ISL62773：AMD Fusion桌面CPU的多相PWM调节器解决方案

在电子设计领域，为AMD Fusion™桌面CPU提供稳定、高效的电源管理是一项关键任务。ISL62773作为一款专门为此设计的多相PWM调节器，展现出了卓越的性能和丰富的功能。下面我们就来详细了解一下这款产品。

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产品概述

ISL62773完全符合AMD Fusion™ SVI 2.0标准，为桌面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），配备三个集成栅极驱动器和两个可选的外部驱动器，提供了极大的灵活性。Core VR可配置为3相、2相或1相操作，而Northbridge 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，降低了成本并减小了电路板面积。

关键特性

1. 支持AMD SVI 2.0接口

支持AMD SVI 2.0串行数据总线接口，串行VID时钟频率范围为100kHz至25MHz，确保了与AMD CPU的高效通信。

2. 双输出控制器与集成驱动器

具有双输出控制器和集成驱动器，包括两个专用核心驱动器和一个可编程驱动器，可用于核心或北桥。

3. 精确电压调节

能实现精确的电压调节，系统在全温度范围内的精度可达0.5%，输出电压范围为0.5V至1.55V，步长为6.25mV，同时增强了负载线精度。

4. 多种电流传感方法

支持无损电感DCR电流传感和精密电阻电流传感等多种电流传感方法，满足不同应用场景的需求。

5. 可编程相数配置

核心输出可配置为1相、2相或3相，北桥输出可配置为1相或2相，适应不同的功率需求。

6. 自适应体二极管导通时间减少

通过自适应体二极管导通时间减少技术，提高了轻载效率。

7. 出色的抗噪和瞬态响应

具备出色的抗噪能力和瞬态响应性能，确保在负载变化时能快速稳定输出电压。

8. 输出电流和热监测

提供输出电流监测和热监测功能，保障系统的安全稳定运行。

9. 差分远程电压传感

采用差分远程电压传感技术，提高了电压调节的精度。

10. 全负载范围高效

在整个负载范围内都能保持高效运行，降低了功耗。

11. 可编程参数

可对两个输出的压摆率、VID偏移、下垂和开关频率进行编程，满足不同的设计需求。

12. 保护功能

具备过流（OCP）、过压（OVP）、电源良好（PGOOD）和热监测等保护功能，增强了系统的可靠性。

13. 小尺寸封装

采用48引脚6x6 QFN封装，无铅（符合RoHS标准），节省了电路板空间。

工作原理

多相R3™调制器

ISL62773采用Intersil专利的R3™（Robust Ripple Regulator）调制器，结合了固定频率PWM和滞环PWM的优点，同时消除了它们的许多缺点。在IC内部，调制器使用主时钟电路为从电路生成时钟。通过控制纹波电容器的充放电，实现PWM脉冲的生成和分配。在不同的相数配置下，主时钟信号会以不同的相位差分配到各个相，从而实现精确的控制。与传统的滞环模式和固定PWM模式控制器相比，R3™调制器具有更低的相位抖动和更高的输出电压精度。在负载插入和释放时，它能自动调整开关频率，提高控制环路带宽，实现快速响应。

二极管仿真和周期拉伸

ISL62773可以在二极管仿真（DE）模式下工作，以提高轻载效率。在DE模式下，低侧MOSFET在电流从源极流向漏极时导通，不允许反向电流，从而模拟二极管的行为。当负载电流较轻时，电感电流可能会在下次相节点脉冲之前达到并保持为零，此时调节器处于不连续导通模式（DCM）；当负载电流较重时，电感电流不会达到0A，调节器处于连续导通模式（CCM）。通过周期拉伸技术，在轻载时减少开关频率，进一步提高了轻载效率。

通道配置

可以通过将不需要的通道的ISENx引脚连接到+5V来禁用VR的各个PWM通道。例如，在2 + 1配置中，将Core VR的ISEN3和Northbridge VR的ISEN2连接到+5V，可禁用相应的通道。这种功能允许对单个VR输出进行调试。

上电复位

在控制器有足够的偏置以保证正常运行之前，ISL62773需要将+5V输入电源连接到VDD和VDDP，使其超过VDD上升上电复位（POR）阈值。达到或超过该阈值后，当ENABLE信号变为高电平时，ISL62773会检查SVI输入的状态。VDD POR上升和下降阈值之间的迟滞确保了ISL62773不会意外关闭，除非偏置电压大幅下降。

