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Spannungswandler in Grafikkarten erklärt – Schaltregler, PWM-Steuerung, echte Phasen und das nervige „Spulenfiepen“ | Reminder

Gibt es wirklich DIE ideale Spule?

Jain. Ich schrieb ja schon mehrmals, dass eine unzweckmäßige oder knapp auf Kante genähte Aufteilung und Auslastung der Schaltregler immer zu Betriebsgeräuschen führt, wenn die fließenden Ströme zu hoch sind. Da kann man dann nicht einfach eine Spule manuell gegen eine andere Ersetzen. Doch geht das überhaupt? Die Induktivität ist ja nicht alles, hier zählen vor allem auch der Innenwiderstand, der Spulenkern samt Material, die Resonanzfrequenz und die Verkapselung. Die sogenannten „Magic“ Coils von Lenovo oder ähnliche Nachbauten sind sehr gutes Mittelfeld und werden gern genommen.

Die Legende, dass hohe Spulen per se leiser wären, ist statistisch nicht zu belegen, praktisch eigentlich auch nicht. Manchmal ist sogar das Gegenteil der Fall, wenn wie hier auf einer HOF von Galax gleich gänzlich ungekapselte Spulen zum Einsatz kommen. Die schnarren und wimmern wie eine Zikaden-Kapelle auf dem Jahrmarkt.  Aber um genau solche Spulen mache ich privat eh immer einen großen Bogen.

Es gibt natürlich auch Hersteller wie Asus oder MSI, die sich selbst Spulen labeln und mit einem aggressiven Marketing-Sprech bewerben. Das sind dann zwar sicher keine Low-Cost-Lösungen, aber Wunder können sie auch nicht bewirken. Am Ende siegt doch eh immer der Herr Lorentz.

Zusammenfassung und Fazit

Heute haben wir mehrere Dinge gelernt. Da wären natürlich die Schaltregler (Spannungswandler) und deren Funktionsweise, die auf mehrere Phasen verteilt, die GPU mit Strom versorgen. Wir wissen nun auch, wie man diese Schaltregler zweckmäßig bestückt und dass die Bauelemente natürlich auch von der genutzten Schaltfrequenzabhängen, die sich nicht unendlich steigern lässt. Dazu haben wir die Lorentzkraft kennengelernt wissen nun auch, dass eigentlich jede Spule schnarrt. Nur eben mal leiser und mal lauter. Bewegung ist also immer dabei.

Aber es gab ja auch noch ein paar Zusatzinformation für unsere Wasserkühlungs-Fraktion und die Klebe-Aktivisten, die Spulengehäuse am liebsten Mafia-like einbetonieren würden. Auch das kann man machen, aber nur dann, wenn es die Umstände auch ratsam erscheinen lassen. Zur Vermeidung von Tinnitus-Anfällen gibt es Frame-Limiter & Co. oder aber bereits die Informationsbeschaffung vor einem Kauf von Produkt A, B oder C. Günstige Grafikkarten sind sicher nicht nur statistisch gesehen meist lauter als die Spitzenmodelle, was aber auch von der geringeren Anzahl an Regelkreisen liegt.

Und wir wissen nun auch, dass ein Regelkreis keine Phase ist und man bei den aktuellen Karten mit bis zu drei Schaltreglern pro Phase recht gut im Rennen liegen kann. Dem Marketing müssen wir vorwerfen, dass man den Kunden bewusst belügt, wenn man parallel arbeitende Schaltregler als einzelne Phasen verkauft. Das macht man doch nicht! Und sonst? Ihr seid jetzt auf Seite Fünf angelangt und hoffentlich auch wieder ein Stück klüger. Falls nicht, dann ist es eben so. Man kann nicht alles haben. Nur Glück, dass die Karte nicht fiept. Denn der nächste Weltspulenfieptag kommt bestimmt bald!

 

 

Kommentar

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Deridex

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2,213 Kommentare 846 Likes

Schöner Artikel, auch wenn das Thema aus meiner Sicht etwas stark vereinfacht wurde. Auch redet zumindest in meinem Umfeld die EMV beim Schaltungsdesign sehr stark mit.

Was man noch erwähnen sollte: Auch MLCCs können gut hörbare Geräusche machen, weswegen man die Schaltungen nicht einfach mit MLCCs bewerfen kann, ohne das vorher genau zu überdenken und zu kontrollieren.
Edit: Habe vergessen zu erwähnen: Kleber mit einem hohen Lösemittelanteil können auch negative Auswirkungen haben.

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Falcon

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Leider steht die durch die Platine verursachte Geräuschkulisse bei den Herstellern von Grafikkarten im Lastenheft sehr, sehr weit hinten, wenn überhaupt.

Zu Zeiten von Röhrenfernsehern gabs diverse Handwerksbetriebe die sich darauf spezialisiert hatten die Platinen der verbauten Geräte ruhig zu Stellen. Sei es durch bessere Bauteile oder durch Vergießen mit speziellen Harzen.

