PCBブログ - PCBボード設計のためのプログラマブル電力管理方式について

PCBボード

1.PCBボードに電源を供給する様々なDC－DCコンバータを選択する。

2.電源オン/オフシーケンス/トラッキング。

3.電圧監視。

この記事で、電力管理は、すべての電力を管理すると定義されます。PCBボード(including DC-DC転換器、LDOSなど)。電力管理は以下の機能を含みます。PCBのDC - DCコントローラを管理する。例えば、ホットプラグ、ソフトスタート、シーケンス、トラッキング、許容、規制すべての関連した電源状態および制御論理信号は、生成される。例えば、リセット信号発生。CPUまたはマイクロプロセッサを有するPCB上の典型的な電力管理機能を示すホットプラグ/ソフトスタート制御機能を使用して、突入電流を制限して電源の起動負荷を低減する。これは重要な機能だ。PCBボードアクティブ基板に挿入される電源シーケンスおよびトラッキング機能は、複数の電源をどのように変えるかを制御するために使用される。故障した停電のプロセッサを警告するすべての電圧の故障（過電圧/過電圧）監視という機能は「監督機能」とも呼ばれます。プロセッサがパワーアップされるときに、リセット生成機能はプロセッサのための信頼できる起動条件を提供する。一部のプロセッサは、プロセッサの全ての動作電源が安定した後に、リセット信号を一定期間維持する必要がある。これはリセットパルスストレッチング. リセット発電機の機能は、オンにおける望ましくないエラーを防止する停電の場合、プロセッサをリセットモードに保つことであるPCBボード フラッシュメモリ。

伝統的な電力管理ソリューションの限界

従来、PCB上の各電力管理機能は、別個の機能ICによって実現される。これらのICは、異なる電圧組合せのために異なるモデルで利用可能である。このように、異なる製造業者から、異なる電力管理ニーズを満たすために、何百もの単一の機能ICモデルがあります。例えば、リセット発生器ICモデルを選択するには、以下の情報を提供しなければならない。

1 )リセット発生器ICによりモニタされる電圧チャンネルの数。

2 )電圧（3.3、2.5、1.2、3.3、2.5、1.8等）の組み合わせ

3）故障検出電圧の%（3.3V−5%，3.3V−10%）等

精度（3%，2%，1.5%等）

リセットパルス拡張機能は外部コンデンサにより制御される

6 )手動リセット入力

これらのパラメータのすべての可能な変化を処理するために、単一のリセット発電機ICのための1つの製造業者からのモデルの何百もあることがありえる。また、エンジニアが設計プロセス中に別の電圧を監視する必要がある場合、別のモデルを選択する必要があります。同様に、多くの単一機能ICは、ホットスワップコントローラ、パワーシーケンサ、および電圧監視／検出器機能ICのような同じ機能であっても、異なるパラメータに基づいて多くの変形で利用可能である。これらの単一の機能ICの異なるセットは、複数のPCBボードから成る系の各々のPCBボードのために必要である。そして、それによって、材料の請求を増やす。

PCB基板設計の複雑さは増加し続けている

単一の機能的なパワー管理ICの使用が管理可能であるならば、それは過去のものです。現在、多くのPCBボードは、いくつかのマルチ電圧デバイスを使用している。より細かいプロセスノードを有するデバイスは、より低い電圧より高い電流を必要とする。設計者は、しばしば多電圧電力ICにつき1ポイントの負荷を利用する必要がある。このようにして、PCB上で使用される電源の数が増加する。電源電圧ループが増加し、複数のシーケンス管理が必要になるので、電力管理はより複雑になる。PCBボード設計がより複雑になるにつれて、従来の電力管理ソリューションは処理するのがより困難になる。現在、従来の単一機能ICによる電力管理を実施する設計者は、特定の電圧を監視するのを忘れて、または各電力管理機能のための複数の単一機能デバイスを使用しなければならない。以下の2つの方法のいずれも賢明ではない。

1）PCB面積の増加と信頼性の低下

単一の機能ICの数およびその結果としての相互接続の増加はPCB領域を増加させるだけでなく、統計的観点からPCBの信頼性を低下させる。例えば、アセンブリエラーの確率を増加させることができ、予期しない結果が発生します。

2 )第2供給路と設計妥協

単一の機能デバイスが異なる供給元から購入されるとき、時間に到着しない装置の1つのために、生産遅延のリスクが増加する。これは順番に第2供給チャネルの必要性につながる。しかし、第2のチャンネルは設計技師のためのデバイス可用性を減らす。そして、デザイナーにこれらの手の届かない装置のためにPCB上の故障監視カバレッジを犠牲にする。アセンブリおよびテストコストは、システムで使用されるデバイスの数に比例する。装置の単価は購入量に反比例する。多くのデバイスが所与のシステムで必要とされるので、各々のデバイスのより少ない系はシステムを建設するのに必要である。例えば、システムが10台のPCBボードを有すると仮定すると、そのようなシステムは、年間製造される。各々のPCBボードが電力管理のために単一の機能ICを使用する場合、約10の異なる単一の機能ICは設計を完了するために必要である。これらの単一機能ICの年間需要は1000個である。1000のバッチでの単位価格は、もちろん10000のバッチで単位価格より高いです。複数の単一機能icデバイスで実装された従来の電力管理方式は，ディジタル設計者がttlゲートを使用して論理関数を実装する1980年代の過去のことである。PCBボードの複雑さが増加するにつれて、設計者は固定機能ASICを使用するか、または使用されるTTLゲートの数を増やすかを選択しなければならない。驚くことではなく、システム設計で使用されるTTLデバイスの数は劇的に増加している。

