确保多重 fpga 电轨依正确顺序关闭，跟确保开机程序是否正确一样重要，可避免装置因电压状态无法判断而提早出现故障。
电源定序的安全考虑
在启动目前的大型系统单芯片 fpga 的多重电轨时，有许多技巧可用来控制其启动顺序和时序。遵照装置制造商所指定的正确顺序甚为重要，如此可避免装置抽取过多电流而导致损坏。
有些方法是透过操纵各转换器的电源良好输出，来控制顺序中下一个供应的 enable 脚位。如需要继电器，可插入电容器。另一种类似的方式则是使用重置 ic，在前一个供电达到所要求的电压后启动下一个转换器。每种方法都有一些缺点，且这些方法都无法控制电源关闭的顺序。依正确的相反顺序关闭电轨，跟开启电源顺序是否正确一样重要，都是为了确保装置能安全运作。
使用专用的电源定序 ic，则更能稳定确保其顺序正确。ic 可程序化，在所要的时间点分别传送 enable 讯号。图 1 显示多信道序列发生器如何管理 fpga 核心逻辑、周边和 i/o 电域。即使如此，电源关闭顺序仍旧难以控制，因为每个电轨上的去耦合电容器在转换器关闭后仍可能残留电荷，且残留时间不一定，而每个电轨最多可能连接多达 20mf 的总去耦合电容。
图 1. 透过定序 ic 管理 fpga 电轨。
电源关闭控制
使用具有已知时间常数的电路，主动将去耦合电容器放电，序列发生器便能维持正确的电源关闭顺序，其做法是在串联的电容器中暂时插入放电电阻器。图 2 显示如何在加入最少必要组件下，使用一对细心挑选的 mosfet 将电阻器插入电路中。
电源序列发生器的 en 输出连接到 dc-dc 稳压器的 enable 脚位，也连接到 p 通道 mosfet (q1) 的闸极。序列发生器输出降低停用 dc-dc 稳压器时，q1 便会反转讯号，开启 n 信道 mosfet q2。开启时，q2 会透过 r2 电阻使 15mf 去耦合电容器放电到接地。
图 2. 控制电源定序的主动放电电路。
图中的电路假设 dc-dc 稳压器在提供关机讯号后无法持续产生输出。假如 dc-dc 稳压器的输出能在收到关机指令后持续供应电源，则需要额外的继电器才能启动放电电路。
选择的 r2 值必须能确保适当的放电时间，让序列发生器能在可接受的时间间隔内完成关机。另外还要注意的是，电阻必须够大，才能避免电流尖峰值上升率过快，避免引发 emi 问题，以及对 q2 和去耦合电容器组造成瞬态热应力。实务上，选择 r2 值时需考虑一些额外的重要参数，像是 q2 的导通电阻 (rds(on)) 和电容器组的等效串联电阻 (esr)。
选择 mosfet q1 时应参考电源序列发生器的输出电压阈值。所选的装置应有够高的闸极阈值电压 (vgs(th))，确保序列发生器输出为高电位时能保持关闭，但要注意的是，vgs(th) 会随接面温度上升而下降。本范例中选择的序列发生器操作供应电压为 5v，最小指定高电位输出电压为 4.19v。q1 的 vgs(th) 在 60°c 环境操作温度下必须大于 0.9v，以确保运作正常。此外，闸极应使用 100kω 电阻下拉至源极电位，以避免误开。查看 mosfet 数据表中 vgs(th) 与温度的标准化曲线，显示 diodes 公司的 zxmp6a13f 符合要求：保证最小 vgs(th) 在室温下为 1v，到 60°c 则下降至 0.9v 左右。
在此范例中，我们假设序列发生器必须在 100ms 内关闭总共 10v 的电轨。因此，每个电轨的去耦合电容器组必须在 10ms 内完成放电。目标是达成 rc 时间常数 8ms 的 3 倍，确保电容器在要求时间内放电到全电压的 5% 以下。计算 rc 常数时，电容器组的 mosfet rds(on)、寄生线路电阻和 esr 都必须与电阻器 r2 一同纳入考虑。
假设电容器 esr 和线路电阻加起来不超过 10mω，去耦合电容器组的总电容值为 15mf，则 rds(on) 和 r2 的适当值可用下列表达式求得：
