Oggi parliamo con Tony Armstrong, che ci spiegherà come Analog Devices sta affrontando le sfide future in ambito di alimentazione. Tony Armstrong è il product marketing director della divisione di prodotto Power by Linear™ di Analog Devices ed è responsabile di tutti gli aspetti gestionali dei prodotti per la conversione di potenza, dalla fase di introduzione sul mercato a quella dell’obsolescenza.
La gestione dell'alimentazione è un elemento di sfida in molti settori della progettazione elettronica, non solo in quello industriale. Gestire al meglio le problematiche di efficienza e gestione termica permettono di ottenere dispositivi con un bassissimo consumo energetico. In questa intervista con Tony Armstrong di Analog Devices valuteremo quali sono gli aspetti importanti del settore Power.
1.Per quanto riguarda l'elettronica di potenza, il vostro portafoglio di prodotti copre un'ampia gamma di applicazioni, dalla gestione delle batterie all’energy harvesting, dal controllo della potenza ai regolatori µModule®. Al momento, in quali segmenti state notando le maggiori attività e in quali vi aspettate la maggiore crescita in futuro?
I prodotti µModule Power by Linear di ADI rappresentano soluzioni complete di alimentazione “system in a package” che riducono al minimo il tempo di progettazione e risolvono i problemi più comuni in termini di spazio su scheda, dissipazione del calore e densità energetica. I nostri prodotti µModule sono soluzioni complete per la gestione dell'alimentazione con controllore dc-dc, transistor di potenza, condensatori d'ingresso e uscita, componenti di compensazione e induttori, integrati in package compatti BGA o LGA per montaggio superficiale. Progettare usando i prodotti micromodule può ridurre significativamente il tempo necessario a completare l'iter progettuale, fino al 50%, a seconda della complessità del progetto stesso. La famiglia di regolatori µModule trasferisce l’impegno di selezione dei componenti, ottimizzazione e scelta del layout, dal progettista al dispositivo, abbreviando la durata complessiva di progettazione e risoluzione dei problemi, migliorando decisamente il time-to-market. Oggi l'esperienza nel progettare gli alimentatori switching sta diminuendo a livello globale, mentre la pressione per un time-to-market veloce è in aumento. Avere a disposizione una soluzione semplice e pronta, presenta molti vantaggi per i produttori, che necessitano di un alimentatore completo di tutto, garantito per un funzionamento corretto fin dalla prima prova.
I regolatori µModule di Power by Linear integrano i componenti fondamentali comunemente usati negli alimentatori a componenti discreti, catene di segnale e progetti con isolamento elettrico, in un fattore di forma compatto come quello di un IC. Con il supporto di collaudi rigorosi e processi produttivi altamente affidabili, il portafoglio dei prodotti µModule semplifica lo sviluppo e il layout dei progetti di conversione di potenza.
La famiglia dei prodotti μModule comprende un’ampia gamma di applicazioni quali regolatori point-of-load, caricabatterie, LED driver, sistemi di gestione alimentazione (alimentatori a controllo digitale PMBus), convertitori isolati. Come soluzioni altamente integrate, con i file Gerber per i PCB disponibili per ogni dispositivo, i prodotti per alimentazione μModule risolvono i limiti di tempo e spazio, offrendo un alto livello di efficienza e affidabilità e, grazie all’impiego di componenti selezionati, un basso livello di EMI in conformità agli standard EN55022 classe B.
Dato che le risorse di progetto vengono messe alla prova dall’aumento della complessità di sistema e da cicli progettuali sempre più brevi, l’attenzione ricade sugli aspetti fondamentali della proprietà intellettuale del sistema stesso. Spesso, questo fa sì che durante lo sviluppo l’alimentatore venga messo da parte fino alle ultime fasi. Con poco tempo a disposizione e magari anche poche risorse per la progettazione specialistica dell’alimentazione, si crea parecchia pressione per trovare una soluzione ad alta efficienza e dagli ingombri il più possibile contenuti.
Questo è l’ambito in cui il regolatore μModule fornisce la risposta ideale. Concettualmente è complesso all’interno, ma semplice fuori: l’efficienza di un regolatore switching con la semplicità di progetto di un lineare. Una progettazione oculata, la disposizione sul PCB e la scelta dei componenti sono fattori estremamente importanti nella realizzazione di un regolatore switching e molti progettisti di provata esperienza hanno sentito, quando erano ancora alle prime armi, l’odore inconfondibile dei circuiti bruciati. Quando la scadenza è vicina o l’esperienza di progettazione limitata, il regolatore già pronto μModule fa risparmiare tempo e riduce i rischi. Grazie all’insieme di tutte le caratteristiche e i benefici descritti in questo articolo, è facile comprendere come i regolatori µModule rappresentino una delle nostre linee di prodotto a più rapida crescita.
2. Secondo gli esperti di mercato, i moduli di potenza stanno mostrando il più elevato tasso di crescita nel settore. È d’accordo?
Sì, confermo che i moduli di potenza stanno vivendo un momento di grande crescita, come discusso precedentemente..
3. Qual è la sua posizione sulle nuove tecnologie quali SiC, GaN, IEGT e wide band gap? Che effetto avranno sui vostri prodotti di elettronica di potenza nell’immediato futuro?
È chiaro che le tecnologie SiC e GaN hanno un ampio potenziale di crescita per il futuro, si stanno sviluppando e diventano d’uso sempre più comune. Non possiamo scendere nei dettagli di cosa stiamo facendo in queste aree di prodotto, se non per dire che stiamo studiando molto da vicino come si stanno sviluppando queste tecnologie e i rispettivi potenziali di crescita di mercato. Se identificheremo delle aree dove poter fornire soluzioni di prodotto decisive, svilupperemo e progetteremo soluzioni specifiche ad alte prestazioni.
