Come misurare l’assorbimento di potenza dell’i.MX 6UltraLite

I processori della famiglia i.MX6 UltraLite di NXP/Freescale Semiconductor, caratterizzati da elevate prestazioni ed eccellenti valori di efficienza, includono un modulo integrato per la gestione dell’alimentazione che riduce la complessità dell’alimentatore esterno e semplifica notevolmente la gestione delle varie linee di alimentazione. In questo articolo, attraverso diversi casi di utilizzo condotti sull’evaluation board MX6UL EVK, verranno presentate delle misure di assorbimento di corrente condotte sul processore i.MX 6UltraLite. Lo scopo è quello di aiutare il progettista a scegliere il tipo di alimentazione più opportuno, acquisendo nel contempo familiarità con le diverse modalità di alimentazione offerte dal processore.

Le linee di alimentazione

I processori della serie i.MX 6UltraLite dispongono di diverse linee (o domini) di alimentazione esterni, ai quali si aggiungono altrettanti domini di alimentazione interni. In Figura 1 possiamo osservare le connsessioni di queste linee di alimentazione, come pure la distribuzione dei domini interni.

Figura 1 – le linee di alimentazione dell’i.MX 6UltraLite

Figura 1: le linee di alimentazione dell’i.MX 6UltraLite

Le misure di assorbimento interno

Diversi casi di utilizzo (o anche "use cases" nella forma anglosassone) sono stati eseguiti sulla revisione C2 della piattaforma di sviluppo, acquisendo le misure dei seguenti domini di alimentazione:

  • VDD_SOC_IN – alimentazione della piattaforma di sviluppo
  • VDD_HIGH_IN – sorgente dell’alimentazione per i PLL, le DDR, i PHY, e altri moduli ancora.

Occorre a questo punto fare qualche precisazione:

  • i due domini sopra menzionati sono stati selezionati in quanto sono quelli che assorbono la maggiore potenza interna del processore;
  • in alcuni casi di utilizzo, è stata eseguita anche la misura di assorbimento su domini di alimentazione addizionali, che è ovviamente significativa solo quando i moduli associati vengono utilizzati;
  • l’assorbimento di potenza del modulo SNVS si può ritenere trascurabile, ad eccezione della modalità Deep-Sleep. Ricordiamo che il modulo SNVS (acronimo di Secure Non Volatile Storage) include il Secure Real Time Clock, la Security State Machine, il Master Key Control, e il circuito Violation/Tamper Detection (rilevamento di violazioni o manomissioni del sistema);
  • l’assorbimento sulle linee NVCC_xxx (si veda la Figura 1) dipende principalmente dal livello di configurazione della board e dai componenti utilizzati. Per questa ragione non è stato incluso nell’analisi delle alimentazioni interne dell’i.MX 6UltraLite;
  • se non specificato diversamente, tutte le misure sono state effettuate su chip standard di produzione, alla temperatura approssimativa di 26 °C.

Dominio VDD_HIGH_CAP

La tensione sul dominio VDD_HIGH_CAP è generata da un regolatore a basso dropout da 2,5 V (indicato con LDO_2P5 in Figura 1). Questo dominio alimenta i seguenti circuiti:

  • modulo tensione di riferimento bandgap;
  • eFUSE;
  • parte analogica dei PLL;
  • pre-driver dei segnali di input/output delle memorie DDR (NVCC_DRAM_2P5).

Alimentazione DDR I/O

I segnali di input/output delle DDR sono alimentati dal dominio NVCC_DRAM, che fornisce l’alimentazione ai gruppi di segnali di I/O delle DDR. Il valore della tensione dipende dal tipo di interfaccia DDR utilizzato; più precisamente i valori sono i seguenti:

  • 1,5 V per le DDR3;
  • 1,35 V per le DDR3L;
  • 1,2 V per le LPDDR2.

La potenza assorbita dal dominio NVCC_DRAM è influenzata da numerosi fattori, tra i quali possiamo citare i seguenti:

  • rate di utilizzo dell’interfaccia DDR;
  • on-die termination (ODT): la resistenza di terminazione può essere abilitata o disabilitata (Enabled/Disabled), ed è inoltre possibile selezionare il valore di terminazione, utilizzato sia per il controllore che per le memorie DDR;
  • terminazione di scheda per le linee di controllo DDR e per il bus indirizzi;
  • configurazione delle memorie DDR;
  • assorbimento dei dispositivi di memoria DDR.

Ricordiamo che l’on-die termination (ODT) è una caratteristica delle memorie SDRAM DDR3/DDR3L che consente di includere/escludere la resistenza di terminazione per ogni segnale DQ, DQS, DQS#, e DM. Questa funzionalità viene progettata in modo tale da migliorare l’integrità del segnale del canale di memoria, consentendo al controllore DRAM di includere o escludere selettivamente la resistenza di terminazione per uno, alcuni, o tutti i dispositivi di memoria DRAM.

Livelli di tensione utilizzati nelle misure

I livelli di tensione di tutti i domini (eccetto per VDD_SOC_IN) sono stati impostati ai valori tipici definiti nel datasheet del processore i.MX 6UltraLite [2]. Il dominio VDD_SOC_IN fa eccezione, in quanto, per ridurre gli assorbimenti, la tensione VDD_SOC_IN viene modificata durante l’esecuzione dei casi di utilizzo tramite un DVFS (Dynamic Voltage and Frequency Scaling).

Livelli di tensione VDDARM

I livelli di tensione per VDDARM variano in base al setpoint utilizzato nel DVFS, il quale è a sua volta selezionato dal driver DVFS (anche detto CPUFREQ). Diversi fattori influenzano la selezione di questo setpoint, tra i quali il più importante è senza dubbio il carico della CPU. Altri importanti fattori sono i requisiti di latenza della CPU, le limitazioni di carattere tecnico, e i requisiti di prestazioni delle periferiche di I/O. I setpoint di tensione e frequenza utilizzati nelle misure sono indicati in Tabella 1. La maggiorparte delle misure sono state eseguite utilizzando questi livelli di tensione, e il valore di tensione utilizzato per il calcolo dell’assorbimento è ottenuto come media della tensione di questi setpoint, tenendo conto del tempo per cui è stato utilizzato ciascun setpoint. [...]

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2 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 2 ottobre 2018
  2. Stefano Lovati Stefano Lovati 2 ottobre 2018

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