基于RT3607HP的 Intel CPU IMVP 8/9 Vcore 電源方案

1. CPU Vcore 簡介:

VCORE轉(zhuǎn)換器（調(diào)節(jié)器）是在臺式個人電腦、筆記本式個人電腦、服務(wù)器、工業(yè)電腦等計算類設(shè)備中為CPU（中央處理器）內(nèi)核或GPU（圖形處理器）內(nèi)核供電的器件，與普通的POL（負(fù)載點(diǎn)）調(diào)節(jié)器相比，它們要滿足完全不同的需要：CPU/GPU都表現(xiàn)為變化超快的負(fù)載，需要以極高的精度實(shí)現(xiàn)動態(tài)電壓定位 (Dynamic Voltage Positioning) ，需要滿足一定的負(fù)載線要求，需要在不同的節(jié)能狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，需要提供不同的參數(shù)測量和監(jiān)控。

在VCORE轉(zhuǎn)換器與CPU之間通常以串列匯流排界面進(jìn)行通訊，CPU會根據(jù)其負(fù)荷和運(yùn)行模式提出不同的供電要求。

最基本的與CPU連接在一起的VCORE轉(zhuǎn)換器（常常簡稱為VCORE）的電路架構(gòu)，它們通常由一個控制器和外置的功率級構(gòu)成。CPU所消耗的電流實(shí)在太大，這樣的搭配通常是最合理的。

有的低功耗CPU只需使用單相的Buck轉(zhuǎn)換器即可，但功耗大的就必須使用多相式Buck轉(zhuǎn)換器了。

電路中，功率級被分為多相，通常被用于臺式個人電腦中，其正常運(yùn)行溫度下的負(fù)載電流為（Thermal Design Current，熱設(shè)計電流，簡稱TDC。

VCORE輸出電壓的檢測位置是在CPU底座下，它也被用作轉(zhuǎn)換器的回饋信號。

在CPU和VCORE轉(zhuǎn)換器之間有幾條通訊線，其中包含有時鐘信號和資料信號構(gòu)成的串列通訊匯流排，還有1或2條警告信號線，其作用是將調(diào)節(jié)器一側(cè)所發(fā)生的一些特定狀況通知CPU。

CPU可以通過串列通訊匯流排向轉(zhuǎn)換器發(fā)送特殊的命令，像電壓的改變和設(shè)定特定的運(yùn)行狀態(tài)都要這樣進(jìn)行。

CPU也可以要轉(zhuǎn)換器報告一些資訊，如電流消耗狀況、功率級的運(yùn)行溫度等。不同的CPU平臺有不同的通訊協(xié)定，對于Intel的CPU來說，VR12.1、VR12.5、IMVP8或IMVP9等是可選的；

對AMD的 CPU來說則有SVI和SVI2可選，這樣的資訊在為自己的CPU選擇相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換器時是必須要注意的。

2. 立锜VCORE轉(zhuǎn)換器解決方案的選擇方法

立锜針對Intel和AMD的平臺提供了大量的VCORE控制器產(chǎn)品

Intel CPU可以分為兩類：一種以ATOMTM為基礎(chǔ)，一種以iCORETM為基礎(chǔ)。以ATOMTM為基礎(chǔ)的CPU是針對可攜式、小尺寸、低功率應(yīng)用的網(wǎng)路電腦、平板電腦和工業(yè)電腦的，其平臺名稱有Braswell、Apollo Lake 和 Gemini Lake等。以iCORETM為基礎(chǔ)的CPU是針對高性能應(yīng)用如筆記型電腦、臺式電腦的，其平臺名稱有Sky Lake、Kaby Lake 和 Coffee Lake等。不同代際的Intel CPU使用了不同的串列通訊協(xié)定，較老的Braswell CPU使用VR12.1協(xié)定，較新的則使用IMVP8TM或IMVP9TM

