与微星的工程师谈主板的供电设计

　　崔庆礼

　　崔老师1970年毕业于北京大学信息管理系，从1978年起在辽宁省科技情报研究所从事计算机情报检索系统研究。在此之后，曾在南京大学、中科院计算所等单位进修计算机设计、计算机工程、微机维修以及系统设计与分析等科目。1995年参加联合国教科文组织情报研究班并毕业，并于1998年受邀到微欣工贸公司技术部担任技术支持工程师，现为微欣工贸的技术部顾问。崔老师对电子电路设计领域造诣颇深，并对计算机印刷电路板的制造工艺等有自己独到的见解。

　　主板设计到底由谁“说了算”？

　　Q1．在文章开始之前，我们突然想到一个很有意思的话题，那就是主板在设计时有没有一个大家都遵循的标准，或者是说，主板设计由谁说了算？

　　崔工程师：这个问题很有意思。老实说，主板的供电设计并不是由我们主板厂商决定的，处理器厂商掌握着主导权。比方说Intel，每当处理器的Core电压发生变化的时候，他们都会发布新的VRM标准(Voltage Regulator Module，电压调节模块)，到目前最新的版本是第11版；不过从第10版开始，他们改称VRD标准(Voltage Regulator Down，降压式电压调整器)，但是这两者实际上指的是一个东西。

　　Q2．那能跟我们介绍一下VRM/VRD通常都会包含哪些内容呢？

　　崔工程师：VRM规定了处理器核心电压的调整范围、幅度、精度，电压调整电路的功率、最大供电电流、瞬态响应时间，过压/过流保护以及PCB板规格、布线等方方面面的内容。IC厂商可以据此研发新的电压调整控制芯片(PMW芯片)，而主板生产企业则根据此要求来选择PMW芯片、MOSFET管、电容以及其它的一些元器件，在设计主板供电电路、规格以及布线时也要参考VRM中的相关内容。

　　支持酷睿2双核处理器，只是满足VRM那么简单吗？

　　Q3．此次Intel推出酷睿2双核处理器，推荐用户尽可能使用965系列的芯片组与之搭档。而现在在市场上可以看到各种型号的老主板，如基于975/945芯片组的，甚至有部分865芯片组的主板也开始支持酷睿2双核处理器。大家似乎有一个共识“只要满足了VRM要求，主板就能上新的处理器”，您对这种“怪”主板是怎么看的呢？

图1 能吃“(扣)肉”，不一定就意味可以很好地消化。市场上各类支持Conroe处理器的低价主板其实并不能完全发挥处理器的性能优势

　　崔工程师：主板能够支持什么样的处理器主要取决于四点：一是供电电压和电流是否符合该CPU的规格；二是BIOS中是否写入了支持新处理器的微代码；三是主板是否支持CPU所要求的内存规格；最后是芯片组是否支持CPU的一些新技术。

　　Intel的酷睿2双核处理器发生改变的并不仅仅是Core电压，它还增加了五种其它新技术，比方说快速内存访问技术(FMA)、内存伸缩技术(FMT)等等。如果只是从供电的角度讲，975、945乃至865只要采用了VRD 11.0规格来设计主板，它就能够使用新的处理器；但是选择这些老主板的话，就意味着要放弃酷睿2双核处理器所能支持的一些新特性，平台的实际性能就会打折扣。

　　深入了解主板供电中的“一相”

　　电压调整器的作用是把电源提供的直流电(DC)转换成不同电压的直流电(DC)，所以一般又称之为DC-DC转换器(图2)。

　　从图2中我们可以看到DC-DC转换电路主要由三部分组成：输入部分、转换部分和输出部分。输入和输出部分由扼流线圈(储能电感)和电容器(储能电容)组成LC滤波电路，用于储能和滤波。转换部分由PWM控制器和场效应管组成脉宽调制DC-DC转换电路：PWM控制器发出脉冲信号，使场效应管MOSFET 1和MOSFET 2轮流导通(MOSFET1称为输入管，MOSFET2称为输出管)，这样场效应管就可以把直流电压变成电压脉冲列，通过控制电压脉冲的宽度或者周期就可以改变电压的高低，从而达到变压的目的。

图2 典型的一相供电(原理图)

图3 两相供电电路(原理图)

　　两相供电比单相供电多了一对MOSFET场效应管和一个电感线圈(图3)。所以我们判断主板几相供电，只需要数一下有几个输出电感线圈和几组MOSFET就可以了。另外，有些主板为了降低MOSFET场效应管的发热量，会将低压侧的场效应管改为两颗小功率管，这时就是3颗场效应管为一组。

　　“相数”，主板上的供电设计

　　Q4．现在刚好赶上965主板的第一轮出货高峰期，我们看到很多主板在宣传的时候都打出了“该主板采用了四相供电设计”的口号。那我想问一下，主板供电系统中的“一相”是个什么概念呢？

　　工程师：处理器的供电实际上就是“DC-DC转换回路”，这个回路通常包含的部件有输入电感线圈、输入电容、PMW控制器、输出电感线圈和输出电容。如果将以上部件集合在一起，我们就说它构成了一个完整的“一相供电”。一相供电最大可以提供25A的电流，现在的处理器耗电量都要远远大于这个值(表1)，所以只有一相供电是远远不够的。因此在主板设计时，往往需要在PMW控制器上再增加一组或两组输出电感线圈、输出电容，这就构成了两相/三相供电。采用几相供电也不是随意的，要看主板的定位和所支持的CPU类型，比方说要支持04A版的LGA 775处理器(电流68A)，三相供电就足够了；但是如果要支持04B版LGA 775处理器(电流 101A)，那就需要用到四相供电(参见表2)。

　　Q5．现在有很多发烧友用户都在追求一种极致，比方说八相供电，甚至更多，我有个问题想请教一下工程师，是不是“相数”越多就一定越好呢？

　　工程师：这个问题并不绝对，刚才已经说过，几相供电要取决于主板的定位和所支持的处理器类型。与所支持的CPU匹配，那是最好，因为供电电路本身也有功耗，并不见得相数越多，就一定越好。例如你给八相供电的主板安装了一颗04A版的处理器，那就相当于给大马拉小车，浪费了资源。不过在多相供电中，相数的增加会降低每一相供电回路所分摊的负载，对于稳定性来说还是有一定帮助的。

图4 主板上的供电回路，大家在分辨“相数”的时候，只要数一下输出电感线圈的数量就知道了，记住那个输入电感线圈是不能计算在内的