量。 主要是美国人口密度小,所以线很长,电压必须提高,不然到末端就没有110V了。

    对于单相电力,按照联邦法律规定,在满负载时,用电设备处必须保证110~125V,变压器处必须保证114~126V 在空负载时,电设备处必须保证108~125V,变压器处必须保证114~126V 他们大多州都准寻这个法案,即范围A标准法案。即115~120V系统

    对于工业用电即三相四线制供电要求。 460~480V系统以及277V系统两大类。他们分2类工业用电的。 满负载时保证设备端440~500V,变压器端456~504V 空负载时保证设备端432~500V,变压器端456~504V 对于13200V工业用电接入,必须保证负载端12870~13860V,变压器端13000-14000V

    总而言之一句话,美国的供电标准总体上看有115V、230V、460V、120V、240V这几大类。其中110V范围内的,即和国际110V系统一样,都可以通用,但通常电压能到120V,就如同中国说220V,事实上也能到230V一样 这是大多数州的,当然比如一些州由于经济条件以及人口密度问题,电压会有所提高或降低的。 但只要是能够运行在110V的设备,都可以在大多数州使用,而如果兼容110V-220V设备,即全球通用设备,即可在他们任何一个洲任何地点使用 美国的交流供电频率全部为60赫兹。 所以,事实上如果我们在美国大多数地方开民用电的申请接入时,填写的表格上写的是: 120V联邦电力法标准供电(ANSI C84-la-1980)A标准电力接入申请 而不是110V。但是到你家的时候,由于压降的原因就是110V了。但美国就是这样严格规定的

    注:美国工业用电标准为什么是277/480伏的电压

    工业用电是三相交流电,也就是说有三根火线和一根公共的零线。每根火线与零线之间的电压是277V,这叫“相电压”。

      三根火线之间存在一定的关系,就是交流变化的相位相差1/3个周期,即120度。这样的三相电,每两根火线之间的电压称为“线电压”,是相电压的1.732(即根号3)倍。如果相电压是277伏,则线电压=277*1.732=480V。

      相电压和线电压都是确定的,只是它们有不同的定义。一般三相电是这么标示的:相电压值/线电压值,这里就是277/480V。

      在我国,工业三相交流电的电压是220/380V,即相电压是220V,而线电压是380V。

     

    1、美国的工业用电为三相四线制277V/480V;民用是单相3线制120V 60HZ,并且工业和民用的线路分开的。

    2、国内的用电器拿过去不能用,原因有2:一是频率不同,二是电压不同。

    3、一火一零(相电压?)277V。两火480V。但前提是工业用电。因为已经说过“工业和民用的线路分开的”。

     众所周知,一般国内电子镇流器的电压工作范围是160V-265V,辅助电源芯片比如Viper12A,LNK305等其电压范围是85-265V,而且由于25W以上的镇流器都采用了APFC技术,如采用L6561,MC33262等,其母线电压一般均为400V,如果直接输入277V的电压肯定是不可以的,超出了辅助电源芯片的电压范围,而且PFC也不会工作。


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  • 问题 今天在使用 STM32F407的ADC时遇到一个问题:ADC的参考...供电方案 MCU的参考手册都会有一章节单独介绍MCU的电源管理,针对不同的MCU(封装不同等)其外部电源如何连接也是有要求的,我们在MCU上一般都会发现...

    问题

      今天在使用 STM32F407 的 ADC 时遇到一个问题:ADC 的参考电压都是通过 Vref+ 引脚提供的并作为ADC转换器的基准电压(部分 MCU 没有 Vref+ 引脚)。当我们使用的 Vref+ 是直接取自用 VDD 电压时,当 VDD 电压波动比较大时或稳压性能比较差时,转换结果自然就不准确了!

