FPGA與DSP信號處理系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)

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(jìn)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(gè)十分棘手的問題。通常使用風(fēng)冷技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行散熱。采用風(fēng)冷技術(shù)時(shí)要重點(diǎn)考慮散熱效率問題，一般可以通過使用較好的導(dǎo)熱材料和增大散熱面積來實(shí)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(diǎn)。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(shí)，能夠保證熱量遠(yuǎn)離那些易受溫度影響的器件?，F(xiàn)在，一些公司也推出了進(jìn)行系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)的輔助工具，大大提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)以FPGA作為高性能實(shí)時(shí)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(gè)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(fù)位方式有兩種：上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。在FPGA內(nèi)部，通過計(jì)數(shù)器自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)上電復(fù)位信號，然后讓該信號與MAX811提供的復(fù)位信號經(jīng)過與門，產(chǎn)生系統(tǒng)板上的復(fù)位信號，這樣做既能保證上電復(fù)位的時(shí)間又能夠保留MAX811手動(dòng)復(fù)位的特點(diǎn)。

2 系統(tǒng)功耗估計(jì)
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(jìn)行大致的估算，同時(shí)考慮到板上的其他器件，對估算的結(jié)果適當(dāng)放寬，最終給出電源部分的具體設(shè)計(jì)參數(shù)。
(1)FPGA(XC3S1500)功耗估計(jì)
XC3S1500正常工作時(shí)需要提供3個(gè)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(jì)情況如表1所列。

(2)DSP(ADSP-TS201)功耗估計(jì)
ADSP-TS201正常工作時(shí)需要提供3個(gè)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(dāng)ADSP-TS201工作在600MHz時(shí)，其功耗情況如表2所列。