Cyclone Vデバイスでのパワー・マネージメント10

2015.06.12

CV-52010 更新情報 フィードバック

この章では、 Cyclone® Vデバイスでのホット・ソケット機能、パワー・オン・リセット（POR）の要件、およびこれらの実装について説明します。関連情報• Cyclone V Device Handbook: Known Issues

Cyclone V Device Handbookの章で予定されている更新をリストしています。• PowerPlay Power Analysis

Quartus®IIの PowerPlay Power Analyzerツールについて詳しい情報を提供します。• Cyclone V Device Datasheet各電源の推奨動作条件について詳しい情報を提供します。

• Cyclone V Device Family Pin Connection Guidelines電源ピン接続のガイドラインと電源レギュレータの共有について詳しい情報を提供します。

• Support Resources: Board Designパワー・サプライ・デザイン要件について詳しい情報を提供します。

• Arria V and Cyclone V Design Guidelines

消費電力Cyclone Vデバイス全体の消費電力は、以下の要素から構成されます。• スタティック電力 — 通電しているがクロックが動作していない状態でデバイスが消費する電力

• ダイナミック電力 — 信号の動作やトグルによりデバイスが追加的に消費する電力

ダイナミック電力を求める式図 10-1: ダイナミック電力

以下に、Pを電力、Cを負荷容量、Vを電源電圧としてダイナミック電力を計算する方程式を示します。

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ISO9001:2008 ���

www.altera.com101 Innovation Drive, San Jose, CA 95134

方程式は、消費電力がデザインによって左右され、またデザインの動作周波数によって決定されることを示しています。 Cyclone Vデバイスは、高度なプロセス最適化によってスタティック電力とダイナミック電力を最小限に抑えます。この技術により Cyclone Vデザインは可能な限り低い消費電力で性能要件を満たすことができます。

ホット・ソケット機能Cyclone Vデバイスは、ホット・プラグイン、またはホット・スワップとも呼ばれる、ホット・ソケットをサポートしています。ホット・ソケット回路は、VCCIO 、VCCPD 、および VCC 電源、ならびに、全ての VCCIO およびVCCPD バンクをモニタリングします。これらの電源は、いずれのシーケンスでもパワーアップまたはパワーダウンできます。ホット・ソケット動作中に、I/Oピンのキャパシタンスは 15 pF未満になり、クロック・ピンのキャパシタンスは 20 pF未満になります。ホット・ソケット機能は、異なる電圧要件のデバイスが組み合わされた PCB上で Cyclone Vデバイスを使用する際にデザインが直面するいくつかの困難を取り除きます。Cyclone Vデバイスのホット・ソケット機能は、以下に示す利点を提供します。• パワーアップやパワーダウンの前または最中に、デバイスに損傷を与えることなく I/Oピン、専用入力ピンおよび専用クロック・ピンに信号を駆動することができます。 電源の入っていないデバイスの I/Oピンへの外部入力信号が、デバイスの内部パスを介して電源に電力供給することはありません。

• 出力バッファはパワーアップまたはパワーダウン中はトライ・ステートにされています。 パワーアップ前またはパワーアップ時に Cyclone Vデバイスが信号を出力駆動しないので、デバイスが他の動作バスに影響を与えることがありません。

• システム・ボードの動作への損傷や妨害を伴わずに、パワーアップ後のシステム・ボードへの Cyclone Vデバイスの取り付け、取り外しが可能です。 この機能により、デバイスの信号ピンを介したデバイス電源への電流のシンクを避けることができます。電源がシンクすると、GNDへの直接接続が生じて電源の故障の原因となることがあります。

• ホット・ソケットの間、 Cyclone Vデバイスは、デバイスがアクティブなシステムにホット・ソケットされる際に生じることがあるラッチ・アップの影響を受けません。

アルテラは、ホット・ソケットと I/Oバッファ回路デザインのリファレンスとして GNDを使用しています。正常な動作を保証するために、ボード間の GNDは、電源を接続する前に接続します。これにより、ボードの GNDがボード上の他のコンポーネントを介した電源へのパスによって意図せずにプルアップされることを防ぎます。GNDがプルアップされると、Altera®デバイスでの仕様から外れた I/O電圧や過電流状態の原因になる恐れがあります。関連情報Hot SocketingCyclone V でのホット・ソケットの仕様について詳しい情報を提供します。

10-2 ホット・ソケット機能CV-52010

2015.06.12

Altera Corporation Cyclone Vデバイスでのパワー・マネージメント

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ホット・ソケットの実装ホット・ソケット機能は、電源のパワーアップ時とパワーダウン時に出力バッファをトライステートにします。 これらの電源がしきい値電圧を下回るときには、ホット・ソケット回路は内部HOTSCKT信号を生成します。ホット・ソケット回路は、パワーアップ中の過剰 I/Oリークを防ぎます。 電圧が非常にゆっくり上昇する場合は、POR信号がリリースされてコンフィギュレーションが完了した後でも、I/Oリークは比較的低いままです。注: 出力バッファは、非常に低い電圧で、ホット・ソケット回路によってセットされた状態から反転することができません。 CONF_DONE および nSTATUSピンがコンフィギュレーション中に動作できるようにするために、これらのコンフィギュレーションピンにはホット・ソケット機能は適用されません。 このため、これらのピンはパワーアップおよびパワーダウン中に出力駆動します。

