logotypen
 
 

IN FOCUS

Suojaa datasi kunnolla

SSD-levyt tarjoavat luontaisesti korkean luotettavuuden kaikentyyppisiin sovelluksiin, aina aloitustason kuluttajalaitteista kriittisiin järjestelmiin. Asianmukaiset tietosuojamekanismit voivat maksimoida levyn käyttöiän toteuttamalla ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä tarpeen mukaan, kertoo Silicon Motion artikkelissaan.

Lue lisää...

FPGA-pohjainen järjestelmä vaatii useita syöttöjännitteitä, joista kullakin on omat vaatimuksensa jännitteen, virran ja kytkentävasteen suhteen. Suunnittelijan on lisäksi kiinnitettävä erityishuomiota syöttölinjojen ryhmittelyyn sekä käynnistyksen ja sammutuksen jaksotuksiin. Aluksi kaikki tehonsyötön vaatimukset kannattaa koota yhteen ja hahmotella puumaiseksi kaavioksi.

Artikkelin kirjoittaja John Dillon työskentelee Inteliin kuuluvassa Enpirion Power Products -liiketoimintayksikössä. 

Ohjelmoitava porttimatriisi FPGA on nopeasti noussut sulautettujen järjestelmien keskeiseksi rakenneosaksi. Tämä johtuu logiikkamatriisin uudelleenkonfiguroinnin dynaamisuudesta ja valmiudesta rinnakkaisprosessointiin. Näiden ominaisuuksien ansiosta FPGA-piirit tarjoavat ihanteellisen järjestelmäratkaisun lukuisiin sovelluksiin kuten monimutkaisiin neuroverkkoihin ja koneoppimiseen, tietoliikennelaitteisiin sekä ajoneuvon kuljettajan avuksi tarkoitettuihin ADAS-järjestelmiin (Advanced Driver Assistance Systems).

FPGA-piirit ovat yhteensopivia valtavaan joukkoon erilaisia alijärjestelmiä ja tukikomponentteja kuten lähetin-vastaanottimia, PLL-piirejä ja muistilohkoja. Tämä edellyttää, että FPGA-piirille tuodaan useita syöttöjännitteitä, joista kullakin on omat vaatimuksensa jännitteen, virran ja kytkentävasteen suhteen. Esimerkiksi FPGA-ydin todennäköisesti vaatii virtaa kymmeniä ampeereja ja joissakin nykyajan sovelluksissa jopa 90 ampeeria suhteellisen alhaisella, esimerkiksi 0,95 voltin jännitetasolla. Sen sijaan muisti-, logiikka- ja liitäntälohkot vaativat yleensä 1,5 – 3,3 voltin tasoisia syöttöjännitteitä. Lisäksi häiriön- ja kohinansieto ovat tärkeitä näkökohtia teholähteen suunnittelussa. Erityisesti lähetin-vastaanottimille ja vaihelukituille silmukoille (PLL) on syötettävä äärimmäisen puhdasta käyttöjännitettä, jotta aikatason signaalivärinän (jitter) syntyminen ja siirtyminen järjestelmään voidaan estää.

Kuva 1. Varhaisen vaiheen hahmotelma suunniteltavan FPGA-pohjaisen järjestelmän vaatiman teholähteen ominaisuuksista.

Kun FPGA- tai SoC-piiriin perustuvalle järjestelmälle aletaan suunnitella tehonsyöttöä, ensimmäiseksi kannattaa laatia luettelo kaikista tarvittavista syöttöjännitteistä sekä muista kriittisistä parametreista kuten huippuvirroista. Toinen minkä tahansa monimutkaisen järjestelmän keskeinen näkökohta on ryhmitellä ja jaksottaa kunkin tehonsyöttölinjan kytkeytyminen päälle ja pois. Tällainen puumainen hahmotelma on esitetty kuvassa 1. Kaavio kertoo järjestelmän kaikki tehonsyötölle asettamat vaatimukset. Lukuisten erisuuruisten lähtöjännitteiden lisäksi kannattaa kiinnittää huomiota myös tulevalle syöttöjännitteelle asetettaviin vaatimuksiin. Keräämällä ensin kaikki nämä kriteerit samaan kaavioon suunnittelija voi aloittaa teholähteen käytännön suunnittelutyön selkeältä pohjalta.

