MPS智能斜坡技术——电压变化引起的可听噪声解决方案

日期:2017-12-26

 
作者:Jeff Jull,技术营销经理,Monolithic Power Systems
 
稳压器(VR)系统中的可听噪声一直是一个问题。在PC行业,这个问题变得更加明显,因为CPU要通过VR引起的噪声产生显著的重复电压变化。这些电压变化,以及陶瓷电容器和主板的物理特性,为PC制造商制造了一个可听噪声问题,到目前为止还没有好的解决方案。MPS通过引入MPS智能斜坡技术解决了电压变化引起的可听噪声问题。
陶瓷电容器由于其成本低、体积小,广泛应用于VR输入、输出级解耦。陶瓷电容器的压电特性导致电压变化时元件内部的运动。利用一个方向上的电压变化,电容器单方向弯曲,然后相反方向弯曲,这时电压的变化是相反的。当在可听频率范围内电压变化反复时,这些陶瓷电容器跟着重复弯曲。然而,这个量还不足以制造噪音。弯曲的电容器就像扬声器系统中的音圈一样。声音线圈移动圆锥体,而圆锥体实际上在创造声音。
在我们的扬声器中,主板是圆锥体。主板由几个点固定在外壳内部,但通常有足够的未固定板区来弯曲。当足够多的陶瓷电容器一起弯曲时,它们可以很容易垂直弯曲外壳内的主板,从而产生可听见的噪音。
在VR中创建可听噪声所需的最后因素是重复电压变化。多年来,CPU管理自身的性能、频率、散热和功耗动态。这种管理的一个重要部分是通过调整CPU的输入电压。在需要高性能时,电压增加。当不需要高性能时,电压降低,以减少CPU内部的漏电流,从而节省电力。这些电压变化是MPS解决PC机中的可听噪声的区域。
图1显示了来自CPU的电压识别实例(VID)和来自VR的电压响应变化。更高性能需要更高的电压,然后降低电压,以减少泄漏电流。
 

图1:来自CPU的VID改变和VR Vout电压响应
 
MPS智能斜坡降噪技术如图2所示。如果来自CPU的VID低于目前的VID和大于一个寄存器X定义值的阶跃电压时,那么寄存器Y定义的一段时间电压斜坡开始延迟。图2显示了短延迟的例子,这可能足以改变影响主板的弯曲。CPU的操作和来自CPU的命令没有改变。
 

图2:MPS智能斜坡声降噪技术
 
另一个实施的MPS解决方案是延长斜坡的延迟时间,直到收到下一个VID命令达到一个更高电平。当重复的电压变化完全消除后,就不再有可听噪声了(见图3)。

图3:去除的电压引起的可听噪声
 
然而,改变电压也有一个电力成本,应减去漏电功耗的增加,了解到全功率的影响。当VID降低时,由系统通过强制充电至地,这项费用将被浪费。然后,当VID再次增加,重新充电输出需要额外的电源。在某些系统中,放电和充电输出的电力成本可能超过使用MPS智能斜坡噪声降噪解决方案时所看到的泄漏功率。
此外,在噪声导致的事件期间,只是短时间的低电压。一旦重复电压变化停止,在MPS智能斜坡设置电压为更低VID,以节省预期长时间CPU省电状态的漏电流之前,还有最后一个延迟。
MPS智能斜坡技术的配置意味着客户可以保守或激进选择他们的愿望。在一个模型中,客户可能会等到噪声问题被发现,然后再通过BIOS更改重新编程MPS VR控制器来激活和配置特性,以解决其特定的噪声问题。另一个方法是主动配置VID控制器,除了最小的VID更改之外,还有一个长时间延迟设置。这将消除VR引起的所有电压变化引起的噪声,但显然有可能产生更大的功率影响。
 
结论
电压电平改变处理器输入功率是一个必要的节电功能,将有可能被用于许多下一代PC。当这些改变在PC机中产生可听见噪音时,制造商有少量和昂贵的选择使他们的平台在市场上推出。MPS智能斜坡降噪技术为PC制造商提供了一个容易实现的有效选择。
 
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