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...

Tehonsyötön voi toteuttaa joko valmiilla, kokonaisella moduulilla tai erilliskomponentein. Niiden väliin asettuu japanilaisen Muratan teholohko, joka tuo suunnittelijalle lisää vaihtoehtoja ja skaalautuvuutta.

Artikkelin kirjoittaja Bill Smith toimii markkinointijohtajana Murata Power Solutionsissa. Hänellä on insinööritutkinto Roger Williamsin yliopistosta Bristolista, Rhode Islandista USA:sta. Bill vastaa Muratan kaikista piirikorteille asennettavista teholähteistä ja työskennellyt tehoelektroniikan parissa lähes 10 vuoden ajan.

Teholohkoihin (power block) nojaava suunnittelu on ideaalinen valinta tämän päivän tehosyöppöihin FPGA- ja ASIC-piireihin sekä tietotekniikkapiireille. Teholohko on periaatteessa eristämätön buck-tyyppinen muunnin ilman PWM-ohjainta. Se sisältää tehofetit, tehonsyötön piiristön, tulo- ja lähtökondensaattorit, lähtöinduktorin, lämpötila-anturin ja virran tunnistusverkon. Kokonaisen POL-teholähteen toteuttaminen vaatii lisäksi tyypillisesti PWM-ohjaimen, jännitteen ja joidenkin lisäkondensaattorien lisääminen suunnitteluun.

POL- (point of load) ja jännitteen regulointisovelluksiin (VRM, voltage regulator module) teholohko tuo useita etuja, jos sitä verrataan erillispiireistä koostuvaan ratkaisuun tai integroituihin POL-muuntimiin.

Erillisratkaisuun verrattuna teho lohko voi tehdä tehojärjestelmän suunnittelusta paljon yksinkertaisempaa. Yhtenä valmiina komponenttina se voi säästää kehitykseen kuluvaa aikaa ja rahaa. Sijoittelun haasteet , lämpösuunnittelun hankaluudet ja EMI-suorituskyky on jo ratkaisut teholohkon kotelossa. Teholohkot on myös suunniteltu vastaamaan korkeisiin laatu- ja luotettavuusstandardeihin, joita on kehitetty tietotekniikka- ja tietoliikenneteollisuudessa. Nämä teholohkot on suunniteltu vastaamaan tai ylittämään IPC-9592B-määritysten luotettavuusvaatimuksiin ja lisäksi ne ovat jo täyttäneet kaikki ympäristö- ja mekaanisen yhdenmukaisuuden vaatimukset.

Kokonaiseen POL-moduuliin verrattuna teholohko on joustavampi. Erilaisia ohjaimia voidaan käyttää saman lohkon kanssa, joten suunnittelijan on helpompi löytää tasapaino kustannusten, koon, ominaisuuksien (kuten PMBus-väylän) ja suorituskyvyn suhteen. Lohkon kanssa voi käyttää analogista tia digitaalista ohjainta, mikä tuo laajan valikoiman toimintoja ja suorituskykyvaihtoehtoja. Suunnittelija saa valita toimintataajuuden tai muunnin voidaan synkronoida ulkoisen kellosignaalin kanssa, mikäli tälle on tarvetta. Teholohkot yltävät myös parempaan hyötysuhteeseen kuin matalaprofiiliset erilliset IC-tyyppiset ratkaisut, joiden täytyy operoida korkeammilla kellotaajuuksilla (tehokkuuden kustannuksella), jotta ne voivat olla riittävän pieniä kooltaan.

Tehotiheys

Uskokaa tai älkää, mutta teholohkoilla voi säästää piirilevyalaa verrattuna sekä erillispiireihin että integroituihin POL-muuntimiin verrattuna. Lohkon optimoidussa koteloinnissa induktorit on nostettu piirilevyn yläpuolelle ja fetit ja tehonsyöttöpiiristö on asennettu alapuolelle. Koko blokki ei sen takia vie enemmän tilaa kuin itse induktorit. Koska ohjauspiiristö koostuu vain matalaprofiilisista komponenteista, se voidaan sijoittaa piirikortin alapinnalle, millä säästetään vielä enemmän tilaa. Tuloksena on hyvin kompakti sijoittelu, jolla päästään suurempiin virtoihin ja tehotiheyteen kuin integroiduilla moduuleilla tai erillispiireihin pohjautuvilla ratkaisuilla.

