Tecnología de PCB - Fuente de alimentación programable para la optimización del diseño de PCB

La gestión de la fuente de alimentación de los PCB suele implicar todos los aspectos involucrados en el suministro de energía a los pcb. Algunas preguntas comunes incluyen:

1. elija varios convertidores DC - DC para suministrar energía a los pcb;

2. orden / seguimiento de encendido y apagado de la fuente de alimentación;

3. monitoreo de voltaje;

4. todo lo anterior.

En este artículo, la gestión de la energía se define simplemente como: gestionar todas las fuentes de energía en el PCB (incluyendo: convertidor DC - dc, ldo, etc.). la gestión de la energía incluye las siguientes funciones: gestionar los controladores DC - DC en el pcb. Por ejemplo, enchufe en caliente, arranque suave, clasificación, seguimiento, tolerancia y ajuste; Generar todos los Estados de potencia relevantes y señales lógicas de control. Por ejemplo, generación de señales de reinicio, indicación de falla de energía (monitoreo) y gestión de voltaje. La figura 1 muestra una función típica de gestión de energía en un PCB con CPU o procesador; La función de control de arranque en caliente / arranque suave se utiliza para limitar la corriente de aumento para reducir la carga de arranque de la fuente de alimentación. Esta es una función importante del PCB insertado en el sustrato activo (cargado); La función de clasificación y seguimiento de la fuente de alimentación se utiliza para controlar cómo encender / apagar varias fuentes de alimentación siempre que se cumplan los requisitos de la secuencia de encendido de todos los dispositivos en el pcb. Monitorear todas las fallas de voltaje (sobretensión / bajo voltaje) para advertir al procesador de las próximas fallas de alimentación. Esta función también se llama "función de supervisión".

Cuando el procesador está encendido, la función de generación de reinicio proporciona condiciones de arranque confiables para el procesador. Después de que toda la fuente de alimentación de trabajo del procesador se estabilice, algunos procesadores requieren que la señal de reinicio se mantenga durante un período de tiempo. Esto también se llama estiramiento de pulso de reinicio. La función del generador de reinicio es mantener el procesador en modo de reinicio cuando la fuente de alimentación falla para evitar errores no deseados en la memoria flash a bordo.

Limitaciones de las soluciones tradicionales de gestión de energía

Tradicionalmente, cada función de gestión de energía en el PCB se implementa con un IC funcional separado. Para diferentes combinaciones de voltaje, estos IC tienen diferentes modelos. De esta manera, hay cientos de modelos IC de una sola función de diferentes fabricantes para satisfacer diferentes necesidades de gestión de energía. Por ejemplo, para elegir el modelo IC del generador de reinicio, se debe proporcionar la siguiente información:

1. número de circuitos de voltaje que deben ser monitoreados por el IC del generador de reinicio;

2. combinación de voltaje (3.3, 2.5, 1.2 o 3.3, 2.5 y 1.8, etc.);

3. porcentaje del voltaje de detección de fallas (3,3v - 5%, 3,3v - 10%, etc.);

4. precisión (3%, 2%, 1,5%, etc.);

5. función de expansión de pulso de reinicio controlada por condensadores externos;

6. restablecer manualmente la entrada

Para hacer frente a todos los cambios posibles en estos parámetros, solo un generador de reinicio ic, solo un fabricante puede tener cientos de modelos. Además, si el ingeniero necesita monitorear otro voltaje (posible) durante el proceso de diseño, debe elegir otro modelo diferente del producto. Del mismo modo, muchos IC Monofuncionales tienen muchos modelos, como controladores de enchufe en caliente, secuenciadores de potencia y monitores / detectores de voltaje, aunque solo tengan la misma función y tengan muchos modelos basados en diferentes parámetros. Cada PCB de un sistema compuesto por varios PCB requiere un grupo diferente de estos IC monofuncionales, lo que también aumenta el costo del material.

La complejidad del diseño de PCB continúa aumentando

Si el uso del IC de gestión de energía de una sola función es controlable, entonces esta será una historia antigua. Muchos PCB ahora suelen utilizar varios dispositivos multivoltaje y cada uno tiene un orden de encendido diferente. Cuanto más fino sea el nodo de proceso, menor será el voltaje necesario para el dispositivo, pero mayor será la corriente. Los diseñadores suelen necesitar usar un punto de carga de cada IC de fuente de alimentación multivoltaje. De esta manera, aumentará el número de fuentes de alimentación utilizadas en los pcb. Con el aumento del Circuito de voltaje de la fuente de alimentación y la demanda de gestión de múltiples secuencias, la gestión de la fuente de alimentación se ha vuelto más compleja.

