雙穩(wěn)壓器為奔騰處理器或升級(jí)CPU供電

許多基于奔騰處理器的主板制造商一直在尋找一種經(jīng)濟(jì)的解決方案，以解決為當(dāng)前一代奔騰 P54C 供電的問(wèn)題，并適應(yīng)即將上市的升級(jí)處理器?，F(xiàn)有處理器對(duì)處理器內(nèi)核和 I/O 使用單電源。對(duì)于最高頻率的產(chǎn)品，所需的電源電壓為 3.5V ±100mV（VRE 規(guī)格）。對(duì)于時(shí)鐘頻譜的較低性能端，3.3V ±5% 的電源電壓就足夠了。最近，英特爾重新指定了標(biāo)準(zhǔn)的3.3V CPU，以便在3.5V下工作。這允許任何時(shí)鐘頻率的設(shè)計(jì)采用3.5V單電源供電。I/O 環(huán)和芯片組應(yīng)由與 CPU 內(nèi)核相同的電壓供電，無(wú)論是 3.3V 還是 3.5V。

即將上市的 P55C 升級(jí)處理器需要為內(nèi)核和 I/O 單獨(dú)供電。標(biāo)稱(chēng)內(nèi)核電壓的目標(biāo)是2.500V±5%，而I/O電源仍標(biāo)稱(chēng)為3.3V。還有一個(gè)處理器引腳，VCC2DET，位于位置 AL1，在 P55C 上與地面粘合，但在 P54C 上打開(kāi)。P54C的內(nèi)核和I/O電源引腳在片內(nèi)短接在一起，帶來(lái)了一個(gè)顯著的復(fù)雜性。圖1顯示了系統(tǒng)框圖。如果內(nèi)核和 I/O 電源不能提供成比例的電流，則可能會(huì)損壞 P54 金屬化。圖 1580 所示的基于 LT1587 / LT2 的電路將根據(jù) V 的狀態(tài)自動(dòng)向 CPU 和 I/O 電路提供所需的電壓CC2DET用引腳固定并在兩個(gè)穩(wěn)壓器之間分擔(dān)負(fù)載。

圖1.系統(tǒng)配置。

圖2.電源原理圖。

一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案

這款雙通道線(xiàn)性穩(wěn)壓器電路采用一個(gè) LT1580 作為 CPU 內(nèi)核電源，采用一個(gè) LT1587 作為 I/O 電源。LT1580 具有一個(gè)精準(zhǔn)基準(zhǔn)、遠(yuǎn)端檢測(cè)和極低的壓差電壓。當(dāng)受到最壞情況分析的審查時(shí)，它能夠滿(mǎn)足嚴(yán)格的VRE電壓規(guī)格。LT1587 的額定電流為 3.0A 最大電流，足以為大多數(shù)臺(tái)式機(jī)系統(tǒng)的 I/O 電源供電。如果需要超過(guò) 3A 的 I/O 電流 — 例如，您的設(shè)計(jì)具有非常大的二級(jí)高速緩存 — 則可通過(guò)改變一個(gè)電阻值 （R2） 來(lái)替代能夠提供 1585.5A 電流的 LT0A。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱設(shè)計(jì)公式。

運(yùn)算放大器U1強(qiáng)制兩個(gè)穩(wěn)壓器在輸出因CPU金屬化而短路在一起時(shí)共享負(fù)載電流。負(fù)載電流由兩個(gè)低值電流檢測(cè)電阻R12和R13檢測(cè)。這些電阻實(shí)際上是在印刷電路板上實(shí)現(xiàn)為短走線(xiàn)。該設(shè)計(jì)不依賴(lài)于檢測(cè)電阻的絕對(duì)值是否準(zhǔn)確;電路只需比例匹配即可正常工作。在PC板生產(chǎn)批次中，電阻比將得到很好的控制。

放大器U1上拉U2的Adjust引腳，提高I/O穩(wěn)壓器的輸出電壓，直到兩個(gè)穩(wěn)壓器之間建立適當(dāng)?shù)碾娏鞅取．?dāng)檢測(cè)電阻兩端的壓降相等時(shí)，滿(mǎn)足此條件。穩(wěn)壓器電流與檢測(cè)電阻值成反比，因此與電阻走線(xiàn)長(zhǎng)度成反比。如果需要不同的電流比，只需根據(jù)給定的公式重新計(jì)算走線(xiàn)長(zhǎng)度即可。滿(mǎn)載時(shí)電阻兩端的壓降約為25mV。當(dāng)然，如果需要，也可以使用分立電阻，但與PCB走線(xiàn)相比，它們的成本相當(dāng)高。

非理想元件將轉(zhuǎn)化為均流比誤差。如圖所示的元件中，導(dǎo)致均流誤差的最大因素是誤差放大器失調(diào)電壓。經(jīng)濟(jì)型 LT1006CS8 （最大值為 400μV） 的極低失調(diào)確保了僅 1.6% 的最差情況份額誤差。如果使用 LT1006 的通孔版本，則此誤差會(huì)下降五倍。使用該運(yùn)算放大器可以進(jìn)一步降低檢測(cè)電阻的值。

如果用戶(hù)應(yīng)升級(jí)到 P55C，E3 現(xiàn)在已接地。這將關(guān)閉 Q2，允許 Q1 和 Q3 打開(kāi)。Q1 使 LT1580 的部分反饋分壓器短路，從而將其輸出降低至 2.500V。Q3將U1的同相輸入拉低，迫使運(yùn)算放大器輸出接地。D1現(xiàn)在反向偏置，有效地?cái)嚅_(kāi)運(yùn)算放大器與電路的連接，導(dǎo)致I/O穩(wěn)壓器的輸出降至3.3V。電阻R11在為P2供電時(shí)拉起D54的陰極，使二極管漏電流不會(huì)導(dǎo)致均流誤差。

LT1580 允許遠(yuǎn)程檢測(cè) CPU 上的負(fù)載電壓。此外，通過(guò)在檢測(cè)線(xiàn)路中插入一個(gè)低值電阻，會(huì)引入一個(gè)小的有意負(fù)載調(diào)節(jié)誤差，可以看出，這將降低穩(wěn)壓器的峰峰值瞬態(tài)響應(yīng)。穩(wěn)壓誤差在負(fù)載上得到了很好的控制，與任何走線(xiàn)電阻或寄生效應(yīng)無(wú)關(guān)。該技術(shù)可減少控制內(nèi)核電壓瞬變所需的輸出電容量。

結(jié)論

使用少量低成本組件，可以消除對(duì)可更換電源模塊的需求，并且仍然滿(mǎn)足將微處理器升級(jí)到改進(jìn)技術(shù)的愿望。此外，該解決方案可實(shí)現(xiàn)“防白癡”設(shè)計(jì)，防止施加不適當(dāng)?shù)碾娫措妷?，從而損壞昂貴的CPU。

設(shè)計(jì)方程式：

假設(shè) VS約25mV，

1oz銅厚度為0.0036cm

2oz銅厚度為0.0071cm

對(duì)于 1oz 銅 PC 板，請(qǐng)使用 0.127cm （0.050“） 寬走線(xiàn)

對(duì)于 2oz 銅 PC 板，請(qǐng)使用 0.064cm （0.025“） 寬走線(xiàn)

其中 L 是以厘米為單位的跡線(xiàn)長(zhǎng)度

R 是所需的電阻

RS是銅的比電阻率：1.72μΩ cm

t 是 PC 板的銅厚度，單位為 cm

審核編輯：郭婷