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

Nokia mukana kehittämässä kvanttiturvallisia verkkoja

Nokia on lähtenyt mukaan merkittävään kansainväliseen yhteistyöhön, jossa kehitetään kvanttiturvallisia salausratkaisuja seuraavan sukupolven tietoverkkoihin. Yhteishankkeessa Nokian kumppaneina toimivat yhdysvaltalainen Honeywell sekä kansainvälinen verkkoinfrastruktuuriyhtiö Colt Technology Services.

Antenni ja reititin samaan koteloon

Irlantilainen Taoglas on julkistanut uuden Thunder Series -sarjan, joka yhdistää antennin ja teollisuusreitittimen yhteen säänkestävään koteloon. Uutuusratkaisu helpottaa ulkokäyttöisten verkkolaitteiden asennusta ja tuo merkittäviä säästöjä materiaalikuluissa ja työajassa.

IT-johtaja – oletko valmistautunut seuraavaan kriisiin?

Vanha IT-järjestelmä saattaa toimia tänään – mutta miten käy seuraavan kyberhyökkäyksen, toimituskatkon tai ohjelmistopäivityksen yhteydessä? Odottaminen voi tulla kalliimmaksi kuin uudistaminen, kirjoittaa Kyndrylin Suomen maajohtaja Piia Hoffsten-Myllylä.

Oulun 6G-huippututkimus saa uuden vetäjän

Oulun yliopiston 6G-lippulaivan kippari vaihtuu, kun varajohtaja Ari Pouttu hyppää ruoriin lennosta tutkimusohjelmaa johtaneen professori Matti Latva-ahon paikalle. Massiivista tutkimuskokonaisuutta ansioituneesti alusta asti vuodesta 2018 johtanut Latva-aho on valittu tutkimusvararehtoriksi, ja aloittaa viisivuotiskautensa heinäkuussa.

Uutuusmoduuli tuo sentintarkan paikannuksen kaikkialla maailmassa

Sveitsiläinen u-blox on julkaissut uuden sukupolven GNSS-moduulin, ZED-X20P:n, joka tuo senttimetriluokan paikannuksen saavutettavaksi maailmanlaajuisesti. Kompakti ja energiatehokas moduuli on suunniteltu erityisesti teollisiin ja autonomisiin sovelluksiin, kuten älyrakentamiseen, maanmittaukseen, maatalouteen, robotiikkaan ja älykaupunkiratkaisuihin.

Pieni siru jäähdyttää SSD-levyä yli 30 prosenttia

Piilaaksolainen xMEMS Labs esittelee maailman ensimmäisen SSD:n sisälle rakennetun aktiivisen jäähdytysjärjestelmän. Uusi µCooling-teknologia voi laskea levyjen lämpötilaa jopa 30 prosenttia ilman liikkuvia osia, mahdollistaen paremman suorituskyvyn datakeskuksissa ja ohuissa kannettavissa.

PC-myynti kasvaa, mutta on kaukana huippuvuoden lukemista

Globaali PC-myynti osoitti positiivista kehitystä vuoden 2025 alkupuoliskolla, yllättäen monet analyytikot ja markkinaseuraajat. IDC:n tuoreimman raportin mukaan perinteisten PC-tietokoneiden (pöytäkoneet, kannettavat ja työasemat) toimitusmäärät nousevat arviolta 274 miljoonaan yksikköön tänä vuonna, mikä tarkoittaa 4,1 % kasvua edellisvuoteen verrattuna.

Suomen lennot voidaan jo lähitulevaisuudessa lentää sähköllä

Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen natrium-ilma-polttokennon, joka voi varastoida yli kolme kertaa enemmän energiaa painoyksikköä kohden kuin nykyiset litiumioniakut. Tämä läpimurto voi mahdollistaa sähkökäyttöiset lyhyen matkan lennot, ja lisäksi tarjota kevyen ja ympäristöystävällisen energiaratkaisun myös junille, laivoille ja raskaalle liikenteelle.

Merkittävä parannus litium-metalliakuissa

Litium-metalliakut ovat pitkään olleet yksi lupaavimmista teknologioista, jotka voisivat mullistaa energian varastoinnin niin sähköautoissa kuin uusiutuvan energian järjestelmissä. Nyt Korean yliopiston (Korea University, KU) ja Seoul National Universityn tutkijat ovat ottaneet merkittävän askeleen eteenpäin kehittämällä uuden elektrolyyttiadditiivin, joka parantaa huomattavasti litium-metalliakkujen tehokkuutta, käyttöikää ja turvallisuutta.

Tekoäly tuo valheellisen kontrollin teollisuusverkkoihin

Teollisen esineiden internetin (Industrial IoT, IIoT) nopeasti kehittyvässä maailmassa tekoälyyn perustuva päätöksenteko operatiivisissa teknologioissa (OT) on luonut tunteen paremmasta hallinnasta, nopeammasta reagoinnista ja ennakoivasta tehokkuudesta. Tämä tunne kontrollista voi kuitenkin olla vaarallinen harha, kirjoittaa Check Point Softwaren globaalien ratkaisujen arkkitehtuureista vastaava Antoinette Hodes.

Anthropicin uudet mallit tuovat tehokkaamman koodaamisen AWS:lle

Anthropic on julkaissut uudet Claude 4 -sukupolven mallit ja ne ovat nyt saatavilla Amazon Bedrockissa. Claude Opus 4 ja Claude Sonnet 4 -mallien painopiste on erityisesti ohjelmoinnissa, pitkäjänteisessä päättelyssä ja tekoälyagenttien tukemisessa – ja niiden suorituskyky koodauksen tehtävissä on tällä hetkellä markkinoiden kärkeä.

