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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Linearregler für FPGA okay?


Autor: Udo (Gast)
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Hi,
ich entwerfe grade ein kleines Board, wo ein Mikrocontroller sowie ein 
FPGA drauf sein sollen.
Der MC benötigt 3.3V, die IO-Spannung des FPGA beträgt ebenfalls 3.3V. 
Der Core benötigt 1.5V. Da ich das Board mit 24VDC versorgen möchte, 
habe ich mit dem LM2676 einen Schaltregler entworfen, der diese 3.3V 
ausgibt. Soweit so gut; nun habe ich aber nicht mehr genug Platz für 
einen zweiten Schaltregler, um die 1.5V für den Core bereitzustellen.
Frage deshalb: ist es okay, aus den 3.3V mittels einem Linearregler 1.5V 
zu machen und diese als Core-Spannung für den FPGA zu verwenden? Oder 
wäre es doch klüger, einen Switcher zu nehmen? Vielleicht doch direkt 
aus den 24V auch noch gleich 1.5V machen? Wie würdet ihr das angehen?
Problem ist auch, dass ich nicht wirklich sagen kann, wie viel Strom der 
FPGA verbraten wird, da vielleicht noch das eine oder andere zum 
FPGA-Design dazu kommen wird. Es handelt sich übrigens um einen Cyclone 
II von Altera.
Als Spannungsregler schwebt mir wie auf dem Altera DE2-Board der LM1117 
vor; welcher 0.8A liefern kann.
Na, was meint ihr dazu?

Also 24V -> Schaltregler -> 3.3V max. 3A -> LDO -> 1.5V max. 0.8A.

: Verschoben durch Admin
Autor: Jakob G. (Gast)
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Hi,

bin kein Experte für FPGAs, aber warum sollte es kein Linearregler 
werden? Hast dann vermutlich weniger Probleme mit Schwingungen, von 
daher gar nicht so schlecht.

Du solltest aber von 3,3V ausgehen, ansonsten hast du riesen 
Verlustleistungen für nichts. 1,4W vs. 23W ist schon ein kleiner 
Unterschied. Das dürfte dann auch wieder ein Platzproblem geben, alleine 
wegen des Kühlkörpers ;) Zumal ein normaler Linearregler ehr keine 23W 
abführen kann, erst recht nicht ein LM1117 der auf dem Board bestimmt 
als SMD Package aufgelötet ist.

Aber ich vermute mal ganz stark, dass dein FPGA keine 800mA braucht, 
sondern vielleicht 80 oder noch weniger ;)

Autor: Udo (Gast)
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Hi Jakob,
danke erstmal für deinen Post.
Klar werde ich den Linearregler eingangsseitig mit 3.3V versorgen! Das 
ist klar :-) Die Frage ist, ob der vom Strom her reicht. Die 
Stromaufnaahme des FPGAs lässt sich ja nicht einfach im Voraus 
bestimmen, sie ist abhängig von der implementierten Logik und von der 
Frequenz. Und ich habe nicht den Hauch einer Ahnung, wie viel Strom so 
ein FPGA zieht, da ich bisher immer mit Development Boards gearbeitet 
habe, wie z.B. dem Altera DE2-Board (wo übrigens auch dieser 
Linearregler drauf ist...).

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Je nachdem wie viele Gatter auf einmal schalten, benötigen größere FPGAs 
durchaus ein paar Ampere für den Core.
0,8A sollten aber für normal große FPGAs bei weitem ausreichen.
Die Lösung 3,3V -> Corespannung ist daher ok. Nur bei größeren macht ein 
Schaltregler wirklich Sinn.

Autor: olol (Gast)
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Weisst du dann wenigstens welches FPGA zum einsatz kommt? Dann kann der 
Strom besser abgeschätzt werden.
Und kann der LM1117 bis 1.5V gehen? Ansonsten gibt es noch den MC33269DT 
im DPak z.B.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Wichtig ist die Abschaetzung des Strombedarfs. Das Datenblatt geht 
(glaub ich) von 15% der Gatter aus, die aufs Mal schalten. Falls es nun 
ungluecklicherweise geschieht, dass alle Gatter aufs Mal schalten, 
braucht es sieben mal mehr Strom. !!!

Autor: Schrotty (Gast)
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>Aber ich vermute mal ganz stark, dass dein FPGA keine 800mA braucht,
>sondern vielleicht 80 oder noch weniger ;)

Täusch dich da mal nicht ;-)

je nach Schaltfrequenz und Anzahl der benutzten Register, reichen die 
0.8A u.u. nicht.

Autor: Michael (Gast)
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>Weisst du dann wenigstens welches FPGA zum einsatz kommt? Dann kann der
>Strom besser abgeschätzt werden.

Warum lesen die Leute immer nur die Hälfte? Hättest du, olol, den 
Eingangspost komplett gelesen wüsstest du, dass es ein Cyclone II von 
Alterra ist, der hier versorgt werden soll.

Autor: Udo (Gast)
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Hallo,
wie bereits richtig festgestellt wurde soll ein Cyclone II versorgt 
werden.
Ich besitze ein Evalboard von Altera, wo auch mittels Schaltregler aus 
12V 3.3V gemacht werden, und daraus dann mit dem LM1117 diese 1.5Volt. 
Das soll also nicht das Problem sein.
Mein FPGA hat 16k Gatter, und da ich am dem Design, das ich da 
implementieren will, noch arbeite, kann ich den genauen Strombedarf 
nicht wirklich abschätzen. Die Frage ist halt, ob im worst case, wenn 
alle 16k Gatter umschalten, diese 0.8A noch reichen oder eben nicht... 
Okay, der Spitzen-Strombedarf ist ja nur kurzzeitig. Also gut abblocken 
und dann sieht das auch schon wieder anders aus. ABER: wenn ich die PLL 
noch mit benutze, dann können durchaus Frequenzen um 200 MHz vorkommen. 
Was mich ein bisschen verunsichert...

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Udo (Gast)

>implementieren will, noch arbeite, kann ich den genauen Strombedarf
>nicht wirklich abschätzen. Die Frage ist halt, ob im worst case, wenn
>alle 16k Gatter umschalten, diese 0.8A noch reichen oder eben nicht...

Kann man leicht testen

http://www.geocities.com/jacquesmartini/digital/pl...

MfG
Falk

Autor: Michael X. (Firma: vyuxc) (der-michl)
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Kannst du so machen, denn ein Switcher von 24V auf 1,5V dürfte kaum 
einen besseren Wirkungsgrad wie deine Lösung haben. Vergiß nicht den 
1117 ordentlich zu kühlen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Michael X. schrieb:
> Kannst du so machen, denn ein Switcher von 24V auf 1,5V dürfte kaum
> einen besseren Wirkungsgrad wie deine Lösung haben. Vergiß nicht den
> 1117 ordentlich zu kühlen.

Als ein Linearregler? Wohl kaum, wenn ich da an mein PC Netzteil denke.

Autor: A. K. (prx)
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Für derart niedrige Spannungen sind die LM267x nicht so gut, denn allein 
die Diode reduziert dabei den Wirkungsgrad um fast 1/4. Da sind - wenn 
es denn sein muss - wie auf dem PC-Mainboard Switcher mit 
Synchrongleichrichter gefragt.

Autor: Schrotty (Gast)
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Gibt es bei Altera nicht auch in der IDE eine art "Power Calculator" wo 
du dein Design reinlädst, ein paar Eckparamter angibst und dir das Tool 
ausspuckt, wieviel Watt der Chip verheizen wird?

Achte bei der Auswahl des Linearreglers auf ausreichende Kühlung.
Über Rth bestimmen, ob der Die nicht zu heiss wird!

Autor: Michael L. (michaelx)
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1. Die 1,5V aus den 3,3V ist durchaus üblich, und m.E. auch nicht 
verkehrt.

2. Bei Xilinx habe ich in den Datenblättern Formeln gesehen, mit denen 
man den Stromverbrauch vorab "berechnen" - naja ich sag mal besser 
abschätzen kann. Schau mal, ob es da bei Altera auch was vergleichbares 
gibt.

Autor: Jakob G. (Gast)
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>Täusch dich da mal nicht ;-)

>je nach Schaltfrequenz und Anzahl der benutzten Register, reichen die
>0.8A u.u. nicht.

Oh, ok.. Da hab ich mich verschätzt. Wieder was gelernt, danke schön! :)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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A. K. schrieb:
> Für derart niedrige Spannungen sind die LM267x nicht so gut, denn allein
> die Diode reduziert dabei den Wirkungsgrad um fast 1/4. Da sind - wenn
> es denn sein muss - wie auf dem PC-Mainboard Switcher mit
> Synchrongleichrichter gefragt.

Falls das eine Antwort auf meinen Post war:

Hab schon gesehen, es ging um Schaltregler vs. Schaltregler+LDO 
nachgeschaltet. Ja, dann nehme ich alles zurück und behaupte das 
Gegenteil.

Autor: Roger Steiner (edge)
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Nur so am Rande: Cyclone II hat eine core Spannung von 1,2V.

Die mit einem Linearregler aus den 3,3V zu erzeugen ist i.d.R. 
unproblematisch, kommt halt auf das Design an. Dazu gibt es den Power 
Estimator bei Altera um mal eine Hausnummer zu bekommen.

Cheers, Roger

Autor: Udo (Gast)
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Hi Roger,
die Core-Spannung kann von 1.2..1.8V variieren beim Cyclone. Ich habe 
einen 1.5V Regler grade hier, deshalb dachte ich mir passt das schon. 
Empfohlen ist zwar 1.25V, aber ich denke es ist durchaus okay, wenn man 
irgendwo zwischen 1.2 und 1.8V liegt.

Wo finde ich den Power Estimator?

Autor: Roger Steiner (edge)
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