ISL62773：AMD Fusion桌面CPU的多相PWM調(diào)節(jié)器解決方案

在電子設計領域，為AMD Fusion?桌面CPU提供穩(wěn)定、高效的電源管理是一項關(guān)鍵任務。ISL62773作為一款專門為此設計的多相PWM調(diào)節(jié)器，展現(xiàn)出了卓越的性能和豐富的功能。下面我們就來詳細了解一下這款產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

ISL62773完全符合AMD Fusion? SVI 2.0標準，為桌面微處理器和圖形處理器核心電源提供了完整的解決方案。它支持兩個電壓調(diào)節(jié)器（VR），配備三個集成柵極驅(qū)動器和兩個可選的外部驅(qū)動器，提供了極大的靈活性。Core VR可配置為3相、2相或1相操作，而Northbridge VR支持2相或1相配置。兩個VR共享一個串行控制總線與AMD CPU通信，與雙芯片解決方案相比，降低了成本并減小了電路板面積。

關(guān)鍵特性

1. 支持AMD SVI 2.0接口

支持AMD SVI 2.0串行數(shù)據(jù)總線接口，串行VID時鐘頻率范圍為100kHz至25MHz，確保了與AMD CPU的高效通信。

2. 雙輸出控制器與集成驅(qū)動器

具有雙輸出控制器和集成驅(qū)動器，包括兩個專用核心驅(qū)動器和一個可編程驅(qū)動器，可用于核心或北橋。

3. 精確電壓調(diào)節(jié)

能實現(xiàn)精確的電壓調(diào)節(jié)，系統(tǒng)在全溫度范圍內(nèi)的精度可達0.5%，輸出電壓范圍為0.5V至1.55V，步長為6.25mV，同時增強了負載線精度。

4. 多種電流傳感方法

支持無損電感DCR電流傳感和精密電阻電流傳感等多種電流傳感方法，滿足不同應用場景的需求。

5. 可編程相數(shù)配置

核心輸出可配置為1相、2相或3相，北橋輸出可配置為1相或2相，適應不同的功率需求。

6. 自適應體二極管導通時間減少

通過自適應體二極管導通時間減少技術(shù)，提高了輕載效率。

7. 出色的抗噪和瞬態(tài)響應

具備出色的抗噪能力和瞬態(tài)響應性能，確保在負載變化時能快速穩(wěn)定輸出電壓。

8. 輸出電流和熱監(jiān)測

提供輸出電流監(jiān)測和熱監(jiān)測功能，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

9. 差分遠程電壓傳感

采用差分遠程電壓傳感技術(shù)，提高了電壓調(diào)節(jié)的精度。

10. 全負載范圍高效

在整個負載范圍內(nèi)都能保持高效運行，降低了功耗。

11. 可編程參數(shù)

可對兩個輸出的壓擺率、VID偏移、下垂和開關(guān)頻率進行編程，滿足不同的設計需求。

12. 保護功能

具備過流（OCP）、過壓（OVP）、電源良好（PGOOD）和熱監(jiān)測等保護功能，增強了系統(tǒng)的可靠性。

13. 小尺寸封裝

采用48引腳6x6 QFN封裝，無鉛（符合RoHS標準），節(jié)省了電路板空間。

工作原理

多相R3?調(diào)制器

ISL62773采用Intersil專利的R3?（Robust Ripple Regulator）調(diào)制器，結(jié)合了固定頻率PWM和滯環(huán)PWM的優(yōu)點，同時消除了它們的許多缺點。在IC內(nèi)部，調(diào)制器使用主時鐘電路為從電路生成時鐘。通過控制紋波電容器的充放電，實現(xiàn)PWM脈沖的生成和分配。在不同的相數(shù)配置下，主時鐘信號會以不同的相位差分配到各個相，從而實現(xiàn)精確的控制。與傳統(tǒng)的滯環(huán)模式和固定PWM模式控制器相比，R3?調(diào)制器具有更低的相位抖動和更高的輸出電壓精度。在負載插入和釋放時，它能自動調(diào)整開關(guān)頻率，提高控制環(huán)路帶寬，實現(xiàn)快速響應。

