기술기고문

신뢰할 수 있는 파워업 및 파워다운 시퀀스

2021-12-21
글: 프레데릭 도스탈(Frederik Dostal) FAE / 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)

오늘날 전자 애플리케이션은 5V나 3.3V처럼 단일 전원 전압만을 요구하지 않는다. 많게는 10개, 20개, 혹은 그 이상의 전압을 필요로 하는 경우도 드물지 않다. 더 나아가서는 동일한 전압을 서로 다른 도메인으로 생성해야 할 수도 있다. 예컨대 동일한 2개의 전압을 아날로그 부하와 디지털 부하를 위해 제공해야 할 수 있다. 이렇게 분리함으로써 상호 간섭을 방지하고 다양한 시점에 다양한 부하들로 에너지를 공급할 수 있다.
 
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그림 1: 8개의 전압을 요구하는 전자 시스템의 예시
 
그림 1은 여러 개의 전압 도메인을 필요로 하는 시스템 블록 다이어그램을 나타낸 것이다. 각각 개별적인 스위칭 레귤레이터선형 레귤레이터를 사용해서 이들 전압을 생성한다. 각각의 전압 컨버터 선택은 필요한 변환 효율, 생성하고자 하는 전압, 해당 부하에 소모되는 전류 등에 따라서 달라질 수 있다. 그러므로 각각의 전압 컨버터 설계마다 크게 다를 수 있다.
 
또한 각각의 전압이 도달하는데 필요한 지연시간이 컨버터마다 다를 수 있다. 이 때문에 서로 다른 전압 도메인을 상승시키는 것을 적절히 제어하지 않으면 기능적인 문제가 발생하고 시스템에 손상을 일으킬 수 있다. 그러므로 각각의 전압이 원하는 시점에 원하는 값에 도달하게 하기 위해서는 신뢰할 수 있는 파워업 시퀀스가 필요하다. 많은 경우, 셧다운 시에도 특정한 파워다운 시퀀스가 필요할 수 있다.
 
여러 개의 전원 전압을 사용하는 시스템에서는 서로 다른 전압을 모니터링하는 것도 중요하다. 2개의 전압 도메인을 사용하는 시스템이라면 일이 단순하겠지만, 여러 개의 전압을 사용하는 경우에는 작업이 훨씬 복잡하다. 이러한 이유에서 많은 시퀀서 디바이스는 감시 기능이나 전압 모니터링 기능을 함께 포함한다.
 
그림 2는 ADM1186-1 아날로그 시퀀서 IC를 보여준다. 이 디바이스는 4개의 전압 도메인을 제어 및 모니터링할 수 있다. 해당 전압 컨버터의 인에이블(온/오프) 핀을 제어해서 전압들을 파워업 및 파워다운 할 수 있으며, 소형 커패시터를 사용한 시간 지연을 통해서 전압 컨버터의 턴온 시간을 조절할 수 있다. 또한 모니터링 핀을 통해서 해당 출력 전압을 모니터링할 수도 있다. 모든 전압이 구축되었으면 시퀀서 회로가 파워굿(power-good) 신호를 생성한다.
 
ADM1186-1 같은 아날로그 시퀀싱 솔루션은 사용하기가 쉽다. 이 디바이스는 여러 가지 전압을 사용하는 시스템에 필요한 모든 기능을 지원한다. 디지털 시퀀서에 비해 설계가 단순하하며 디지털 모니터링 기능도 덜 필요로 한다. 이를테면 PMBus나 유사한 프로토콜이 없어도 된다.
 
앞서 소개한 그림 1의 시스템은 8개의 전압 도메인을 사용한다. 그렇다면 4개 이상의 전압 도메인을 사용하는 시스템에서는 시퀀싱과 모니터링을 어떻게 구현해야 할까? 이럴 경우, 여러 개의 ADM1186-1 회로를 결합할 수 있다. ADM1186-1 시퀀서는 몇 개의 제품이든 연결이 가능하다.
 
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그림 2: ADM1186-1 아날로그 시퀀서를 사용해서 최대 4개의 전압 컨버터 모니터링 가능
  
이처럼 개별 시퀀서들을 결합하는 시퀀싱 유형의 사례는 시장에서 많이 찾을 수 있다. 하지만, ADM1186-1이 이들과 다른 점은 그림 3에서 볼 수 있듯이, 연결된 애플리케이션에서 파워업 시의 시퀀싱뿐 아니라 파워다운 시의 시퀀싱 또한 완벽하게 지원할 수 있다는 점이다. 경쟁 솔루션들은 여러 시퀀서 IC를 연결하고 개별 전압을 제어된 방식으로 상승시키는 것만 할 수 있을 뿐, 이 같은 데이지 체인 구성으로 파워다운 시퀀싱을 지원하지는 못한다.


그림 3: 여러 ADM1186-1 디바이스를 연결해서 12개의 전압 파워업 파워다운 시퀀싱 구현
 
최신 시스템들에서는 신뢰할 수 있는 파워업 및 파워다운 시퀀싱이 중요하게 요구된다. ADM1186-1을 사용하면 이 같은 시퀀싱을 유연하게 구현할 수 있으며 개발 작업에 들어가는 수고를 줄일 수 있다.
 
다음 링크들에서는 시퀀싱에 관한 더 많은 정보들을 확인할 수 있다:
 
아날로그 시퀀서 개요
디지털 시퀀서 개요
▶ 웹캐스트: “전원 시스템 관리에 대한 이해
▶ 디자인 노트 384: “정확한 전원 시퀀싱으로 시스템 손상 방지
 
저자 소개
프레데릭 도스탈(Frederik Dostal)은 독일 뉘른베르크 에를랑겐 대학에서 미세전자공학을 전공했다. 2001년 전력 관리 사업부에서 경력을 시작했으며, 애리조나주 피닉스에서 4년 간 스위치 모드 전원 공급장치를 담당하는 등 다양한 애플리케이션 직책을 맡았다. 2009년 아나로그디바이스에 입사하여 뮌헨 소재 아나로그디바이스에서 전력 관리를 위한 필드 애플리케이션 엔지니어(FAE)로 근무하고 있다. 문의: frederik.dostal@analog.com.
 
태그 :
시퀀스, 레귤레이터, ADM1186-1