PCB 기술 - PCB 설계에 최적화된 프로그래밍 가능한 전원 공급 장치

PCB 전원 관리는 일반적으로 PCB에 전원을 공급하는 모든 측면을 다룹니다.몇 가지 일반적인 질문은 다음과 같습니다.

1. 다양한 DC-DC 동글을 선택하여 PCB에 전원을 공급합니다.

2. 전원 스위치 순서/추적;

3.전압 모니터링;

4. 위의 모든 내용.

이 문서에서는 전원 관리를 PCB의 모든 전원 공급 장치(DC-DC 동글, LDO 등)에 대한 관리로 간단히 정의합니다. 전원 관리에는 PCB의 DC-DC 컨트롤러 관리 기능이 포함됩니다.예를 들어, 핫플러그, 소프트 부팅, 정렬, 추적, 허용 한도 및 조정관련된 모든 전력 상태 및 제어 논리 신호를 생성합니다.예를 들어, 재설정 신호 생성, 전원 장애 표시(모니터링) 및 전압 관리 등이 있습니다.그림 1은 CPU 또는 마이크로프로세서가 있는 PCB의 일반적인 전력 관리 기능을 보여줍니다.핫스왑 / 소프트 부팅 제어 기능은 유입되는 전류를 제한하여 전원 공급 장치의 부팅 부하를 줄일 수 있습니다.이것은 소스 (전기 사용) 기판을 삽입하는 PCB의 중요한 기능입니다.전원 정렬 및 추적 기능은 PCB의 모든 장치에 대한 전원 공급 순서 요구 사항을 충족하는 동안 여러 전원을 켜거나 끄는 방법을 제어합니다.프로세서의 전원 공급 장치 장애를 경고하기 위해 모든 전압에 장애가 있는지 모니터링합니다 (과전압 / 과전압).이 기능을 감독 기능이라고도 합니다.

재설정 생성 기능은 프로세서의 전원이 켜져 있을 때 프로세서에 안정적인 부팅 조건을 제공합니다.일부 프로세서는 프로세서의 모든 작동 전원이 안정된 후에도 일정 기간 신호를 재설정해야 합니다.이를 리셋 펄스 스트레칭이라고도 합니다.재설정 구성기는 전원 장애 시 프로세서를 재설정 모드로 유지하여 온보드 플래시에 예기치 않은 오류가 발생하지 않도록 합니다.

기존 전력 관리 솔루션의 한계

전통적으로 PCB의 각 전원 관리 기능은 별도의 기능 IC로 수행되었습니다.서로 다른 전압 조합의 경우 이러한 IC에는 서로 다른 모델이 있습니다.이를 통해 다양한 전력 관리 요구 사항을 충족하는 다양한 제조업체의 단일 기능 IC 모델 수백 가지가 제공됩니다.예를 들어, 재설정 발생기 IC 모델을 선택하려면 다음 정보를 제공해야 합니다.

1.리셋 발생기 IC가 모니터링해야 할 전압 회로의 수;

2.전압의 조합(3.3, 2.5, 1.2 또는 3.3, 2.5, 1.8 등);

3.장애 감지 전압의% (3.3V-5%, 3.3V-10% 등);

4.정확도(3%, 2%, 1.5% 등);

5. 외부 콘덴서로 제어되는 리셋 펄스 확장 기능;

6. 입력을 수동으로 재설정

이러한 매개 변수의 가능한 모든 변화에 대응하기 위해 리셋 발생기 IC 하나만 있으면 한 제조업체만이 수백 개의 모델을 가질 수 있습니다.또한 엔지니어가 설계 과정에서 다른 전압을 모니터링해야 할 경우 다른 모델의 제품을 선택해야 합니다.이와 유사하게, 많은 단일 기능 IC에는 핫플러그 컨트롤러, 전력 정렬기 및 전압 모니터/검출기와 같은 여러 모델이 있습니다. 같은 기능만 있고 다른 매개변수를 기반으로 한 여러 모델이 있더라도.여러 PCB로 구성된 시스템의 각 PCB에는 서로 다른 그룹의 이러한 단일 기능 IC가 필요하므로 재료 비용도 증가합니다.

PCB 설계의 복잡성 증가

단일 기능 전원 관리 IC의 사용이 제어 가능하다면 이것은 오래된 이야기가 될 것입니다.많은 PCB는 현재 일반적으로 여러 개의 다중 전압 장치를 사용하며 각 장치에는 서로 다른 전원 공급 순서가 있습니다.공정 노드가 정교할수록 부품에 필요한 전압은 낮아지지만 전류는 커집니다.설계자는 일반적으로 각 다중 전압 전원 IC의 로드 포인트를 사용해야 합니다.이렇게 하면 PCB에 사용되는 전원 공급 장치의 수가 증가합니다.전원 공급 장치 전압 회로가 증가하고 다중 시퀀스 관리에 대한 수요가 증가함에 따라 전원 관리는 더욱 복잡해집니다.

PCB 설계가 점점 더 복잡해짐에 따라 기존의 전력 관리 솔루션은 점점 더 방어하기 어려워지고 있습니다.현재 전통적인 단일 기능 IC를 사용하여 전원 관리를 수행하는 설계자는 특정 전압에 대한 모니터링을 포기하거나 각 전원 관리 기능에 대해 여러 개의 단일 기능 장치를 선택해야 할 수 있습니다.다음 두 가지 방법은 바람직하지 않다.

