logotypen
 
 

IN FOCUS

IP suojaan ulkoiseen muistiin

Monet markkinoilla olevat mikro-ohjaimet tarjoavat tallennuskapasiteettia muutamien megatavujen verran, mikä vaikuttaa merkittävästi tuotteen hintaan. Sopiva vaihtoehtoinen ratkaisu on käyttää ulkoista muistia, jota voidaan hankkia suuremmissa määrissä selvästi edullisempaan hintaan ja useilla eri kapasiteettivaihtoehdoilla – yleensä muutamasta megatavusta satoihin megatavuihin.

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

Rohde lisäsi tehoa EMC-mittauksiin

Rohde & Schwarz on julkaissut päivitetyn version ELEKTRA-ohjelmistostaan, joka tuo lisää tehoa ja automaatiota EMC-mittauksiin. Uusi ohjelmistoversio tukee kaikkia ajankohtaisia EMC-standardeja eri toimialoilla – mukaan lukien kaupallinen elektroniikka, autoteollisuus, langattomat järjestelmät, puolustus ja ilmailu.

Tekoäly vaikuttaa lähes joka toiseen työpaikkaan

Tekoäly on nopeasti nousemassa maailman talouksien uudeksi moottoriksi – ja murroksen keskiössä ovat työmarkkinat. YK:n kauppa- ja kehitysjärjestön (UNCTAD) tuoreen Technology and Innovation Report 2025 -julkaisun mukaan jopa 40 prosenttia maailman työpaikoista on alttiina tekoälyn vaikutuksille. Se voi tarkoittaa joko työn automatisointia tai sitä, että työtehtävät muuttuvat perustavalla tavalla.

Tamperelaissiru purkaa useampia audiovirtoja kuin mikään muu prosessori

Tamperelainen VLSI Solution on julkaissut uuden sukupolven audioprosessorin, joka asettaa uudet standardit äänenkäsittelylle sulautetuissa järjestelmissä. VS1073-uutuuspiiri pystyy purkamaan ja käsittelemään enemmän äänenpakkausmuotoja kuin mikään muu prosessori markkinoilla – mukaan lukien uudet tuetut formaatit kuten ALAC, DSD, Opus ja AC-3.

Uusi LUMI-supertietokone yllättää: kylkeen tulee kvanttitietokone

Suomeen rakennetaan maailman tehokkainta tekoälysupertietokonetta, ja sen rinnalle kehitetään nyt myös täysin uusi kvanttilaskenta-alusta. LUMI AI Factory -hankkeen johtaja Pekka Manninen vahvistaa, että uusi huippuluokan laskentaympäristö käynnistyy keväällä 2027.

Samsungin uusin tuo tekoälyn jäässä oleville tablettimarkkinoille

Tablettimarkkinat hakevat suuntaa, mutta Samsung uskoo tekoälyyn. Yhtiö julkaisi 2. huhtikuuta uuden Galaxy Tab S10 FE -sarjan, joka tuo älykkäät ominaisuudet yhä useamman käyttäjän ulottuville. Vaikka markkina kokonaisuudessaan junnaa lähes paikallaan, Samsung pyrkii herättelemään sitä AI-pohjaisella tuottavuudella ja kevyellä muotoilulla.

Trumpin tullit aiheuttavat suurta epävarmuutta puolijohdealalla

Yhdysvaltain presidentti Donald Trump on ilmoittanut uusista tullipolitiikoista, jotka uhkaavat horjuttaa puolijohdeteollisuuden globaaleja toimitusketjuja. Trumpin hallinto on määrännyt 10 prosentin perustullin kaikkiin tuontituotteisiin ja jopa 32 prosentin tullit valikoiduille maille, kuten Taiwanille. Vaikka Taiwanin puolijohteet ovat toistaiseksi tullivapaita, alan toimijat elävät epävarmuudessa mahdollisista tulevista muutoksista.

