Data PCB - Skema pengurusan kuasa boleh diprogram untuk reka papan PCB

Papan PCB power management is generally concerned with all aspects involved in powering a Papan PCB. Some commonly covered issues are:

1. Pilih pelbagai penyukar DC-DC untuk menyediakan kuasa ke papan PCB;

2. Hidupkan dan matikan urutan/pengesan;

3. Pemantauan tegangan.

Dalam artikel ini, pengurusan kuasa hanya ditakrif sebagai pengurusan semua kuasa padaPapan PCB(including DC-DC converters, LDO, dll.). Pengurusan kuasa termasuk fungsi berikut: pengurusan pengendali DC-DC pada PCB. Contohnya, hot-plug, permulaan-lembut, pengurusan, pengesan, toleransi, dan peraturan; semua keadaan kuasa yang relevan dan isyarat logik kawalan dijana. Contohnya, reset generasi isyarat, power failure indication (monitoring), dan pengurusan tenaga. Figure 1 menunjukkan fungsi pengurusan kuasa biasa pada PCB dengan CPU atau mikroprosesor; pemalam panas/fungsi kawalan permulaan-lembut digunakan untuk hadapi semasa masuk untuk mengurangkan muatan permulaan pada bekalan kuasa. Ini adalah fungsi penting untuk Papan PCBs yang disisipkan ke dalam substrat aktif; fungsi urutan kuasa dan pengesan digunakan untuk mengawal bagaimana untuk memulakan bekalan kuasa berbilang. Fault (over/under voltage) monitoring of all voltages to warn the processor of impending power failure. Fungsi ini juga dikenali sebagai "fungsi pengawasan". Fungsi generasi semula menyediakan keadaan permulaan yang boleh dipercayai bagi pemproses apabila pemproses diaktifkan. Beberapa pemproses memerlukan isyarat reset untuk kekal selama beberapa masa selepas semua sumber kuasa operasi pemproses stabil. Ini juga dikenali sebagai reset pulse strdllhing. The function of the reset generator is to keep the processor in reset mode in the event of a power failure to prevent undesired errors in the on Papan PCB ingatan flash

1. Hadangan penyelesaian pengurusan kuasa tradisional

Secara tradisional, setiap fungsi pengurusan kuasa pada PCB dilaksanakan oleh IC berfungsi terpisah. ICs ini tersedia dalam model berbeza untuk kombinasi tekanan berbeza. Dengan cara ini, terdapat ratusan model IC-fungsi tunggal dari pembuat yang berbeza untuk memenuhi keperluan pengurusan kuasa yang berbeza. Contohnya, untuk memilih model IC generator semula, maklumat berikut mesti disediakan:

1) Bilangan saluran tegangan yang akan diawasi oleh generator semula IC;

2) A combination of voltages (3.3, 2.5, 1.2 atau 3.3, 2.5, 1.8, etc.);

3) % tegangan pengesan kesalahan (3.3V-5%, 3.3V-10%, dll.);

4) Ketepatan (3%, 2%, 1.5%, dll.);

5) Fungsi sambungan denyut ditetapkan semula dikawal oleh kondensator luaran;

6) Manual reset input.

Untuk mengendalikan semua variasi yang mungkin bagi parameter ini, boleh ada ratusan model dari satu penghasil sahaja untuk generator semula IC tunggal. Juga, jika jurutera perlu mengawasi tekanan lain (mungkin) semasa proses desain, model yang berbeza mesti dipilih. Sama seperti, banyak IC-fungsi tunggal tersedia dalam banyak varian berdasarkan parameter yang berbeza, walaupun untuk fungsi yang sama, seperti pengawal-swap panas, pengurus kuasa, dan IC-fungsi pengawasan/pengesan tegangan. Set berbeza dari ICs-fungsi tunggal ini diperlukan untuk setiap papan PCB sistem yang terdiri dari papan PCB berbilang, dengan itu juga meningkatkan bil bahan.

2. Kekompleksian desain papan PCB terus meningkat

Jika penggunaan ICs pengurusan kuasa satu-fungsi pernah boleh dikendalikan, ia adalah perkara masa lalu. Banyak papan PCB kini biasanya menggunakan beberapa peranti tenaga berbilang, masing-masing dengan urutan kuasa-up yang berbeza. Peranti dengan nod proses lebih baik memerlukan tenaga lebih rendah tetapi aliran yang lebih tinggi. Penjana sering perlu menggunakan satu titik muatan per kuasa tenaga berbilang IC. Dengan cara ini, jumlah bekalan tenaga yang digunakan pada PCB akan meningkat. Pengurusan kuasa menjadi lebih kompleks kerana gelung tegangan bekalan meningkat dan pengurusan sekuenasi berbilang diperlukan. Sebagai rancangan papan PCB menjadi lebih kompleks, penyelesaian pengurusan kuasa tradisional menjadi lebih sukar untuk dikendalikan. Semasa, raksasa yang melaksanakan pengurusan kuasa dengan ICs fungsi tunggal tradisional sama ada perlu mengabaikan pengawasan tekanan tertentu atau menggunakan peranti tunggal berbilang untuk setiap fungsi pengurusan kuasa. Tiada satupun dari dua kaedah berikut yang disarankan.

