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32 Elektronik 06 2020 Stromversorgung Der richtige Prozessor Heute kommt kein Gerät ohne Applikationsprozessor aus Die Vernetzung zur Cloud oder zu anderen Geräten ist eine Aufgabe aber vor allem die Kommunikation mit dem Anwender benötigt viel Rechenleistung Videos in hoher Qualität 2Dund 3D-Grafiken sowie Sprachsteuerung erfordern hochmoderne Prozessoren Ein Beispiel ist die NXP i MX-8M-Nano-Familie Für eine optimierte Anzahl an Instruktionen Watt integriert NXP im i MX 8M Nano bis zu vier Arm-Cortex-A53-Kerne mit einer Frequenz von bis zu 1 5 GHz in Kombination mit einem Arm-Cortex-M7 der mit bis zu 750 MHz läuft Die i MX-8MNano-Familie unterstützt 1080p-Videoverarbeitung 2D 3DGrafik erweiterte Audiofunktionen und verschiedene Hochgeschwindigkeitsschnittstellen Eine gute Wahl für eine Vielzahl von Konsumgüterund Industrieanwendungen Die Stromversorgung Mit der Wahl des richtigen Prozessors alleine ist es aber noch nicht getan Auch die nötige Energie muss bereitgestellt werden Oft ist das Design der Stromversorgung eine Herausforderung Der Prozessor benötigt eine Vielzahl an unterschiedlichen hochgenauen Versorgungsspannungen die zum Starten oder Abschalten des Prozessors einer genauen Abfolge unterliegen und auch der Speicher sowie eventuelle Peripheriegeräte benötigen Strom Einzelne Spannungsregler würden zu viel Platz auf der Leiterplatte einnehmen und die Anforderungen der Spannungssequenzen können sehr komplex sein Für diese Problemstellungen werden Power-Management-ICs PMIC genutzt Der richtige PMIC vereint alle Stromversorgungen auf sehr wenig Raum reduziert zusätzlich die Zahl der benötigten externen Bauelemente bietet weitere Zusatzoptionen für funktionsreiche Anwendungen und integriert auch noch das Power-Sequencing Ein PMIC stellt im Vergleich zu einzelnen Spannungsreglern plus Steuerlogik eine sehr viel effizientere Lösung dar Damit die Vorteile des PMICs voll zum Tragen kommen muss der PMIC an den jeweiligen Prozessor angepasst sein Ein Beispiel ist der neue BD71850MWV von ROHM der für die i MX-8M-Nano-Applikationsprozessoren von NXP Semiconductors optimiert ist PMIC-Lösung für NXPs i MX 8M Alle für die i MX-8M-Nano-Applikationsprozessoren erforderlichen Spannungsversorgungen werden von dem PMIC integriert ebenso die Versorgungen für DDR-Memory und die gemeinsamen System-I Os sechs DC DC-Buck-Regler sechs LDOs und einen 1 8V 3 3V-Leistungsschalter für SDXCKarten Ein programmierbarer Power-Control-Sequenzer im PMIC unterstützt verschiedene Applikationen und Anwendungsfälle Viele Betriebsparameter wie Ausgangsspannung Slew-Rates Leistungszustandsübergänge Reset-Verhalten etc sind per OTP konfigurierbar und oder per Software programmierbar Umfangreiche Überwachungsund Schutzschaltungen runden die Möglichkeiten des PMICs ab Moderne PMCIs benötigen nur sehr wenig Platz auf dem Prozessorboard Der beispielhaft erwähnte Rohm BD71850MWV integriert alle Funktionen in einem kompakten 7 mm x 7 mm großen QFN-Gehäuse mit 56 Pins Das Pin-Layout ist so ausgelegt dass ein einfacher Anschluss an NXPs i MX-8MMini-Prozessor und den DDR-Speicher gewährleistet ist Die Stückliste ist auf ein Minimum reduziert da die voll integrierten Buck-Regler nur einen einzigen Ausgangskondensator benötigen Durch die Integration aller erforderlichen Komponenten werden im Vergleich zu diskreten Lösungen rund 42 Prozent weniger Bauteile benötigt und die Leiterplattenfläche wird bei einer Typ-3-Leiterplatte für einseitige Montage um bis zu 42 Prozent reduziert Bild 1 Bei doppelseitiger Montage können Platinen-Abmessungen mit weniger als 300 mm2 erreicht werden Durch den großen Eingangsspannungsbereich des PMICs von 2 7 Vbis 5 5 Vwird eine Vielzahl von Versorgungsspannungen unterstützt von einzelligen Li-Ionen-Batterien über USB-Ports bis hin zu Netzteilen PMIC-Features Ein leistungsstarker PMIC wie der BD71850MWV kann das gesamte System versorgen er liefert 16 5 Avon seinen sechs voll integrierten DC-DC-Buck-Wandlern und mehr als 1 1 Avon seinen sechs LDOs Durch die automatische Auswahl von Pulsweite und Impulsfrequenzmodulation wird bei der Leistungsumwandlung ein hoher Wirkungsgrad über einen weiten Ausgangsspannungsund Lastbereich erreicht Alle Buck-Regler verwenden integrierte Leistungsschalter mit einer Frequenz von 2 MHz 1 5 MHz So können Low-ProfileInduktivitäten eingesetzt werden die Ausgangsspannung ist in einem weiten Bereich programmierbar Um für jede Aufgabe die optimale Energieeffizienz zu erreichen arbeiten zwei Buck-Regler mit dynamischer Spannungsskalierung Dynamic Voltage Scaling DVS die moderne SoCs benötigen Die optimierte Power-Architektur ermöglicht es Energie über die LDO-Regler mit erstklassigem Gesamtwirkungsgrad für längste Betriebszeiten und optimales Wärmeverhalten Bild 1 PMICs für Embedded Processing sparen Platz und reduzieren die Stückliste Bild Rohm