ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
Oct 29/9 30/9 # Rohde supersquare
 
ECF23 videos
  • Hans Andersson, Acal BFi
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

ETNtv

Watch ECF videos

logotypen

 2022  # square  (4)
TMSNet  advertisement
ETNdigi
May # Farnell sajt skyskrapa
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Tweet

TECHNICAL ARTICLES

Mobiililaitteiden jännitenotkahdukset voidaan estää

Tietoja
Kirjoittanut Chuck, Wong, Intersil
Julkaistu: 17.11.2017
  • Suunnittelu & ohjelmointi
  • Sähkö & Voima

Buck-boost-muuntimen hyödyntäminen esiregulaattorina mobiililaitteessa tarjoaa vakaasti säädetyn väyläjännitteen alijärjestelmien käyttöön. Esiregulaattori estää hetkelliset jännitenotkahdukset, kun akun napajännitteessä esiintyy vaihtelevan kuormavirran aiheuttamia jännitepudotuksia. Samalla se tarjoaa koko järjestelmälle entistä korkeamman hyötysuhteen.

Artikkelin kirjoittaja Chuck Wong toimii Intersilin mobiilisovellusten suunnittelupäällikkönä. Hän johtaa sovellusten suunnittelutiimiä ja vastaa suorituskykyisten PMIC-piirien suunnittelusta ja tuotekehityksestä sekä buck-boost- ja boost-muunninpiireistä.

Mobiilisovelluksissa käytettävien prosessorien ja grafiikkasuorittimien jatkuvasti kasvavan suorituskyvyn vuoksi buck-boost-tyyppisten regulaattorien soveltaminen litium-akun jännitteen stabiloimiseen on yhä tärkeämpää. Buck-boost-tyyppisellä muuntimella voidaan estää jännitteen lyhytaikaiset notkahdukset (brownout) vahvistamalla syöttöjännitettä aina akkujännitteen notkahduksen aikana. Ja kun akkujännite on korkea, buck-boost-regulaattori laskee syöttöjännitteen alemmalle tasolle tehohäviöiden vähentämiseksi alijärjestelmiä syöttävissä jänniteregulaattoreissa.

Tässä artikkelissa tarkastellaan mobiililaitteiden tehonsyötön alijärjestelmien tyypillistä arkkitehtuuria sekä buck-boost-regulaattorien hyödyntämisen perusteita. Lisäksi käydään läpi joitakin järjestelmän hyötysuhdelaskelmia, jotka kuvaavat niitä etuja, jotka saavutetaan käyttämällä buck-boost-tyyppistä muunninta esiregulaattorina. Laskelmat varmistavat, että hyviin tuloksiin päästään käyttämällä tähän korkean hyötysuhteen omaavaa buck-boost-piiriä.

Jännitenotkahdukset kuriin

Kaikilla mobiililaitteilla on yksi yhteinen piirre: ne toimivat akun voimin. Kaikilla akuilla puolestaan on sisäinen resistanssi, jonka vaikutuksesta jännite akun navoissa vaihtelee, kun varausta puretaan purskemaisilla virroilla. Sisäinen resistanssi vaihtelee akun varaustilasta riippuen ja on suurimmillaan, kun varaustila on alimmillaan. Kun litium-akun varaus on hiipumaisillaan, se tapahtuu noin 3,4 voltin jännitetasolla. Silloin sisäinen resistanssi saattaa olla niinkin korkea kuin 200 mΩ. Tällöin esimerkiksi neljän ampeerin purskemainen virta aiheuttaa 800 millivoltin pudotuksen akun napajännitteeseen, jolloin syöttölinjalle lähtevä jännite putoaa 2,6 voltin tasolle. Jos tavoitteena on saada LDO-regulaattorille (Low Drop Out) 2,85 voltin lähtötaso, ajautuu sen tulopuoli jo alijännitetilaan ja hetkellinen jännitenotkahdus on nähtävissä.