4. Vincent T. Roche, il vostro CEO, ha affermato di recente che “il 5G rappresenta un’opportunità enorme per ADI.” Quale può essere il ruolo dell’elettronica di potenza in tutto questo?
Le prestazioni del 5G sono centinaia di volte più veloci di quelle del 4G. La velocità teorica di download può raggiungere i 10 Gbps, con un drastico aumento dell’affidabilità e una latenza enormemente ridotta. Ma la vera questione riguarda l’ascesa del 5G e l’impatto che avrà sulle nostre vite. Immagini di poter scaricare un film in risoluzione 4k in pochi secondi. La realtà virtuale completamente diventerà indistinguibile dalla realtà vera e propria.
Per di più, immagini un mondo di 50 miliardi di dispositivi sempre attivi, sempre connessi per rendere più facili gli spostamenti, più intelligenti le abitazioni, più curato il corpo, più coinvolgente l’intrattenimento e più sicuro il mondo in cui viviamo. Ecco le prospettive del 5G. E forse l’aspetto migliore è che il futuro è più vicino che mai, dato che il 5G è in fase di progetto e collaudo proprio ora. Insieme, National Instruments e Analog Devices stanno lavorando per sviluppare il 5G, con innovazioni e una collaborazione che mirano a superare ciò che attualmente è possibile.
National Instruments offre a ingegneri e scienziati gli strumenti innovativi di cui hanno bisogno oggi per creare soluzioni innovative che definiscano il domani. Gli strumenti di progettazione e collaudo di NI, che abilitano la ricerca e sviluppo del 5G, rappresentano un’ulteriore manifestazione di questo impegno.
Un esempio è costituito dalla famiglia di Vector Signal Transceiver di seconda generazione di National Instruments.
L’ RF VST combina molti strumenti in uno — inclusi un generatore e un analizzatore di segnale RF e un FPGA programmabile dall’utente — su un unico modulo PXI a 2 slot. Analogamente, il VST in banda base combina un generatore di segnale e un digitizer IQ in banda base, un FPGA programmabile dall’utente in un modulo a 2 slot. L’architettura unica di entrambi gli strumenti permette agli ingegneri di ridurre i costi di collaudo, accelerando le misure e riducendo il costo del bene strumentale.
Queste prestazioni e la riprogrammabilità consentono agli ingegneri lo sviluppo di test e programmi di caratterizzazione per molti standard cellulari (inclusi 3G, 4G, LTE, e 5G, unitamente a wi-fi e Bluetooth®) con una singola soluzione integrata. E proprio perché il VST di seconda generazione può adattarsi rapidamente a qualsiasi nuovo standard via software, è in grado di accelerare significativamente la prototipazione, lo sviluppo e il collaudo del 5G.
Il guadagno in prestazioni ed efficienza che ne consegue riduce tempo e costi delle prove e permette di portare sul mercato i progetti più avanzati con maggior velocità. L’evidenza di questo successo si può già riscontrare nelle attività di università e aziende di tutto il mondo, dove la strumentazione riprogrammabile di National Instruments sta consentendo la prototipazione del 5G NR (new radio) in un massivo sviluppo di apparati MIMO, onde millimetriche, channel sounding, e waveform development.
E dato che il 5G continua a crescere, le prestazioni e la flessibilità dei VST di seconda generazione ne consentono l’adattamento agli standard in evoluzione, rendendolo uno strumento di test insostituibile per le sfide impegnative 5G del domani.
Ci sono oltre 100 componenti Analog Devices che contribuiscono a sostenere l’enorme miglioramento di prestazioni e la riduzione del fattore di forma dei VST di seconda generazione. E ancora più importante di queste 100 soluzioni ottimizzate è la profonda collaborazione che unisce Analog Devices e National Instruments. È proprio attraverso questa cooperazione che ADI e NI hanno potuto approfondire come i VST di seconda generazione potessero lavorare al livello di prestazioni richiesto. ADI ha messo a disposizione i componenti personalizzati su precise specifiche di NI e, insieme, NI e ADI hanno collaudato e ottimizzato le prestazioni di questi componenti in modo iterativo, fornendo a NI le soluzioni ideali da integrare nei VST di seconda generazione, stimolando reciprocamente la percezione del livello di prestazioni richieste dal 5G.
Figura 1: Tony Armstrong
Non vedo l’ora di vedere cosa si potrà realizzare con le reti 5G.
Credo che quando ci sarà una certa diffusione sul pianeta, ci sarà una corsa per le varie aziende per fornire dispositivi atti ad utilizzarla e per i programmatori per creare nuove applicazioni per usifruire della sua potenza.
Il 5G aggrega un insieme di tecnologie molto interessanti. Le onde millimetriche, ad esempio, verranno utilizzate anche per la trasmissione di tipo mobile. Fondamentale sarà il posizionamento e il funzionamento delle antenne array, tenendo presente che queste onde hanno una penetrazione inferiore a quella delle onde utilizzate nelle tecnologie precedenti.
Una spiegazione molto esaustiva su prodotti e sfide del settore elettronico. Sarà interessante potersi rendere conto di come il 5G cambierà radicalmente la vita e avrà un impatto sostanziale anche sul settore industriale, sia in termini di velocità che di qualità del servizio.
Se non sbaglio, l’acquisizione da parte di Analog Devices della Linear è avvenuta da un paio di anni ed è stata considerata una mossa strategica importante vista la complementarietà delle due aziende e questa intervista sembra proprio confermare!