Ինչպես ընտրել բազային կայանների համար ճիշտ սնուցման մոդուլը

Բազային կայանի սնուցման պահանջների և աշխատանքային դինամիկայի հասկացություն

Բազային մշակման կայանի ներածություն և նրա սնուցման պահանջները

Վերջին բազային մշակման միավորներին անհրաժեշտ են հատուկ նախագծված սնուցման մոդուլներ, որոնք կարող են մատակարարել 48-ից 72 վոլտ ստացիոնար հոսանք՝ պահելով ռիփլ աղմուկը 150 միկրովոլտից ցածր՝ սիգնալի որակը պահպանելու համար: Սպառման հզորությունը տարբեր մոդելներում բավականին տարբերվում է՝ տատանվելով մոտ 80 վատից մինչև 350 վատ՝ կախված մշակման բարդությունից: Հատկապես 5G համակարգերի դեպքում, վերջերս հրապարակված արդյունաբերական զեկույցների համաձայն՝ գագաթնակետի պահին սրանք սպառում են մոտ 22 տոկոսով ավելի շատ հզորություն, քան 4G-ի համարակիցները: Այս ավելացված պահանջը հատկապես ակնառու է դառնում MIMO գործառույթների ընթացքում և սխալների ուղղման մշակման ժամանակ: Սնուցման մոդուլները պետք է առնվազն տասը վայրկյան անընդմեջ կարողանան կրել իրենց անվանական հզորության 105%-ը՝ առանց ձախողվելու այդ պայմաններում:

Սնուցման մոդուլների հնարավորությունների համընկնումը բազային միավորների աշխատանքային ծանրաբեռնվածության հետ

2025 թվականի արդյունաբերական վերլուծությունը ցույց տվեց, որ բազային սնուցման մոդուլների 68%-ը ձախողվում է աշխատանքային ծանրաբեռնվածության համընկնման մեջ՝ երեք կարևորագույն անտեսումների պատճառով.

• Կորցված ստակի մշակման սուր աճերի անտեսումը հանձնման գործողությունների ընթացքում
• LDPC դեկոդավորման հոսանքների հաշված ցածր գնահատումը 19–31%-ով
• Հոսանքի բաշխման տոպոլոգիաներում 10–15 մվ-ի ուշացման անտեսումը

Այս անհամապատասխանությունները հանգեցնում են լարման անկման, ժամանակային անկայունության և բիթի սխալների աճին՝ հատկապես դինամիկ երթևեկության պայմաններում:

Կատարողականի չափանիշները դինամիկ սիգնալների մշակման միջավայրում

Օպտիմալ սնուցման մոդուլները պետք է համապատասխանեն խիստ կատարողականի չափանիշների՝ սերունդների ընթացքում.

5G սահմանափակումներին համապատասխանելու համար անհրաժեշտ են ավելի արագ կառավարման օղակներ, ավելի խիստ կարգավորում և առաջադեմ զուգահեռեցման տեխնիկաներ:

Ուսումնասիրություն՝ 5G բազային կայաններում սնուցման տատանումները առավելագույն թրուփութի ընթացքում

Երբ 3,5 ԳՀց-ի մասշտաբային MIMO համակարգում իրականացվում էին փորձարկումներ, ինժեներները նկատեցին լարման նկատելի՝ 27%-ի անկում այն դեպքում, երբ միաժամանակ օգտագործվում էին 256-QAM մոդուլյացիան և ճառագայթի կեղծումը: Առկա սնուցման մոդուլը 92 միկրոֆարադ խոշոր տարողություն ուներ, որը բավարար չէր 85 ամպերից ավելի հոսանքի կարճ, սակայն ինտենսիվ ցատկերին դիմադրելու համար, որոնք տևում էին մոտ 8 միկրովրկյան: Սա հանգեցրեց թվային սիգնալի պրոցեսորի ժամանակացույցի անկայունության և մոտ 12% տվյալների կորստի: Երբ անցան 470 միկրոֆարադ պոլիմերային կոնդենսատորների և չորս փուլային ինտերլեյվինգի համադրությամբ այլ կառուցվածքին, իրավիճակը զգալիորեն բարելավվեց: Առավելագույն հոսանքի հնարավորությունը գրեթե եռապատկվեց, և նրանք կարողացան պահպանել բավականին բարձր 94,1% արդյունավետություն, նույնիսկ աշխատելով 40% բեռնվածության դեպքում:

Սնուցման մոդուլների չափավորում՝ ելքային հզորություն, հոսանքի ցատկեր և դեռեյթինգ

Ընդհանուր ելքային հզորության պահանջները հաշվարկելու քայլ առ քայլ մեթոդ

Ճիշտ սնուցման մոդուլների չափավորումը ներառում է երեք հիմնական քայլ.

1. Գումարել բազային շերտի միավորի անվանական սպառման հզորությունը բոլոր DSP միջուկների և I/O ինտերֆեյսների վրա
2. Ավելացրեք 25–40% արժողություն բաղադրիչների մաշվածության և բեռի փոփոխությունների հաշվառման համար
3. Բազմապատկեք 1.5–2 անգամ n+1 կոնֆիգուրացիաներում պահուստային արժողության համար

Դաշտի տվյալները ցույց են տվել, որ 2023 թվականին արդյունավետ աշխատող բազային շերտի միավորների 63%-ը անբավարար հզորության պաշարի հաշվարկների պատճառով էին (Տեղեկակցման հզորության կոնսորցիում), որը ընդգծում է զգուշավոր սկզբնական գնահատականների կարևորությունը:

Թվային բազային շերտի սխեմաներում անցողիկ հոսանքի սրունքների հաշվառում

Ժամանակակից բազային շերտի պրոցեսորները ցուցադրում են միլիվրկերի ընթացքում հոսանքի աճ, որը կարող է հասնել անվանական բեռի 200%-ի սիգնալի դեմոդուլյացիայի ընթացքում գագաթների ժամանակ: Այս անցումային երևույթները պահանջում են այնպիսի սնուցման մոդուլներ, որոնք՝

• Աճման արագություն >200 Ա/մկմ
• Պատասխանման ժամանակ <50 մկմ
• Վերահաշվարկման հանդուրժողականություն ±15%

2023 թվականի ուսումնասիրությունը ցույց տվեց, որ 5G բազային կայանների 38%-ն արագ սնուցման մոդուլների ձախողման է ենթարկվել 170Ա-ից բարձր կառավարվող հոսանքի սրունքների պատճառով (Բջջային ենթակառուցվածքների զեկույց), ինչը ցույց է տալիս անհրաժեշտությունը հզոր անցումային պատասխանման նախագծման համար:

Նվազեցման կորերի օգտագործումը երկարաժամկետ կայունություն ապահովելու համար

Առաջատար արտադրողները ներդրում են իրական ժամանակում գործող պակասման ալգորիթմներ, որոնք կարգաբերում են շահագործման պարամետրերը՝ հիմնվելով ջերմասենսորների և нагрузкի պրոֆիլների վրա: Այս մոտեցումը 4G/5G հիբրիդային միավորներում ջերմային անսարքությունները կրճատել է 72%-ով (2024 թ. Power Electronics Journal):

