{"id":38811,"date":"2020-03-09T13:56:00","date_gmt":"2020-03-09T18:56:00","guid":{"rendered":"https:\/\/flex.com\/resources\/processor-power-sequencing"},"modified":"2026-03-15T14:35:02","modified_gmt":"2026-03-15T19:35:02","slug":"processor-power-sequencing","status":"publish","type":"resource","link":"https:\/\/flex.com\/de\/resources\/processor-power-sequencing","title":{"rendered":"Prozessorleistungssequenzierung"},"content":{"rendered":"
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\n\t\t\tFlex<\/a>\n\t\t\t<\/svg>\n\t\t\tRessourcen<\/a>\n\t\t\t<\/svg>\n\t\t\tProzessorleistungssequenzierung<\/a>\n\t\t<\/div>\n\t\t

Prozessorleistungssequenzierung<\/h1>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\tVer\u00f6ffentlicht am
\n\t\t\t\t9. M\u00e4rz 2020\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tArtikel<\/span>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tKommunikation<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tStromversorgung f\u00fcr Rechenzentren<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tLeistung<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tLeistungsmodule<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Abstrakt<\/h2>\n\n\n\n

Prozessoren, FPGAs, DSPs und andere Ger\u00e4te verf\u00fcgen \u00fcber mehrere Versorgungsspannungen, die in der richtigen Reihenfolge und mit den korrekten Raten hoch- und heruntergefahren werden m\u00fcssen, um Verriegelungen, Funktionsst\u00f6rungen oder gar Sch\u00e4den zu vermeiden. Digital gesteuerte DC\/DC-Wandler am Lastpunkt werden h\u00e4ufig eingesetzt, um die Versorgungsspannungen per Firmware oder \u00fcber einen Kommunikationsbus entsprechend zu sequenzieren und zu takten. Dieser Artikel beschreibt die typischen Vorgehensweisen. <\/p>\n\n\n\n

Artikel<\/h2>\n\n\n\n

Die Stromversorgung von integrierten Schaltungen (ICs) wie Prozessoren, FPGAs, DSPs, ASICs und DDR-RAM ist komplex. \u00dcblicherweise werden mehrere Versorgungsspannungen mit unterschiedlichen Spannungen ben\u00f6tigt, von 3,3 V bis unter 1 V. Jede dieser Spannungen muss sowohl statisch als auch dynamisch bei Lastschwankungen und Umgebungs\u00e4nderungen stabil sein, insbesondere bei abrupten Stromspr\u00fcngen zwischen Schlaf- und Aktivmodus. Die Spannung muss gegebenenfalls aktiv geregelt werden, beispielsweise durch adaptive Spannungsskalierung zur Minimierung des Stromverbrauchs in Abh\u00e4ngigkeit von der Prozessorlast oder durch Ausloten der Funktionsgrenzen.<\/p>\n\n\n\n

