Digital Power Stromversorgung auf Leiterplattenebene – so einfach wie noch nie

Autor / Redakteur: Patrick Le Fèvre * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Leistungsfähige Datensysteme erfordern immer mehr Stromversorgungen auf Leiterplattenebene. Deren Entwicklung ist eine enorme Herausforderung, die mit Digital Power aber ihre Schrecken verliert.

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Mit diesem Highend-Subscriber-Management- und Routing-Board verliert die Entwicklung leiterplattenmontierter Stromversorgungen ihre Schrecken.
Mit diesem Highend-Subscriber-Management- und Routing-Board verliert die Entwicklung leiterplattenmontierter Stromversorgungen ihre Schrecken.
(Bild: Ericsson Power Modules)

Die Zahl der mobilen Breitbandanschlüsse wächst jedes Jahr um ca. 45% und hat 2012 die Marke von 1,7 Mrd. erreicht, so der neueste Ericsson Mobility Report. Neben diesem Wachstum steigt auch der Umfang der Datennutzung pro Teilnehmer. Unsere sich ändernden Gewohnheiten und die Art, wie Netzwerke verwendet werden, z.B. durch die vermehrte Nutzung von On-Demand-Inhalten/Diensten, erhöhen zusehends den mobilen Datenverkehr. Zusammen mit dem Ausbau der Highspeed-Internet-Infrastruktur über Glasfaser für Privathaushalte (Fiber to the Home) müssen die Hersteller von IKT-Ausrüstung (Informations- und Kommunikationstechnik) noch leistungsfähigere Einrichtungen mit höherer Kapazität entwickeln. Diese müssen zudem schneller am Markt eingeführt werden, neueste Hardware- und Softwaretechnologien enthalten und einen geringen Stromverbrauch gewährleisten.

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Große Herausforderung mit neue Entwicklungspotenzialen

Dies klingt wie eine große Herausforderung, bietet aber auch die Gelegenheit, neue Möglichkeiten der Stromversorgung auf Leiterplattenebene (Board Power) zu entwickeln. So trägt der Übergang von passiven, leiterplattenmontierten Stromversorgungen (BMPS; Board Mounted Power Sources), die nur reine Lasten mit Strom versorgen, hin zu fortschrittlichen Kombinationen von Hardware und Software zur vollen Integration der Board Power in die digitale Kette bei.

Entwickler sollen vorhersagen, was erforderlich ist

Die Herausforderung für Entwickler leiterplattenmontierter Stromversorgungen besteht darin, vorherzusagen, was erforderlich ist: mehr Leistung, weniger Leiterplattenfläche, höhere Flexibilität oder ein geringerer Stromverbrauch des Netzwerkdatenprozessors in der Endanwendung? Hochmoderne Ausrüstung für umfangreichen Datenverkehr basiert meist auf Prozessoren mit mehreren Rechenkernen (Cores), die zum Zeitpunkt der Systementwicklung meist noch nicht voll zur Verfügung stehen.

Das Highend-Subscriber-Management- und Routing-Board

Diese Ausrüstung benötigt auch ein hochentwickeltes Power Management mit Power Sequencing, Überwachung und der Möglichkeit, einen Kennwert des Versorgungsschemas dynamisch ändern zu können, um die Leistungsanforderungen entsprechend des Datenaufkommens zu regeln und so den Energieverbrauch zu senken. Ein Beispiel einer solchen komplexen Lösung ist das Highend-Subscriber-Management- und Routing-Board von Ericsson (Bild 1). Diese Anforderungen sind nicht neu, und der BMPS-Markt kennt diese Situation. Meist besteht ein großer Unterschied zwischen den anfänglichen Spezifikationen des Systementwicklers und der eigentlichen Endanwendung. Im Bereich der Highend-Datenverarbeitung erreicht dieser Unterschied in Sachen Leistungsbedarf und Flexibilität ein beispielsloses Niveau.

Immer kürzere Produkteinführungszeit

Die Produkteinführungszeit (Time-to-Market) wird immer kürzer, um Netzwerkerweiterungen schnell unterstützen zu können, und die Rechenleistung pro Netzwerk-Controller steigt zunehmend. Board-Entwickler müssen bei der Einschätzung des Leistungsbedarfs mittels Simulation daher einen großen Spielraum mit einbeziehen. Die von der eigentlichen Endanwendung geforderte Leistung muss daher abgestimmt sein, sobald die Systemprozessoren ihre Serienreife erlangen.

Jede Neuentwicklung bietet noch mehr Funktionen

Da Netzwerkprozessoren sehr komplex sind und jede Neuentwicklung noch mehr Funktionen bietet, kann sich der Strombedarf des endgültigen Prozessors um bis zu 60% gegenüber der vorherigen Spezifikation erhöhen. Ein sich stetig weiterentwickelnder Prozessor erschwert den Entwicklern leiterplattenmontierter Stromversorgungen die Definition der effizientesten Stromversorgungsarchitektur. Neben den schrittweise steigenden Leistungsanforderungen des Prozessors ist auch die Spannungssequenzierung entscheidend, die sich ebenfalls schrittweise mit der Entwicklung des Prozessors weiterentwickelt. Entwickler müssen daher das Spannungssequenzierungsschema mit jeder neuen Version neu erstellen.

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