Kuva 1 esittää demokorttia toiselle kahdesta PWM-ohjaimesta, joita käytettiin 45 ampeerin teholohkon kvalifiointitestaamisessa. Suunnittelun koko on 25,0 x 25,6 milliä piirilevyllä, mikä vastaa 665 neliömilliä tai yhtä neliötuumaa, I/O-kondensaattorit mukaan lukien. Piirilevyn alapuolella ohjauspiiristä vie puolet tästä alasta. Tämä tarkoittaa, että suunnittelun tehotiheys on noin 30 prosenttia suurempi kuin tämän päivän parhaassa tarjolla olevassa integroidussa moduulissa. Tilanne paranee entisestään, sillä Murata Power Solutionsilla on tuotteesta 60, 80 ja 100 ampeerin versiot, joiden avulla teho- ja virtatiheyttä aiotaan nostaa kaikissa uusissa suunnitteluissa.

Kuva 1. Kaksivaiheinen PWM-ohjain, joka käyttää 45 ampeerin teholohkoa, vie alle neliötuuman verran korttialaa. Piirikortin yläpuolen sijoittelu näkyy vasemmalla ja alapuoli oikealla.

Lämpöominaisuudet

Hyvä tehomuunninsuunnittelu varmistaa, ettei yksikään komponentti ylitä omia lämpötilan raja-arvoaan, ja että koko järjestelmä pidetään mahdollisimman viileänä luotettavuuden maksimoimiseksi. Lämmöntuoton suurimpia syyllisiä ovat kytkinfetit ja tehoinduktori. Toisaalta jotkut muut komponentit (PWM-ohjaimet, ESR-kondensaattorit ja integroidut fettiajurit) eivät aiheuta paljon lämpöhävikkiä, mutta voivat silti vaikuttaa järjestelmän sisäisen lämpötilan nousuun.

Hyvä lämpösuunnittelun hallinta voi pitää sisällään tekniikoita kuten komponenttien strateginen sijoittelu piirilevyllä, kuparin paino ja kerrosten kulumäärä isäntäkortilla sekä läpivientien strateginen sijoittelu niin, että komponenteista saadaan johdettua lämpöä pois. Tiukka kotelointi on yleensä lämmönhallinnan vihollinen: itse asiassa, lämpösuunnittelu tällä hetkellä määrittelee rajata tämän päivän tehomuuntimien koolle.

Nämä suunnitteluhaasteet on ratkaistu täysin teholohkossa. Sen kotelointi on huolellisesti suunniteltu, testattu ja verifioitu koko toiminta-alueella, jotta suunnittelu vastaa komponenttien antotehon alentumisen IPC-9592-standardissa määriteltyjä ohjeita (ks. kuva 2). Verrattuna erillispiirien käyttöön tämä säästää suuresti kehitysaikaa ja kustannuksia.

Kuva 2. Teholohko on validoitu lämpöominaisuuksiltaan koko toiminta-alueella (ylh.). Lämpötestaus toteutettiin myös useille toistensa lähelle asennetulle yksikölle, jolla simuloitiin tilannetta, jossa useita teholohkoja tarvitaan tuottamaan suurempi virta tai useita jännitteitä yhdelle laitteelle (alh.).

Verratkaamme esimerkiksi standardin 50 ampeerin SIP-moduulia Murata Power Solutionsiin 45 ampeerin teholohkoon. Teholohkon tehotiheys on suurempi, koska komponentit voidaan sijoittaa sovelluspiirilevyn alapuolella, kuten aiemmin mainittiin. SIP:n alapuolella ei voida sijoittaa mitään. Se myös vaatii jäähdytyselementin parantamaan jäähdytystä, mitä Muratan teholohko ei tarvitse.