Samsungin Edge näyttää tietä tulevaan

Samsungin uusi Galaxy S25 Edge rikkoo muotoilun rajoja, mutta ohuus tuo mukanaan myös merkittäviä kompromisseja. S-sarjan ohuin laite on vain 5,8 mm paksu ja painaa vain 163 grammaa, kaikkea ei voi saada samaan pakettiin.

Tamperelainen VLSI Solution yhdisti Linuxin ja RISC-V:n audioprosessorissa

Tampereella toimiva VLSI Solution on julkistanut uuden piirisarjan, joka yhdistää Linux-käyttöjärjestelmän, avoimen RISC-V-suorittimen ja reaaliaikaisen DSP-prosessorin samaan siruun. Uusi VSRVES01-piiri on suunniteltu erityisesti verkkoäänisovelluksiin ja IoT-laitteisiin, joissa tarvitaan sekä tehokasta signaalinkäsittelyä että joustavaa ohjelmistoalustaa.

Nokia kiihdyttää kotien Wi-Fi-verkot 9,4 gigabittiin

Nokia tuo markkinoille kaksi uutta Wi-Fi 7 -reititintä, jotka lupaavat ennennäkemätöntä nopeutta ja kattavuutta kotiverkkoihin. Malliston lippulaiva, Beacon 9, yltää jopa 9,4 gigabitin sekuntinopeuksiin.

Infineon vie galliumnitridin avaruuteen

Infineon Technologies on julkaissut uuden sukupolven säteilyä kestävät GaN- eli galliumnitridi-transistorit, jotka on valmistettu yhtiön omalla tehtaalla CoolGan-teknologiaan pohjautuen. Uutuustuotteet on suunniteltu kestämään avaruuden vaativia olosuhteita, ja yksi niistä on ensimmäinen täysin sisäisesti valmistettu GaN-laite, joka on saavuttanut Yhdysvaltain puolustuslogistiikkaviraston (DLA) myöntämän JANS.

Modeemeissa on eroja

Apple on ottanut ison askeleen irtautuessaan Qualcommin modeemeista ja julkaissut ensimmäisen oman 5G-modeeminsa, C1:n, iPhone 16e -mallin yhteydessä. Vaikka siirtymä tuo Applen laite- ja ohjelmistosuunnittelun entistä tiiviimmin yhteen, tuoreiden testien valossa Qualcommin modeemit tarjoavat edelleen parempaa suorituskykyä erityisesti nopeuden osalta.

Yokogawa istutti datankeruunsa PC:n kylkeen

Mittaus- ja testausyritys Yokogawa Test & Measurement on julkaissut uuden SL2000 High-Speed Data Acquisition Unit -laitteen, joka tuo perinteisen ScopeCorderin tehon suoraan PC:n ohjaukseen. Käytännössä kyse on siitä, että aiemman DL950:n ydin on siirretty PC-pohjaiseen järjestelmään, ilman omaa näyttöä, mutta varustettuna tehokkaalla datansiirrolla ja kehittyneillä ohjelmistoilla.

Oikein tehtynä jokainen NFC-liitos on erittäin turvallinen

NFC-teknologia (Near Field Communication) on jo pitkään mahdollistanut langattoman, nopean ja helppokäyttöisen yhteyden esimerkiksi maksutilanteissa, älylaitteiden yhdistämisessä ja tuotteiden tunnistamisessa. Viime vuosina turvallisuusnäkökulma on noussut keskiöön, ja oikein toteutettuna NFC-yhteydestä voi tulla paitsi vaivaton myös erittäin turvallinen.

Läpimurto akkuteknologiassa – litiumionien liike paranee 30 prosenttia

Tutkijat Münchenin teknillisestä yliopistosta (TUM) ovat kehittäneet uuden materiaalin, joka mahdollistaa litiumionien liikkeen yli 30 prosenttia aiempaa nopeammin. Kyseessä on maailmanennätys ionien johtavuudessa ja samalla merkittävä askel kohti tehokkaampia ja turvallisempia kiinteäakkuja.

OnePlus ottaa tietoisen riskin: tilakytkin vaihtuu monitoiminappiin

OnePlus on päättänyt luopua yhdestä tunnistettavimmista ominaisuuksistaan eli fyysisestä Alert Slider -tilakytkimestä ja korvata sen uudella ohjelmoitavalla Plus Key -painikkeella. Muutos on osa yhtiön uutta tekoälystrategiaa, jonka keskiössä on ”käyttäjäkohtaisesti mukautuva älykkyys”.

3D-tulostus on tie kestävään elektroniikkavalmistukseen

ETN - Technical articlePerinteinen elektroniikan valmistus perustuu prosesseihin, jotka johtavat usein materiaalihävikkiin, korkeisiin työkalukustannuksiin ja merkittäviin varastointikuluihin. Viime vuosina lisäävä valmistus (additive), erityisesti 3D-tulostus, on kuitenkin alkanut nousta varteenotettavaksi vaihtoehdoksi elektroniikan valmistuksessa, sillä se tarjoaa lisää suunnittelun joustavuutta sekä mahdollisia ympäristö- ja taloudellisia etuja.

Lue lisää...

IT-johtaja – oletko valmistautunut seuraavaan kriisiin?

Vanha IT-järjestelmä saattaa toimia tänään – mutta miten käy seuraavan kyberhyökkäyksen, toimituskatkon tai ohjelmistopäivityksen yhteydessä? Odottaminen voi tulla kalliimmaksi kuin uudistaminen, kirjoittaa Kyndrylin Suomen maajohtaja Piia Hoffsten-Myllylä.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
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