摘要：提出了一种基于四相pwm控制的大功率cpu核心电压供电电路的设计，使用fan5019作为主控制芯片给出了电路设计、器件选择说明和布局布线的规则。实验证明，该设计在cpu核心电压为1．5v时可以提供170w以上的大功率输出
　　关键词：cpu：核心电压：fan5019

0 引言
　　当今的高速中央处理器(cpu)在提供极高的性能的同时，对于其供电电源的各项指标的要求也达到了前所未有的高度。更高速的cpu需要更低的核心电压，却需要更大的功率，因此供电电路必须提供极大的电流。更好的解决核心电压的供电问题已经成为电压变换模块和pc主板设计者面临的极大挑战。

l intel相关规范对cpu核心电压的要求
　　intel早期的cpu，如pentium 2、pentium 3都遵循intel的vrm(voltage regulation module)8.1～8.4电源规范，其最大输出电流值为22．6a。tualatin核心的pcntium 3及celeron cpu则开始引入vrm8．5标准，其最大输出电流值为28aintel在推出willamette、northwood核心的pentium4时引入了vrm9．o标准，其规定的最大输出电流为70a。随着prescott核心pentium 4的推出，vrm规范也更新到了vrd(voltage regulator down)10．o，电流最大值也达到了91a。为了配合更高频率更高性能的cpu，2005年4月intel推出了vrdl0．1规范，对lga775 socket的cpu的供电电源的规格指标进行了细致的规定，这是对台式机cpu供电电源要求极高的电源规范，其要求列举如下：
　　(1)连续负载电流(icctdc)为115a；
　　(2)最大输出电流(iccmax)为125a；
　　(3)输出的电压值由vid[5：0]指定，范围为o．837 5～1．6v．以0．0125v为步进；
　　(4)负载线斜率(loadline slope)阻抗r0为1．00mω；
　　(5)最大电压纹波vripple为±5mv；
　　(6)最大电压上冲波峰vos_max为50mv，其最长持续时间为25μs。
　　这里只是列举了最为重要的几个规定，vrdl0．1规范还有其他的许多内容，限于篇幅，这罩不再一一列举。由上述内容可见，高性能cpu对于供电电源电路的输出功耗需求越来越大，在vrdl0．1中要求输出功耗甚至高达170w以上。同时对于电压的精确性和稳定性的要求也达到了非常苛刻的地步，在大功率、大电流的情况下还要保持非常稳定和精准的负载线斜率。在vrdl0．o之前，cpu核心电压供电电路一般都是由三相或两相的pwm控制方式，这种方式已经无法满足100a以上的大电流需求。本文的设计使用了4相pwm控制，可以满足vrdl0．1的严格要求，以下详细叙述之。
2 大功率cpu核心电压电路的设计
　　图l所示即为本文提出的满足vrd101要求的大功率cpu核心电压供电电路。它使用了仙童(fairchild)公司的fan50192—4相pwm电源控制器做为丰控制芯片。fan5019控制4个fairchild的fan5009 mosfet驱动器。fan5009驱动开关外接的高端和低端m0sfet，然后通过电感与电容器件的充、放电对vcccore进行供电。

　　fan5019是一款多相(最高支持4相)dc／dc控制器，专为产生高电流、低电压的cpu核心电压而设计。本设计中，它以并行的方式同时驱动四个pwm通道，而且以交叉开关的方式来减少输入、输出的纹波电流，这样可以达到减少外围器件，降低成本的目的。fan5019采用了温度补偿电感器电流检测技术，来满足vrdl0．1规则的负载线技术要求，而一般的pwm控制器都是采用rds(on)或感应电阻器来测量电流和设置负载线，精度无法满足要求。如图1所示，fan5019的vid[5：0]输入与vrdl0.l规范定义完全一致，可以控制输出0．8375～1．600v以12．5mv步进的电压，另外它还具有短路保护，电流上限可调，过压保护等增加安全可靠性的技术。fan5019向每个fan5009送出pwm控制信号，而fan5009通过内部电路将其转换为可以正确驱动高端和低端m0sfet的信号输出。fan5009可以同时驱动高端和低端的mosfet，其内置启动二极管，因此无需在外围电路中再添加二极管。

　　本设计的输入电压vin为12v，额定输出电压vvid为1．500v，占空比d(duty cycle)为o．125，负载线斜率阻抗r0为1．omω，icctdc大于115a，iccmax为125a，最大输出功耗为172．5w，最大电压纹波vrriple为±5mv，每相的开关频率fsw设定为228khz。外围元器什的具体参数如表l所列。

3 重要器件的选择与布局布线规则
3．1 功率mosfet的选择
　　在选择高端和低端功率mosfet时，主要考虑如下几个方面：
　　(1)较低的rds(on)，应小于1omω；
　　(2)尽可能高的导通电流：
　　(3)额定vdds应该大于15v。
　　在选择低端mosfet时，rds(on)是最重要的考虑因素，因为在正常工作时，低端的mosfet导通时间较长，因而功率消耗较大。因此在本