    供电方案

      MCU 的参考手册都会有一章节单独介绍 MCU 的电源管理,针对不同的 MCU(封装不同等)其外部电源如何连接也是有要求的,我们在 MCU 上一般都会发现如下引脚(注意不同 MCU 是有区别的):

    • VDD / VSS: VDD is the external power supply for the I/Os, the internal regulator and the system analog such as reset, power management and internal clocks. It is provided externally through VDD pins.
    • VDDA / VSSA: VDDA 是A/D转换器,D/A 转换器,参考电压缓冲器,运算放大器和比较器的外部模拟电源。 VDDA 电压电平与 VDD 电压无关。 不使用这些外设时,最好将 VDDA 连接到 VDD。
    • VBAT: 当不存在 VDD 时,VBAT 是 RTC,外部时钟 32kHz 振荡器和备用寄存器(通过电源开关)的电源。 对于没有专用引脚的小型封装,VBAT内部连接到了 VDD
    • VREF+ / VREF-: VREF+ 是 ADC 和 DAC 的输入参考电压。 使能后,它也是内部参考电压缓冲器的输出。当不使用 ADC 和 DAC 时,VREF+ 可以接地。VRE- 必须始终等于 VSSA。
      VREF- 和 VREF+ 引脚并非在所有封装中都可用。 如果封装上未提供它们,则它们在 MCU 内部分别与 VSSA 和 VDDA 相连。

    下面以 STM32F1 和 STM32F2 的 MCU 比较来具体看看。供电架构如下图所示:
    在这里插入图片描述
    不同的供电所管理的供电域
    在这里插入图片描述
    供电电压范围
    在这里插入图片描述

    1. VCC: C=circuit 表示电路的意思, 即接入电路的电压
    2. VDD: D=device 表示器件的意思, 即器件内部的工作电压;
    3. VSS: S=series 表示公共连接的意思,通常指电路公共接地端电压
    4. STM32 的 VDDA 和 VSSA 不能悬空,复位模块和 RC 振荡器需要 VDDA 和 VSSA。否则无法下载程序!

    电源引脚连接

    • VDD 引脚外接去藕电容连到外部稳压源
      • 一个最小值4.7uF、典型值 10uF 的钽电容或陶瓷电容
      • 每个 VDD 引脚再接一个100nF 的陶瓷电容
    • VBAT 引脚外接电池。若没有电池,推荐通过100nF的陶瓷电容连到VDD引脚
    • VDDA 引脚外接两个去藕电容
      • 一个 100nF 的陶瓷电容
      • 一个 1uF 的钽电容或陶瓷电容
    • VREF+ 引脚连到 VDDA
      • 若有单独的参考稳压源连接一个100nF 和 1uF 的电容
    • VCAP1 和 VCAP2 通常只各连接一个 2.2uF 的电容
      • 特殊封装上,可外接 1.2V 电源来旁路内部主电压调节器
        在这里插入图片描述

    ADC的参考电压

      ADC 可以主要有连个电源: 供电电源参考电源 。参考电源就是在转换数值时候的基准。在部分 MCU 的封装中,会有单独的一个 Vref 引脚,这个引脚就是提供参考电源的
    在这里插入图片描述
    我们可以把外部基准电压芯片(例如REF3133,输出的电压是标准的3.300V)连接到 Vref 引脚。一般 100 脚的 STM32 MCU(如上图STM32F4)都有 VREF 引脚。对于 100 脚以下的芯片,STM32 没有把 VREF 引脚引出来,而是直接在内部连接到了 VDDA 引脚。这样就导致了 ADC 的供电电源和参考电源实际是一个。

      注意,STM32 单片机上面有好多电源引脚,其中有若干 VDD 引脚,只有一个 VDDA 引脚,VDDA 引脚就是模拟供电引脚。不过,需要注意,VDDA 的电压不是随便定义的。例如,STM32F051 系列单片机就规定,VDDA 必须要大于或者等于 VDD 才可以正常工作,所以这时候,最好是给单片机 3.0V 供电,再给 VDDA 采用一个 3.3V 的基准电压芯片供电。
    在这里插入图片描述
    为啥会要求 VDDA 必须要大于或者等于 VDD?这是因为在 MCU内部 VDDA 和 ADC 的参考电压有联系。

    内部参照电压

      以上两种方法都需要外加基准电压芯片,在实际应用中,往往是 VDDA 引脚和 VDD 引脚连在一起,而没有 VREF 引脚的片子,内部 VREF 有是和 VDDA 接一起的,这就到了整片子都是由电源芯片供电。这个时候如果要提高 ADC 转换准确性该怎么办呢?

