FPGA與DSP信號處理系統(tǒng)的散熱設計

引言
隨著系統(tǒng)性能的不斷提升，系統(tǒng)功耗也隨之增大，如何對系統(tǒng)進行有效的散熱，控制系統(tǒng)溫度滿足芯片的正常工作條件變成了一個十分棘手的問題。通常使用風冷技術(shù)對系統(tǒng)進行散熱。采用風冷技術(shù)時要重點考慮散熱效率問題，一般可以通過使用較好的導熱材料和增大散熱面積來實現(xiàn)，但這就帶來了系統(tǒng)成本的提高和體積的增加，因此必須選擇最優(yōu)的結(jié)合點。另外，要充分考慮熱量傳播的方向，使其在以盡可能的路徑傳播到外界的同時，能夠保證熱量遠離那些易受溫度影響的器件。現(xiàn)在，一些公司也推出了進行系統(tǒng)散熱設計的輔助工具，大大提高了系統(tǒng)設計的可靠性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)以FPGA作為高性能實時信號處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制中心，2片DSP為數(shù)據(jù)處理中心，主要包括4個功能模塊――數(shù)據(jù)采集模塊、FPGA數(shù)據(jù)控制模塊、DSP處理模塊和通信模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)使用外部5 V穩(wěn)壓電源作為主電源供電；采用50 MHz外部晶振輸入，并在FPGA內(nèi)部完成分頻和倍頻。復位方式有兩種：上電復位和手動復位。在FPGA內(nèi)部，通過計數(shù)器自動產(chǎn)生一個上電復位信號，然后讓該信號與MAX811提供的復位信號經(jīng)過與門，產(chǎn)生系統(tǒng)板上的復位信號，這樣做既能保證上電復位的時間又能夠保留MAX811手動復位的特點。

2 系統(tǒng)功耗估計
本系統(tǒng)的核心部分主要由1片F(xiàn)PGA(XC3S1500)與2片DSP(ADSP-TS201)組成，它們占據(jù)了系統(tǒng)功耗的主要部分，因此要對這部分功耗進行大致的估算，同時考慮到板上的其他器件，對估算的結(jié)果適當放寬，最終給出電源部分的具體設計參數(shù)。
(1)FPGA(XC3S1500)功耗估計
XC3S1500正常工作時需要提供3個電壓：1．2 V內(nèi)核電壓、2．5 V以及3．3 V的I／O電壓，其功耗估計情況如表1所列。

(2)DSP(ADSP-TS201)功耗估計
ADSP-TS201正常工作時需要提供3個電壓：1．2 V內(nèi)核電壓、1．6 V片上DRAM電壓以及2．5 V的I／O電壓。當ADSP-TS201工作在600MHz時，其功耗情況如表2所列。