1) meningkatkan kawasan PCB dan mengurangkan kepercayaan

Peningkatan bilangan ICs-fungsi tunggal dan sambungan diantaranya tidak hanya meningkatkan kawasan PCB tetapi juga mengurangkan kepercayaan PCB dari sudut pandang statistik. Contohnya, ia adalah mungkin untuk meningkatkan kemungkinan ralat pengumpulan, yang menyebabkan keputusan yang tidak dijangka (tentu buruk).

2) Saluran bekalan kedua dan kompromi rancangan

Apabila peranti-fungsi tunggal dibeli dari penyedia yang berbeza, ada risiko peningkatan keterlambatan produksi kerana walaupun salah satu peranti tidak tiba tepat waktu. Ini menuju ke perlukan saluran bekalan kedua. Namun, saluran kedua mengurangkan kesediaan peranti untuk jurutera merancang, memaksa perancang untuk mengorbankan pengawasan kesalahan pada PCB disebabkan peranti luar jangkauan ini. Biaya pengumpulan dan ujian adalah proporsional dengan bilangan peranti yang digunakan dalam sistem. Kost unit peranti adalah secara bertentangan dengan volum pembelian. Kerana banyak peranti diperlukan dalam sistem tertentu, kurang dari setiap peranti diperlukan untuk membina sistem, meningkatkan harga sistem keseluruhan. Contohnya, jika sistem mempunyai 10 papan PCB, 1,000 sistem tersebut akan dihasilkan setiap tahun. Jika setiap papan PCB menggunakan IC-fungsi tunggal untuk pengurusan kuasa, kira-kira 10 IC-fungsi tunggal yang berbeza diperlukan untuk menyelesaikan desain. Permintaan tahunan untuk IC-fungsi tunggal ini adalah 1,000 keping. Harga unit dalam batch 1,000 sudah tentu lebih tinggi daripada harga unit dalam batch 10,000. Oleh itu, harga penyelesaian pengurusan kuasa terdahulu pasti lebih tinggi daripada harga pengurusan kuasa satu-fungsi IC untuk semua papan PCB. Skema pengurusan kuasa tradisional dilaksanakan dengan peranti IC berfungsi tunggal berbilang adalah perkara yang lalu pada tahun 1980-an apabila perancang digital menggunakan gerbang TTL untuk melaksanakan fungsi logik. Bila kompleksiti papan PCB meningkat, perancang perlu memilih antara menggunakan ASIC-fungsi tetap atau meningkatkan bilangan gerbang TTL yang digunakan. Tidak mengejutkan, bilangan peranti TTL yang digunakan dalam rancangan sistem meningkat secara dramatik.

Kehadiran Peranti Logik yang boleh Diprogram (PLD) telah membolehkan perancang untuk mencapai lebih fungsi dalam kawasan PCB tertentu dan juga telah pendek masa untuk pasar. Kost sistem keseluruhan juga dikurangi dengan mengurangi bilangan komponen yang digunakan dalam sistem. Kerana PLD yang sama boleh digunakan dalam desain berbilang, bilangan komponen yang digunakan dalam sistem dikurangi. Perusahaan boleh menjandardizkan pada sejumlah kecil peranti PLD tanpa mengorbankan fungsi yang diperlukan setiap papan PCB. Lebih mudah untuk mengendalikan bilangan kecil PLD daripada banyak gerbang TTL. PLD yang sama boleh digunakan untuk desain PCB berbilang, mengurangi atau bahkan menghapuskan keperluan untuk saluran bekalan kedua. Penjana boleh guna perisian untuk simulasikan rancangan sebelum ditempatkan, meningkatkan peluang mereka untuk berjaya. Pada masa ini, menggunakan ICs pengurusan kuasa-fungsi tunggal adalah seperti lama seperti menggunakan gerbang TTL pada masa lalu. Melukis papan PCB kompleks hari ini memerlukan "PLD Pengurusan Kuasa". Sebenarnya, penerimaan peranti ini patut menjadi tawaran untuk desain papan PCB.

3. Skema pengurusan kuasa boleh diprogram

Pelakuan pengurusan kuasa papan PCB biasa menggunakan peranti pengurusan kuasa yang boleh diprogram tunggal. Peranti pengurusan kuasa boleh diprogramkan memerlukan seksyen analog dan digital yang boleh diprogramkan untuk mempermudahkan integrasi peranti pengurusan kuasa tunggal tradisional berbilang. Penjana boleh konfigur seksyen analog boleh diprogramkan untuk mengawasi set kombinasi tekanan tanpa menggunakan peranti fungsi tunggal yang dikonfigur khusus, diprogramkan kilang. Bahagian digital yang boleh diprogramkan peranti pengurusan kuasa diperlukan untuk menentukan logik bagi papan PCB yang mengandungi fungsi pengawasan kuasa yang boleh diprogramkan seperti generasi semula, kegagalan kuasa mengganggu generasi dan urutan bekalan kuasa individu. Metodologi rancangan boleh diprogramkan berdasarkan perisian membolehkan peranti pengurusan kuasa untuk menyediakan fungsi pengurusan kuasa berbagai papan spesifik.

