Nola hautatu oinarrizko unitateetarako egokiak diren indar-moduluak

Unitate Baseko Behar Elektrikoen eta Lan-Kargaren Dinamikaren Ulertzeko

Unitate Prozesatzaile Baseko Orokorpena eta Bere Behar Elektrikoak

Oinarrizko mailetako azkenengo prozesu-unitateek 48 eta 72 voltzen arteko DC korrontea horni dezaketen eta uhin-uhindura 150 mikrovolt baino gutxiagotan mantendu dezaketen bereziki diseinatutako energia-moduluak behar dituzte seinalearen kalitatea mantentzeko. Kontsumoak eredu desberdinetan nahiko aldatzen da, inguru 80 watteko eta 350 watte artekoa izanda prozesuaren konplexutasunaren arabera. Bereziki 5G sistemak aztertzen baditugu, industria-txosten berriek adierazten dutenez, gailu hauek 4G-ren parekoen baino %22 gehiago kontsumitzen dute piko-denboran. Eskari handi honen ondorioak bereziki nabarmenak dira MIMO eragiketak egiten direnean eta akatsen zuzenketa kudeatzen ari direnean. Energia-moduluek gutxienez hamar segundoz haien balio nominalaren %105a eraman behar dute huts egin gabe baldintza horietan.

Energia-Moduluen Gaitasunen Doikuntza Oinarrizko Maileko Unitateen Lan-Kargarekin

2025eko industria-analisiek erakutsi dute oinarrizko mailetako energia-moduluen %68ak lan-karga doikuntza hutsunea izaten duela hiru kontu-gabekeriatagatik:

• Eskualdatze-eragiketan protokolo-pilaren prozesamendu gailurrak ez ikustea
• LDPC dekodetzeko korronteak %19–31 gutxiestea
• Une partekatzen diren topologietan 10–15ms-ko latentzia gainbehera egitea

Desegokidura hauek tentsio-erori, klock-ezegonkortasun eta errore-tasa handiagoak eragiten dituzte, batez ere trafiko dinamikoen baldintzapean.

Izarriko seinale-prozesamendu inguruneetako errendimendu-irizpideak

Indar-modulu optimoek belaunaldi guztietan behar dituzten errendimendu-oinarrizko-balio zorrotzak bete behar dituzte:

5Gren mugak betetzeko kontrol-eraztun azkarragoak, erregulazio zorrotzagoa eta paralelaketa aurreratu teknikak behar dira.

Kasu-azterketa: Indar-iragazkietan gertatzen diren indar-aldaketak 5G Baseband Unit-etan errekorreko abiaduran

3,5 GHz-ko MIMO masibo instalazio batean eremu-probak egiten ari zirenean, ingeniariak tentsioaren %27ko galera nabarmena ikusi zuten 256-QAM modulazioa eta norabide-formaketa aldi berean exekutatzen zituztenean. Egungo indarreko moduluak 92 mikrofaradiko kondentsadore kapazitatea besterik ez zuen, eta horrek ez zuen nahikoa izan 85 A-tik gora iristen ziren eta 8 mikrosegundoko iraupena zuten korronte-jeitsierak jasotzeko. Horrek arazoak sortu zituen seinale digitalaren prozesadorearen erlojuaren egonkortasunean eta datu-paketeen %12 inguru galdu ziren. Polimerozko 470 mikrofaradiko kondentsadoreak fase arteko lau elkartzatzearekin konbinatuz beste konfigurazio bat erabiltzen hasi zirenean, egoera nabarmen hobetu zen. Korronte-gailentasun gorauzka hirukoiztu egin zen, eta karga-kapazitatearen %40eko erabilera mailan ere eraginkortasuna %94,1en mantendu zuten.

Indarreko Moduluen Tamaina: Irteerako Indarra, Korronte-Jeitsierak eta Derating-a

Irteerako Indar Osoaren Beharrak Kalkulatzeko Urrats-a-Urrats Metodoa

Indarreko moduluen tamaina zehatza hiru urrats garrantzitsu jarraituz lortzen da:

1. Eman baseband unit-aren kontsumo nominala dSP core guztien eta I/O interfazeen artean
2. Gehitu %25–40ko marjina osagaien adinagabetzea eta karga aldaketak kontuan hartu
3. Biderkatu 1,5–2 bider n+1 konfigurazioetan babesikuntza izateko

Eremu-datuek erakusten dute 2023an errendimendu txarra izan zuten baseband unit-en %63 azpiko korronte-kalkuluengatik sortu zirela (Telecom Power Consortium), hasierako estimu kontserbadoreen garrantzia azpimarratuz.

