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有效解決電壓變化所致的可聞噪聲的Smart-Ramp技術(shù)

發(fā)布時間:2021-11-04 來源:MPS 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】長久以來,可聞噪聲一直是穩(wěn)壓器(VR)系統(tǒng)中的一個痛點。在PC行業(yè)中這個問題尤為明顯,因為CPU中存在顯著而重復(fù)的電壓變化,通過穩(wěn)壓器會引起噪聲。這些電壓變化以及陶瓷電容器和主板的物理特性,給PC制造商帶來麻煩的噪聲問題,而且到目前為止并沒有好的解決方案。MPS通過其專有的Smart-Ramp技術(shù)解決了由電壓變化引起的可聞噪聲問題。


陶瓷電容器因其低成本和小尺寸而常用于實現(xiàn)穩(wěn)壓器輸入和輸出級的去耦。當(dāng)電壓變化時,陶瓷電容器的壓電特性會導(dǎo)致組件產(chǎn)生內(nèi)部運動。當(dāng)電壓向一個方向變化時,電容器在一側(cè)發(fā)生彎曲;當(dāng)電壓反向變化時則在相反方向上發(fā)生彎曲。當(dāng)電壓在音頻頻率范圍內(nèi)反復(fù)變化時,這些陶瓷電容器也會反復(fù)彎曲,產(chǎn)生振動。但是,僅此一項還不足以產(chǎn)生噪聲。彎曲電容器的作用類似于揚聲器系統(tǒng)中的音圈。音圈會移動錐體,而錐體才是真正發(fā)聲的器件。


而主板就好比揚聲器中的錐體。盡管主板通過幾個點固定在外殼內(nèi)部,但仍有足夠的非固定區(qū)域可能產(chǎn)生彎曲。當(dāng)足夠多的陶瓷電容器一起彎曲時,它們可以很容易地在外殼內(nèi)部使主板垂直彎曲振動,從而產(chǎn)生可聞噪聲。


在穩(wěn)壓器中產(chǎn)生可聞噪聲的源頭是不斷變化的電壓。多年以來,CPU自己動態(tài)管理其性能、頻率、散熱和功耗。這種管理工作的很大一部分就是調(diào)整CPU的輸入電壓。性能需求越高,電壓也越高;性能要求不高時,就可以降低電壓以減少CPU內(nèi)部的漏電流,從而節(jié)省功率。這些變化的電壓就是MPS解決PC可聞噪聲的目標(biāo)。


圖1顯示了CPU的電壓識別(VID)變化和穩(wěn)壓器的電壓響應(yīng)示例。高電壓可以獲得高性能,而降低電壓則可以減小漏電流。


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圖1:CPU的VID變化和VR Vout電壓響應(yīng)


MPS Smart-Ramp可聞噪聲降噪技術(shù)如圖2所示。如果CPU的新VID低于當(dāng)前VID,而且電壓階躍大于寄存器X中定義的值,則電壓開始下降的時間延遲寄存器Y中定義的持續(xù)時間。圖2顯示了一個短暫的延遲,該延遲可能已經(jīng)足以干擾主板的彎曲振動,從而降低可聞噪聲。CPU的操作和來自CPU的命令均保持不變。


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圖2:MPS Smart-Ramp可聞噪聲降噪技術(shù)


MPS解決方案的另一種實現(xiàn)方式是延長電壓下降的延時持續(xù)時間,直至收到下一個升到高電平的VID命令為止。當(dāng)重復(fù)的電壓變化被完全消除,可聞噪聲也就不存在了(參見圖3)。


1635936815166298.png圖3:電壓引起的可聞噪聲消除方法


如前所述,降低CPU電壓的好處是減少了漏電流,因此MPS Smart-Ramp解決方案會對節(jié)能特性產(chǎn)生影響,不過影響很小。CPU在較低功耗的C態(tài)(功耗模式)下運行可節(jié)省更多功耗,MPS Smart-Ramp技術(shù)不會干擾CPU進(jìn)入其節(jié)能C態(tài)的能力。唯一的功率影響是,電壓輸出本該跟隨每個VID命令且沒有延時,在電壓本該低的短時間內(nèi),CPU漏電流增加了。


然而,改變電壓也會導(dǎo)致功率成本,因此需要從增加的漏電功率中減去該成本以了解完整的功率影響。當(dāng)VID減小時,系統(tǒng)會通過強(qiáng)制接地丟棄(浪費)電荷。然后,當(dāng)VID再次增加時,又需要額外的功率來對輸出重新充電。在某些系統(tǒng)中,對輸出進(jìn)行放電和重新充電的功率成本可能會超過使用MPS Smart-Ramp降噪解決方案時看到的漏電功率。


此外,在引起噪聲的事件中,只有較低電壓下的短時間內(nèi)才有較高的漏電流。一旦重復(fù)的電壓變化停止,在MPS Smart-Ramp技術(shù)將電壓設(shè)置為較低的VID之前有最后一個延遲,可以在計劃的長時間CPU節(jié)能狀態(tài)下節(jié)省該漏電流。


MPS Smart-Ramp技術(shù)具有可配置性,客戶可以根據(jù)自己的需求選擇保守或激進(jìn)的方法。一種方式是等到發(fā)現(xiàn)噪聲問題以后,再通過修改BIOS對MPS VR控制器進(jìn)行重新編程,以激活并配置該功能來解決特定的噪聲問題。 另一種方法則是主動配置VR控制器,為所有(但最少)的VID改變都加上較長的延時設(shè)置。這將消除VR中所有電壓變化引起的噪聲,但也顯然會帶來更大的功率影響。


結(jié)論


改變處理器輸入電源的電壓電平是一項必要的節(jié)能功能,很可能會在未來的許多PC機(jī)中使用。當(dāng)這些變化導(dǎo)致PC中的可聞噪聲時,制造商幾乎沒有選擇或代價昂貴才能使他們的平臺適用于市場。MPS的Smart-Ramp可聞噪聲降噪技術(shù)為PC制造商提供了易于實施的有效方案。


來源:MPS,作者:Jeff Jull 



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