close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

FPGA-basierte Systeme profitieren von Reglerdesign - Polyscope

EinbettenHerunterladen
34
A KT I V E B AU E L E M E N T E
STA B I L E S PA N N U N G S V E R S O R G U N G
www.polyscope.ch
DC/DC-Lösungen im IC-Format
FPGA-basierte Systeme profitieren
von Reglerdesign
Fortschritte bei der Prozessgeometrie und flexiblere Designkonfigurationen haben
FPGA-Herstellern Märkte eröffnet, auf denen Mikroprozessor- und ASIC-Anbieter allein
waren. Die Flexibilität und Konfigurierbarkeit dieser Geräte sind für Systemdesigner
attraktiv, erfordern aber ein umfangreiches Know-how.
» Afshin Odabaee
Deshalb bieten FPGA-Anbieter detaillierten
Hardware- und Firmware-Support, um Systemarchitekten bei der Evaluierung von Referenzdesigns, Designsimulation und -prüfung
zu unterstützen. Jedoch verlangen Feinheiten
im analogen Bereich, speziell auf dem Gebiet
von DC/DC-Reglern für Kern-, Ein- und Ausgangs-, Speicher-, Taktgeber- und anderen
Schienen, nach neuen Lösungen. Jetzt ist es
Zeit, für die Hersteller von DC/DC-Produkten,
die Leistung zu steigern.
Mehrere Spannungsschienen konfliktfrei managen
Die älteren Generationen von FPGA benötigten zwei oder drei Leistungsschienen. Jetzt
benötigen einige Highend-Mehrkerngeräte
bis zu 7 Schienen, eine Mischung aus alten
3,3-V-Leistungsschienen und nun auch niedrigeren Spannungen von 2,8 bis hinunter zu
1,0 V und weniger. Darüber hinaus gibt es einen Mix von anderen Spannungsschienen,
die für andere Geräte als einen FPGA bereitgestellt werden, wie zum Beispiel Speicher,
Netzwerkprozessoren, Grafikprozessoren, Digital/analog- oder Analog/digital-Wandler sowie Operationsverstärker und HF-ICs.
Die zentrale Aufgabe eines DC/DC-Reglers, der mit Sequenzierungs- und TrackingFunktionen ausgestattet ist, liegt darin, den
«sauberen» Start eines Systems mit mehreren Spannungsschienen zu gewährleisten,
ohne dass eine der Schienen mit einer anderen in Konflikt gerät. Einfach gesagt, jeder
Regler muss in der Lage sein, die Ausgangsspannung anderer Regler zu verfolgen. Die
gute Nachricht ist, dass seit einigen Jahren
Ein DC/DC-µModule-Regler mit Induktor, MOSFETs, DC/DC-Regler und Kompensationsschaltung
FPGAs keine Sequenzierung mehr auf ihren
Schienen benötigen. Dennoch ist immer
noch sequentielles Herauf- oder Herunterfahren mehrerer Spannungen über verschiedene Abschnitte in einem System erforderlich, um potenzielle Abschaltungen zu
verhindern, die vorkommen können, wenn
eine Spannungsschiene zu schnell oder zu
langsam ansteigt.
In der Vergangenheit war für das Tracking
und die Sequenzierung von Leistungsschie-
nen ein separater Leistungsmanagement-IC
zuständig. Heute verlangen Designer, dass die
Sequenzierungs- und die Trackingfunktionen
beide in die Regler integriert sind – vor allem,
wenn sie an verschiedenen Stellen im System
platziert werden müssen.
Integrierte Kondensatoren dämpfen
die Welligkeit der Spannung
Bei nichtportablen Systemen werden mit
sinkenden Spannungs- und steigenden
Polyscope 9/09
STA B I L E S PA N N U N G S V E R S O R G U N G
Stromanforderungen bei der Auswahl eines DC/DC-Wandlers die Wärmeabstrahlung
und der Wirkungsgrad wichtigere Faktoren.
Bei portablen Anwendungen, bei denen der
Laststrom zwar niedriger ist, spielen die
Wirkungsgrade im Betrieb und im Stand-by
eine wichtige Rolle für die Schonung der
Batterieenergie und die Vereinfachung des
Wärmemanagements des portablen Produkts.
Ein DC/DC-Schaltregler ist eine leistungsfähigere Lösung als ein Linearregler sowohl
in portablen wie in nicht portablen Anwendungen, speziell bei Hochstromanforderungen. Zum Beispiel stehen 90 Prozent Effizienz eines Schaltreglers, der 1,2 V bei 5 A
aus 3,3 V-Versorgungspannung liefert, einem
Wirkungsgrad von 36 Prozent eines Linearreglers gegenüber. Und während der Schaltregler 0,7 W abstrahlt, gibt der Linearregler
10,5 W ab.
