Hãy tưởng tượng hệ thống nhúng tiên tiến của bạn với khả năng xử lý hình ảnh vượt trội, độ chính xác radar và tốc độ tính toán chưa từng có bị lỗi do một vấn đề về nguồn điện có vẻ không đáng kể. Kịch bản này giống như việc xây dựng một tòa nhà chọc trời trong khi bỏ qua sự ổn định của nền móng. Trong thế giới của các hệ thống nhúng hiệu suất cao, tính toàn vẹn của nguồn điện là yếu tố quyết định giữa thành công và thất bại.
Thiết kế hệ thống nhúng bao gồm một loạt các ứng dụng điện tử, từ lập trình Arduino đơn giản đến các hệ thống máy tính tùy chỉnh phức tạp. Trong các ứng dụng tiên tiến như hình ảnh, radar, điện toán mô-đun và điện toán biên, thiết kế các mô-đun điều chỉnh nguồn điện trở thành yếu tố quyết định quan trọng về hiệu suất hệ thống, vì nó phải đảm bảo cả tính toàn vẹn của nguồn điện và tính toàn vẹn của tín hiệu. Các hệ thống này đang thúc đẩy sự đổi mới trên khắp các ngành công nghiệp, từ các tập đoàn lớn đến các công ty khởi nghiệp đang khám phá các lĩnh vực ứng dụng mới.
Tất cả các hệ thống nhúng đều dựa vào bộ xử lý chính để thực hiện các hoạt động tính toán và chạy các ứng dụng nhúng hoặc hệ điều hành. Trong khi các hệ thống đơn giản như Arduino hoặc Raspberry Pi có thể chỉ yêu cầu một hoặc hai điện áp lõi cho bộ xử lý chính của chúng, thì các hệ thống tiên tiến như FPGA hoặc GPU đòi hỏi nhiều điện áp lõi trên các mức tiêu chuẩn khác nhau (3.3V, 2.5V, 1.8V, 1.2V, v.v.). Do đó, nguồn điện phải đáp ứng tất cả các yêu cầu về điện áp này trong toàn hệ thống.
Thông thường, các hệ thống nhúng sử dụng nguồn điện đầu vào điện áp tiêu chuẩn, với các chiến lược điều chỉnh nguồn điện dựa trên PCB cung cấp điện áp lõi cụ thể. Kiến trúc phân phối điện thường tuân theo cấu trúc cây phân cấp:
Nhiều điện áp lõi khác nhau được cung cấp bởi các bộ điều chỉnh nguồn điện chuyên dụng, mỗi bộ yêu cầu thiết kế chuyên biệt để đáp ứng các yêu cầu hoạt động cụ thể:
Các nguyên tắc hướng dẫn để bố cục nguồn điện nhúng kết hợp các phương pháp hay nhất cho hệ thống nguồn điện và thiết kế PCB tốc độ cao. Bảng sau đây tóm tắt các cân nhắc bố cục chính để lựa chọn linh kiện và thiết kế xếp chồng PCB để đảm bảo tính toàn vẹn của nguồn điện:
| Khía cạnh thiết kế | Các cân nhắc chính |
|---|---|
| Vị trí bộ điều chỉnh | Đặt gần các điểm tải để giảm thiểu chiều dài và trở kháng của đường dẫn |
| Chiến lược nối đất | Thực hiện nối đất hình sao cho các phần analog và kỹ thuật số để ngăn chặn vòng lặp nối đất |
| Tụ điện khử cặp | Sử dụng các giá trị thích hợp và đặt chúng càng gần các chân nguồn càng tốt |
| Quản lý nhiệt | Đảm bảo diện tích đồng đủ và các lỗ thông nhiệt để tản nhiệt |
| Xếp chồng lớp | Dành các lớp liền kề cho các mặt phẳng nguồn và mặt đất để giảm thiểu trở kháng |
Các hệ thống nhúng hiện đại đòi hỏi các kiến trúc nguồn điện ngày càng tinh vi để hỗ trợ các khả năng tiên tiến của chúng. Khi các yêu cầu xử lý tiếp tục tăng trên các ngành công nghiệp, tầm quan trọng của thiết kế nguồn điện mạnh mẽ sẽ chỉ tăng lên. Các kỹ sư phải cân bằng các cân nhắc về hiệu suất, độ tin cậy và hiệu quả khi phát triển các giải pháp nguồn điện cho các ứng dụng nhúng thế hệ tiếp theo.
