基于RT8894A AMD AM4的Vcore power 解決方案

1.簡介

VCORE穩(wěn)壓器用于為臺式機，筆記本PC，服務器，工業(yè)PC等計算應用中的CPU內(nèi)核和圖形（GPU）內(nèi)核提供電源。這些電源的要求與標準POL穩(wěn)壓器有很大不同：CPU和GPU軌具有極快的負載變化，需要高精度的動態(tài)電壓定位，需要負載線，可以在幾種省電狀態(tài)之間切換，并提供各種參數(shù)感測和監(jiān)視。這些系統(tǒng)利用CPU和穩(wěn)壓器之間的串行總線接口，其中CPU將根據(jù)CPU負載和工作模式請求不同的電源工作條件。

由于CPU電源軌的電流水平很高，VCORE穩(wěn)壓器通常由控制器和外部功率級組成。低功耗CPU可以使用單相降壓轉(zhuǎn)換器，但功能更強大的CPU將需要多相降壓轉(zhuǎn)換器。

CPU和穩(wěn)壓器之間有幾條通信線：帶有時鐘和數(shù)據(jù)線的串行總線以及一條或兩條警告線，用于在調(diào)節(jié)器側(cè)通知CPU特定事件。

CPU可以通過串行總線通信將特定的命令發(fā)送到穩(wěn)壓器，例如VCORE電壓更改或設置特定的電源狀態(tài)。CPU還可以向電壓調(diào)節(jié)器請求信息，例如實際電流消耗或功率級的熱運行狀況。

VCORE調(diào)節(jié)器的選擇標準之一是串行通信協(xié)議：AMD平臺的串行通信稱為SVI或SVI2。

2. Vcor??e穩(wěn)壓器的基本應用

VCORE穩(wěn)壓器具有許多用戶可編程參數(shù)，可以根據(jù)CPU電壓和性能要求，保護級別以及微調(diào)穩(wěn)壓器響應進行設置。由于大量的參數(shù)和可編程值，因此使用多個電阻分壓器來設置這些參數(shù)。
每一相的準確電流感測是VCORE穩(wěn)壓器的重要功能：需要向CPU報告總電流消耗，但也可用于維持各相之間的良好電流共享，用于閉環(huán)控制，設置負載線和過流保護?？梢酝ㄟ^靠近功率級組件放置的NTC監(jiān)控熱狀況，CPU可以讀取熱狀況，或者當超過某個溫度時，調(diào)節(jié)器可以發(fā)出警報。

3. Vcor??e穩(wěn)壓器設計方面

VCORE穩(wěn)壓器的Buck控制器設計與常規(guī)Buck穩(wěn)壓器有很大不同：這是因為VCORE電源必須滿足許多特殊要求：

運行過程中的動態(tài)電壓變化：動態(tài)電壓識別（DVID）：

平均功耗和熱管理是VCORE設計的重要方面：為了在不消耗過多功率的情況下優(yōu)化系統(tǒng)性能，將根據(jù)操作條件動態(tài)更改CPU電源電壓：在空閑模式下（CPU速度較低），CPU電源電壓會降低以降低功耗，但是當CPU活動突然需要增加時， CPU供應迅速增加，以確保在計算密集型條件下穩(wěn)定的CPU性能。VID調(diào)整非常動態(tài)，轉(zhuǎn)換器必須能夠根據(jù)收到的VID命令以可調(diào)的擺率快速而精確地調(diào)整內(nèi)核電壓。

省電模式：

根據(jù)操作條件，CPU可以將VCORE調(diào)節(jié)器設置為各種省電模式。所有相位一起運行以實現(xiàn)全部功率功能。來自CPU的PSI命令將僅使一個相處于活動狀態(tài)，而禁用所有其他相以減少開關(guān)損耗。輕載時，剩馀的活動相位從強制PWM模式切換到二極管仿真模式（DEM），從而降低了開關(guān)頻率，從而進一步降低了開關(guān)損耗。

4. 市場優(yōu)勢

4.1 具有嵌入式驅(qū)動程序和外部驅(qū)動程序的VCORE
許多Richtek VCORE降壓控制器都帶有內(nèi)置MOSFET驅(qū)動器的版本。嵌入式驅(qū)動程序當然會減小應用程序的大小，并減少組件總數(shù)。但是外部驅(qū)動器有時確實具有一些優(yōu)勢：當布局如此，使得降壓控制器和功率級之間存在一定距離時，最好選擇外部驅(qū)動器。這樣可以避免必須在較長的走線上布置MOSFET柵極驅(qū)動信號，而這可能會使信號完整性惡化。

4.2 Richtek VCORE設計工具和評估套件

由于VCORE穩(wěn)壓器的復雜性，外圍組件的設計可能會非常耗時。為了幫助設計人員并減少設計時間，立Rich針對每個VCORE穩(wěn)壓器部件提供了基于Excel的設計工具。