A medida que el diseño de PCB se vuelve cada vez más complejo, las soluciones tradicionales de gestión de energía se vuelven cada vez más difíciles de resistir. En la actualidad, los diseñadores que utilizan el IC tradicional de una sola función para lograr la gestión de la Potencia pueden tener que abandonar el monitoreo de ciertos voltaje o seleccionar varios dispositivos de una sola función para cada función de gestión de la potencia. Los siguientes dos métodos no son deseables.

1. aumentar el área de PCB y reducir la fiabilidad

El aumento del número de IC de una sola función y las interconexiones posteriores no solo aumentaron el área de pcb, sino que también redujeron la fiabilidad de los PCB desde un punto de vista estadístico. Por ejemplo, puede aumentar la probabilidad de errores de montaje, lo que conduce a resultados impredecibles (ciertamente malos).

2. segundo canal de suministro y compromiso de diseño

Si se compran equipos funcionales únicos a diferentes proveedores, incluso si uno de los equipos no está en su lugar a tiempo, aumentará el riesgo de retrasos en la producción. Esto, a su vez, conduce a la demanda de un segundo canal de suministro. Sin embargo, el segundo canal reducirá la disponibilidad de equipos de los ingenieros de diseño, lo que obligará a los diseñadores a sacrificar la cobertura de monitoreo de fallas de pcb.

Los costos de montaje y prueba son proporcionales al número de equipos utilizados en el sistema. El costo unitario del equipo es inversamente proporcional a la cantidad comprada. Debido a que se necesitan muchos dispositivos en un sistema dado y se reduce cada uno de los dispositivos necesarios para construir el sistema, se aumenta el costo de todo el sistema. Por ejemplo, si un sistema tiene 10 pcb, se fabricarán 1.000 de estos sistemas cada año. Si cada PCB utiliza un IC de una sola función para implementar la gestión de energía, se necesitan unos 10 IC de una sola función diferentes para completar el diseño. La demanda anual de estos circuitos integrados de una sola función es de 1000. El precio unitario de un lote de 1000 es, por supuesto, más alto que el precio unitario de un lote de 10000. Por lo tanto, el costo de las soluciones de gestión de energía anteriores debe ser mayor que el costo de todos los PCB que utilizan el mismo IC de gestión de energía de una sola función.

En la década de 1980, los programas tradicionales de gestión de energía implementados por varios dispositivos IC funcionales se han convertido en un viejo problema. En ese momento, los diseñadores digitales usaban puertas ttl para realizar funciones lógicas. A medida que aumenta la complejidad de los pcb, los diseñadores deben elegir entre las dos opciones de elegir la función fija asic o aumentar el número de puertas ttl utilizadas. No es de extrañar 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 lograr más funciones dentro del área de la unidad de PCB dada y acortar el tiempo de comercialización. A medida que disminuye el número de equipos utilizados en el sistema, también se reduce el costo de todo el sistema. Debido a que el mismo PLD se puede utilizar en varios diseños, se reduce el número de dispositivos utilizados en el sistema. La compañía puede estandarizar un pequeño número de dispositivos PLD sin sacrificar las funciones necesarias de cada pcb.

Gestionar un pequeño número de PLD es mucho más fácil que administrar muchas puertas ttl. El mismo PLD se puede utilizar en varios diseños de pcb, lo que reduce o incluso elimina la necesidad de un segundo canal de suministro. Los diseñadores pueden usar software para simular el diseño antes de diseñar el tablero del proyecto, aumentando así las posibilidades de éxito. En la actualidad, el uso de IC de gestión de energía de una sola función es tan obsoleto como el uso de puertas ttl en el pasado. El diseño de los complejos PCB de hoy requiere "pld de gestión de energía". De hecho, el uso de este equipo debería ser ahora una propuesta para el diseño de pcb.

Implementación típica de gestión de energía de PCB utilizando un solo dispositivo de gestión de energía programable. Los dispositivos de gestión de energía programables requieren componentes analógicos y digitales programables para simplificar la integración de múltiples dispositivos tradicionales de gestión de energía de una sola función. Los diseñadores pueden configurar componentes analógicos programables para monitorear un conjunto de combinaciones de voltaje sin tener que recurrir a dispositivos Monofuncionales especialmente configurados y programados en fábrica.

Es necesario definir la lógica del PCB utilizando la parte digital programable del dispositivo de gestión de energía, que se combina con la función de monitoreo de energía programable para lograr la generación de reinicio, la generación de interrupción de fallas de energía y la clasificación de cada fuente de energía. El método de diseño programable basado en software permite a los equipos de gestión de energía proporcionar diversas funciones de gestión de energía para PCB específicos.