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Spannungsverlauf beim Ein- und Ausschalten, insbesondere hinsichtlich Sequenz, Anstiegsgeschwindigkeit und Verz\u00f6gerung nach einem Aktivierungs-\/Deaktivierungsbefehl. Fehlerhafte Anpassungen k\u00f6nnen verschiedene Gefahren bergen. Eine einfache Einschr\u00e4nkung ist der Einschaltstrom: Der IC nimmt oft einen Spitzenstrom auf, der ein Vielfaches des normalen Betriebsstroms betr\u00e4gt, w\u00e4hrend interne Kapazit\u00e4ten geladen werden und sich die Logik stabilisiert. Jede Schiene verf\u00fcgt zudem \u00fcber externe Kapazit\u00e4ten, typischerweise mehrere hundert Mikrofarad, um im Normalbetrieb kurzzeitige Energie bereitzustellen \u2013 diese Kapazit\u00e4ten sind jedoch zu Beginn entladen und tragen zum Einschaltstrom bei. Steigen alle Schienen gleichzeitig an, kann die vorgelagerte gemeinsame Versorgung durch den hohen Anlaufstrom \u00fcberlastet werden und in den Strombegrenzungsmodus wechseln, wodurch ihre Spannung reduziert wird. Dann besteht die Gefahr, dass die Spannungen der einzelnen Schienenregler beim Anlauf absinken, was zu einem nicht-monotonen Spannungsanstieg f\u00fchrt und den korrekten Start des ICs verhindert. Durch die Sequenzierung der Schienen wird die Einschaltenergie zeitlich verteilt, sodass die Spitzenbelastung der vorgelagerten Stromversorgung geringer ist. Bei unkontrolliertem Anstieg der Versorgungsspannungen besteht zudem die M\u00f6glichkeit kurzzeitiger interner Buskonflikte, w\u00e4hrend sich die Vorspannung des Tri-State-Puffers stabilisiert, was wiederum eine korrekte Initialisierung verhindern kann. Ein heimt\u00fcckischeres Problem kann auftreten, wenn Substrat- oder ESD-Schutzdioden durch falsche Sequenzierung in Durchlassrichtung vorgespannt werden. Wenn die 2,5-V-Schiene in Abbildung 1<\/strong>, Wenn beispielsweise die 3,3-V-Schiene angesteuert wird, w\u00fcrde die ESD-Schutzdiode D1 Strom in den Kondensator C1 auf der 3,3-V-Schiene leiten und die Diode m\u00f6glicherweise besch\u00e4digen. Diese Vorspannung auf der 3,3-V-Schiene k\u00f6nnte auch Startprobleme f\u00fcr den 3,3-V-Regler verursachen. Selbst bei korrekter Sequenzierung legen IC-Hersteller h\u00e4ufig maximale und minimale Anstiegs- und Abfallraten f\u00fcr die Versorgungsspannungen beim Ein- und Ausschalten fest, um einen korrekten Betrieb zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 1: ESD-Dioden bieten beim Start einen \u2018unbeabsichtigten\u2019 Strompfad.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Moderne Point-of-Load-Regler (PoL-Regler) sind speziell f\u00fcr die Erzeugung der ben\u00f6tigten Versorgungsspannungen ausgelegt, und die meisten neueren Typen verf\u00fcgen \u00fcber eine digitale Steuerung \u2013 wodurch sie sowohl in der Firmware als auch per Fernzugriff, typischerweise \u00fcber eine Schnittstelle, programmierbar sind.2<\/sup>C PMBus-Anschluss. Neben umfassender \u00dcberwachung lassen sich Ausgangsspannung, Anlaufverz\u00f6gerung und Anstiegsgeschwindigkeit einstellen. Die Ger\u00e4te verf\u00fcgen mindestens \u00fcber einen Enable-Pin, der die Sequenzierung unter externer oder zeitbasierter Steuerung erm\u00f6glicht. Dar\u00fcber hinaus sind intelligentere Modi wie ereignisbasierte Steuerung, GCB-Steuerung (General Communication Bus) und Spannungsnachf\u00fchrung m\u00f6glich.<\/p>\n\n\n\n

Zeitbasierte Sequenzierung<\/h3>\n\n\n\n

Das wohl einfachste Verfahren, die zeitbasierte Sequenzierung, nutzt vorprogrammierte Start-\/Abschaltverz\u00f6gerungen und Anstiegs-\/Abfallraten in einzelnen PoL-Wandlern. Eine gemeinsame Freigabe- oder Steuerleitung initiiert die Sequenz f\u00fcr alle Wandler. Die Genauigkeit der Zeitsteuerung h\u00e4ngt von den Spezifikationen der einzelnen Wandler ab, und es muss ausreichend Spielraum eingeplant werden, um die korrekte Sequenz stets zu gew\u00e4hrleisten. Hersteller digitaler PoL-Wandler bieten h\u00e4ufig Software zur Vorkonfiguration ihrer Wandler mit den gew\u00e4hlten Zeiteinstellungen an, die anschlie\u00dfend in der Firmware fixiert werden. Die grafische Benutzeroberfl\u00e4che der Software zeigt die programmierten Werte in der Regel grafisch an.Abbildung 2<\/strong>).<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 2: Typische grafische Ausgabe der PoL-Designsoftware f\u00fcr zeitbasierte Sequenzierung (FPD)<\/em><\/p>\n\n\n\n

Ereignisbasierte Sequenzierung<\/h3>\n\n\n\n

Dieses Schema gew\u00e4hrleistet eine strikte Start-\/Abschaltsequenz, indem es das \u2018Power Good\u2019-Signal eines Controller-Wandlers mit dem Freigabeeingang des n\u00e4chsten verbindet, der wiederum einen weiteren Wandler aktiviert (Abbildung 3<\/strong>Anstiegs- und Abfallzeiten sowie Start-\/Abschaltverz\u00f6gerungen sind, wie beim zeitbasierten Verfahren, in jedem Umrichter vorprogrammiert. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Sequenz fest verdrahtet ist und Hardware\u00e4nderungen erforderlich w\u00e4ren, um die Reihenfolge zu \u00e4ndern.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 3: Ereignisbasierte Sequenzierung<\/em><\/p>\n\n\n\n

