移动设备处理器供电设计

www.hqwic .comCPU 电源电路设计系列3：CPU 供电输出被动元件选择作者：郭奉凯，陈嘉凯摘要：主板CPU 供电电路输出被动元件的选择受到多重因素的限制，为满足CPU 电源设计要求，R&D 需要在这些因素中做出很多折中。

仅凭经验和调试无法根本性的解决此类问题，本文着重理论分析推导出被动元件的数学限制条件，通过PSpice 原理上验证了负载瞬态下限制条件对电路的影响。

关键词：中央处理器；脉宽调制电路；被动元件；PSpice随着处理器运算速度加快和制成工艺的进步，CPU 对母线品质要求越来越高。

对供电系统来说，CPU 是一个特殊的负载，负载的要求是0-1.6V 的电压变化范围，0-120A 的电流变化，高达100A/US 的瞬态变化要求，而稳态电压纹波不超过50mV。

电流阶跃的瞬态变化是对供电系统的严峻考验，保证阶跃时提供足够的电流和电压维持是CPU 供电设计的难题，除了设计快速相应的反馈回路外，外加足够的电容是必需的，但电容一方面可以提供足够的电流，另一方面其ESR 引起的电压降会限制其数量来满足load line 规范。

同样，输出电感直接关系电流纹波大小和系统相应速度，多次折中选择后，面临的问题是元器件的容差，PCB 布线以及铜线的阻抗，充分考虑这些寄生参数的电路的影响，才能保证CPU 供电的稳定性。

1电感参数选择1.1静态输出电感对电流纹波的影响由基本的buck 电路PWM 高电平时V IN−V O=⋅L ΔI式1ΔItON低电平时V O=⋅L式2tOff由传递等量恒定得到()⋅I VIN −V O⋅t ON=Δ=LV t OOff L3Δ=V O(1D )式4www.hqwic .com得If LSW式4可以看出，电感值与电流纹波成反比，由此确定感量的最小值。

同时由于电容的ESR 和电感产生的电流纹波在输出端产生电压纹波，纹波的最大值V PP由Intel 规范，可以根据V PP=I PP⋅ESR ，确定输出电感的最大值。

cpu主供电电路的工作原理及分析一、引言在现代计算机系统中，CPU（中央处理器）是整个系统的核心，它负责执行计算机指令、控制数据流动和处理各种计算任务。

而CPU的正常运行离不开稳定可靠的电源供应。

本文将介绍CPU主供电电路的工作原理及分析，探讨其在计算机系统中的重要性和影响因素。

二、CPU主供电电路的组成CPU主供电电路主要由电源模块、电源管理芯片和电源滤波器等组成。

电源模块负责将输入电源转换为CPU需要的电压和电流，并提供给CPU进行工作。

电源管理芯片则负责对电源供应进行监控和管理，以确保供电的稳定性和安全性。

而电源滤波器则用于滤除输入电源中的噪声和干扰，保证供电的纯净性。

三、CPU主供电电路的工作原理CPU主供电电路的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 电源模块将输入电源转换为CPU需要的电压和电流。

