深入剖析主板電源設(shè)計及環(huán)路穩(wěn)定性能

第1章 主板架構(gòu)基本介紹…………………………………………………………… 1
1.1 主板的發(fā)展歷史…………………………………………………………… 1
1.1.1 AT主板…………………………………………………………… 1
1.1.2 BabyAT主板……………………………………………………… 1
1.1.3 ATX主板…………………………………………………………… 2
1.2 主板架構(gòu)…………………………………………………………………… 2
1.2.1 北橋芯片…………………………………………………………… 2
1.2.2 南橋芯片…………………………………………………………… 2
1.2.3 內(nèi)存插槽…………………………………………………………… 2
1.2.4 PCIE插槽………………………………………………………… 3
1.2.5 主板總線…………………………………………………………… 3
1.2.6 CPU 介紹…………………………………………………………… 4
1.3 Intel平臺主板架構(gòu)說明…………………………………………………… 5
1.3.1 Intel440主板架構(gòu)………………………………………………… 5
1.3.2 VIA MVP4主板架構(gòu)……………………………………………… 5
1.3.3 Intel810/815主板架構(gòu)…………………………………………… 5
1.3.4 Intel865主板架構(gòu)………………………………………………… 6
1.3.5 IntelP4主板架構(gòu)………………………………………………… 6
1.3.6 VR12.0單CPU 主板架構(gòu)………………………………………… 7
1.3.7 VR12.0雙CPU 主板架構(gòu)………………………………………… 7
1.3.8 IntelVR12.5Denlow平臺介紹………………………………… 8
1.4 AMD平臺主板架構(gòu)說明………………………………………………… 9
1.4.1 C32CPU 架構(gòu)……………………………………………………… 9
1.4.2 G34雙CPU 架構(gòu)………………………………………………… 11
1.5 主板電源接口……………………………………………………………… 11
1.5.1 AT電源…………………………………………………………… 12
1.5.2 ATX電源:輸出為20Pin ………………………………………… 12
1.5.3 ATX12電源:輸出為20Pin+4Pin …………………………… 13
1.5.4 ATX12LN 電源:輸出為24Pin+4Pin ………………………… 13
第2章 主板電源設(shè)計流程規(guī)范及功率預(yù)算……………………………………… 15
2.1 VR12.0電氣特性………………………………………………………… 17
2.2 VR12.5電氣特性………………………………………………………… 22
2.2.1 CPU 供電………………………………………………………… 22
2.2.2 RAM 供電………………………………………………………… 23
2.2.3 PCH 供電………………………………………………………… 24
2.2.4 1GB網(wǎng)口供電…………………………………………………… 24
2.2.5 Dual10GbEControllerLan …………………………………… 25
2.2.6 BMC供電………………………………………………………… 25
2.2.7 時鐘芯片供電……………………………………………………… 26
2.2.8 PCIE 插槽供電…………………………………………………… 26
2.2.9 系統(tǒng)散熱風(fēng)扇供電………………………………………………… 27
2.2.10 SAS硬盤供電…………………………………………………… 27
2.2.11 SATA 硬盤供電………………………………………………… 27
2.2.12 SSD硬盤供電…………………………………………………… 27
2.2.13 CPLD供電……………………………………………………… 27
2.2.14 SASController供電…………………………………………… 28
2.2.15 PHY為BMC供電……………………………………………… 28
2.2.16 TPM Module供電……………………………………………… 28
2.3 VR13電氣特性…………………………………………………………… 29
2.3.1 CPU 供電………………………………………………………… 29
2.3.2 記憶體RAM 供電………………………………………………… 30
2.3.3 PCH 供電………………………………………………………… 31
2.3.4 BMC供電………………………………………………………… 32
2.4 主板電源設(shè)計流程………………………………………………………… 33
2.5 主板硬件器件功率預(yù)算…………………………………………………… 35
2.5.1 CPU 供電電氣規(guī)格及功率預(yù)算………………………………… 35
2.5.2 MemoryRAM 功率預(yù)算………………………………………… 36
2.5.3 硬盤功率預(yù)算……………………………………………………… 36
2.5.4 PCH 功耗預(yù)算…………………………………………………… 39
2.5.5 BMC功耗預(yù)算…………………………………………………… 39
2.5.6 硬盤擴(kuò)展器/控制器功率預(yù)算…………………………………… 39
2.5.7 10G以太網(wǎng)控制器功率預(yù)算……………………………………… 39
2.5.8 GBE控制器功率預(yù)算…………………………………………… 40
2.6 主板電源啟動時序………………………………………………………… 40
2.7 主板電源性價比介紹……………………………………………………… 41
第3章 Buck電路基本理論………………………………………………………… 43
3.1 基本原理…………………………………………………………………… 43
3.2 輸入電感的選擇…………………………………………………………… 46
3.3 輸入電容的選擇…………………………………………………………… 48
3.3.1 主板電源設(shè)計使用的電容………………………………………… 48
3.3.2 電容等效電路的微分結(jié)構(gòu)………………………………………… 51
3.4 開關(guān)場效應(yīng)管的選擇……………………………………………………… 55
3.5 輸出電感的選擇…………………………………………………………… 62
3.5.1 電感的計算………………………………………………………… 62
3.5.2 選擇評估…………………………………………………………… 63
3.5.3 輸出電感的材料…………………………………………………… 63
3.5.4 名詞術(shù)語…………………………………………………………… 64
3.6 輸出電容的選擇…………………………………………………………… 64