3 x (10mω r2 (1.5 x rds(on))) x 15mf = 8ms
假设 r2 = 50mω，功率 mosfet q2 的 rds(on) 在 vgs = 4.5v 且环境温度为 25˚c 下必须小于 80mω。
选择 mosfet 时，温度相关变动的效应和 rds(on) 的批量变异也应考虑在内。rds(on) 在 4.5v 闸极驱动下、超出预期作业温度范围时的变异可能高达 15mω。因此最好的做法是，确定 r2 为所选 mosfet 之制造商指定最大 rds(on) 的两倍左右。如果 r2 为 50mω，则可选用 diodes 公司的 dmn3027lfg n 通道 mosfet。此装置在 vgs = 4.5v、室温下的 rds(on) 典型值和最大值分别为 22mω 和 26.5mω。因此，rds(on) 变化可从 15mω 到 40mω，放电时间从 95% (3 倍 rc) 的 3.9ms 起跳，使用最差 20mf 大小的电容器组时放电时间则可能拉长到 5.4ms。
mosfet 够耐用吗?
dmn3027lfg 会随时间以电流和电压为函数消耗电容器内的能源，因此有需要评估最大单一脉冲，让功率 mosfet 能够安全应付，同时确保接面温度不会超过绝对最高额定典型值 tj(max) = 150°c。相关详细资料可查看 mosfet 数据表中的安全操作区 (soa)。soa 应以所需的 mosfet 闸极驱动器应用的环境操作温度为基础。在使带 0.9v 电荷的电容器组放电时，可接受的 soa 曲线应指出单一脉冲尖峰电流量为至少 1v，脉冲宽度介于 1ms 至 10ms。soa 应适用于一般的应用环境温度，安装在使用最少散热器 (亦称最小建议垫片 (mrp) 配置) 下的电路板上时，亦即假设的 60°c。
此外也需要考虑 dmn3027lfg (q2) mosfet 和 r2 串联电阻的功耗。最糟的使用情况，就是在很短的时间内对电容器进行充放电。假设最糟情况下，电源序列发生器可进入连续回路，每隔 20ms 启动一次 dc-dc 稳压器并接着停用 (10ms 启用 10ms 停用)，dmn3027lfg 和 r2 将会有大约 0.5w 的功耗。这是从电容器组储存的已知总能源会每隔 20ms 放电计算得到：
p = e ÷ t = ½cv2 ÷ 20ms = 500mw (假设 c = 20mf，充电至 1v)
dmn3027lfg 的最大温度调整 rds(on) 为 40mω，因此 q2 和 r2 的功耗分别为 222mw 和 278mw。若 rds(on) 为较低的 15mω，r2 的功耗将增加到 385mw，因此需使用 0.5w 额定值的电阻。
在一般应用中，环境温度预期接近 60°c，而 dmn3027lfg 在最小建议垫片配置下的接面至环境热电阻 (rθja) 为 130°c/w，功耗达 222mw 时 tj 接近 90°c。这表示 tj(max) = 150°c 还有很多预留空间。
图 3 显示电路实际运作方式。尖峰电流限制在大约 12.5a，电容器组从初始 1v 充电状态下放电至 5% 的时间约为 4ms，此数值接近理论值的计算结果。
图 3.在控制时间和限制放电电流下关闭单一电轨。
结论
依照正确顺序关闭个别电源供应，跟确定开机顺序是否正确一样重要，都是为了避免复杂的多轨式 fpga 损坏。让去耦合电容器主动放电，有助于稳定确保每个电轨能在已知的时间内关闭。在选择主动放电电路的组件，也就是主要的串联电阻器和主要 mosfet 开关时，应确保组件具备适当的时间常数，且能耐受最糟的电源循环条件下所造成的应力。
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