SIP:n antotehon alentumista kuvaava käyrä (kuva 3) osoittaa, että vielä 500 lfm:n tuuletuksella antoteho putoaa noin 45 ampeeriin 70 asteessa. Samaan aikaan teholohkon virta ei laske koko lämpötila-alueella, vaikka ilmavirta on vain 200 lfm (linear feet per minute), kun lähtöjännitteet ovat 800 millivoltista 1,8 volttiin. 45 ampeerin teholohkon antoteho heikkenee 35 ampeeriin 2,5-3,3 voltin lähtöjännitteillä, mikä vastaa 50 ampeerin SIP-moduulin antotehon heikkenemistä 1,8 voltilla ja samalla ilmavirralla.

Kuva 3. Lämpötilasta johtuvat antotehon heikkenemistä kuvaavat käyrät standardilla 50 ampeerin SIP-moduulilla osoittavat, että se menettää tehoaan jo 70 asteen lämpötilassa, vaikka tuuletukseen käytetään 500 lfm ilmavirtaa. Muratan teholohko ei 200 lfm:n viilennyksellä menetä antotehoaan yhtään.

Uusia ideoita

Muratan 45 ampeerin teholohko on jo markkinoilla, mutta yhtiö kehittää suuremman virran tuotteita. Nämä uudet konspetit on esitetty kuvassa 4. Ylhäällä vasemmalla on 60 ampeerin teholohkon konsepti, joka on kaksivaiheinen ratkaisu, jossa hyödynnetään kahta induktoria ytimen ympärillä. Tämä säästää sekä tilaa että kustannuksia, mutta sen ansiosta jäähdytyselementti voidaan littää suoraan fetteihin. 60 ampeerin toteutus vastaa kooltaan (1 x 0,5 tuumaa) ja nastoitukseltaan 45 ampeerin lohkoa, eli teho- ja virtatiheydessä päästään 33 prosentin parannukseen.

Kuvan oikeassa yläkulmassa on kaksivaiheinen 80 ampeerin konsepti, jonka koko on sama kuin 45 ja 60 ampeerin lohkoissa. Tässä teho- ja virtatiheys kasvaa 78 prosenttia 45 ampeerin lohkoa paremmaksi.

Kuva 4. Murata Power Solutionsin uusien, suurempivirtaisten teholohkojen konseptit. Alkaen vasemmalta ylhäältä: 60 ampeerin yksivaiheinen teholohko jäähdytyselementillä, 80 ampeerin kaksivaiheinen teholohko ja 120 ampeerin nelivaiheinen lohko alimpana.

Jänniteregulaattorimoduulin rakennuspalikat

Kuvan 4 alareunassa näkyvä 120 ampeerin yksikkö on nelivaiheinen ratkaisu, jonka mitat ovat hieman suuremmat eli 0,5 x 1,2 tuumaa. Tämä konsepti on erityisen kiinnostava monivaiheisten VRM- eli jänniteregulaattorimoduulien (voltage regulator module) toteutuksen kannalta.

Teholohkoja on tällä hetkellä tarjolla yksi- ja kaksivaiheisina konfiguraatioina, joissa kaksivaiheinen malli tuottaa kaksi itsenäistä, yksittäisesti ohjattavaa lähtöä. Vaihtoehtoisesti kaksi vaihetta voidaan limittaa, millä voidaan kaksinkertaistaa virta- ja tehotasot ja tuottaa alhaisempi lähtövirran väreily ja parempi vaste virranvaihteluihin (transient). Useita teholohkoyksiköitä voidaan operoida rinnakkain monivaiheohjaimilla, millä päästään 90, 135, 180 ja jopa tätä suurempiin virtoihin. Tällainen järjestely tuottaisi skaalattavan VRM-ratkaisun huomattavasti standardeja VRM-moduuleja joustavammassa kotelossa. Nelivaiheinen moduuli, joka tuottaisi 80 ampeeria vain 0,6 neliötuuman koossa haastaisi todella perinteiset, erillispiireihin pohjaavat VRM-toteutukset.

