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Schéma de gestion Programmable de l'énergie pour la conception des PCB
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Schéma de gestion Programmable de l'énergie pour la conception des PCB

Schéma de gestion Programmable de l'énergie pour la conception des PCB

2022-06-07
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Author:pcb

PCB board La geArt.tion de l'énergie couvre généralement tous les aspects de l'alimentation électrique PCB board. Some commonly covered issues are:

1.. Sélectionnez divers convertisseurs DC - DC pour alimenter la carte PCBB) la question;

2.. Commande / suivi de la mise sous tension et de la mise hors tension;

3. Surveillance de la tension.

PCB board

Dans cet article, La gestion de l'énergie est simplement définie comme la gestionPCB board(including DC-DC converters, LDO, Attendez..). La gestion de l'énergie comprend les fonctions suivantes: gestion des contrôleurs DC - DC sur les PCB. Par exemple:, Hot swap, Démarrage en douceur, Trier, Suivi, Tolérance, Et la réglementation; Générer tous les états de puissance pertinents et les signaux logiques de commande. Par exemple:, Réinitialiser la génération du signal, power failure indication (monitoring), Et gestion de la tension. La figure 1 montre une fonction typique de gestion de l'énergie sur un PCB avec un processeur ou un microprocesseur; Hot swap/La fonction de commande de démarrage souple est utilisée pour limiter le courant d'entrée afin de réduire la charge de démarrage sur l'alimentation électrique.. C'est... PCB boardInséré dans le substrat actif; Les fonctions de tri et de suivi de puissance sont utilisées pour contrôler la rotation de plusieurs sources d'énergie. Fault (over/under voltage) monitoring of all voltages to warn the processor of impending power failure. Cette fonction est également appelée fonction de surveillance.. Lorsque le processeur est sous tension, la fonction Reset Generation fournit des conditions de démarrage fiables pour le processeur. Certains processeurs exigent que le signal de Réinitialisation soit maintenu pendant un certain temps après que toutes les sources d'énergie de fonctionnement du processeur se soient stabilisées.. Ceci est également connu sous le nom de Réinitialisation de l'étirement des impulsions. La fonction de Réinitialisation du générateur est de maintenir le processeur en mode Réinitialisation en cas de panne de courant afin d'éviter des erreurs inattendues.PCB boardFlash


1. Limites des solutions traditionnelles de gestion de l'énergie

Traditionnellement, chaque fonction de gestion de l'énergie sur un PCB est mise en œuvre par une seule fonction IC. Ces circuits intégrés peuvent être utilisés sur différents modèles avec différentes combinaisons de tension. De cette façon, il existe des centaines de modèles de circuits intégrés à fonction unique de différents fabricants pour répondre aux différents besoins en matière de gestion de l'énergie. Par exemple, pour choisir de réinitialiser le modèle IC du générateur, vous devez fournir les renseignements suivants:

Réinitialiser le nombre de canaux de tension surveillés par le générateur IC;

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

Pourcentage de la tension de détection des défauts (3,3v - 5%, 3,3v - 10%, etc.);

Précision (3%, 2%, 1,5%, etc.);

La fonction d'expansion de l'impulsion de Réinitialisation est contrôlée par un condensateur externe;

Réinitialiser manuellement l'entrée.


Pour faire face à toutes les variations possibles de ces paramètres, un seul fabricant peut fournir des centaines de modèles pour un seul générateur de Réinitialisation IC. De plus, si l'Ingénieur doit surveiller une autre tension au cours de la conception (si possible), il doit choisir un modèle différent. De même, sur la base de différents paramètres, de nombreux circuits intégrés monofonctionnels ont plusieurs variantes, même pour les mêmes fonctions, telles que les contrôleurs à chaud, les séquenceurs de puissance et les circuits intégrés fonctionnels de surveillance / détection de tension. Dans un système composé de plusieurs cartes à PCB, chaque carte à PCB nécessite un ensemble différent d'IC à fonction unique, de sorte qu'une liste de matériaux a également été ajoutée.


2. La complexité croissante de la conception des PCB

Si l'utilisation d'un IC de gestion de l'énergie à fonction unique était autrefois gérable, c'était le passé. De nombreux PCB utilisent maintenant généralement plusieurs appareils Multi - tension, chacun avec une séquence d'alimentation différente. Les appareils avec des noeuds de processus plus fins nécessitent une tension plus faible mais un courant plus élevé. Les concepteurs doivent généralement utiliser un point de charge dans chaque circuit intégré de puissance Multi - tension. De cette façon, la quantité d'énergie utilisée sur les PCB augmentera. Avec l'augmentation de la tension d'alimentation, la gestion de l'énergie devient plus complexe et nécessite une gestion Multi - séquences. À mesure que la conception des PCB devient plus complexe, les solutions traditionnelles de gestion de l'énergie deviennent plus difficiles à gérer. À l'heure actuelle, les concepteurs qui utilisent des circuits intégrés monofonctionnels traditionnels pour la gestion de l'énergie abandonnent la surveillance de certaines tensions ou utilisent plusieurs dispositifs monofonctionnels pour chaque fonction de gestion de l'énergie. Aucune des deux approches suivantes n'est souhaitable.

