还在数电感？凹凸曼了！板卡供电分析之主板篇

选购主板第一件事是什么？看牌子？看评测？看用料？

当然，我们还得实事求是从需求出发，如果说你买一颗I3 2100，搭配一张10相供电的主板，显然毫无必要。如果你买一颗1055T还想超频，买一张3+1相主板，显然您很容易就能在机箱里欣赏到烟花。
对于一张主板的用料设计，我们不应该忽视，但也不应该过分的追求极致（高端玩家例外），合理是关键。

那到底怎么看用料呢？

恩…在人们开始拒绝商家忽悠时，开始懂得了要自行判断一张板卡的好坏，而当中手当其冲的，就是板卡的供电设计，电容用料等等…
而关于电容，论坛已经有不少相关的文章：

[转自太平洋]枪文太枪！图文正解板卡固态电容！
http://bbs.pceva.com.cn/thread-14136-1-1.html

一线主板的电容用料分析
http://bbs.pceva.com.cn/thread-20282-1-1.html

谈谈近期一线SNB平台中低端主板使用电容的变化
http://bbs.pceva.com.cn/thread-25387-1-1.html

这些都很明确的讲解了各种电容用料，那么今天，我来带大家看看主板供电以及用料分析。



首先，我们要知道什么是供电，为什么主板需要供电模块。

为什么要供电？这很简单，CPU，内存等元件需要电力供应才能运作！

而这些电力从哪来呢？当然是从电源来的。但是我们知道，电源输出只有12V 5V 3.3V的规格，而CPU电压一般也就1-2v的样子，内存则是1.35v到2v左右，和电源规范相差得很多，因此，我们需要改变输入电压，而在电压改变时，波纹、噪音值等会发生变化，因此，我们需要滤波，而滤波又分为高压滤波和低压滤波……滤波的作用，则是为了获得更稳定，更纯净的电流。

所谓高压滤波，则是电源输入12V/5V未降压前先进行一次输入滤波。
低压滤波，则是降压后，供应到最终设备（CPU/内存等）前进行的输出滤波。


这里我们先挑一张低端主板看看最基础的供电结构是怎么样的



上图是一张微星的A75主板，供电设计非常简洁易懂。

一个完整的供电电路应该包含如下部分：
12V输入—高压滤波（电感电容）—上桥MOSFET—电感—下桥MOSFET—电容—CPU



那么这张主板是几相供电的呢？
最无脑的方法是数电感，3个电感3对mosfet=3相供电。OK，这是小白，对于玩家而言，这方法已经凹凸曼了。
而另外有效的方法，则是查PWM控制器的文档。



而这张主板使用的是Intersil ISL6328 PWM控制器，
Datasheet：http://bbs.pceva.com.cn/thread-23906-1-1.html

其中我们可以看到，它可以提供3-4相PWM信号输出，并内置2个mosfet驱动
加上主板上有4个电感，那么他是4相供电了？
错错错…

PWM控制器提供3-4相信号输出，厂商可以自行选择使用三相或者四相供电，具体产品还得具体分析。
剩下的元件，就是mosfet了，我们来看看mosfet的设计。
从微星的A75主板供电部分图片我们可以看到，一共有15颗mosfet，也就是说，其中的三个电感，各搭配4个mosfet，组成2上桥+2下桥式供电，剩下最右边的电感，以及3颗mosfet，组成1上2下结构。
因此，这张msi a75主板主供电为3+1相供电。
其中2上2下部分为主CPU供电，剩下的1上2下为uncore部分供电。

而主板为什么需要uncore供电呢？
Uncore，顾名思义就是非核心部分。
因为目前CPU已经集成了很多的功能，包括IMC（内存控制器），CPU_NB（即以前的北桥功能也有整合到CPU中的，SNB就是典型例子），集成GPU等……而这些东西，我们就不必要深究了。

然后我们来看看现在比较“堆料式”主板的供电方案



和上述情况一样
12V输入—高压滤波（电感电容）—上桥MOSFET—电感—下桥MOSFET—电容—CPU

不一样的是，mosfet的封装变了，电感数量翻了一倍，那他是10相供电了？
错！

稍微懂一点的玩家会说，这是5相并联等效10相供电。
那这是为什么呢？为什么不是1上1下桥式结构真10相供电呢？

我们再来看看PWM控制器



这是一颗Intersil 6324 PWM Controller（在AMD主板上非常常见，因此拿来做解说例子）
查看Datasheet
http://bbs.pceva.com.cn/thread-13706-1-2.html

