Technologie PCB - Alimentation Programmable optimisée pour la conception de PCB

La gestion de l'alimentation PCB implique généralement tous les aspects impliqués dans l'alimentation d'un PCB. Certaines des questions courantes comprennent:

1. Choisissez divers convertisseurs DC - DC pour alimenter le PCB;

2. Ordre d'ouverture et d'arrêt de puissance / suivi;

3. Surveillance de tension;

4. Tout ce qui précède.

Dans cet article, la gestion de l'alimentation est simplement définie comme: la gestion de toutes les sources d'alimentation sur un PCB (y compris: convertisseurs DC - DC, LDO, etc.). La gestion de l'alimentation comprend les fonctions suivantes: gérer les contrôleurs DC - DC sur un PCB. Par exemple, le branchement à chaud, le démarrage en douceur, le tri, le suivi, la tolérance et la régulation; Générer tous les états de puissance associés et les signaux logiques de commande. Par exemple, la génération de signaux de Réinitialisation, l'indication de pannes d'alimentation (surveillance) et la gestion de la tension. La figure 1 montre une fonction typique de gestion de l'alimentation sur un PCB avec CPU ou microprocesseur; La fonction Hot plug / soft start Control est utilisée pour limiter le courant de surtension afin de réduire la charge de démarrage de l'alimentation. C'est une fonction importante d'un PCB inséré dans un substrat actif (chargé); La fonction de séquençage et de suivi de l'alimentation est utilisée pour contrôler la façon dont plusieurs Alimentations sont activées / désactivées, sous réserve que les exigences de séquençage électrique sur tous les appareils sur le PCB soient respectées. La surveillance des pannes (surtension / sous - tension) est effectuée pour toutes les tensions afin d'avertir le processeur d'une panne d'alimentation imminente. Cette fonction est également appelée « fonction de supervision ».

Lorsque le processeur est alimenté, la fonction de génération de Réinitialisation fournit au processeur des conditions de démarrage fiables. Après stabilisation de toute l'alimentation de fonctionnement du processeur, certains processeurs exigent que le signal de remise à zéro soit maintenu pendant un certain temps. Ceci est également appelé étirement d'impulsion de Réinitialisation. La fonction du générateur de Réinitialisation est de maintenir le processeur en mode de Réinitialisation en cas de panne de courant, afin d'éviter des erreurs indésirables sur la mémoire flash embarquée.

Limites des solutions traditionnelles de gestion de l'alimentation

Traditionnellement, chaque fonction de gestion de l'alimentation sur un PCB est réalisée par une fonction IC distincte. Ces ci ont différents modèles pour différentes combinaisons de tension. De cette façon, il existe des centaines de modèles IC à fonction unique de différents fabricants pour répondre à différents besoins de gestion de l'alimentation. Par example, pour sélectionner le modèle IC du générateur de Réinitialisation, les informations suivantes doivent être fournies:

1. Le nombre de circuits de tension que le générateur de Réinitialisation IC doit surveiller;

2. Combinaison de tensions (3.3, 2.5, 1.2 ou 3.3, 2.5, 1.8, etc.);

3. Le% de la tension de détection de défaut (3.3v-5%, 3.3v-10%, etc.);

4. Précision (3%, 2%, 1,5%, etc.);

5. Fonction d'extension d'impulsion de Réinitialisation contrôlée par un condensateur externe;

6. Entrée de Réinitialisation manuelle

Pour faire face à toutes les variations possibles de ces paramètres, il n'y a qu'un seul générateur de Réinitialisation IC et un seul fabricant peut avoir des centaines de modèles. En outre, si l'Ingénieur doit surveiller une autre tension (si possible) pendant la conception, il doit choisir un autre modèle de produit différent. De même, de nombreux circuits intégrés monofonctionnels ont de nombreux modèles, tels que des contrôleurs enfichables à chaud, des séquenceurs de puissance et des moniteurs / détecteurs de tension, même s'ils n'ont que la même fonction et de nombreux modèles basés sur des paramètres différents. Chaque PCB d'un système composé de plusieurs PCB nécessite différents groupes de ces circuits intégrés monofonctionnels, ce qui augmente également le coût des matériaux.

La complexité de la conception de PCB continue d'augmenter

Si l'utilisation d'un IC de gestion de l'alimentation à fonction unique était contrôlable, ce serait une vieille histoire. De nombreux PCB utilisent maintenant généralement plusieurs périphériques Multi - tension et ont chacun un ordre de mise sous tension différent. Plus le nœud de processus est fin, plus la tension requise pour le dispositif est faible, mais plus le courant est important. Les concepteurs doivent généralement utiliser un point de charge par IC d'alimentation Multi - tension. De cette façon, la quantité de puissance utilisée sur le PCB augmentera. La gestion de l'alimentation devient plus complexe avec l'augmentation des boucles de tension d'alimentation et la nécessité d'une gestion Multi - séquence.

