Una maggiore velocità di trasmissione dei dati fra circuiti integrati offre vantaggi universali rendendo possibili sistemi con funzionalità migliori, dallo streaming di video con qualità superiore ad apparecchiature di rete più efficienti e affidabili. Questo flusso di quantità maggiori di dati in periodi di tempo più brevi costringe i progettisti di sistemi ad affrontare l’eterno problema di ottenere un’elevata qualità dei dati riducendo al minimo gli errori indotti non intenzionali, specialmente quelli derivanti da fattori quali il layout della scheda di circuiti stampati, l’impedenza delle tracce, la diafonia, l’interferenza elettromagnetica e altri ancora. Quindi, ha senso ridurre le distanze fra circuiti integrati in costante comunicazione fra di loro e aggiungere strati alla scheda che pertanto presenta una densità maggiore dei componenti. Così procedendo ci si trova a dover affrontare un altro problema: come inserire quanti più circuiti integrati e connettori sul lato superiore della scheda senza aumentare il costo del prodotto finale. Il costo corrisponde in gran parte alle dimensioni e allo spessore della scheda; per schede più piccole e per un numero inferiore di strati, a volte il problema diventa quali componenti occorre rimuovere o quali funzioni eliminare per ridurre il costo di produzione, quantunque il valore di rivendita del dispositivo potrebbe essere in pericolo. È quindi alquanto complesso aggiungere funzioni e migliorare le prestazioni.
Introduzione
Il lato superiore di schede di sistema, come le schede PCIe, presenta un’elevata densità di FPGA/ASIC/µP, transceiver, connettori, circuiti integrati per memoria e circuiti regolatori CC/CC di diverse altezze, sino ad alcuni centimetri. Tuttavia, per il lato posteriore spesso esiste una limitazione verticale tale da consentire la collocazione solo di componenti di altezza non superiore a 2,3mm – come condensatori – e gran parte dello spazio disponibile risulta non occupato. E se si potesse utilizzare quest’area vuota della scheda per collocare circuiti regolatori CC/CC, sgombrando il lato superiore per consentire, ad esempio, l’uso di ulteriori circuiti integrati per memoria, ampliando la funzionalità del sistema?
L’LTM4622 è un regolatore µModule® (modulo di potenza) in discesa a due uscite da 2,5A l’una o, collegando le uscite in modalità di condivisione di corrente, a singola uscita da 5A realizzato in un contenitore LGA ultrasottile da 6,25mm × 6,25mm × 1,82mm. La sua altezza ridottissima, pari quasi a quella di un condensatore con dimensioni dell’involucro 0805 saldato, consente di montarlo sul lato posteriore di una scheda, liberando spazio sul lato superiore per circuiti integrati digitali. Il profilo sottile consente di soddisfare difficili limitazioni sull’altezza, come quelle imposte da schede mezzanine avanzate e PCIe in sistemi di elaborazione integrati.
Figura 1. Compattissimo alimentatore doppio LTM4622 in un contenitore ultrasottile
Layout speculare per schede di circuiti stampati di dimensioni inferiori e potenza più elevata
La piedinatura dell’LTM4622 è simmetrica, così che in applicazioni a corrente più alta, in cui è possibile inserire in parallelo due LTM4622, un dispositivo può essere situato sul lato superiore della scheda e l’altro specularmente sul lato inferiore, riducendo al minimo l’area occupata e al tempo spesso consentendo un aumento della potenza di uscita e della densità di potenza.
Flessibile alimentatore doppio a ridotto ingombro, minore di 0,5 cm2
L’LTM4622 offre un ampio intervallo di tensioni d’ingresso, da 3,6V a 20V, e inoltre può essere configurato per funzionare a tensioni inferiori – sino a 3,1V – quando è alimentato a 3,3V. Regola due tensioni, assicurando una compatta soluzione a tensione multipla grazie alla quale ciascuna uscita può fornire sino a 2,5A (3A di picco) e che è in grado di regolare con precisione tra 0,6V e 5,5V con errore totale massimo della tensione di uscita CC pari a 1,5% in funzione della linea, del carico e della temperatura. Nel caso di corrente di uscita maggiore, fino a 5A, è sufficiente collegare le uscite fra di loro ai fini della condivisione di corrente. L’LTM4622 richiede solo tre condensatori ceramici e due resistori per completare una soluzione con ingombro minore di 1 cm2 o di 0,5 cm2 su una scheda, rispettivamente, a lato singolo o doppio. La Figura 2 mostra il circuito dell’LTM4622 in una tipica applicazione a doppia uscita, illustrando anche le ridotte dimensioni della soluzione. Nella Figura 3 sono mostrate l’efficienza e l’attenuazione di potenza quando il circuito funziona con un ingresso a 12V.
Figura 2. Applicazione tipica a doppia uscita: 1,5V/2,5A e 1,2V/2,5A
Figura 3. Efficienza e attenuazione con ingresso a 12V (Fig. 2)
Regolazione affidabile e prestazioni elevate
L’LTM4622 si basa su un’architettura in modalità di corrente con tempo On controllato per ottenere un transitorio veloce con buona stabilità dell’anello in un ampio intervallo di tensioni. Offre varie funzioni di protezione del sistema – contro cortocircuiti, sovratensioni e sovratemperature – e inoltre assicura un aumento lineare monotono della tensione di uscita con monitoraggio, avvio graduale e la possibilità di avviarsi su un’uscita prepolarizzata; infine, non esistono limitazioni sullo slew rate dell’ingresso di alimentazione. Le figure 4 e 5 mostrano il transitorio veloce e l’avvio con prepolarizzazione per la tensione di uscita di 1,5V del circuito della Figura 2.
Figura 4. Gradino di carico da 1,25A-2,5A con 12VIN e 1,5VOUT (Fig. 2)
Figura 5. Avvio su uscita prepolarizzata con 12VIN e 1,8VOUT
Funzionamento in parallelo per applicazioni a corrente più elevata
L’architettura in modalità di corrente dell’LTM4622 garantisce che il dispositivo esegua un monitoraggio adeguato e affidabile della corrente a ogni ciclo, consentendo di collegarne in parallelo le uscite per tollerare correnti di carico sino a 5A. Le figure 6 e 7 illustrano le buone prestazioni termiche e di condivisione di corrente dell’LTM4622 quando il dispositivo è configurato per la condivisione di corrente a due uscite, generando 3,3V a 5A con un ingresso a 5V.
Figura 6. Prestazioni termiche, TA = 25°C con VIN = 5V e VOUT = 3,3V / 5A
Figura 7. Condivisione di corrente, VIN = 5V e VOUT = 3,3V / 5A
Conclusione
L’ultrasottile LTM4622 rappresenta un regolatore a elevate prestazioni per applicazioni a tensione singola e multipla. L’ampio intervallo di tensioni d’ingresso, la vasta gamma di funzionalità e le ridotte dimensioni ne fanno una soluzione molto flessibile e robusta che trova posto negli spazi più angusti sia del lato superiore che di quello posteriore di una scheda di circuiti stampati.
I regolatori CC offrono una soluzione compatta che aiuta a migliorare la configurazione dei circuiti digitali, soprattutto nell’ambito del design con le fpga. Penso che il mercato dei regolatori cc umodule si sia indirizzato verso una soluzione dimensionale ultra-piccola. La figura 6 mette in evidenza anche le buone caratteristiche termiche considerando le dimensioni di lavoro.