Kaksi nelivaiheista 80 ampeerin teholohkoa voidaan tuottaa 160 ampeeria cain 1,2 neliötuumassa. Tämä tekniikka on edelleen vasta idea-asteella, mutta teholohkojen räätälöinnillä idea on täysin toteutettavissa.

Lopuksi

Teholohko tuo suurten virtojen tehosovelluksissa monia etuja sekä suhteessa erillispiireihin pohjaavaan suunnitteluun että integroituihin POL-moduuleihin nähden, erityisesti korttialassa. Tuotteita on jo tarjolla 45 ampeeriin asti ja 60, 80 ja 120 ampeerin tuotteen ovat kehityksen alla. Räätälöidyt teholohkot ovat erityisen kiinnostavia VRM-sovellusten kannalta, sillä niissä voidaan saavuttaa erillisratkaisujen kanssa kilpailevia virtatiheyksiä samalla kun kehitykseen kuluva aika ja sen kustannukset, sekä riskit pienenevät. Tällä lähestymistavalla voidaan myös toteuttaa skaalautuvia ratkaisuja, joissa yleisiä emolevyjä voidaan käyttää erilaisten prosessorien kanssa erilaisten suorituskykyvaatimusten täyttämiseksi.

MORE NEWS

Traficom varoittaa: myös .fi-pääte voi viedä huijaussivulle

Suomalaiset verkkosivustot, joilla on .fi-pääte, koetaan usein turvallisiksi. Aika ajoin ilmenee kuitenkin tapauksia, joissa tätä luottamusta on pyritty hyväksikäyttämään. Kyberturvallisuuskeskus kehottaakin tarkkaavaisuuteen myös .fi-osoitteiden kanssa.

Haluatko murtautua yrityksen verkkoon? Se maksaa vain 500 dollaria

Pimeässä verkossa käydään vilkasta kauppaa yritysverkkoihin murtautumisesta ja hinnat ovat yllättävän edullisia. Tietoutrvayritys Check Pointin uunituoreen raportin mukaan rikolliset voivat ostaa pääsyn yritysten sisäverkkoihin jopa 500 dollarilla.

Maailman pienin lidar painaa vain 50 grammaa

Sony Image Sensing Solutions on julkistanut maailman pienimmän ja kevyimmän lidar-etäisyysanturin. Uusi AS-DT1-malli hyödyntää dToF-teknologiaa (Direct Time of Flight) ja painaa vain 50 grammaa. Moduulin mitat ovat vain 29 x 29 x 31 millimetriä.

Apple aikoo kiertää Trumpin tullimaksut

Apple pyrkii välttämään jopa 145 prosentin tullit Kiinasta tuoduista tuotteista siirtämällä iPhone-tuotantoaan Intiaan ja nopeuttamalla logistiikkaansa, kertovat Reuters ja MarketWatch. Yhtiö on Reutersin mukaan lennättänyt viime viikkojen aikana noin 600 tonnia iPhoneja – arviolta 1,5 miljoonaa kappaletta – Intiasta Yhdysvaltoihin. Tarkoituksena on kasvattaa Yhdysvaltain varastoja ennen kuin tullit nostavat laitteiden hintoja dramaattisesti.

Uusi anturi tuo elokuvatason kuvanlaadun huippupuhelimiin

Piilaaksolainen Omnivision on julkistanut uuden kuva-anturin, joka tuo ennennäkemättömän laajan dynaamisen alueen ja elokuvatason videokuvauksen älypuhelimiin. OV50X-uutuusanturi on suunnattu huippuluokan puhelimiin, jotka tavoittelevat parasta mahdollista kuvanlaatua kaikissa valaistusolosuhteissa.

Yllättävä tutkimus: ChatGPT tekee samanlaisia päättelyvirheitä kuin ihminen

Tuore kansainvälinen tutkimus paljastaa, että tekoäly ei ole niin rationaalinen kuin usein uskotaan. OpenAI:n kehittämä ChatGPT tekee monissa tilanteissa samanlaisia päättelyvirheitä kuin ihmiset – ja joskus vielä pahempia.