Transiente korronte-jeitsierak kontuan hartzea baseband digital zirkuituetan

Baseband prozesadore modernoek milisegundoko eskala-tarteetan goranzko jeitsiera izan ditzakete karga nominalaren %200ra seinalearen demodulazioan gertatzen diren erreketan. Transiente hauek honako ezaugarriak dituzten potentzia-moduluak eskatzen dituzte:

• Slew rate-ak >200 A/µs
• Erantzun-denborak <50 µs
• Gaineko tentsio-tolerantzia ±15%

2023ko ikasketu batek erakutsi zuen 5G baseband unitateen %38k aurrez aurreko hondamendia izan zutela 170A gaineko korronte-pultsuen kudeaketa egoki gabeagatik (Wireless Infrastructure Report), erantzun-transiente sendoaren diseinuaren beharra azpimarratuz.

Murrizte-kurben erabilera luze-egonstasuna bermatzeko

Egile nagusi batzuk orain erabilera-parametroak tenperatura-sensore eta karga-profiletan oinarrituta doikuntzen dituzten erredukzio-algoritmoak txertatzen dituzte. Hurbilketa honek 4G/5G unitate hibridoen erroreak beroarekin lotutakoak %72 murriztu zituen (2024ko Elektronika Ahaltsuen Aldizkaria).

Errendimendua, Tenperatura-Errendimendua eta Hozte-integrazioa

Energia-Errendimendua Tenperatura-Errendimenduaren Errotzaile Gisa

Gaur egungo indar-moduluak berogezpena askoz hobeto kudeatzen dute, errazagoak direlako. Energia galtzen denean, bero bihurtzen da, beraz eraginkortasuna hobetzeak bero metaketaren murrizketa ekarriko du. Adibidez, DC-DC aldatze diseinuak sistema aurreratu hauek arazo termikoak %40 inguru murrizten dituzte lineako erregulagailu zaharkien konparatuz gero. %92tik %96ra bitartean lan egiten dute, eta horrek ezberdintasun handia sortzen du. Oinarri-banda unitateek onurak ateratzen dituzte eraginkortasun eta berogailuen arteko lotura honetatik. Irudikaitezazu 80 watioko prozesadore bat unitate hauen batean lanean; 6 eta 8 watiorarte egin ditzake berogailu gehigarriok sortzeko, energia-bihurketak ez badabil behar bezala. Galera hori laster metatzen da eta ingeniariei arazo anitz ekartzen dizkie, hoztu beharrean lan eginez.

Alorretatze analisia: Arazketa eta Lineako Indar-Moduluak Berogailua Banatzean

6:1eko bero diferentzialak azaltzen du zergatik erabiltzen duten 5G baseband unitateen %78ak switching arkitekturak, haien ripple-aren mitigazioa konplexua izan arren.

Berotegiaren Hozketaren Muga-termikoekin lerrokatutako Diseinu Termikoaren Potentzia (TDP)

Energia-moduluaren TDP balioak bat etorri behar du prozesatzeko karga gehienetan eta muga-ingurumenetan. 300W-ko TDP modulua 40°C-ko ingurune batean arrunt behar du:

• gehiegizko altueragatik desgaitzeko %25eko aire-fluxu gordailua
• %15eko marjina kanpoko berotegietan metatzen den hautsarentzat
• Aktiboki hoztu behar da, 120CFM ordezkatu ahal izateko kW bakoitzeko bero-irteeran

Treshold hauek gainditzen dituzten sistemak tenperatura handiegia izatearen arriskua dute, oinarrizko maiztasunaren errendimendua %22 arte murriztuz lan jarraian egitean.

Paradoxa industriala: Erregimen partzialean eraginkortasun handia kontra erregimen osonean

Aldi modernoetako indar-moduluek karga %20an %80eko eraginkortasuna lortzen badute ere —trafiko aldakorreko oinarrizko unitateentzat idealak direnak—, erregimen osoko prestazioak askotan konkurrenteen azpitik geratzen dira. Truke honek %13ko zulora eramaten du karga arina optimizatzen duten eta erregimen osokoak zentratutako diseinuen artean, ingeniariak erabilera-flexibilitatea edo gaitasun maximoa aukeratzera behartuz.