二極管仿真和周期拉伸

ISL62773可以在二極管仿真（DE）模式下工作，以提高輕載效率。在DE模式下，低側(cè)MOSFET在電流從源極流向漏極時導通，不允許反向電流，從而模擬二極管的行為。當負載電流較輕時，電感電流可能會在下次相節(jié)點脈沖之前達到并保持為零，此時調(diào)節(jié)器處于不連續(xù)導通模式（DCM）；當負載電流較重時，電感電流不會達到0A，調(diào)節(jié)器處于連續(xù)導通模式（CCM）。通過周期拉伸技術(shù)，在輕載時減少開關(guān)頻率，進一步提高了輕載效率。

通道配置

可以通過將不需要的通道的ISENx引腳連接到+5V來禁用VR的各個PWM通道。例如，在2 + 1配置中，將Core VR的ISEN3和Northbridge VR的ISEN2連接到+5V，可禁用相應的通道。這種功能允許對單個VR輸出進行調(diào)試。

上電復位

在控制器有足夠的偏置以保證正常運行之前，ISL62773需要將+5V輸入電源連接到VDD和VDDP，使其超過VDD上升上電復位（POR）閾值。達到或超過該閾值后，當ENABLE信號變?yōu)楦唠娖綍r，ISL62773會檢查SVI輸入的狀態(tài)。VDD POR上升和下降閾值之間的遲滯確保了ISL62773不會意外關(guān)閉，除非偏置電壓大幅下降。

啟動時序

當VDD高于POR閾值且ENABLE超過邏輯高閾值時，控制器開始啟動。在典型的8ms延遲期間，控制器會檢查一些編程引腳的狀態(tài)，然后開始軟啟動Core和Northbridge輸出。預PWROK Metal VID從SVC和SVD引腳的狀態(tài)讀取，并對DAC進行編程。通過數(shù)字軟啟動，將內(nèi)部參考逐漸提升到目標電壓，降低了啟動時的浪涌電流。軟啟動結(jié)束后，PGOOD信號變?yōu)楦唠娖剑硎据敵鲭妷涸谡{(diào)節(jié)范圍內(nèi)。

電壓調(diào)節(jié)和負載線實現(xiàn)

軟啟動序列完成后，ISL62773將輸出電壓調(diào)節(jié)到預PWROK Metal VID編程值。它通過差分放大器進行電壓傳感，確保在微處理器管芯處實現(xiàn)精確的電壓調(diào)節(jié)。隨著負載電流的增加，輸出電壓會根據(jù)負載電流按比例下降，以實現(xiàn)負載線。可以通過電感的固有直流電阻（DCR）或與電感串聯(lián)的電阻來感測電感電流，通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)可以改變負載線斜率。

差分傳感

采用差分電壓傳感方案，通過遠程電壓傳感信號從處理器管芯獲取VCC SENSE和VSS SENSE信號。通過差分放大器將VSS SENSE電壓加到DAC輸出上，誤差放大器調(diào)節(jié)輸入電壓以實現(xiàn)負載線。為了在沒有處理器安裝的情況下提供電壓反饋，建議添加“捕獲”電阻。

相電流平衡

ISL62773通過監(jiān)測ISEN1、ISEN2和ISEN3電壓來監(jiān)測各個相的平均電流。通過低通濾波器對相節(jié)點電壓進行平均，并將其呈現(xiàn)給相應的ISEN引腳。控制器會調(diào)整相脈沖寬度，使各個相的ISEN電壓相等，從而實現(xiàn)相電流平衡。在設計時，建議使用相同的電感元件，并采用對稱的電路板布局，以減少PCB寄生電阻的影響。

工作模式

Core VR工作模式

Core VR可以配置為3相、2相或1相操作。不同的相數(shù)配置和PSL0_L、PSI1_L命令組合決定了Core VR的工作模式，包括3相CCM、2相CCM、1相CCM和1相DE等模式。通過連接ISEN1到+5V可以完全禁用Core VR。

