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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後數位電源迴路

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s

▲Intel FIVR為目前數位化後的最新穎設計,不過目前僅使用於Haswell架構,下代Skylake將會捨棄這個設計,回到外部數位電源,原因在內部發熱量過高。

既然已經有了數位電源,那所謂的後數位電源到底是什麼呢?其實這要歸咎於Intel在外部迴路上,所做的重大改變,我們都知道以往處理器周圍都有著一大圈電子元件,分別給予不同的電壓。不過在Haswell以降,Intel將這部分迴路全數整合至處理器內部,也就是名為FIVR的全新模組,而原先外部迴路則是改為輸入單一電壓進入處理器,再轉由處理器進行調變處理。

電路設計大為精簡

在大幅度內部整合之後,處理器外圍將不再需要各種不同電壓,不過因Intel FIVR並無法直接使用12V電壓作壓降處理,仍然需要外部迴路先將電壓降至2V以下,再進行FIVR調變。這個部分其實非常合理且直覺,第一點在於壓降處理會有2個生成物,其中一個為所需電壓,另一個則是廢熱,這部份為壓降處理過程中的必然現象。

若是直接從12V壓降為處理器所使用的2V以下甚至1V以下,在處理器小基板上,並無法解決這些廢熱,僅能夠依靠外部迴路先進行降壓後再微幅調整,這種兩段式的壓降處理上也常見於記憶體迴路上。

另外由於數位電源在量化效應、取樣頻率不足造成的延遲,而FIVR則是這個問題的解決方式,藉由內部採樣與搭配的高速開關,達成更快速且精準的微調。

搭配元件成為一種指標

那既然電壓轉換的部分單純化了,在設計考量上就叫寬鬆,同時也不需以往的複雜設計,那麼搭配元件是否就不那麼重要,或者是可以動即可,這一點則是變為重要指標。

元件本身的目的都是一樣的,將電壓降低,不過在過程中即會出現各種耗損與副產品產生,就如同前面所述,廢熱是副產品之一,那麼如何在過程中降低耗損,則是各元件的性能指標。好的元件在這些耗損中較低,能夠保持在低溫,或是精確度,而差點的元件則是較熱,甚至是在不同環境溫度下,出現較高的性能落差。

另外由於MOSFET本身即分為多種形式,在元件整合度上面也存在差異性,整合度較高的產品因元件皆封裝於內部,如DrMOS,受線路影響的因素較低,能夠保持在低耗損的狀態下,又或者是無需更多外部元件組成,如MOSFET Driver,多增加一個電子元件,無疑是增加廢熱的產生,與浪費有限的PCB空間。

 

(下一頁有各式設計總結分析)

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