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Affrontare le sfide di progettazione degli alimentatori con circuiti integrati di gestione dell’energia programmabili dall’utente

PMIC programmabili dall’utente

I PMIC programmabili dall’utente, come il TPS6521905 di Texas Instruments, possono accelerare i processi di progettazione e ridurre i costi di sistema mantenendo elevata efficienza energetica e dimensioni compatte.

I progressi nella tecnologia dei processori e degli FPGA stanno rendendo più stringenti i requisiti di alimentazione di questi prodotti. Oltre a fornire le tensioni e le correnti corrette alle linee di alimentazione, molti sistemi di alimentazione necessitano di funzionalità quali il sequenziamento (l’attivazione delle linee di alimentazione in un determinato ordine), modalità a basso consumo ed elementi di monitoraggio.

Sebbene sia possibile costruire una soluzione utilizzando componenti discrete, i circuiti integrati di gestione dell’energia (PMIC) possono accelerare e migliorare il processo di progettazione. I PMIC uniscono molte tra le più comuni funzioni di gestione dell’energia in un unico chip ad elevata efficienza energetica, che può semplificare i progetti e ridurre le dimensioni delle soluzioni di alimentazione.

I vantaggi offerti dai PMIC programmabili dall’utente

Esistono molti tipi di PMIC: programmati in fabbrica, configurabili tramite hardware e configurabili tramite software. Ma in situazioni in cui un’ampia flessibilità e una facile personalizzazione sono priorità elevate, un PMIC programmabile dall’utente può essere la soluzione migliore, offrendo un controllo eccezionale su dettagli come le tensioni della linea di alimentazione e il sequenziamento dell’alimentazione. I driver Linux sviluppati appositamente per questi PMIC consentono al sistema di attivare riavvii, riavvii graduali e modalità a basso consumo; consentono inoltre il ridimensionamento dinamico della tensione, adattando le tensioni del convertitore buck per soddisfare le più recenti esigenze di alimentazione del sistema.

È normale che i requisiti di alimentazione di un sistema cambino durante il processo di progettazione. Potrebbe rendersi necessario aggiungere o rimuovere periferiche, aggiornare o scambiare processori o introdurre differenti modalità di alimentazione.

Un buon esempio arriva dagli FPGA. La riconfigurabilità di questo componente è uno dei suoi punti di forza, ma qualsiasi modifica ai requisiti di progettazione e di carico dinamico influenzerà anche i requisiti di gestione dell’energia.

Differenti tipi di PMIC programmabili

Quando si tratta di personalizzazione, molti tipi di PMIC presentano dei limiti. Per esempio:

  • I PMIC programmati in fabbrica sono dispositivi a catalogo o personalizzati, pre-programmati per alimentare processori o FPGA specifici solitamente in dispositivi prodotti in grandi volumi.
  • I PMIC configurabili tramite hardware utilizzano resistori per modificare le tensioni di uscita, il che può portare a soluzioni di alimentazione con un ingombro più ampio sul circuito stampato. Inoltre, l’aggiunta del sequenziamento di potenza richiederà un sequenziatore o un microcontrollore esterno.
  • I PMIC configurabili tramite software necessitano di un microcontrollore da associare per la configurazione all’avvio; queste modifiche alla configurazione non sono permanenti e il PMIC deve essere riconfigurato dopo ogni ciclo di accensione.

Qualsiasi categoria di PMIC può offrire un certo livello di adattamento a questi requisiti in evoluzione, ma la personalizzazione di un PMIC programmabile dall’utente è un solido complemento all’adattabilità dell’FPGA. I PMIC programmabili dall’utente possono ridurre la quantità di tempo necessaria per la revisione delle architetture di alimentazione FPGA senza compromettere la qualità delle soluzioni di alimentazione, offrendo maggiore flessibilità per sperimentare diversi progetti con FPGA.

TPS6521905: PMIC programmabile dall’utente di TI

È possibile riprogrammare più volte un PMIC programmabile dall’utente come nel caso del TPS6521905 di Texas Instruments tramite la sua memoria EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory).   Il TPS6521905 viene inizializzato con una EEPROM vuota, disabilitando tutte le linee di alimentazione fino alla sua configurazione, evitando così qualsiasi potenziale danno durante il processo di produzione se si alimenta e si inserisce il PMIC nella scheda prototipo prima della riprogrammazione.
La Figura 1 rappresenta un diagramma a blocchi del TPS6521905.

PMIC programmabili dall'utente
Figura 1: diagramma a blocchi del TPS6521905.

Utilizzando la comunicazione I2C, è possibile programmare i tre convertitori buck e i quattro regolatori a bassa caduta di tensione del TPS6521905 per personalizzare le tensioni delle linee di alimentazione e le sequenze per differenti modalità operative. È possibile impostare funzionalità di sicurezza come il rilevamento di sottotensione e soglie di temperatura nonché configurare i tre pin multifunzione e i tre pin di ingresso/uscita digitali per interfacciarsi con altri dispositivi. Se il sistema necessita di più linee di alimentazione, è possibile sincronizzare più dispositivi TPS6521905, come illustrato nella Figura 2.

PMIC programmabili dall'utente
Figura 2: Collegamento in cascata di più dispositivi TPS6521905.

Il TPS6521905 è disponibile in un package di soli 4 x 4 mm e funziona a una frequenza di commutazione di 2,3 MHz; le dimensioni compatte e l’elevata frequenza di commutazione consentono requisiti di induttanza e capacità di ingresso/uscita inferiori, con conseguente risparmio di spazio e riduzione dei costi di sistema.

Dalla prototipazione alla produzione

Un PMIC programmabile dall’utente è una tabula rasa con molte opzioni di personalizzazione. Può ridurre i costi e i tempi di progettazione ed è spesso riutilizzabile in diversi progetti. È possibile riprogrammare un singolo codice per sostituirne diversi con codici diversi, semplificando la catena di fornitura.

Queste sono le fasi del processo dalla prototipazione alla produzione con un PMIC programmabile dall’utente come il TPS6521905:

  1. Definire le specifiche delle impostazioni della memoria non volatile in base ai requisiti della soluzione di alimentazione.
  2. Riprogrammare il TPS6521905 con TPS65219-GUI TPS65219EVM-SKT, utilizzando la guida alla programmazione e il video tutorial come riferimenti.
  3. Eseguire test e validazioni sul PMIC configurato, rivalutando il progetto fino a quando non soddisfa i requisiti di sistema.
  4. Una volta finalizzato il progetto, esportare le impostazioni di registro TPS65219-GUI personalizzate.
  5. Programmare in serie i registri TPS6521905 in modo autonomo o utilizzare un servizio di programmazione di terze parti.

Conclusione

Un PMIC programmabile dall’utente può essere una buona scelta date le sue numerose opzioni di personalizzazione; può inoltre accelerare i processi di progettazione e ridurre i costi di sistema mantenendo l’efficienza energetica e le dimensioni compatte.

Lavorare con PMIC programmabili dall’utente può rappresentare una nuova esperienza per gli ingegneri. Texas Instruments mira a facilitare il processo e offrire supporto tecnico in ogni fase del processo attraverso guide utente PMIC programmabili dall’utente, video tutorial e note applicative, nonché con i forum di supporto alla progettazione TI E2E.

La scheda tecnica del TPS6521905 è disponibile qui mentre informazioni tecniche approfondite sulla programmazione della memoria NVM del TPS65219 sono presenti nell’apposita Programmer’s Guide.

Louise Yang è Product Marketing Engineer presso Texas Instruments.