大功率CPU核心电压供电电路的设计

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。因此在本设计中．每相在低端都使用了两个FDD6682，其导通电流为75A，在VGS为10V时（正常工作状态），RDS（ON），为6．2mΩ，额定VDDS为30V。对高端的MOSFET而言，门电荷Qg也是重要的考虑因素，要求其越低越好，否则会影响开关速度进而影响功耗。因此在每相高端都使用了一个FDD6696，其导通电流为50A，在VGS为lOV时，RDS（ON）为8．0mΩ，额定VDDS为30V，门电荷为17nC，可以完令满足没计的要求。

　　4．2 输出电感的选择

　　输出电感有3个主要指标，电感量L、额定电流值Irated和直流电阻RDCR，电感的额定电流值是电感线圈的饱和电流或过热电流中较小的值。为使4相的输出电流总量大于等于125A，每相的输出电感额定电流应大于等于31．25A。电感量的取值与工作频率，纹波电流等因素都有一定的相关，可以根据式（1）进行计算：

　　式中：VCCCORE为输出电压；RO负载线斜率电阻；n为相数；D为每一相的占空比；fSW开关频率；VRIPPLE为最大纹波电压。

　　根据前面提到的设计参数，可以计算得输出电感的电感量应该大于658nH。电感的直流电阻RDCR最好取值在R0的O．5倍到l倍之间，这是因为，电感的RDCR会用来监测每相的输出电流，如果RDCR值太小，会引起较大的测量误差，影响设计的正常运行，如果RDCR值太大，又会造成较大的能量损耗，影响设计的效率。因此，我们选用了线艺电子（Coilcraft）公司的电感SER2009—681ML，其额定电流为45A，电感量为680 nH，直流电阻为0．588mΩ，完全满足设计对输出电感的要求。

　　4．3 布局布线

　　布局布线对电路稳定性、精确性的最终实现起着至关重要的作用，图2是本设计在4层PCB上的布局图，遵循如下的布局布线规则。

　　（1）输入电容CIN必须放置在尽量靠近高端MOSFET的漏极，其阴极应该放置在靠近低端MOSFET的源极，且每柑都应该至少放置一个输入电容。

　　（2）每相的FAN5009驱动器应该靠近各相的MOSFET。

　　（3）FAN5019应该放置在靠近COUT但是远离CIN的阴极和低端MOSFFT的源极处。其周围的元件应该放置在尽量靠近它的位置，并且它们与FAN5019之间应该用尽量粗的线来连接。FB和CSSUM两个引脚的线是最为重要的，应尽量短，且远离其他线。FAN5019及其周围的元件应该使用独立的模拟地平面（包括其底下的PCB电源层平面）来接地。

　　（4）因为设计的电流非常大，因此在PCB各层之间传输电流时要尽可能多州穿孔以减小电流通路的电阻和电感效应，粗略的估算方法是1mm直径的穿孔可以允许3A电流。穿孔还可以帮助IC散热。

　　（5）输出电容CX及CZ应该尽町能靠近CPU的插座或CPU引脚。

　　（6）供电电路相关的PCR走线都应该尽可能的宽，并且保持各自间距，以避免EMI问题。

　　（7）布局应合理紧凑，并且充分考虑散热问题。

　　5 实验结果

　　本文介绍的大功率CPU供电电路经过PCB样板制作和调试，已经达到正常工作的要求，表2为实验测量样板的输出电压负载线的结果。实验使用了Intel公司的Voltage Transient Test Tool进行电压瞬态响应的测试，测试节点为LGA775CPU插座的U27与V27引脚，VCCOORE=1．500V。从实验结果可见此电路的设计可以达到VRDlO．1要求。

　　6 结语

　　应用FAN5019设计的大功率CPU核心电压供电电路，不仅可以用于高性能台式机CPU，也可以用于工作站、服务器的CPU供电，因此具有相当的实用价值。