르네사스 PMIC 레퍼런스 디자인, 자일링스 FPGA 전력 관리 간소화

전력 관리는 현대 FPGA 기반 시스템의 초석입니다. 잘 설계된 전원 네트워크는 효율을 개선할 뿐만 아니라 디바이스 수명을 연장하므로, 정교한 전력 관리 IC(PMIC)에 대한 수요가 계속 급증하고 있습니다.

FPGA 전력 관리가 전문성을 요구하는 이유

FPGA는 가파른 슬루 레이트를 가진 높은 다이내믹 전류를 소모하므로, 출력 전압 변동을 최소화하면서 정밀한 전류 단계를 제공할 수 있는 컨트롤러가 필요합니다. 엔지니어는 대부분의 시간을 로직 코딩에 할애하며 전원 레일 설계에는 시간을 쓰지 않으므로, 검증되고 확장 가능한 솔루션이 필수적입니다.

르네사스의 자일링스 중심 레퍼런스 디자인

르네사스 일렉트로닉스는 자일링스의 플래그십 제품군인 아틱스-7(Artix-7), 스파르탄-7(Spartan-7), 징크-7000(Zynq-7000) SoC에 맞춘 세 가지 턴키 PMIC 레퍼런스 디자인을 출시했습니다. 각 보드는 콤팩트한 4.7×6.3mm, 35볼 BGA 패키지(0.8mm 피치)의 르네사스 ISL91211AIK 또는 ISL91211BIK 멀티페이즈 PMIC를 기반으로 합니다.

• ISL91211A-BIK-REFZ (아틱스-7) – ISL91211AIK/BIK PMIC, ISL80030 3A 동기식 벅, ISL21010DFH312 마이크로파워 레퍼런스를 결합. 여러 레일에서 최대 95% 효율 달성, AC/DC 어댑터 또는 DC 전원에서 5V 입력 수용.
• ISL91211BIK-REF2Z (스파르탄-7) – ISL91211BIK PMIC와 ISL80030 벅을 사용하여 VCCINT, VCCBRAM, VCC_DDR, VCCAUX, VTT 공급, 역시 5V 소스에서.
• ISL91211AIK-REFZ (징크-7000) – ISL91211AIK PMIC, VTT용 ISL9123 저-Iq 벅, VCCINT, VCCBRAM, VCC_DDR, VCCAUX 구동용 두 개의 ISL80030 벅 컨버터 사용.

각 보드는 자일링스의 DDR 메모리 제품군(DDR3, DDR3L, DDR4, LPDDR2, LPDDR3)을 지원하며 최대 20A의 총 출력 전류를 제공합니다. 설계의 2MHz 스위칭 주파수, 22µF 출력 커패시터, 작은 인덕터는 솔루션을 콤팩트하게 유지하면서 빠른 부하 과도 응답을 제공합니다.

R5 변조 기술: 차세대 효율성

세 가지 PMIC 모두 르네사스의 독자적인 R5 변조 기술을 탑재합니다. 이 전류 모드 히스테레시스 컨트롤러는 초고속 과도 응답, 동적 전압 스케일링, 경부하 시 스위칭 주파수 낮춤 기능을 제공하여 손실을 획기적으로 줄입니다.

R5 알고리즘은 인덕터 파형을 에뮬레이트하는 합성 전류 램프(Vcr)로 동작하여 직접 전류 감지가 필요 없습니다. 정상 상태에서 히스테레시스 윈도우는 일정한 듀티 사이클을 유지하여 루프가 부하 변화에 빠르게 적응할 수 있게 합니다.

그림 2와 3은 R5 아키텍처와 부하 조건 전반에서의 효율 향상을 보여줍니다.

그림 2: 르네사스 R5 기술의 간소화된 다이어그램 (이미지: 르네사스)

그림 3: R5 변조 기술의 효율 (이미지: 르네사스)

양산 준비 완료

각 레퍼런스 보드는 포괄적인 사용자 가이드, 전체 회로도, 자재 명세서, PCB 레이아웃 파일과 함께 제공되며, 르네사스의 글로벌 유통 네트워크를 통해 이용 가능합니다. 이 디자인은 모터 제어, 머신 비전 카메라, PLC, 홈 게이트웨이, 휴대용 의료 기기, 무선 장비 등 산업 애플리케이션에 이상적입니다.

자세한 정보나 설계 파일 다운로드는 르네사스 제품 페이지를 방문하거나 지역 대리점에 문의하세요.