Northbridge VR工作模式

Northbridge VR可以配置為2相或1相操作。其工作模式由ISEN2_NB引腳狀態(tài)和SVI 2命令的PSI0_L和PSI1_L位編程決定，包括2相CCM、1相CCM和1相DE等模式。通過將ISEN1_NB連接到5V可以完全禁用Northbridge VR。

AMD串行VID接口2.0

預PWROK Metal VID

典型的主板啟動時，控制器會解碼SVC和SVD輸入，確定預PWROK Metal VID設置。當ENABLE輸入超過上升閾值時，ISL62773會解碼并鎖定該值到板載保持寄存器。內(nèi)部DAC電路將Core和Northbridge VR逐漸提升到解碼后的預PWROK Metal VID輸出電平，通過數(shù)字軟啟動減少啟動時的浪涌電流。

SVI接口激活

當Core和Northbridge VR成功軟啟動且PGOOD和PGOOD_NB信號變?yōu)楦唠娖胶螅琍WROK可以被外部斷言。此時，控制器開始積極監(jiān)測SVI接口，接收VID更改命令并相應地調(diào)整輸出電壓。如果PWROK輸入被取消斷言，控制器將Core和Northbridge VR恢復到存儲的預PWROK Metal VID水平。

VID動態(tài)轉(zhuǎn)換

當PWROK為高電平時，ISL62773開始監(jiān)測SVC和SVD引腳的SVI指令。對于高于當前VID水平的VID代碼，控制器以編程的壓擺率將輸出電壓調(diào)整到新的VID目標；對于低于當前VID水平的VID代碼，根據(jù)功率狀態(tài)位的狀態(tài)，控制器會采取不同的調(diào)整方式，以確保系統(tǒng)的快速恢復和穩(wěn)定運行。

SVI數(shù)據(jù)通信協(xié)議

SVI WIRE協(xié)議基于I2C總線概念，通過串行時鐘（SVC）和串行數(shù)據(jù)（SVD）兩根線在AMD處理器（主設備）和VR控制器（從設備）之間傳輸信息。主設備發(fā)起和終止SVI事務，并驅(qū)動時鐘信號。移動SVI WIRE協(xié)議時序基于高速模式I2C。

保護功能

過流保護

當IMON電阻兩端的電壓達到1.5V時，過流保護被觸發(fā)?？刂破鲿跈z測到IMON電壓后的2μs內(nèi)將VR_HOT_L置為低電平，通知AMD CPU降低負載。故障計時器開始計數(shù)，持續(xù)7.5μs至11μs后標記OCP故障，控制器將活動通道三態(tài)化并進入關(guān)機狀態(tài)。此外，還有Way-Overcurrent（WOC）保護功能，當IMON電流達到15μA時，立即觸發(fā)保護，將控制器置于關(guān)機狀態(tài)。

電流平衡保護

控制器通過監(jiān)測ISENx引腳電壓來實現(xiàn)電流平衡保護。如果ISENx引腳電壓差在1ms內(nèi)大于9mV，控制器將宣布故障并鎖定關(guān)閉。

欠壓保護

當VSEN電壓低于輸出電壓VID值加上任何編程偏移量325mV時，控制器宣布欠壓故障，取消PGOOD信號并將功率MOSFET三態(tài)化。

過壓保護

當VSEN電壓超過輸出電壓VID值加上任何編程偏移量325mV時，控制器宣布過壓故障，取消PGOOD信號并打開低側(cè)功率MOSFET，直到輸出電壓降至VID設定值以下。

熱監(jiān)測

ISL62773具有兩個熱監(jiān)測器，使用包含NTC熱敏電阻的外部電阻網(wǎng)絡監(jiān)測主板溫度。當NTC引腳電壓降至警告閾值640mV或以下時，控制器將VR_HOT_L置為低電平，通知AMD CPU降低負載電流。當NTC引腳電壓繼續(xù)降至關(guān)機閾值580mV或以下時，控制器進入關(guān)機狀態(tài)并觸發(fā)熱故障。

