Meer Aandacht voor Vermogen

Normen van AMP Group voor digitale voedingsmodules

Het ontwerp van de voeding heeft een steeds grotere invloed op high-performance dataverwerkings- en automatiseringsapparatuur. Engineers moeten hier al in het begin van hun ontwikkelproject rekening mee houden. Digitaal configureerbare voedingsmodules bieden de benodigde flexibiliteit om in te spelen op wijzigingen in het systeemontwerp en voorzien in een toekomstbestendig voedingsplatform voor opeenvolgende productgeneraties.

Ontwerpers van geavanceerde computersystemen kunnen een voeding niet langer beschouwen als een black box die aan het eind van het ontwikkeltraject simpelweg kan worden ingebouwd en aangesloten. Aandacht voor vermogen in de eerste ontwerpfasen is van essentieel belang gezien de toenemende complexiteit van het moederbord aangaande eisen voor meer vermogen en rendement en de noodzaak om meerdere productgeneraties te plannen. Aan de andere kant hebben engineers ook behoefte aan flexibele vermogensoplossingen om in te kunnen spelen op veranderingen in het systeemontwerp en aan een platformbenadering voor het ontwerp van de voeding die kan helpen om toekomstige ontwikkelingen gemakkelijker te implementeren. Digitaal configureerbare voedingsmodules zijn in dit kader waardevol omdat hiermee vermogensfuncties eenvoudig kunnen worden geconfigureerd, geregeld en bewaakt.

Vermogensontwerp onder Druk
Op high-performance computerkaarten, zoals servers voor data-centra, wordt het printsporenpatroon steeds complexer en het vinden van een plekje voor de componenten steeds uitdagender omdat ontwerpers streven naar maximale dataverwerking en opslagcapaciteit op een zo klein mogelijk oppervlak om te kunnen voldoen aan de standaard rekafmetingen. Met een mix van geavanceerde processoren, ASIC’s en FPGA’s die voorzien in grote aantallen I/O’s en meerdere voedingsdomeinen, kan een PCB wel 20 lagen of meer bevatten voor tijdkritische hoogfrequent signaallijnen en vermogensdistributie. Er kunnen wel 40 tot 50 printsporen nodig zijn die zijn aangesloten op een groot aantal point-of-load (POL) omzetters. Die worden gevoed door intermediate bus converters (IBCs), die op hun beurt weer stroom krijgen van een externe AC/DC voeding (zie afbeelding 1). Vaak worden meerdere voedingslijnen met verschillende spanningen gebruikt om één IC van stroom te voorzien. Hierbij komt de volgorde waarin de verschillende spanningen in- of afschakelen worden zeer nauw om het IC niet op te blazen. Voor de juiste sequentie zijn meerdere routing signalen vereist die de status van de verschillende voedingen communiceren naar een centrale power manager.
Ook voor het printontwerp heeft het moderne voedingsconcept de nodige consequenties. Er komt steeds meer kijken bij het ontwerp van de infrastructuur voor de stroomvoorziening. Meerdere stroomschema’s moeten worden geïmplementeerd om parasitaire inductie en weerstand zoveel mogelijk te beperken. Ook zijn er grote aantallen ontkoppelingscondensatoren nodig. Deze moeten dichtbij de belasting worden geplaatst om te kunnen voldoen aan de krappe spanningstoleranties en om te kunnen zorgen voor de gewenste stabiliteit bij plotselinge veranderingen in de belasting. Zonder goed werkende ontkoppeling kunnen dergelijke veranderingen in de belasting leiden tot spanningstransiënten in een spoor die op hun beurt ongewenste gebeurtenissen kunnen veroorzaken zoals valse resets. Bovendien mogen de elektrische aansluitingen niet interfereren met de signaallijnen waarvan het patroon heel precies is ontworpen om voor de juiste padlengtes te kunnen zorgen voor gegarandeerde timing.
Aangezien de speelruimte voor vermogensafgifte steeds beperkter wordt, is het zaak voor ontwerpers om al in een vroegtijdig stadium na te denken over de selectie en plaatsing van voedingsmodules en bijbehorende componenten. Het implementeren van het printsporenpatroon voor vermogensafgifte in het begin van het ontwerpproces zorgt er voor dat de stroomsporen op de PCB kunnen voldoen aan dezelfde richtlijnen voor signaalintegriteit als bij de hoogfrequent signalen. Het in een later stadium inpassen van de stroomcircuits zal zelden leiden tot een nette, storingsvrije vermogensafgifte, wat ten koste kan gaan van de prestaties van het product.

>>Lees hier het complete artikel