À mesure que la conception de PCB devient de plus en plus complexe, les solutions traditionnelles de gestion de l'alimentation deviennent de plus en plus difficiles à résister. À l'heure actuelle, les concepteurs qui utilisent des circuits intégrés monofonctionnels traditionnels pour la gestion de l'énergie peuvent avoir à abandonner la surveillance de certaines tensions ou à choisir plusieurs dispositifs monofonctionnels pour chaque fonction de gestion de l'énergie. Les deux méthodes suivantes ne sont pas souhaitables.

1. Augmenter la zone de PCB, réduire la fiabilité

L'augmentation du nombre d'IC monofonctionnels et l'interconnexion subséquente ont non seulement augmenté la surface du PCB, mais ont également réduit la fiabilité du PCB d'un point de vue statistique. Par exemple, cela peut augmenter la probabilité d'erreurs d'assemblage, ce qui peut entraîner des résultats imprévisibles (et certainement mauvais).

2. Deuxième canal d'approvisionnement et compromis de conception

Si vous achetez un équipement à fonction unique auprès de différents fournisseurs, même si l'un d'eux n'est pas en place à temps, cela augmente le risque de retard de production. Ceci, à son tour, conduit à la demande d'un deuxième canal d'approvisionnement. Cependant, le deuxième canal réduira la disponibilité de l'équipement pour les ingénieurs de conception, ce qui obligera les concepteurs à sacrifier la couverture de surveillance des défaillances du PCB.

Les coûts d'assemblage et de test sont proportionnels au nombre d'équipements utilisés dans le système. Le coût unitaire de l'équipement est inversement proportionnel à la quantité achetée. Parce que de nombreux équipements sont nécessaires dans un système donné et que chaque équipement nécessaire à la construction du système est réduit, le coût de l'ensemble du système est augmenté. Par exemple, si un système a 10 PCB, 1000 de ces systèmes seront fabriqués chaque année. Si chaque carte PCB utilise un seul ci à fonction unique pour la gestion de l'alimentation, il faudra environ 10 ci à fonction unique différents pour terminer la conception. La demande annuelle pour ces circuits intégrés monofonctionnels est de 1000. Le prix unitaire d'un lot de 1000 est bien sûr supérieur au prix unitaire d'un lot de 10 000. Par conséquent, le coût des solutions de gestion de l'alimentation précédentes était certainement plus élevé que le coût de tous les PCB utilisant le même ci de gestion de l'alimentation à fonction unique.

Dans les années 1980, les schémas traditionnels de gestion de l'alimentation mis en œuvre par plusieurs dispositifs IC monofonctionnels sont devenus un problème ancien. À l'époque, les concepteurs numériques utilisaient des portes TTL pour des fonctions logiques. À mesure que la complexité des PCB augmente, les concepteurs doivent choisir entre deux options: choisir un ASIC à fonction fixe ou augmenter le nombre de portes TTL utilisées. Il n'est pas surprenant que le nombre de dispositifs TTL utilisés dans la conception du système augmente considérablement.

L'avènement des dispositifs logiques programmables (PLD) a permis aux concepteurs d'implémenter plus de fonctionnalités dans une zone donnée de cellules PCB et de réduire le temps de mise sur le marché. À mesure que le nombre d'appareils utilisés dans le système diminue, le coût global du système diminue également. Comme le même PLD peut être utilisé pour plusieurs conceptions, le nombre d'équipements utilisés dans le système est réduit. La société peut normaliser un petit nombre de dispositifs PLD sans sacrifier les fonctionnalités requises par chaque PCB.

Il est beaucoup plus facile de gérer un petit nombre de PLD que de gérer de nombreuses portes TTL. Le même PLD peut être utilisé pour plusieurs conceptions de PCB, ce qui réduit voire élimine le besoin d'un deuxième canal d'alimentation. Les concepteurs peuvent utiliser un logiciel pour simuler la conception avant de concevoir un tableau de projet, augmentant ainsi les chances de succès. À l'heure actuelle, l'utilisation de circuits intégrés de gestion de l'alimentation à fonction unique est aussi obsolète que l'utilisation passée de portes TTL. La conception des PCB complexes d'aujourd'hui nécessite un « PLD de gestion de l'alimentation». En fait, l'utilisation d'un tel dispositif devrait maintenant être une proposition pour la conception de PCB.

Une implémentation typique de la gestion de l'alimentation PCB utilisant un seul dispositif de gestion de l'alimentation programmable. Les dispositifs de gestion de l'alimentation programmables nécessitent des composants analogiques et numériques programmables pour simplifier l'intégration de plusieurs dispositifs de gestion de l'alimentation traditionnels à fonction unique. Les concepteurs peuvent configurer des composants analogiques programmables pour surveiller un ensemble de combinaisons de tension sans avoir recours à des dispositifs monofonctionnels spécialement configurés et programmés en usine.

Il est nécessaire de définir la logique du PCB à l'aide de la partie numérique Programmable du dispositif de gestion de l'alimentation, combinée à une fonction Programmable de surveillance de l'alimentation pour permettre la génération de Réinitialisation, la génération d'interruption de panne d'alimentation et le séquençage de chaque alimentation. L'approche de conception Programmable basée sur un logiciel permet aux dispositifs de gestion de l'alimentation de fournir diverses fonctions de gestion de l'alimentation pour des PCB spécifiques.