Přídavný napěťový regulátor (interpozér, redukce) pro 486/5x86

Předběžná verze článku. Pravděpodobně bude časem doplněno více informací.

V tomto článku je popsán napěťový regulátor pro použití 3-voltových procesorů 486/5x86 v deskách, co nemají regulátor pro CPU a napájí ho rovnou z +5V větve zdroje. Tento regulátor je ve formě interpozéru (je vložený mezi základní desku a procesor). Výše zmíněné procesory jsou typicky tolerantní vůči 5-voltovým logickým úrovním a jejich vstupy/výstupy jsou TTL kompatibilní, taže stačí regulovat pouze napájecí větev a není potřeba přidávat převodníky úrovní.

Popis

Schéma zapojení (klikněte pro plné rozlišení)

Napájení (+5V větev zdroje, např. z Molex konektoru pro HDD) je připojeno ke konektoru J1 - bez externího napájení tento interpozér nefunguje. Za konektorem je připojena pojistka (2 A) a tantalové filtrační kondenzátory C17, C18. Napětí je regulováno integrovaným obvodem U2 (LT1084-ADJ či kompatibilním, např. RC1587M). Výstup regulátoru je filtrován pomocí kondenzátorů C16, C19 a velkého množství malých keramických (MLCC) kondenzátorů.

Keramické kondenzátory C1-C15 jsou umístěny blízko napájecích pinů CPU. Slouží jako blokovací kondenzátory/lokální zdroj pro krátké proudové špičky, které CPU odebírá. Některé napěťové regulátory jsou nestabilní s větším kondenzátorem s příliš malým ESR na jejich výstupu, může být tedy nutné snížit kapacitu C1-2, 7-8. Nicméně napěťový regulátor RC1587M se zde jeví jako stabilní i při použití 10 µF kondenzátorů na pozicích C1-2, 7-8.

Výstupní napětí je určeno rezistory R1, R3-5 a lze spočítat dle vzorce $V_{out}=V_{ref}\cdot({1+\dfrac{R_{lo}}{R_{hi}}})$,
kde $V_{ref}$ je 1,25 V, $R_{lo}$=R3, $R_{hi}$=R1/paralelní kombinace R1, R4/paralelní kombinace R1, R5, v závislosti na propojkách (piny 1-3 bloku J1: otevřené/1-2/2-3), což umožňuje zvolit napětí 3,33/3,46/3,61 V, dostatečně blízko běžným nominálním napětím CPU 3,3/3,45/3,6 V. Tyto rezistory by měly mít toleranci 1% či lepší.

Pro nastavení cache (WB/WT) a násobiče frekvence je možné nainstalovat propojky na piny 4/5, 6/7 propojkového bloku J1. Možné kombinace jsou zmíněny zde i ve schématu (dle informací v datasheetech od AMD).

• JP1 piny 6-7 (propojené=0, otevřené=1 - propojka ke GND, pull-up bez propojky) ovládají CPU pin B13. Pro procesory Enhanced DX4 a Am5x86: 0=write-through režim cache (pomalejší, lepší kompatibilita), 1=write-back režim cache. Pro klasické DX4: 1=x3 násobič frekvence, 0=x2 násobič frekvence.
• JP1 piny 4-5 (propojené=0, otevřené=1) ovládají CPU pin R17. U klasických DX4 je tento pin nevyužit a propojka by neměla být instalována. Pro Enhanced DX4: 1=násobič je x3, 0=násobič je oficiálně nedefinovaný (ale typicky x2). Pro Am5x86: 1=násobič je x3 (či nedefinovaný), 0=násobič je x4.

Všechny Vcc piny kromě VCC5V a piny B13, R17 jsou od základní desky odizolovány. Všechny ostatní piny vedou do základní desky pomocí pinů připájených na spodní stranu této desky. Patice pro CPU je zkonstruována z precizních zlacených 2,54 mm dutinkových řad. Jako piny na spodní stranu jsou použité jednotlivé piny/dutinky vyndané z identických řad.

Tento interpozér byl předběžně otestován s procesory Am486DX4 (jak s obyčejným, tak s "Enhanced") a Am5x86. Nebyly zaznamenány žádné problémy.

Pin A1 (označený seříznutým rohem CPU) je zde označen trojúhelníčkem na potisku. Vložení CPU či interpozéru do patice s nesprávnou orientací může vést k poškození některé z komponent (CPU, interpozéru, či základní desky).

V textu ve schématu jsou další informace, například o tepelném odporu.

Plošný spoj byl vyroben u JLCPCB - 4 vrstvy, tloušťka 1 mm. Jako substrát byl zde použit JLC3313/2313, ale to pro tuto aplikaci není kritické.

Fotografie, ke stažení

Vrchní strana, patice CPU (klikněte pro plné rozlišení)

Spodní strana (klikněte pro plné rozlišení)