4. Kemampuan Program Menandar Pengurusan Kuasa

Dengan hanya mengkonfigur semula peranti yang boleh diprogramkan, perancang boleh melaksanakan semua fungsi pengurusan kuasa khusus papan dengan peranti pengurusan kuasa yang boleh diprogramkan tunggal. Peranti yang boleh diprogram sama boleh digunakan pada papan PCB berbilang selain daripada menggunakan ICs berfungsi tunggal berbilang. Sebagai hasilnya, raksasa boleh menjandardizasi pada satu peranti pengurusan kuasa yang boleh diprogramkan sepanjang reka. Mengkonsolidasi fungsi pengurusan kuasa ke dalam peranti pengurusan kuasa yang boleh diprogram tunggal dan menggunakan peranti yang sama pada PCB berbilang menyediakan keuntungan berikut:

1) Kurangkan saiz papan PCB dan meningkatkan kepercayaan

Keuntungan utama untuk mengintegrasikan ICs berbilang fungsi tunggal ke dalam satu peranti adalah kawasan papan PCB dikurangkan. Kiraan komponen yang dikurangi dan jejak sambungan yang sepadan mengurangi kawasan dan kos PCB. Dari sudut pandang statistik, kiraan komponen yang dikurangi juga meningkatkan kepercayaan PCB.

2) Kemampuan untuk memenuhi keperluan pengurusan kuasa kompleks

Bilangan bekalan tenaga yang digunakan pada papan PCB hari ini meningkat. Selain itu, kompleksiti fungsi pengawasan dan kawalan meningkat. Kerana peranti pengurusan kuasa boleh diprogram mengintegrasikan lebih banyak input pengawasan kuasa (dibandingkan dengan IC-fungsi tunggal) dan logik digital yang boleh diprogram, peranti ini lebih sesuai untuk melaksanakan fungsi pengurusan kuasa kompleks. Selain itu, programmabiliti menyediakan fleksibiliti untuk menyesuaikan dengan cepat untuk memenuhi keperluan spesifikasi yang berubah.

3) Tidak perlu saluran bekalan kedua

Secara umum, saluran kedua adalah tindakan pencegahan yang diambil untuk menghindari lambat produksi disebabkan tidak tersedia peranti. Keperluan ini ditambah oleh kenyataan bahawa sistem biasa sebenarnya memerlukan beberapa peranti fungsi tunggal skala kecil dari penyedia yang berbeza. Dengan standardisasi pada peranti pengurusan kuasa yang boleh diprogram tunggal di seluruh PCB dan projek, keperluan untuk saluran kedua yang memakan masa dan memakan sumber boleh dikurangkan atau dibuang secara signifikan sama sekali.

4) Lebih rendah biaya sistem

Peranti pengurusan kuasa boleh diprogram secara umum kurang mahal daripada jumlah ICs-fungsi tunggal individu. Selain itu, pengurusan kuasa piawai dilaksanakan untuk papan PCB berbilang dalam sistem, yang lebih mengurangkan kos disebabkan diskon yang lebih tinggi disebabkan batch yang lebih besar.

5) Fungsi pengurusan kuasa boleh diselesaikan oleh perisian

Dirancang menggunakan peranti pengurusan kuasa boleh diprogram dilaksanakan dalam perisian. Biasanya, alat desain perisian juga menyokong pengesahan algoritma pengurusan kuasa yang digunakan pada simulator papan PCB. Kerana rancangan pengurusan kuasa telah disahkan sepenuhnya sebelum papan dilancarkan, peluang untuk melepasi seksual adalah tinggi, yang lebih mempercepat kecepatan peluncuran produk.

Bilangan bekalan kuasa yang digunakan pada today's PCBs continues to increase, dan algoritma pengurusan kuasa menjadi lebih kompleks. Namun, skema pengurusan kuasa tradisional yang sudah lama masih sering digunakan dalam aplikasi yang semakin memerlukan, making PCB desain inefficient and expensive, dan sering menghasilkan hasil buruk disebabkan perdagangan yang tidak dapat dihindari. Kertas ini menghasilkan rancangan untuk masalah pengurusan kuasa kompleks ini: menggunakan yang boleh diprogram, peranti pengurusan kuasa isyarat-campuran. Penjana boleh menjandardizasi pada "PLD pengurusan kuasa" dan menggunakan peranti di seluruh sistem Papan PCB, mengurangi kos, meningkatkan kepercayaan, and speeding up time to market.