启动时序

当VDD高于POR阈值且ENABLE超过逻辑高阈值时，控制器开始启动。在典型的8ms延迟期间，控制器会检查一些编程引脚的状态，然后开始软启动Core和Northbridge输出。预PWROK Metal VID从SVC和SVD引脚的状态读取，并对DAC进行编程。通过数字软启动，将内部参考逐渐提升到目标电压，降低了启动时的浪涌电流。软启动结束后，PGOOD信号变为高电平，表示输出电压在调节范围内。

电压调节和负载线实现

软启动序列完成后，ISL62773将输出电压调节到预PWROK Metal VID编程值。它通过差分放大器进行电压传感，确保在微处理器管芯处实现精确的电压调节。随着负载电流的增加，输出电压会根据负载电流按比例下降，以实现负载线。可以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，通过调整相关参数可以改变负载线斜率。

差分传感

采用差分电压传感方案，通过远程电压传感信号从处理器管芯获取VCC SENSE和VSS SENSE信号。通过差分放大器将VSS SENSE电压加到DAC输出上，误差放大器调节输入电压以实现负载线。为了在没有处理器安装的情况下提供电压反馈，建议添加“捕获”电阻。

相电流平衡

ISL62773通过监测ISEN1、ISEN2和ISEN3电压来监测各个相的平均电流。通过低通滤波器对相节点电压进行平均，并将其呈现给相应的ISEN引脚。控制器会调整相脉冲宽度，使各个相的ISEN电压相等，从而实现相电流平衡。在设计时，建议使用相同的电感元件，并采用对称的电路板布局，以减少PCB寄生电阻的影响。

工作模式

Core VR工作模式

Core VR可以配置为3相、2相或1相操作。不同的相数配置和PSL0_L、PSI1_L命令组合决定了Core VR的工作模式，包括3相CCM、2相CCM、1相CCM和1相DE等模式。通过连接ISEN1到+5V可以完全禁用Core VR。

Northbridge VR工作模式

Northbridge VR可以配置为2相或1相操作。其工作模式由ISEN2_NB引脚状态和SVI 2命令的PSI0_L和PSI1_L位编程决定，包括2相CCM、1相CCM和1相DE等模式。通过将ISEN1_NB连接到5V可以完全禁用Northbridge VR。

AMD串行VID接口2.0

预PWROK Metal VID

典型的主板启动时，控制器会解码SVC和SVD输入，确定预PWROK Metal VID设置。当ENABLE输入超过上升阈值时，ISL62773会解码并锁定该值到板载保持寄存器。内部DAC电路将Core和Northbridge VR逐渐提升到解码后的预PWROK Metal VID输出电平，通过数字软启动减少启动时的浪涌电流。

SVI接口激活

当Core和Northbridge VR成功软启动且PGOOD和PGOOD_NB信号变为高电平后，PWROK可以被外部断言。此时，控制器开始积极监测SVI接口，接收VID更改命令并相应地调整输出电压。如果PWROK输入被取消断言，控制器将Core和Northbridge VR恢复到存储的预PWROK Metal VID水平。

VID动态转换

当PWROK为高电平时，ISL62773开始监测SVC和SVD引脚的SVI指令。对于高于当前VID水平的VID代码，控制器以编程的压摆率将输出电压调整到新的VID目标；对于低于当前VID水平的VID代码，根据功率状态位的状态，控制器会采取不同的调整方式，以确保系统的快速恢复和稳定运行。

SVI数据通信协议

SVI WIRE协议基于I²C总线概念，通过串行时钟（SVC）和串行数据（SVD）两根线在AMD处理器（主设备）和VR控制器（从设备）之间传输信息。主设备发起和终止SVI事务，并驱动时钟信号。移动SVI WIRE协议时序基于高速模式I²C。

保护功能

过流保护

当IMON电阻两端的电压达到1.5V时，过流保护被触发。控制器会在检测到IMON电压后的2µs内将VR_HOT_L置为低电平，通知AMD CPU降低负载。故障计时器开始计数，持续7.5µs至11µs后标记OCP故障，控制器将活动通道三态化并进入关机状态。此外，还有Way-Overcurrent（WOC）保护功能，当IMON电流达到15µA时，立即触发保护，将控制器置于关机状态。