我们得知其为3-4相PWM控制器，并内置1-2相驱动IC。
然后在供电旁边还有另外一种Driver



这里有两颗ISL6612 Driver IC，其作用做是将两路上下桥mosfet信号同步，达到并联目的。
因此，这张主板为4+1相（2上2下）并联等效8+2相供电。

关于Drmos
Drmos近年来主板界新兴的一种mosfet，它和以往D-PAK,LFPAK等封装不一样，也不是上下桥结构，只是一颗8mm x 8mm的IC。
其实Drmos说白了，就是集成了上下桥mosfet以及驱动IC，集成度更高，便于厂商采用。其他耐热、最大电流、转换效率之类咱就不吹嘘了，网上都是一片和谐的资料……

目前微星和技嘉均有采用Drmos的主板。
继续用一张技嘉采用了Drmos的主板做介绍



12V输入—高压滤波（电感电容）—Drmos—电感—电容—CPU
这一电路结构相信大家已经清楚了。

而这张主板上，我们可以很清晰的看到，8颗Drmos配备8个电感，另外有2个电感搭配4颗俗称八爪鱼的HVSON封装mosfet。
很明显，由HVSON封装mosfet部分供电是作为uncore供电使用的。

一样的再看下PWM控制器


这是一颗4相PWM控制器



PWM 控制器以及旁边的ISL 6617组合，
ISL 6617是PWM Doubler，即将PWM信号分移，达到多相供电的效能。
由于供电相数的定义为PWM信号数，
因此此主板核心供电无疑为8相供电，而uncore部分则由另外一颗2相Driver控制，1上1下组成2相供电，即8+2相供电。

华硕DIGI+ VRM 数字供电

近年，华硕在主板供电方面提出了创新，在中端、高端主板上采用了DIGI+ VRM可调式数字供电设计，但有别于传统数字供电，该方案采用了可调频率PWM供电引擎，使玩家可在BIOS中手动调节PWM频率，以获得更稳定的电压。并且，这种技术支持动态相位切换，节能、性能两不误。
（PS：技嘉主板在X79芯片组上也开始使用了相同的chil解决方案，具体产品评测请继续关注www.pceva.com.cn）

这里用以前评测过的P8P67 EVO举例



电路部分和上述保持一致：
12V输入--- 高压滤波（电感电容）--- 上桥MOSFET--- 电感 --- 下桥MOSFET --- 电容 --- CPU

每个电感搭配3颗mosfet（正面2颗，背面1颗），即1上2下模式

先看看DIGI+VRM供电控制器（PWM Controller）



被华硕打磨了，但从供电以及封装、引脚可以推出，这是CHIL的8328 PWM Controller，支持6或8相供电控制。
另外，目前CHIL已经被IRF收购，华擎等厂家也有使用该方案的主板，显卡上则更加常见，而技嘉X79也开始使用IRF解决方案，相信其真面目很快会被我们揭开，敬请期待。
Datasheet：http://bbs.pceva.com.cn/thread-24557-1-1.html



每相供电中间，我们发现有一颗被打磨成ASP6A13的Driver IC（根据华硕显卡上的方案，应为UPI产品，具体型号暂时不明），
由PCB板走线我们可以看出，这是一颗控制2相供电的Driver。




因此这张主板的CORE部分为12相供电。
再来看看uncore部分



这张主板的uncore部分也非常分明的用了不同的电感以及供电方案，使我们能很简单的对它进行解析。
Upi 6203B 驱动IC，提供2相供电控制，与核心部分不同，背板没有mosfet，所以其为单上下桥结构两相供电。




替代北桥位置处，我们看到另外一组UNCORE供电（CPU PLL）。
与先前一组一样，也是使用Upi 6203B 驱动IC，提供2相供电控制，与核心部分不同，背板也没有mosfet，所以其为单上下桥结构两相供电。
因此该主板为12+2+2相供电。

总结：

在判断一张主板供电的好坏时，我们并不能只靠数电感数量，或者看一些媒体的宣传软文，要有识别能力，现在在DIY界上甚至有不少误导性的评测存在，因此，为了避免被坑，避免被误导，自己懂得识别才是最强而有效的方法。

但由于在一般情况下，我们无法得知主板PWM Controller、Driver IC的型号，也许知道了也不方便去查Datasheet，因此我将目前主板CPU供电方案归结为以下3类：

1. 单个电感搭配1上桥，2下桥，或者2上桥，2下桥方案供电，这种一般数电感即可，多相核心供电+单相uncore供电。多为低端主板采用的方案。（由于CPU功耗的上升，1+1上下桥的方案目前已经比较少见了，但偶尔也会在通路的入门主板上看见，辨别方法一致）