?場景應(yīng)用圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?實(shí)際機(jī)板測量Intel CFL Vcore規(guī)格

?核心技術(shù)優(yōu)勢

1. 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，它們的功耗也因此而表現(xiàn)出巨大的差異，其電流消耗在100ns內(nèi)發(fā)生其最大電流消耗量的80%的變化是很平常的事，因而也給VCORE轉(zhuǎn)換器帶來巨大的負(fù)載電流變化率，其在設(shè)計上就必須能夠承擔(dān)這樣的動態(tài)變化范圍。因此，在VCORE轉(zhuǎn)換器的設(shè)計中，負(fù)載瞬變響應(yīng)特性是眾多關(guān)鍵指標(biāo)中的一個重要項目。

為了改進(jìn)VCORE轉(zhuǎn)換器的負(fù)載瞬變承擔(dān)能力，立锜在這些器件的CM-COT控制回路中增加了特別的快速回應(yīng) (Quick Response, QR) 網(wǎng)路

2. 立锜CCRCOT架構(gòu)帶來的高輸出電壓精度和高系統(tǒng)效率： 立锜的VCORE轉(zhuǎn)換器采用特殊的恒定電流紋波固定導(dǎo)通時間 (Constant Current Ripple Constant On Time, CCRCOT) 控制技術(shù)，它能在整個輸入電壓范圍和輸出電壓范圍內(nèi)根據(jù)輸入電壓和輸出電壓的情況對TON進(jìn)行調(diào)節(jié)以保持電感電流紋波（因而也就保持輸出電壓紋波）的恒定不變，因而能夠獲得很好的輸出電壓精度

CCRCOT系統(tǒng)所帶來的另外一個好處是開關(guān)切換工作頻率在較低的輸入、輸出電壓下會自動降低，這又相應(yīng)提高了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。

3. 節(jié)能模式：

根據(jù)不同的運(yùn)行狀態(tài)，CPU可將VCORE轉(zhuǎn)換器設(shè)定在不同的節(jié)能運(yùn)行模式下，這些模式分別被定義為PS0、PS1、PS2和PS3。在PS0模式下，轉(zhuǎn)換器的所有相都處于運(yùn)行狀態(tài)，這樣就可以提供最大的輸出能力。

CPU給出的PS1命令則使轉(zhuǎn)換器進(jìn)入只有1相在運(yùn)行的狀態(tài)，以降低開關(guān)損耗。 PS2模式下，唯一在運(yùn)行的相也從強(qiáng)制PWM模式切入二極體模擬 (Diode Emulation Mode, DEM) 模式以降低開關(guān)切換損耗，目的是在輕載模式下將功耗進(jìn)一步降低。

當(dāng)進(jìn)入PS3模式的時候，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入低靜態(tài)電流模式，使得功率損耗最小化。

4. 立锜的VCORE轉(zhuǎn)換器設(shè)計工具和評估裝置 由于VCORE轉(zhuǎn)換器的設(shè)計非常復(fù)雜，其周邊元件的設(shè)計過程非常花費(fèi)時間。為了幫助設(shè)計者縮短其時間耗用，立锜為每顆VCORE轉(zhuǎn)換器都提供了Excel格式的設(shè)計工具。

?方案規(guī)格

?Intel IMVP8兼容電源

?支持Intel Power Monitor功能（Psys）

?具有VR_Hot指示器的熱感應(yīng)

?SVID地址設(shè)置

?Intel S-line CPU兼容

?差分遠(yuǎn)程電壓檢測

?0.5 DAC 精準(zhǔn)度

?支持Psys功能

?4 + 2相位控制器

快速動態(tài)反映

?4.5V至24V輸入范圍

?G-NAVP（立锜獨(dú)家專）

?恒定電流紋波恒定導(dǎo)通時間

（CCRCOT）控制

?準(zhǔn)確的電流平衡

?保護(hù)線路 :OVP, OCP, NVP, UVLO