Artikel aus dem Bereich Elektronik- und Elektrotechnik-Design

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Power Management Produkte lösen Design Herausforderungen

Gepostet am 16. August 2014 | Strom

Fortschritte in einsatzkritischen Geräten wie FPGAs und Mikroprozessoren benötigen eine neue Generation von Lösungen im Power Management Bereich. Steigende Leistung, sinkende Spannung und darauf hin folgende kleiner werdende Spannungstoleranzen bewegen Lieferanten von strahlungsfesten Bauteilen umdenken. Weiter werden neue Geräte im Power Management Bereich vorgestellt, um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden. Dieser Artikel diskutiert detailliert, welche Herausforderungen und Wege neue Power Management Geräte bewältigen müssen, um diese neuen Anforderungen zu erfüllen oder zu übertreffen.

Die Raumfahrtindustrie hat eine steigende Nachfrage nach modernen Power Management Produkten, die auch in Umgebungen, in denen starke Strahlung herrscht, überleben können und dort immer noch professionelle hohe Leistungsfähigkeit bieten. Der Low Dropout Regulator (LDO) ist oft das Gerät der Wahl, wenn die Lastanforderungen unter 2A bleiben oder wenn ein leicht zu implementierende Lösung erwünscht ist. Auch bei hochempfindlichen RF-Verstärker Anwendungen müssen wegen der Leistungsfähigkeit des Ausgangsrauschens LDOs über einen Schaltregler verwendet werden. Schaltregler sind eine gute Wahl, wenn effizientere Lösungen erforderlich sind, wenn es um niedrige Spannungen geht oder wenn der Strombedarf 2A überschreitet.

Mit der Verabschiedung der nächsten Generation von Core Processing Lösungen für Satellitenanwendungen, wie beispielsweise FPGAs, werden der Gesamtstrombedarf und die Regeltoleranzen zu den Herausforderungen der Designer, die über den Horizont der heute verfügbaren Systeme hinaus schauen müssen. Beispielsweise steigen die Stromanforderungen an und gleichzeitig sinken die Kernspannungen ab. Weiter  werden die Spannungstoleranzen in einigen Fällen von ± 10% auf ± 5% reduziert. Eine Stromversorgung die diese ± 5% Toleranz mit einer Genauigkeit der Ausgangsspannung bei statischen und dynamischen Operationen bereit stellt, mit den geforderten Betriebstemperaturen gerecht zu kommt und die nötige Load Transient Response- und Single Event Transient Leistung bietet, erfordert eine Lösung der nächsten Generation. Zum Beispiel verwendet der Virtex-FPGA V eine Kernspannung von 1,0 V ± 5% und eine Hilfsversorgungsspannung von 2,5 V ± 5%.

Die strenge Spezifikation der Regulation, die von FPGAs benötigt wird erfordert, dass die Toleranzen der Bandlücke eines Schaltreglers über die gesamte Ein- und Ausgangsbetriebsspannung eingehalten werden muss. Mit einer PTAT (proportional to absolute temperature), einer Bandlücke und einem On-Chip-Trimmer kann dieses Ziel in monolithischen Geräte erreicht werden. Die Gesamtgenauigkeit des Reglers ist von der Genauigkeit der Bandlücke, von externen Einstellwiderständen und den Effekten, die beim Betrieb im gewünschten Temperaturbereich auftreten, abhängig.

Wenn die ursprüngliche Genauigkeit des Gerätes festgelegt wurde, beispielsweise durch die ± 1,5% bei der Temperatur, wird die Toleranz der externen Widerstände an diesen Fehlerausdruck hinzugefügt. Externe Widerstände der Genauigkeit ± 1% setzen die Toleranz des Ausgangsspannung-Sollwert-Teilers auf ± 2,0%. Beide dieser werden zu einem Gesamtregelfehler addiert. Im schlimmsten Fall ist dies ± 3,5%. Die Kern-Spannung von FPGAs & Mikroprozessoren verlangt heutzutage, dass der Leistungsregler zu einer eine typische Ausgangsspannung von 1V ± 5% herunter regelt. Darin eingeschlossen sind Faktoren wie Set, Lasttransiente, Leitungs- und Laständerungvariation.

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