PCB Teknik - CPLD'in PCB tasarımı güç yönetim mimarı

Devre kurulu tasarımları daha karmaşık oldukça, mevcut donanım/güç yönetim mimarlarının performansını sınırlarına basmaya başladılar. Şu anda en sık kullanılan dört devre masası yönetim mimarları var. Her şey bu karmaşık tasarımları desteklemek için kullanılabilir olsa da, tasarım ölçeklenebilirliği, çalışma yükü veya maliyeti üzerinde konsyonlar veya kompromis yapmak için daha az ihtiyaçları var.

Son zamanlarda, devre masası yönetimi inşaatı beşinci türü ortaya çıktı, bu da şimdiye kadar en yüksek performans, güvenlik ve fleksibilit sağlayabilir, tasarım yükünü ve inşaat maliyetini büyük azaltırken. Bu makale, sağladığı güç yönetimi fonksiyonlarına odaklanan yeni bir mimara tartışacak.

Görüntü

Genelde devre tahtasını iki fonksiyonel modüle (1. görüntü)-yük yönetimi (Payload Management) ve donanım yönetimi (Hardware Management) olarak bölüyoruz. Çoğu devre tahtaları için yük fonksiyonu bütün PCB alanının %80 ile %90 hesabı veriyor (veri/kontrol katı ve/veya işlemci). Diğer %10'e 20'ye kalan donanım yönetimi parçası, donanım seviyesi kontrol/kontrol veya ev bakımı için kullanılır.

Son zamana kadar, diğer mimarlardan daha ölçeklenebilir ve daha düşük bir BOM maliyetinde uygulanabilir. Dağıtılmış mimarın avantajlarını anlatmak için ilk defa dört en sık kullanılan donanım yönetimi mimarının enerji yönetimi fonksiyonunu nasıl inşa etmesini tartışıyoruz (2-5 figürü), sonra dağıtılmış mimarı daha fazla keşfetmeye başladık.

PLD kontrol üzerinde dayanan güç yönetim mimarının karşılaştırması

CPLD tabanlı güç yönetimi ve ev bakımı, bu mimara içinde güç yönetimi fonksiyonları gemide kontrol PLD (CPLD) üzerine eklenir. CPLD, her DC dönüştürücünün girdi gücünü ve ‘Güç Good ’ sinyalini izliyor. Zaman algoritmi uygulamak için CPLD kullanın ‘Enable’ sinyali yük devresini güçlendirmek için hasar veya mantıksal hatalardan kaçırmak için sinyali oluşturmak için. CPLD, güç kapatıldığında ya da durduğunda yük komponentlerin güç kapatıldığında ya da güç kapatıldığında çalışmaların başlatılmasını sağlayacak ve güç gücü sinyalleri gibi mantıklı sinyaller oluşturabilir. Bir güç başarısızlığı veya bir hata keşfettiğinde enerji tasarımını güvenli etkisizlemek için de sıralar oluşturulması sorumlu. PLD olay yönlendirilen çözümleri desteklemek kolay ve farklı başarısız birleşmeleri için ayrı cevaplar sağlayabilir.

CPLD tabanlı donanım yönetimi sistemi güç yönetimi ve ev gözlemi fonksiyonlarını anlayabilir

Bu tür tasarım için tüm güç sıralama, koruma ve kontrol fonksiyonları CPLD kullanarak uygulanır, genelde VHDL veya Verilog'da yazılır.

avantaj:

♪ düşük mal

♪ Yapılacak mimar CPLD'in zamanlama logiğini yeni uygulamalarına ayarlamak kolay yapar.

♪ Tasarım ortamı kullanın (genelde Verilog kullanılır) tasarımı anlamak için

♪ Olay yönündeki mimar, fleksibil bir şekilde farklı başarısızlara cevap verebilir.

Kısaca:

Çünkü her güç teslimatı 2 sinyal kanalı gerekiyor, daha büyük ve daha kompleks tasarımlar, daha fazla CPLD I/O portların sorunlarına ve devre tabloslarının karıştırılmasına başlar.

♪ Güzel değerlendirme doğru değildir (genelde %8 ile %20 hata hızı) ve güveniliğin azaltılmasına sebep olan güveniliğin izlemeyeceği trendi.

♪ Otomatik ölçüm fonksiyonu eklemek (gerçek enerji teslimatı voltajını kontrol etmek, güç güzel sinyali değil), devre tahtasının maliyetini ve karmaşıklığını arttırmak için A/D dönüştürücü eklenmeli.

♪ Dijital devre deneyimleri ile tahta seviyesi mühendisi gerekli fonksiyonları inşa etmek için gerekli. Çoğu durumda, bu tür mühendislik güç sağlığında uzman değildir.