Nykypäivän sovelluksissa tilaa on yleensä tarjolla rajallisesti, joten suunnittelijan on ensin arvioitava käytettävissä oleva fyysinen tila ja sen jälkeen määritettävä, riittääkö se aiotulle mekaaniselle toteutukselle. Esimerkiksi suunnittelija saattaa haluta järjestelmään lisää tuulettimia jäähdytyksen parantamiseksi. Kyseessä on kuitenkin elementti, jolla on erittäin suuri vaikutus koko teholähteen kuormitukseen ja hyötysuhteeseen.

Teholähteen suunnittelijan täytyy myös arvioida, onko suuremmalle teholähteelle käytettävissä riittävästi pinta-alaa vai onko mahdollista käyttää erillistä teholähdettä tai vaihtoehtoisesti kompaktiin muotoon pakattua tehoregulaattorimoduulia. Erillisratkaisuja on pitkään pidetty kustannustehokkaina, mutta tehomoduulit nähdään yhä useammin parempana vaihtoehtona sekä hinnan, tilankäytön että suorituskyvyn osalta. Esimerkiksi kuvassa 1 esitetyn 0,95V/60A tehonsyötön toteuttaminen erillisratkaisuna käytettävissä olevaan tilaan saattaa yksinkertaisesti olla mahdotonta.

Suunnittelijan tulee myös tarkistaa FPGA-piirin datalehdestä tai sovellusohjeesta liitäntänastoille annetut suositukset ytimelle ja lähetin-vastaanottimille vedettävien syöttölinjojen ominaisuuksista ja sijoittelusta. Tämä informaatio tarjoaa yksityiskohtaiset tiedot syöttöregulaation toleransseista, lämpötilaspesifikaatioista ja kytkentävasteista, joita yksittäisiltä tehonsyöttölinjoilta vaaditaan. On suositeltavaa, että erityistä huomiota kiinnitetään ytimen ja lähetin-vastaanottimien tehonsyötöstä vastaavien regulaattorien valintaan. Pääsyöttöjännitteestä riippuen saatetaan joko tarvita välijännitteellä toimivaa väylämuunninta tai sitten ei.

Intel PSG:n kehittämän Arria 10GX -piirin tapauksessa tehonsyöttönastojen kytkentäohje kertoo, kuinka teho tulee piirille syöttää eri vaihtoehdoissa regulaattorien lukumäärästä riippuen. Ytimen syöttöjännite on tällä piirillä 0,9 VDC, jonka sallitaan poikkeavan enintään +/- 30 mV. Kuvassa 2 on 10GX-piirille tarkoitetun teholähteen piirikaavio, kun käytössä on kaksi regulaattoria. Puumaiseen tehonsyöttöhahmotelmaan tarvitaan lisäksi tiedot järjestelmään haluttavista käynnistyksen ja sammutuksen ryhmittelyistä ja jaksotuksista.

Kuva 2. Esimerkki teholähteestä, joka käyttää kahta regulaattoria (Enpirion).

Tässä esimerkissä tehonsyötön toleranssi on korkeintaan 1,5%, joten teholähteen suunnittelijan tehtävänä on löytää sopivat tehomoduulit tämän saavuttamiseksi. Jotta tehonsyöttöön tarvittavat muutokset voitaisiin tehdä mahdollisimman joustavasti ja hallitusti, regulaattorimoduuleiksi kannattaa valita digitaaliohjauksella varustetut tyypit, joiden avulla tehonsyötön käynnistystä ja sammutusta voidaan täydellisesti ohjata ja valvoa.

Kuva 3. Enpirion EN63 on hyvä esimerkki regulaattorimoduulista.

Hyvä esimerkki regulaattorimoduuleista on Intelin Altera-ryhmään kuuluvan Enpirion-yhtiön kehittämä EN63xx-sarja (Kuva 3). Korkean hyötysuhteen omaavaan moduulisarjaan kuuluu step-down-tyyppisiä DC-DC-muuntimia, jotka sisältävät myös moduuliin integroidun induktanssin. Sarja tarjoaa erinomaisen yhdistelmän tehotiheyttä ja korkeaa hyötysuhdetta. Esimerkiksi EN6362QI-moduuli on kuuden ampeerin muunnin, johon on integroitu tehokytkimet, induktanssi, hilaohjaus, ohjainpiiri ja kompensointipiirit pieneen 8 x 8 millin QFN-koteloon. Muunnoksen korkean hyötysuhteen ansiosta moduuli voi tuottaa jatkuvaa 6 A virtaa teollisuuskäytön koko lämpötila-alueella.

