Продолжая тему питания, очередной интересный материал о проектировании питания ядра на 2000А. Авторы справедливо упоминают, что производители современных источников стремятся упаковать силовую часть в единый корпус для снижения паразитных параметров и увеличения эффективности. Система управления при этом усложняется, а информация о ней практически отсутствует в документации. Печатная плата оказывает все большее влияние на PDN. Кстати, упоминается топология TLVR, о которой я писал ранее, она уже повсеместно применяется для систем питания.

Еще два пособия по построению источников питания. В этот раз ST с резонансным преобразователем и Infineon с PFC. Все как надо: схема, немного расчетов, диаграммы и топология. Устройства предназначены для потребительской электроники, это можно заметить по довольно свободному расположению компонентов на печатных платах (особенно у ST).

Полевые транзисторы с Vth = 0

С каждым годом пороговое напряжение открытия полевых транзисторов постепенно снижается. Раньше это были 10-15В, сейчас около 1-1.5В. Однако существуют и транзисторы с Vth = 0, это гибрид традиционных полевых транзисторов и транзисторов с отрицательным Vth (Depletion mode). При скрещивании этих двух типов можно получить любое Vth. Производитель заявляет:

The Quad/Dual N-Channel Matched Pair Zero Threshold MOSFETs are matched at the factory using ALD’s exclusive EPAD® CMOS technology to achieve the industry’s lowest threshold voltage of 0.0V with an exceptional range of variation from 0.01V to -0.01V and an offset voltage of just 2mV.

Подобные транзисторы могут быть полезны для устройств с малыми напряжениями. Однако они отличаются формой графика тока стока. В отличии от обычных мосфетов ток не достигает насыщения, что видно на графиках. На текущий момент существует только один производитель подобных транзисторов: Advanced Linear. Они предлагают использовать их транзисторы в качестве замены низковольтным реле, в схемах с микроамперным потреблением.

Из чего состоит WSC датацентр и сколько стоит?

Цифры из исследования 2013 года.

Начнем с инвестиций на постройку (CAPEX)
1. Сервера - основа любого датацентра, они являются второй по величине статьей затрат. 66 млн. за 46 тысяч серверов. Тут все очевидно, сервера должны обеспечивать доступность сервисов 99.999% времени и быть способной работать на пиковых нагрузках ( в праздничные дни, важные события итд);
2. Инфраструктура для работы датацентра: Покупка/аренда земли, постройка зданий (способных выдержать стихийные бедствия), система подача питания (со своими личными подстанциями), система охлаждения. Стоимость всего этого - 88 млн.
3. Сетевое оборудование. Коммутаторы внутри стойки (Top of rack switch), между стойками (Array switch), на уровне датацентра (L3/core switch) стоимостью 13млн.

Помимо инвестиций есть и накладные расходы (OPEX), вместе с которыми указана и амортизация оборудования.

1. Больше всего по карману бьет срок службы серверов в 3 года, с учетом амортизации 5% - это 2млн. в месяц;
2. На втором месте амортизация инфраструктуры - 760тыс. в месяц, после идет амортизация на сетевое оборудование и прочее;
3. Потребляемая мощность - 3я по счету категория со стоимостью 470тыс. в месяц;
4. Зарплаты и премии - 85тыс. в месяц.

Подводя итоги содержание датацентры и инвестиции в него вам обойдутся в: 168млн. долларов на строительство + 3.8млн. ежемесячно.

Оптопары или цифровые изоляторы?

Нередка ситуация, когда требуется гальванически изолировать одну часть схемы от другой. Если с силовой часть все понятно, для нее используют трансформаторы, что на счет цифровых или аналоговых сигналов? После поисков разработчик оказывается перед выбором: оптопара или цифровой изолятор? Разберемся, в чем разница.

Оптопара состоит из излучающего светодиода и принимающего свет фототранзистора или фотодиода (зависит от архитектуры). Ток на выходе равен току на входе, умноженному на CTR (current transfer ratio). Существуют и оптопары с цифровыми логическими выходами, в данном случае CTR уже не применим, на выходе либо логический 0, либо 1. Оптопары могут обеспечивать изоляцию до 10кВ, передавая пропорциональный ток на выход, стоимость простых оптопар небольшая.

Цифровой изолятор основан на CMOS технологии, последовательная емкость (редко индуктивный контур) обеспечивает гальваническую изоляцию. Внутри микросхемы присутствует модулятор, позволяющий проходить логическим сигналом через ёмкостной барьер. Простейшая его структура представлена слева сверху. Основное отличие от классической оптопары - входные и выходные сигналы могут быть только цифровыми (0 или 1). Скорость работы цифровых изоляторов - до сотен Мгц, в отличии от относительно медленных оптопар. Кроме этого, цифровые изоляторы обладают большим иммунитетом к быстрым скачкам напряжения (CMTI) между первичной и вторичной сторонами (справа снизу на рисунке). Еще одно преимущество изоляторов - стабильность параметров при изменении температуры окружающей среды.

При сравнении цифровые изоляторы оказываются лучше по всем параметрам, однако передача аналогового сигнала через них недоступна (в связи с этим в системах управления изолированных источников до сих пор широко используются оптопары). Данное ограничение можно обойти путем использования АЦП с цифровыми интерфейсами (SPI, I2C, параллельная шина). Заключительный минус - необходимость использования изолированного источника питания на вторичной стороне. Чаще всего это не является проблемой, иногда источник даже интегрирован в один корпус, требуется только добавить дроссель и/или конденсаторы.

Резюме: используйте оптопару, если требуется передать аналоговый сигнал или не хотите добавлять еще один изолированный источник. Во всех остальных случаях идеально подойдут цифровые изоляторы.

Свежая книга 25 года по GaN транзисторам.

Очень ценный материал: дизайн чипов с паразитными параметрами и графиками, электрическое и тепловое моделирование, много топологии и расчетов. Основная тема - источники питания, но присутствуют и такие приложения как RF усилители, лидары, привод, космос. Книга очень интересная, сам планирую приступить в ближайшее время.