你所不知的主機板設計學問1:處理器電源迴路設計優劣解析

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數位電源迴路

你所不知的主機板設計學問1:處理器電源迴路設計優劣解析

▲數位電源目前已經非常常見於高階主機板上,尤以Z97開始,各家高階板大多屬於數位電源設計。

在採用數位加上類比的混合式數位設計後,最終仍然回歸到正統上,數位電源的設計在近兩年來大放異彩。除了在表現上因技術層面到位,改善不少以往在數位電源上所面臨的延遲問題,在電子元件上也因時間推移而陸續整合,或是日益縮小。同樣的8相迴路在純數位與混合式數位上,就明顯出現了差異性,另外由於數位控制的精確與可調變性,也使得其他設計相形失色,成為目前高階主機板最常見的方案。

所有行為數位化

在Intel Z77時代所產生混合式數位電源風波之後,Z87時則是越來越多廠商採用純數位電源設計,相較於混合式,純數位將整個升/降壓系統環節中的元件溝通訊號都改為數位化。

另外在在MOSFET驅動IC上也大幅度整合,在訊號傳遞的路徑上縮短,除了降低之前A/D、D/A轉換的過程延遲之外,在反應上也利於高頻化。且因應節能需求,在數位化後可以針對特定相位進行控制與關閉,強化在多相設計上,在系統輕載時轉換率不佳的弊病。

實作方法非常多樣化

另外在實作上,數位電源分為非常多且廣泛的作法,大體上分不開幾種類型,分散式的MOSFET與Driver,或者是堆疊式的MOSFET配上Driver,甚至是高整合度的DrMOS。

所以我們目前會看到非常多不同樣貌的主機板處理器電源迴路,不過大致上多屬於數位、混合式這兩大類的衍生,另外也不難看出一些廠商使用習慣。如IR數位電源方案,就比較喜歡整套系統都是採用IR所生產的元件,目前最具代表性的就要屬技嘉在X99上高階產品設計,而華碩的前期則選擇ChiL搭配德州儀器的NexFET方案,兩者差異性最大之處在是否整合MOSFET Drvier,可以從外觀上發現到些許的不同。

甚至是採用傳統的分散式上下橋設計,這部份又可以分為SOP-8、CopperMOS等諸多類型產品,在數位電源上可以說是百家爭鳴的年代。

另外還有早期DFI的Volterra數位電源方案,其最大特徵在採用排感、龐大的MLCC陶瓷電容,在當時也為人所稱道,不過由於發熱量難以解決,加上成本高昂,最終也漸漸淡出市場。另外淡出市場最大的問題在於採用序列式訊號,並無法針對單相進行控制,也無法在輕載時關閉部分相位加強效率,而被後續星狀結構的新型數位設計所取代。

加上相位擴充困難,如前所述序列結構,在一開始即受限於PWM控制能力所限,而部分廠商在多相上則是採用雙控制器分為主、從順序,雖解決問題,但成本、線路設計還有佔用空間都過於龐大,加上整套系統打造起來,並無法有效與他牌做出絕對優勢,最終導致僅出現在高階產品中,其中又以高功率的顯示卡最多,持續至AMD Radeon HD 7990仍受到採用。

 

 

(下一頁有後數位電源迴路介紹)

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