Maailman ensimmäisessä MEMS-kompassissa ei ole liikkuvia osia

Ranskalainen teknologiayritys SBG Systems on esitellyt maailman ensimmäisen MEMS-pohjaisen gyrokompassin, joka kykenee määrittämään suunnan ilman GNSS-apua ja täysin ilman liikkuvia osia. Tämä inertianavigoinnin läpimurto avaa uuden luvun tarkassa ja kompaktissa paikannuksessa, erityisesti merenkulun ja robotiikan sovelluksissa.

Cadence demosi eurooppalaisvoimin kehitettyä ajoneuvojen SoC-piiriä

Euroopassa pitäisi vähentää riippuvuutta sekä kiinalaisesta että amerikkalaisesta tekniikasta. Muutaman viikon takaisilla Nürnbergin Embedded World -messuilla nähtiinkin tähän suuntaan kasvavia versoja. Esimerkiksi Cadence ja saksalainen Dream Chip Technologies esittelivät uuden sukupolven älykkään SoC-järjestelmäpiirin ajoneuvosovelluksiin.

LUMI-tekoälytehdas on yksi ensimmäisiä Euroopassa

LUMI-tekoälytehdas avaa uuden luvun eurooppalaisessa tekoälyn kehityksessä yhdistämällä huipputeknologian, asiantuntijuuden ja yhteistyön ainutlaatuiseksi kokonaisuudeksi. Tekoälyhubin fyysiset tilat sijoittuvat Espoon Otaniemeen Aalto-yliopiston yhteyteen, ja laskennan ydin toimii Kajaanissa, missä nykyinen LUMI-supertietokone tarjoaa maailmanluokan suorituskykyä tekoälykehitykselle.

Jyväskylän ylioppilaskylään maailman nopein opiskelijanetti

Kotimainen valokuituyhtiö Lounea toteutti Jyväskylän yliopiston ylioppilaskunnan Soihtu-asuntoihin huippumodernit nettiyhteydet. Opiskelijakylä nousi kerralla maailman kärkeen tarjoamalla asukkailleen poikkeuksellisen nopeat verkkoyhteydet. 

Painetun elektroniikan tutkija TactoTekin teknologiajohtajaksi

Oululaistaustainen elektroniikkayhtiö TactoTek on nimittänyt tekniikan tohtori Pälvi Apilon uudeksi teknologiajohtajakseen. Apilo on ollut osa TactoTekin asiantuntijatiimiä vuodesta 2018 ja toiminut viimeksi yhtiön ennakoinnin ja tutkimuksen johtajana.

Linuxista tulee parempi pelaajille

Linux-kernelin tuore 6.14-päivitys lupaa merkittäviä suorituskykyparannuksia Windows-pelejä pelaaville Linux-käyttäjille. Ytimeen on tuotu parannettu NTsync-ajuri, jonka ansiosta Wine- ja Proton-yhteensopivuuskerrosten kautta ajettavat pelit voivat hyötyä jopa satojen prosenttien teholisästä tietyissä tilanteissa.

Eficoden aprillijuttu oli hieno

Yli 600 koodaajan ohjelmistotalo Eficode päätti tänä vuonna aprillipäivän kunniaksi viedä kehittäjähuumorin uudelle tasolle julkaisemalla kuvitteellisen SUAMI-järjestelmän – Single Unified AI Metrics Indicator – joka mittaa kehittäjien tuottavuutta sielunmaiseman, eksistentiaalisen ahdistuksen ja astrologian avulla.

Maksupäätteen kosketusnäyttö vaatii vahvan tietoturvan

Kosketusnäyttö on olennainen osa jokaista nykyaikaista maksujärjestelmää ja myyntipisteen POS-päätettä (point of sale terminal). Sen tietoturvaan on kiinnitettävä erityistä huomiota.

