descripción general
Los avances en dispositivos de misión crítica como FPGA y microprocesadores están impulsando la necesidad de soluciones de administración de energía de próxima generación. El aumento de los niveles de potencia, los voltajes más bajos y, en consecuencia, las tolerancias de voltaje más estrictas están provocando que los proveedores tolerantes a la radiación reconsideren e introduzcan nuevos dispositivos de administración de energía para satisfacer estas crecientes demandas. Este documento técnico explora estos desafíos en detalle y cómo los nuevos dispositivos de administración de energía los cumplen o los superan.
La industria espacial tiene una demanda creciente de productos avanzados de administración de energía que puedan soportar entornos de radiación hostiles y proporcionar capacidades de alto rendimiento “similares a las comerciales”. Un regulador de caída baja (LDO) es el dispositivo elegido cuando el requisito de carga es inferior a 2 amperios o cuando se desea una solución fácil de implementar. En aplicaciones de amplificadores de RF sensibles, los LDO deben usarse sobre reguladores de conmutación debido a su mayor rendimiento de ruido de salida. Los reguladores de conmutación son ideales cuando se reducen a voltajes más bajos o cuando los requisitos de corriente son superiores a 2 A y se necesita una solución más eficiente. Con la adopción de soluciones de procesamiento central de próxima generación para aplicaciones satelitales como FPGA, los requisitos de potencia total y las tolerancias reglamentarias dificultan que los diseñadores miren más allá de lo que está disponible actualmente. Por ejemplo, los requisitos de corriente de carga han aumentado a medida que han disminuido los voltajes centrales y, en algunos casos, las tolerancias de voltaje han disminuido de ±10 % a ±5 %. Las fuentes de alimentación que cumplan con esta tolerancia de ±5 % con precisión de voltaje de salida en operación estática y dinámica, rango de temperatura, respuesta transitoria de carga y rendimiento transitorio de evento único requieren soluciones de próxima generación. Por ejemplo, los FPGA Virtex V utilizan un voltaje de núcleo de 1,0 V ±5 % y un voltaje de suministro auxiliar de 2,5 V ±5 %.
Las estrictas especificaciones de regulación exigidas por los FPGA requieren que la tolerancia de la referencia de banda prohibida del regulador de conmutación sea precisa sobre los voltajes operativos de entrada y salida. Proporcional a temperatura absoluta (PTAT), banda prohibida y recorte en chip se pueden utilizar para lograr este objetivo en dispositivos de potencia monolíticos. La tolerancia general del regulador se basa en la precisión de la banda prohibida del dispositivo, la tolerancia de las resistencias configuradas externamente y los efectos de la operación en el rango de temperatura deseado. Si la precisión inicial del dispositivo es fija (p. ej., ±1,5 % sobre la temperatura), la tolerancia de la resistencia externa se suma a este término de error. Por ejemplo, el uso de resistencias externas de ±1 % establece la tolerancia del divisor del punto de referencia del voltaje de salida en ±2,0 %. Ambos suman un error de regulación total en el peor de los casos de ±3,5%. Los voltajes de núcleo de FPGA y microprocesador requieren reguladores de potencia para regular a un voltaje de salida típico de 1 V ± 5 %, incluidos factores como conjuntos, transitorios de carga y variaciones de línea y carga.