基于自適應技術的CPU供電電路系統(tǒng)

　CPU核心電壓Vcore波動會影響CPU正常工作，Vcore過高，將導致CPU發(fā)熱量上升、壽命縮短甚至燒毀;反之，Vcore過低則可能引起數據損壞、死機、藍屏等故障。由于CPU集成度越來越高，制作工藝越來越精細，CPU功耗越來越大，因此對供電系統(tǒng)提出了更高的要求。

　　一、自適應電壓調節(jié)系統(tǒng)的結構

　　早期主板普遍采用跳線或DIP開關來設定CPU電壓，在安裝或更換CPU時，需要根據CPU核心電壓對照主板說明書，在主板上插拔挑線或撥動DIP開關進行設置，稍有不慎就可能燒毀CPU和主板，十分危險。為了解決這個問題，Intel公司從Pentium Ⅱ開始采用VID（Voltage Identification，電壓識別）技術，VID技術是一種自適應電壓調節(jié)技術，采用這種技術后，主板供電電路可按CPU需要自動設置供電電壓，不再需要進行人工干預了。

　　自適應電壓調節(jié)技術的核心是在CPU上增加了若干個VID引腳，這些引腳輸出的編碼信號控制Vcore供電電路中的PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調制）控制器。開機后CPU將VID信號發(fā)送給PWM控制器，調整PWM控制器輸出脈沖信號的占空比，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可以在BIOS中修改Vcore，一些主板制造商還編制了專門的工具軟件來顯示和修改Vcore值，給用戶帶來很大方便。

　　圖1 自動設定原理

　　自適應CPU供電電路的信號流程如圖2，電腦的主電源工作后，VttVR調壓器開始工作，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。VID_PWRGD信號同時送往CPU中的VID控制器和Vcc調壓器中的PWM控制芯片的對應引腳，分別作為VID控制器和PWM芯片的輸出允許信號。VID控制器接收到VID_PWRGD信號這個信號后立即通過若干條信號線同時輸出各位VID信號。在VCC調壓器內，PWM控制器接收到VID信號后，向場效應管驅動器輸出脈沖信號，啟動DC/DC轉換功能，輸出Vcc電壓。待電壓穩(wěn)定后，PWM芯片向CPU提供VCC_PWRGD信號，讓CPU開始工作，如圖3。

　　圖2 供電系統(tǒng)原理框圖

　　圖3 自適應電路時序圖

　　二、VID與Vcore的關系

　　如前所述，CPU供給PWM控制器VID信號，由PWM控制器控制DC／DC降壓電路，實現對輸出電壓的調整。實際上，PWM控制器輸出的脈沖信號的頻率（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。電壓數值最終由MOSFET導通的時間所決定，輸出電壓V的大小與MOSFET的導通時間t1成正比。

　　圖4 PWM原理

　　在實際電路中，PWM采用移相式控制方式輸出脈沖信號，控制MOSFET的導通和關斷。DC／DC電路輸出脈動直流電，其紋波分量很大，須經電容濾波后輸出平滑的直流電。當濾波電容的容量足夠大時，實際輸出的波形近似為一條直線。

　　在自適應供電系統(tǒng)中，t1是由CPU提供的VID編碼控制的。CPU的每個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”的不同組合構成了VID編碼與輸出電壓之間的關系，見表1。由于VID編碼是不連續(xù)的，因此DC/DC轉換器實際上是一種階梯式降壓器（Step Down Regulator，簡稱SDR）。