關(guān)鍵組件選擇

電感DCR電流傳感網(wǎng)絡

在電感DCR電流傳感網(wǎng)絡中，電感電流通過DCR產(chǎn)生電壓降，通過電阻網(wǎng)絡準確感測電感電流。使用NTC熱敏電阻對電感DCR變化進行溫度補償，確保在不同溫度下準確感測電流。通過合理選擇電阻和電容參數(shù)，可以使Cn電壓準確代表電感總直流電流，并實現(xiàn)良好的瞬態(tài)響應。同時，為了減少輸出電壓的振鈴問題，可以采用一些可選電路進行優(yōu)化。

電阻電流傳感網(wǎng)絡

電阻電流傳感網(wǎng)絡通過串聯(lián)電流傳感電阻來捕獲電感電流信息。與電感DCR傳感不同，電阻電流傳感不需要NTC網(wǎng)絡，因為電流傳感電阻值在溫度變化時變化較小。推薦的電阻和電容值可以提供良好的噪聲衰減效果。

過流保護

過流保護通過設置IMON電阻兩端的電壓閾值來實現(xiàn)。設計時需要根據(jù)AMD CPU的EDC電流值來選擇合適的電流反饋組件和設置OCP水平，確保系統(tǒng)在正常運行和異常情況下都能得到有效的保護。

負載線斜率

負載線斜率可以通過調(diào)整相關(guān)電阻參數(shù)來實現(xiàn)。對于電感DCR傳感和電阻傳感，都有相應的計算公式來確定負載線斜率。在實際設計中，需要根據(jù)具體的負載需求和系統(tǒng)要求進行參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化。

補償器

Intersil提供了基于Microsoft Excel的電子表格來幫助設計補償器和電流傳感網(wǎng)絡，使VR實現(xiàn)恒定輸出阻抗，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過分析電壓環(huán)路和下垂環(huán)路的增益?zhèn)鬟f函數(shù)T1(s)和T2(s)，可以設計出具有足夠相位裕度和合適輸出阻抗的補償器。

電流平衡

ISL62773通過匹配ISEN引腳電壓來實現(xiàn)電流平衡。使用Risen和Cisen組成的濾波器去除相節(jié)點電壓的開關(guān)紋波，推薦使用較長的Risen Cisen時間常數(shù)，以確保ISEN電壓能夠準確代表電感中的直流電流。

熱監(jiān)測組件選擇

熱監(jiān)測組件的選擇需要根據(jù)NTC熱敏電阻在不同溫度下的電阻變化來確定。通過計算在警告閾值和關(guān)機閾值下的等效電阻，可以選擇合適的NTC熱敏電阻和串聯(lián)電阻，確保系統(tǒng)在過熱時能夠及時采取保護措施。

布局指南

PCB布局考慮

在PCB布局方面，功率層應靠近放置，弱模擬或邏輯信號層應位于電路板的另一側(cè)，接地層應與信號層相鄰以提供屏蔽。功率組件（如MOSFET、輸入和輸出電容器、電感）應首先放置，并且每個功率列車應采用對稱布局，控制器應與每個功率列車等距放置，以確保熱量均勻分布。同時，要注意保持功率列車與控制IC之間的距離短，以縮短柵極驅(qū)動走線。

組件放置

MOSFET的放置應盡量使上MOSFET的源極和下MOSFET的漏極靠近，輸入高頻電容器應靠近上MOSFET的漏極和下MOSFET的源極放置，輸出電感和輸出電容器應放置在MOSFET和負載之間。高頻輸出去耦電容器應盡可能靠近去耦目標（微處理器）放置。此外，要注意避免在IC下方區(qū)域布置具有高dV/dt和di/dt的噪聲走線。

引腳布局指南

對于每個引腳，都有相應的布局指南。例如，GND引腳應通過低阻抗路徑連接到接地平面；ISEN引腳的電容器應靠近控制器放置，并保持相關(guān)環(huán)路??；NTC熱敏電阻應靠近被監(jiān)測的熱源放置；IMON電阻應靠近相應引腳放置，并保持良好的接地連接等。

ISL62773作為一款高性能的多相PWM調(diào)節(jié)器，為AMD Fusion桌面CPU提供了全面、可靠的電源管理解決方案。通過深入了解其特性、工作原理、保護功能和布局要求，電子工程師可以更好地設計出滿足需求的電源系統(tǒng)。你在使用ISL62773的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。