Sequenzierbausteine Einfaches Sequenzieren von elektrischen Lasten

Ein Sequencing kann mit den richtigen Bausteinen recht einfach ausgeführt werden. Bei den meisten Anwendungen ist keine zusätzliche Hilfsspannungversorgung nötig und eine aufwändige Programmierung entfällt. Somit kann eine zuverlässige Sequenzierung in kürzester Zeit entworfen werden.

Elektrische Lasten wie FPGAs, GPUs, CPUs sowie DSPs und SoCs benötigen eine vordefinierte Reihenfolge, mit der die unterschiedlichen Versorgungsspannungen ansteigen oder abfallen. Wird diese Sequenzierung nicht beachtet, kann die Funktion der Last eingeschränkt und fehlerhaft sein und bis zur Zerstörung dieser führen. Um das zu verhindern, werden Sequenzierungsfunktionen eingesetzt.

Generell könnte dafür auch eine Schaltung verwendet werden, in welcher sich die unterschiedlichen Spannungswandler durch eine Verknüpfung der erzeugten Spannungen mit Enable-Pins nacheinander einschalten. Dazu sind jedoch Spannungswandler mit einer genauen Definition der Ein- und Abschaltschwelle (Precission Enable Pin) eines Enable-Pins notwendig. Eine feste Reihenfolge beim Abschalten ist dabei nur schwer umsetzbar. Ebenso ist der genaue Zeitverlauf nur mit einer umständlichen Zusatzschaltung umsetzbar.

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Bild 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines solchen Systems. Die Spannungswandler DCDC 1 bis DCDC n werden von einem Sequencer durch die jeweiligen Enable-Pins in der richtigen Reihenfolge ein- und abgeschaltet.

Dieser Sequenzierbaustein sollte möglichst einen breiten, universellen Eingangsspannungsbereich haben. Er muss seine Funktion erfüllen, bevor die jeweiligen Spannungen im System eingeschaltet werden. Deswegen sollte sein Eingangsspannungsbereich groß sein.

Die Sequenzierfunktion kann aus unterschiedlichen Bausteinen bestehen. Es kann beispielsweise ein Mikrocontroller, ein kleines einfaches FPGA, ein spezieller Sequenzer mit programmierbarem Speicher oder aber auch ein einfacher Sequenzer verwendet werden.

Viele dieser Lösungen haben Einschränkungen. Ein Mikrocontroller muss sich zunächst im Betrieb befinden und eine programmierte Funktion geladen haben. Ein kleines Steuer-FPGA und ein Sequenzer mit programmierbarem Speicher müssen programmiert werden. Dies kann geschehen, bevor der Baustein auf die Platine aufgelötet wird oder im eingelöteten Zustand vor dem ersten Einschalten. Beides verursacht Aufwand und Kosten.

Deswegen wurde eine Lösung entwickelt, welche keine Programmierung in der Fertigung benötigt. Das ist ein Sequenzer, bei dem zum Einstellen des Verhaltens lediglich Widerstände und Kondensatoren notwendig sind. Auch kann dieser Sequenzer mit einem sehr breiten Eingangsspannungsbereich von 2,7 bis 15 V direkt von einer Versorgungsspannung mit 3,3; 5 oder 12 V betrieben werden, ohne dass eine zusätzliche Spannungsversorgung für den Sequenzer notwendig ist.

In der Schaltung in Bild 2 ist neben der Sequenzeraufgabe noch eine weitere hilfreiche Funktion umgesetzt. Die verschiedenen Spannungen V1 bis V8 werden einzeln überwacht. Nur wenn alle Spannungen einen vorgegebenen Wert erreicht haben, wird ein Power-OK-Signal gegeben. Die Genauigkeit dieser Spannungsüberwachung ist wichtig. Die Überwachungsgenauigkeit ist ein Teil der Gesamtgenauigkeit jeder erzeugten Spannung eines DC/DC-Wandlers. Der ADM6840 hat eine Spannungsüberwachungsgenauigkeit von ±0,8%.

Die Überwachung muss deswegen zuverlässig arbeiten, damit eine Schaltung gut geschützt ist. Da viele Schaltungen auch recht heiß werden können, arbeitet der ADM6840 in einem Temperaturbereich zwischen –40 und 125°C. Falls mehr als 8 Kanäle gebraucht werden, können mehrere Bausteine gemeinsam betrieben werden.

Um die Funktion des Sequenzers zu evaluieren, eignet sich LTSpice. Hier ist der ADM6840 in einer Beispielschaltung angelegt. Bild 3 zeigt die Simualtionsumgebung, bei welcher unterschiedliche Systeme simuliert werden können. (kr)

* Frederik Dostal ist Field Application Engineer für Power Management bei Analog Devices in München.

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