最近,我正在研究可用于為 FPGA 供電的不同參考設計和資源。我發(fā)現(xiàn)一種設計是為了易于使用而創(chuàng)建的,使用集成電感器模塊,一種是使用分立元件而具有成本效益的設計,另一種是使用 PMBus 設備制成的設計,為工程師提供了最大的靈活性來控制和監(jiān)控每個軌道。盡管所有這些設計各不相同,但一個共同點是電源管理解決方案占用了相當大的電路板空間,其中包括穩(wěn)壓器、LDO、復位 IC、定序器、功率級等。
企業(yè)服務器和交換機、存儲連接網(wǎng)絡和基站越來越多地使用帶有 PMBus 的電源來輕松配置、控制和監(jiān)控關鍵電壓軌,例如大電流 ASIC、DSP、FPGA 和 DDR 內(nèi)存內(nèi)核,而無需軟件編程。
企業(yè)服務器和交換機、存儲連接網(wǎng)絡和基站越來越多地使用帶有 PMBus 的電源來輕松配置、控制和監(jiān)控關鍵電壓軌,例如大電流 ASIC、DSP、FPGA 和 DDR 內(nèi)存內(nèi)核,而無需軟件編程。
服務器、以太網(wǎng)交換機、基站和存儲附件盒等云基礎設施終端設備對電源的功率密度要求正在增加。作為回應,將集成 MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)DC/DC 轉換器用于大電流 POL(負載點)軌,傳統(tǒng)上由帶有外部 MOSFET 的 PWM(脈寬調(diào)制)控制器提供服務,這已成為主流. 此外,為高性能處理器和 FPGA 執(zhí)行高級任務的需求,如自適應電壓縮放(基于處理器操作配置文件的動態(tài) Vout 調(diào)整以優(yōu)化功率損耗)也變得很重要。此外,電源設計人員越來越關注消除外部組件、提高可靠性和防止故障發(fā)生。
NXP QorIQ 處理器是用于云網(wǎng)絡和存儲應用的高性能 64 位 Arm? 多核處理器。兩個高端 QorIQ 變體是 LS2085A 和 LS2088A。8核QorIQ Layerscape LS2088A和4核LS2048A多核處理器配備Arm Cortex- A72內(nèi)核,帶有先進的高性能數(shù)據(jù)通路和網(wǎng)絡外設接口,適用于網(wǎng)絡、電信/數(shù)據(jù)通信、無線基礎設施、軍事和航空航天應用。
在之前應用中,,有很多關于PMBus ? 的好處以及 PMBus負載點解決方案如何獲得這些好處的討論。但是,需要多相轉換器的真正大電流 ASIC 內(nèi)核軌呢?
航空航天和國防應用,從加固型通信到雷達再到航空電子設備,都需要具有精確電壓調(diào)節(jié)、高功率密度、高效率和全面系統(tǒng)診斷的智能電源,以實現(xiàn)高可靠性。 越來越多的航空航天和國防應用正在使用速度更快、性能更高的處理器和現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)。如圖 1 所示,雷達不僅需要一個用于數(shù)字信號處理器 (DSP)、FPGA 和輸入/輸出 (I/O) 軌的 DC/DC 轉換器,還需要一個定序器來為上電和上電提供準確的排序-down 場景。
如果我們尚未使用 PMBus? 數(shù)字接口設計電源或尚未接觸過 PMBus,我們可能想知道它的全部內(nèi)容。以下是有關 PMBus 的一些常見問題和解答。 問:什么是 PMBus? 答: PMBus 是一種基于 I 2 C 的電源管理通信標準。它由系統(tǒng)管理接口論壇 (SMIF) 擁有和監(jiān)管;SMIF 會員資格對所有人開放。PMBus 規(guī)范也可免費獲得。PMBus 適用于所有類型的電源管理產(chǎn)品,包括 AC/DC 電源、熱插拔控制器、定序器、隔離和總線轉換器以及負載點 (POL) 穩(wěn)壓器。
一個好的電源滿足指定的性能水平,并且不會再被聽到。沒有收到我們的電源的回復意味著它按設計工作并且沒有任何問題。 但是今天,PMBus 使設計人員能夠繼續(xù)與他們的電源進行通信,從開發(fā)到表征再到現(xiàn)場部署。我們可以使用 PMBus 協(xié)議標準的強大命令集在開發(fā)周期中優(yōu)化我們的設計。我們可以調(diào)整電壓和頻率以優(yōu)化處理器功耗和數(shù)據(jù)中心效率。我們可以通過排序方案來優(yōu)化上電和斷電。我們可以監(jiān)控輸入/輸出電壓、電流和功率以提高可靠性。
