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

1. CPU Vcore 簡(jiǎn)介:

VCORE轉換器（調節器）是在臺式個(gè)人電腦、筆記本式個(gè)人電腦、服務(wù)器、工業(yè)電腦等計算類(lèi)設備中為CPU（中央處理器）內核或GPU（圖形處理器）內核供電的器件，與普通的POL（負載點(diǎn)）調節器相比，它們要滿(mǎn)足完全不同的需要：CPU/GPU都表現為變化超快的負載，需要以極高的精度實(shí)現動(dòng)態(tài)電壓定位 (Dynamic Voltage Positioning) ，需要滿(mǎn)足一定的負載線(xiàn)要求，需要在不同的節能狀態(tài)之間轉換，需要提供不同的參數測量和監控。

在VCORE轉換器與CPU之間通常以串列匯流排界面進(jìn)行通訊，CPU會(huì )根據其負荷和運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轉換器（常常簡(jiǎn)稱(chēng)為VCORE）的電路架構，它們通常由一個(gè)控制器和外置的功率級構成。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轉換器即可，但功耗大的就必須使用多相式Buck轉換器了。

電路中，功率級被分為多相，通常被用于臺式個(gè)人電腦中，其正常運行溫度下的負載電流為（Thermal Design Current，熱設計電流，簡(jiǎn)稱(chēng)TDC。

VCORE輸出電壓的檢測位置是在CPU底座下，它也被用作轉換器的回饋信號。

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

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

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

對AMD的 CPU來(lái)說(shuō)則有SVI和SVI2可選，這樣的資訊在為自己的CPU選擇相應的電壓轉換器時(shí)是必須要注意的。

2. 立锜VCORE轉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(lèi)：一種以ATOMTM為基礎，一種以iCORETM為基礎。以ATOMTM為基礎的CPU是針對可攜式、小尺寸、低功率應用的網(wǎng)路電腦、平板電腦和工業(yè)電腦的，其平臺名稱(chēng)有Braswell、Apollo Lake 和 Gemini Lake等。以iCORETM為基礎的CPU是針對高性能應用如筆記型電腦、臺式電腦的，其平臺名稱(chēng)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(chǎng)景應用圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?實(shí)際機板測量Intel CFL Vcore規格

?核心技術(shù)優(yōu)勢

1. 立锜快速回應 (QR) 技術(shù)提升動(dòng)態(tài)負載調整能力：

CPU和GPU的運行具有極大的動(dòng)態(tài)范圍，它們的功耗也因此而表現出巨大的差異，其電流消耗在100ns內發(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轉換器帶來(lái)巨大的負載電流變化率，其在設計上就必須能夠承擔這樣的動(dòng)態(tài)變化范圍。因此，在VCORE轉換器的設計中，負載瞬變響應特性是眾多關(guān)鍵指標中的一個(gè)重要項目。

為了改進(jìn)VCORE轉換器的負載瞬變承擔能力，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 (Quick Response, QR) 網(wǎng)路

2. 立锜CCRCOT架構帶來(lái)的高輸出電壓精度和高系統效率： 立锜的VCORE轉換器采用特殊的恒定電流紋波固定導通時(shí)間 (Constant Current Ripple Constant On Time, CCRCOT) 控制技術(shù)，它能在整個(gè)輸入電壓范圍和輸出電壓范圍內根據輸入電壓和輸出電壓的情況對TON進(jìn)行調節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系統所帶來(lái)的另外一個(gè)好處是開(kāi)關(guān)切換工作頻率在較低的輸入、輸出電壓下會(huì )自動(dòng)降低，這又相應提高了系統的轉換效率。

3. 節能模式：

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

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

當進(jìn)入PS3模式的時(shí)候，轉換器進(jìn)入低靜態(tài)電流模式，使得功率損耗最小化。

4. 立锜的VCORE轉換器設計工具和評估裝置 由于VCORE轉換器的設計非常復雜，其周邊元件的設計過(guò)程非?；ㄙM時(shí)間。為了幫助設計者縮短其時(shí)間耗用，立锜為每顆VCORE轉換器都提供了Excel格式的設計工具。

?方案規格

?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

?SVID地址設置

?Intel S-line CPU兼容

?差分遠程電壓檢測

?0.5 DAC 精準度

?支持Psys功能

?4 + 2相位控制器

快速動(dòng)態(tài)反映

?4.5V至24V輸入范圍

?G-NAVP（立锜獨家專(zhuān)）

?恒定電流紋波恒定導通時(shí)間

（CCRCOT）控制

?準確的電流平衡

?保護線(xiàn)路 :OVP, OCP, NVP, UVLO