基于RT8894A AMD AM4的Vcore power 解決方案
1.簡介
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202304/445437.htmVCORE穩(wěn)壓器用于為臺式機(jī),筆記本PC,服務(wù)器,工業(yè)PC等計(jì)算應(yīng)用中的CPU內(nèi)核和圖形(GPU)內(nèi)核提供電源。這些電源的要求與標(biāo)準(zhǔn)POL穩(wěn)壓器有很大不同:CPU和GPU軌具有極快的負(fù)載變化,需要高精度的動態(tài)電壓定位,需要負(fù)載線,可以在幾種省電狀態(tài)之間切換,并提供各種參數(shù)感測和監(jiān)視。這些系統(tǒng)利用CPU和穩(wěn)壓器之間的串行總線接口,其中CPU將根據(jù)CPU負(fù)載和工作模式請求不同的電源工作條件。
由于CPU電源軌的電流水平很高,VCORE穩(wěn)壓器通常由控制器和外部功率級組成。低功耗CPU可以使用單相降壓轉(zhuǎn)換器,但功能更強(qiáng)大的CPU將需要多相降壓轉(zhuǎn)換器。
CPU和穩(wěn)壓器之間有幾條通信線:帶有時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線的串行總線以及一條或兩條警告線,用于在調(diào)節(jié)器側(cè)通知CPU特定事件。
CPU可以通過串行總線通信將特定的命令發(fā)送到穩(wěn)壓器,例如VCORE電壓更改或設(shè)置特定的電源狀態(tài)。CPU還可以向電壓調(diào)節(jié)器請求信息,例如實(shí)際電流消耗或功率級的熱運(yùn)行狀況。
VCORE調(diào)節(jié)器的選擇標(biāo)準(zhǔn)之一是串行通信協(xié)議:AMD平臺的串行通信稱為SVI或SVI2。
2. Vcor??e穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用
VCORE穩(wěn)壓器具有許多用戶可編程參數(shù),可以根據(jù)CPU電壓和性能要求,保護(hù)級別以及微調(diào)穩(wěn)壓器響應(yīng)進(jìn)行設(shè)置。由于大量的參數(shù)和可編程值,因此使用多個(gè)電阻分壓器來設(shè)置這些參數(shù)。
每一相的準(zhǔn)確電流感測是VCORE穩(wěn)壓器的重要功能:需要向CPU報(bào)告總電流消耗,但也可用于維持各相之間的良好電流共享,用于閉環(huán)控制,設(shè)置負(fù)載線和過流保護(hù)??梢酝ㄟ^靠近功率級組件放置的NTC監(jiān)控?zé)釥顩r,CPU可以讀取熱狀況,或者當(dāng)超過某個(gè)溫度時(shí),調(diào)節(jié)器可以發(fā)出警報(bào)。
3. Vcor??e穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)方面
VCORE穩(wěn)壓器的Buck控制器設(shè)計(jì)與常規(guī)Buck穩(wěn)壓器有很大不同:這是因?yàn)閂CORE電源必須滿足許多特殊要求:
運(yùn)行過程中的動態(tài)電壓變化:動態(tài)電壓識別(DVID):
平均功耗和熱管理是VCORE設(shè)計(jì)的重要方面:為了在不消耗過多功率的情況下優(yōu)化系統(tǒng)性能,將根據(jù)操作條件動態(tài)更改CPU電源電壓:在空閑模式下(CPU速度較低),CPU電源電壓會降低以降低功耗,但是當(dāng)CPU活動突然需要增加時(shí), CPU供應(yīng)迅速增加,以確保在計(jì)算密集型條件下穩(wěn)定的CPU性能。VID調(diào)整非常動態(tài),轉(zhuǎn)換器必須能夠根據(jù)收到的VID命令以可調(diào)的擺率快速而精確地調(diào)整內(nèi)核電壓。
省電模式:
根據(jù)操作條件,CPU可以將VCORE調(diào)節(jié)器設(shè)置為各種省電模式。所有相位一起運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)全部功率功能。來自CPU的PSI命令將僅使一個(gè)相處于活動狀態(tài),而禁用所有其他相以減少開關(guān)損耗。輕載時(shí),剩馀的活動相位從強(qiáng)制PWM模式切換到二極管仿真模式(DEM),從而降低了開關(guān)頻率,從而進(jìn)一步降低了開關(guān)損耗。
4. 市場優(yōu)勢
4.1 具有嵌入式驅(qū)動程序和外部驅(qū)動程序的VCORE
許多Richtek VCORE降壓控制器都帶有內(nèi)置MOSFET驅(qū)動器的版本。嵌入式驅(qū)動程序當(dāng)然會減小應(yīng)用程序的大小,并減少組件總數(shù)。但是外部驅(qū)動器有時(shí)確實(shí)具有一些優(yōu)勢:當(dāng)布局如此,使得降壓控制器和功率級之間存在一定距離時(shí),最好選擇外部驅(qū)動器。這樣可以避免必須在較長的走線上布置MOSFET柵極驅(qū)動信號,而這可能會使信號完整性惡化。
4.2 Richtek VCORE設(shè)計(jì)工具和評估套件