Sarrera-tentsioaren bateragarritasuna eta seinale-integritatearen babesa

DC banaketaren arkitektura existentzuekin bateragarritasuna ebaluatzea

Distribuzio DC sistema zaharretarako indarreko modulua aukeratzerakoan, garrantzitsua da tentsio-tolerantzia mailak eta karga-partekatzea nola egiten duten aztertzea. Unitate baseband gehienek 48V DC sistemei egokitzen zaizkie, eta interesgarria da, tentsioaren %5eko jaitsiera edo gorakada txiki bat ere nahikoa izan daiteke sinkronizazio-protokoloak guztiz alboratzeko. Aurten lehenago argitaratutako ikerketa batek adierazten du, 40 eta 60 volt arteko sarrerak kudeatzeko gai diren indarreko moduluek bateragarritasun-arazoak hirugarren bi partez murrizten dituztela, tentsio-funtso finkoak dituzten modelo zaharren kontra. Malgutasun horrek eragin handia du ingurune desberdinetan eragiketa egonkorra mantentzeko.

Sarrerako Tentsioaren Ezegonkortasunaren Eragina Baseband Seinalaren Integritatean

Tentsio-erriflea 120mVpp baino gehiago denean indarreko moduluetan, 256-QAM seinaleentzat gauzak okerragotzen dira, fasearen zurgailua %18 inguruan handituz. Horrek EVM mailak 3GPP estandarrek eskatutakoa baino beheragokoak izan daitezen eragiten du, eta ez da benetan berri ona sistemahauetan lanean ari den edonorientzat. Arazoa milimetro-uhin aplikazioetan are nabarmenagoa da, non oinarri-banda prozesamendua oso sentikorra bihurtzen baita. 2 amperio baino goragoko korronte aldi baterakoek SERDES zirkuituak nahasten hasten dira, denboralizazio zurgailu indeseatuak sartuz, eta ingeniariak horrelako arazoekin lanean hasi ohi dira. Zorionez, diseinu berriagoko moduluak arazo hau konpontzen ari dira harmoniko aktiboen iragazketa teknikak erabiliz. Hobetutako soluzio hauek EMI eramanak %40 inguru murrizten dituzte eraginkortasun askorik galdu gabe, eta errendimendua %95 inguruan mantentzen dute kapazitate osoan lan egiten ari direnean ere.

Oinarri-banda aplikazioetarako indarreko modulu mota egokiena hautatzea

AC-DC, DC-DC, lineal eta etengailu moduluen funtzio desberdinak eta erabilera kasuak

Oinarrizko mailetako unitateak behar bezala funtzionarazteko moduluaren potentzia-espezifikazioak sistema-kasuak eskatzen duenarekin bat etortzea beharrezkoa da. AC-DC bihurgailuak korronte alternoko sarreretarako aproposak dira, baina arazoak sortzen dituzte telekomunikazio-inguruneetan, non ekipamendu gehiena 48V DC-n dabilen. Azken urteko IEEE-ren ikerketek adierazten dutenez, modulu linealak 2 mikrovolt baino gutxiagoko tentsio-hotsa dute RMS balioan, baina energia erdia galtzen dute, eta horrek ez du zentzurik oinarrizko mailako prozesaketan potentzia handiak kudeatzeko. Aldagailuen diseinuak eraginkortasun hobea lortzen dute, %80tik %95era bitartekoa, eta espazio txikiagoetan doaz. 5G sareek karga %40 aldatzen dituztenean, berriro ateratako DC-DC modelo batzuek irteera egonkorra mantentzen dute Ponemon-en ikasketan aipatutako bezala. Oraindik ez da zabalkundea izan resonante diseinuek telekomunikazioetan, baina proba lehenbailehenek adierazten dute ia %97ko eraginkortasuna lortu dezaketela lan jarraituan, eta horri begira daude fabrikatzaileak etorkizuneko aplikazioetarako.

Zergatik dute DC-DC aldagailuak nagusi Baseband Unitate modernoetan

5G kanalen akumulazioaren hazkunde azkarra dela eta, DC-DC aldagailuak mikro MIMO instalazioetan ampere handi horiek eragiten dituzten korronte-jeitsierak kudeatzeko erabaki nagusia bihurtu dira. Erreguladore lineal tradizionalak ezin dute lasteriatzat joan, sarrerako energia hirugarren baten inguru galduz berotegi gisa 256QAM modulazioan izandako kulminazio uneetan. Aldagailu diseinuak beste estrategia bat hartzen du. Pultsu-zabalera modulazio teknikak erabiltzen dituzte, %92ko eraginkortasuna mantentzen dutenak, %30tik karga osoa arte lanean egon arren. Benetako abantaila baseband enkapsulamendu hustuetan nabarmena da, non tenperatura askotan 55 gradura arte igarotzen den. Espazio trinko hauek ezin dute bero metaketaren maila onartu, erreguladore zaharragoek sortuko lukete egoera antzekoetan.