Die Anmerkung das Karten nach Umbau auf FullCover plötzlich lauter wurden gilt auch umgekehrt.
Hatte schon mehrere Fälle bei denen die Karte nach Umbau auf Wakü leiser wurde, weil die schön weichen Pads oder Thermal Putty die Spulen mechanisch gedämpft hat.

Leider gibts viele Ursachen und auch zwei gleiche Kartenmodelle können brutal unterschiedlich Zirpen/Summen/Knarren.

Es bleibt für den Endkunden wohl noch lange eine Lotterie.

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Igor Wallossek

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10,198 Kommentare 18,815 Likes

Ich kann Dir ein Geheimnis verraten: da steht meist gar nichts drin. :D

Es gibt das Referenzdesign als Empfehlung von AMD bzw. NVIDIA, dazu ein paar Bereiche, wo nichts abgeändert werden darf (z.B. bei der RAM-Anbindung, diese Tracks sind fix vorgegeben) und physikalische Grenzen, die man aber fast immer nur in Richtung Kosten auslotet.

Das größte Problem ist aus meiner Sicht das minimalistische Bemessen der Baulemente auf der Ausgangsseite. Man führt die Schaltfrequenz an die 400 KHz oder drüber, und nimmt dann nur das Kleinste, was gerade noch so passt. Dann hofft man, dass die Teillastbereiche bis zum Maximum bestens abgefedert sind. Was da aber schiefgehen kann, ist die Toleranz bei den Baulementen. Einerseits hat man da die Fertigung und bei Spulen ist das echt manchmal wie Lotto und andererseits sind da die Temperaturen, weil nie alle Bereiche identisch heiß werden. Man müsste immer überdimensionieren und die Temperaturfenster riesig halten, nur wird es dann teuer und oft auch zu groß.

Ich habe aus ursprünglich 7 Seiten Langtext fast einen halben Tag wie blöd rausgekürzt, was m.E. das normale Schulwissen zu weit übersteigt. Es soll ja kein technischer Aufsatz werden, weil man dann den Großteil der Leser liegen lässt. Dann sind diese Seiten übrig geblieben, die aber vielen auch noch zu komplex sein dürfte, Das ist ein Kompromiss, den man kaum hinbekommt.

EMV, jaaa. Aber. Die haben so Ihre Basics, die einmal ausgemessen einfach immer wieder rumkopiert oder nur leicht abgewandelt werden. Das geht eigentlich fast immer schief, nur interessiert es leider keinen so recht. Schönes Beispiel: ich wollte gestern meine 4090 FE ohne Backplate im laufenden Betrieb mit dem iPhone filmen, auch um noch ein paar Betriebsgeräusche aufzunehmen. Da läuft das Smartphone an manchen Bereichen plötzlich Amok, bis hin zum Neustart :D

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RedF

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Die aktuellen XFX karten haben den ruf nicht oder wenig zu fiepen.
Meine ist auch stumm, aber wenn ich lese was Igor schreibt ist das warscheinlich auch nur zufall.

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ssj3rd

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218 Kommentare 155 Likes

Meine 3090FE hatte Spulenfiepen aus der Hölle, RMA gemacht und das zweite Modell war sogar noch etwas schlimmer, dann frustriert aufgegeben…

Meine jetzige 4090 Strix hat dagegen zum Glück nur leichtes/leises Spulenfiepen.

Mal ein Tipp zum Testen des Fiepen aus dem Luxx Forum:
Red Dead Redemption 2 eignet sich da hervorragend (alles aufdrehen auf MAX), Spiel starten und lauschen:
Da singt es es dann bei (fast) jeden, selbst mit UV und Framerate Begrenzung, geht schon in den Menüs los.

Isr ein wirklich guter Test um herauszufinden wie das worst case fiepen bei einem klingt bzw ob es überhaupt da ist.
Wer in dem Game kein fiepen vernimmt hat wahrlich eine gute Karte erwischt.

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S
Staarfury

Veteran

257 Kommentare 206 Likes

Auf Seite 3 bei der Beschreibung des Schaltvorgangs fehlten mir eigentlich nur noch ein paar rote Blutkörperchen, die Sauerstoffkugeln rumtragen, um mich komplett in die Jugend zurückzuversetzen. :ROFLMAO:

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Steffdeff

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727 Kommentare 678 Likes

Auf Seite 3 musste ich spontan an Otto‘s „Der menschliche Körper“ denken!
Das macht einen kalten verregneten Tag gleich ein wenig angenehmer.

Danke für den Artikel. Ich bin zwar nicht vom Fach, habe aber etwas gelernt!

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ianann

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336 Kommentare 231 Likes

Interessant fand ich für mich - neben den vielen anderen Einblicken - der Teil, in dem Du auf die unnötige Kühlung der Spulen eingehst. Bei der 4090 FE werden diese - wenn ich es richtig im Kopf habe - gar nicht gekühlt, mit dem EWKB Wasserblock jedoch schon.

