Wyobraź sobie swój zaawansowany system wbudowany z niezwykłymi możliwościami przetwarzania obrazu, precyzją radaru i niespotykaną prędkością obliczeniową, który zawodzi z powodu pozornie nieistotnego problemu z zasilaniem. Scenariusz ten jest podobny do budowy wieżowca z pominięciem stabilności fundamentów. W świecie wysokowydajnych systemów wbudowanych integralność zasilania jest decydującym czynnikiem między sukcesem a porażką.
Projektowanie systemów wbudowanych obejmuje szerokie spektrum zastosowań elektronicznych, od prostego programowania Arduino po złożone, niestandardowe systemy komputerowe. W zaawansowanych aplikacjach, takich jak przetwarzanie obrazu, radar, komputery modułowe i przetwarzanie brzegowe, projekt modułów regulatorów zasilania staje się krytycznym czynnikiem determinującym wydajność systemu, ponieważ musi zapewniać zarówno integralność zasilania, jak i integralność sygnału. Systemy te napędzają innowacje w różnych branżach, od dużych korporacji po start-upy eksplorujące nowe obszary zastosowań.
Architektura zasilania systemów wbudowanych: Budowanie stabilnego zasilania
Wszystkie systemy wbudowane opierają się na głównym procesorze w celu wykonywania operacji obliczeniowych i uruchamiania aplikacji wbudowanych lub systemów operacyjnych. Podczas gdy proste systemy, takie jak Arduino lub Raspberry Pi, mogą wymagać tylko jednego lub dwóch napięć rdzenia dla swoich głównych procesorów, zaawansowane systemy, takie jak FPGA lub GPU, wymagają wielu napięć rdzenia na różnych standardowych poziomach (3,3 V, 2,5 V, 1,8 V, 1,2 V itp.). W konsekwencji zasilacz musi uwzględniać wszystkie te wymagania dotyczące napięcia w całym systemie.
Zazwyczaj systemy wbudowane wykorzystują standardowe napięcie wejściowe, a strategie regulacji zasilania oparte na PCB zapewniają określone napięcia rdzenia. Architektura dystrybucji zasilania często przebiega zgodnie z hierarchiczną strukturą drzewa:
- Podstawowe wejście zazwyczaj wykorzystuje regulator impulsowy do zasilania całego systemu
- W przypadku systemów wymagających znacznej mocy, duże moduły regulatorów dostarczają stabilne zasilanie na najwyższym poziomie napięcia
- Systemy modułowe w przetwarzaniu brzegowym, motoryzacji, lotnictwie i telekomunikacji często implementują te niezależne zasilacze w szafach lub obudowach
Precyzyjne zarządzanie napięciem rdzenia: Spełnianie wymagań dotyczących zasilania specyficznych dla komponentów
Różne napięcia rdzenia są dostarczane przez dedykowane regulatory zasilania, z których każdy wymaga specjalistycznego projektu, aby spełnić określone wymagania operacyjne:
-
Stabilne wyjście napięcia/prądu:Wyjście powinno minimalizować szumy poprzez tłumienie tętnień, filtrowanie szumów przełączania (w konwersji DC-DC) i dokładne testowanie stabilności sprzężenia zwrotnego regulatora podczas pracy
-
Maksymalny prąd wyjściowy:Wraz ze skalowaniem systemów wbudowanych rośnie zapotrzebowanie na prąd, co wymaga od regulatorów dostarczania wysokiego prądu przy wymaganych napięciach rdzenia
-
Zgodność z EMI/EMC:Krytyczna w trudnych środowiskach elektrycznych, szczególnie w zastosowaniach przemysłowych, motoryzacyjnych i lotniczych podatnych na stany nieustalone zasilania wejściowego (ESD) i przepięcia
Podstawy układu zasilania: Osiąganie niskoszumnego, wydajnego zasilania
Zasady przewodnie dla układu zasilania wbudowanego łączą najlepsze praktyki dla systemów zasilania i projektowania PCB o dużej prędkości. Poniższa tabela podsumowuje kluczowe kwestie dotyczące układu dla wyboru komponentów i projektu stosu warstw PCB w celu zapewnienia integralności zasilania:
| Aspekt projektu |
Kluczowe uwagi |
| Umiejscowienie regulatora |
Umieść blisko punktów obciążenia, aby zminimalizować długość ścieżki i impedancję |
| Strategia uziemienia |
Zastosuj uziemienie gwiazdowe dla sekcji analogowych i cyfrowych, aby zapobiec pętlom uziemienia |
| Kondensatory odsprzęgające |
Używaj odpowiednich wartości i umieszczaj je jak najbliżej pinów zasilania |
| Zarządzanie termiczne |
Zapewnij odpowiednią powierzchnię miedzi i przelotki termiczne do rozpraszania ciepła |
| Układ warstw |
Przeznacz przylegające warstwy dla płaszczyzn zasilania i uziemienia, aby zminimalizować impedancję |
Nowoczesne systemy wbudowane wymagają coraz bardziej zaawansowanych architektur zasilania, aby wspierać ich zaawansowane możliwości. W miarę jak wymagania dotyczące przetwarzania nadal rosną w różnych branżach, znaczenie solidnego projektu zasilania będzie tylko wzrastać. Inżynierowie muszą równoważyć względy wydajności, niezawodności i efektywności podczas opracowywania rozwiązań zasilania dla aplikacji wbudowanych nowej generacji.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!
