詳細(xì)解讀微處理器與VRM接口的仿真模型

為了研究元件、線路的寄生參數(shù)對VRM瞬態(tài)特性的影響，首先要建立-個仿真模型。圖1所示為Intel公司Pentium Pro微處理器與VRM接口的仿真模型與瞬態(tài)電流的仿真波形。

VRM的輸出端有濾波(Bulk)電容CB，解耦電容CD，還有封裝(Pakaging)電容CP，各電容都有相應(yīng)的ESR和ESL，另外，還要考慮各個電容之間的連接線寄生電阻(如0.5 mΩ)和寄生電感(如0.6 nH)。Cdie為芯片電容iB、iD、iP分別為濾波電容、解耦電容和封裝電容輸出各支路(即連接線)中的電流。

圖1 Pentium Pro 微處理器與VRM接口的仿真模型與瞬態(tài)電流的仿真波形

微處理器作為VRM的負(fù)載，可以用電流源Io表示其工作電流的突變情況。由于VRM輸出接口電路有寄生參數(shù)9輸出各支路的電流轉(zhuǎn)換速率遠小于微處理器的工作電流轉(zhuǎn)換速率。因此在VRM輸出的不同端點，瞬態(tài)電流波形、電流轉(zhuǎn)換速率及瞬態(tài)電壓波形都是不同的。例如，Pentium Pro的仿真結(jié)果表明，當(dāng)微處理器的工作電流轉(zhuǎn)換速率為4 A/ns時，濾波電容的輸出支路電流扌：的轉(zhuǎn)換速率小于30 A/ns;解耦電容的輸出電流iD的轉(zhuǎn)換速率小于1 A/ns。圖1給出了各支路電流iB、iD和iP的瞬態(tài)波形。

當(dāng)Io以高速度轉(zhuǎn)換時，VRM的輸出電壓仍。從1.5 V先跌落到1.36 V再逐漸回升1.4 V解耦電容端的瞬態(tài)輸出電壓uD則先跌落到1.16 V，再逐漸回升到1.33 V。這說明微處理器與VRM接口電路中的各寄生參數(shù)對VRM瞬態(tài)響應(yīng)都有很大的影響。

圖2 VRM瞬態(tài)輸出電壓的仿真波形