基于自適應(yīng)技術(shù)的CPU供電電路系統(tǒng)

　CPU核心電壓Vcore波動(dòng)會(huì)影響CPU正常工作，Vcore過(guò)高，將導(dǎo)致CPU發(fā)熱量上升、壽命縮短甚至燒毀;反之，Vcore過(guò)低則可能引起數(shù)據(jù)損壞、死機(jī)、藍(lán)屏等故障。由于CPU集成度越來(lái)越高，制作工藝越來(lái)越精細(xì)，CPU功耗越來(lái)越大，因此對(duì)供電系統(tǒng)提出了更高的要求。

　　一、自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　早期主板普遍采用跳線或DIP開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)定CPU電壓，在安裝或更換CPU時(shí)，需要根據(jù)CPU核心電壓對(duì)照主板說(shuō)明書(shū)，在主板上插拔挑線或撥動(dòng)DIP開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)置，稍有不慎就可能燒毀CPU和主板，十分危險(xiǎn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Intel公司從Pentium Ⅱ開(kāi)始采用VID（Voltage Identification，電壓識(shí)別）技術(shù)，VID技術(shù)是一種自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，采用這種技術(shù)后，主板供電電路可按CPU需要自動(dòng)設(shè)置供電電壓，不再需要進(jìn)行人工干預(yù)了。

　　自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)的核心是在CPU上增加了若干個(gè)VID引腳，這些引腳輸出的編碼信號(hào)控制Vcore供電電路中的PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）控制器。開(kāi)機(jī)后CPU將VID信號(hào)發(fā)送給PWM控制器，調(diào)整PWM控制器輸出脈沖信號(hào)的占空比，迫使DC/DC電路輸出的直流電壓與CPU的額定電壓相一致（圖1）。采用VID編碼后，VID的可編程特性使得用戶(hù)可以在BIOS中修改Vcore，一些主板制造商還編制了專(zhuān)門(mén)的工具軟件來(lái)顯示和修改Vcore值，給用戶(hù)帶來(lái)很大方便。

　　圖1 自動(dòng)設(shè)定原理

　　自適應(yīng)CPU供電電路的信號(hào)流程如圖2，電腦的主電源工作后，VttVR調(diào)壓器開(kāi)始工作，它一方面為CPU中的VID控制器提供電源，一方面輸出VID_PWRGD信號(hào)。VID_PWRGD信號(hào)同時(shí)送往CPU中的VID控制器和Vcc調(diào)壓器中的PWM控制芯片的對(duì)應(yīng)引腳，分別作為VID控制器和PWM芯片的輸出允許信號(hào)。VID控制器接收到VID_PWRGD信號(hào)這個(gè)信號(hào)后立即通過(guò)若干條信號(hào)線同時(shí)輸出各位VID信號(hào)。在VCC調(diào)壓器內(nèi)，PWM控制器接收到VID信號(hào)后，向場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器輸出脈沖信號(hào)，啟動(dòng)DC/DC轉(zhuǎn)換功能，輸出Vcc電壓。待電壓穩(wěn)定后，PWM芯片向CPU提供VCC_PWRGD信號(hào)，讓CPU開(kāi)始工作，如圖3。

　　圖2 供電系統(tǒng)原理框圖

　　圖3 自適應(yīng)電路時(shí)序圖

　　二、VID與Vcore的關(guān)系

　　如前所述，CPU供給PWM控制器VID信號(hào)，由PWM控制器控制DC／DC降壓電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)整。實(shí)際上，PWM控制器輸出的脈沖信號(hào)的頻率（或周期t）通常維持不變，改變的只是脈沖的占空比t1/t的大小，如圖4。由于t不變，t1增大則輸出電壓高，t1減小則輸出電壓降低，t1不變則輸出電壓不變。電壓數(shù)值最終由MOSFET導(dǎo)通的時(shí)間所決定，輸出電壓V的大小與MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間t1成正比。

　　圖4 PWM原理

　　在實(shí)際電路中，PWM采用移相式控制方式輸出脈沖信號(hào)，控制MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷。DC／DC電路輸出脈動(dòng)直流電，其紋波分量很大，須經(jīng)電容濾波后輸出平滑的直流電。當(dāng)濾波電容的容量足夠大時(shí)，實(shí)際輸出的波形近似為一條直線。

　　在自適應(yīng)供電系統(tǒng)中，t1是由CPU提供的VID編碼控制的。CPU的每個(gè)VID引腳有高電平和低電平兩種狀態(tài)，分別代表“1”和“0”。“1”和“0”的不同組合構(gòu)成了VID編碼與輸出電壓之間的關(guān)系，見(jiàn)表1。由于VID編碼是不連續(xù)的，因此DC/DC轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一種階梯式降壓器（Step Down Regulator，簡(jiǎn)稱(chēng)SDR）。