Linealtasunaren, noisearen eta eraginkortasunaren arteko konpromisoak

Ingeniariak oinarrizko energia-sistemetan hiru lehentasun konpetitiboren artean oreka izan behar dute:

• Ahaltasuna : Modulu linealak 64T64R anten matrizeetarako kritikoak diren <50 dB-eko seinale-hots erlazioak mantentzen dituzte
• Eraginkortasuna : Igoera topologiek %85 baino gehiagoko eraginkortasuna gordetzen dute 100G NRZ seinaleak prozesatzean ere
• Lerroa : Diseinu hibridoek eraginkortasunaren %5–8 galduz lortzen dute ±0,5% ko voltai-erregulazioa karga azpian

2023ko ikerketa batek erakutsi zuen 5G instalazien %72-k efizientzia hots-supresioarekiko balio handiagoa ematen diola, erregulazio ondorengo iragazketa erabiliz 3GPP-ren -110 dBm/Hz EMI muga betetzeko.

Joera: Erregulazio hobetua lortzeko Topologien integrazioa

Gaur egun, fabrikatzaile nagusi askok erregulagailu linealak erregulagailu aldakorrarekin nahasten hasi dira. Konbinazio honek sistema-eraginkortasunaren inguruan %88 lortzen du, irteerako uhin-forma 10 mVpp inguruan mantenduz. Hibrido osoak funtzionamendu bikaina du milimetro-uhinak eta behar dituzten oinarri-banda-sistemetan, bai 400W-ko energia entrega sendoa eta 16 bitsko ADCetan aurkitzen den zehaztasuna. 2024an MobileTech Insights-ek argitaratutako azkenengo proba eremuetan adierazten denez, EVM urratsetan %43 inguru gutxiago daude metodo hau erabiltzean diseinu guztiz-aldakorretara alderantziz. Ondo ulertu daiteke jende gehienak Open RAN proiektuetan hurbilketako hau erabiltzen ari direla gaur egun.

Ohiko galderak

Zer da oinarrizko mailetako prozesamendu unitatea?

Oinarrizko maiztasuneko tratamendu unitatea telekomunikazioetan seinaleen prozesamendu zereginak kudeatzeko funtsezkoa da. Denbora-tarte jakin bateko tentsioa eta potentzia behar ditu, eta uhin-uhinik gabeko tentsioa mantentzen du seinale kalitate handia ziurtatzeko, bereziki 5G bezalako teknologia aurreratuetan.

Zergatik kontsumitzen dute 5G sistemek 4G baino energia gehiago?

5G sistemek 4G baino energia gehiago erabiltzen dute MIMO eragiketak eta akatsen zuzenketa bezalako ezaugarri hobetuak direla eta, zeinek potentzia-moduluetatik gehiago eskatzen duten, horrek kontsumo handiagoa eraginez.

Nola eragiten dio potentzia-modulen gaitasunen desegokitasunak oinarrizko maiztasuneko unitateei?

Protokoluen pila prozesatzeko pikak ez ikustea edo LDPC dekodifikazioa gutxiestea bezalako desegokitasunek tentsio-eroriak eta denboraldi ezegonkortasuna eragiten dituzte, errore-tasa bitarra dinamikoaren arabera handituz.

Zer garrantzia du potentzia-modulen erantzun gardaiaren diseinuak?

Eragikako erantzunaren diseinua kritikoa da milisegundoko korronte-jaitsierak kudeatzeko, agente garaizko moduluen hondatzea eragin dezaketenak, batez ere 170A gainetik diren pultsuko ingurune 5G zorrotzetan.

Zergatik dira hobetsiak DC-DC aldatze-moduluak 5G oinarri-banda aplikazioetan?

DC-DC aldatze-moduluak eraginkortasunez kudeatzen dituzte 5G aplikazioetan ohikoak diren korronte-pultsu altuak, erreguladore lineal tradizionalen aurrean eraginkortasun handiagoa eskainiz eta eragin garrantzitsua izanik ingurune trinko eta tenperatura altukoetan funtzionamendu fidagarritasuna mantentzeko.

Zeintzuk dira aldatze- eta energia-lineal moduluen arteko konpromisoak?

Aldatze-moduluak eraginkorragoak dira eta korronte handiko aplikazioetarako egokiagoak, bitartean modulu linealak sorburu txikikoak dira, ingurune analogiko soinu-sentsitiboetarako hobeak direnak, baina gutxiago eraginkorrak energiari dagokionez.