业界第一个用于下一代Intel和AMDCPU的核电源方案,内置双路驱动器

业界第一个用于下一代业界第一个用于下一代 Intel 和和 AMDCPU 的核电源方案的核电源方案 内置双路驱动内置双路驱动 器器 导读 业界第一个用于下一代 Intel 和 AMD CPU 的核电源 方案 内置双路驱 动器 SUNNYVALE CA 2005 年 11 月 29 日 Maxim Integrated Products NASDAQ MXIM 推出业界 首款单芯片 2 3 4 相控制器 MAX8809A MAX8810A 专 rohs欧盟无铅制程认证 能够支持全系列 intel 和 amd 平台 业界第一个用于下一代 Intel 和 AMD CPU 的核电源方案 内置双路驱 动器 SUNNYVALE CA 2005 年 11 月 29 日 Maxim Integrated Products NASDAQ MXIM 推出业界首款单 芯片 2 3 4 相控制器 MAX8809A MAX8810A 专为下一代 Intel 和 AMD 核电源设计 器 件内部集成了双路驱动器 MAX8809A MAX8810A 是 Maxim 不断丰富 的 面向台式计 算机主板和服务器领域产品的最新成员 在过去的 5 年里 Intel 和 AMD CPU 的性能得到了极大提 高 回顾 Intel 和 AMD 处理器的历史发展进程 请参考本文后 面的背景白皮书 CPU 性能需求不断提高 成本控制更加严 格一节 为这些 CPU 供电的电源管理 IC 必须紧随其发展进程 MAX8809A MAX8810A 控制器能够满足现 代 CPU 对功率 性 能和精度最为苛刻的要求 重要的是 Maxim 还对这 些控制器设计进行了简化和优化 可提供更大的灵活性 为满足 Intel 和 AMD 大电流核处理器的电源需求 MAX8809A MAX8810A 为设计工程师提供了一种新的途径 Maxim 公司非便携产品事业部经理 Jonathan Horner 解释到 这些器件集技术 简易性和灵活性于一体 必将缩短用户的 设计时间 降低产品开发风险和 总体方案成本 多相工作方式和突出的设计灵活性可编辑修改 1 MAX8809A 单芯片 2 相方案集成驱动器 为功率需求高达 65W 的应用 提供理想的解决方案 片上还包括第 3 相 PWM 输出 因此经过简单调整 即可满 足更大功率的需求 仅仅增加一个 MAX8552 高性能驱动器即 可支 持高达 90A 的设计 MAX8810A 集成了双路驱动器 同时还额外增加了 2 路 PWM 输出 MAX8810A 与高性能双路驱动器 MAX8523 配合使用 能够 为高达 150A 的 4 相设计提供低成本 结构紧凑的 2 芯片方 案 选择引脚 SEL 允许设计者对控制器进行设置 以支持 3 种 不同的处理器 包括 Intel VRD10 1 和 Intel 及 AMD 的下一 代 CPU 器件同时还支持 VID 码 VID 信号门限 正确的启动顺序和 过压保护 OVP 门限 这使得 设计者很容易将已有设计移植到新的应用中 从而 可减少库存的控制器 IC 种类 高性能电流均衡 大功率微处理器要求精密的电压调节精度 以确保性能稳定 MAX8809A MAX8810A 采用输入偏置电流极低 典型值为 0 1 A 的差 分放大器 可对处理器管芯进行远端电压检测 这消除了输出和返回通路 引线阻抗的影响 由于采用了高精度 DAC 以及精密电流检测放大器 初 始输 出电压精度达到 0 4 该精密误差放大器可在整个负载范围内保证 高精度电压定 位 MAX8809A MAX8810A 采用峰值电流模式控制方案 提供快 速瞬态响应可编辑修改 2 和固有的电流分配功能 具体应用可采用检流电阻 或者采用电感的直流 电阻 DCR 以节省成本和提高效率 良好匹配的电流检测放大器可确保各 相之间的电流匹配精度 优于 5 通过 Maxim 专有的快速主动均流 RA2 技术 电流均衡 精度得到进一步提高 消除了由电流检测元件容限所造成 的误 差 电流检测经过全面的温度补偿 在整个 40 C 至 85 C 工 作温 度范围内可实现精确的电压定位和限流 高精度电压调节 过流保护极为可靠 按照经过温度补偿的平 均电流进行逐周期限流 过流 情况下 MAX8809A MAX8810A 的折返式限流功能可 将电流降至最大值 的 50 