図 10-2: Cyclone Vデバイスのホット・ソケット回路

V CCIO

PAD

R

VoltageTolerance

Control

Output Enable

Hot-Socket

OutputPre-Driver

Power-OnReset (POR)

Monitor

WeakPull-Up

Resistor

Input Bufferto Logic Array

POR回路は電源の電圧レベルをモニタリングし、デバイスがユーザー・モードになるまで I/Oピンをトライ・ステートに保ちます。 コンフィギュレーションのダウンロード中は、I/Oピンがフローティング状態にならないように、 Cyclone V 入出力エレメント（IOE）のウィーク・プルアップ抵抗（R）が有効にされします。3.3 Vトレランス・コントロール回路は、電源がパワーオンする前に I/Oピンが 3.3 Vで駆動されることを可能にし、かつデバイスがユーザー・モードに入る前に I/Oピンが出力駆動されることを防ぎます。

CV-520102015.06.12 ホット・ソケットの実装 10-3

Cyclone Vデバイスでのパワー・マネージメント Altera Corporation

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パワーアップ・シーケンス図 10-3: Cyclone Vデバイス向けに推奨されるパワーアップ・シーケンス

Cyclone Vデバイスで、デバイスの電源投入時の消費電流を最小にするために、以下の図に示すパワーアップ・シーケンスの推奨事項に従っている必要があります。VCCBAT を任意のタイミングでパワーアップします。グループ 2の上昇を開始させる前に、グループ 1の電源レールを少なくとも規定されたレール電圧の 80%にまで上昇させます。VCCE_GXB、VCCL_GXB を VCC と共にパワーアップします。

1.1VV CCV CCE_GXBV CCL_GXB

V CC_HPS

2.5VV CCPGMV CCIOV CCPDV CCA_FPLLV CCH_GXBV CC_AUX

V CCPD_HPSV CCIO_HPSV CCRSTCLK_HPSV CCPLL_HPSV CC_AUX_SHARED

Cyclone V SX、SE、およびSTデバイスのみで使用できる 電源レール

Group 1 Group 2

この表は、 Cyclone Vデバイスのパワーアップ後、コンフィギュレーション開始前に、表にリストされた電源レールでに観測される可能性のある過渡電流をリストしています。 これらの過渡電流は、デバイスがコンフィギュレーション・モードに入る時間によって規定される有限の継続時間を有します。 Cyclone V SX、SEおよび STデバイスで、デバイスのパワーアップ後、全ての電源が推奨される動作範囲に達するまでに、この表に示す過渡電流を観測する可能性があります。最小電流要件の詳細については、PowerPlay Early Power Estimator（EPE）を参照し、この表に記載されている情報と比較してください。過渡電流が PowerPlay EPEの最小電流要件を超えている場合には、それを考慮に入れて電源レギュレータをデザインする必要があります。

表 10-1: 電源の最大過渡電流と標準的な継続時間

電源レール 電源の最大過渡電流（mA） 標準的な継続時間(1)

VCCPD (2) (3) 1000 50

(1) 標準的な継続時間のみを提供しており、ボード・デザイン上ではこれとは異なる場合があります。(2) 推奨されるパワーアップ・シーケンスに従っていない場合にのみ、VCCPD で過渡電流が観測されます。VCCPD での過渡電流を防ぐために、推奨されるパワーアップ・シーケンスに従います。

(3) VCCIO および VCCPD での最大電流は、 Cyclone Vデバイスでサポートされる全ての電圧レベルに適用されます。

10-4 パワーアップ・シーケンスCV-52010

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電源レール 電源の最大過渡電流（mA） 標準的な継続時間(1)

VCCIO (3) (4) 250 200VCC_AUX (5) 400 10VCC (5) 350 100VCCPD_HPS (6) (7) (8) 400 50VCCIO_HPS (6) (8) (9) 100 200VCC_HPS (5) (6) 420 100

関連情報PowerPlay Early Power Estimators (EPE) and Power AnalyzerCyclone Vデバイスでの PowerPlay EPE のサポートについて詳しい情報を提供します。

パワー・オン・リセット回路POR回路は、電源の出力が推奨される動作範囲内に達するまで Cyclone Vデバイスをリセット状態に保ちます。PORイベントは、 Cyclone Vデバイスをパワーアップしてから、電源ランプ時間である tRAMP の範囲内で電源が推奨動作範囲に達するまでの間で発生します。tRAMP が満たされない場合にはデバイスのコンフィギュレーションは成功せず、 Cyclone Vデバイスの I/Oピンとプログラミング・レジスタはトライ・ステートを維持します。