プログラマブル論理デバイス（PLD）の出現は、デザイナーに与えられたPCB領域の範囲内でより多くの機能性をなしとげるのを可能にして、また、市場に時間を短縮した。システム全体のコストは、システムで使用されるコンポーネントの数を減らすことによっても低減される。同じPLDが複数のデザインで使われることができるので、システムで使われるコンポーネントの数は減らされます。企業は、各PCBボードの必要な機能を犠牲にすることなく、PLDデバイスの少数の数を標準化することができます。多くのTTLゲートより少ないPLDを管理するのはずっと簡単です。同じPLDを、複数のPCB設計のために使用することができ、第2の供給チャネルの必要性を低減または低減することもできる。彼らが成功している彼らのチャンスを増やす前に、デザイナーはデザインをシミュレートするために、ソフトウェアを使うことができます。現在、1つの機能の電力管理のICSを使用して昔ながらのTTLゲートを使用するように古いです。今日の複雑なPCBボードの設計は、「電力管理PLD」を必要とする。実際に、このデバイスの採用は、現在PCBボード設計のための提供であるべきです。

プログラマブル電力管理方式

典型的なPCBボードの電力管理の実装は、単一のプログラム可能な電力管理デバイスを使用する。プログラマブル電力管理デバイスは、複数の従来の単一機能電力管理デバイスの集積化を簡素化するためにプログラム可能なアナログおよびデジタルセクションを必要とする。設計者は、特別に構成された、工場でプログラムされた単一の機能デバイスに頼らずに電圧組合せのセットをモニターするために、プログラマブルアナログ部を構成できます。電力管理装置のプログラム可能なデジタル部分は、リセット発生、停電割り込み発生、および個々の電源のシーケンス化などのプログラム可能な電力監視機能を組み込むPCBボードのロジックを定義するために必要とされる。ソフトウェアベースのプログラム可能な設計方法論は、電力管理デバイスが複数のボード固有の電力管理機能を提供することを可能にする。

プログラマブル性は電力管理を標準化する

単にプログラマブルデバイスを再構成することによって、設計者は単一のプログラム可能な電力管理デバイスを有する全てのボード固有の電力管理機能を実行できる。複数の単一機能ICを使用する代わりに、同じプログラマブルデバイスを複数のPCBボード上で使用することができる。結果として、設計者は、設計全体にわたって単一のプログラム可能な電力管理デバイス上で標準化することができる。単一のプログラム可能な電力管理デバイスに電力管理機能を統合して、複数のPCB上の同じデバイスを利用することは、以下の利点を提供する。

1）基板の小型化と信頼性の向上

一つのデバイスに複数の単一機能ICを集積することの主な利点は、PCBボード領域を削減することである。減少したコンポーネント数および対応する相互接続トレースは、PCB領域およびコストを減らす。統計的観点から、減少した構成要素数もPCBの信頼性を増加させる。

2）複雑な電力管理ニーズを満たす能力

今日のPCBボードに使用される電源の数は増加している。加えて、監視および制御機能の複雑さは増加している。プログラマブル電力管理装置は、より多くの電力監視入力（単一機能ICと比較して）およびプログラム可能なデジタル論理を統合するので、これらのデバイスは、複雑な電力管理機能を実現するのにより適している。そのうえ、プログラム可能性は変化する仕様要件を満たすために速く適応する柔軟性を提供します。

第2の供給チャネルの必要はない

一般に、第2のチャネルは、デバイスの利用不能に起因する生産遅延を回避するための措置である。この必要性は、典型的なシステムが実際に異なるサプライヤーから複数の小規模な単一機能デバイスを必要とするという現実によって悪化する。全てのPCBおよびプロジェクト全体にわたって単一のプログラム可能な電力管理デバイスを標準化することによって、時間がかかるリソース集中型の第2のチャネルの必要性は、大幅に低減または除去され得る。

4）システム全体コストの低減

プログラマブル電力管理デバイスは、一般に個々の単一機能ICの合計よりも高価ではない。さらに、標準化された電力管理は、より大きなバッチのためにより高い割引のためにコストをさらに減らすシステムの複数のPCBボードのために実行されます。

5）電源管理機能はソフトウェアで実現できる

ソフトウェアで実装されたプログラマブル電力管理デバイスを用いて設計典型的には、ソフトウェア設計ツールは、PCBボードシミュレータ上で使用される電力管理アルゴリズムの検証もサポートする。ボードが起動する前に、電力管理設計が完全に検証されるので、性的な通過の機会は高いです。そして、それは製品発射のペースをさらに速めます。

使用する電源の数と電力管理アルゴリズムはさらに複雑になる。しかし、伝統的な時代遅れの電力管理方式は、これらのますます厳しいアプリケーションで、まだしばしば使用されます。PCBデザインを最優するために、しばしば避けられないトレードオフによって結果が悪い結果になる。本文では、この複雑な電力管理問題のためのプログラムを提案する。混合信号電力管理装置の設計者は、「パワーマネージメントPLD」を標準化し、システム全体でデバイスを使用することができる。 PCBボードについて、コスト削減、信頼性の向上及び市場への時間をスピードアップする。

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