从而减轻了输入和输出元件的负 荷 其它内部保护机制还包括高 温保护和过压保护 OVP 其它特性包括宽输入电源范围 高达 26V 使 能控制引脚 EN 和 电源就绪 VRREADY 输出信号 通过外部电阻编程设 置软启动时间 关断采用独特的 软停止 技术 从而可将输出电压调节至 0V 关断时该功能可避免输出端产生负电压脉冲 省去了外部箝 位肖特基 二极管 注 关于 MAX8809A MAX8810A 应用技术的详细信息 以及 这些技术 为 IC 设计者带来的好处 请参考 MAX8809A MAX8810A 器件优势一节 MAX8809A 采用无铅 5mm x 5mm 40 引脚 薄型 QFN TQFN 封 装 MAX8810A 采用无铅 6mm x 6mm 48 引脚 TQFN 封装 可编辑修改 3 MAX8809A 和 MAX8810A 的起价分别为 2 40 和 2 50 1000 片起 美国离岸价 背景白皮书 CPU 性能需求不断提高 成本控制更加严 格 台式机 CPU 的性能在过去 5 年间得到了极大的提升 如 以下链接的表格 所示 Pentium III Pentium 4 Extreme Year Introduced Core Speed L2 Cache 2000 600MHz 256K 2005 3 73GHz 2M 1066MHhz 1 30VFront Side Bus Speed 100MHz Voltage Voltage Tolerance Power 1 75V 40 80mV 19mV 19 6W 150W 处理器的性能提升 同样 也使为 CPU 供电的电压调节器在技巧 性能和复 杂性方面不 断提高 显而易见 CPU 电源控制器需要具备以下几方面的性 能特点 1 功率 电压调节器的一个参数是 相 的数量 或者说 它能支持的通道 数 每一相实际上可以提供 25W 至 40W 的功率 取决于可用 空间可编辑修改 4 和冷却等因素 单相电压调节器足以为 Pentium 3 供电 而当前的 CPU 则 需要 3 相或 4 相调节器 2 电流均衡 设计多相电源所面临的挑战之一是需要确保 各相之间电流 功率 均衡 如果一相的电流极度不成比例 会加大元件的负荷并缩 短其 工作寿命 因此所有多相电压调节器实际上必须包含能够主动均 衡各 相电流的电路 3 精度 为保证 CPU 工作在高时钟频率下 要求其电源电 压具有极高 的调节精度 并且 必须在静态和动态情况下都能够保持高精度指标 通过采用精密的片上基准电压 以及最大程度降低失调电 压和偏置电 流 可获得良好的静态精度 而动态精度则受电压调节器的闭环带宽 以及调节器输出端的 大容量输出电容影响 由于任何调节器都不能立 刻响应 CPU 的功耗突变 所有设 计都需要大容量输出电容 调节器 的闭环带宽越高 就越能够快速 跟上 CPU 的功耗 要求并尽快从大容 量输出电容那里 接管 供电任务 对 CPU 电压调节器的要求不断提高 这对设计提出了极大的 挑战 裸片尺 寸和引脚数量都与调节器支持的相数成比例关系 高精度电压基准需要复 杂的设计和校准技术 为完成基本电压调节和主动电流分配的电压和电流 检测放大 器 必须足够快并具有低失调误差和低偏置电流 放大器必须在 整个工作过程中和整个温度范围内稳定工作 主动电流分配电路还必须足 够精确 且不能干扰基本电压调 节电路的正常工作 可编辑修改5 大功率 CPU 调节器设计所面临的最严峻挑战可能就是成本 了 在过去 5 年当中 CPU 核电压调节器每一相的价格降低 了 4 倍甚至更多 MAX8809A MAX8810A 器件优势 MAX8809A MAX8810A 能够 满足下一代 CPU 的所有高性能需求 同时 在技术和性能方面 比现有调节 控制 方案进一步提高 精密的线电压调节功能 传统的电压模式控制方案 其误差电 压与内部产生的锯齿波进行比较 因 而线电压调节性能从本质 上来说比较差 如果调节器不增加额外的电路 和 复杂度 来动态调整锯齿波 则输入电压改变时并不会反映到锯齿波上 MAX8809A MAX8810A 采用峰值电流模式控制技术 使用每 一相的电感 电流斜坡取代了内部锯齿波 占空比受电感电流斜坡控制 而该电流斜坡 是输入和输出电 压的函数 因此无需额外电路即可从本质上保持线电压调 节功能 简易的电压定位 大多数大电流 CPU 的核电压调节器设计采 用电压定位技术 