ISL6277：AMD Fusion™移动CPU多相PWM调节器的卓越之选

在电子工程领域，为AMD Fusion™移动CPU提供稳定、高效的电源解决方案至关重要。ISL6277作为一款多相PWM调节器，凭借其出色的性能和丰富的特性，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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一、产品概述

ISL6277完全符合AMD Fusion™ SVI 2.0标准，为微处理器和图形处理器核心电源提供了完整的解决方案。它支持两个电压调节器（VR），拥有三个集成栅极驱动器和两个可选外部驱动器，具备极高的灵活性。其中，核心VR可配置为3相、2相或1相操作，北桥VR支持2相或1相配置。两个VR共享一个串行控制总线与AMD CPU通信，与双芯片解决方案相比，能降低成本并减小电路板面积。

二、关键特性剖析

（一）R3技术调制器

ISL6277采用了Intersil的Robust Ripple Regulator R3 Technology™ PWM调制器。与传统调制器相比，R3调制器能在负载瞬变期间自动改变开关频率，实现更快的瞬态稳定时间，并提高轻载效率。在负载插入响应时，COMP电压上升，使PWM脉冲提前开启，有效开关频率增加；负载释放响应时，COMP电压下降，PWM脉冲延迟开启，脉冲宽度减小，这种特性赋予了ISL6277出色的响应速度。同时，所有相位共享相同的VW窗口电压，确保了各相之间出色的动态电流平衡。

（二）多种电流传感方法

该调节器支持无损电感DCR电流传感和精密电阻电流传感两种方法。通过单NTC热敏电阻进行DCR温度补偿，或采用精确的电阻电流传感，可实现高精度的电流监测。

（三）灵活的相数配置

核心输出可编程为1相、2相或3相，北桥输出可配置为1相或2相，满足不同应用场景的需求。

（四）自适应体二极管导通时间减少

在不连续导通模式（DCM）下，控制器能在电感电流接近零时关闭低端MOSFET，通过监测相电压并调整相位比较器阈值电压，将低端MOSFET体二极管导通时间控制在约40ns，从而减少体二极管相关损耗。

（五）其他特性

还具备输出电流监测和热监测、差分远程电压传感、全负载范围内的高效率、可编程压摆率、可编程VID偏移和下垂、可编程开关频率、出色的相之间动态电流平衡、过流/过压保护、电源良好指示和热监测等特性，并且采用了小尺寸48引脚6x6 QFN封装，符合无铅（RoHS）标准。

三、工作原理详解

（一）多相R3调制器

ISL6277内部的调制器使用主时钟电路为从电路生成时钟。通过电流源对纹波电容 (C_{rm}) 进行充放电，其电压 (VCRM) 呈锯齿波波形，在VW和COMP电压之间变化。当 (VCRM) 达到COMP时复位并生成主时钟信号，相位序列器将主时钟信号分配到从电路。不同相数模式下，主时钟信号的分配方式不同，如3相模式下，时钟1 - 3信号相差120°；2相模式下，时钟1和2信号相差180°；1相模式下，主时钟信号仅分配到相位1。

（二）二极管仿真和周期拉伸

ISL6277可在二极管仿真（DE）模式下工作，以提高轻载效率。在DE模式下，低端MOSFET在电流从源极流向漏极时导通，不允许反向电流，模拟二极管的行为。当负载电流较轻时，电感电流可能在下次相节点脉冲之前达到并保持为零，调节器进入不连续导通模式（DCM）；负载电流较重时，电感电流不会达到0A，调节器处于连续导通模式（CCM）。通过钳位纹波电容电压 (VCRS) ，自然拉伸开关周期，降低开关频率，从而提高轻载效率。

（三）通道配置

通过将不需要的通道的ISENx引脚连接到+5V，可禁用VR的各个PWM通道。例如，将Core VR的ISEN3和Northbridge VR的ISEN2连接到+5V，可将控制器置于2 + 1配置，禁用Core VR的通道3和Northbridge VR的通道2。

