随着时光的流逝，一转眼K7自1999年上市至今已近三年，而K7 CPU的速度似乎已到极限。 AMD有鉴于此，计画推出新一代的CPU─K8（Hammer），主机板市场及读者正引颈期盼一睹K8的功能及速度。

在一窥K8的卓越性能之前，笔者想借此篇文章介绍一下K8的Vcore电源规范、相关电源需求及解决之道，(图一)所列为K8所需的各种电源，(表一)更进一步列出市面上的解决方案。

K8 Vcor​​e的规范（specification）与K7的规范（specification）作比较，K8的规范显得困难许多，(图二)是K8的规格（spec.）。在暂态响应方面，K8显然比K7严格甚多，且加入VID on the fly 的功能。总而言之，K8 Vcor​​e 设计上新的挑战有三项：

就K8三项新挑战分析如下，希望能提供读者设计K8时的参考。

一、严苛的暂态响应要求：

K7 CPU 的暂态响应规范为+150mV /-100m V，而K8 仅＋/－50 mV，显然K8的暂态响应困难得多。 (图三)是Vcore暂态电压的分析，为求易于分析，先忽略输出电容的等效电感（ESL）造成的暂态电压下降，仅就输出电容的等效电阻（ESR）作分析。简略言之，Vcore的暂态电压（△Vt）为暂态电流（△I）乘以输出电容等效电阻（ESR）：

《公式一》

若未使用精密Droop时，需要输出电容的等效串联电阻（ESR）＝50 mV÷30A/uS，ESR＝1.667mΩ，以1500uF/6.3V的低ESR电容为例，其ESR约为14mΩ 。换言之，为达K8的暂态响应要求，需约10个1500 uF/6.3V的输出电容。而主机板的功能要求越来越强，面积也要求越来越小，如此看来使用10个大电容来解决此问题，似乎不是明智的抉择。由(公式二)得知，可利用精准的Droop功能，在重载时使Vcore电压接近规格的最下限，如此一来，可使△V＝50mV 增加为△V＝50＋A(公式二)，而A的范围为0-50mV，若完全不作Droop，则A＝0，故需很多的输出电容。

若将Vcore 电压Droop到下限，则A＝50mV，但一般控制器都有或大或小的误差，为求量产时全部符合规范，一般精准的控制器可设A＝40mV，预留10 mV作为误差范围，如此可保证在任何情况及量产时Vcore电压都在规格内。由式(一)、(二)得知：

V＝50＋40＝90mV，ESR＝△V/I△t＝90÷30 A/uS＝3mΩ，故使用精准的控制器约仅需4个1500 uF/6.3V的输出电容，就主机板有限的面积及成本而言，选用精准电流型控制器（Current Mode），是一个很重要的观念。

另一方面设计者需考虑控制器对Droop电压的精度，如(图四)所示，Droop电压越接近Vcore规格的下限，则Droop量（A）越大，但如果控制器Droop的精度不够，在某些条件下，将使输出电压低于规格的下限，(图四)所述是用Rds-on为电流信号源的控制器，其精度受温度的影响甚大，当温度上升使Rds-on上升，控制器收到的电流讯号上升，而使Droop量增加，Vcore必然低于规范的下限（A＞50Mv）。如此一来设计者为确保任何情况下Vcore都能符合K8的规范，只好减少Drooping量（A），假设Drooping量（A）＝20mV代入公式(一)，ESR＝70mV/30uA＝2.3mΩ，则约须6个1500uF低ESR的输出电容，显然较精确控制器能省下约40﹪的输出电容，由此可知K8 Vcor​​e必需使用电流型（Current mode）精准的控制器。

(图五)所示为一市面上先进的输入电流型控制器（Input current mode controller），可精确掌握Icore电流而得到非常精准Droop电压，无论温度变化、Rds-on变化都不会产生误差，所以设计时可将〝A〞设到最大值，当A为最大值时，输出电容最少。换言之，此一精准控制器（Input current mode controller）可得到最佳的暂态响应，当然此控制器，在其他功能上也针对K8的应用作适当的更改，如过电流保护（OCP）、VID -ON-The-Fly等，本控制器的设计完全符合K8的要求，细节部份将详述在其他的设计挑战中。

二、VID on the fly﹕

VID-on-the-fly字面上的意义即5bits的VID信号作〝活线〞转换，例如从1.55V直接转到1.3V，或从1.3V直接转到1.55V的功能，此功能在Vcore的设计上将产生三个问题；读者于设计K8时不得不甚加考虑：