Շահավետություն, ջերմային արդյունավետություն և սառեցման ինտեգրում

Էներգաարդյունավետությունը որպես ջերմային արդյունավետության շարժիչ

Այսօրվա սեղմակները շատ ավելի լավ են կառավարում ջերմությունը, քանի որ դրանք պարզապես ավելի արդյունավետ են: Երբ էներգիան ապավինում է, այն վերածվում է ջերմության, ուստի արդյունավետությունը բարելավելը նշանակում է ջերմության ավելացման նվազում: Վերցրեք, օրինակ, DC-DC անջատման կոնստրուկցիաները՝ այս առաջադեմ համակարգերը մոտ 40 տոկոսով կրճատում են ջերմային խնդիրները հին ձևի գծային կարգավորիչների համեմատ: Դրանք աշխատում են 92-ից 96 տոկոս արդյունավետությամբ, ինչը մեծ տարբերություն է նշանակում: Բազային միավորները շատ շահում են այս արդյունավետության և ջերմության կառավարման կապից: Կարողացեք պատկերացրեք 80 վատտ հզորությամբ պրոցեսոր, որը աշխատում է այս միավորներից մեկում՝ այն կարող է արտադրել 6-ից 8 վատտ լրացուցիչ ջերմություն, եթե սնուցման փոխակերպումը բոլորովին էլ ճիշտ չէ: Այդ տեսակի կորուստները շատ արագ են կուտակվում և ինժեներների համար ստեղծում են տարբեր խնդիրներ, ովքեր փորձում են պահել ամեն ինչ սառը:

Համեմատական վերլուծություն՝ Անջատման և Գծային Սնուցման Մոդուլները Ջերմության рассեիայի տեսանկյունից

6:1 ջերմային տարբերակը բացատրում է, թե ինչու է 78% 5G բազային միավորները օգտագործում անջատման ճարտարապետություններ՝ չնայած դրանց բարդ ռիփլի նվազեցման պահանջներին:

Ջերմային կոնստրուկտիվ հզորության (TDP) համաձայնեցում կոնտեյների սառեցման սահմանափակումների հետ

Սնուցման մոդուլի TDP-ի ռեյտինգները պետք է համապատասխանեն ինչպես ամենածանր մշակման բեռնվածություններին, այնպես էլ շրջակա միջավայրի սահմանափակումներին: 300Վտ TDP ունեցող մոդուլը 40°C շրջակա միջավայրում սովորաբար պահանջում է.

• բարձրադիրքի նվազեցման համար 25% օդի անցք
• արտաքին կոնտեյներներում փոշու կուտակման համար 15% արժեք
• Ակտիվ սառեցում, որը կարող է տեղափոխել 120 խորանարդ ոտն/րոպե (CFM) մեկ կՎտ ջերմային արտադրողականության դեպքում

Այս սահմանափակումները գերազանցող համակարգերը վտանգի են ենթարկվում ջերմային սահմանափակմանը, ինչը կարող է կայուն գործառույթների ընթացքում բազային շղթայի թրուփութը նվազեցնել մինչև 22%

Արդյունաբերական պարադոքս՝ բարձր արդյունավետություն մասնակի բեռնվածության դեպքում ընդդեմ լիարժեք բեռնվածության պայմանների

Չնայած ժամանակակից ուժային մոդուլները 20% բեռի դեպքում հասնում են 80%-ից ավելի արդյունավետության՝ ինչը գազանավթային միավորների համար իդեալական է, որոնց տրաֆիկը փոփոխվում է, սակայն ամբողջական բեռի դեպքում դրանց արդյունավետությունը հաճախ իջնում է մրցակիցների ցուցանիշներից ներքև: Այս փոխզիջումը ստեղծում է 13% արդյունավետության տարբերություն թեթև բեռի օպտիմալացված և ամբողջական բեռի վրա կենտրոնացած նախագծերի միջև, ինչը ինժեներներին ստիպում է ընտրություն կատարել գործառնական ճկունության և գագաթնային հնարավորություններից մեկը:

Մուտքային լարման համատեղելիություն և սիգնալի ամբողջականության պաշտպանություն

Գոյություն ունեցող ստացիոնար բաշխման կառուցվածքների հետ համատեղելիության գնահատում