Matkapuhelinjärjestelmien tehonhallintapiirit (PMIC) hyödyntävät yleensä 20 – 30 LDO-regulaattoria, jotka syöttävät erikoistuneita alijärjestelmiä. Näitä ovat esimerkiksi Bluetooth, eMMC-muisti, microSD-muisti, WiFi, RF-lähetin-vastaanotin ja muut vastaavat lohkot. Kuvassa 1 nähdään tyypillisen tehonsyöttöjärjestelmän lohkokaavio sekä välijänniteväylällä nähtävä jännitenotkahdus voimakkaan purskemuotoisen kuormavirran aikana.

Kuva 1. Tyypillinen mobiililaitteen tehonsyötön lohkokaavio. Syntyvä väyläjännitteen notkahdus voidaan poistaa.

Hyötysuhde paremmaksi

Jos mobiililaitteen tehonsyöttöjärjestelmässä käytetään buck-boost-muunninta esiregulaattorina, saavutetaan lisäetuna entistä korkeampi hyötysuhde. LDO-regulaattorit voivat jakaa eteenpäin tasaisemman lähtöjännitteen niiden korkean PSRR-suhteen (power supply rejection ratio) ansiosta. LDO-regulaattorien lineaarisen säätöluonteen vuoksi tehohäviö saattaa kuitenkin olla liian suuri. Tämä ilmenee silloin, kun akku on ladattu täyteen ja tulojännite on korkeimmillaan lähtöjännitteeseen nähden.

Mobiilijärjestelmien tehonhallinnassa käytettävien LDO-piirien lähtöjännitteet ovat yleensä luokkaa 1,2 – 3,3 volttia. Litium-ioniakun tyypillinen jännite vaihtelee 4,35 voltista alimmillaan 2,5 volttiin, kun kuormitusvirran transientit otetaan huomioon, vaikka akun napajännite säilyisikin 3,7 voltin tasolla suurimman osan ajasta. Suuri jännitepudotus LDO-regulaattorissa aiheuttaa merkittävän heikennyksen hyötysuhteeseen.

Kun buck-boost-muuntimia käytetään PMIC-piirien hallinnoimien LDO-regulaattorien esiregulaattoreina, niiden avulla voidaan merkittävästi parantaa koko järjestelmän hyötysuhdetta ja siten pidentää akun käyttöaikaa. Hakkuriregulaattorit ovat hyötysuhteeltaan paljon parempia kuin lineaariregulaattorit. Akkujännite muunnetaan ensin hieman korkeammaksi kuin tavoiteltu LDO-ryhmän lähtöjännitetaso, joka on tyypillisesti 3,3 volttia. Buck-boost-lähtö asetetaan 3,4 voltin tasolle eli 100 mV korkeammaksi. LDO-regulaattorit saavat näin aina 3,4 voltin tulojännitteen akkujännitteestä riippumatta.

Hyötysuhteen laskuesimerkki

Seuraavassa esimerkissä on käytössä viisi LDO-regulaattoria, joista kunkin lähtövirta on 300 mA, eli kokonaisvirta on 1500 mA. Niiden lähtöjännite vaihtelee 1,7 – 3,3 voltin välillä keskiarvon ollessa 2,5 V. Akun jännite on 3,8 volttia ja buck-boost-muuntimen lähtö on asetettu 3,4 volttiin, jotta se ylittää LDO-ryhmän korkeimman lähtötason 3,3 V. Buck-boost-regulaattorin hyötysuhteelle käytetään tässä tilanteessa arvoa 97%, mikä on nähtävissä myös kuvan 3 hyötysuhdekuvaajasta. Tämän kaksivaiheisen muunnosarkkitehtuurin tarjoama hyötysuhde voidaan laskea seuraavasti.