GCB-Sequenzierung<\/h3>\n\n\n\n

F\u00fcr ein hohes Ma\u00df an Flexibilit\u00e4t kann die GCB-Sequenzierung verwendet werden.. <\/strong>Hier kann jeder PoL-Wandler \u00fcber einen dedizierten seriellen Kommunikationsbus mit anderen Wandlern einer Gruppe kommunizieren, um beliebige programmierte Sequenzen und Timings festzulegen. Diese k\u00f6nnen anschlie\u00dfend ohne Hardware\u00e4nderungen \u00fcber PMBus-Befehle angepasst werden. Die Enable-Pins der Ger\u00e4te k\u00f6nnen parallel geschaltet werden, um einen gemeinsamen Start-\/Stopp-Befehl entweder \u00fcber ein CTRL-Signal oder per PMBus-Steuerung zu geben. Bis zu 32 PoL-Wandler lassen sich auf diese Weise verbinden und decken somit alle realistischen Szenarien ab. Dies erm\u00f6glicht zus\u00e4tzlich die gleichzeitige Nutzung von Funktionen wie Fehlerverteilung, Phasenaddition\/-abschaltung, Broadcast-Marge und Broadcast-Aktivierung sowie die \u00dcberwachung von Temperatur, Laststrom und auftretenden Fehlern.<\/p>\n\n\n\n

Spannungsverfolgung<\/h3>\n\n\n\n

Manchmal ist der relative Wert der Ein- und Ausschaltspannungen von ICs wichtig, wobei die Unterschiede zwischen den Versorgungsspannungen und nicht die absoluten Werte im Vordergrund stehen. Dies wird durch einen Spannungsnachf\u00fchrungsmodus gel\u00f6st, bei dem die Ausgangsspannung eines Controller-Wandlers, typischerweise die h\u00f6chste Spannung, als Regelungsreferenz f\u00fcr andere in einer Gruppe dient (Abbildung 4<\/strong>). <\/strong>Die Regler- und Sollspannungen sind nun synchronisiert, und die Anstiegs- und Abfallzeiten werden vom Regler vorgegeben. Soll der Sollwert ein fester Bruchteil der Reglerausgangsspannung sein (sogenanntes Ratio-Metric-Tracking), l\u00e4sst sich dies einfach mit einem Spannungsteiler realisieren, der vom Reglerausgang zum Zielverfolgungs-Steuereingang f\u00fchrt. Die PoL-Wandler m\u00fcssen mit einem VTRACK-Eingang ausgestattet sein, um die Ausgangsspannung direkt zu steuern.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 4: PoL-Wandler im Tracking-Modus<\/em><\/p>\n\n\n\n

Alle Sequenzierungsmodi mit Steuerung von Verz\u00f6gerungen und Spannungsanstiegsraten werden durch die moderne digitale PoL mit ihrer umfassenden Flexibilit\u00e4t und Programmierbarkeit erm\u00f6glicht. Unternehmen wie Flex Power Modules sind technologisch f\u00fchrend und bieten eine breite Palette an PoL-Produkten an. Flex Power Designer-Software <\/a>und eine intuitive grafische Benutzeroberfl\u00e4che, die die Einrichtung und Simulation der Leistung vereinfacht, mit automatischer Regelpr\u00fcfung, um sicherzustellen, dass g\u00fcltige Parameter eingestellt wurden. <\/p>\n\n\n\n

Hinweis: Die in diesem Artikel verwendeten Begriffe \u201cMaster\u201d und \u201cSlave\u201d wurden durch \u201cController\u201d und \u201cTarget\u201d ersetzt.<\/p>\n\n\n

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Die Prozessorleistungssequenzierung wird beschrieben \u2013 warum sie notwendig ist und wie sie verwaltet wird.<\/p>","protected":false},"author":18,"featured_media":34122,"template":"","categories":[38,90,43,97],"tags":[],"content-type":[94],"class_list":["post-38811","resource","type-resource","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","category-communications","category-data-center-power","category-power","category-power-modules","content-type-article"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/38811","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource"}],"about":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/resource"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/18"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/38811\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":38876,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/38811\/revisions\/38876"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/34122"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=38811"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=38811"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=38811"},{"taxonomy":"content-type","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/content-type?post=38811"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}