电信设备，服务器和数据中心的最新FPGA具有多个电源轨，需要正确排序才能安全地为这些系统上下供电。高可靠性DC-DC稳压器和FPGA电源管理的设计人员需要简单的方法来安全地放电大容量电容器，以避免损坏系统。
FPGA电源排序
最新在生成片上系统FPGA的过程中，可以提供十个独立的电源轨，为Vcore，存储器总线电源，I/O控制器，以太网等提供电源。如图1所示，每个电源轨由DC供电。直流转换器可调节3.3 V，2.5 V，1.8 V，0.9 V等所需的电压。为了给系统加电，遵循特定的顺序以确保安全操作并避免损坏系统。同样在系统关闭期间，电源序列的顺序相反，确保在下一个电源轨关闭之前禁用每个电源轨。该指令通过电源序列发生器芯片控制，该芯片可启用每个DC-DC稳压器，如图1所示。
图1：典型FPGA系统电源轨每个服务的供电。
考虑存储在各种电源轨上的去耦电容中的电荷时会出现问题。例如，在0.9 V Vcore电源轨上，总去耦电容可以在10到20mF的数量级，并且存储在电容器组中的剩余电荷需要在断电期间主动放电，在下一次电源关闭之前序列被禁用。这样可以避免违反掉电序列并保护FPGA系统。建议在每个DC-DC稳压器输出端使用有源放电电路。
有源电容放电开关
通过了解电容器组的大小，可以采用开放式方法对RC时间常数进行放电。一旦电压小于充电状态的95％（在3×RC时间常数下发生），则假设电容器放电。
这样做的一个简单方法是通过一个具有已知接地电阻的开关，当需要放电时可以接通该开关。参考图1，电源序列发生器启用每个DC-DC稳压器的输出。然后可以使用该相同的使能（EN）信号来馈送并联连接到电容器组的开关。通过反转使能信号来驱动开关，当DC-DC稳压器的输出被禁止时，将使电容器放电。对于开关，首选N沟道功率MOSFET，因为很容易从以地为参考的逻辑信号驱动。所选电路如图2所示，Q2为N沟道功率MOSFET，Q1为P沟道MOSFET，反转电源序列发生器的EN逻辑信号。
图2：有源放电电路。
有源电容放电电路操作
参见图2 - 电源序列发生器的EN输出为DC-DC稳压器上的使能引脚供电以及电容器放电电路。当逻辑“0”发出关闭信号时，P沟道MOSFET（Q1）将信号反相，然后接通N沟道MOSFET（Q2）以对电容器组放电。
放电电路假设一旦关闭信号施加，DC-DC稳压器就无法继续产生输出。如果在关闭命令激活后，DC-DC稳压器的输出有电，则必须在放电电路激活之前引入延迟。这是为了确保放电MOSFET不会试图吸收DC-DC稳压器的全部输出电流能力。
为了从逻辑“0”信号增强N沟道功率MOSFET（Q2），P沟道MOSFET（Q1）将信号反相为5 V，以施加在Q2栅极源上。选择P沟道MOSFET（Q1）不具有低栅极阈值电压（VGS（th））。这是因为VGS（th）相对于温度下降并且Q1在逻辑“1”状态期间需要处于OFF状态以避免Q2的错误接通。需要选择适合5 V操作的最佳值以及Power Sequencer。
当电源序列发生器输出逻辑“1”时，DC-DC稳压器在ON状态下使能，Q2必须处于OFF状态。采用逻辑“1”输出，最小高电平输出电压为4.19 V（电源序列发生器的EN引脚输出规格），则在环境工作温度为60°C时，Q1 VGS（th）需要大于0.9 V 。Q2的栅极需要通过100kΩ的R1电阻下拉至源极电位，以避免误导通。
温度的VGS（th）变化在典型的电气曲线中找到。 MOSFET数据表。例如，图3中给出了来自Diodes Incorporated的ZXMP6A13F的归一化VGS（th）与温度的关系.ZXMP6A13F是首选器件，因为保证最小VGS（th）在室温下为1 V，在60℃时降至约0.9 V °C。
图3：ZXMP6A13F的温度标准化RDS（on）和VGS（th）曲线。
当电源序列发生器使能输出变为逻辑“0”时，则存在0.270 V的最大低电平输出，Q1需要保证通过该5 V - 0.270 V信号增强通道，以确保Q2导通并放电电容器组。Q1需要在VGS = -4.5 V时具有导通状态。
为了对电容器组放电，选择N沟道功率MOSFET（Q2）具有导通电阻（RDS（开） ））适合于在10 ms内对最大电容组放电，以确保在不到100 ms的时间内完成10个通道的完全关闭顺序。必须提供辅助电源，以在关闭电源后至少100 ms驱动关闭电路（电源序列发生器）。