LDO-regulaattorin hyötysuhde 3,8 voltin tulojännitteellä suoraan 3,8 V akusta:

LDO:n hyötysuhde esiregulaattorin kautta 3,4 voltin jännitteestä:

Yllä oleva esimerkki osoittaa hyötysuhteen paranevan 2,5 prosenttia. Vaikkei ero ole järin suuri, se voi merkittävästi pidentää akun käyttöaikaa (ks. kuva 5).

Korkean hyötysuhteen buck-boost-regulaattori

Intersilin kehittämiä korkean hyötysuhteen ja virtakapasiteetin omaavia buck-boost-muuntimia käytetään laajasti esiregulaattoreina erilaisissa mobiililaitteissa. Esimerkiksi ISL91127-piiri pystyy syöttämään kahden ampeerin virran 3,3 voltin lähtöjännitteellä, vaikka akkujännite laskisi alimmillaan 2,5 V tasolle. Tämä on luokkansa suurin virtakapasiteettilukema tämäntyyppisille muuntimille. Regulaattoripiirin tyypillinen sovellus nähdään kuvan 2 piirikaaviossa ja tyypilliset hyötysuhdekäyrät kuvassa 3.

Kuva 2. ISL91127-regulaattorin tyypillisen sovelluksen piirikaavio.

Kuva 3. Buck-boost-regulaattoripiirin ISL91127 hyötysuhde (VOUT = 3,3 V).

Korkean hyötysuhteen lisäksi ISL91127-piiri tarjoaa erinomaisen transienttivasteen, mikä auttaa eliminoimaan lähtöjännitteen notkahduksia. Kuvassa 4 nähdään piirin transienttivaste, kun tulopuolella esiintyy 800 millivoltin jännitenotkahdus. Ylempi kuvaaja esittää akun napajännitettä, kun kuormituksessa esiintyy voimakkaita purskemaisia virtoja. Alempi kuvaaja esittää väyläjännitettä regulaattorin lähdössä, josta LDO-regulaattorit ottavat tehonsa. Nopean transienttivasteen ansiosta jännitenotkahdus on saatu merkittävästi pienemmäksi.

Kuva 4. ISL91127-piirin transienttivaste (ylemmän kuvaajan skaala VIN 2V/div, alemman skaala VOUT 0,5V/div). VIN = 3,8V...3V...3,8V. VOUT = 3,3V, IOUT = 1 A.

Iso parannus suorituskykyyn

Edellä esitetty menettely tarjoaa merkittävän parannuksen hyötysuhteeseen, kun ISL91127-piiriä käytetään esiregulaattorina mobiilisovelluksessa. Akun käyttöaikavertailussa ajettiin suurella virralla kahta alijärjestelmää, WiFi-moduulia ja SD-muistikorttia. Videovirtaa ajettiin WiFi-verkon yli ja luku-kirjoitusoperaatioita tehtiin SD-muistikortille. Vertailua varten akun käyttöaika mitattiin esiregulaattorin kera ja ilman sitä. Tässä tapauksessa todettiin, että esiregulaattoria hyödyntämällä käyttöaikaa voitiin pidentää yli 12 prosenttia. Kuvassa 5 nähdään vertailu akun purkautumisesta esiregulaattorin kera ja ilman, kun samaa sovellusta ajettiin samalla akulla.

Intersilin buck-boost-piiri ISL91127 tarjoaa näin mittavan virtakapasiteetin ja korkealla hyötysuhteella toimivan tehonjakelun sekä nopean transienttivasteen kaikenlaisiin mobiililaitteisiin.

 

Kuva 5. Käytännön vertailuesimerkki mobiilisovelluksen käyttöajasta esiregulaattorin kera ja ilman.

back to top
MORE NEWS

Pitääkö olla huolissaan, jos kännykän näyttö avautuu itsestään?

Jos laittaa Googleen hauksi "puhelin avautuu itsestään", saa yli 209 miljoonaa tuosta. Mutta miksi puhelimet avautuvat itsestään? Asiantuntijoiden mukaan kyse voi olla GhostTouch-hyökkäyksestä, joka voi aiheuttaa käyttäjille ongelmia, sanoo NordVPN:n kyberturvallisuusasiantuntija Adrianus Warmenhoven.

