制御PLDを使った電力管理

この6章にわたるシリーズでは、昨今の複雑な回路ボード設計で効率的な電力管理アーキテクチャを実装する課題について取り上げています。

最初の記事では、現代の回路ボードで問題に焦点を当てていました。特に、この複雑性は、現代の回路ボード向けの効率的な電力管理システムを設計する上で、課題をもたらしています。この記事では、回路ボードへの電力管理の実装に使用される1つの一般的なアーキテクチャと、これらの課題をどのように対処するかについて説明します。

最初のモデルでは、制御PLDが重要な電力管理タスク4つのうち3つを実行しています：

1. “パワーグッド”の監視－各DC-DCコンバータのデジタル「パワーグッド」信号は、制御PLDによって常に監視されています。
2. “電源オンオフ”の管理－制御PLDはDC-DCコンバータの "可能"信号を駆動して、ボードの "電源オンオフ"シーケンスを実行します。
3. 管理信号を送信－ペイロードデバイス用の電源関連の制御信号（リセット、電源OKなど）は、電源投入時に適切な動作を保証し、電源切断時にはその動作を終了させます。

図1: 制御PLDを使って実装された電力管理システム

長所:

• 低コスト
• 簡単なアーキテクチャで制御PLDのシーケンスロジックを複雑さの異なるアプリケーションに対応するように簡単に拡張できます。
• 設計は単一の設計環境（通常はVERILOG / VHDL）を使用して実装できます。これにより、電力管理と制御信号生成の統合が簡単になります。
• 時間ベースおよび/またはイベントベースのシーケンシング対応により、個々のエラーに簡単に対応します。

短所:

• 各電源は中央のPLDへ2つの接続が必要になり、結果として多くの制御PLD I/Oカウントボードとボードの混雑を引き起こします
• DC-DCコンバータからの不正確な「パワーグッド」エラー検出信号による信頼性の低下（通常8%~20%エラー）
• テレメトリの追加（システムレベルの電圧測定コマンドに応答するために実際の電源電圧を監視する）には追加のA / Dコンバータが必要
• 電源管理の専門知識を持つ、ボードレベルのエンジニアによる実装サポートが必要

すべての制御を既存のボード上の制御PLDで行うことで、BOMとコストの削減、および設計の簡素化を実現します。ただし、コストの削減は、一部の設計ではI / Oおよび追加のA / Dコンバータのニーズの増加に対応するため、フットプリントが大きい制御PLDが必要になることで相殺される可能性があります。そして、課題はこれだけではありません。混雑に関連するレイアウト問題、精度の低い「パワーグッド」信号によるデバッグの複雑性、専門チームの必要性などにより、このソリューションを理想的とは言い難いものにしています。

次のブログでは、最初のアーキテクチャのいくつかの短所を改善するためにハウスキーピングタスクを実行する制御PLDに加え、専用電力マネジャICを使った電力管理設計のハイブリッドアーキテクチャをみていきます。

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