（四）电源复位和启动时序

在控制器获得足够偏置以保证正常运行之前，需要+5V输入电源连接到VDD和VDDP并超过VDD上升电源复位（POR）阈值。当ENABLE信号变为高电平时，控制器开始检查SVI输入状态。启动时，控制器在典型的8ms延迟后开始软启动Core和Northbridge输出，读取SVC和SVD引脚的预PWROK Metal VID，并通过编程电阻配置内部驱动器、开关频率、压摆率和输出偏移等参数。

（五）电压调节和负载线实现

软启动序列完成后，ISL6277将输出电压调节到预PWROK金属VID编程值，在0.75V至1.55V范围内，无负载输出电压控制精度可达±0.5%。通过差分放大器进行电压传感，实现精确的电压调节。负载电流增加时，输出电压会从VID编程值下降，下降量与负载电流成正比，以实现负载线。可通过电感的固有直流电阻（DCR）或与电感串联的电阻来感测电感电流，电容 (C{n}) 电压代表总电感电流，下垂放大器将 (C{n}) 电压转换为内部电流源，用于负载线实现、电流监测和过流保护。

（六）差分传感

通过差分电压传感方案， (VCC{SENSE}) 和 (VSS{SENSE}) 作为来自处理器管芯的远程电压传感信号，通过单位增益差分放大器进行处理，实现精确的电压调节。同时，为防止系统在无处理器安装时无法提供电压反馈，建议添加“捕获”电阻。

（七）相电流平衡

ISL6277通过监测ISEN1、ISEN2和ISEN3电压来监测各相平均电流。通过低通滤波器对各相节点电压进行平均，并将其提供给相应的ISEN引脚。控制器会调整各相脉冲宽度，使 (V{ISEN1}=V{ISEN2}=V{ISEN3}) ，从而实现 (I{L1}=I{L2}=I{L3}) 。为实现良好的电流平衡，建议使用相同的电感组件，并采用对称的电路板布局。对于难以实现对称布局的情况，可采用差分传感电流平衡电路。

四、模式操作

（一）Core VR模式

Core VR可配置为3相、2相或1相操作。不同配置下，通过ISEN3和ISEN2引脚状态以及PSI0_L和PSI1_L命令进行编程。例如，在3相配置下，当PSI0_L为低电平时，Core VR会关闭相位2和3，相位1进入二极管仿真（DE）模式；当PSI0_L和PSI1_L都为低电平时，继续以1相DE模式运行。

（二）Northbridge VR模式

Northbridge VR可配置为2相或1相操作，通过ISEN2_NB引脚状态以及PSI0_L和PSI1_L命令进行编程。在1相配置下，ISEN2_NB引脚连接到+5V，当PSI0_L和PSI1_L都为低电平时，进入1相DE模式。

五、保护特性

（一）过流保护

当IMON电阻两端电压达到1.5V时，触发过流保护。控制器在检测到IMON电压后的2µs内将VR_HOT_L置为低电平，通知AMD CPU进行降频。故障计时器开始计数，7.5µs至11µs后标记OCP故障，控制器将激活通道三态化并进入关机状态，PGOOD置为低电平。同时，还具备过流（WOC）保护功能，当IMON电流达到15µA时，立即将控制器置于关机状态。

（二）电流平衡保护

控制器监测ISENx引脚电压，若ISENx引脚电压差在1ms内大于9mV，则宣布故障并锁存关闭。

（三）欠压保护

当VSEN电压低于输出电压VID值加上任何编程偏移量325mV时，控制器宣布欠压故障，PGOOD置为低电平，功率MOSFET三态化。

（四）过压保护

当VSEN电压超过输出电压VID值加上任何编程偏移量325mV时，控制器宣布过压故障，PGOOD置为低电平，打开低端功率MOSFET，直到输出电压降至VID设定值以下，然后将下栅极三态化。

（五）热监测

ISL6277具有两个热监测器，使用包含NTC热敏电阻的外部电阻网络监测主板温度。当NTC引脚电压降至640mV的警告阈值或以下时，控制器将VR_HOT_L置为低电平，通知AMD CPU降低负载电流。当电压继续降至580mV的关机阈值或以下时，控制器进入关机状态，PGOOD置为低电平，功率MOSFET三态化。