Signaalia avoimien Open RAN -tukiasemien kehitykseen

Open RAN on avoin tukiasema-arkkitehtuuri, jota monet operaattorit kaavailevat jatkossa käyttävänsä. Rohde & Schwarz ilmoittaa, että sen signaaligeneraattorit ja -analysaattorit on nyt hyväksytty Qualcommin avoimien verkkojen laitteiden QRU100-radiopiirien testaamiseen.

IoT-data tuo isot säästöt Technopoliksen energiakuluihin

Älykkäistä kiinteistöistä on hehkutettu jo vuosia, mutta millaisia ovat käytännön sovellukset ja ennen kaikkea tulokset? Technopoliksen Ruoholahden 3-kiinteistössä on päästy merkittäviin tuloksiin: lämmitysenergiasta on onnistuttu säästämään yli 30 prosenttia ja ilmanvaihto onnistuu 50 prosenttia pienemmällä energialla.

Suomeen halutaan järjestelmäpiirisuunnittelun huippuyksikkö

Tampereen yliopisto, Oulun yliopisto, Aalto-yliopisto ja Nokia suunnittelevat yhteisen järjestelmäpiirisuunnitteluun keskittyvän huippukeskuksen perustamista. Keskus olisi osa vireillä olevaa kansallista Siruja Suomesta -ohjelmaa, joka puolestaan olisi osa EU:n Chips Act -ohjelmaa.

Verkkorikollisuus ammattimaistuu kovaa vauhtia

Kyberrikollisryhmien toiminta ammattimaistuu kiihtyvällä vauhdilla, todetaan tietoturvayhtiö WithSecuren raportissa. Nyt kehitystä nopeuttavat kiristyshaittaohjelmat, kertoo yhtiön vanhempi analyytikko Stephen Robinson.

Google ja EU haluavat säännellä tekoälyä

Tekoälyn nopea kehitys erityisesti viimeisen vajaan vuoden aikana on saanut monet huolestumaan. Moni tutkija haluaisi hidastaa kehitystä. Nyt Google ja EU ovat päässeet alustavaan sopuun siitä, että tekoälyä pitää reguloida.

BCC Solutions kokosi verkkokomponentit ja mittalaitteet saman katon alle

BCC Solutionsista tulee Suomen verkkolaitemarkkinoiden keskeinen peluri. Kesäkuun alusta lukien tammikuussa 2022 ostetut Harrico PTE ja Hantekno sulautetaan lopullisesti emoyhtiöön. Samalla lakkautetaan aputoiminimi TEKFinland, jonka toiminta jatkuu niin ikään BCC Solutions -nimen alla.

Sähkö tulee dieseliä halvemmaksi raskaassa liikenteessä

Maanteillä alkaa pian näkymään rekkoja, joiden käyttövoimana on sähkö. Göteborgilaisen Chalmersin teknisen korkeakoulun tutkijat ovat todistaneet, että sähkörekat tulevat halvemmiksi kuin vanhat dieselvoimaiset

HDR-videota jopa puettaviin laitteisiin

HDR-video tarkoittaa laajempaa väriavaruutta, suurempaa kontrastia ja kirkkaampaa kuvaa. Tähän asti tekniikkaa ei ole saatu tuotua pieniin kannettaviin laitteisiin. Imagination Technologiesin uusi grafiikkaprosessori on maailman pienin GPU-piiri, joka tukee HDR-kuvaa.

Generatiivinen tekoäly mullistaa kuvankäsittelyn

Tekoäly tuottaa jo monenlaisia kuvia tekstikehotteiden avulla, mutta generatiivinen tekoäly saattaa jatkossa tehdä kaikista kuvankäsittelyn ammattilaisia. Ainakin jollakin tasolla. Adobe kertoo tuovansa Photoshop-ohjelmaansa generatiivisen täyttötyökalun.

