通过在FPGA设计流程引入功率分析改善PCB的可靠性

转换速率(MHz) = 1/2×fMAX×AF%

其它环境因素，如电路板的面积、散热片和气流都是计算动态和静态功耗时的要素。

管理功耗

现今最关键的设计要素之一是必须降低系统的功耗，特别是对于手持设备和电子产品而言。用户可以利用一些FPGA设计技术来有效地降低整个系统的功耗，包括：
1. 降低工作电压。
2. 在指定的封装温度限制范围内运作。
3. 使用优化的时钟频率，因为动态功率直接与工作频率成正比。设计者必须明确，如果设计的某部分可以以较低速率时钟控制，那将会降低功耗。
4. 减小设计在器件中的跨度，紧密放置的设计可使用较少的布线资源以降低功耗。
5. 可能的话，减小I/O的电压摆幅。
6. 可能的话，使用优化的编码。例如16位的二进制计数器平均只有12%的活性因子，7位的二进制计数器平均有28%的活性因子。另一方面，7位线性反馈移位寄存器的可以以50%活性因子转换，这会导致较大的功耗。每个时钟沿仅有一位改变的格雷码计数器所消耗的功率最少，同时活性因子将低于10%。
7. 利用以下方法尽可能减小工作温度：使用散热性能较好的封装，例如具有较低热阻抗的封装；在PCB上的器件周围放置散热片和散热层；采用更好的气流技术，如机械气流导管和风扇(系统风扇和器件风扇)。

典型的功率分析方案

可以在FPGA设计流程的任何阶段用FPGA功率分析工具估算功耗。例如，可以在实际设计完成之前、或在布局布线后导入最终设计数据库时，用这个工具来估算功耗。当与映射后、布局后或者布线后的结果一起提供时，功率分析工具的精度得到提升。结合了功率分析的FPGA设计流程通常可提供重要的事件：驱动估计、后布局布线，以及后仿真。图2显示了该流程以及在功率的FPGA设计流程中的典型重要事件。
1.驱动估计：采用的资源和转换频率由手工输入。
2.Post-PAR：针对更加精确的模型导入后布局和布线资源。
3.后仿真：针对更加精确的活性因子和转换速率模型，导入由HDL仿真器产生的转换频率。

图2：面向FPGA功率分析的设计流程。

为适应提供给分析工具的不同模型数量，功率估计工具的运作可能是形式上的。在“驱动预计”模式下，分析引擎根据器件资源或者由用户提供的模板计算功耗。在对器件评估和进行“假设分析”时，这种模式最初是非常有用的。在该模式下，设计者提供频率、活性因子、电压参数和器件利用率。还需要提供工作条件，例如环境温度。利用先进的功率工具，设计者还可以选择诸如电路板尺寸、散热片和气流等。