基于自适应技术的CPU供电电路系统

CPU核心电压Vcore波动会影响CPU正常工作，Vcore过高，将导致CPU发热量上升、寿命缩短甚至烧毁;反之，Vcore过低则可能引起数据损坏、死机、蓝屏等故障。由于CPU集成度越来越高，制作工艺越来越精细，CPU功耗越来越大，因此对供电系统提出了更高的要求。

一、自适应电压调节系统的结构

　　早期主板普遍采用跳线或DIP开关来设定CPU电压，在安装或更换CPU时，需要根据CPU核心电压对照主板说明书，在主板上插拔挑线或拨动DIP开关进行设置，稍有不慎就可能烧毁CPU和主板，十分危险。为了解决这个问题，Intel公司从Pentium Ⅱ开始采用VID（Voltage Identification，电压识别）技术，VID技术是一种自适应电压调节技术，采用这种技术后，主板供电电路可按CPU需要自动设置供电电压，不再需要进行人工干预了。

　　自适应电压调节技术的核心是在CPU上增加了若干个VID引脚，这些引脚输出的编码信号控制Vcore供电电路中的PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）控制器。开机后CPU将VID信号发送给PWM控制器，调整PWM控制器输出脉冲信号的占空比，迫使DC/DC电路输出的直流电压与CPU的额定电压相一致（图1）。采用VID编码后，VID的可编程特性使得用户可以在BIOS中修改Vcore，一些主板制造商还编制了专门的工具软件来显示和修改Vcore值，给用户带来很大方便。

　　图1 自动设定原理

　　自适应CPU供电电路的信号流程如图2，电脑的主电源工作后，VttVR调压器开始工作，它一方面为CPU中的VID控制器提供电源，一方面输出VID_PWRGD信号。VID_PWRGD信号同时送往CPU中的VID控制器和Vcc调压器中的PWM控制芯片的对应引脚，分别作为VID控制器和PWM芯片的输出允许信号。VID控制器接收到VID_PWRGD信号这个信号后立即通过若干条信号线同时输出各位VID信号。在VCC调压器内，PWM控制器接收到VID信号后，向场效应管驱动器输出脉冲信号，启动DC/DC转换功能，输出Vcc电压。待电压稳定后，PWM芯片向CPU提供VCC_PWRGD信号，让CPU开始工作，如图3。

　　图2 供电系统原理框图

　　图3 自适应电路时序图

二、VID与Vcore的关系

　　如前所述，CPU供给PWM控制器VID信号，由PWM控制器控制DC／DC降压电路，实现对输出电压的调整。实际上，PWM控制器输出的脉冲信号的频率（或周期t）通常维持不变，改变的只是脉冲的占空比t1/t的大小，如图4。由于t不变，t1增大则输出电压高，t1减小则输出电压降低，t1不变则输出电压不变。电压数值最终由MOSFET导通的时间所决定，输出电压V的大小与MOSFET的导通时间t1成正比。

　　图4 PWM原理

　　在实际电路中，PWM采用移相式控制方式输出脉冲信号，控制MOSFET的导通和关断。DC／DC电路输出脉动直流电，其纹波分量很大，须经电容滤波后输出平滑的直流电。当滤波电容的容量足够大时，实际输出的波形近似为一条直线。

　　在自适应供电系统中，t1是由CPU提供的VID编码控制的。CPU的每个VID引脚有高电平和低电平两种状态，分别代表“1”和“0”。“1”和“0”的不同组合构成了VID编码与输出电压之间的关系，见表1。由于VID编码是不连续的，因此DC/DC转换器实际上是一种阶梯式降压器（Step Down Regulator，简称SDR）。