Swappie lupaa premium-vaihdokeille uudenveroisen akun

Swappie on julkaissut uudet Premium Series -tuoteperheen. Premium-laitteet ovat ulkoisesti moitteettomia sekä täysin toiminnallisia laitteita, joilla on 100-prosenttinen akkukapasiteetti. Swappien mukaan kaikki sille päätyvät puhelimet käyvät läpi 52 askeleen tarkistusprosessin, johon kuuluu puhelimen akun tarkistus tai vaihto tarpeen mukaan. Kaikissa Premium Series -puhelimissa on taattu 100-prosenttinen akkukapasiteetti.

Autotallista miljardiyritykseksi: Rutronik on 50-vuotias

Saksalainen elektroniikan komponenttien jakelija Rutronik juhlii tänä vuonna 50-vuotisjuhliaan. Helmut Rudel (kuvassa vas.) perusti Rutronikin vuonna 1973 Ispringenissä lähellä Pforzheimia. Nykyään hänen poikansa Thomas Rudel toimii yhtiön toimitusjohtajana.

Maailman ensimmäinen täysin lyijytön muistimoduuli

Apacer ilmoittaa kehittäneensä maailman ensimmäisen täysin lyijyttömän muistimoduulin. Se ei ainoastaan ylitä nykyisen EU:n RoHS-ympäristönsuojelustandardin vaatimuksia, vaan myös välttää turvautumisen RoHS 7(c)-I:n lyijyvapautuslausekkeeseen.

Löydä haavoittuvuus - tienaa satatuhatta euroa

LähiTapiola on päättänyt tuplata Bug Bounty -ohjelmansa kautta valkohattuhakkereille tarjoamansa maksimipalkkion. Aiemmin tietoturvahaavoittuvuuksien löytämiseen tähtäävän ohjelman enimmäispalkkiona oli 50 000 euroa. Nyt summa on nostettu 100 000 euroon.

Virve ajetaan alas - sen seuraaja tuo 100-prosenttisen peiton

Erillisverkkojen toimitusjohtaja Timo Lehtimäki keräsi täyden katsomon keynote-puhettaan kuuntelemaan eilen Critical Communications World -tapahtumassa. Viranomaisverkossa on käynnistynyt historian tärkein siirtymä. Lehtimäki vahvisti, että Suomen Virve-verkko ajetaan alas vuoden 2028 loppuun mennessä.

CCW2023: Poliisi digitalisoituu hitaasti

Helsingissä on käynnissä kolmepäiväinen viranomaisverkkojen jokavuotinen Critical Communications World -tapahtuma. Moni kuluttaja- ja yrityspuolen verkoista tuttu trendi vaikuttaa myös viranomaisverkoissa, mutta tahti on verkkaisempi. Poliisi digitalisoituu hitaasti. Tähän on monia syitä.

Jo miljoona opiskellut tekoälyä suomalaisella verkkokurssilla

Vuonna 2018 julkaistu suomalainen Elements of AI -verkkokurssi on osoittautunut valtavaksi hitiksi. Jo miljoona ihmistä 170 eri maasta on tutustunut tekoälyn perusteisiin. Kurssi on vakiinnuttanut paikkansa yhtenä maailman suosituimmista verkkokursseista.

IBM aikoo rakentaa sadantuhannen kubitin kvanttikoneen

IBM suunnittelee rakentavansa sadantuhannen kubitin kvanttitietokoneen seuraavan 10 vuoden kuluessa. Hankkeessa tehdään yhteistyötä Tokion ja Chicagon yliopistojen kanssa.

