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POWER SUPPLY
POWER 12 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2016
Molto spesso, più power rail vengono utilizzati per fornire
potenza a un singolo circuito integrato e l’ordine in cui si
susseguono le operazioni di accensione (power up) e spe-
gnimento (power down) assumono un’importanza critica
per un corretto funzionamento dell’integrato stesso. Per
implementare la sequenza richiesta tra i diversi power rail
è necessario instradare in modo opportuno i segnali uti-
lizzati per comunicare lo stato dei differenti alimentatori.
Il progetto dell’infrastruttura preposta all’erogazione
della potenza è caratterizzato da vincoli sempre più strin-
genti. Per minimizzare resistenze e induttanze parassite
è necessario ricorrere a vari piani di potenza, mentre il
numero di condensatori di disaccoppiamento richiesto
è sempre maggiore. Questi devono essere posizionati in
prossimità del carico al fine di garantire una tolleranza
molto stretta per la tensione e assicurare un comporta-
mento stabile nel caso si verifichino improvvise variazioni
di carico. In assenza di un disaccoppiamento
adeguato, tali variazioni di carico possono dar
vita a fenomeni transitori sui terminali di ten-
sione che a loro volta possono generare even-
ti indesiderati come ad esempio reset spuri.
Oltre a ciò, le connessioni di potenza devono
coesistere con le piste di segnale e non interfe-
rire con il loro instradamento, espressamente
progettato per assicurare un controllo accura-
to delle lunghezze dei percorsi, un elemento
critico per la temporizzazione.
Nel momento in cui i vincoli relativi all’eroga-
zione della potenza si fanno più severi, i proget-
tisti devono prendere in considerazione nella
fase iniziale del design la tipologia e il posizio-
namento dei moduli di potenza e dei relativi
componenti. La definizione del routing per
l’erogazione della potenza in questa fase per-
mette di effettuare una stesura delle piste conforme alle
linee guida finalizzate a garantire l’integrità dei segnali,
in modo del tutto analogo a quel che accade per i segnali
ad alta velocità. Cercare di “comprimere” il circuito per la
distribuzione della potenza in una fase successiva spesso
compromette la possibilità di assicurare un’erogazione
“pulita” della potenza e ciò spesso comporta una riduzio-
ne delle prestazioni del prodotto.
Flessibilità e supporto per le future evoluzioni
Anche se è senz’altro utile definire l’architettura per la di-
stribuzione della potenza nelle fasi iniziali di un progetto,
è anche necessario prevedere un certo grado di flessibili-
tà, utile per modificare alcuni parametri, come ad esem-
pio la potenza di uscita di un convertitore PoL, le tensioni
di un terminale o la sequenza di accensione/spegnimen-
to, per tenere il passo con l’evoluzione del progetto.
I moduli di potenza digitali possono garantire la flessibili-
tà richiesta dai progettisti. A differenza delle tradizionali
architetture di potenza di tipo analogico che, essendo di
tipo fisso, richiedono variazioni a livello hardware o di ca-
blaggi nel caso siano necessarie modifiche, i moduli digi-
tali possono essere riprogrammati per regolare i parame-
tri in modo rapido ed economico (Fig. 2). Come riportato
in figura 3, la sequenza dei terminali di tensione può es-
sere configurata e ri-configurata con semplicità mediante
regolatori di tensione digitali. I moduli digitali, inoltre,
richiedono un numero ridotto di componenti esterni, a
tutto vantaggio della semplicità progettuale e della ridu-
zione dello spazio occupato sulla scheda.
Nel corso del progetto e dello sviluppo di un prodotto è
quasi inevitabile l’apporto di modifiche o aggiornamenti.
Come già discusso, molte di queste operazioni possono
essere effettuate mediante la riconfigurazione dei modu-
li di potenza a controllo digitale già integrati nel sistema
senza quindi la necessità di dover modificare la scheda
PCB principale o i moduli preposti all’erogazione della
potenza. Ovviamente, si potrebbero verificare situazioni
che richiederanno aggiornamenti di natura fisica al cir-
cuito originale. Un caso tipico è quello in cui la corrente
di carico aumenta a un valore superiore a quello previsto
dalle specifiche originali, per cui è necessario il ricorso a
componenti elettrici di maggiori dimensioni per fornire la
corrente addizionale richiesta dal carico. Uno dei vantag-
gi legati all’utilizzo dei moduli di potenza è rappresentato
dalla possibilità di minimizzare l’impatto del processo di
aggiornamento della scheda PCB principale, solitamen-
te complessa e costosa. L’aggiornamento a un modulo di
potenza caratterizzato da una potenza di uscita maggiore
spesso si riduce al solo spostamento delle piazzole o dei
fori di montaggio, senza modificare nessun’altra specifica
di progetto della scheda PCB stessa.
Grazie alla potenza digitale, inoltre, è possibile utilizzare
Fig. 2 – I sistemi che adottano un’architettura di potenza digita-
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tore PoL, attraverso l’interfaccia digitale