1.低压跳高压而产生过电流保护疑虑：

当VID由1.3V瞬间转为1.55V时，读者可以想像Vcore电压由1.3瞬间欲升为1.55 V，其输出电容需瞬间充电，△V＝250mV，Q＝△V‧Co＝I‧T，需充电电流(I)＝△V‧C/t，假设输出电容为15000uF，如果on-the-fly功能在50 uS内完成，则充电电流(I)＝0.25V‧15000uF/40Us＝93A，如果转换的时间更短，则过流的问题将因应而生，其解决之道有二：一是加入软性VID转换功能（soft- VID-on- the- fly） ，如(图五)所示之Css，如此一来，可利用调整Css的大小而改变转换时间，以T＝100uS为例，I＝△V． C/ t＝0.25V‧15000uF/100uS＝37.5A，过电流保护的问题可得到适当的解决。

另一方面控制器（controller）也必需使用先进的过电流保护方式（Smart OCP），如(图六)所示，如果因VID-on-the-fly产生的短时间过电流，控制器（controller ）进入限流阶段（cycle by cycle peak current limit），如此一来，控制器使Vcore略微下降而不至于使电脑系统关机。但如果Vcore输出真正短路，则控制器侦测到Vcore电压低于VID的70﹪，则关闭电源作电流保护。 (图六)介绍的先进过电流保护方式是对VID-on-the-fly功能作更进一层的保护。

2.VID由1.55V转1.3V时Vcore的电流回流问题（Vcore current sink）：

一般的K8 Vcor​​e stage都使用推动器（MOSFET driver）来推动上／下桥MOSFET的推动器（driver），为求上／下桥错开时间（dead time）的最佳化，通常使用自动错开时间控制（Adaptive dead time control），其原理系侦测上／下桥中点（phase note），当中点下降至1V以下，表示上桥（Top side）已关闭，此时推动器(driver)才能导通下桥，以达到错开时间（dead time）的最佳化，但在K8的应用，AMD希望VID由1.55V转为1.3V的转换，能在100uS以内完成，Q＝V‧C＝I‧T，I＝0.25‧15000uF/100＝37.5A，如果CPU的电流消耗未达37.5A时，Vcore的控制器将道通下桥（Low side MOSFET），使输出电容上的电流经输出电感往输入端回流，而使Vcore在100uS内到达1.3V。

但是如果使用自动错开时间控制（Adaptive dead time control），虽然控制器要将下桥（Low side MOSFET）道通，但此时上／下桥中点（Phase note）无法低于1V，受限于自动错开时间控制器（Adaptive dead time control），无法导通下桥回流输出电容上的电流。输出电容上的电流仅能靠CPU的漏电来下降输出电压，如此将很难控制VID转换时间在100uS以内。所以K8 Vcor​​e driver必须使用固定错开时间控制（dead time）的推动器（driver）。(图七)说明固定错开时间控制（fixed dead time）的推动器（driver）与自动错开时间推动器（Adaptive dead time driver）的差异。 (图七)中，左图使用固定错开时间的推动器，输出电容正常放电，而右图使用自动错开时间控制，输出电容放电过程中，产生“Loss Regulation”及“Small sink current”等问题。

3.VID由1.55V转1.3V所产生成的过压保护（OVP）疑虑：

当VID由1.55V瞬变为1.3 V时，Vcore的电压无法马上降为1.3 V，一般控制器设定输出电压高于VID值的10﹪将启动过电压保护（OVP）而关闭电源。而图五的控制器以利用Css，解决过压保护的疑虑。

三、42A sustain current与温升：

如何使用最便宜MOSFET来设计温升符合K8温度规范呢？有赖高效率的推动器（driver），选择Driver约略有四大重点，作为选择Driver的依据，四大重点分述如下：

K8 Vcor​​e设计者，只要能注意这三大挑战，作最有利的选择，必能设计出成本最低，面积最小且符合AMD规范的主机板。

（作者任职于美商升特公司）

《图一 K8所需电源》

《表一 K8电源管理解决方案列表》

《图二 K8规格图》

《图三 Vcore瞬时电压分析》

《图四 Droop电压精度 》

《图五 输入电流型控制器（Input current mode controller） 》

《图六 过电流保护方式 》

《图七 固定错开与自动错开时间控制推动器的差异》