Speisespannung reduzieren für kleineren Leistungsverbrauch

[Magneto F. (fpga_stud)]

Hallo zusammen

Ich habe vor mir ein selbstentwickeltes Board das nun leider doch zu 
viel Leistung aufnimmt, um mittels USB gespiesen zu werden. Bei den 
einzelnen Bauteilen habe ich meiner Meinung nach schon recht weit 
optimiert.

Nun kam mir die Idee dass alle Bauteile auf der 3.3V Speisung (FPGA-IO, 
Phy, USB-Conroller, RAM...) auch mit 3V auskämen laut Datenblatt. Ich 
gehe davon aus, dass die Bauteile intern dann mit dem exakt selben Strom 
laufen würden. Bei einer Reduktion von 3.3 auf sagen wir 3.1 wäre dies 
beinahe 10% weniger Leistung.

Frage: Ist meine Idee zielführend oder sehr gefährlich bezüglich 
Temperathur, Langlebigkeit etc?

Beste Grüsse

[Fpgakuechle K. (Gast)]

Magneto F. schrieb:

> Ich habe vor mir ein selbstentwickeltes Board das nun leider doch zu
> viel Leistung aufnimmt, um mittels USB gespiesen zu werden.

> Nun kam mir die Idee dass alle Bauteile auf der 3.3V Speisung (FPGA-IO,
> Phy, USB-Conroller, RAM...) auch mit 3V auskämen laut Datenblatt.


Im Prinzip sollte das schon was sparen. Wie erzeugtst du die 3V3? DCDC 
Linarregler oder Schaltregler?

Für ne USB-Stromversorgung hilft gelegentlich auch ein Y-Kabel, dann 
hast du 600 statt 500mW.

http://www.heise.de/ct/hotline/Was-nuetzen-USB-Y-Kabel-322240.html

MfG,

[Dirk K. (dekoepi)]

Der Ansatz ist genau richtig, wenn sich das Timing nicht ändert. Wenn du 
deine benötigten Frequenzen immer noch stabil erreichst?
Beispielsweise kann man so mit dem ATmega328 ordentlich Strom sparen, 
wenn man ihn mit 3,3V anstatt 5V betreibt. Da garantiert der Hersteller 
jedoch nur noch einen niedrigeren Takt über den vollen 
Temperaturbereich.

Edit: Auch denkbar, einen Schaltregler von 5V auf 3,3V zu nutzen, um den 
Strom nicht zu verbrennen; dahinter ggf. noch einen 
Ultra-Low-Dropout-Regler, der den geringen Hub zu 3V dann verbrennt, um 
eine saubere, glatte Versorgungsspannung zu erhalten. Beispielsweise der 
MCP1825S - 500mA @ 210mV Dropout. Gegebenenfalls mehrere davon, vor 
jeden Baustein einen, falls du mehr Strom benötigst.

[Fpgakuechle K. (Gast)]

Dirk K. schrieb:

> Beispielsweise kann man so mit dem ATmega328 ordentlich Strom sparen,
> wenn man ihn mit 3,3V anstatt 5V betreibt. Da garantiert der Hersteller
> jedoch nur noch einen niedrigeren Takt über den vollen
> Temperaturbereich.


Ist beim FPGA ähnlich da bestimmt die Spannung auch die 
Schaltgeschwindigkeit. Mal ein bißchen mit der STA experimentieren. 3V0 
als Bank-Spannung wirst du wohl nicht als Parameter eingeben können, 
dann experimentier mit einem 2V5 setting.

MfG,

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Magneto F. schrieb:
> Nun kam mir die Idee dass alle Bauteile auf der 3.3V Speisung (FPGA-IO,
> Phy, USB-Conroller, RAM...) auch mit 3V auskämen laut Datenblatt. Ich
> gehe davon aus, dass die Bauteile intern dann mit dem exakt selben Strom
> laufen würden.
Das ist schon mal eine falsche Annahme.
In der Regel hat eine niedrigere Betriebsspannung auch niedrigere Ströme 
zur folge.

> Bei einer Reduktion von 3.3 auf sagen wir 3.1 wäre dies
> beinahe 10% weniger Leistung.
In der Regel bekommt men eine progressive Leistungszunahme bei Erhöhung 
der Spannung.

> Frage: Ist meine Idee zielführend oder sehr gefährlich bezüglich
> Temperathur, Langlebigkeit etc?
Nein, im Gegenteil. Geringere Erwärmung führt meist zu höherer 
Lebensdauer. Die Problematik der verringerten Dynamik bei geringerer 
Spannung wurde schon genannt.

Du kannst aber auch durch viele andere Massnahmen Energie sparen, z.B.
- niedrigere Taktfrequenzen
- höhere Werte für Pull-Up und Pull-Down-Widerstände
- Nutzung hocheffizienter LED -> kleiner LED-Ström
- Nutzung Energiesparmodi in uC
- Nutzung hocheffizienter Schaltregler
- alternativer ICs mit geringerem Ruhe- und Betiebsstrom
Hast du diese schon ausgenutzt?
Gruß Öletronika