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

1. CPU Vcore 简介:
VCORE转换器(调节器)是在台式个人电脑、笔记本式个人电脑、服务器、工业电脑等计算类设备中为CPU(中央处理器)内核或GPU(图形处理器)内核供电的器件,与普通的POL(负载点)调节器相比,它们要满足完全不同的需要:CPU/GPU都表现为变化超快的负载,需要以极高的精度实现动态电压定位 (Dynamic Voltage Positioning) ,需要满足一定的负载线要求,需要在不同的节能状态之间转换,需要提供不同的参数测量和监控。
在VCORE转换器与CPU之间通常以串列汇流排界面进行通讯,CPU会根据其负荷和运行模式提出不同的供电要求。

最基本的与CPU连接在一起的VCORE转换器(常常简称为VCORE)的电路架构,它们通常由一个控制器和外置的功率级构成。
CPU所消耗的电流实在太大,这样的搭配通常是最合理的。
有的低功耗CPU只需使用单相的Buck转换器即可,但功耗大的就必须使用多相式Buck转换器了。
电路中,功率级被分为多相,通常被用于台式个人电脑中,其正常运行温度下的负载电流为(Thermal Design Current,热设计电流,简称TDC。
VCORE输出电压的检测位置是在CPU底座下,它也被用作转换器的回馈信号。

在CPU和VCORE转换器之间有几条通讯线,其中包含有时钟信号和资料信号构成的串列通讯汇流排,还有1或2条警告信号线,其作用是将调节器一侧所发生的一些特定状况通知CPU。
CPU可以通过串列通讯汇流排向转换器发送特殊的命令,像电压的改变和设定特定的运行状态都要这样进行。
CPU也可以要转换器报告一些资讯,如电流消耗状况、功率级的运行温度等。不同的CPU平台有不同的通讯协定,对于Intel的CPU来说,VR12.1、VR12.5、IMVP8或IMVP9等是可选的;
对AMD的 CPU来说则有SVI和SVI2可选,这样的资讯在为自己的CPU选择相应的电压转换器时是必须要注意的。

2. 立锜VCORE转换器解决方案的选择方法

立锜针对Intel和AMD的平台提供了大量的VCORE控制器产品

Intel CPU可以分为两类:一种以ATOMTM为基础,一种以iCORETM为基础。以ATOMTM为基础的CPU是针对可携式、小尺寸、低功率应用的网路电脑、平板电脑和工业电脑的,其平台名称有Braswell、Apollo Lake 和 Gemini Lake等。以iCORETM为基础的CPU是针对高性能应用如笔记型电脑、台式电脑的,其平台名称有Sky Lake、Kaby Lake 和 Coffee Lake等。不同代际的Intel CPU使用了不同的串列通讯协定,较老的Braswell CPU使用VR12.1协定,较新的则使用IMVP8TM或IMVP9TM

场景应用图

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展示版照片

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方案方块图

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实际机板测量Intel CFL Vcore规格

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Packaging and Pinout

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核心技术优势

1. 立锜快速回应 (QR) 技术提升动态负载调整能力: CPU和GPU的运行具有极大的动态范围,它们的功耗也因此而表现出巨大的差异,其电流消耗在100ns内发生其最大电流消耗量的80%的变化是很平常的事,因而也给VCORE转换器带来巨大的负载电流变化率,其在设计上就必须能够承担这样的动态变化范围。因此,在VCORE转换器的设计中,负载瞬变响应特性是众多关键指标中的一个重要项目。 为了改进VCORE转换器的负载瞬变承担能力,立锜在这些器件的CM-COT控制回路中增加了特别的快速回应 (Quick Response, QR) 网路 2. 立锜CCRCOT架构带来的高输出电压精度和高系统效率: 立锜的VCORE转换器采用特殊的恒定电流纹波固定导通时间 (Constant Current Ripple Constant On Time, CCRCOT) 控制技术,它能在整个输入电压范围和输出电压范围内根据输入电压和输出电压的情况对TON进行调节以保持电感电流纹波(因而也就保持输出电压纹波)的恒定不变,因而能够获得很好的输出电压精度 CCRCOT系统所带来的另外一个好处是开关切换工作频率在较低的输入、输出电压下会自动降低,这又相应提高了系统的转换效率。 3. 节能模式: 根据不同的运行状态,CPU可将VCORE转换器设定在不同的节能运行模式下,这些模式分别被定义为PS0、PS1、PS2和PS3。在PS0模式下,转换器的所有相都处于运行状态,这样就可以提供最大的输出能力。 CPU给出的PS1命令则使转换器进入只有1相在运行的状态,以降低开关损耗。 PS2模式下,唯一在运行的相也从强制PWM模式切入二极体模拟 (Diode Emulation Mode, DEM) 模式以降低开关切换损耗,目的是在轻载模式下将功耗进一步降低。 当进入PS3模式的时候,转换器进入低静态电流模式,使得功率损耗最小化。 4. 立锜的VCORE转换器设计工具和评估装置 由于VCORE转换器的设计非常复杂,其周边元件的设计过程非常花费时间。为了帮助设计者缩短其时间耗用,立锜为每颗VCORE转换器都提供了Excel格式的设计工具。

方案规格

•Intel IMVP8兼容电源 •支持Intel Power Monitor功能(Psys) •具有VR_Hot指示器的热感应 •SVID地址设置 •Intel S-line CPU兼容 •差分远程电压检测 •0.5 DAC 精准度 •支持Psys功能 •4 + 2相位控制器 快速动态反映 •4.5V至24V输入范围 •G-NAVP(立锜独家专) •恒定电流纹波恒定导通时间 (CCRCOT)控制 •准确的电流平衡 •保护线路 :OVP, OCP, NVP, UVLO

技术文档

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