С первой ревизии

Еще два пособия по построению источников питания. В этот раз ST с резонансным преобразователем и Infineon с PFC. Все как надо: схема, немного расчетов, диаграммы и топология. Устройства предназначены для потребительской электроники, это можно заметить по довольно свободному расположению компонентов на печатных платах (особенно у ST).

Продолжая тему питания, очередной интересный материал о проектировании питания ядра на 2000А. Авторы справедливо упоминают, что производители современных источников стремятся упаковать силовую часть в единый корпус для снижения паразитных параметров и увеличения эффективности. Система управления при этом усложняется, а информация о ней практически отсутствует в документации. Печатная плата оказывает все большее влияние на PDN. Кстати, упоминается топология TLVR, о которой я писал ранее, она уже повсеместно применяется для систем питания.

Всегда ли новые технологии - лучше? Вчера мне потребовалось найти полевой транзистор для работы в линейном режиме. По итогу Optimos 6 от Infineon оказался значительно хуже, чем их старый HEXFET, причем корпуса у них одинаковые как и тепловое сопротивление. Видно, что сопротивление открытого канала у HEXFET больше в 90 раз. Но линейный режиме противоположность ключевому, в нем важна SOA, которая у HEXFET значительно лучше. При улучшении процесса изготовления транзисторов производитель снижает Rdson за счет более тонких слоев и путем упаковки большего количества кристаллов в один корпус. Все эти инновации влияют на способность кристалла выдерживать ток в течении длительного времени и могут приводить к локальным перегревам. Возможно, есть и другие причины, будет интересно услышать знающих людей

Очень интересный документ от Infineon. Производители мощных источников питания редко показывают их начинку, особенно в таких подробностях. В документе рассматривают 8кВт источник питания для серверов в форм факторе CRPS и кпд до 97.7%. Много интересных технических решений, таких как печатный трансформатор с двумя дросселем в одном корпусе, преобразователи в виде вертикальных карт. Также мне понравился “baby boost”, который способен работать 20мс в случае пропадания сети и обеспечивать требуемое напряжение для LLC. В конце документа приведена полная схема с указанием всех компонентов.

Написал статейку по драйверам. Сложность - средняя, поскольку я решил не объяснять некоторые базовые вещи. Отлично пойдет тем, кому интересно как влияют резисторы в затворах транзисторов на КПД вашего источника питания (не всегда маленький резистор увеличит ваш КПД)

В комментариях к предидущему посту подсказали интересую идею: формировать отрицательное напряжение с помощью вывода SW положительного источника. Принцип работы довольно простой: когда открыт верхний ключ - емкость С1 заряжается до Vin через диод D1, когда открыт нижний ключ - потенциал на левом выводе С1 равен 0. Тк конденсатор был заряжен до Vin, на его правой обкладке будет -Vin, это напряжение проходит через D2 и фильтруется C2. Если добавить D3 получится те самые -0.6В, однако, при необходимости, можно сформировать и большее отрицательное напряжение. Есть и другие несложные способы сформировать более стабильное отрицательное напряжение от одного источника. TI, например, предлагает использовать 1:1 трансформатор для этих целей.

Помню, в комментариях к моей статье на хабре критиковали использование charge pump для формирования отрицательного напряжения. Некоторые писали: «так не делают, будет много шумов, большая цена». Другие писали, что проще калибровать АЦП на уровень нуля (что тоже неверно). Сегодня я нашел подтверждение своих слов, на картинке два варианта формирования отрицательного напряжения для корректной работы RRIO операционных усилителей около нуля. Для подобных случаев даже есть отдельная микросхема - LM7705, выдержка из ее спецификации:

The LM7705 device is a switched capacitor voltage inverter with a low noise, −0.23 V fixed negative voltage regulator. This device is designed to be used with low voltage amplifiers to enable the amplifiers output to swing to zero volts.

Стоит такое чудо 220 рублей на чип и дипе. Считаю, хороший кандидат, если вам требуется формировать чистый 0.

Забыл в свое время порекомендовать прекрасную статью по SI DDR от моего знакомого. Всем кто планирует когда - либо либо работать с DDR - читать обязательно.

Обзор инфраструктуры системы питания и охлаждения в датацентрах (нужно читать и смотреть видео). Складывается ощущение, что вскоре нас ждет водяное охлаждение и для обычных процессоров, учитывая их ежегодный рост потребляемой мощности.

Как выглядит измерительная часть туннельного микроскопа? Часть 2 С измерением тока разобрались, остается вопрос, как перемещать головку с точностью в пару нм? Для это отлично подходят пьезоэлектрические позиционеры. Обратный пьезоэффект - процесс преобразования электрической энергии в механическую. На этом эффекте и построено перемещение головки на пару нм за шаг. Сложность таится в том, что к пьезоэлементу требуется прикладывать высокое напряжение. Управление позиционированием головки может быть с обратной связью (правая нижняя схема) и без (правая верхняя). На нижней схеме точный усилитель управляется АЦП, далее стоит высоковольтный мощный усилитель, который и формирует нужное напряжение на пьезоэлементе. Верхняя схема работает без обратной связи, однако она оперирует не напряжением, а зарядом, за счет этого и обеспечивается линейность перемещения. Счетчик формирует импульсы равной длительности, которые приходят на драйвер верхнего MOSFETа. Драйвер подает напряжение известной амплитуды на затвор транзистора, за счет этого формируется ток, равный 2.5А за известный промежуток времени (что и является постоянным зарядом). Мониторинг напряжения осуществляется через делитель с буфером, при достижении заданого порога срабатывает цепь нижнего MOSFETа, разряжая пьезоэлемент через мощный резистор. Схема без обратной связи обладает более быстрым откликом, однако важно использовать драйверы и ключи, способные переключаться с высокой частотой.

