基于RT8894A AMD AM4的Vcore power 解決方案

1.簡介

VCORE穩(wěn)壓器用于為臺(tái)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(dòng)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(qǐng)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(jí)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(qǐng)求信息，例如實(shí)際電流消耗或功率級(jí)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(tái)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(jí)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)。可以通過靠近功率級(jí)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(dòng)態(tài)電壓變化：動(dòng)態(tài)電壓識(shí)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(dòng)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(huì)降低以降低功耗，但是當(dāng)CPU活動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)程序和外部驅(qū)動(dòng)程序的VCORE
許多Richtek VCORE降壓控制器都帶有內(nèi)置MOSFET驅(qū)動(dòng)器的版本。嵌入式驅(qū)動(dòng)程序當(dāng)然會(huì)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(dòng)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(jí)之間存在一定距離時(shí)，最好選擇外部驅(qū)動(dòng)器。這樣可以避免必須在較長的走線上布置MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而這可能會(huì)使信號(hào)完整性惡化。

4.2 Richtek VCORE設(shè)計(jì)工具和評(píng)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(huì)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(duì)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(tái)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(duì)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(píng)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(píng)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?duì)于滿足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(duì)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(duì)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(duì)所有VR 之DC的要求，都有高輸出電壓準(zhǔn)確度

   對(duì)所有VR 之漣波的要求，都能使用固定電流漣波

隨著行動(dòng)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(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)整能力：

CPU和GPU的運(yùn)行具有極大的動(dòng)態(tài)范圍，它們?cè)谖覀兞饔[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(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)相高低控制

   *可程式設(shè)計(jì)的功率級(jí)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