电流平衡保护

控制器通过监测ISENx引脚电压来实现电流平衡保护。如果ISENx引脚电压差在1ms内大于9mV，控制器将宣布故障并锁定关闭。

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，取消PGOOD信号并将功率MOSFET三态化。

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，取消PGOOD信号并打开低侧功率MOSFET，直到输出电压降至VID设定值以下。

热监测

ISL62773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引脚电压降至警告阈值640mV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NTC引脚电压继续降至关机阈值580mV或以下时，控制器进入关机状态并触发热故障。

关键组件选择

电感DCR电流传感网络

在电感DCR电流传感网络中，电感电流通过DCR产生电压降，通过电阻网络准确感测电感电流。使用NTC热敏电阻对电感DCR变化进行温度补偿，确保在不同温度下准确感测电流。通过合理选择电阻和电容参数，可以使Cn电压准确代表电感总直流电流，并实现良好的瞬态响应。同时，为了减少输出电压的振铃问题，可以采用一些可选电路进行优化。

电阻电流传感网络

电阻电流传感网络通过串联电流传感电阻来捕获电感电流信息。与电感DCR传感不同，电阻电流传感不需要NTC网络，因为电流传感电阻值在温度变化时变化较小。推荐的电阻和电容值可以提供良好的噪声衰减效果。

过流保护

过流保护通过设置IMON电阻两端的电压阈值来实现。设计时需要根据AMD CPU的EDC电流值来选择合适的电流反馈组件和设置OCP水平，确保系统在正常运行和异常情况下都能得到有效的保护。

负载线斜率

负载线斜率可以通过调整相关电阻参数来实现。对于电感DCR传感和电阻传感，都有相应的计算公式来确定负载线斜率。在实际设计中，需要根据具体的负载需求和系统要求进行参数调整和优化。

补偿器

Intersil提供了基于Microsoft Excel的电子表格来帮助设计补偿器和电流传感网络，使VR实现恒定输出阻抗，确保系统的稳定性。通过分析电压环路和下垂环路的增益传递函数T1(s)和T2(s)，可以设计出具有足够相位裕度和合适输出阻抗的补偿器。

电流平衡

ISL62773通过匹配ISEN引脚电压来实现电流平衡。使用Risen和Cisen组成的滤波器去除相节点电压的开关纹波，推荐使用较长的Risen Cisen时间常数，以确保ISEN电压能够准确代表电感中的直流电流。

热监测组件选择

热监测组件的选择需要根据NTC热敏电阻在不同温度下的电阻变化来确定。通过计算在警告阈值和关机阈值下的等效电阻，可以选择合适的NTC热敏电阻和串联电阻，确保系统在过热时能够及时采取保护措施。

布局指南

PCB布局考虑

在PCB布局方面，功率层应靠近放置，弱模拟或逻辑信号层应位于电路板的另一侧，接地层应与信号层相邻以提供屏蔽。功率组件（如MOSFET、输入和输出电容器、电感）应首先放置，并且每个功率列车应采用对称布局，控制器应与每个功率列车等距放置，以确保热量均匀分布。同时，要注意保持功率列车与控制IC之间的距离短，以缩短栅极驱动走线。

组件放置

MOSFET的放置应尽量使上MOSFET的源极和下MOSFET的漏极靠近，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。此外，要注意避免在IC下方区域布置具有高dV/dt和di/dt的噪声走线。

引脚布局指南

对于每个引脚，都有相应的布局指南。例如，GND引脚应通过低阻抗路径连接到接地平面；ISEN引脚的电容器应靠近控制器放置，并保持相关环路小；NTC热敏电阻应靠近被监测的热源放置；IMON电阻应靠近相应引脚放置，并保持良好的接地连接等。

ISL62773作为一款高性能的多相PWM调节器，为AMD Fusion桌面CPU提供了全面、可靠的电源管理解决方案。通过深入了解其特性、工作原理、保护功能和布局要求，电子工程师可以更好地设计出满足需求的电源系统。你在使用ISL62773的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。