电源模块通常由开关电源和稳压电源组成。

开关电源通过开关管的开关动作，将输入电源的直流电压转换为高频交流电压，然后通过变压器和整流电路将其转换为所需的直流电压。

稳压电源则通过稳压电路对输出电压进行稳定调节，以满足CPU的工作需求。

2. 电源管理芯片对电源供应进行监控和管理。

电源管理芯片通常包括电源监测、供电控制和电源保护等功能。

电源监测功能可以实时检测电源的电压、电流和功率等参数，以确保供电的稳定性。

供电控制功能可以根据CPU的工作状态和需求，对电源进行动态调节和管理，以提高能效和延长电池寿命。

电源保护功能则可以在供电异常或者故障时，及时切断电源，以保护CPU和其他系统组件的安全。

3. 电源滤波器用于滤除输入电源中的噪声和干扰。

输入电源中往往存在各种噪声和干扰，如交流电源的纹波、开关电源的开关干扰等。

这些噪声和干扰会对CPU的工作稳定性和性能产生负面影响。

电源滤波器通过滤波电路和滤波元件，将这些噪声和干扰滤除，以保证供电的纯净性。

四、CPU主供电电路的分析CPU主供电电路的稳定性和可靠性对计算机系统的性能和稳定性有着重要影响。

电子设计中的低功耗设计技术随着移动设备和物联网的蓬勃发展，对电子设备的功耗要求变得越来越严苛。

在电子设计中，低功耗设计技术成为了一项重要的技术需求。

低功耗设计技术的应用可以延长设备的续航时间，减少设备的发热量，提高设备的稳定性和可靠性。

本文将介绍电子设计中常见的低功耗设计技术及其应用。

首先，低功耗设计技术中的关键是降低设备的静态功耗和动态功耗。

在静态功耗方面，采用低功率的处理器和传感器组件是关键因素。

采用先进的制程工艺（比如FinFET工艺）可以有效降低器件的漏电流，从而降低设备的静态功耗。

此外，优化设备的供电管理机制，合理控制设备的休眠状态和唤醒状态也能有效降低设备的静态功耗。

在动态功耗方面，采用节能算法和优化软件设计是关键措施。

通过合理设计算法，减少处理器和传感器的工作频率和工作电压，降低设备的动态功耗。

另外，合理设计软件架构，优化代码结构和算法，减少不必要的计算和通信开销，也能有效降低设备的功耗。

此外，低功耗设计技术还包括了功率管理技术和电源管理技术。

功率管理技术主要包括动态电压调整（DVS）和动态频率调整（DFS）等技术，通过根据设备的负载情况动态调整电压和频率，从而实现节能的目的。

电源管理技术主要包括高效的DC-DC转换器和低功耗的睡眠模式设计，能够有效地提高设备的能效比和续航时间。

总的来说，低功耗设计技术在电子设计中扮演着重要的角色。

通过降低设备的静态功耗和动态功耗，采用先进的制程工艺和优化算法设计，可以有效实现设备的低功耗设计。

未来随着技术的不断发展，低功耗设计技术将会越来越成熟，应用范围也将会越来越广泛。

希望本文对大家对低功耗设计技术有所了解和启发。

大功率CPU核心电压供电电路的设计当今的高速中心处理器(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，却需要更大的功率，因此供电必需提供极大的。

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主板设计者濒临的极大挑战。

1 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则开头引入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。

为了协作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举行了细致的规定，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)延续负载电流(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，其最长持续时光为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。

笔记本电脑专用的CPU 英文称Mobile CPU （移动CPU ），它除了追求性能，也追求低热量和低耗电，最早的笔记本电脑直接使用台式机的CPU ，但是随CPU 主频的提高, 笔记本电脑狭窄的空间不能迅速散发CPU 产生的热量，还有笔记本电脑的电池也无法负担台式CPU 庞大的耗电量， 所以开始出现专门为笔记本设计的Mobile CPU ，它的制造工艺往往比同时代的台式机CPU 更加先进，因为Mobile CPU 中会集成台式机CPU 中不具备的电源管理技术，而且会先采用更高的微米精度。

极度_凋零铁杆会员82楼 英特尔移动CPU Pentium 4-M ：基于0.13微米铜互联工艺Northwood 核心的Pentium 4-M 处理器，首批推出的包括1.7GHz 、1.6GHz 的型号，核心集成5,500万晶体管，采用MicroFCPGA 封装(mPGA478)，同样采用NerBurst 架构，运行于400MHz 前端总线，核心集成512KB 二级缓存，支援增强型SpeedStep 、Dee per Sleep 休眠模式，工作电压1.3V ，1.7GHz 版本在使用SpeedStep 节能模式后工作频率降为1.2GHz(1.2V)，平均功耗降低到2W 以下，尽管应用了一系列节能技术但由于工作频率较高，所以Pentium 4-M 处理器仍然只适用于全尺寸笔记本电脑，因为Intel 的研发团队在设计该处理器的时候就是本着效能优先的原则，所以Pentium 4-M 不会象Pentium III-M 那样推出低电压及超低电压的版本。

Pentium 4-M 的配套芯片组为基于BROOKDALE 架构的845MP ，可以把它看做是桌面版845D 的低功耗移动版本，同样采用FCBGA 封装，支持DDR266规范(最大容量1GB)，无整合图形核心，支援外接AGP 4X 显示芯片，搭配ICH3南桥芯片，支持6 x USB1.1接口，Ultra ATA/100，整合100Base-TX网卡，对应ACPI 2.0规范。

