前言
我們在BIOS內調整內存或者CPU電壓是怎麼在電路上實現的?
基礎知識:串聯分壓
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串聯分壓公式
Ufb=Vout*R2/(R1+R2)
公式變形
Vout=Ufb*(R1+R2)/R2
見圖中公式,後面要用。R1和R2兩個電阻會分壓使得Vout的電壓在R1與R2之間下降,下降的比例與R1和R2的阻值之比有關。
也就是說Vfb一定,你希望Vout輸出電壓多少就可以通過設置分壓電阻的比值來設定。
供電如何知道自己輸出多少電壓?
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圖1
芯片進行供電就需要精確地得知當前自身輸出的電壓並與設定值進行比較,從而動態調整輸出功率,保證電壓始終在設定值範圍。
如上圖所示,供電芯片NPB_U1通過SW引腳輸出供電通過電感NPB_L1輸出電壓Vout,經過電阻NPB_R3和NPB_R4 串聯分壓 之後迴流到FB引腳,FB引腳便是這個芯片的反饋引腳。
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芯片手冊部分內容
根據上圖芯片手冊可知FB引腳電壓爲0.8V。圖1兩個電阻阻值和前文串聯分壓公式可以計算出Vout=0.8*(2+1.6)/1.6=1.8V,設計者希望它輸出的電壓是1.8V。
那麼假如一瞬間Vout上升到1.9V,Vfb電壓則上升到1.9*1.6/(2+1.6)=0.84V,比0.8V要高這時候芯片就會降低輸出功率,降低Vout電壓,讓FB引腳恢復0.8V。相反低於0.8則上升輸出功率,實現動態平衡。
FB反饋調節正如生物學上的反饋調節一般,可以進行自我修正。
如何實現電壓調節?
從上文可以看到Vout和Vfb是綁定的,設定R1和R2的阻值比例其實就是設定Vout輸出電壓,Vfb隨Vout變化,Vfb又反過來影響Vout。
那麼如果從外面直接施加一個電壓給FB引腳,這個施加量不與Vout綁定,比如在Vout=1.8V,FB=0.8V時給其FB施加恆定0.2V,FB變成1V它就要降低Vout到(0.8-0.2)*(2+1.6)/1.6=1.35V,輸出電壓變成了1.35V這就是在不改變電阻的情況下修改輸出電壓的方式。
具體實現方式
以華碩Z790吹雪爲例
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首先需要一個特定功能的數模轉換芯片
VCC是這個芯片的供電
ADD_SEL是它的地址設定
SCL是它的時鐘引腳,時鐘就是芯片的時間觀念,只有時間觀念一致芯片之間才能同步工作。如你認爲1分鐘60秒,別人認爲是27秒,那麼你倆就很難完成1分鐘通話一次的任務。
SDA爲數據輸入,也就是數字信號。
OUT爲電流輸出一共有OUT1,OUT2,OUT3共3路,也就是模擬信號。
這個芯片通過SDA和SCL獲取指令和數據,將對應OUT引腳的電壓抬高或者拉低,從而干涉FB引腳進而影響Vout電壓,實現電壓調節。
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數據表
輸入二進制10000001(16進制81)表示增加10μA電流
輸入二進制10000010(16進制82)表示增加20μA電流
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指令寄存器
寄存器01h則選中OUT1
寄存器03h則選中OUT3
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地址設定
因爲一條總線上面連接了很多設備,所需需要地址來確認選中的設備。該芯片通過兩顆電阻設定芯片地址,R1 1.3K,R2 3.9K則設定地址爲0x22。
假如我希望OUT2增加10μA電流。只需要通過SDA總線確定地址爲0x22的設備鎖定使用這顆芯片,再通過指令寄存器02h確認端口爲OUT2,最後通過數據81h令其輸出10μA電流,這樣與OUT2連接的FB引腳就會受影響升高電壓,爲了平衡他就會降低Vout讓FB降低迴歸基準值。
控制的源頭
前文的數模轉換芯片只是指令的執行者,那麼指令的發出者是誰?
答案是EC(O2U1),本質是一顆功能強大的單片機,華碩爲其整了個2Mbit的FLASH閃存存儲固件,它也可以進行數模轉換直接調節。
它的上級是南橋PCH。
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大黃框爲EC,紅框爲它的FLASH閃存
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