FPGA的60W~72W高密度電源的電氣性能、熱性能及布局設計之深入分析
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熱性能
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/117025.htm在縮小 FPGA 型系統尺寸的同時(shí)提升其功能、存儲容量和計算能力的發(fā)展潮流促使設計人員不斷改進(jìn)用于冷卻組件的方法。一種簡(jiǎn)單的方法是在組件的上方提供有效的氣流。較高的組件會(huì )妨礙氣流掠過(guò)諸如 FPGA 或存儲器 IC 等采用較扁薄封裝的器件。在采用預制型 DC/DC 負載點(diǎn)穩壓器時(shí)，這種阻塞氣流的情況將很?chē)乐?，因為這些器件的高度達到了 FPGA 及其他 IC 高度的 6~10 倍。
在把內部產(chǎn)生的熱量從封裝的頂部高效地散逸出去的過(guò)程中，FPGA 的薄型球柵陣列 (BGA) 封裝極為有益。當諸如預制型 DC/DC 穩壓器等較高的器件阻止了氣流并在其旁邊的器件上投下一個(gè)“陰影”時(shí)，這種好處就被削弱了。
圖 7 是圖 1 所示電路板的熱像，并提供了特定位置的溫度讀數。光標 1~4 示出了每個(gè)模塊上的表面溫度估計值。光標 5~7 指示 PCB 的表面溫度。請留意內側的兩個(gè)穩壓器 (光標 1 和 2) 與外側的兩個(gè)穩壓器 (光標 3 和 4) 之間的溫度差異。置于外側的 LTM4601 µModule 穩壓器在其左側和右側設有很大的平面，從而增強了散熱效果，可把器件冷卻幾度 (℃。內側的兩個(gè) µModule 穩壓器則只具有很小的頂部和底部平面用于散逸熱量，因此溫度比外側的兩個(gè) µModule 穩壓器略高。
另外，氣流還對系統的熱平衡有著(zhù)實(shí)質(zhì)性的影響。請注意圖 2 和圖 3 之間的溫度差異。在圖 7 中，一個(gè) 200LFM 的氣流均勻地從演示電路板的底部傳播至頂部，因而與圖 7 中給出的無(wú)氣流場(chǎng)合相比在電路板上實(shí)現了 20℃ 的降溫幅度。
氣流的方向也很重要。在圖 4 中，氣流從右至左傳播，將熱量從一個(gè) µModule 穩壓器驅趕至下一個(gè) µModule 穩壓器，從而產(chǎn)生堆積效應。位于右邊的最靠近氣流源的 µModule 器件溫度最低。最左邊的 µModule 穩壓器則由于遭受來(lái)自其他 LTM4601 µModule 穩壓器的溢出熱量而呈現稍高的溫度。
至 PCB 的熱傳導也會(huì )隨著(zhù)氣流的變化而改變。在圖 7 中，熱量均勻地傳遞至 PCB 的左側和右側。在圖 9 中，大部分熱量移動(dòng)至左側。圖 10 示出了一種極端的情形 —— 熱量從一個(gè) µModule 器件堆積至下一個(gè) µModule 器件。4 個(gè) µModule 穩壓器均各安裝了一個(gè) BGA 散熱器，而且整個(gè)電路板在一個(gè)環(huán)境溫度為 75°C 的容器中運作。
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