Andererseits führt der Schaltregler wegen seiner Schaltvorgänge Schaltrauschen
und eine stärkeres Ausgangswelligkeitsrauschen (Restwelligkeit der Ausgangsspannung) ein. Um das Rauschen der Welligkeit
zu vermindern, kann man mehr Eingangsund Ausgangskondensatoren in die Schaltung integrieren, sodass die Welligkeit
der Spannung gedämpft wird. Jedoch ist
das Dämpfen des Schaltrauschens schon
schwieriger. Ein mögliches Verfahren ist,
die Betriebsfrequenz des DC/DC-Reglers mit
einem externen Taktgeber zu synchronisieren, wodurch der Regler gezwungen wird,
innerhalb einer festgelegten Frequenz zu
arbeiten. Diese wird so gewählt, dass
die geringsten Interferenzen mit anderen
rauschempfindlichen Teilen des Systems
entstehen. Dieses Verfahren ist besonders
effektiv, wenn mehrere Schaltregler allesamt auf eine Taktfrequenz synchronisiert
sind, die für das restliche System ungefährlich ist.
Autor
Afshin Odabaee ist Product
Marketing Engineer für die
Power-Product-Linie bei der
Linear Technology Corp.
Er hat einen Hochschulabschluss als Elektroingenieur
von der kalifornischen Santa Clara University und
zwölf Jahre Berufserfahrung in der Industrie.
Polyscope 9/09
Teilenummer
LTM 4604
LTM 4602
LTM 4604 HV
LTM 4603
LTM 4603 HV
LTM 4608
LTM 4600
LTM 4600 HV
LTM 4601
LTM 4601 A
LTM 4601 HV
LTM 4601 AHV
AKT IVE B AUEL E M E NT E
min.VIN
max.VIN
min.VOUT
max.AOUT
AOUT
LGA-Masse
(mm)
2,375
4,5
4,5
4,5
4,5
2,375
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
5,5
20
28
20
28
5,5
20
28
20
20
28
28
0,8
0,6
0,6
0,6
0,6
0,8
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
4
6
6
6
6
8
10
10
12
12
12
12
9ϫ15ϫ2,3
15ϫ15ϫ2,8
15ϫ15ϫ2,8
9ϫ15ϫ2,3
15ϫ15ϫ2,8
15ϫ15ϫ2,8
Winzige DC/DC-µModule-Produkte für FPGA-basierte Systeme
µModule-Regler bieten ein sauberes
Hoch- und Herunterfahren des FPGA
Diese neue Generation von DC/DC-Systemen,
von Linear Technology auf den Namen
µModule-Regler getauft, umfasst eine Familie von Geräten mit einer Ausgangsstromkapazität von 6 bis 12 A mit einer Eingangsspannung von 4,5 bis 28 V und einer
Ausgangsspannung von 0,6 bis 5 V. Einige
µModule-Regler bieten Funktionen wie Tracking für das saubere Hoch- und Herunterfahren eines FPGA-basierten Systems mit
mehreren Leistungsschienen. Selbst der Induktor ist abgeschirmt, um den Einfluss von
EM-Strahlung zu minimieren.
Das µModule-DC/DC-Systemdesign hat vier
Ausgänge und 103 W mit dem LTM 4601 auf
einer vierlagigen Platine. Diese Lösung bietet
vier Ausgänge mit 1,5 V bei 12 A, 1,8 V bei
12 A, 2,5 V bei 12 A und 3,3 V bei 10 A aus einer mittleren Buseingangsspannung von 8 bis
16 V. Die vier LTM 4601-Geräte sind mit dem
LTC 6902 synchronisiert, einem 4-Phasen-Oszillator mit vier Ausgängen, der um 90° Grad
versetzte Taktsignale erzeugt, um Rauschen
und Restwelligkeit zu reduzieren. Dabei ist
zu beachten, dass keine Kühlkörper erforderlich sind. Noch beeindruckender ist, dass der
gesamte Spannungsfehler des Ausgangsreglers inklusive Leitungs- und Lastregelung nur
±2 Prozent beträgt.
Fazit
Die Innovationen von Linear Technology bei
DC/DC-Reglerarchitektur und -gehäuse brachten eine neue Generation von Point-of-LoadLösungen hervor, um die strengeren Anforderungen von FPGA-basierten Systemen zu
erfüllen. Die µModule-Gleichstromlösungen
ebnen den Weg für eine neue Generation von
FPGA und FPGA-basierten Systemen, um ihre
Leistungsfähigkeit bei geringerer Grösse zu
steigern.
«
Infoservice
Linear Technology Direct Sales Office
DE-85737 Ismaning, Osterfeldstrasse 84
Tel. 0049 89 962 45 50, Fax 0049 89 631 47
www.linear.com
35
Document
Kategorie
Technik
Seitenansichten
26
Dateigröße
290 KB
Tags
1/--Seiten
melden