Где ставить DC-DC относительно конечных потербителей? Опции

[iiv]

Добрый день,

нахожусь сейчас в процессе разводки сборки двух плат одна над другой, все должно влезть в габариты примерно 2х15см и 1см высотой (ну почти).

На нижней много аналоговых и дигитальных потребителей, на верхней хочу оставить только DC-DC (импульсные и LDO). Современный вариант содержит мессево, поэтому есть шумы по питанию, хотя основная функциональность работает. Все имеет общую землю, земля сейчас разведена почти звездой, потому похоже и баги по питанию.

На одну плату все вместе категорично не полезет...

Хочу сделать так:

1. Питание потребителей с верхней платы на нижнюю планирую передавать через два медных припаянных штырька 5мм длинной ,сверху и снизу по керамике.

2. прямо вблизи от этой пары штырьков LDO, а вся импульсная часть питания выведена в один угол платы.

То есть например с плиской - питание будет прямо над плиской, штырьками на борду с плиской спускающееся где-то в 2-3мм от края плиски...

Компоненты которые сейчас есть на плате:
два диффусилителя, 4 ОА, 6 миксеров, 2 клока - все примерно на 1-100МГц, два АЦПшки 160МГц/16бит и 120КГц/24бита,
было две плиски, сейчас будет только одна плиска 5-ый циклон,
было 2 линукс компьютера (интел эдисон), сейчас будет один,
пара мелкоконтроллеров.

Основной современный глюк - при большом потреблении в плиске появляются шумы в аналоге вплоть до перезагрузки, если плиска почти не потребляет, то шумов нет.

обсуждение с картинками было здесь

Кстати, кто знает, скажите, пожалуйста, сколько может 5-ый циклон 5cefa4f17 на полной загрузке (сотня работающих умножителей на тактовой 160МГц) потреблять по 1.1В и 2.5В? Грешу, что мой 3А регулятор не справляется... Квартус вроде говорит 6Ватт, но нет понимания, по какому из питаний 1.1В или 2.5В.

Спасибо!

ИИВ

[_Sergey_]

У вас там двуслоечки на картинках?

[iiv]

У вас там двуслоечки на картинках?

в этой версии да.

До этого пробовал на 4-х слоях, получалось примерно также ибо опыта мало, а времени совсем в обрез. Сейчас планировал аналог на 4-х слоях, а питалово наверное без надобности на 4 слоя.

[_Sergey_]

в этой версии да.

Совсем грустно.

[Uree]

...ибо опыта мало...

Отдайте тому, у кого хватает опыта. Но разнесение питания ядра/PLL FPGA по разным платам прямой путь к нерешаемым проблемам. Возможно оно даже заработает как должно(это при условии организации ОС между платами), но боюсь даже представить как оно все излучает...

[iiv]

Совсем грустно.

с внешним питанием работает так, как и должно.

Отдайте тому, у кого хватает опыта.

были бы деньги и отдал бы, и здесь бы не спрашивал бы

Но разнесение питания ядра/PLL FPGA по разным платам прямой путь к нерешаемым проблемам.

я же хочу и 1.1В, и 2.5В с другой платы везти, причем в моем случае длина дорожек от DC-DC до ножки плиски составит только 3см, это разве много и будет фонить?

[Uree]

Даже на одной плате в несколько слоев не так просто добиться низкого импеданса плэйна питания на высоких частотах. Если это будет еще и петля проводами на вторую плату - я бы сказал, что вообще нереально и фонить будет наверняка. Насколько сильно? От многого зависит, только измерив узнаете. Нет, если у Вас FPGA работает на сотнях кГц и потребляет десятки-сотню мА, то все еще можно сделать тихим. Но пара сотен МГц ядра/периферии и несколько ампер питания и все, задача практически нерешаемая.

[iiv]

Даже на одной плате в несколько слоев не так просто добиться низкого импеданса плэйна питания на высоких частотах.

я прекрасно вас понимаю, у меня жесткие габариты и довольно большое потребление...

Современная концепция - развязать всех потребителей и подать каждому свою землю и свое питание позволила мне запустить и отладить аналоговую часть и софт, убедившись в том, что конструкция полностью функционирующая. Да, питание везде подавал от батареек через LDO. При попытке использовать питание, которое я наразводил на платах возникал шум, а при сильной нагрузке - глюки перезагрузки. Поэтому, есть уверенность, что если питание будет отдельным блоком, но уже не батарейкой с LDO, а отдельной платой, с правильно подобранными фильтрами, то все проблемы исчезнут.