我們可以在基站、網(wǎng)絡交換機、服務器和存儲等云基礎設施設備以及集成電路 (IC) 測試儀、示波器等測試和測量應用中找到需要調(diào)節(jié)、排序和監(jiān)控的具有多個低壓軌的硬件系統(tǒng)和網(wǎng)絡分析儀。
隨著物聯(lián)網(wǎng) (IOT) 應用的出現(xiàn),越來越多的專用集成電路 (ASIC) 和現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA) 被部署到云計算和服務器系統(tǒng)應用中。這些高性能終端應用需要更高的處理能力和不斷提高的時鐘速度。
在為工業(yè)和通信系統(tǒng)設計電源時,工程師面臨著許多艱巨的挑戰(zhàn)。典型的系統(tǒng)可以包括一個或多個現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、專用集成電路 (ASIC)、片上系統(tǒng) (SoC)、網(wǎng)絡和通信處理器或其他類型的處理器。每個處理器通常需要對多個電源軌(四個、10 個或更多)進行復雜的電源管理才能正常運行。處理器的核心電壓軌通常需要 20A 或更多的電流。管理核心軌和所有輔助電壓軌是一個巨大的挑戰(zhàn)。此外,由于系統(tǒng)外形尺寸縮小,印刷電路板 (PCB) 空間受到限制,因此工程師必須使用高密度解決方案。
PMBus(Power Management Bus,電源管理總線)是一種開放標準的數(shù)字電源管理協(xié)議。可通過定義傳輸和物理接口以及命令語言來促進與電源轉換器或其他設備的通信。該協(xié)議是由一群認為由于沒有合適的標準而抑制了全數(shù)字電源管理解決方案的發(fā)展的電源和半導體生產(chǎn)商共同建立的。
數(shù)字電源有很多種形態(tài),在幾乎所有的數(shù)字轉換器中,一個共同的元素是具有通信總線,通?;赑MBus協(xié)議。第一類數(shù)字電源可以執(zhí)行各種監(jiān)視和控制功能的管理IC,但是沒有嵌入在功率轉換器中。
數(shù)字電源通過SMBus、PMBus和AVSBus(PMBus協(xié)議的子集,用于實現(xiàn)自適應電壓縮放)相互通信。使用支持SMBus和PMBus的設備進行功率轉換提供了傳統(tǒng)模擬電源系統(tǒng)無法實現(xiàn)的靈活性和控制。
PMBus可以為交直流電源和DC/DC變換器的設計和生產(chǎn)帶來好處。它可以為復雜的電子系統(tǒng)帶來性能上的好處,這些系統(tǒng)采用分布式電源結構,具有許多負載點(POL)非隔離DC/DC轉換器。
什么是250A的50A μModule穩(wěn)壓器?它有什么作用?Analog Devices, Inc (ADI) 宣布推出 Power by Linear? LTM4678,該器件是一款具有 PMBus 數(shù)字接口的雙通道 25A 或單通道 50A 降壓型μModule? 穩(wěn)壓器。 LTM4678 將兩個電感器疊置并裸露在 BGA 封裝的頂部以充當散熱器,可幫助散發(fā)封裝內(nèi)部的熱量,從而使器件保持低溫。用戶可利用片內(nèi) EEPROM 和 PMBus I2C 測量、改變和記錄主要的電源參數(shù),例如電壓、負載電流、溫度和時序。5 個 LTM4678 能夠通過均流 (各分擔 50A) 為處理器、FPGA 和 ASIC 等負載提供高達 250A 的電流。主要應用包括 PCIe 板、通信基礎設施、云計算、光學以及醫(yī)療、工業(yè)和測試與測量設備。
面對數(shù)據(jù)中心等應用對更高功率密度、更快瞬態(tài)響應和智能化管理的新需求,MPS公司推出了16V、20A帶PMBus的全集成DC/DC數(shù)字電源模塊MPM3695-25。
摘要本文詳細介紹了熱插拔電路基礎,以及要求使用系統(tǒng)保護與管理 (SPM) 和印刷電路板 (PCB) 基板面極其珍貴的情況下系統(tǒng)設計人員所面臨的諸多挑戰(zhàn)。以模塊化實現(xiàn)利用集成數(shù)