內容簡介

　　本書共8章，從主闆架構到電源設計，從簡單的Buck電路原理到多相電源設計，從電源電路的基本結構到微分結構，結閤電路信號流程和波形以及動態阻抗的分析，由淺入深，一步一步將讀者引嚮係統電源穩定性能設計中。最後重點描述瞭PCB布局設計，從理論到實踐，通過理論指導實踐，理論與實踐相結閤，是一本非常全麵的教科書。

　　本書可作為高校或者職高教材以及剛畢業的大學生就業充電的範本，也可供有工作經驗的電源設計工程師參考。

目錄

第1章 主闆架構基本介紹…………………………………………………………… 1

1.1 主闆的發展曆史…………………………………………………………… 1

1.1.1 AT主闆…………………………………………………………… 1

1.1.2 BabyAT主闆……………………………………………………… 1

1.1.3 ATX主闆…………………………………………………………… 2

1.2 主闆架構…………………………………………………………………… 2

1.2.1 北橋芯片…………………………………………………………… 2

1.2.2 南橋芯片…………………………………………………………… 2

1.2.3 內存插槽…………………………………………………………… 2

1.2.4 PCIE插槽………………………………………………………… 3

1.2.5 主闆總綫…………………………………………………………… 3

1.2.6 CPU 介紹…………………………………………………………… 4

1.3 Intel平颱主闆架構說明…………………………………………………… 5

1.3.1 Intel440主闆架構………………………………………………… 5

1.3.2 VIA MVP4主闆架構……………………………………………… 5

1.3.3 Intel810/815主闆架構…………………………………………… 5

1.3.4 Intel865主闆架構………………………………………………… 6

1.3.5 IntelP4主闆架構………………………………………………… 6

1.3.6 VR12.0單CPU 主闆架構………………………………………… 7

1.3.7 VR12.0雙CPU 主闆架構………………………………………… 7

1.3.8 IntelVR12.5Denlow平颱介紹………………………………… 8

1.4 AMD平颱主闆架構說明………………………………………………… 9

1.4.1 C32CPU 架構……………………………………………………… 9

1.4.2 G34雙CPU 架構………………………………………………… 11

1.5 主闆電源接口……………………………………………………………… 11

1.5.1 AT電源…………………………………………………………… 12

1.5.2 ATX電源:輸齣為20Pin ………………………………………… 12

1.5.3 ATX12電源:輸齣為20Pin+4Pin …………………………… 13

1.5.4 ATX12LN 電源:輸齣為24Pin+4Pin ………………………… 13

第2章 主闆電源設計流程規範及功率預算……………………………………… 15

2.1 VR12.0電氣特性………………………………………………………… 17

2.2 VR12.5電氣特性………………………………………………………… 22

2.2.1 CPU 供電………………………………………………………… 22

2.2.2 RAM 供電………………………………………………………… 23

2.2.3 PCH 供電………………………………………………………… 24

2.2.4 1GB網口供電…………………………………………………… 24

2.2.5 Dual10GbEControllerLan …………………………………… 25

2.2.6 BMC供電………………………………………………………… 25

2.2.7 時鍾芯片供電……………………………………………………… 26

2.2.8 PCIE 插槽供電…………………………………………………… 26

2.2.9 係統散熱風扇供電………………………………………………… 27

2.2.10 SAS硬盤供電…………………………………………………… 27

2.2.11 SATA 硬盤供電………………………………………………… 27

2.2.12 SSD硬盤供電…………………………………………………… 27

2.2.13 CPLD供電……………………………………………………… 27

2.2.14 SASController供電…………………………………………… 28

2.2.15 PHY為BMC供電……………………………………………… 28

2.2.16 TPM Module供電……………………………………………… 28

2.3 VR13電氣特性…………………………………………………………… 29

2.3.1 CPU 供電………………………………………………………… 29

2.3.2 記憶體RAM 供電………………………………………………… 30

2.3.3 PCH 供電………………………………………………………… 31

2.3.4 BMC供電………………………………………………………… 32

2.4 主闆電源設計流程………………………………………………………… 33

2.5 主闆硬件器件功率預算…………………………………………………… 35

2.5.1 CPU 供電電氣規格及功率預算………………………………… 35

2.5.2 MemoryRAM 功率預算………………………………………… 36

2.5.3 硬盤功率預算……………………………………………………… 36

2.5.4 PCH 功耗預算…………………………………………………… 39

2.5.5 BMC功耗預算…………………………………………………… 39

2.5.6 硬盤擴展器/控製器功率預算…………………………………… 39

2.5.7 10G以太網控製器功率預算……………………………………… 39

2.5.8 GBE控製器功率預算…………………………………………… 40

2.6 主闆電源啓動時序………………………………………………………… 40

2.7 主闆電源性價比介紹……………………………………………………… 41

第3章 Buck電路基本理論………………………………………………………… 43

3.1 基本原理…………………………………………………………………… 43

3.2 輸入電感的選擇…………………………………………………………… 46

3.3 輸入電容的選擇…………………………………………………………… 48

3.3.1 主闆電源設計使用的電容………………………………………… 48

3.3.2 電容等效電路的微分結構………………………………………… 51

3.4 開關場效應管的選擇……………………………………………………… 55

3.5 輸齣電感的選擇…………………………………………………………… 62