設計工具將具有Parameter_Core輸入選項卡，可在其中輸入特定平臺和CPU導軌要求。然后，可以在Loop_Core選項卡中計算詳細的外部組件值，例如Ton設置，電流檢測網(wǎng)絡，負載線，EA補償，SETx引腳偏置，熱補償和保護。對于APU調(diào)節(jié)器，CORE和GFX部分將有單獨的選項卡。

提供評估板，其布局與實際CPU插槽相匹配。Richtek VCORE解決方案已經(jīng)過全面測試，可以滿足Intel或AMD測試計劃的要求。強烈建議選擇評估板中輸出電容器和電感器的關(guān)鍵組件選擇，因為它們對于滿足VCORE電源軌要求至關(guān)重要。

?場景應用圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?RT8894 Pinout

?核心技術(shù)優(yōu)勢

1. 立锜專利的 CPU 電源解決方案，即綠能原生適應性電壓定位 (G-NAVP?) 控制架構(gòu)。

G-NAVP? 控制架構(gòu)具有快速響應、高效率的特色，而且?guī)缀蹩蓾M足所有 CPU 電源規(guī)格的要求，所以目前 G-NAVP? 控制架構(gòu)是已被廣泛采用的CPU電源解決方案。

VR是采用電壓模式控制的交插式多相位同步降壓轉(zhuǎn)換器。不過，現(xiàn)今 VR面臨了更嚴苛的挑戰(zhàn)，不僅需要高電流，還有嚴格的瞬態(tài)響應要求。

為了使系統(tǒng)能有更快速的響應，并且也減少尺寸和成本，立锜提出了 G-NAVP? 架構(gòu)的多相位 VR。

2. G-NAVP? 架構(gòu)之簡介

G-NAVP? 架構(gòu)是一種具有電流斜坡和AVP功能的漣波型固定導通時間的控制架構(gòu)。固定導通時間控制的特點是在保持重載的高效率時，也提高輕載的效率，以滿足越來越嚴格的輕載效率規(guī)格。

增強的輕載效率能提高手機產(chǎn)品的使用時間，這對消費使用者是非常重要的特點。

AVP功能則是為了節(jié)省能源和 BOM 成本，而這也是由CPU芯片制造商，如英特爾和AMD，所規(guī)定的功能。

G-NAVP? 是“綠能原生適應性電壓定位”的縮寫。G-NAVP?架構(gòu)提供了許多值得注意的特點：

   對所有VR 之AVP的要求，很容易設定其負載線(下垂)

   快速的瞬態(tài)響應，從而降低了輸出電容值和成本

   輕載時的高效率

   對所有VR 之DC的要求，都有高輸出電壓準確度

   對所有VR 之漣波的要求，都能使用固定電流漣波

隨著行動產(chǎn)品市場的增長，電池有限的使用時間和散熱等因素使得電源效率的問題愈來愈被重視；立锜所提供的G-NAVP? 架構(gòu)則能兼顧性能和效率的要求，非常符合消費者的需要。

G-NAVP? 架構(gòu)采用的是有電流斜坡和AVP功能的漣波型固定導通時間控制法。

固定導通時間控制具有快速響應和高效率的特點、AVP 能節(jié)省 BOM 的成本、偏移取消

電路和斜坡補償則能提高DC的精確度和抗雜訊能力。

結(jié)合上述功能，以 G-NAVP? 為控制架構(gòu)的VR控制器能提供絕佳的性能，且可滿足大多數(shù)英特爾和AMD 之 VR 電源規(guī)格。

3. 立锜快速回應 (QR) 技術(shù)提升動態(tài)負載調(diào)整能力：

CPU和GPU的運行具有極大的動態(tài)范圍，它們在我們流覽一個互聯(lián)網(wǎng)頁面時通常只需做很少一點事情，但要打開一個大型的Excel檔或是播

?方案規(guī)格

* 雙道輸出:

     ?4/3/2/1相 VDD

     ?2/1/0相 VDDNB

   *用于VDD VR的整合3個MOSFET驅(qū)動器

   *功率階段輸入用于VDD VR電壓范圍高達20V

   *G-NAVP?架構(gòu)

   *支援動態(tài)負載線和零負載線

   *支援輕載條件下的二極體模擬模式

   *使用 SVI2 界面以支援 AMD 電源管理協(xié)定

   *內(nèi)建 ADC 以支援 VOUT 和 IOUT 報告機制

   *及時的過壓、欠壓和負壓保護及欠壓鎖定保護

   *可程式設計的雙重過流保護機制

   *準確電流平衡

   *快速瞬態(tài)回應

   *動態(tài)相高低控制

   *可程式設計的功率級距控制

   *VDD VR 電源準備好指示

   *VDD 和 VDDNB VR熱監(jiān)控

   *56引腳 WQFN 封裝

   *符合 RoHS 規(guī)范，不含鹵素