本文将详细介绍如何为用于移动设备的各种处理器供电。

本解决方案采用的是专门用于便携式应用处理器的电源芯片TPS65020。

诸如PDA、智能电话及便携式导航系统等电池供电的手持设备,一般都是由基于先进RISC计算机（ARM）的处理器提供驱动。

市面上现有多家制造商的多种器件系列可供选择,如：●德州仪器（TI）的OMAP处理器;● Intel的XScale®处理器;●三星的S3C2xxx系列。

这几种处理器均可实现多种不同类型的省电模式。

所谓的‘空闲’和‘休眠’模式通常是基于以下事实,即通过关闭处理器部分不使用的内部电路来降低处理器的功耗。

一般情况下,采用的方式是关闭相关区块的时钟信号,或在某些省电模式下关闭或降低电源电压。

处理器越先进,为其供电就需要采用更多不同的电源电压。

这可通过采用多个单通道转换器来实现,如标准的低压降稳压器（LDO）或降压转换器。

由于电源一般是锂离子电池,因此在输出电压低于3.3V时降压转换器可以提供更高的效率—此类应用中输出电压一般低于3.3V。

但是,对于某些电源电压而言,使用LDO 更为合理。

用于在处理器中产生内部时钟信号的锁相环（PLL）对任何噪声都很敏感。

因此,需要采用LDO 为处理器的该部分供电。

由于该区块的电流一般为5mA～30mA,因此对整体效率的影响较小。

实时时钟（RTC）的供电也同样如此。

如果可以通过接近所需输出电压的电压为LDO供电,则LDO就是一种名副其实的简单、低成本、高效率解决方案。

在采用1.8V I/O电压的应用中,我们可以通过该电压轨为PLL-LDO供电,从而使其输出电压达到1.3V,效率达到72％。

由于需要多种不同的电压,因此需要在单个封装中集成多个转换器。

这样就可以通过单个电源芯片提供不同的电压,而无需采用可提供所有附加排序电路,以及为处理器产生相关复位信号的独立芯片。

表1显示的各种处理器可为实现最小化功耗而减少内部时钟。

另外,较低的时钟频率可以降低处理器的内核电源电压。

CPU供电电路原理图我们知道CPU核心电压有着越来越低的趋势，我们用的ATX电源供给主板的12V，5V直流电不可能直接给CPU供电，所以我们要一定的电路来进行高直流电压到低直流电压的转换，这种电路不仅仅用在CPU的供电上，但是今天我们把注意力集中在这里。

我们先简单介绍一下供电电路的原理，以便大家理解。

一般而言，有两种供电方式。

1.线性电源供电方式：通过改变晶体管的导通程度来实现,晶体管相当于一个可变电阻,串接在供电回路中。

上图只要是学过初中物理的都懂，通过电阻分压使得负载（这里想像为CPU）上的电压降低。

虽然方法简单，但由于可变电阻与负载流过相同的电流，要消耗掉大量的能量并导致升温，电压转换效率非常低，一般主板不可能用这种方法。

2.开关电源供电方式：我们平时用的主板基本都用这种方式，原理图如下。

ATX供给的12V电通过第一级LC电路滤波（图上L1，C1组成），送到两个场效应管和PWM控制芯片组成的电路，两个场效应管在PWM控制芯片的控制下轮流导通，提供如图所示的波形，然后经过第二级LC电路滤波形成所需要的Vcore。

上图中的电路就是我们说的“单相”供电电路，使用到的元器件有输入部分的一个电感线圈、一个电容，控制部分的一个PWM控制芯片、两个场效应管，还有输出部分的一个线圈、一个电容。

强调这些元器件是为了后文辨认几相供电做准备。

由于场效应管工作在开关状态，导通时的内阻和截止时的漏电流都较小，所以自身耗电量很小，避免了线性电源串接在电路中的电阻部分消耗大量能量的问题。

3、多相供电的引入单相供电一般能提供最大25A的电流，而现今常用的处理器早已超过了这个数字，单相供电无法提供足够可靠的动力，所以现在主板的供电电路设计都采用了两相甚至多相的设计。

上图就是一个两相供电的示意图，其实就是两个单相电路的并联，因此它可以提供双倍的电流。

三相供电当然就是三个单相电路并联而成的，因此可以提供三倍的电流。

上图是一个典型的三相供电电路，读者抓住本质的话，就可以看到此图和上面图片的一致。

用于移动机器人的嵌入式系统设计与实现移动机器人是现代自动化生产和服务领域中的重要组成部分，通过运用先进的嵌入式系统技术，可以为机器人的智能控制、信息处理和通讯传输提供强有力的支持，实现机器人的高效、精准和安全工作。

本文将针对移动机器人的嵌入式系统设计与实现进行探讨，主要从以下几个方面分析：一、移动机器人的嵌入式系统嵌入式系统是集成了计算、控制和通讯等多种功能的计算机系统，其特点是体积小、功耗低、性能高、稳定可靠，适合用于控制和监测等实时性强的场合。

移动机器人的嵌入式系统需要具备下列特点：1、高性能：支持多任务并行处理、高速计算和实时控制等功能，满足移动机器人的工作需求；2、低功耗：采用节能的硬件设计和优化的软件算法，确保嵌入式系统的长时间可靠运行；3、可靠稳定：采用防水、防震、防尘等物理保护措施，使用经过测试的软件和硬件组件，提高嵌入式系统的可靠性和稳定性；4、丰富接口：支持常见的通讯接口，如USB、RS232、以太网等，方便与其他设备进行数据交换和远程控制。

因此，移动机器人的嵌入式系统需要具备较高的计算速度、存储容量、通讯带宽和数据处理能力，同时考虑尺寸、重量和功耗等实际条件。

二、嵌入式系统硬件设计嵌入式系统的硬件设计是实现其高性能、低功耗和稳定可靠的关键步骤之一。

移动机器人的硬件设计需要考虑以下几点：1、选择适合的处理器：根据应用需求选择适合的嵌入式处理器，如ARM、Cortex-M等，并可以添加加速器、FPGA等外设扩展处理器的性能；2、核心电路设计：对处理器的供电电路、时钟电路和复位电路进行规划和布局，保证电源和信号的稳定和可靠；3、外设设计：根据需求添加各种外设，如USB、RS232、以太网、WIFI、蓝牙等，或者传感器、电机控制器、电源管理电路等；4、尺寸和布局：根据实际应用场景选择适当的尺寸和布局，考虑嵌入式系统的机械结构安装和接口导线布置等问题。

通过以上设计，可以实现移动机器人的嵌入式系统硬件上的优化。