主板CPU供电技术.doc

看透技术-详解当前的主板CPU供电技术 2010年10月18日05:41中关村在线 字号：T|T 　　文章导读：主板目前有两种主的供电方式：线性电源和开关电源，当需要为功耗相对 较大的元器件，例如CPU、内存和芯片组等供电时，设计者均采用了开关电源供电式。其中内存和芯片组都是采用了单相供电，而CPU由于功耗巨大，所以必须 采用多相供电才能保证其稳定工作，本文将重点为大家解析当前主板的CPU供电技术。首先，为大家介绍主板上常用开关电源的工作原理。主板上开关电源所使用 的芯片主要都是PWM（Pulse Width Modulation）控制器，其原理是CPU提供一组反馈电压和参考电压，然后两者通过误差放大器（ERROR AMP）对比，产生一个符合需要的电压（Vcomp），然后与PWM控制器提供的参考锯齿波（Vramp）进行比较。 图1 PWM工作原理 　 　Vcomp与Vramp对比，大于Vramp就是高电压，低于Vramp就是低电压，这样就组成了一个方波，方波的占空比（D）理论上 D=Vout/Vin，Vout是输出电压，Vin是输入电压，占空比就是在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值，在此可以理解为高电压时间 占整个周期的比例，从计算方法也可以看出方波的占空比随着输出电压的变化而变化。输出的方波脉冲是用于进行开关控制的。当反馈电压波动的时候，输出方波的 占空比会一起变化以调整电压，这也是称之为PWM的来由。 　　如果我们用水库的放水和蓄水做一个比喻，那么Vcomp相当 于水库的开闸水位，Vramp相当于水库。水库的水量假设有一个周而复始的变化，当高于开闸水位的时候就放水，低于开闸水位的时候就关闸蓄水。这个闸就形 成一个开关状态。假设五天里面前二天要放水，后三天要关闸蓄水，开闸记为高，关闸记为低，那么水闸五天的工作状态就是高高低低低，用占空比来描述就是 40%。 图2 电流平衡控制 　　多相与单相开关电源不同的是，由于多相PWM控制器要保证各相工作状态均衡，所以会通过输出电感以及采样电路，各相输出电流进行采样，然后与总输出电流的平均值做一个比较，以控制各相之平衡。 第2页：揭开电压调节模块的神秘面纱 　　 ●揭开电压调节模块的神秘面纱 　　随着主板核心 部件CPU的发展，供电技术也出现了一些演变。CPU的电源控制技术中有一个很重要的规范— 电压调节模块规范，习惯上英特尔称之为VRD（Volt age Reg ulator-Down），AMD称之为VRM（Voltage Regulator Module）。这个技术规范中又有一个很重要的组成部分—动态VID（Dynamic Voltage Identification），CPU所需要的电压大小就是通过VID来控制的。之所以叫做动态VID，是因为CPU会根据自己的型号，工作负载情况输 出不同的VID需求。在图1中，误差放大器的参考电压其实就是由VID决定的，PWM控制器会将CPU提供的VID转换成参考电压。内存和芯片的供电由于 没有动态VID，误差放大器的参考电压为专用PWM控制器指定的参考电压，而且内存和芯片的功耗比较小，一般用单相供电即可，不需要考虑多相平衡、瞬态大 范围变化等复杂的工作环境，所以会简单得多，通常用一个8引脚封装的PWM控制器来控制。 图3 内存供电模块 　 　之前的电压调节模块规范中，VID模式都是并行VID（PVID），包括AMD平台的6位并行VID和英特尔CPU的8位并行VID。VID是数字信 号，PWM控制器中，数模转换模块将不同VID转换成不同的参考电压，VID的位数越多，电压的控制越精细，而早期所有的英特尔和AMD CPU都是通过一组并行VID来控制CPU的电压。 第3页：串行模式是未来的发展趋势 　　 ●串行模式是未来的发展趋势 　　但从AMD的 AM2+ CPU开始，CPU包含着两部分电压（AMD称之为Dual-Plane），一个是CPU的核心电压，一个是CPU的北桥电压，一组并行VID控制模块无 法在同一时间内异步控制这两种电压，除非再提供一组并行VID控制CPU中的北桥电压，但这样会显得比较复杂。于是AMD率先推出新一代电压调节模块规 范，采用串行VID（SVID）模式来解决这一问题。串行VID是一种总线类型的协议。从硬件上来看，所需要的外部接口由以前的VID0~VID5共6个 变成SVC/SVD两个，可以说是简单了很多。不过，由于串行VID是一种总线工作模式，所以需要软件的配合，但同时也意味着后期调整的可操作性会更强。 前期大部分AMD主板为了兼容AM2/AM2+/AM3，采用了PVI/SVI兼容的PWM控制器。 图4 　 　目前英特尔在LGA 775/1156/1366三种平台中仍然采用并行VID