Kun FPGA-piirin ytimen ja lähetin-vastaanottimien regulaattorit on valittu, ’tehonsyöttöpuun’ muut regulaattorit voidaan valita vaadittujen avainparametrien perusteella. Tehovaatimuksista kannattaa hahmotella kuvan 4 kaltainen yhteenveto. Kunkin regulaattorin hyötysuhde tulee määrittää, jotta voidaan päättää, tarvitaanko tehonsyöttöratkaisussa välijännitteellä toimivaa muunninta.

Kuva 4. Esimerkki ’tehonsyöttöpuusta’, johon on koottu kaikki tarvittavat parametrit.

Tehonsyötön suunnittelun tässä vaiheessa voidaan kiinnittää huomiota jaksotusvaatimuksiin. Kuten aiemmin mainittiin, FPGA-piirin sovellusohjeesta saadaan kaikki tarvittavat tiedot järjestelmän käynnistyksen ja sammutuksen ryhmittelyä ja jaksotusta varten. Kuvan 5 esimerkissä tarvitaan kolme erillistä tehonsyöttöryhmää jaksotettavaksi. Siitä nähdään myös jännitteiden kohdat, joissa seuraavat ryhmät voivat aloittaa käynnistyksen.

Kuva 5. Esimerkki käynnistyksen ja sammutuksen jaksottamisesta.

Tehonsyötön sammuttaminen on käynnistykselle vastakkainen prosessi. Suunnittelijan tulee huomioida aika, joka tarvitaan ’tehonsyöttöpuussa’ sijaitsevien kondensaattorien varausten purkamiseen. Purkautumisesta vapautuva teho tulisi poistaa MOSFET-transistorien avulla piirikaavion suurimmista kondensaattoriryhmistä. On tietysti erittäin tärkeää, että tähän käytettävät MOSFET-transistorit kykenevät ongelmitta käsittelemään purkautumisessa siirtyvän tehon ja että ne toimivat parametrien turvallisella alueella, jolloin liiallista lämpöstressiä ei pääse syntymään.

Yhtenä tapana hallita käynnistys- ja sammutusjaksoja voidaan käyttää Intel PSG:n MAX10-piiriä. Kuvassa 6 (alla) on esitetty yksinkertainen piirikaavio tämän toteuttamiseksi neljän tehonsyöttölinjan tapauksessa. MAX10-piiri tarvitsee sammutusprosessia varten ulkopuolisen tehonsyötön vähintään 100 millisekunnin ajaksi sen jälkeen, kun sammutustoiminto on aktivoitu.

Edellä esiteltyjä vaiheita hyödyntäen suunnittelijat voivat laatia tehonsyöttöjärjestelmän rakenteet myös hyvin monimutkaisiin FPGA-pohjaisiin järjestelmiin.

MORE NEWS

Selain on yritysten tietoturvan sokea piste

Yritykset nojaavat yhä enemmän verkkoselaimiin päivittäisessä työssään, mutta samalla altistuvat vakaville tietoturvauhille. NordLayerin kyberturva-asiantuntijan mukaan perinteiset selaimet muodostavat tietoturvan sokean pisteen, jota on vaikea valvoa ja suojata – erityisesti pienemmissä organisaatioissa, sanoo NordLayerin asiantuntija Edvinas Buinovskis.

FakeUpdates vaikutti 6 prosentissa organisaatioita

Tietoturvayritys Check Point Software Technologies on julkaissut huhtikuun 2025 haittaohjelmakatsauksensa. Raportin mukaan FakeUpdates jatkoi maailman yleisimpänä haittaohjelmana, vaikuttaen 6 prosenttiin organisaatioista maailmanlaajuisesti. Suomessa sen esiintyvyys oli 4,02 prosenttia.

Yksi ainoa molekyyli parantaa kennon suorituskykyä 0,6 prosenttia – ja sillä on merkitystä

Uusi kansainvälinen tutkimus osoittaa, että synteettinen molekyyli nimeltä CPMAC voi merkittävästi parantaa perovskiittipohjaisten aurinkokennojen tehokkuutta ja käyttöikää. Vaikka hyötysuhde parani vain 0,6 prosenttia, sillä on todellista merkitystä: suuressa mittakaavassa, kuten yhden gigawatin aurinkovoimalassa, se voi tuottaa tarpeeksi lisäenergiaa jopa 5000 kotitaloudelle.

Intel katkaisee linkin grafiikan ja CPU:n väliltä

Intel on virallisesti lopettanut Deep Link -teknologiansa kehityksen ja tuen, lopettaen näin kunnianhimoisen yrityksen yhdistää prosessorin ja näytönohjaimen voimat tiiviimmäksi kokonaisuudeksi.

