JEFF JULL, Монолитные энергетические системы (MPS)
www.monolithicpower.com
Звуковые помехи в системах стабилизатора напряжения (VR) были проблемой в течение очень долгого времени. В индустрии ПК проблема стала более выраженной, поскольку процессор стал ответственным за значительные и повторяющиеся изменения напряжения, вызвавшие шум через VR. Эти изменения напряжения, наряду с физическими свойствами керамических конденсаторов и материнской платы, создают звуковую проблему шума для производителя ПК без каких-либо хороших решений.
Керамические конденсаторы обычно используются в развязке входных и выходных каскадов VR из-за их низкой стоимости и небольших размеров. Пьезоэлектрическое свойство керамических конденсаторов приводит к перемещению внутри тела компонента при изменении напряжения. При изменении напряжения в одном направлении конденсатор сгибается в одну сторону, а затем сгибается в противоположном направлении, когда изменение напряжения меняется на противоположное. Когда напряжение изменяется повторно в пределах слышимого частотного диапазона, эти керамические конденсаторы следуют за повторяющимся изгибом. Однако этого недостаточно для создания шума. Сгибающие конденсаторы действуют как звуковая катушка в акустической системе. Звуковая катушка перемещает конус, и конус фактически создает звук.
Материнская плата - это конус в аналогии с нашим спикером. Материнская плата закрепляется внутри оболочки несколькими точками, но обычно достаточно незащищенной области платы для гибки. Когда достаточное количество керамических конденсаторов сгибается вместе, они могут легко сгибать материнскую плату внутри оболочки достаточно вертикально, чтобы создать слышимый шум.
Конечным компонентом, необходимым для создания слышимого шума в VR, является повторяющееся изменение напряжения. На протяжении многих лет процессор динамически управлял собственной производительностью, частотой, термическими и энергопотреблением. Значительная часть этого управления была связана с настройкой входного напряжения на CPU. При высокой производительности напряжение увеличивается. Если это не требуется для высокой производительности, напряжение уменьшается, чтобы уменьшить ток утечки в CPU, что позволяет сэкономить электроэнергию. Эти изменения напряжения направлены на устранение слышимого шума на ПК.
На рисунке 1 показан пример изменения идентификатора напряжения (VID) от CPU и отклика напряжения от VR. Для повышения производительности требуется более высокое напряжение, а затем напряжение снижается для уменьшения тока утечки.
Рисунок 1: Изменения VID от CPU и VR Vout Voltage Response 2
На рисунке 2 показана технология шумоподавления MPS Smart-Ramp. Если новый VID от ЦП ниже, чем текущий VID, и шаг напряжения больше значения, определенного в регистре X, то начало замедления напряжения задерживается на длительность, определенную в регистре Y. На рисунке 2 показан пример короткой задержки, которая может быть достаточной для того, чтобы нарушить сгибание материнской платы и тем самым уменьшить слышимый шум. Работа CPU и команд, поступающих от CPU, не изменяется.
Рисунок 2: Технология звукового шумоподавления MPS Smart-Ramp
Другая реализация решения MPS заключается в увеличении продолжительности задержки нарастания до тех пор, пока не будет получена следующая команда VID на более высокий уровень. Когда повторное изменение напряжения полностью удалено, звуковой шум отсутствует (см. Рис. 3).
Рисунок 3: Звуковой шум, вызванный напряжением
Как было сказано ранее, преимущество снижения напряжения процессора - это уменьшенный ток утечки, поэтому решение Smart-Ramp влияет на эту функцию энергосбережения, хотя и минимально. Большая экономия энергии в процессоре, работающем в более низких C-состояниях. Технология Smart-Ramp не препятствует возможности процессора входить в свои энергосберегающие C-состояния. Единственным силовым воздействием является увеличение тока утечки в ЦП в течение коротких периодов времени, когда напряжение было бы низким, если бы выход напряжения последовал за каждой командой VID без задержки.
Однако изменение напряжения также требует затрат на электроэнергию, которые необходимо будет вычесть из увеличенной мощности утечки, чтобы понять полное воздействие мощности. Когда VID уменьшается, заряд отбрасывается системой (системой), заставляя этот заряд заземляться. Затем требуется дополнительная мощность для повторной зарядки выхода, когда VID снова увеличивается. В некоторых системах затраты на разрядку и повторную загрузку выходного сигнала могут быть больше, чем мощность утечки, наблюдаемая при использовании шумоподавляющего решения MPS Smart-Ramp.
Кроме того, это только короткие периоды при более низком напряжении во время шумовых событий, когда ток утечки выше. Как только повторяющиеся изменения напряжения прекратятся, есть одна последняя задержка до того, как технология MPS Smart-Ramp устанавливает напряжение на нижний VID, чтобы сохранить этот ток утечки в течение предполагаемых длительных периодов состояния энергосбережения процессора.
Конфигурируемость технологии MPS Smart-Ramp означает, что клиенты имеют возможность быть консервативными или агрессивными по своему усмотрению. В одной модели клиент может подождать, пока не будет обнаружена проблема с шумом, а затем повторно запрограммируйте контроллер MPS VR через изменение BIOS, чтобы активировать и настроить эту функцию для устранения их конкретной проблемы с уровнем шума. Другим методом было бы проактивно сконфигурировать контроллер VR для всех, кроме наименьшего из изменений VID, в сочетании с настройкой длительной задержки. Это позволит удалить все вызванные изменением напряжения шумы от VR, но, очевидно, будет иметь потенциал для большего воздействия мощности.
Вывод
Изменение уровня напряжения на входной мощности процессора является необходимой функцией энергосбережения, которая, скорее всего, будет использоваться для многих поколений ПК. Когда эти изменения приводят к слышимому шуму на ПК, у производителей было мало и дорогостоящих вариантов, чтобы сделать их платформы жизнеспособными для рынка. Технология шумоподавления Smart-Ramp позволяет производителям ПК эффективный вариант, который легко реализуется.
JEFF JULL, Монолитные энергетические системы (MPS), www.monolithicpower.com