由于VCORE穩(wěn)壓器的復(fù)雜性,外圍組件的設(shè)計(jì)可能會非常耗時(shí)。為了幫助設(shè)計(jì)人員并減少設(shè)計(jì)時(shí)間,立Rich針對每個(gè)VCORE穩(wěn)壓器部件提供了基于Excel的設(shè)計(jì)工具。
設(shè)計(jì)工具將具有Parameter_Core輸入選項(xiàng)卡,可在其中輸入特定平臺和CPU導(dǎo)軌要求。然后,可以在Loop_Core選項(xiàng)卡中計(jì)算詳細(xì)的外部組件值,例如Ton設(shè)置,電流檢測網(wǎng)絡(luò),負(fù)載線,EA補(bǔ)償,SETx引腳偏置,熱補(bǔ)償和保護(hù)。對于APU調(diào)節(jié)器,CORE和GFX部分將有單獨(dú)的選項(xiàng)卡。
提供評估板,其布局與實(shí)際CPU插槽相匹配。Richtek VCORE解決方案已經(jīng)過全面測試,可以滿足Intel或AMD測試計(jì)劃的要求。強(qiáng)烈建議選擇評估板中輸出電容器和電感器的關(guān)鍵組件選擇,因?yàn)樗鼈儗τ跐M足VCORE電源軌要求至關(guān)重要。
?場景應(yīng)用圖
?展示板照片
?方案方塊圖
?RT8894 Pinout
?核心技術(shù)優(yōu)勢
1. 立锜專利的 CPU 電源解決方案,即綠能原生適應(yīng)性電壓定位 (G-NAVP?) 控制架構(gòu)。
G-NAVP? 控制架構(gòu)具有快速響應(yīng)、高效率的特色,而且?guī)缀蹩蓾M足所有 CPU 電源規(guī)格的要求,所以目前 G-NAVP? 控制架構(gòu)是已被廣泛采用的CPU電源解決方案。
VR是采用電壓模式控制的交插式多相位同步降壓轉(zhuǎn)換器。不過,現(xiàn)今 VR面臨了更嚴(yán)苛的挑戰(zhàn),不僅需要高電流,還有嚴(yán)格的瞬態(tài)響應(yīng)要求。
為了使系統(tǒng)能有更快速的響應(yīng),并且也減少尺寸和成本,立锜提出了 G-NAVP? 架構(gòu)的多相位 VR。
2. G-NAVP? 架構(gòu)之簡介
G-NAVP? 架構(gòu)是一種具有電流斜坡和AVP功能的漣波型固定導(dǎo)通時(shí)間的控制架構(gòu)。固定導(dǎo)通時(shí)間控制的特點(diǎn)是在保持重載的高效率時(shí),也提高輕載的效率,以滿足越來越嚴(yán)格的輕載效率規(guī)格。
增強(qiáng)的輕載效率能提高手機(jī)產(chǎn)品的使用時(shí)間,這對消費(fèi)使用者是非常重要的特點(diǎn)。
AVP功能則是為了節(jié)省能源和 BOM 成本,而這也是由CPU芯片制造商,如英特爾和AMD,所規(guī)定的功能。
G-NAVP? 是“綠能原生適應(yīng)性電壓定位”的縮寫。G-NAVP?架構(gòu)提供了許多值得注意的特點(diǎn):
對所有VR 之AVP的要求,很容易設(shè)定其負(fù)載線(下垂)
快速的瞬態(tài)響應(yīng),從而降低了輸出電容值和成本
輕載時(shí)的高效率
對所有VR 之DC的要求,都有高輸出電壓準(zhǔn)確度
對所有VR 之漣波的要求,都能使用固定電流漣波
隨著行動產(chǎn)品市場的增長,電池有限的使用時(shí)間和散熱等因素使得電源效率的問題愈來愈被重視;立锜所提供的G-NAVP? 架構(gòu)則能兼顧性能和效率的要求,非常符合消費(fèi)者的需要。
G-NAVP? 架構(gòu)采用的是有電流斜坡和AVP功能的漣波型固定導(dǎo)通時(shí)間控制法。
固定導(dǎo)通時(shí)間控制具有快速響應(yīng)和高效率的特點(diǎn)、AVP 能節(jié)省 BOM 的成本、偏移取消
電路和斜坡補(bǔ)償則能提高DC的精確度和抗雜訊能力。
結(jié)合上述功能,以 G-NAVP? 為控制架構(gòu)的VR控制器能提供絕佳的性能,且可滿足大多數(shù)英特爾和AMD 之 VR 電源規(guī)格。
3. 立锜快速回應(yīng) (QR) 技術(shù)提升動態(tài)負(fù)載調(diào)整能力:
CPU和GPU的運(yùn)行具有極大的動態(tài)范圍,它們在我們流覽一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)頁面時(shí)通常只需做很少一點(diǎn)事情,但要打開一個(gè)大型的Excel檔或是播
?方案規(guī)格
* 雙道輸出:
?4/3/2/1相 VDD
?2/1/0相 VDDNB
*用于VDD VR的整合3個(gè)MOSFET驅(qū)動器
*功率階段輸入用于VDD VR電壓范圍高達(dá)20V
*G-NAVP?架構(gòu)
*支援動態(tài)負(fù)載線和零負(fù)載線
*支援輕載條件下的二極體模擬模式
*使用 SVI2 界面以支援 AMD 電源管理協(xié)定
*內(nèi)建 ADC 以支援 VOUT 和 IOUT 報(bào)告機(jī)制
*及時(shí)的過壓、欠壓和負(fù)壓保護(hù)及欠壓鎖定保護(hù)
*可程式設(shè)計(jì)的雙重過流保護(hù)機(jī)制
*準(zhǔn)確電流平衡
*快速瞬態(tài)回應(yīng)
*動態(tài)相高低控制
*可程式設(shè)計(jì)的功率級距控制
*VDD VR 電源準(zhǔn)備好指示
*VDD 和 VDDNB VR熱監(jiān)控
*56引腳 WQFN 封裝
*符合 RoHS 規(guī)范,不含鹵素
評論