Taivuteltavien älypuhelimien markkina kutistuu ensimmäistä kertaa

Taivuteltavien älypuhelimien maailmanlaajuinen markkina kutistuu tänä vuonna ensimmäistä kertaa historiassaan, kertoo Counterpoint Researchin tuore ennuste. Vuonna 2025 odotetaan neljän prosentin laskua, mikä katkaisee segmentin tähän asti kasvaneen trendin.

Tekoäly havaitsee poikkeamat avaruudessa

AMD on julkistanut uuden avaruuskelpoisen järjestelmäpiirin, Versal AI Edge XQRVE2302:n. Se vie tekoälypäättelyn (AI inferencing) avaruuteen. Piiri on nyt saavuttanut Class B -luokituksen, joka perustuu Yhdysvaltain puolustusvoimien MIL-PRF-38535-standardin vaatimuksiin.

Julkinen Wi-Fi altistaa hakkereille – silti miljoonat ottavat riskin

Julkiset Wi-Fi-verkot löytyvät lähes jokaisesta kahvilasta, junasta ja lentokentältä. Ne houkuttelevat nopeaan nettiyhteyteen liikkeellä ollessa, mutta uuden globaalin tutkimuksen mukaan kyseessä on digitaalinen miinakenttä. Kyberturvayhtiö NordVPN:n teettämä kysely paljastaa, että 69 % matkustajista on huolissaan kyberuhkista matkan aikana – ja pelko on perusteltu.

Uudenlainen fotonitutka sopii moneen käyttöön

Belgialainen mikroelektroniikan tutkimusorganisaatio IMEC on kehittänyt uraauurtavan tutkajärjestelmän, joka voi mullistaa niin autoteollisuuden kuin terveydenhuollonkin tarkan havainnoinnin ratkaisut. Kyseessä on maailman ensimmäinen fotoniikkaan pohjautuva, koherenttiin signaalinjakeluun kykenevä 144 gigahertsin tutkajärjestelmä.

Kvanttivallankumous yhdellä sirulla

Oak Ridge National Laboratory (ORNL) on saavuttanut merkittävän virstanpylvään matkalla kohti kvantti-internettiä. Tutkijoiden kehittämä uusi siru yhdistää ensimmäistä kertaa keskeiset kvanttifotoniikan toiminnot yhdelle piirille.

Amazon maksaa Nokian videopatenttien käytöstä

Amazon ja Nokia ovat päässeet sopuun patenttikiistassaan, ja Amazon maksaa jatkossa Nokialle korvauksia yhtiön videoteknologioiden käytöstä. Sopimus kattaa Nokian multimedia- ja videopatenttien hyödyntämisen Amazonin suoratoistopalveluissa, kuten Prime Videossa, sekä yhtiön suoratoistolaitteissa.

Maksupäätteen kosketusnäyttö vaatii vahvan tietoturvan

Kosketusnäyttö on olennainen osa jokaista nykyaikaista maksujärjestelmää ja myyntipisteen POS-päätettä (point of sale terminal). Sen tietoturvaan on kiinnitettävä erityistä huomiota.

Lue lisää...

Tekoäly vaikuttaa lähes joka toiseen työpaikkaan

Tekoäly on nopeasti nousemassa maailman talouksien uudeksi moottoriksi – ja murroksen keskiössä ovat työmarkkinat. YK:n kauppa- ja kehitysjärjestön (UNCTAD) tuoreen Technology and Innovation Report 2025 -julkaisun mukaan jopa 40 prosenttia maailman työpaikoista on alttiina tekoälyn vaikutuksille. Se voi tarkoittaa joko työn automatisointia tai sitä, että työtehtävät muuttuvat perustavalla tavalla.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
 R&S -seminaari: 5G Advanced & Beyond
Oulussa 13.5.2025
Espoossa 14.5.2025
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025

Seminaareihin ilmoittautuminen ja tiedustelut:
asiakaspalvelu@rohde&schwarz
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 

ETNinsta

THIS SPACE TEMPORARILY LEFT BLANK
 
article