По дизайну могу действительно всех основных потребителей так разбить, что питание на них будет спускаться сверху прямо им под "ножку" питания. Так как сигналы между блоками полностью дифференциальные, то, есть некоторая призрачная надежда что сигналы не попортятся.

[Uree]

Попробуйте конечно, но по возможности, когда будет стабильно работать, проведите тесты EMI и покажите здесь графики излучений такой конструкции. Будет интересно посмотреть на результат.

[iiv]

Попробуйте конечно, но по возможности, когда будет стабильно работать, проведите тесты EMI и покажите здесь графики излучений такой конструкции. Будет интересно посмотреть на результат.

Если получится, обязательно сделаю! У меня должно получиться, просто иначе меня много людей побьет

Раз тотального отторжения моей идеи в форуме уже нет, вдруг кому-то будет не жалко посоветовать...

Протаскивая с одной платы на другую питание и землю двумя вертикально стоящими пинами (примерно по 5мм) в любом случае буду ставить по конденсатору на обоих платах. Между платой питания и платой потребителя будет ферритовый экран.

Вопросы... вдруг кто подсобит, посоветуйте, пожалуйста!

1. Стоит ли протаскивать питание не через пины, а, например, через ферритовые биды или проходные конденсаторы, или еще какие-то аналогичные конструкции?
2. где ставить линейные регуляторы - непосредственно над потребителем, а все импульсные ставить на краю, или ставить пару импульсный-линейный регулятор прямо над потребителем.

Спасибо!

[_Sergey_]

Современная концепция - развязать всех потребителей и подать каждому свою землю и свое питание позволила мне запустить и отладить аналоговую часть и софт, убедившись в том, что конструкция полностью функционирующая.

А вместе собираете - не работает. Значит, не функционирует.
Какая вам радость от того, что вы можете измерить с помощью своих АЦП шумы от импульсников?

[iiv]

А вместе собираете - не работает. Значит, не функционирует.

на батарейках работает и без шумов и именно так, как надо. В общем-то от этого радости пока мало, так как там батарейки использовать нельзя, но есть уверенность, что можно что-то разумное сделать не сильно приплясывая с бубном.

[_Sergey_]

на батарейках работает и без шумов и именно так, как надо. В общем-то от этого радости пока мало, так как там батарейки использовать нельзя, но есть уверенность, что можно что-то разумное сделать не сильно приплясывая с бубном.

Самое очевидное - плохая разводка земли. Наводки скорее всего незначительны.

Самое разумное - правильно развести землю и питание. Тогда импульсники не будут мешать аналогу, а плис не будет давиться большой нагрузкой.

[_4afc_]

Кстати, кто знает, скажите, пожалуйста, сколько может 5-ый циклон 5cefa4f17 на полной загрузке (сотня работающих умножителей на тактовой 160МГц) потреблять по 1.1В и 2.5В? Грешу, что мой 3А регулятор не справляется... Квартус вроде говорит 6Ватт, но нет понимания, по какому из питаний 1.1В или 2.5В.

Поставте резистор 0.01 ома вместо феритов и померьте ток вольтметром на полной загрузке 5cefa4f17.

питание везде подавал от батареек через LDO.

А если не везде? Локализуйте, кому надо исправить питание...

[iiv]

Поставте резистор 0.01 ома вместо феритов и померьте ток вольтметром на полной загрузке 5cefa4f17.

0.01 не было, поэкспериментировал с 0.1Ом.

В общем-то полный дизайн (>100 умножителей) у меня обычно всегда падает...

Без вычислений 0.4А на 1.1В и 0.2А на 2.5В,
с вычислениями (33 умножителя):
1.6А на 1.1В и 0.3А на 2.5В.

Да, классно, что посоветовали, спасибо! Похоже мой 3А регулятор просто не тянет...

А если не везде? Локализуйте, кому надо исправить питание...

аналоговая часть у меня и здесь питается удаленно отдельной схемой, на ней вроде шума нет.

В АЦПшке 160МГц/16бит сбоев по приходу данных нет, то есть дигитальная часть работает хорошо, а вот аналоговая тут не отдельно, а через те же техасовские регуляторы + микрочиповский выпрямитель. Вот тут вроде шум есть, если общее потребление растет.

[_Sergey_]

Да, классно, что посоветовали, спасибо! Похоже мой 3А регулятор просто не тянет...