Autojen tutkapiiri kutistui, teho kasvoi kaksinkertaiseksi

NXP Semiconductors on julkaissut uuden sukupolven tutkapiirin, joka mullistaa autonomisten ajoneuvojen tutkajärjestelmät. Uusi S32R47-imaging-tutkaprosessori tarjoaa jopa kaksinkertaisen suorituskyvyn edeltäjäänsä verrattuna ja mahtuu silti 38 prosenttia pienempään fyysiseen tilaan.

Vuoden lopulla jo 240 watin USB-lataus suoraan pistokkeesta

Pistorasiaan integroitava USB-lataus on siirtymässä täysin uudelle aikakaudelle. Brittiläinen tehoelektroniikkayritys Pulsiv on kehittänyt ensimmäisen valmiin ratkaisun, joka mahdollistaa jopa 240 watin USB-C-latauksen suoraan tavallisesta seinäpistokkeesta. Kyseessä on merkittävä tekninen läpimurto, joka voi muuttaa tapaa, jolla kannettavat tietokoneet, älypuhelimet ja jopa pienet kodinkoneet tai sähkötyökalut ladataan kotona ja työpaikoilla.

Omdia: Puolijohteet uuteen ennätykseen

Vuosi 2024 oli puolijohdeteollisuudelle historiallinen, sillä alan liikevaihto nousi Omdian mukaan 25 prosenttia edellisvuodesta ja ylsi ennätykselliseen 683 miljardiin dollariin. Kasvun moottorina toimi erityisesti tekoälyyn liittyvä kysyntä, joka nosti muistipiirien myynnin huikeaan 74 prosentin kasvuun.

Uusi standardi parantaa Bluetoothin tietoturvaa

Bluetooth-teknologia on saanut merkittävän päivityksen, joka parantaa käyttäjien yksityisyyttä ja laitteiden virrankulutusta. Bluetooth Special Interest Group (SIG) on julkaissut uuden Bluetooth Core Specification 6.1 -version, jossa keskeisenä uutuutena on satunnaistettu laiteosoitteiden päivitys – askel kohti vaikeammin jäljitettävää langatonta viestintää.

Tesla kiertää työsaartoa Ruotsissa suomalaisyrityksen kautta

Tesla on ajautunut erikoiseen selkkaukseen Ruotsin ay-liikkeen kanssa, ja yhtiö on nyt ryhtynyt kiertämään työtaistelutoimia suomalaislähtöisen yrityksen avulla. Kyseessä on ahvenanmaalainen ACS-konserni (Automation & Charger Solar), joka on aloittanut Teslan superlatureiden asennukset Ruotsissa kesken laajaa ay-liikkeen tukemaa saartoa.

Tehoelektroniikan PCIM oli suurempi kuin koskaan aikaisemmin

Nürnbergissä tällä viikolla järjestetty PCIM Expo & Conference 2025 ylitti odotukset niin laajuudeltaan kuin sisällöltään. Tapahtuma kasvoi tänä vuonna kuuteen näyttelyhalliin ja kattoi yhteensä 41 500 neliömetriä – enemmän kuin koskaan aiemmin. Näyttely houkutteli paikalle 685 näytteilleasettajaa ja noin 16 500 kävijää eri puolilta maailmaa.

Tuki uudelle USB4:lle laajenee

Testaus- ja simulaatiojärjestelmistään tunnettu Keysight Technologies on julkaissut päivitetyn version System Designer for USB -työkalustaan. Uusin versio tukee nyt USB4 v2-standardia, mikä mahdollistaa uusimpien USB-teknologioiden hyödyntämisen jo suunnitteluvaiheessa.

Python jyrää: Suosio ennätyslukemissa

Python ei ole vain suosituin ohjelmointikieli maailmassa – se on nyt suositumpi kuin yksikään kieli yli 20 vuoteen. Samalla kieli kehittyy entisestään, sillä toukokuussa julkaistu Python 3.14 -beta tuo mukanaan nipun merkittäviä uudistuksia, jotka tekevät kielen käytöstä entistäkin miellyttävämpää ja tehokkaampaa.

RedCap vie IoT:n todelliseen 5G-aikaan

5G RedCap -teknologia on suunniteltu kuromaan umpeen kuilua energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden verkkojen välillä, avaten tien uuden sukupolven IoT-laitteille. Tutustu, miten tämä teknologia mullistaa 5G-ekosysteemin ja vie IoT-sovellukset täysin uudelle tasolle.