Näin Teslan ja BYD:n akut eroavat toisistaan

Saksalaisen RWTH Aachenin yliopiston tutkijat ovat tehneet perusteellisen purkuanalyysin kahdesta maailman johtavan sähköautovalmistajan, Teslan ja BYD:n, litiumioniakusta. Tutkimuksessa verrattiin Teslan 4680-sylinterikennoa ja BYD:n Blade-prismaattista kennoa kennotasolla.

Suomalaisyritys tuo yrityksille oman tekoälyn

Suomalainen konsulttitalo Y4 Works on lanseerannut uuden tekoälyratkaisun, Suunta.ai:n, joka tuo organisaatioille niiden oman, asiantuntijamaisen tekoälyn. Toisin kuin yleiset kielimallit, kuten ChatGPT, Suunta.ai oppii yrityksen omasta datasta, haastaa käyttäjäänsä ja toimii kuin digitaalinen liiketoimintakonsultti.

Piikarbidi vähentää tehohäviöitä datakeskuksessa

ON Semiconductor on julkaissut uuden sukupolven tehomoduulin, joka lupaa merkittävästi pienempiä tehohäviöitä ja energiatehokkaampaa käyttöä erityisesti datakeskuksissa ja teollisuussovelluksissa.

Boreo ostaa Elfa Distrelecin Suomen ja Baltian toiminnot

Boreo Oyj on allekirjoittanut sopimuksen Elfa Distrelecin myyntitoimintojen ostamisesta Suomessa, Latviassa, Virossa ja Liettuassa. Kaupan myötä Elfa siirtyy näissä samaan yritysryhmään kuin Yleiselektroniikan toiminnot. Kauppahinnaksi ilmoitetaan 5,5 miljoonaa euroa.

Ruotsalaistutkijoiden vahvistin nostaa kuidun kapasiteetin 10-kertaiseksi

Göteborgilaisen Chalmersin teknillisen korkeakoulun tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen optisen vahvistimen, joka voi moninkertaistaa kuituverkkojen tiedonsiirtokyvyn. Uusi vahvistin mahdollistaa jopa kymmenen kertaa enemmän dataa sekunnissa verrattuna nykyisiin teknologioihin.

Google siirtää sovelluskehityksen selaimeen – tekoäly isossa roolissa

Google esitteli Cloud Next -tapahtumassaan uuden sukupolven sovelluskehitysalustan, Firebase Studion, joka siirtää koko kehitysprosessin selaimeen – suunnittelusta julkaisuun. Uutuus rakentuu vahvasti tekoälyavusteisuuden ympärille ja hyödyntää Googlen omaa Gemini-mallia läpi koko kehityksen.

Trumpin tullit iskevät rankasti suuriin amerikkalaisiin autonvalmistajiin

Yhdysvallat asetti viime viikolla 25 prosentin tuontitullit useista maista tuotaville autoille ja varaosille. Presidentti Trumpin hallinnon ilmoittamat laajat tuontitullit ovat tuomassa autoalalle uudenlaisia haasteita. Vaikka toimenpiteet on nimellisesti suunnattu vahvistamaan kotimaista teollisuutta, tuoreen analyysin mukaan myös Yhdysvaltain omat jättivalmistajat – General Motors, Ford ja Stellantis – ovat merkittävästi alttiita tullien vaikutuksille.

Nokian ja Telian 5G-viipale kattoi kolme maata

Nokia, Telia ja Puolustusvoimat ovat saavuttaneet maailmanlaajuisesti merkittävän teknologisen virstanpylvään toteuttamalla ensimmäisen saumattoman 5G Standalone -verkkoviipaleen (slice) siirron kolmen eri maan välillä toimivassa verkossa. Kokeilu osoittaa, kuinka 5G-teknologiaa voidaan hyödyntää viranomaisviestinnässä myös kansainvälisesti.

Optinen liitäntä tuotiin ensimmäistä kertaa SSD-levylle

Tallennustekniikan kehityksessä saavutettiin merkittävä virstanpylväs, kun KIOXIA, AIO Core ja Kyocera julkistivat ensimmäisen toimivan SSD-levyn, jossa käytetään optista liitäntää. Uusi prototyyppi yhdistää PCIe 5.0 -väylän ja valoon perstuvan optisen tiedonsiirron, mikä tekee siitä maailman ensimmäisen laatuaan.