ядро обычно хорошо кушает..
У вас там ldo на 3А?

[iiv]

ядро обычно хорошо кушает..
У вас там ldo на 3А?

неее!!! Тут напрямую tps82085 через BLM21PG121SN1D с двумя 10мкФ до и после феррита и еще 10мкФ до tps82085. Тут питание по нижнему слою, примерно 2см длиной и 2мм шириной идет. Вот для 2.5V на PLL да, 2.67V через MIC94300.

[krux]

извиняюсь за лирическое отступление в чужой теме.
по вопросу максимального потребления сложных микросхем.

сразу после появления знаменитого пакета cpuburn, burnBX, burnK6, burnK7, burnMMX, burnP5, burnP6 в 2006/2007 гг. Intel заявила, что эти программы являются ни чем иным, как power virus.
Т.е. выполняют бессмысленные операции, перегревая процессор. И в силу этого, Intel отказываются делать что-либо, что предотвращает перегрев процессоров в таких сложных условиях.
Т.е. на проблему был положен "большой и толстый", со словами - используйте для тестов на теплоотдачу и подсистему питания - Linpack, и отвалите.
Prime95 до сих пор оставлен в живых только потому, что всё-таки считает что-то якобы "полезное".

Остальная индустрия как безвольное стадо коров поплелось в ту же сторону.
Т.е. примерно С 2009 года производители сложных м/сх, работающих в динамических режимах с большим разбросом токов потребления, перестали давать в даташитах вообще какие-либо данные по максимальному потреблению.

xilinx, altera - стали раздавать абсолютно бесполезные "калькуляторы", которые не могли и не смогут дать оценку проекту ни в статическом (незапрограммированном), ни в рабочем (динамическом) режиме.
т.е. сплошное use at your own risk.

тестирование систем питания для м/сх Intel стало кошмаром, в том числе ночным.
пришлось помимо заказных плат, которые непосредственно хотят заказчики, начать делать ещё и платы, в которых мы можем подтвердить номинальное/максимальное потребление, а также отладить весь signal integrity.
DFT (design for testability) стал насущной проблемой для этих плат. появились стендовые платы, куда можно залезть щупами везде.

в начале 2016 Intel сподобились! выпустили https://designintools.intel.com/Gen3_VR_Tes...6uj9a0004xk.htm за 2,5 килобакса.
т.е. вместо человекочитаемых спецификаций стали выпускать свои "тестилки" материнок, которые к тому же ещё хрен отревёрсишь.
стратегия на отличненько! работает материнка - ура. не работает - Intel могут без зазрения совести ляпнуть, что материнку проектировали дебилы, в брак её. почему в брак? потому что гладиолус.

так что я считаю, в пессиместичном варианте, подобной херни стоит ждать и от других вендоров м/сх, в том числе от ксайлинкс/ альтеры.


по опыту работы, оцениваю 5cefa4 в нулевом приближении в 4...7 Ампер @ Vcore=1,1 V. это для того чтобы все его DSP-блоки, читай умножители работали без проблем. С известной фиксированной прошивкой можно будет оптимизировать вниз.
Ну а на стендовой плате у меня стоял бы 10-амперник, и шунт, естественно.

по VссIO - нужно понимать с какой частотой, по каким интерфейсам и какой шириной интерфейсов идёт обмен с внешними м/сх. тогда можно будет дать примерную оценку.

[_4afc_]

Вот для 2.5V на PLL да, 2.67V через MIC94300.

Лучше заменить на MIC94310JYxx (осторожно, другая распиновка!!!)

[_Sergey_]

неее!!! Тут напрямую tps82085 через BLM21PG121SN1D с двумя 10мкФ до и после феррита и еще 10мкФ до tps82085. Тут питание по нижнему слою, примерно 2см длиной и 2мм шириной идет. Вот для 2.5V на PLL да, 2.67V через MIC94300.

3А маловато.

по опыту работы, оцениваю 5cefa4 в нулевом приближении в 4...7 Ампер @ Vcore=1,1 V. это для того чтобы все его DSP-блоки, читай умножители работали без проблем. С известной фиксированной прошивкой можно будет оптимизировать вниз.

по VссIO - нужно понимать с какой частотой, по каким интерфейсам и какой шириной интерфейсов идёт обмен с внешними м/сх. тогда можно будет дать примерную оценку.

Вот, имхо, разумная оценка тока потребления ядра. Квартус должен выдать более-менее точные значения.