Infineon sai vihreää valoa Dresdenin uudelle tehtaalle

Infineon Technologies on saanut Saksan liittovaltion talousministeriöltä lopullisen rahoituspäätöksen uuden, huipputeknologiaan keskittyvän puolijohdetehtaan rakentamiseksi Dresdeniin. Yritys investoi Smart Power Fab -nimiseen tuotantolaitokseen yli viisi miljardia euroa omia varojaan. Hanke tuo arviolta 1000 uutta työpaikkaa alueelle.

Nokian uusi kuituratkaisu korvaa kuparikaapelit

Nokia on julkistanut uuden Aurelis Optical LAN -ratkaisunsa, joka tarjoaa yrityksille kehittyneen ja pitkäikäisen vaihtoehdon perinteisille kuparipohjaisille lähiverkoille. Uusi kuitutekniikka vähentää merkittävästi kaapelointia ja energiankulutusta, tarjoten samalla huippunopeaa ja luotettavaa verkkoyhteyttä tulevaisuuden tarpeisiin.

Aurinkosähköä rakennettiin ennätysmäärä viime vuonna

Viime vuonna maailmassa rakennettiin ennätykselliset 597 gigawattia (GW) uutta aurinkosähkökapasiteettia, selviää SolarPower Europen tuoreesta Global Market Outlook for Solar Power 2025–2029 -raportista. Kasvua edellisvuodesta kertyi peräti 33 prosenttia, mikä tekee vuodesta 2024 historian parhaan aurinkosähkön asennusvuoden.

EU saa oman alustan piirien suunnitteluun

Euroopan unioni panostaa vahvasti puolijohteiden kehitykseen ja ottaa uuden askeleen kohti teknologista omavaraisuutta. Belgialaisen tutkimuskeskus Imecin johdolla käynnistyy European Chips Design Platform -niminen hanke, jonka tavoitteena on luoda yhteiseurooppalainen alusta integroitujen piirien suunnitteluun.

Uusi atomikello jätättää sekunnin 100 miljoonassa vuodessa

Yhdysvaltain kansallinen standardi- ja teknologiainstituutti (NIST) on ottanut käyttöön uuden sukupolven atomikellon, joka määrittää ajan ennenäkemättömällä tarkkuudella. NIST-F4-nimeä kantava kellojärjestelmä pystyy käymään virheettömästi jopa 100 miljoonan vuoden ajan heittäen enintään sekunnin.

Euroopan komponenttikauppa odottaa vieläkin käännettä kasvuun

Euroopan komponenttien jakelumarkkinoilla ei vieläkään näy merkkejä käänteestä parempaan. DMASS Europen tuoreiden tilastojen mukaan vuoden 2025 ensimmäinen neljännes toi mukanaan tuntuvan 14,3 prosentin laskun koko markkinalle, ja kokonaismyynti jäi 3,92 miljardiin euroon. Erityisesti puolijohteet jatkoivat jyrkkää laskuaan, romahtaen lähes 20 prosenttia 2,37 miljardiin euroon.

Kontronilla erinomainen alkuvuosi

Kontron aloitti vuoden 2025 vahvasti, raportoidessaan merkittävää kasvua kannattavuudessa ja tilauskannassa. Samalla yhtiö laajentaa IoT-tuotevalikoimaansa uudella LTE-yhteyksiä hyödyntävällä teollisuuslaitteella.

RedCap vie IoT:n todelliseen 5G-aikaan

5G RedCap -teknologia on suunniteltu kuromaan umpeen kuilua energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden verkkojen välillä, avaten tien uuden sukupolven IoT-laitteille. Tutustu, miten tämä teknologia mullistaa 5G-ekosysteemin ja vie IoT-sovellukset täysin uudelle tasolle.

Lue lisää...

Selain on yritysten tietoturvan sokea piste

Yritykset nojaavat yhä enemmän verkkoselaimiin päivittäisessä työssään, mutta samalla altistuvat vakaville tietoturvauhille. NordLayerin kyberturva-asiantuntijan mukaan perinteiset selaimet muodostavat tietoturvan sokean pisteen, jota on vaikea valvoa ja suojata – erityisesti pienemmissä organisaatioissa, sanoo NordLayerin asiantuntija Edvinas Buinovskis.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
R&S -seminaari: 6G
Oulussa 13.5.2025 (rekisteröidy)
Espoossa 14.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Aerospace & Defence Testing
Tampereella 5.6.2025. Tiedustelut asiakaspalvelu@rohde-schwarz.com
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 
 
article