Joskus yksittäinen komponentti voi olla vaarallinen takaovi

Yritykset investoivat valtavasti kyberturvallisuuteen suojatakseen verkkojaan ja sovelluksiaan. Silti, kaikista suojaustoimista huolimatta, verkkorikolliset onnistuvat vuosi vuodelta entistä paremmin. Miten tämä on mahdollista, kysyy Lenovon tietoturva-asiantuntija Steven Antoniou?

Trump haluaa nopeuttaa miljardi-investointeja Yhdysvaltain puolijohdeteollisuuteen

Yhdysvaltain presidentti Donald Trump on antanut uuden presidentin asetuksen, jolla perustetaan United States Investment Accelerator -niminen virasto vauhdittamaan miljardiluokan investointeja maahan. Tavoitteena on houkutella sekä kotimaisia että ulkomaisia yrityksiä sijoittamaan erityisesti strategisesti tärkeisiin aloihin, kuten puolijohdeteollisuuteen.

Ethernet aikoo vallata autot

CAN-väylä on hallinnut autoja pitkään, mutta moni uskoo kaistatarpeen vaativan jatkossa Ethernetiä. Tätä silmällä pitäen Infineon on ostanut Marvellin aujoneuvojen Ethernet-liiketoiminnan 2,5 miljardilla dollarilla. Kauppa kattaa Marvellin Brightlane-tuotesarjan ja siihen liittyvät varat, ja sen odotetaan toteutuvan vuoden 2025 aikana.

STMicroelectronics julkisti kevyemmän version MP25-prosessorista

STMicroelectronics on tuonut markkinoille uuden STM32MP23-mikroprosessorisarjan, joka täydentää viime vuonna julkaistua MP25-sarjaa. Uutuusprosessori tarjoaa tehokkaan ja taloudellisen vaihtoehdon teollisuuden ja esineiden internetin (IoT) älykkäisiin reunalaitteisiin, koneoppimiseen ja kehittyneisiin käyttöliittymäratkaisuihin.

Androidin avustin voi muuttua vaaralliseksi takaoveksi

Androidin esteettömyyspalvelu – jonka tarkoitus on auttaa käyttäjiä käyttämään puhelinta paremmin esimerkiksi näkö- tai liikuntarajoitteiden kanssa – voi muuttua tietoturvariskiksi. Tuore Georgia Techin tutkimus esittelee uuden analyysityökalun, DVa:n, joka paljastaa, kuinka haittaohjelmat hyödyntävät tätä avustinta päästäkseen käsiksi käyttäjän tietoihin ja sovelluksiin.

Galvaaninen erotus on yhä tärkeämmässä roolissa

Teollisuus- ja ajoneuvosovelluksissa siirtyminen kohti kestävämpiä energiaratkaisuja ja tehokkaampia moottoreita tuo mukanaan uudenlaisia vaatimuksia elektroniikkasuunnittelulle. Järjestelmät yhdistävät yhä useammin laajan kaistaeron komponentteihin perustuvat suurjännitealijärjestelmät ja herkät pienjännitepiirit, kuten mikro-ohjaimet. Näiden yhdistäminen samassa kokonaisuudessa lisää sekä suorituskykyä että riskejä – galvaaninen erotus ja häiriösuojaus ovatkin nyt tärkeämpiä kuin koskaan, sanoo Toshiba Electronics Europe.

Lue lisää...

Joskus yksittäinen komponentti voi olla vaarallinen takaovi

Yritykset investoivat valtavasti kyberturvallisuuteen suojatakseen verkkojaan ja sovelluksiaan. Silti, kaikista suojaustoimista huolimatta, verkkorikolliset onnistuvat vuosi vuodelta entistä paremmin. Miten tämä on mahdollista, kysyy Lenovon tietoturva-asiantuntija Steven Antoniou?

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

 
 
article