Как выглядит измерительная часть туннельного микроскопа? Часть 1 Туннельный сканирующий микроскоп это прибор, способный построить профиль исследуемой поверхности с разрешением в пару атомов. Разберем принцип его работы: Измерительная головка (игла) микроскопа удерживается на расстоянии нанометров от поверхности материала. На кончике иглы диаметром в несколько ангстрем присутствует потенциал равный паре вольт. За счет разности потенциалов образуется туннельный ток из исследуемого образца в измерительную головку. Туннельный ток характеризуется экспоненциальной функцией в зависимости от расстояния до поверхности образца. На основании данного эффекта и строится рельеф поверхности. Для того чтобы измерять наноамперы используется трансимпедансный усилитель (U1), при таких входных токах требуется огромное сопротивление в обратном связи (0.1ГОм). Смещение измерительной головки фильтруется и буферизируется усилителями U4, U2. Усилитель U3 используется для компенсации резких скачков тока, возникающих при перемещении иглы на новую координату. Цепь C5, R6 создает импульс, компенсирующий импульс тока при переходе к следующей позиции. Итоговый значение получается при вычитании импульсов и сдвига щупа на дифференциальном усилителе U5. Одновременно с этим в игру вступают и шумы, которые могут создавать искажение полученной картины. Автор пользуется интересным приемом для ограничения полосы пропускания U1, цепь C1, R2 зарезает полосу контура усиления, тем самым снижая воздействие высокочастотного шума (en*Cin) на усилитель.

Когда-то Александр поделился в своём канале историей о том, как длинное заземление щупа осциллографа стало причиной колебательных процессов в измеряемом сигнале. Этот случай — отличный и наглядный пример того, почему при важных измерениях лучше использовать "короткую землю". Сегодня у меня как раз выдалась возможность подробнее разобраться в этом явлении и объяснить, что именно вызывает тот самый звон — и как он возникает.

Вот такими были операционные усилители в 1952 году. На них даже присутствует документация с типовыми схемами применения.

Может ли диод проводить в обратном направлении? Нас всегда учили, что диод проводит только в прямом направлении, однако ток может появится и в обратном направлении при определенных условиях. Обратный ток появляется если к проводящему в прямом направлении диоду резко приложить обратное напряжение (от катода к аноду, как показано на рисунке сверху). При прямом смещении p-n перехода в полупроводнике присутствует большая концентрация не основных носителей заряда. Для того чтобы диод заперся (образовался потенциальный барьер), требуется, чтобы носители рассосались. Однако рассасывание носителей происходит не мгновенно, а за время trr, суммарный заряд, который требуется удалить - Qrr. Пока носители не рассосутся, через диод протекает импульс обратного тока, который можно видеть на картинках слева. Данный эффект ограничивает частоту работы схем, в которых напряжение, приложенное к диоду, регулярно меняет знак. Чтобы снизить негативный эффект от восстановления, возможно использование диодов Шоттки и Fast recovery, сравнение переходных характеристик можно видеть на графике справа. Таким образом, при выборе диода для схем с частой сменой полярности напряжения стоит обращать внимание на параметры trr и Qrr.

Задумывались ли вы почему PCIe из поколения в поколение требует ставить одни и те же номиналы последовательных конденсаторов по линиями данных? Казалось бы, если твое устройство работает на Gen.4-5 можно было бы и снизить емкость, ведь скорость передачи возросла с 2.5GT/s до 32GT/s. Однако тут есть нюанс. Поскольку частой ситуацией является наличие локальных тактовых генераторов, несинхронизированных друг с другом, PLL приемника приходится синхронизироваться по данным, приходящим с передатчика. Когда линк, например Gen.1, начинает подниматься, происходит отправка тестовой последовательности для синхронизации PLL. Символы COM и EIE, состоящие из 5 последовательных 1 или 0, отправляются с передатчика на приемник. PLL приемника гораздо проще синхронизироваться на сигнал, эффективная частота которого снижена в 5 раз. С ростом скорости передачи количество последовательных битов увеличивается пропорционально (для Gen.2 это будет 10 нулей или единиц). Таким образом частота сигнала для синхронизации PLL будет одинакова для Gen.1 и Gen.5, соответственно номинал конденсатора должен оставаться тем же.

Вернемся опять к эквалайзерам. Нашел интересный инструмент в пакете Matlab: SerDes designer. Позволяет произвести быстрое моделирование канала: в качестве блоков можно добавлять CTLE, DFE, FFE, задавать им параметры с последующей визуализацией. С помощью инструмента можно оценить реакцию системы на единичный импульс, построить глазковую диаграмму с BER. Естественно, для более точных результатов потребуется экспорт S-параметров тракта и 2.5/3D решатель. Данное же приложение удобно использовать для первоначальной оценки влияния настроек эквалайзеров и канала на целостность сигнала.

Помните этот пост? Так вот, теперь Infineon дополнил линейку модулем с 4 фазами и общим током до 280А. Такое решение явно может конкурировать с составной реализацией от других производителей. Также коллега подсказал, что подобные модули уже используются в системе питания GPU.