(1) 標準的な継続時間のみを提供しており、ボード・デザイン上ではこれとは異なる場合があります。(4) VCCPD より前に VCCIO をパワーアップした場合に、VCCIO で過渡電流が観測されます。VCCIO での過渡電流を防ぐために、推奨されるパワーアップ・シーケンスに沿って VCCIO を VCCPD と共にパワーアップします。

(5) いずれのパワーアップ・シーケンスでも、VCC_AUX 、VCC 、VCC_HPS で過渡電流が観測されることがあります。

(6) これらの電源レールは、 Cyclone V SX、SEおよび STデバイスでのみ使用可能です。(7) 推奨されるパワーアップ・シーケンスに従っていない場合にのみ、VCCPD_HPS で過渡電流が観測されます。VCCPD_HPS での過渡電流を防ぐために、推奨されるパワーアップ・シーケンスに従います。

(8) VCCIO_HPS および VCCPD_HPS での最大電流は、 Cyclone Vデバイスでサポートされる全ての電圧レベルに適用されます。

(9) VCCPD_HPS より前に VCCIO_HPS をパワーアップした場合に、VCCIO_HPS で過渡電流が観測されます。VCCIO_HPS での過渡電流を防ぐために、推奨されるパワーアップ・シーケンスに沿って VCCIO_HPSを VCCPD_HPS と共にパワーアップします。

CV-520102015.06.12 パワー・オン・リセット回路 10-5

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図 10-4: tRAMP と POR遅延の関係

Time

POR trip level

Volts

POR delay configuration timetRAMP

first power supply

last power supply

Cyclone Vの POR回路は個々の検出回路を使用して、コンフィギュレーションに関連するそれぞれの電源を個別にモニタリングします。メイン POR回路は個々の検出器すべての出力によってゲートされています。メイン POR信号は電力が上昇を開始するとアサートされます。この信号は、パワーアップ時に最後に立ち上がる電源が PORトリップ・レベルに達した後にリリースされます。ユーザー・モードでは、モニタリングされている電源のいずれかが PORトリップ・レベルを下回るとメイン POR信号がアサートされます。POR信号のアサートによりデバイスは強制的にリセット状態になります。POR回路はパワーアップ・モード中に、VCCPD ならびに VCCPGM 電源で駆動される I/Oレベル・シフタの機能をチェックします。メイン POR回路は、個別のすべての POR回路が POR信号を解放するまで待機してからコントロール・ブロックにデバイスのプログラミング開始を許可します。

10-6 パワー・オン・リセット回路CV-52010

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図 10-5: Cyclone Vデバイスの POR簡略図

V CC PORV CC

V CC_AUX POR Modular

Main PORMain PORV CC_AUX

V CCPDV CCPGM

関連情報POR SpecificationsPOR遅延の仕様と tRAMPについて詳しい情報を提供します。

POR回路によってモニタリングされる電源とモニタリングされない電源表 10-2: Cyclone Vの POR回路によってモニタリングされる電源とモニタリングされない電源

モニタリングされる電源 モニタリングされない電源

• VCC_AUX• VCCBAT• VCC• VCCPD• VCCPGM• VCC_HPS• VCCPD_HPS• VCCRSTCLK_HPS• VCC_AUX_SHARED

• VCCE_GXBL• VCCH_GXBL• VCCL_GXBL• VCCA_FPLL• VCCIO• VCCIO_HPS• VCCPLL_HPS

注: デバイスが PORを終了するために、揮発性キーを使用しない場合でも VCCBAT 電源に電力を供給する必要があります。

関連情報• Reset Managerハード・プロセッサ・システムのテクニカル・リファレンス・マニュアルより情報を提供します。

• MSEL Pin Settings各 POR 遅延向けの MSELピン設定について詳しい情報を提供します。

CV-520102015.06.12 POR回路によってモニタリングされる電源とモニタリングされない電源 10-7

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改訂履歴日付 バージョン 変更内容

2015年 1月 2015.01.23 • Cyclone V POR回路によってモニタリングされる電源に VCC_AUX_SHAREDを追加

• Arria V and Cyclone V Design Guidelinesへのリンクを追加

2014年 1月 2014.01.10 • VCCPD_HPS の注を「推奨されるパワーアップ・シーケンスに従っていない場合にのみ、VCCPD_HPS で過渡電流が観測されます。VCCPD_HPS での過渡電流を防ぐために、推奨されるパワーアップ・シーケンスに従います。」に更新

• パワーアップ・シーケンスにグループ 1とグループ 2を追加

2013年 6月 2013.06.28 • Cyclone V SX、SE、および STデバイス向けのパワーアップ・シーケンスを追加

• パワーアップ時に HPS電源レールに生じる過渡電流について追加

2013年 5月 2013.05.06 • Knowledge Baseの known document issuesへのリンクを追加• 参照を容易にするために、すべてのリンクを各トピックの関連情報のセクションに移動

• 消費電力の項でダイナミック電力についての説明を明確にするための更新

2012年 12月 2012.12.28 • 「パワーアップ・シーケンス」の項を追加• 内容の再編成とテンプレートの更新

2012年 6月 2.0 章を改編2011年 10月 1.0 初版

10-8 改訂履歴CV-52010

2015.06.12

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