Երբ ընտրում եք հզորության մոդուլ առկա տրամադրման DC սարքերի համար, կարևոր է հաշվի առնել ինչպես լարման դիմացկության մակարդակները, այնպես էլ բեռի բաշխման արդյունավետությունը: Շատ բազային կայաններ աշխատում են 48V DC համակարգերով, և հետաքրքիր է, որ լարման 5% -ի սահուն անկումը կամ ցատկը կարող է ամբողջովին խախտել այդ սինքրոնացման պրոտոկոլները: Հիմնվելով 5G ցանցային բաղադրիչների վերաբերյալ անցյալ տարի հրապարակված որոշ հետազոտությունների վրա՝ այն հզորության մոդուլները, որոնք կարող են աշխատել 40-60 վոլտ միջակայքում, համեմատած հին մոդելների հետ՝ ֆիքսված լարման միջակայքով, համատեղելիության խնդիրները կրճատում են մոտ երկու երրորդով: Այս տեսակի ճկունությունը մեծ տարբերություն է անում տարբեր պայմաններում կայուն գործողություններ պահպանելու համար:

Մուտքային լարման անկայունության ազդեցությունը բազային սիգնալի ամբողջականության վրա

Երբ լարման թրթռոցը գերազանցում է 120 մՎ-ի պիկ-պիկը սնուցման մոդուլներում, սա վատանում է 256-QAM սիգնալների համար՝ ֆազային աղմուկը մեծացնելով մոտ 18%: Սա հանգեցնում է սխալման վեկտորի մակարդակի իջմանը 3GPP ստանդարտներով պահանջվող մակարդակից ներքև, ինչը ճիշտ չէ լավ լուր ցանկացած մարդու համար, ով աշխատում է այս համակարգերի վրա: Խնդիրը ավելի է ակնառու դառնում միլիմետրային ալիքների կիրառման դեպքում, որտեղ բազային շղթաների մշակումը դառնում է արտակարգապես զգայուն: Անցողական հոսանքի սրունքները, որոնք գերազանցում են 2 Ա-ն, սկսում են խանգարել SERDES շղթաներին՝ ներդնելով անցանկալի ժամանակային տատանումներ, որոնք ինժեներները ստիպված են լինում լուծել: Բարեբախտաբար, նոր մոդուլների նախագծումները սկսում են լուծել այս խնդիրը՝ օգտագործելով ակտիվ հարմոնիկ ֆիլտրացման տեխնիկաներ: Այս առաջադեմ լուծումները կրճատում են հաղորդվող EMI-ն մոտ 40%-ով՝ առանց էական կորուստների արդյունավետության մեջ և պահելով կատարումը մոտ 95%-ի սահմաններում՝ նույնիսկ ամբողջական հզորությամբ աշխատելիս:

Բազային շղթաների համար օպտիմալ սնուցման մոդուլի տեսակի ընտրություն

AC-DC, DC-DC, գծային և անջատող մոդուլների ֆունկցիոնալ տարբերություններն ու կիրառման դեպքերը

Բազային միավորների ճիշտ աշխատանքը հասնելու համար պետք է համընկնեն հզորության մոդուլի բնութագրերը համակարգի իրական պահանջների հետ: AC-DC փոխարկիչները լավ են աշխատում փոփոխական հոսանքի մուտքերի դեպքում, սակայն հեռահաղորդակցության կարգավորումներում դրանք խնդիրներ են առաջացնում, որտեղ սարքավորումների մեծամասնությունը արդեն աշխատում է 48V DC-ով: Գծային մոդուլներն ունեն շատ ցածր աղմուկ՝ 2 միկրովոլտից ցածր RMS, ըստ IEEE-ի անցյալ տարվա հետազոտության, սակայն նրանք կորցնում են մոտ կեսը իրենց էներգիայից, ինչը բազային մշակման մեծ հզորության պահանջների դեպքում ընդհանրապես պրակտիկական չէ: Անջատման կառուցվածքները հասնում են շատ ավելի լավ արդյունավետության՝ 80-ից մինչև 95 տոկոս, և նաև զբաղեցնում են փոքր տարածք: Որոշ նոր տեսակի DC-DC մոդելներ կարող են պահպանել անփոփոխ ելքային հզորություն, նույնիսկ երբ 5G ցանցերը 40 տոկոսով փոփոխում են բեռը, ինչպես նշված է Ponemon-ի ուսումնասիրության մեջ: Ռեզոնանսային կառուցվածքները դեռևս հեռահաղորդակցության մեջ լայնորեն չեն օգտագործվում, սակայն վաղ փորձարկումները ցույց են տալիս, որ դրանք կարող են հասնել գրեթե 97 տոկոս արդյունավետության անընդհատ աշխատանքի ընթացքում, ինչի վրա արտադրողները հետևում են ապագայի կիրառությունների համար:

Ինչու են DC-DC անջատման մոդուլները գերակշռում ժամանակակից բազային կայաններում

Քանի որ 5G ալիքների խմբավորումը արագ է աճում, DC-DC անջատման մոդուլները դարձել են հզոր ՄԻՄՕ կառույցներում առկա 150Ա/միկրովրկյան հոսանքի սրուն աճերը կառավարելու հիմնական լուծում: Սովորական գծային կարգավորիչները պարզապես չեն կարողանում հետևել դրանց, քանի որ 256QAM մոդուլացիայի ընթացքում գագաթնային պահանջների դեպքում դրանց մուտքային հզորության մոտ երկու երրորդը կորցվում է որպես ջերմություն: Անջատման կառույցները մոտենում են այս խնդրին ամբողջովին այլ կերպ: Նրանք օգտագործում են իմպուլսային լայնաշարժ մոդուլացիայի մեթոդներ, որոնք պահպանում են մոտ 92% արդյունավետություն՝ նույնիսկ աշխատելով 30%-ից մինչև ամբողջական բեռի տիրույթում: Իրական առավելությունը ակնհայտ է դառնում այն խիտ բազային կառույցներում, որտեղ ջերմաստիճանը հաճախ հասնում է 55 աստիճան Ցելսիուսի: Այս փոքր տարածքները պարզապես չեն կարող հանդուրժել այն չափով ջերմության կուտակում, որը ավելի հին կարգավորման տեխնոլոգիաները կառաջացնեին նմանատիպ պայմաններում:

Գծայնության, աղմուկի և արդյունավետության միջև փոխզիջումներ

Ճենակային սնուցման համակարգերում ինժեներները պետք է հավասարակշռեն երեք մրցակցային պահանջներ.

• Ձայն գծային մոդուլները պահպանում են <50 դԲ սիգնալ-աղմուկ հարաբերակցություն, որը կարևոր է 64T64R անտենային զանգվածների համար
• Արդյունավետություն անջատման տոպոլոգիաները պահպանում են 85% և ավելի բարձր արդյունավետություն՝ նույնիսկ 100G NRZ սիգնալի մշակման ընթացքում
• Գծայնություն հիբրիդային կոնստրուկցիաները զիջում են 5–8% արդյունավետություն՝ բեռի տակ հասնելով ±0.5% լարման կարգավորման

2023 թվականի ուսումնասիրությունը ցույց տվեց, որ 5G-ի տեղակայումների 72%-ը առաջնահերթություն է տալիս արդյունավետությանը աղմուկը ճնշելու փոխարեն՝ օգտագործելով կարգավորման հետևանքով ֆիլտրում՝ համապատասխանելու 3GPP-ի -110 դԲմ/Հց EMI շեմերին:

Շարժընթաց՝ հիբրիդային տոպոլոգիաների ինտեգրումը կարգավորումը բարելավելու համար

Այսօրվա դրությամբ շատ ընկերություններ սկսում են օգտագործել անջատման նախնական կարգավորիչներ՝ զուգահեռեցնելով գծային հետևյալ կարգավորիչների հետ: Այս համադրությունը հասնում է մոտ 88% համակարգային արդյունավետության, մինչև մոտ 10 mVpp պահելով ելքային տատանումները: Այս հիբրիդային կառույցը շատ լավ է աշխատում միլիմետրային ալիքների բեյսբենդային համակարգերի համար, որոնք պահանջում են ինչպես 400Վտ հզորության հուսալի մատակարարում, այնպես էլ 16-բիթանոց ADC-ներին բնորոշ ճշգրտություն: Ինչպես 2024 թվականին MobileTech Insights ընկերության կողմից հրապարակված վերջերս հրապարակված փորձարկումները ցույց են տվել, այս մեթոդը օգտագործելու դեպքում EVM խախտումները մոտ 43%-ով պակաս են, քան ավանդական միայն անջատման կառույցների դեպքում: Ուստի հասկանալի է, թե ինչու է այս մոտեցումը այսօր շատ տարածված է արդյունաբերության շատ ներկայացուցիչների կողմից Open RAN նախագծերի համար:

Հաճախ տրամադրվող հարցեր

Ինչ է բեյսբենդային մշակման միավորը?

Բազային շերտի մշակման միավորը հիմնարար նշանակություն ունի հեռահաղորդակցության մեջ՝ կատարելով սիգնալի մշակման խնդիրներ: Այն օգտագործում է հատուկ նախագծված սնուցման մոդուլներ՝ ապահովելու համար հստակ լարման և հզորության պահանջները՝ պահպանելով ցածր թրթռոցի աղմուկ՝ բարձր որակի սիգնալի համար, հատկապես 5G-ի նման առաջադեմ տեխնոլոգիաներում:

Ինչո՞ւ են 5G համակարգերը ավելի շատ հզորություն օգտագործում, քան 4G-ն:

5G համակարգերը ավելի շատ հզորություն են օգտագործում, քան 4G-ը՝ իրենց բարելավված հատկանիշների պատճառով, ինչպիսիք են MIMO գործողությունները և սխալների ուղղումը, որոնք ավելի շատ են պահանջում սնուցման մոդուլներից՝ հանգեցնելով հզորության սպառման աճի:

Ինչպե՞ս են սնուցման մոդուլների հնարավորությունների անհամապատասխանությունները ազդում բազային շերտի միավորների վրա:

Տարասեռությունները, ինչպիսիք են պրոտոկոլային շերտի մշակման սրունքները անտեսելը կամ LDPC դեկոդավորումը ստորագնահատելը, հանգեցնում են լարման անկման և ժամանակային անկայունության, ինչը դինամիկ երթևեկության պայմաններում մեծացնում է բիթերի սխալների հաճախադեպությունը:

Որքա՞ն կարևոր է սնուցման մոդուլներում անցումային պատասխանի նախագծումը:

Ժամանակավոր պատասխանի դիզայնը կարևոր է միլիվերանգի սահմաններում առաջացող հոսանքի թռիչքները կառավարելու համար, որոնք կարող են հանգեցնել սկզբնական փուլում սնուցման մոդուլների ձախողման, հատկապես 5G-ի պահանջկոտ միջավայրերում, որտեղ առաջանում են 170Ա-ից բարձր սրունքներ:

Ինչո՞ւ են տրանսիվերների DC-DC մոդուլները նախընտրվում 5G բազային կայանների կիրառություններում:

DC-DC անջատիչ մոդուլները արդյունավետ կերպով կառավարում են 5G կիրառություններում բնորոշ բարձր հոսանքի թռիչքները, առաջարկելով գերազանց արդյունավետություն ավանդական գծային կարգավորիչների համեմատ, և կարևոր են կոմպակտ և բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերում գործառույթային հուսալիությունը պահպանելու համար:

Որո՞նք են անջատման և գծային սնուցման մոդուլների միջև փոխզիջումները:

Անջատիչ մոդուլները ավելի արդյունավետ են և հարմար են բարձր հոսանքի կիրառությունների համար, իսկ գծային մոդուլները առաջարկում են ցածր աղմուկ, որը լավագույնս հարմար է աղմուկին զգայուն անալոգային կիրառությունների համար, սակայն նվազ էներգաարդյունավետ են: