Blog de PCB - Un esquema de gestión de energía programable para el diseño de PCB

PCB Board La geStión de la energía suele abarcar todos los aspectos de la fuente de alimentación PCB Board. Some commonly covered issues are:

1.. Elija varios convertidores DC - DC para suministrar energía a la placa de PCBN.

2.. Clasificación / seguimiento de la energía y la desconexión;

3. Monitorización de tensión.

En este artículo, La gestión de la energía se define simplemente como la gestiónPCB Board(including DC-DC converters, Ldo, Etc..). La gestión de la energía incluye las siguientes funciones: administrar el controlador DC - DC en el PCB. Por ejemplo:, Intercambio en caliente, Arranque suave, Ordenar, Seguimiento, Tolerancia, Y supervisión; Generar todas las señales de Estado de potencia y lógica de control relacionadas. Por ejemplo:, Generación de señales de reinicio, power failure indication (monitoring), Gestión de tensión. La figura 1 muestra una función típica de gestión de energía en un PCB con una CPU o un microprocesador; Intercambio en caliente/La función de control de arranque suave se utiliza para limitar el inrush para reducir la carga de arranque en la fuente de alimentación. Esto es PCB BoardInsertado en un sustrato activo; Las funciones de ordenación y seguimiento de la Potencia se utilizan para controlar la rotación de múltiples fuentes de alimentación. Fault (over/under voltage) monitoring of all voltages to warn the processor of impending power failure. Esta función también se llama "función de supervisión".. Cuando el procesador está encendido, la función de generación de reinicio proporciona condiciones de arranque fiables para el procesador. Después de que todas las fuentes de alimentación de trabajo del procesador sean estables, algunos procesadores requieren que la señal de reinicio se mantenga durante algún tiempo. Esto también se llama estiramiento de pulso de reinicio. La función del generador de reinicio es mantener el procesador en modo de reinicio en caso de fallo de energía para evitar errores inesperados PCB Board Flash

1. Limitaciones de las soluciones tradicionales de gestión de la energía

Tradicionalmente, cada función de gestión de energía en un PCB se realiza mediante un ci funcional separado. Estos circuitos integrados se pueden utilizar en diferentes modelos con diferentes combinaciones de tensión. De esta manera, hay cientos de modelos de circuitos integrados de una sola función de diferentes fabricantes para satisfacer diferentes necesidades de gestión de energía. Por ejemplo, para seleccionar el modelo IC del generador de reinicio, debe proporcionar la siguiente información:

Reiniciar el número de canales de tensión controlados por el generador IC;

Combinación de tensión (3.3, 2.5, 1.2 o 3.3, 2.5, 1.8, etc.);

Porcentaje de tensión de detección de fallos (3,3 V - 5%, 3,3 V - 10%, etc.);

Precisión (3%, 2%, 1,5%, etc.);

La función de propagación del pulso de reinicio está controlada por un condensador externo;

Reinicia manualmente la entrada.

Para manejar todos los cambios posibles en estos parámetros, un solo fabricante puede proporcionar cientos de modelos para un solo generador de reinicio IC. Además, si el ingeniero necesita monitorear otra tensión (posiblemente) durante el proceso de diseño, debe seleccionar un modelo diferente. Del mismo modo, sobre la base de diferentes parámetros, muchos circuitos integrados de una sola función tienen varias variantes, incluso para las mismas funciones, como los controladores de enchufes en caliente, los secuenciadores de potencia y los circuitos integrados funcionales de monitoreo / detector de tensión. En un sistema compuesto por múltiples PCB, cada PCB requiere un conjunto diferente de CI de una sola función, por lo que se a ñade una list A de materiales.

2. La creciente complejidad del diseño de PCB

Si el uso de un ci de gestión de energía de una sola función alguna vez fue manejable, se ha convertido en el pasado. Muchos PCB ahora suelen utilizar múltiples dispositivos de tensión múltiple, cada uno con un orden de encendido diferente. Los dispositivos con nodos de proceso más finos requieren un voltaje más bajo pero una corriente más alta. Los diseñadores a menudo necesitan utilizar un punto de carga en cada circuito integrado de potencia de múltiples tensiones. De esta manera, el número de fuentes de alimentación utilizadas en los PCB aumentará. Con el aumento del Circuito de tensión de alimentación, la gestión de la fuente de alimentación se vuelve más compleja y requiere una gestión de múltiples secuencias. A medida que el diseño de PCB se hace más complejo, las soluciones tradicionales de gestión de energía se vuelven más difíciles de manejar. En la actualidad, los diseñadores que utilizan circuitos integrados tradicionales de una sola función para la gestión de la energía ya no monitorean ciertos voltajes o utilizan múltiples dispositivos de una sola función para cada función de gestión de la energía. Ninguno de los dos métodos siguientes es deseable.

Aumentar el área de PCB y reducir la fiabilidad

El aumento del número de circuitos integrados de una sola función y la interconexión entre ellos no sólo aumentan el área de PCB, sino que también reducen estadísticamente la fiabilidad de los PCB. Por ejemplo, puede aumentar la probabilidad de errores de montaje, lo que conduce a resultados impredecibles (por supuesto malos).

Segundo canal de suministro y compromiso de diseño

Cuando se compran equipos de una sola función a diferentes proveedores, el riesgo de retraso en la producción aumenta incluso si uno de los equipos no llega a tiempo. Esto, a su vez, dio lugar a la necesidad de un segundo canal de suministro. Sin embargo, el segundo canal reduce la disponibilidad del equipo de los ingenieros de diseño, obligando a los diseñadores a sacrificar la cobertura de monitoreo de fallos en los PCB debido a estos dispositivos inalcanzables. Los costes de montaje y ensayo son proporcionales al número de equipos utilizados en el sistema. El costo unitario del equipo es inversamente proporcional a la cantidad comprada. Dado que se necesitan muchos dispositivos en un sistema dado, se necesita menos por dispositivo para construir el sistema, lo que aumenta el costo total del sistema. Por ejemplo, supongamos que un sistema tiene 10 tableros de PCB, 1000 de los cuales se fabricarán cada a ño. Si cada PCB utiliza un ci de una sola función para la gestión de la energía, se necesitan unos 10 ci de una sola función diferentes para completar el diseño. La demanda anual de estos circuitos integrados de una sola función es de 1.000 unidades. Por supuesto, el precio unitario de 1000 lotes es superior al precio unitario de 10.000 lotes. Por lo tanto, el costo de las soluciones de gestión de energía anteriores debe ser mayor que el costo de utilizar el mismo IC de gestión de energía de una sola función para todos los PCB. En la década de 1980, cuando los diseñadores digitales utilizaron la puerta ttl para realizar la función lógica, el esquema tradicional de gestión de energía realizado por múltiples dispositivos IC de una sola función se ha convertido en el pasado. A medida que aumenta la complejidad de los PCB, los diseñadores deben elegir entre utilizar ASICS de función fija o aumentar el número de puertas ttl usadas. No es sorprendente que el número de dispositivos ttl utilizados en el diseño del sistema esté aumentando drásticamente.

La aparición de dispositivos lógicos programables (PLD) permite a los diseñadores realizar más funciones en un área dada de PCB y acortar el tiempo de comercialización. El costo total del sistema también puede reducirse reduciendo el número de componentes utilizados en el sistema. Debido a que el mismo dispositivo lógico programable se puede utilizar en muchos diseños, el número de componentes utilizados en el sistema se reduce. Las empresas pueden estandarizar un pequeño número de dispositivos PLD sin sacrificar la funcionalidad requerida para cada PCB. Es mucho más fácil administrar un pequeño número de PLD que muchas puertas ttl. El mismo PLD se puede utilizar para múltiples diseños de PCB, reduciendo o incluso eliminando la necesidad de un segundo canal de suministro. Los diseñadores pueden utilizar software para simular el diseño antes del diseño, aumentando así las posibilidades de éxito. En la actualidad, el uso de circuitos integrados de gestión de energía de una sola función es tan anticuado como el uso de puertas ttl en el pasado. El diseño de PCB complejos requiere "gestión de energía PLD". De hecho, la adopción de este dispositivo debería ser ahora una opción para el diseño de PCB.

3. Esquema de gestión de energía programable

La implementación típica de la gestión de energía de PCB utiliza un único dispositivo de gestión de energía programable. Los dispositivos de gestión de energía programables requieren partes analógicas y digitales programables para simplificar la integración de múltiples dispositivos tradicionales de gestión de energía de una sola función. Los diseñadores pueden configurar secciones analógicas programables para monitorear un conjunto de combinaciones de tensión sin necesidad de ayudar a los dispositivos de una sola función de programación de fábrica especialmente configurados. La parte digital programable del equipo de gestión de energía debe definir la lógica del tablero de PCB, que incluye funciones programables de monitoreo de energía como la generación de reinicio, la generación de interrupción de fallas de energía y la secuenciación de una sola fuente de energía. El método de diseño programable basado en software permite a los dispositivos de gestión de energía proporcionar múltiples funciones de gestión de energía específicas de la placa de circuito.

4. La programabilidad estandariza la gestión de la energía

Al simplemente reconfigurar el dispositivo programable, el diseñador puede utilizar un solo dispositivo programable de gestión de energía para realizar todas las funciones de gestión de energía específicas del tablero. El mismo dispositivo programable se puede utilizar en múltiples PCB en lugar de múltiples IC de una sola función. Por lo tanto, los diseñadores pueden estandarizar un solo dispositivo de gestión de energía programable durante todo el proceso de diseño. La integración de las funciones de gestión de energía en un solo dispositivo de gestión de energía programable y el uso del mismo dispositivo en múltiples PCB pueden proporcionar los siguientes beneficios:

Reducir el tamaño de la placa de PCB y mejorar la fiabilidad

La principal ventaja de integrar múltiples circuitos integrados de una sola función en un solo dispositivo es reducir el área de PCB. La reducción del número de componentes y las trayectorias de interconexión correspondientes reducen el área y el costo de los PCB. Desde el punto de vista estadístico, la reducción del número de componentes también mejora la fiabilidad de los PCB.

Capaz de satisfacer las complejas necesidades de gestión de energía

Hoy en día, la cantidad de energía utilizada en los PCB está aumentando. Además, la complejidad de las funciones de supervisión y control está aumentando. Debido a que los dispositivos de gestión de energía programable incorporan más entradas de monitoreo de energía (en comparación con los circuitos integrados de una sola función) y lógica digital programable, estos dispositivos son más adecuados para realizar funciones complejas de gestión de energía. Además, la programabilidad proporciona flexibilidad para adaptarse rápidamente a los requisitos de especificación cambiantes.

No se requiere un segundo canal de suministro

En general, el segundo canal es una precaución para evitar retrasos en la producción debido a la falta de disponibilidad del equipo. Este requisito se ve exacerbado por el hecho de que un sistema típico realmente requiere múltiples dispositivos pequeños de una sola función de diferentes proveedores. La estandarización de un solo dispositivo de gestión de energía programable en todos los PCB y proyectos puede reducir significativamente o eliminar completamente la necesidad de un segundo canal intensivo en tiempo y recursos.

Reducir el costo total del sistema

Los dispositivos de gestión de energía programable suelen ser más baratos que la suma de circuitos integrados de una sola función. Además, la gestión estandarizada de la energía se implementa en varios PCB en el sistema, lo que reduce aún más el costo, ya que los lotes son más grandes y los descuentos son más altos.

La función de gestión de energía se puede realizar mediante software

El equipo de gestión de energía programable realizado en el software se utiliza para el diseño. En general, las herramientas de diseño de software también soportan la validación de algoritmos de gestión de energía utilizados en simuladores de PCB. Debido a que el diseño de la gestión de la energía ha sido plenamente validado antes del lanzamiento de la placa base, las oportunidades de transmisión sexual son muy altas, lo que acelera aún más el ritmo del lanzamiento del producto.

Cantidad de energía utilizada en today's PCBs continues to increase, Los algoritmos de gestión de energía se vuelven más complejos. Sin embargo,, En estas aplicaciones cada vez más exigentes, los sistemas tradicionales obsoletos de gestión de la energía siguen utilizándose con frecuencia., making PCB Diseño inefficient and expensive, Debido a las compensaciones inevitables, a menudo conducen a malos resultados. En este trabajo se presenta un esquema de diseño para este complejo problem a de gestión de energía: usando programación, Equipo de gestión de energía de señales mixtas. El diseñador puede estandarizar el "PLD de gestión de energía" y utilizar el dispositivo en todo el sistema PCB Board, Reducción de costos, Mejorar la fiabilidad, Acelerar el tiempo de comercialización.