2. 双电感搭配1+2上下桥，或者2+2上下桥，这种要看PWM Controller，但大多数主板会采用同步信号方式达到并联等效多相供电方案，也有个别主板是单纯的多相供电，具体产品需要具体分析。

3. 整合上下桥以及Driver的Drmos供电方案，这种比较容易判别，数Drmos个数即可，UNCORE部分若使用Drmos则多为单相UNCORE，其余为核心；有些主板UNCORE部分无采用Drmos，则数Drmos个数即可；另外也有部分主板Drmos数量比PWM控制器多一倍，则需要查证该主板是否使用了PWM Doubler将PWM信号增倍。

非常专业的扫盲贴，学习了

学习了，收藏赶紧。辛苦……

很缺这方面知识

这贴非常给力啊！！！

华硕 EPU

打磨作甚？

华硕 EPU

打磨作甚？
fanlei501 发表于 2011-11-12 18:16

    华硕的思维真不好琢磨。。。。

怎么说呢……文章从头到尾犯了那么多错误，就没法挨个予以订正了。
首先，附两年前的拙文一篇
http://www.itocp.com/htmls/95/n-295.html
以及某M姓厂家人员给经销商的培训教程一篇
http://www.chiphell.com/thread-278142-1-1.html

里面涵盖了大部分需要说明的问题。

1、CPU/GPU供电的架构
目前CPU/GPU供电的架构被称作多相(同步)buck变换器，英文名称为Multi-phase (synchronous) buck converter。它的基本单元，也就是一个相，称为同步buck变换器。

因为以前很少有讲清楚的，关于buck变换器就多讲两句。我们知道一般将高电压变换为低电压的方式可以是用电阻与负载串联分压，也就是线性电源的基本原理。但是根据物理定律，串联的功耗也是和电阻成正比的，12V变成1.2V，中间有90%的功率变成发热耗散掉，只有10%输送给负载（CPU或者GPU），这显然不能容许，而buck变换器就很适合干这个事情，如果认为电路中的开关管、电容、电感之类都是理想元件，那么它的效率是100%，当然实际上会存在开关损耗和导通损耗，不过怎么也比前面线性电源的10%效率好得多吧。
buck变换器的基本原理图可以看这个wiki页面
http://en.wikipedia.org/wiki/Buck_converter
基本构造是串联相接的开关（MOSFET）和二极管，以及接在它们到负载之间的电感。http://en.wikipedia.org/wiki/File:Buck_conventions.svg
在输出端还必须有电容来平滑输出电压，并给纹波电流提供通路。buck电路的工作包括开关管导通和关断两个阶段，导通阶段，开关接通，电源通过电感给负载供电，电感上电流上升；开关关断阶段，在电感的续流作用下电流通过二极管、电感向负载供能。没有电容的时候输出电压是上下摆动的，电容负责在这个循环当中充放电以稳定输出电压，也就是储能和滤波的作用。开关关断期间输出电流都流经二极管到电感，故该二极管称为续流二极管。在连续导通模式下，buck电路的输出/输入电压比值等于开关管导通时间除以整个开关周期的长度，通俗一点说，对于CPU供电常见的12V输入、1.2V输出的情况，开关管导通的时间只占到整个周期的1/10，剩下9/10的时间都是续流二极管在导通。当负载电流很小、电感电流会在部分时间内下降到零的时候，进入断续导通模式，输出电压随着负载电流和占空比一起变化。
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Buck_chronogram.png
MOS管的导通压降是U=I*R，其中R对于主板上用的MOSFET是不到0.01欧，并联N个MOS管，R还会降到1/N。至于二极管，它的导通压降是0.5V~0.7V左右，并联也不会减少多少。对于一个电路中90%时间都在导通并且流过全部电流的二极管而言，其产生的损耗是惊人的（要知道输出电压也不过就1V多点），所以处理器供电通常是把续流二极管用MOS管代替，在开关管关断的时候开启，负责导通电流。这样的电路称为同步整流buck变换器（或者同步buck变换器），英文名称synchronous buck converter。
http://en.wikipedia.org/wiki/File:300px-Synch_buck.PNG
在同步buck电路当中，前面我们提到的开关MOS管，通常被称为High-side MOSFET（也有叫Switching/Controlling MOSFET），即上端MOSFET也就是“上桥”，而续流MOS管通常被称为Low-side MOSFET（Freewheeling MOSFET，字面意思就是续流MOS管），即下端MOSFET也就是“下桥”。