1. PCB 면적 증가, 신뢰성 저하

단일 기능 IC 수량의 증가와 그 후의 상호 연결은 PCB 면적을 증가시킬 뿐만 아니라 통계적인 측면에서 볼 때 PCB의 신뢰성을 떨어뜨린다.예를 들어, 그것은 조립 오류의 확률을 증가시켜 예측할 수 없는 (틀림없이 나쁜) 결과를 초래할 수 있다.

2. 제2공급경로와 설계절충

서로 다른 공급업체로부터 기능 설비를 구매하면 설비 중 하나가 제때에 도착하지 않아도 생산 지연의 위험이 높아진다.이것은 반대로 또 제2공급경로에 대한 수요를 초래하였다.그러나 두 번째 채널은 설계 엔지니어의 장비 가용성을 떨어뜨리고 이러한 비사용 장치로 인해 설계자가 PCB 장애 모니터링 적용 범위를 희생하도록 강요합니다.

조립 및 테스트 비용은 시스템에 사용되는 장비 수에 비례합니다.이 설비의 단위 원가는 구매 수량과 반비례한다.주어진 시스템에 많은 장치가 필요하고 시스템을 구성하는 데 필요한 모든 장치가 줄어들기 때문에 전체 시스템의 비용이 증가합니다.예를 들어, 하나의 시스템에 10개의 PCB가 있으면 매년 1000개의 시스템이 만들어집니다.각 PCB에서 전원 관리를 위해 단일 기능 IC를 사용하는 경우 설계를 완료하려면 약 10개의 다른 단일 기능 IC가 필요합니다.이러한 단일 기능 IC의 연간 요구량은 1000개입니다.한 무더기의 1000달러의 단가는 당연히 한 무더기의 10000달러의 단가보다 높다.따라서 이전의 전원 관리 솔루션은 동일한 단일 기능 전원 관리 IC를 사용하는 모든 PCB보다 비용이 더 많이 들었습니다.

1980년대에는 여러 개의 단기능 IC 부품으로 이루어진 전통적인 전원 관리 방안이 옛일이 되었다.당시 디지털 디자이너는 TTL 게이트를 사용하여 논리적 기능을 구현했습니다.PCB의 복잡성이 증가함에 따라 설계자는 고정 기능 ASIC를 선택하거나 사용되는 TTL 문의 수를 늘리는 두 옵션 중 하나를 선택해야 합니다.이상하게도 시스템 설계에 사용되는 TTL 장치의 수가 급격히 증가하고 있습니다.

프로그래밍 가능한 논리 유닛(PLD)의 등장으로 설계자는 주어진 PCB 유닛 영역 내에서 더 많은 기능을 구현하고 출시 시간을 단축할 수 있게 되었다.시스템에 사용되는 장치 수가 줄어들면서 전체 시스템 비용도 절감되었습니다.동일한 PLD를 다양한 설계에 사용할 수 있으므로 시스템에 사용되는 장치 수가 줄어듭니다.이 회사는 각 PCB에 필요한 기능을 희생하지 않고 소량의 PLD 장치를 표준화할 수 있습니다.

많은 TTL 게이트를 관리하는 것보다 적은 수의 PLD를 관리하는 것이 훨씬 쉽습니다.동일한 PLD를 여러 PCB 설계에 사용할 수 있으므로 보조 공급 채널에 대한 필요성이 감소하거나 제거됩니다.설계자는 프로젝트 보드를 설계하기 전에 소프트웨어를 사용하여 설계를 시뮬레이션하여 성공의 기회를 늘릴 수 있습니다.현재 단일 기능 전원 관리 IC는 과거에 TTL 게이트를 사용했던 것과 마찬가지로 사용되지 않습니다.오늘날의 복잡한 PCB를 설계하려면 "전원 관리 PLD"가 필요합니다.사실, 이 장치의 사용은 이제 PCB 설계의 제안이어야합니다.

프로그래밍 가능한 단일 전원 관리 장치를 사용하는 일반적인 PCB 전원 관리 구현프로그래밍 가능한 전원 관리 장치에는 프로그래밍 가능한 아날로그 및 디지털 부품이 필요하여 여러 개의 기존 단일 기능 전원 관리 장치의 통합을 단순화합니다.설계자는 프로그래밍 가능한 아날로그 부품을 구성하여 전압 조합을 모니터링할 수 있으며, 전문적으로 구성된 공장 프로그래밍 단일 기능 장치에 도움을 청할 필요가 없다.

전원 관리 장치의 프로그래밍 가능한 디지털 부분을 사용하여 PCB의 논리를 정의해야 합니다. 이 논리는 프로그래밍 가능한 전원 모니터링 기능과 결합하여 재설정 생성, 전원 장애 중단 생성 및 각 전원 공급 장치의 순서를 실현합니다.소프트웨어 기반 프로그래밍 가능한 설계 방법을 통해 전력 관리 장치는 특정 PCB에 다양한 전력 관리 기능을 제공할 수 있습니다.