IoT-data kannattaa pakata

Esineiden internet eli IoT-laitteet sijaitsevat usein sähköverkon ulottumattomissa ja ovat siten usein akkukäyttöisiä ja kytkeytyvät internetiin langattomasti. Olli Väänänen tutki väitöskirjassaan yksinkertaisia menetelmiä tällaisten anturipohjaisten IoT-laitteiden energiankulutuksen pienentämiseksi. Tutkimuksen mukaan IoT-laitteiden akunkestoa on mahdollista pidentää merkittävästi yksinkertaisilla datan pakkausmenetelmillä.

Samsungin huippuläppäri: loputtomasti tehoa hienossa paketissa

Samsung teki pari vuotta sitten paluun Suomenkin PC-markkinoille ja mallistoon on nyt tuotu todellinen lippulaiva Galaxy Book3 Ultra -nimen alla. Ultra-nimi on monella tapaa sovelias kannettavalle, jossa juuri missään ei ole säästetty.

Apr # Nyhetssajt samt mobil. Placeras direkt efter första nyheten
 2022  # mobilbox
TMSNet  advertisement
Mar Apr May Jun # Rohde mobilbox
May  # Farnell  mobilbox f skyskrapa

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Tässä neljä megatrendiä IC-piirisuunnitteluun

Epävarmoista taloudellisista ja geopoliittisista näkymistä huolimatta vuosi 2022 osoittautui erinomaiseksi elektroniikka-alan innovointitoiminnan osalta ja sama trendi tuntuu jatkuvan myös kuluvana vuonna IC- ja elektroniikkajärjestelmien suunnittelussa. Tässä artikkelissa nostetaan esiin joitakin alan megatrendejä, joita on syytä tarkastella lähemmin.

Lue lisää...

OPINION

Ennakkoluulot estävät tekoälyn täyden hyödyntämisen

Tekoäly on valloittanut kahvipöytäkeskustelut. Keskusteluista voimme kiittää ChatGPT:n kaltaisia tekoälyjä, jotka loistavat kyvyllään laatia tekstejä – niin pätevästi kirjoitettuja artikkeleita kuin toimivaa koodiakin, kirjoittaa Lenovolla globaalin monimuotoisuustoimiston johtajana työskentelevä Ada Lopez.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Pitääkö olla huolissaan, jos kännykän näyttö avautuu itsestään?
  • Signaalia avoimien Open RAN -tukiasemien kehitykseen
  • IoT-data tuo isot säästöt Technopoliksen energiakuluihin
  • Suomeen halutaan järjestelmäpiirisuunnittelun huippuyksikkö
  • Verkkorikollisuus ammattimaistuu kovaa vauhtia

NEW PRODUCTS

  • Navitasin ihmetehopiirit Mouserin valikoimaan
  • 5 wattia neliötuuman powerista
  • 3,5 kilowattia erittäin korkealla hyötysuhteella
  • Automaattisesti varavirran varaan
  • Tarkkaa asentotietoa vihamielisessä ympäristössä
 

NEWSFLASH

twitter
ETN_fi @ETN_fi
ETN_fi UK Semiconductor Strategy https://t.co/MABHzsSaK4
toukokuu 10 • reply • retweet • favorite
ETN_fi RT @joeprkns: Last night I used GPT-4 to write code for 5 micro services for a new product. A (very good) dev quoted £5k and 2 weeks. G…
maalis 17 • reply • retweet • favorite
ETN_fi This is why Nokia lost the game in mobile phones - an insiders view https://t.co/NB5Wndkx5p
joulu 12 • reply • retweet • favorite
ETN_fi @OnePlus_FI lahjoittaa Pelastusarmeijalle 50 puhelinta jouluapuun. Iso- Britanniassa samanlainen lahjoitus tehdään… https://t.co/LKdl2Pywie
joulu 07 • reply • retweet • favorite
ETN_fi Finnish PM Sanna Marin: We need to cut our dependence on China. https://t.co/598gQXKvlj #Slush2022 #China #electronics #semiconductors
marras 17 • reply • retweet • favorite
web design services
 

Section Tapet