六、关键组件选择

（一）电感DCR电流传感网络

对于3相解决方案，电感电流通过DCR产生电压降，通过 (R{sum}) 和 (R{0}) 电阻准确感测电感电流，并将总电流信息提供给NTC网络和电容 (C{n}) 。通过选择合适的 (R{sum}) 、 (R{ntcs}) 、 (R{p}) 和 (R{ntc}) 参数，可实现对DCR变化的温度补偿。同时，为确保 (V{Cn}) 能准确代表实时 (I{0}) ，需要匹配 (w{L}) 和 (w{sns}) ，并根据相关公式计算 (C{n}) 值。为减少输出电压的回环问题，可采用可选电路，如添加电阻 (R{n}) 和 (R{ip}-C_{ip}) 分支，但需注意其可能带来的影响。

（二）电阻电流传感网络

每个电感都有一个串联电流传感电阻 (R{sen}) ， (R{sum}) 和 (R{0}) 连接到 (R{sen}) 焊盘以捕获电感电流信息， (R{sum}) 和 (C{n}) 形成滤波器用于噪声衰减。由于电流传感电阻 (R_{sen}) 值在温度变化时无显著变化，因此无需NTC网络。

（三）过流保护

通过合理设计 (I{droop}) ，并根据相关公式计算 (R{i}) 值，可实现过流保护。对于电感DCR传感和电阻传感，分别有不同的计算公式。

（四）负载线斜率

根据负载线实现原理，通过相关公式计算 (R{droop}) 值，可确定负载线斜率。建议先根据公式计算 (R{droop}) 值，再在实际电路板上进行微调，以获得准确的负载线斜率。

（五）补偿器

Intersil提供基于Microsoft Excel的电子表格，帮助设计补偿器和电流传感网络，使VR实现恒定输出阻抗，成为稳定的系统。VR具有电压环和下垂环的双环系统，T1(s)是电压环和下垂环的总环路增益，对系统稳定性影响较大；T2(s)是下垂环闭合时的电压环增益，对输出电压响应影响较大。设计补偿器时，应确保T1(s)和T2(s)稳定，具有足够的相位裕度，且输出阻抗等于或小于负载线斜率。

（六）电流平衡

通过匹配ISEN引脚电压实现电流平衡， (R{isen}) 和 (C{isen}) 形成滤波器，去除相节点电压的开关纹波。建议使用较长的 (R{isen}C{isen}) 时间常数，使ISEN电压的纹波最小化，代表通过电感的直流电流。

（七）热监测组件选择

根据NTC引脚的警告和关机阈值电压，选择合适的NTC热敏电阻和偏移电阻。通过计算等效电阻和电阻变化，确定NTC热敏电阻的阻值，并根据实际情况添加串联电阻以满足要求。NTC热敏电阻应放置在电路板的热点位置，标准电阻应放置在控制器附近。

七、布局指南

（一）PCB布局考虑

电源层应靠近放置，弱模拟或逻辑信号层应放置在电路板的另一侧，接地平面层应与信号层相邻以提供屏蔽。

（二）组件放置

先放置功率组件，包括MOSFET、输入和输出电容器以及电感，确保每个功率链的布局对称，控制器与每个功率链的距离相等。输入高频电容器应靠近上MOSFET的漏极和下MOSFET的源极放置，输出电感和输出电容器应放置在MOSFET和负载之间。高频输出去耦电容器应尽可能靠近去耦目标（微处理器）放置。同时，应避免在IC下方区域布置具有高dV/dt和di/dt的噪声走线。

（三）引脚布局考虑

不同引脚有不同的布局指南，如GND引脚应通过低阻抗路径连接到接地平面；ISEN引脚的电容应靠近控制器放置，并保持相关环路小；NTC引脚的热敏电阻应靠近被监测的热源放置；IMON引脚的电阻应靠近引脚并保持良好的接地连接等。

ISL6277以其丰富的特性、卓越的性能和灵活的配置，为AMD Fusion™移动CPU的电源设计提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师们需要根据具体需求，合理选择关键组件，优化布局设计，以充分发挥其优势，实现高效、稳定的电源供应。大家在使用ISL6277的过程中，有遇到过哪些有趣的问题或者有什么独特的经验呢？欢迎在评论区分享交流。