      针对上面这种情况,在每个 MCU 的内部,都有一个叫内部参照电压的东西。更关于该部分的介绍,位于对应 MCU 的 数据手册 中(不同MCU的 数据手册 介绍有多又少,同样是 STM32F0 的 数据手册 介绍更为详细),如下图:
    在这里插入图片描述
    但是这个值有可能也是不准确的,那怎么办呢?ST 提供了一个方案:STM32 可以通过配置将 VREFINT 接入到 ADC 内部的通道,然后我们就可以测量 VREFINT 到底是多少。MCU 不同具体链接的 ADC 引脚也是不同的。下面是 STM32F4 芯片的参考手册的说明:
    在这里插入图片描述
    在 MCU 出厂测试的时候,ST 为我们提供了一个校准值,校准过程是在外部供 3.3V 电源,将采样内部参考的 ADC 值写入到 MCU 固定的内存中去的在这里插入图片描述
    这样我们就可以用 ADC 实际采样,得到 VREFINT 的采样值,然后使用上面的校准值进行计算即可!

      关于使用内部参照电压的具体方法,只有部分芯片的参考手册中才能找到( 如下图是 STM32F0x ),其他 MCU 的参考手册都是很简单的几句说明。
    在这里插入图片描述
    更进一步,在计算其他通道的时候,我们就可以使用以上计算的 VDDA 来作为基准了!
    在这里插入图片描述
    需要特殊注意的是,在不同系列的芯片中,以上是有区别的,例如以下是 STM32L476 系列的
    在这里插入图片描述
    那么,VDDA = 3.0V x VREFINT_CAL / VREFINT_DATA 这个公式是咋么来的的呢?下面我们以上 STM32L476 这个图为例来推导一下。

    1. ST 通过配置将 VREFINT 连接到 ADC 后,则有:VREFINT = 3.0V * (VREFINT_CAL / 4095); VREFINT_CAL 就是校准条件下的 ADC 采样值
    2. 我们自己通过配置将 VREFINT 连接到 ADC:VREFINT = VDDA * (VREFINT_DATA / 4095);
    3. 因此,VDDA * (VREFINT_DATA / 4095) = 3.0 * (VREFINT_CAL / 4095);
    4. VDDA = 3.0V x VREFINT_CAL / VREFINT_DATA

    ADC转换时间

    在使用上面的方法时,必须要特殊注意ADC转换时间。否则采样值将出现较大偏差!先看看每个通道的总转换时间公式:每个通道总的转换时间 = TSampling + Tconversion

    • TSampling可配置:SMP@ADC_SMPRx,需要和外部电路的输入阻抗匹配(在对应的数据手册中会有详细说明)
      在这里插入图片描述
    • Tconversion取决于转换精度:RES@ADC_CR1,降低转换精度可提高转换速度
      在这里插入图片描述

    ADC总转换时间为:Ttotal = (SMP + RES) * ADCCLK

    • SMP:采样时间,需要和外部输入阻抗搭配
    • RES:转换精度,降低精度可提高速度
    • ADCCLK:ADC模块工作时钟
      • ADCCLK = APB2时钟分频(2,4,6,8)
      • ADCCLK最大值还受限于工作电压
        • VDDA=1.8~2.4V fADCmax = 15MHz
        • VDDA=2.4~3.6V fADCmax = 30MHz

    为什么要说ADC采样时间?因为上一节所讲的方法,对于采样时间是有限制的!!!

    • 温度传感器
      在这里插入图片描述
    • Vbat
      在这里插入图片描述
    • VREFINT
      在这里插入图片描述

    关于采样时间需要和外部输入阻抗搭配,参看下图和对应的 数据手册
    在这里插入图片描述

    参考

    1. STM32F4、STM32F0、STM32F1、STM32F2的 数据手册,参考手册
    2. ST的培训资料
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  • EMC 电磁兼容 相关文档 《对额定电流不大于16A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制》 国家标准 GB17625-2 1999版
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