1、动态电压频率调整DVFS SOC芯片的核电压、GPU电压、NPU电压、GPU电压等,都会根据性能和实际应用场景来进行电压和频率的调整。 即动态电压频率调整DVFS(Dynamic Voltage and Frequency scaling),优化性能和功耗。
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比如某SOC在频率1.896GHz时,采用的核电压是1.009V; 在1GHz时,采用的核电压是0.789V。 0 p. T R. [2 _% f5 J+ ]
2、为什么SOC的频率越高,电压要越高尼? 因为SOC内部的FET(场效应晶体管,Field-Effect Transistor)充放电需要一定时间,也就是门延迟时间。 ; j( k8 O! Q+ u6 J( _+ O5 X
只有在充放电完成后,采样信号才能保证信号的完整性。即门延迟时间太长的话,会影响信号翻转,采样的数据就会异常,抬高电压可以缩短门延迟时间。 : { K1 w+ [ {7 x, y) T0 G
根据公式Q=I*t=C *U,门延迟时间和电压是负相关的,即电压高,则充放电时间就短。
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3、PWM如何调节DCDC输出电压 3.1 PWM调节DCDC电压电路框图 PWM调节DCDC电压的电路框图如下图所示。Vcore电压是CPU的核电压,CPU通过PWM module输出相应占空比的PWM信号来调整Vcore电压,及CPU自身的工作频率。
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3.2 DCDC FB error amplifier误差放大器 误差放大器通过比较参考电压(设定值)和反馈电压(实际输出电压的一小部分),并放大它们之间的差异,来控制DC-DC转换器的功率开关,从而达到调节输出电压的目的。 其分析思路就是运放的“虚短”和”虚断“,Vfb电压等于Vref电压,流入EA误差放大器的电流为零。 $ I* m1 e. J4 ~3 I; |# J
3.3 PWM调节DCDC电压参数计算 参数计算的方法,就是采用基尔霍夫定律,及运放的”虚短“和”虚断“原理。
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3.3.1 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律是电路分析中的两个基本的定律:基尔霍夫电流定律(KCL);基尔霍夫电压定律(KVL)。
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3.3.2 参数计算方式1 假设PWM调节DCDC电压电路如下图所示,R1为DCDC FB的上电阻(即是反馈电阻),R2为DCDC FB的下电阻。 R3和R4是链路上的调节电阻,R5和C1是RC整流成直流电压的作用。 参数计算计算方式1,假设电流i1的流向:R3->R4->R5-Vpwm。(即R5和C1的整流直流电压比Vref小) i2=i1+i3 i1=(Vref-Vpwm)/(R3+R4+R5) i2=(Vout-Vref)/R1 i3=Vref/R2 Vout=Vref+i2*R1 Vout=Vref+(i1+i3)*R1 Vout=Vref+【(Vref-Vpwm)/(R3+R4+R5)+Vref/R2】*R1 Vout=Vref+R1*(Vref-Vpwm)/(R3+R4+R5)+R1*Vref/R2 Vout=(1+R1/R2)*Vref+R1*(Vref-Vpwm)/(R3+R4+R5) 4 N2 M8 n; k! `2 e% H% A5 T8 H# A
3.3.3 参数计算方式2 参数计算计算方式1,假设电流i1的流向:R5->R4->R3->R2。(即R5和C1的整流直流电压比Vref大) i3=i1+i2 i1=(Vpwm-Vref)/(R3+R4+R5) i2=(Vout-Vref)/R1 i3=Vref/R2 Vout=Vref+i2*R1 Vout=Vref+(i3-i1)*R1 Vout=Vref+【Vref/R2-(Vpwm-Vref)/(R3+R4+R5)】*R1 Vout=(1+R1/R2)*Vref-R1*(Vpwm-Vef)/(R3+R4+R5)
+ H. v$ \, _, ~' Z5 u3.3.4 具体计算例子 Vref为DCDC的参考电压,常见的有0.6V,0.8V。(还有0.765V的) Vpwm为PWM信号电压,如高电平3.3V,占空比为50%的PWM波对应的直流电压为1.65V。 R1=24K,R2=27K,R3=180K,R4=18K,R5=2K,C1=0.1uF,Vref=0.6V,Vpwm电压最大值是3.3V。 1、当Vpwm是直流电压0V时,Vout=1.205V; 2、当Vpwm是直流电压3.3V时,Vout=0.809V; 3、当Vpwm是高电平3.3V,频率24MHz,占空比50%时(方波), Vout=(1+24/27)*0.6-24*(1.65-0.6)/(180+18+2)=1.007V。
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3.3.4 PWM信号的RC整流 原理:PWM信号的正周期会对RC滤波电路中的电容充电,而负周期则是电容对外放电。充电的电压是PWM的最大值,放电电压是电容充电时的电压值,即充电电压比放电电压高,则充放电过程中,电压越来越高。这样,电容随着PWM信号的充电和放电,PWM信号转换成直流信号。 RC低通滤波器整流成直流电压时,PWM信号的频率要远大于其截止频率,其截止频率f=1/(2ΠRC),建议RC滤波器的截止频率是PWM信号频率的1%甚至更低。反之,RC时间常数远大于PWM的时钟周期时间。 当PWM信号的频率远大于RC截止频率f时,输出的直流电压可以直接按照PWM信号的占空比来计算。如果PWM信号的占空比为D(即高电平时间与周期时间的比例),且高电平电压为Vhigh,则输出的直流电压Vout可以近似表示为:Vout=D×VhighVout=D×Vhigh ; U: v1 z" w* P* r* M1 X1 C& F: Z8 p5 Z' Y
4、小结 第三点的参数计算方式的Vpwm电压值,应该是在RC后的电压,即R5和C1点上的电压值。由于R5的电阻值,远小于R3和R4阻值,因此计算上影响不大。 , F0 ~- U$ \5 [& {
" B: x6 X2 Z/ a6 J8 N4 l& I[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]——END—— [color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]丛林社会,从来不相信眼泪;再多的抱怨也没有用,不会有人可怜的 [color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]推荐阅读
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