3.5.1 電感的計算………………………………………………………… 62

3.5.2 選擇評估…………………………………………………………… 63

3.5.3 輸齣電感的材料…………………………………………………… 63

3.5.4 名詞術語…………………………………………………………… 64

3.6 輸齣電容的選擇…………………………………………………………… 64

3.7 RC緩衝網絡參數的選擇………………………………………………… 66

3.8 RCVboot的選擇…………………………………………………………… 70

3.9 多相大功率Buck電路…………………………………………………… 72

第4章 主闆CPU 負載特性………………………………………………………… 74

4.1 主闆CPU 負載特性及阻抗要求………………………………………… 75

4.2 主闆CPU 綫性負載特性………………………………………………… 78

4.3 主闆CPU 動態VID特性………………………………………………… 81

4.4 主闆CPU 測試工具簡介………………………………………………… 82

4.4.1 VR12CPU 測試工具…………………………………………… 83

4.4.2 VR12.5CPU 測試工具………………………………………… 84

4.4.3 第四代IntelCPU 測試工具……………………………………… 86

4.5 主闆CPU 測試要求……………………………………………………… 87

4.6 主闆CPU Memory測試要求…………………………………………… 87

4.7 主闆Buck電路其他測試要求…………………………………………… 88

第5章 主闆Buck電路環路穩定性能分析……………………………………… 89

5.1 環路穩定性能的規格要求………………………………………………… 89

5.2 RC補償參數設計分析…………………………………………………… 90

5.2.1 RC積分電路……………………………………………………… 90

5.2.2 RC微分電路……………………………………………………… 91

5.3 輸入電感、電容對環路的影響…………………………………………… 100

5.4 輸齣電感、電容對環路的影響…………………………………………… 103

5.4.1 輸齣電感對環路穩定性能的影響……………………………… 103

5.4.2 輸齣電容對環路穩定性能的影響……………………………… 105

5.4.3 CPULoadline與DIMM Loadline對環路穩定性能的影響… 105

5.5 補償迴路相位計算……………………………………………………… 108

5.6 Buck電路環路穩定性能特徵…………………………………………… 111

5.7 LDO電路環路穩定性能特徵…………………………………………… 115

5.7.1 LDO零極點的分布……………………………………………… 115

5.7.2 影響LDO環路不穩定的根本原因…………………………… 117

5.8 環路測試原理…………………………………………………………… 118

5.8.1 環路測試儀器Agilent4395A ………………………………… 118

5.8.2 測試原理………………………………………………………… 118

5.8.3 測試方法………………………………………………………… 120

5.8.4 測試任務………………………………………………………… 121

5.9 環路調試………………………………………………………………… 122

5.10 數字PID的調試說明………………………………………………… 124

5.10.1 PID介紹………………………………………………………… 125

5.10.2 PID控製器的調試方法………………………………………… 126

5.10.3 PID實際應用…………………………………………………… 126

5.10.4 PID控製幅頻特性圖…………………………………………… 127

第6章 Buck電路反饋迴路調節原理及動態分析……………………………… 131

6.1 反饋迴路的種類………………………………………………………… 132

6.2 反饋迴路的調節特性與本質…………………………………………… 133

6.2.1 電壓反饋迴路…………………………………………………… 133

6.2.2 電流反饋迴路…………………………………………………… 135

6.3 電壓、電流反饋的測試原理……………………………………………… 140

6.4 反饋迴路對動態響應的影響…………………………………………… 141

6.5 TID Cap2模式環路穩定性能分析…………………………………… 147

6.5.1 控製方式簡介…………………………………………………… 147

6.5.2 參數設定………………………………………………………… 148

6.5.3 Rr、Cr、Cc 的計算………………………………………………… 151

第7章 主闆電源PCB布局的設計要求………………………………………… 155

7.1 主闆PCB布局工具簡介………………………………………………… 155

7.2 LDO電路組件PCB布局要求………………………………………… 157

7.2.1 輸入電容的PCB布局要求……………………………………… 158

7.2.2 輸齣電容的PCB布局要求……………………………………… 160

7.2.3 反饋信號走綫的PCB布局要求………………………………… 161

7.3 Buck電路組件PCB布局要求………………………………………… 162

7.3.1 輸入電感的PCB布局要求……………………………………… 162

7.3.2 輸入電容的PCB布局要求……………………………………… 165

7.3.3 場效應管的PCB布局要求……………………………………… 170

7.3.4 輸齣電感的PCB布局要求……………………………………… 174

7.3.5 輸齣電容的PCB布局要求……………………………………… 176

7.4 信號檢測以及SVID與PMBUS的走綫要求………………………… 181

7.5 PCB電源層設計及切割要求…………………………………………… 184

第8章 主闆電源仿真……………………………………………………………… 185

8.1 SIMPLIS軟件的應用…………………………………………………… 186

8.2 元器件調用及設定……………………………………………………… 187

8.3 原理圖設計說明………………………………………………………… 191

8.4 子電路的定義…………………………………………………………… 205

8.5 主闆Buck電源仿真說明……………………………………………… 211

8.6 主闆電源模型的建立及仿真…………………………………………… 212

附錄A 名詞術語解釋……………………………………………………………… 218

附錄B 版權聲明…………………………………………………………………… 221