Augmenter la surface des PCB et réduire la fiabilité

L'augmentation du nombre de circuits intégrés à fonction unique et l'interconnexion entre eux augmentent non seulement la surface des PCB, mais réduisent également la fiabilité des PCB d'un point de vue statistique. Par exemple, la probabilité d'erreurs d'assemblage peut être augmentée, ce qui entraîne des résultats imprévisibles (et certainement mauvais).

Deuxième canal d'approvisionnement et compromis de conception

Lors de l'achat d'équipement à fonction unique auprès de différents fournisseurs, le risque de retard de production augmente même si l'un d'eux n'arrive pas à temps. Cela a conduit à la nécessité d'un deuxième canal d'approvisionnement. Toutefois, le deuxième canal réduit la disponibilité de l'équipement pour les ingénieurs concepteurs, ce qui oblige les concepteurs à sacrifier la couverture de la surveillance des défaillances sur les BPC en raison de l'équipement inaccessible. Les coûts d'assemblage et d'essai sont proportionnels au nombre d'équipements utilisés dans le système. Le coût unitaire du matériel est inversement proportionnel au volume acheté. Étant donné que de nombreux appareils sont nécessaires dans un système donné, il faut moins d'appareils par appareil pour construire le système, ce qui augmente le coût total du système. Par exemple, supposons qu'un système ait 10 PCB et qu'il en produise 1 (En milliers de dollars des États - Unis) par année. Si chaque carte PCB utilise un IC à fonction unique pour la gestion de l'énergie, une dizaine d'IC à fonction unique différents sont nécessaires pour compléter la conception. La demande annuelle de ces circuits intégrés à fonction unique est de 1 000 unités. Le prix unitaire pour 1000 lots est bien entendu supérieur au prix unitaire pour 10000 lots. Par conséquent, le coût des solutions de gestion de l'énergie précédentes est certainement plus élevé que celui de l'utilisation du même IC de gestion de l'énergie à fonction unique pour toutes les cartes à PCB. Dans les années 1980, lorsque les concepteurs numériques ont utilisé la porte TTL pour réaliser la fonction logique, le système traditionnel de gestion de l'énergie avec plusieurs dispositifs IC à fonction unique est devenu le passé. À mesure que la complexité des PCB augmente, les concepteurs doivent choisir entre l'utilisation d'ASIC à fonction fixe ou l'augmentation du nombre de portes TTL utilisées. Il n'est pas surprenant que le nombre de dispositifs TTL utilisés dans la conception du système augmente rapidement.


L'apparition de dispositifs logiques programmables (PLD) permet aux concepteurs de réaliser plus de fonctions dans une région donnée de PCB et réduit le temps de mise sur le marché. Le coût total du système peut également être réduit en réduisant le nombre de composants utilisés dans le système. Comme le même dispositif logique programmable peut être utilisé dans plusieurs conceptions, le nombre de composants utilisés dans le système est réduit. Les entreprises peuvent normaliser un petit nombre d'appareils PLD sans sacrifier les fonctions requises pour chaque carte PCB. Il est beaucoup plus facile de gérer un petit nombre de PLD que de nombreuses portes TTL. Le même PLD peut être utilisé pour plusieurs conceptions de PCB, ce qui réduit ou élimine le besoin d'un deuxième canal d'approvisionnement. Les concepteurs peuvent utiliser un logiciel pour simuler la conception avant la conception, augmentant ainsi les chances de succès. À l'heure actuelle, l'utilisation de circuits intégrés de gestion de l'énergie à fonction unique est aussi obsolète que l'utilisation de portes TTL dans le passé. La conception de la carte PCB complexe d'aujourd'hui nécessite un PLD de gestion de l'énergie. En fait, l'adoption de cet appareil devrait maintenant être une option pour la conception des cartes à PCB.