Güç yönetimi ayarlamak için güç yönetimi IC kullanın ve ev bakımı için CPLD kullanın

Bu işlemsel bölünebilir mimara içinde, devre tahtasının DC-DC dönüştürücüsünü izlemek ve sıralamak için bir güç yönetimi IC sorumlu. Çünkü elektrik yönetimi IC elektrik teslimatının voltajını doğrudan izleyebilir, aynı zamanda iyileştirme ve margin fonksiyonlarını yapabilir. CPLD, gerekli kontrol, eyalet ve ev bakımı sinyallerini oluşturmak için güç sağlamının güçlü durumu kullanır.

Bu tasarımlar genelde GUI tabanlı yapılandırma araçlarını güç yönetimi IC fonksiyonlarını tanımlamak için kullanır, CPLD mantıkları VHDL veya Verilog kullanarak tanımlanır.

avantaj:

♪ CPLD I/O sayısını azaltın, çünkü ‘Enable’ fonksiyonu güç yönetimi IC tarafından gerçekleştirilebilir

Tahta alanı daha cömertlidir, bu da daha basitleştirilen bir dizim ve daha az PCB katlarını elde edebilir.

♪ Elektrik teslimatı voltajını doğrudan izleyerek, elektrik yönetimi IC'nin tüm sistem sağlık bilgilerini daha doğru elde edebilir ve sistem stabiliyetini geliştirebilir.

Kısaca:

♪ Güç yönetimi IC, birçok komponent gerektiğinde BOM maliyetini arttırır.

Yapılar olay yönündeki tepki sağlayabilir, fakat iki güç yönetiminden fazla IC kullanılırsa tasarım karmaşıklığını artırar.

♪ Daha karmaşık tasarımlar için dizinlerin ayarlaması, özellikle çoklu güç yönetimi IC için fonksiyonları bölüştürmek için daha zor olacak.

Çünkü tasarım süreci birçok araç kullanmalı (GUI + VHDL/Verilog), birçok mühendisler gerekebilir ve tasarım riskini arttıracak.

MCU tabanlı güç yönetimi fonksiyonlarını uygulamak için CPLD'i kullanın. Yapılar dijital kontrol edilen yük noktasının (DPOL) enerji sekansını kontrol etmek için mikrokontrolör (MCU) kullanır. MCU, DPOL-PMBus'u yönetmek için güç yönetimi otobüsü (PMBus) kullanır. I2C otobüsüne dayanan iki kablo iletişim protokolü. CPLD, gemide ev gözleme fonksiyonlarının sorumluluğu ve analog kontrol arayüzü (APOL) ile DC-DC yükleme noktasını kontrol ediyor. Yazılım tasarımı basitleştirmek için, MCU tabanlı güç yönetimi tasarımlarının çoğu zamanlı seri tasarımlarını kabul ediyor.

Yazılım tabanlı güç yönetiminin başka bir potansiyel bozukluğu var. Bu, daha uzun hatalı cevap zamanına ihtiyacıdır (genellikle 10-15 milisaniye, CPLD'nin cevap zamanı mikrosekunda). Daha hızlı cevap zamanı (ya da olay yönlendirilmiş sıralama) gereken bazı hatalar için CPLD ikinci koruma ölçüsi olarak eklenebilir.

Yazılım tabanlı güç yönetimi gerçekleştirmesi MCU yazılımı ve CPLD tasarımı için VHDL veya Verilog gerekiyor.

avantaj:

♪ Tasarım ayarlanmak çok kolay (sadece zamanlı seri için)

Üstelik yazılım geliştirme araçları MCU tabanlı çözümler arızasızma için hızlı ve daha uygun yapar.

Çabuk tasarımı değiştirmek için firma yazılımını geliştirin.

"PCB tasarımı kolaylaştırma" DPOL etrafında çalışma daha fazlasıdır.

Kısaca:

♪ Daha pahalı BOM maliyeti

♪ Olay yönlendirilmiş dizaynı gerekçelerini ayarlamak zor.

♪ Çeşitli tasarım araçları gerekiyor (Verilog/VHDL+ yazılım)

Toplaştırma

PCB seviyeli sistemlerin gelişmiş tasarlama karmaşıklığıyla, donanım yönetimi sistemlerinin her iki tasarım çalışma yükü ve BOM maliyetinin arttığı bölümü hesaplıyor. CPLD ve POL güç temsilcilerinin kullanımı bazı ya da tüm yönetim fonksiyonlarının uygulaması üzerindeki trenlere sebep olan zorlukları azaltır, fakat bu sırada maliyetin sarsıntı blok oldu. Şimdi dağıtılmış bir donanım yönetimi mimarı bulunabilir ve CPLD, 3 kablo seri bağlantısıyla düşük maliyetli hissetme komponentlere bağlanabilir. Tasarım karmaşıklığını azaltmak üzere, PCB uzay ihtiyaçları ve BOM maliyeti de, mimar, çeşitli analog ve dijital mühendislerin araçlarını kullanarak de inşa edilebilir.