PCB 設計: 超低消費電力実装のための PDS 設計

PCB 設計: 超低消費電力実装のための PDS 設計

低消費電力という点では、この製品は大電流オプションがほとんどないこと、サイズが小さいこと、電源管理が最適化されていること、バッテリ寿命が可能な限り長いことが特徴です。 スマートフォン、スマートウォッチ、遠隔監視機器、医療機器など、幅広い製品がこれらの基準を満たしています。

PDS の設計と電源管理に関して、超低消費電力機能を備えた各製品には、固有の主な要因がいくつかあります。非常に小さな幾何学的サイズで効率的な PDS を設計し、電力消費を管理し、バッテリ寿命を延ばします。 リモート監視機器などの一部の製品実装では、適切なコンデンサを選択して、潜在的な電力消費源 (漏れによる) を排除することも重要な要素です。

PDS 設計の進化、パワー フローに関連する課題、およびパフォーマンス低下に対するインダクタンスと抵抗の影響を読んでいない場合は、送電システムの調査を開始するのに適した場所です。

このような小さな製品で非常に多くの機能

小型に実装されたインテリジェント技術は、私たちの日常生活に欠かすことができないほど一般的になっています。 さらに、これらのデバイスに含まれる技術の開発と複雑さは飛躍的に改善されたため、依存するようになったさまざまな製品機能の実装と操作において傲慢になりました。 超低消費電力化を実現する基板設計のPDS設計について、基板組立・基板設計・基板加工メーカーが解説。

たとえば、携帯電話を縦から横に回転させて画面の位置を揃える際に機能するテクノロジーは、私たちがかつてスーパーコンピューターと呼んでいたものです。 スマートフォンの多くの機能 (複数の無線、1 つまたは複数のカメラ、画面、内部プロセッサ、およびメモリ) が電力を消費するため、さまざまな電力領域をすべて管理することが困難になります。 デバイスの各電源レールには PDS があることを覚えておくことが重要ですが、スマートフォンに 15 ～ 20 個の PDS があることは珍しくありません。

したがって、PCB 設計者の主なタスクは、ボード上の各電源レールに十分な領域を提供する方法と、最初にプレーンがあまりない場合にプレーンを分割する方法を見つけることです。

さらに、これらのコンパクトなジオメトリにより、PDS を管理する方法として平面コンデンサを使用するスペースがありません。 すべてのコンデンサは IC に直接組み込まれています。 実際、これらの製品を開発するために必要な設計の専門知識は非常に専門的になり、従来の PCB 設計とはまったく異なります。

エネルギー管理

したがって、超低消費電力製品の 2 つのパラメーターを検討します。非常に小さなスペースで多数の機能を提供することと、任意のデバイスに複数の PDS を含めることです。 電源管理に関しては、携帯電話のアーキテクチャにより、特定の機能がアクティブ化されていないときに電源をオフにすることができます。 さらに、これは PDS 操作の決定が重要な場所です。

設計者として、電話の主要な消費者をすべて適切なタイミングでオン/オフできるように管理する方法を理解する必要があります。 ほとんどのスマートフォンでは、無線が最も多くの電力を消費します。 ビデオ、写真、大量のデータなどをアップロードする場合、ラジオは常にオンになっており、電力を大量に消費します。 消費電力が中～低の範囲では、テキスト メッセージと簡単なデータ ファイルがアップロードされます。 消費電力の非常に低いところは、モバイル デバイスと携帯電話の基地局との間の「ping」であり、現在地を継続的に監視しています。 本質的に、携帯電話は完全にオフになっている場合にのみ、ある程度の電力を消費しません。

バッテリー保護

次に、超低消費電力製品の実装において最も重要な側面である、バッテリ寿命を可能な限り長くすることについて説明します。 スマートフォンの場合、電池寿命は重要な機能ですが、遠隔監視機器などの他の製品では、省エネは絶対に必要です。 このような製品の例は、大きな伝送ラインにクランプされた電力線モニターです。 ほとんどの場合、これらのデバイスの性能要件は、バッテリを少なくとも 1 年間使用する必要があることです。 ただし、コンデンサのタイプが間違っていると、漏れが発生し、バッテリが予想よりもはるかに速く放電する可能性があります。

理論的には、コンデンサは完全な絶縁体でなければなりません。 しかし、そうではありません。 コンデンサを 80 アンペアの電源に使用すると、数マイクロアンペアの漏れが発生したり、多くの問題が発生したりすることはありません。 しかし、バッテリーのライフサイクルが1年であると、どんなに小さくてもコンデンサの漏れが大きな問題になる可能性があります。 一般に、超低消費電力デバイス用に選択されるコンデンサは、バイパス コンデンサとして使用されるコンデンサ (通常はタンタル コンデンサ) と同じです。 一般に、これらは低リークではなく、実際の性能基準ではありません。 超低消費電力化を実現する基板設計のPDS設計について、基板組立・基板設計・基板加工メーカーが解説。

一般に、セラミック コンデンサは漏れの問題を引き起こしませんが、最も安価ではないため、リモート モニタなどの超低電力アプリケーションのデフォルトのオプションではありません。 選択したコンデンサが「漏れ防止」であるかどうかを判断する最善の方法は、デバイスのアプリケーション インストラクションを読むことです。 漏れ抵抗が明確に記載されていない場合は、具体的にそのように識別されたコンデンサを探すことをお勧めします。

超低消費電力デバイスの PDS 要件は、標準的な PCB 実装の要件とはまったく異なります。 これらのデバイスは、コンパクトで効率的な PDS 設計と、潜在的な電力消費源の排除によって特徴付けられます。