Müssten die Wasserblock-Hersteller nicht um diese Thematik wissen und dies in den Entwurf der Blöcke einbeziehen?
Bedeutet ich kann die vergleichsweise fetten Pads auf den Spulen bedenkenlos weglassen?
Hätte dann uU auch den Vorteil, dass ein insgesamt noch besserer "Fit" des Blocks zu erzielen wäre.

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Falcon

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War ja klar... :rolleyes:

@ianann

Jupp, kannst es mit oder ohne Pads auf den Spulen probieren.

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ianann

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336 Kommentare 231 Likes

Weshalb sollen die denn laut WaKüBlock Hersteller "be-paddet" werden?
Versucht man damit vielleicht den "Sekundenklebertrick" nachzustellen und die Schwingungen zu reduzieren?

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Ghoster52

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1,412 Kommentare 1,068 Likes

Man wird alt wie ne Kuh und lernt immer (wieder) noch dazu... :ROFLMAO:
Danke für den Einblick & Hinweis, sollte ich meine 3090 noch mal zerlegen, werde ich die "Fiepis" nicht mehr kühlen.

Seite 3 erinnerte mich auch irgendwie an "Es war einmal... der Mensch" und ich hatte diverse Bilder im Kopf. 😂

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Deridex

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2,213 Kommentare 846 Likes

Das gefällt mir gar nicht.
Mich würde es interessieren, ob die Teile einen EMV-Test im Labor bestehen würden.

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ianann

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Hab's mir selbst gegoogled. Gut zu wissen - werde ich die Tage mal testen.

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Igor Wallossek

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Je nachdem, WAS Du testest :(

Im Conduction Test wird ja zunächst nur der Einfluss AUF die Grafikkarte oder ein Netzteil getestet. Eher uninteressant für den Wellensalat.

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Der viel wichtigere Radiation Test ist eigentlich auch nur auf die CE-Vorschriften ausgegelegt und optimiert, was ich komplett abartig finde, weil...

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... wenn Du Dir die Antenne anguckst, dann sieht man auch, dass es um viel zu hohe Frequenzbereiche geht. Der Bereich unter einem GHz wird kaum noch irgendwo berücksichtigt. Für die Konformitätserklärung will das nämlich leider keiner sehen, die Messbereiche sind m.E. viel zu hoch.

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Tombal

Veteran

109 Kommentare 28 Likes

Auf Seite #1 sind beim P-Kanal-Mosfet Source und Drain vertauscht oder man müsste ihn durch einen N-Kanal Transistor ersetzen. Übrigens kann man sich die Wirkungsweise so eines Schaltreglers ganz einfach auf andere Weise erklären: mit den beiden Transistoren wird am Ausgang eine Wechselspannung erzeugt, die dann mit Spule und Kondensator (LC-Glied) geglättet wird. Also Eingangsspannung X Tastverhältnis = Ausgangsspannung. Beispiel: ich habe einen Duty-Cycle von 50%, dann ist Uout = 0,5 Uin. Der Regelkreis sorgt natürlich ständig dafür, dass das Tastverhältnis angepasst wird.

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Igor Wallossek

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10,198 Kommentare 18,815 Likes

Naja, das ist ja keine Wechselspannung, sondern eher eine Gleichspannung als Sägezahn. Siehe Seite 2 oben. Die Spule ist der Energiespeicher und der Cap glättet dann die Welligkeit.

BTW:
Schaltbild gespiegelt und gefixt, Danke. Man muss beim Einfügen aus der Bibliothek wirklich aufpassen, abends sieht man sowas nicht mehr :D

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Deridex

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Ich habe es beim Überfliegen vom Artikel auch übersehen.

Btw ich habe grad kurz nach den EMV Grenzwerten bezüglich CE gesucht. Was ich gefunden habe kommentiere ich lieber nicht.

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Goliath1985

Mitglied

16 Kommentare 4 Likes

Bei mir ist es mit dem Fullcover Backplate der GPX- A (Wakü ) auf einmal so laut geworden das man es durch die Tür gehört hat. Allerdings nur wenn ich diese Festverschraube. Hab Sie nun einfach unverschraubt oben drauf liegen. Jetzt macht die Karte keinen Mucks mehr. Also ( minimal was Sie auch vorher schon hatte ).
"https://www.igorslab.de/community/t...ausreichend-für-rx6800-single-kreislauf.7193/"

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Igor Wallossek

1

10,198 Kommentare 18,815 Likes

Ich kann mich nur noch daran erinnern, dass ich bei Gigabyte im R&D mal so ein Protokoll in der Hand hatte und mich über die sehr "praxisnahen" Frequenzbereiche gefreut habe. Ist aber schon länger her

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Danke für die Spende



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About the author

Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB als inhaltlichem Nachfolger von Tom's Hardware Deutschland, deren Lizenz im Juni 2019 zurückgegeben wurde, um den qualitativen Ansprüchen der Webinhalte und Herausforderungen der neuen Medien wie z.B. YouTube mit einem eigenen Kanal besser gerecht werden zu können.

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.

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