Сам лично отлавливал проблемы, связанные с недостаточно низким импедансом питания.
Один раз было мало конденсаторов по питанию. Проц периодически сбрасывался. Отследил осциллом просадку, напаивал конденсаторы до достижения стабильной работы.
Второй раз проблемы проявлялись с прошивкой, максимально задействовавшей ресурсы. Отследил вычислениями.

[iiv]

по опыту работы, оцениваю 5cefa4 в нулевом приближении в 4...7 Ампер @ Vcore=1,1 V. это для того чтобы все его DSP-блоки, читай умножители работали без проблем. С известной фиксированной прошивкой можно будет оптимизировать вниз.
Ну а на стендовой плате у меня стоял бы 10-амперник, и шунт, естественно.

ой как здорово, что Вы это сказали, а я все велся на пауерплей альтеры, который мне все выдавал какие-то безумно низкие значения потребления....

по VссIO - нужно понимать с какой частотой, по каким интерфейсам и какой шириной интерфейсов идёт обмен с внешними м/сх. тогда можно будет дать примерную оценку.

17 LVDS на вход по 160МГц, два обычных SPI на 16МГц и 20МГц на 1.8В и 3.3В, суперстабильный клок на вход PLL на 20МГц с 3.3В, и 12 GPIO на выход (сейчас на 3.3В, но хочу переставить на 2.5В) у этих GPIO пакетами по 1-100мкс идет ногодрыганье с тактовой примерно 100МГц, каждая нога нагружена на сотню микроамперов нагрузки. Между пакетами примерно в 3-5 раз большая пауза.

Как я понимаю, важно понять именно LVDS и ногодрыганье GPIO, кстати последнее у меня в полном режиме тут же вызывало перезагрузку, а очень короткие пакеты меньше микросекунды с большой паузой между ними хорошо проходили.

Вдруг Вам будет не сложно посоветовать в каком направлении двигаться, буду очень Вам благодарен!

Еще один дурацкий вопрос... Не хотелось бы менять DC-DC так как он и компактен, и работает на 2.4МГц, и низкопрофильный, но, к сожалению, только на 3А. В даташите нет слов, что его можно параллелить. Правильно ли я понимаю, что лучше все-таки для напряжения ядра не экспериментировать, и таки найти очень низкопрофильный DC-DC на 10А, или таки tps82085 три в параллель можно поставить, скажите, пожалуйста? Мне надо, чтобы он еще меньше 2мм по высоте получился, иначе экран не влезет...

[krux]

17 LVDS на вход по 160МГц

если это действительно стандартный LVDS, то 420...570 мА @ 2,5 V в зависимости от разброса м/сх.
вряд ли больше. у меня XCE4VFX140 в похожем режиме жрал примерно столько.

ногодрыганье с тактовой примерно 100МГц

вот тут непонятно. важно знать что "с той стороны". CMOS/TTL/что ещё, по нагрузочным характеристикам.
но в пределе всё будет зависеть скорее от подачи пачек с м/сх, и предугадать такое я бы не взялся.
в нулевом приближении, я бы накинул сюда 250 мА (12GPIO*20mA) не глядя, при этом не обещая никаких гарантий по переходным процессам.

[iiv]

Огромное спасибо за советы!

если это действительно стандартный LVDS, то 420...570 мА @ 2,5 V в зависимости от разброса м/сх.

Спасибо!!!

вот тут непонятно. важно знать что "с той стороны". CMOS/TTL/что ещё, по нагрузочным характеристикам.
но в пределе всё будет зависеть скорее от подачи пачек с м/сх, и предугадать такое я бы не взялся.
в нулевом приближении, я бы накинул сюда 250 мА (12GPIO*20mA) не глядя, при этом не обещая никаких гарантий по переходным процессам.

утверждается, что с приемной стороны TTL and lower voltage logic compatible.

Сама плиска генерит пачку на тактовой 320МГц (еле смог!!!) и выпихивает на эти ноги, но известно, что ни одна нога не меняет свое состояние чаще, чем 3 тика, то есть 100МГц.

Наверное тоже, особенно помня, что у меня уже слетало, взять с запасом что-то под 0.5А.

[iiv]

И еще вопрос в догонку...

У меня очень много потребителей на диапазон 3.0В-3.5В, а именно
3.0В 2х250мА, (аналог)
3.3В 2х60мА, (аналог)
3.3В 400мА, (аналог)
3.3В 2х70мА, (цифра)
3.5В 0.8-1.3А (цифра, интел эдисон)

то есть суммарно вроде только 2.5А набирается...

