Технология PCB - CPLD дизайн PCB и структура системы управления питанием

AS плата цепи Проект усложнился., Они стали повышать производительность существующего оборудования/power management architectures to their limits. В настоящее время наиболее популярны четыре вида плата цепи management architectures. Хотя все это можно использовать для поддержки этих сложных конструкций, they more or less need to make concessions or compromises in terms of design scalability, объем работы, or cost.

недавно, the fifth type of плата цепи уже создана структура управления, which can provide the highest performance, Нынешняя безопасность и гибкость, while greatly reducing the design workload and construction cost. Эта новая архитектура будет рассмотрена в настоящем документе, Сосредоточьтесь на обеспечиваемых им функциях управления питанием.

Общее описание

We usually divide a плата цепи into two functional modules (Figure 1)-load management (Payload Management) and hardware management (Hardware Management). For most плата цепиs, the load function accounts for 80% to 90% of the entire PCB area (data/сумма контрольного слоя/or processor). The remaining 10% to 20% is the hardware management part, контроль уровня аппаратных средств/control or housekeeping.

До недавнего времени существовала совершенно новая децентрализованная структура, которая могла бы быть расширена по сравнению с другими системами и могла бы быть реализована при меньших затратах на Бом. чтобы облегчить понимание преимуществ структуры распределенной системы, мы сначала обсудим вопрос о том, как построить четыре наиболее часто используемые структуры управления аппаратными средствами (рис. 2 - 5) функции управления питанием, а затем дополнительно обсудим структуру распределенной системы.

сравнение структуры системы управления питанием на основе PLD

на основе управления питанием и управления внутренним хозяйством в системе CPLD функции управления питанием были добавлены в систему управления автомобильным транспортом PLD (CPLD). CPLD контролирует входную мощность каждого преобразователя DC - DC и сигналы "хорошая мощность". использовать процессор LD для реализации алгоритма времени, чтобы генерировать "включить" сигнал и подключить к цепи нагрузки во избежание повреждения или логической ошибки. процессор LD также может генерировать логические сигналы, такие, как сброс и хороший сигнал питания, для обеспечения того, чтобы загружаемые компоненты могли работать при открытии источника питания или при отключении источника питания. Он также несет ответственность за создание последовательности, которая позволяет безопасно отключать питание в случае неисправности или обнаружения неисправности. PLD легко поддерживает решение, ориентированное на конкретные события, и может обеспечить отдельное реагирование на различные комбинации отказов.

система управления аппаратными средствами на базе CPLD позволяет осуществлять управление питанием и управление внутренними делами

For this type of design, последовательность полной мощности, protection and control functions are implemented using CPLD, обычно используется VHDL или Verilog.

преимущество:

▪ low cost

- наглядная архитектура системы, позволяющая адаптировать логику процессора к новым приложениям

- использование проектной среды (обычно Verilog) для реализации проекта

- система, ориентированная на события, может гибко реагировать на различные сбои

недостатки:

▪ Because each power supply requires 2 signal channels, Более масштабное и более сложное проектирование начинает сталкиваться с новыми проблемами в области уплд I/О ports and congestion of плата цепиs

- неправильное Определение источника питания (обычно 8 - 20% ошибок), а также отсутствие контроля за напряжением источника, что приводит к снижению надежности

- добавлена функция автоматической измерений (контроль за фактическим напряжением питания, а не хорошим сигналом питания), необходимо увеличить коммутатор A / D, что увеличивает стоимость и сложность платы

- для создания необходимых функций нужен инженер категории планшетов (имеющий опыт работы с цифровыми схемами). во многих случаях этот тип инженера не является специалистом по питанию

Use power management IC to set power management, and use CPLD for housekeeping

В этой структуре разделенной системы IC отвечает за контроль и сортировку коммутаторов DC - DC на схемах. Поскольку Управление питанием IC может непосредственно контролировать напряжение питания, оно также может выполнять функции подстраивания и края. CPLD использует энергию питания для получения необходимых сигналов управления, состояния и обслуживания.

эти схемы обычно используются для определения функций IC управления питанием на основе графического интерфейса, а логика CPLD определяется с помощью VHDL или Verilog.

преимущество:

- сокращение количества процессоров/O, because the ‘Enable’ function can be performed by the power management IC

- пространство платы больше, что может обеспечить более простую раскладку и меньше слоев PCB

- благодаря прямому контролю за напряжением сети, Управление питанием IC может получить более точную информацию о состоянии здоровья всей системы и повысить стабильность системы

недостатки:

- Управление питанием IC повышает стоимость Бом, особенно если требуется несколько компонентов

- структура системы может обеспечивать реагирование на события, но если в IC будет развернуто более двух систем управления питанием, то это увеличит сложность проектирования.

- корректировка последовательности для более сложного проектирования будет затруднена, особенно при разделении функций IC на Управление несколькими источниками энергии.

▪ Because the design process must use multiple tools (GUI + VHDL/Verilog), ему может понадобиться несколько инженеров, and it will increase the design risk

Использование процессора LD для управления внутренними делами, использование PMBus для выполнения функций управления питанием на основе MCU. в структуре системы используется микроконтроллер (MCU) для управления последовательностью питания в точках цифровой нагрузки (DPOL). MCU использует магистраль управления питанием (PMBus) для управления DPOL PMBus как двухпроводное соглашение связи на основе шины I2C. кплд отвечает за управление внутренними транспортными средствами и контролирует любые точки загрузки преобразователя DC - DC с помощью аналогового интерфейса управления (APL). для упрощения программного обеспечения большинство систем управления питанием, основанных на МКУ, разработаны с использованием временных рядов.

Еще одним потенциальным недостатком управления питанием, основанного на программном обеспечении, является то, что требуется более длительное время реагирования на сбои (обычно от 10 до 15 мс, тогда как для CPLD - микросекунды). в качестве второй меры защиты можно было бы добавить CPLD в случае сбоев, требующих более быстрого реагирования (или последовательности, ориентированной на события).

внедрение управления питанием на основе программного обеспечения требует, чтобы программы MCU и CPLD разрабатывались на языках VHDL или Verilog.

преимущество:

▪ The design is very easy to adjust (only for time-based series)

– богатые средства разработки программного обеспечения позволяют быстрее и удобнее отлаживать решения на базе МКУ.

- модернизация прошивки для быстрого изменения конструкции

▪ Simplify PCB design-the wiring around DPOL is more surplus

недостатки:

- более дорогостоящий Бом - бом

- трудно перестроить дизайн в соответствии с требованиями, ориентированными на события

▪ requires multiple design tools (Verilog/VHDL+ software)

Резюме

With the increasing design complexity of система уровня PCB, Доля систем управления аппаратными средствами в проектной рабочей нагрузке и расходах на Бом возрастает. The use of CPLD and POL power supplies to implement some or all of the management functions can alleviate the difficulties caused by the above-mentioned trends, но в это время стоимость стала камнем преткновения. Now, наличие структуры распределенной системы управления аппаратными средствами, and CPLDs can be connected to low-cost sensing components through a 3-wire serial link. Помимо снижения сложности проектирования, PCB space requirements, инвентарная стоимость, структура системы также может быть построена с использованием инструментов моделирования и цифрового инженера.