3.7 RC緩沖網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的選擇………………………………………………… 66
3.8 RCVboot的選擇…………………………………………………………… 70
3.9 多相大功率Buck電路…………………………………………………… 72
第4章 主板CPU 負(fù)載特性………………………………………………………… 74
4.1 主板CPU 負(fù)載特性及阻抗要求………………………………………… 75
4.2 主板CPU 線性負(fù)載特性………………………………………………… 78
4.3 主板CPU 動態(tài)VID特性………………………………………………… 81
4.4 主板CPU 測試工具簡介………………………………………………… 82
4.4.1 VR12CPU 測試工具…………………………………………… 83
4.4.2 VR12.5CPU 測試工具………………………………………… 84
4.4.3 第四代IntelCPU 測試工具……………………………………… 86
4.5 主板CPU 測試要求……………………………………………………… 87
4.6 主板CPU Memory測試要求…………………………………………… 87
4.7 主板Buck電路其他測試要求…………………………………………… 88
第5章 主板Buck電路環(huán)路穩(wěn)定性能分析……………………………………… 89
5.1 環(huán)路穩(wěn)定性能的規(guī)格要求………………………………………………… 89
5.2 RC補償參數(shù)設(shè)計分析…………………………………………………… 90
5.2.1 RC積分電路……………………………………………………… 90
5.2.2 RC微分電路……………………………………………………… 91
5.3 輸入電感、電容對環(huán)路的影響…………………………………………… 100
5.4 輸出電感、電容對環(huán)路的影響…………………………………………… 103
5.4.1 輸出電感對環(huán)路穩(wěn)定性能的影響……………………………… 103
5.4.2 輸出電容對環(huán)路穩(wěn)定性能的影響……………………………… 105
5.4.3 CPULoadline與DIMM Loadline對環(huán)路穩(wěn)定性能的影響… 105
5.5 補償回路相位計算……………………………………………………… 108
5.6 Buck電路環(huán)路穩(wěn)定性能特征…………………………………………… 111
5.7 LDO電路環(huán)路穩(wěn)定性能特征…………………………………………… 115
5.7.1 LDO零極點的分布……………………………………………… 115
5.7.2 影響LDO環(huán)路不穩(wěn)定的根本原因…………………………… 117
5.8 環(huán)路測試原理…………………………………………………………… 118
5.8.1 環(huán)路測試儀器Agilent4395A ………………………………… 118
5.8.2 測試原理………………………………………………………… 118
5.8.3 測試方法………………………………………………………… 120
5.8.4 測試任務(wù)………………………………………………………… 121
5.9 環(huán)路調(diào)試………………………………………………………………… 122
5.10 數(shù)字PID的調(diào)試說明………………………………………………… 124
5.10.1 PID介紹………………………………………………………… 125
5.10.2 PID控制器的調(diào)試方法………………………………………… 126
5.10.3 PID實際應(yīng)用…………………………………………………… 126
5.10.4 PID控制幅頻特性圖…………………………………………… 127
第6章 Buck電路反饋回路調(diào)節(jié)原理及動態(tài)分析……………………………… 131
6.1 反饋回路的種類………………………………………………………… 132
6.2 反饋回路的調(diào)節(jié)特性與本質(zhì)…………………………………………… 133
6.2.1 電壓反饋回路…………………………………………………… 133
6.2.2 電流反饋回路…………………………………………………… 135
6.3 電壓、電流反饋的測試原理……………………………………………… 140
6.4 反饋回路對動態(tài)響應(yīng)的影響…………………………………………… 141
6.5 TID Cap2模式環(huán)路穩(wěn)定性能分析…………………………………… 147
6.5.1 控制方式簡介…………………………………………………… 147
6.5.2 參數(shù)設(shè)定………………………………………………………… 148
6.5.3 Rr、Cr、Cc 的計算………………………………………………… 151
第7章 主板電源PCB布局的設(shè)計要求………………………………………… 155
7.1 主板PCB布局工具簡介………………………………………………… 155
7.2 LDO電路組件PCB布局要求………………………………………… 157
7.2.1 輸入電容的PCB布局要求……………………………………… 158
7.2.2 輸出電容的PCB布局要求……………………………………… 160
7.2.3 反饋信號走線的PCB布局要求………………………………… 161
7.3 Buck電路組件PCB布局要求………………………………………… 162
7.3.1 輸入電感的PCB布局要求……………………………………… 162
7.3.2 輸入電容的PCB布局要求……………………………………… 165
7.3.3 場效應(yīng)管的PCB布局要求……………………………………… 170
7.3.4 輸出電感的PCB布局要求……………………………………… 174
7.3.5 輸出電容的PCB布局要求……………………………………… 176
7.4 信號檢測以及SVID與PMBUS的走線要求………………………… 181
7.5 PCB電源層設(shè)計及切割要求…………………………………………… 184
第8章 主板電源仿真……………………………………………………………… 185
8.1 SIMPLIS軟件的應(yīng)用…………………………………………………… 186
8.2 元器件調(diào)用及設(shè)定……………………………………………………… 187
8.3 原理圖設(shè)計說明………………………………………………………… 191
8.4 子電路的定義…………………………………………………………… 205
8.5 主板Buck電源仿真說明……………………………………………… 211
8.6 主板電源模型的建立及仿真…………………………………………… 212
附錄A 名詞術(shù)語解釋……………………………………………………………… 218
附錄B 版權(quán)聲明…………………………………………………………………… 221