Сейчас почти для каждого большого потребителя ставил свой импульсный DC-DC а потом у аналоговых еще MIC94300, а у цифры - ферритовую бусину.

Скажите, пожалуйста, можно ли, стоит ли их всех объединить на один импульсный понижающий, и развязать только MIC934хх, а цифру проходным конденсатором?

[krux]

У меня очень много потребителей на диапазон 3.0В-3.5В, а именно
3.0В 2х250мА, (аналог)
3.3В 2х60мА, (аналог)
3.3В 400мА, (аналог)
3.3В 2х70мА, (цифра)
3.5В 0.8-1.3А (цифра, интел эдисон)

пишу как обычно, с точки зрения снижения шумов.

аналог отдельно, цифра отдельно.

для
1) 3.0В 2х250мА, (аналог)
2) 3.3В 2х60мА, (аналог)
3) 3.3В 400мА, (аналог)

я бы сделал один общий (или может два, по ситуации с разводкой ПП) DC/DC на 4,2...4,5 вольт (т.е. с учетом падения на самом нагруженном LDO), а с него уже спустил бы вниз до необходимых,
в каждой точке потребления свой маломощный LDO.


4) 3.3В 2х70мА, (цифра)
5) 3.5В 0.8-1.3А (цифра, интел эдисон)
надо посмотреть входную схемотехнику эдисона, я его вообще не смотрел, к сожалению.
имхо, вероятно, 3,5В там используется из-за возножности батарейного питания а-ля 3х1,2
если к 3,3В +-5% он относится нормально, то 4 и 5 стоит просто соединить вместе.

===

по теплоотводу напишу тут же.
если у вас 2 узких и длинных платы, которые надо сформировать в виде "а-ля длинная круглая трубка", то удобнее было бы поместить теплоотвод в том числе посредине, т.е. пирог типа
1) верхняя крышка (Alu с ребрами)
2) верхняя плата
3) объемный фрезерованный корпус (Alu)
4) нижняя плата
5) нижняя крышка (Alu с ребрами)

сначала вокруг корпуса 3) собираются, крепятся, прикручиваются 2) и 4) на термо-прокладках, затем поверх них устанавливаются 1) и 5) на термо-прокладках.
можно заливать (тогда нужно спецотверстия для заливки под давлением), можно герметизировать просто резинками, зависит от режима эксплуатации.

[iiv]

2 Krux, Спасибо большое за советы!

А также всем помогавшим и сочувствовавшим спасибо!

Так и сделал как посоветовал Krux (по крайней мере с одним DC-DC). На другой выходными 70-200мА маленькими потреблениями есть непреодалимое желание поставить таки MIC94310, до этого использовать MIC94300 и они сильно понравились, надеюсь, что и эти тоже подойдут. Всяко меньше тепла зазря будет рассеиваться.

надо посмотреть входную схемотехнику эдисона, я его вообще не смотрел, к сожалению.

там все очень проприетарно и закрыто, в Эдисоне входное 3.3-4.5В преобразуется проприетарным импульсником от Техаса на который без NDA доки не дают. На выходе есть 1.8 и 3.3В, но они таки шумные для аналога, но в цифре я пользовал, питать МК можно, если 100мА хватает.

Из всех сингл-борд-компьютеров не большого габарита реально с отрывом лучше остальных, жалко, только на его кварк никакой разумной доки нет, особенно касательно SPI. На Джоуль пока перейти не готов по бюджетным соображениям, и из-за багов в библиотеках, особенно в SPI, хотя вроде балалайка та еще.

если у вас 2 узких и длинных платы, которые надо сформировать в виде "а-ля длинная круглая трубка", то удобнее было бы поместить теплоотвод в том числе посредине, т.е. пирог типа

с теплоотводом сейчас все переиграл - получилось 3 платы сендвичем (10х21х112мм), ключевые нагреватели на внешних платах, аналог - внутри. Аналог греется примерно на 3 ватта, остальное - хз, в предыдущем варианте у меня было 12Ватт в максимуме, но там плиска на полную не считала, сколько будет сейчас - можно гадать, но похоже 25 ватт - реальность. Планирую все таки засиликонить и погружным в проточной воде охлаждать... Если получится - похвалюсь, если нет, то скорей всего опять буду здесь совета испрашивать