3. Programmable Power Management Scheme

Les implémentations typiques de gestion de l'énergie des PCB utilisent un seul appareil de gestion de l'énergie programmable. Les appareils de gestion de l'énergie programmables nécessitent des sections analogiques et numériques programmables pour simplifier l'intégration de plusieurs appareils traditionnels de gestion de l'énergie à fonction unique. Le concepteur peut configurer une section analogique programmable pour surveiller un ensemble de combinaisons de tension sans avoir besoin d'aide pour programmer un appareil à fonction unique spécialement configuré en usine. La partie numérique Programmable de l'appareil de gestion de l'énergie doit définir la logique d'une carte PCB qui contient des fonctions programmables de surveillance de l'énergie telles que la génération de Réinitialisation, la génération d'interruptions de panne d'énergie et le tri des sources d'énergie individuelles. La méthode de conception Programmable basée sur le logiciel permet à l'équipement de gestion de l'énergie de fournir plusieurs fonctions de gestion de l'énergie spécifiques à la carte de circuit.


4. La programmabilité normalise la gestion de l'énergie

En reconfigurant simplement le périphérique programmable, le concepteur peut utiliser un seul périphérique Programmable de gestion de l'énergie pour mettre en œuvre toutes les fonctions de gestion de l'énergie spécifiques à la carte de circuit. Le même dispositif Programmable peut être utilisé sur plusieurs cartes PCB au lieu de plusieurs IC à fonction unique. Par conséquent, les concepteurs peuvent normaliser un seul appareil de gestion de l'énergie Programmable tout au long du processus de conception. L'intégration des fonctions de gestion de l'énergie dans un seul appareil de gestion de l'énergie programmable et l'utilisation du même appareil sur plusieurs PCB offrent les avantages suivants:

Réduire la taille des PCB et améliorer la fiabilité

Le principal avantage de l'intégration de plusieurs circuits intégrés à fonction unique dans un seul appareil est la réduction de la surface de la carte PCB. La réduction du nombre de composants et des trajectoires d'interconnexion correspondantes réduit la surface et le coût des PCB. D'un point de vue statistique, la réduction du nombre d'éléments améliore également la fiabilité des PCB.

Capable de répondre à des exigences complexes en matière de gestion de l'énergie

Aujourd'hui, la quantité d'énergie utilisée sur les PCB augmente. De plus, les fonctions de surveillance et de contrôle sont de plus en plus complexes. Étant donné que les dispositifs programmables de gestion de l'énergie intègrent davantage d'entrées de surveillance de l'énergie (par rapport aux circuits intégrés à fonction unique) et de logique numérique programmable, ils sont mieux adaptés à la réalisation de fonctions complexes de gestion de l'énergie. De plus, la programmabilité offre la souplesse nécessaire pour s'adapter rapidement aux exigences changeantes des spécifications.

Pas besoin d'un deuxième canal d'approvisionnement

En général, le deuxième canal est une mesure de précaution pour éviter les retards de production dus à l'indisponibilité de l'équipement. Ce besoin est exacerbé par le fait qu'un système typique nécessite en fait plusieurs petits appareils à fonction unique de différents fournisseurs. La normalisation d'un seul appareil de gestion de l'énergie Programmable dans tous les BPC et dans tous les projets peut réduire considérablement ou éliminer complètement le besoin d'un deuxième canal exigeant beaucoup de temps et de ressources.

Réduire le coût global du système

Les dispositifs programmables de gestion de l'énergie sont généralement moins chers que la somme des circuits intégrés monofonctionnels individuels. De plus, la gestion normalisée de l'énergie a été mise en oeuvre à l'aide de plusieurs cartes à PCB dans le système, ce qui a permis de réduire davantage les coûts en raison d'un volume plus important et d'une réduction plus élevée.

La fonction de gestion de l'énergie peut être réalisée par logiciel

L'équipement de gestion de l'énergie Programmable réalisé dans le logiciel est utilisé pour la conception. En général, les outils de conception de logiciels prennent également en charge la validation des algorithmes de gestion de l'énergie utilisés sur les simulateurs de cartes à PCB. Étant donné que la conception de la gestion de l'énergie a été suffisamment validée avant le lancement de la carte mère, les possibilités de transmission sexuelle sont élevées, ce qui accélère encore le lancement du produit.


Quantité d'alimentation électrique utilisée sur today's PCBs continues to increase, Les algorithmes de gestion de l'énergie deviennent plus complexes. Cependant,, Dans ces applications de plus en plus exigeantes, les systèmes traditionnels de gestion de l'énergie obsolètes sont encore fréquemment utilisés., making PCB Conception inefficient and expensive, Les compromis inévitables conduisent souvent à de mauvais résultats. Cet article propose un schéma de conception pour résoudre ce problème complexe de gestion de l'énergie: utiliser la programmation, Matériel de gestion de l'énergie à signaux mixtes. Les concepteurs peuvent normaliser le PLD de gestion de l'énergie et l'utiliser dans l'ensemble du système. PCB board, Réduction des coûts, Amélioration de la fiabilité, Accélérer la mise sur le marché.