Hãy tưởng tượng hệ thống nhúng tiên tiến của bạn với khả năng xử lý hình ảnh vượt trội, độ chính xác radar và tốc độ tính toán chưa từng có bị lỗi do một vấn đề về nguồn điện có vẻ không đáng kể. Kịch bản này giống như việc xây dựng một tòa nhà chọc trời trong khi bỏ qua sự ổn định của nền móng. Trong thế giới của các hệ thống nhúng hiệu suất cao, tính toàn vẹn của nguồn điện là yếu tố quyết định giữa thành công và thất bại.
Thiết kế hệ thống nhúng bao gồm một loạt các ứng dụng điện tử, từ lập trình Arduino đơn giản đến các hệ thống máy tính tùy chỉnh phức tạp. Trong các ứng dụng tiên tiến như hình ảnh, radar, điện toán mô-đun và điện toán biên, thiết kế các mô-đun điều chỉnh nguồn điện trở thành yếu tố quyết định quan trọng về hiệu suất hệ thống, vì nó phải đảm bảo cả tính toàn vẹn của nguồn điện và tính toàn vẹn của tín hiệu. Các hệ thống này đang thúc đẩy sự đổi mới trên khắp các ngành công nghiệp, từ các tập đoàn lớn đến các công ty khởi nghiệp đang khám phá các lĩnh vực ứng dụng mới.
Tất cả các hệ thống nhúng đều dựa vào bộ xử lý chính để thực hiện các hoạt động tính toán và chạy các ứng dụng nhúng hoặc hệ điều hành. Trong khi các hệ thống đơn giản như Arduino hoặc Raspberry Pi có thể chỉ yêu cầu một hoặc hai điện áp lõi cho bộ xử lý chính của chúng, thì các hệ thống tiên tiến như FPGA hoặc GPU đòi hỏi nhiều điện áp lõi trên các mức tiêu chuẩn khác nhau (3.3V, 2.5V, 1.8V, 1.2V, v.v.). Do đó, nguồn điện phải đáp ứng tất cả các yêu cầu về điện áp này trong toàn hệ thống.
Thông thường, các hệ thống nhúng sử dụng nguồn điện đầu vào điện áp tiêu chuẩn, với các chiến lược điều chỉnh nguồn điện dựa trên PCB cung cấp điện áp lõi cụ thể. Kiến trúc phân phối điện thường tuân theo cấu trúc cây phân cấp:
Nhiều điện áp lõi khác nhau được cung cấp bởi các bộ điều chỉnh nguồn điện chuyên dụng, mỗi bộ yêu cầu thiết kế chuyên biệt để đáp ứng các yêu cầu hoạt động cụ thể:
Các nguyên tắc hướng dẫn để bố cục nguồn điện nhúng kết hợp các phương pháp hay nhất cho hệ thống nguồn điện và thiết kế PCB tốc độ cao. Bảng sau đây tóm tắt các cân nhắc bố cục chính để lựa chọn linh kiện và thiết kế xếp chồng PCB để đảm bảo tính toàn vẹn của nguồn điện:
| Khía cạnh thiết kế | Các cân nhắc chính |
|---|---|
| Vị trí bộ điều chỉnh | Đặt gần các điểm tải để giảm thiểu chiều dài và trở kháng của đường dẫn |
| Chiến lược nối đất | Thực hiện nối đất hình sao cho các phần analog và kỹ thuật số để ngăn chặn vòng lặp nối đất |
| Tụ điện khử cặp | Sử dụng các giá trị thích hợp và đặt chúng càng gần các chân nguồn càng tốt |
| Quản lý nhiệt | Đảm bảo diện tích đồng đủ và các lỗ thông nhiệt để tản nhiệt |
| Xếp chồng lớp | Dành các lớp liền kề cho các mặt phẳng nguồn và mặt đất để giảm thiểu trở kháng |
Các hệ thống nhúng hiện đại đòi hỏi các kiến trúc nguồn điện ngày càng tinh vi để hỗ trợ các khả năng tiên tiến của chúng. Khi các yêu cầu xử lý tiếp tục tăng trên các ngành công nghiệp, tầm quan trọng của thiết kế nguồn điện mạnh mẽ sẽ chỉ tăng lên. Các kỹ sư phải cân bằng các cân nhắc về hiệu suất, độ tin cậy và hiệu quả khi phát triển các giải pháp nguồn điện cho các ứng dụng nhúng thế hệ tiếp theo.
Địa chỉ
Công viên công nghiệp Green Base, đường Longtian, quận Pingshan, Thâm Quyến
Điện thoại
+86 15817363697