一个同步buck电路里有一高一低两个MOS管交替开关工作，每个MOS管的栅极都需要一个驱动信号。通常有一个芯片负责驱动这对MOS管，称为MOS驱动器（MOSFET Driver），冰雷文章里提到的ISL6612就是这样一个可以驱动单相的同步buck驱动器。同步buck电路里的驱动芯片接收一个PWM信号输入，将其转换为一对互补的方波分别驱动上桥和下桥，其中上桥的驱动电路需要有自举电路实现。为了实现MOS管的高速开通和关断，驱动芯片的推挽输出级要有输出或者输入大电流的能力。一旦上桥和下桥同时导通，从电源到地之间会有一个极高的电流流经这些MOS管将其烧毁，因此在上桥和下桥的导通时间里驱动芯片要保持一个“死区时间”也就是上桥和下桥都关断、电流从下桥的寄生体二极管里流通的时间。

前面说了处理器供电里上桥的导通时间占到开关周期的10%左右，而下桥的导通时间占了剩下的绝大部分，所以对于上桥和下桥而言优化效率的措施也是不同的，上桥要有较快的速度和不太高的导通内阻（Rdson），下桥则要有尽可能低的导通内阻，并且可以通过并联来降低，这就是为什么通常看到下桥的型号内阻比较低，或者并联了两颗。这也就是平时说每相是“几上几下”的由来。

那么，一个基本的buck电路讲完了。理论上你可以用一个硕大的buck电路去输出CPU/GPU需要的超过100A电流，可是这需要一颗非常巨大的电感、非常多的滤波电容，在供电元件上的损耗也会相当大。一个比较现实的做法是用几个并联的小的buck电路一起向负载供电。这些并联的buck电路并不是完全同步开关的，而是在一个开关周期里不同支路的开关时刻错开一定时间（或者叫相位），这就构成了多相工作的同步buck电路。
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Multiphase_buck.PNG
注意，MOSFET+电感组成的支路之间是并联关系，而所有的输入滤波元件和输出滤波电容都是各相共用的，这从上图可以很清楚地看出来，不存在“某个电容属于某一相”的问题。多相工作的好处一是每个支路上的电流变动幅度不会很大，减少了供电元件的损耗；二是当某一相的电感电流达到峰值时另一相的电感电流达到谷底，加起来在输出滤波电容上实现峰谷相消的效果，极大地减少了输出电容上的纹波电流，使得输出电容需要的规格更少、输出纹波更低；三是由于各相的工作时间错开，输出电容电感元件更小，对负载的动态响应时间更短了。

负责管理这个多相buck电路的芯片就是通常说的PWM控制器（PWM Controller），例如冰雷帖子里提到的ISL6328、ISL6324。控制器接收CPU发出的VID指令，根据VID表将其对应于需要输出的电压，监控输出到负载端的电压和电流，并由此调节每相PWM信号的脉冲占空比（也就是上桥导通时间占开关周期长度的比例）以完成调整输出电压、负载间电流均衡、负载掉压（Load-line）控制、负载瞬变响应（Load Transient Response）等功能。从VRD11.1起的PWM控制器还具备了轻载下关闭供电电路中大部分相位以提升轻载效率的能力。顺便一提，PWM控制器遵循的VID标准，Intel和AMD是不同的，而NVIDIA GPU目前采用的是Intel VRD11的VID标准。

一个标准的多相buck供电电路的架构就是：
PWM控制器——每相的同步buck驱动器——每相的上桥和下桥MOS——每相的电感——全体输出滤波电容。每相的上桥的D极都连接到12V电源，这个电源在到达供电电路之前，先经过了输入滤波电感（可能省略）和输入滤波电容。

由于buck电路在输入侧的电流是断续的（只有开关管导通时有电流流入），为了变断续为连续，减少buck电路串入到12V电源当中的纹波，在输入侧就要加入输入滤波电容以及电感。这个输入滤波电容也起到当负载突然变化、电源没来得及响应时暂时给供电电路提供能量的功能，当然还有将电源输出到主板的纹波成分进一步滤除的功能。因为输入侧的电压是12V，流经输入滤波器件的电流和纹波电流只有输出侧的几分之一。

先写到这里，后面会讲到PWM控制器集成驱动电路，以及处理器多组供电（uncore、IGP）的问题，还有如何简单推测电路是否存在每相双电感并联的问题。

前排学习

牛叉的学习贴！

新人学习中

收藏。以后买板借鉴。

拜读大作留名

很专业，学习了。。。

很专业，应该可以置顶。

这个是好贴。。为了搞懂电源查了很久资料，这下一篇就足够了！