以降低对大电 容的需求 MAX8809A MAX8810A 使用一定的增益来设置输出负载线阻 抗 见图 1 调节器误差电压计算公式如下所示 可编辑修改 6 VC gMV x RCOMP x VDAC VOUT IOUT N X RSENSE x GCA 其中 N 表示相的数目 整理该公式 我们可以得到 VDAC VOUT IOUT RSENSE x GCA N x gMV x RCOMP 其中 VDAC VOUT IOUT 项是负载线 阻抗 电流检测增益 GCA 和误差放大 器的跨导 gMV 是 IC 的参数 RSENSE 和 N 由具体应用决定 因此通过选择 合适的 RCOMP 阻值 即可设置负载线的阻抗 RCOMP 同样设置了误差电压 放大器的增益 竞争解决方案通常需要多个电阻来设置负载线阻抗 快速瞬态响应 电压模式控制方案还需要第二个环路来实现 电流均衡 该环路的带宽通常 是电压环路带宽的 1 5 至 1 10 以避免引入干扰 由于电流均衡通常仅 需要慢调节 因此低带宽足以满足要求 但是对于电压定位来说 负载瞬 态响应直接就是电流环路带 宽的函数 电压模式的带宽很低 例如 5kHz 峰值电流模式的电流和电 压环路带宽是相同的 例如 50kHz 至 75kHz 图 2 和图 3 先加载 95A 阶跃负载 然后断开 95A 负载 所示为从示波器 抓取的图形 显然瞬态性能的差别非常明显 由于电压模式的控制环路和 输出滤波器引入了几个极点和零 点 因此其补偿更加复杂 电压模式通常 需要 III 型补偿方案 而峰值电流模式则采用 单极点补偿即可 因此仅需 要较少的元件 可编辑修改7 高精度电流均衡 峰值电流模式控制有一个局限性 两相之 间电感值的差异 例如由于容限引 起的差异 会引起直流电流不 匹配 MAX8809A MAX8810A 运用一种称 作快速主动均流 RA2 的 专有技术 获得每一相电感纹波电流的平均数 RA2 电路 见图 4 花费几个开关周期来 学习 每一相的峰 峰值纹波电流 然后使偏置的峰值电流信号降低 1 2 纹波电 流 将 峰值 控制点由电感电 流峰值移至直流电流点 这样既 保持了峰值电流模式控制的好处 同时还 可以实现非常精密的 直流电流匹配 由于 RA2 电路并不是用于调节功能的 电流检测通路的直接 构成部分 因此不会减慢瞬态响应时间 精确的温度补偿 MAX8809A MAX8810A 仅使用单个热传感器 即可实现精确的温度补偿 获取电流信息的常用方法是使用电感的直流阻抗 DCR 作为 电流检测元 件 但是使用该方法会带来一个问题 由于铜线具有正温度系数 DCR 会 随温度的改变而改变 可使用具有相反 负 温度系数的等值电阻 NTC 对 设计进行补 偿 该 NTC 通常也是设置负载线阻抗的电阻网络组成部分 为 在整个需要的温度范围内实现阻抗线性化 电阻网络还 包括两个额外的电 阻 该技术的缺点是限流信息并未进行温度补偿 室温下的限流 门限在更 高的温度下必须按比例增加 以补偿增加的电流信号 必须采用更大尺寸 的电感和 MOSFET 以处理电流限 室温下 的 最大电流 这会导致方案成 本更高 可编辑修改8 MAX8809A MAX8810A 也采用 NTC 但线性化是片内完成的 省去了 两个电阻 然后对检测到的电流进行温度修正 并且用于内部电压定位 和 限流功能 无需因温度影响而采用大尺寸元件 室温下与 85 C 下的 限流 门限都是一样的 竞争产品还需要第二个 NTC 来完成 VRHOT 功能 而 MAX8809A MAX8810A 则使用同样的线性化温度信息完成 VRHOT 这 进一步降低了方案总成本 总之 MAX8809A MAX8810A 具备的功能和采用的技术有助 于简化设计 进程和降低方案总成本 关于 Maxim 用于台式 PC 和服务器应用领域的其 它电压 调节器方案的完整信息 Maxim Integrated Products 是国际领 先的高品质模拟和混合 信号器件供应商 其产品应用于真实世界的信号处 理领域 欲了解更多信息 请联系 Maxim 120 San Gabriel Dr Sunnyvale CA 94086 电话 408 737 7600 美国 或访问 URL Intersil 推出高性 能 CPU 多相核心控制器 Intersil 公司日前宣布推出 PWM 脉 宽调制 控制器系列的最新成员 ISL6316 该产品是高性能 CPU