电压变化引起的可听噪声的解决方案

电压调节器 (VR) 系统中的可听噪声长期以来一直是一个问题。在 PC 行业，这个问题变得更加明显，因为 CPU 开始负责显着且重复的电压变化，从而通过 VR 引起噪声。这些电压变化，以及陶瓷电容器和主板的物理特性，给 PC 制造商带来了可听噪声问题，目前还没有好的解决方案。

陶瓷电容器通常用于 VR 输入和输出级的去耦，因为它们成本低且尺寸小。当感应电压变化时，陶瓷电容器的压电特性会导致元件内部发生运动。当电压向一个方向变化时，电容器向一个方向弯曲，然后当电压变化相反时向相反方向弯曲。当电压在可听频率范围内重复变化时，这些陶瓷电容器会重复弯曲。然而，仅此一点还不足以产生噪音。柔性电容器的作用类似于扬声器系统中的音圈。音圈移动锥体，而锥体实际上产生了声音。

在我们的扬声器类比中，主板是锥体。主板通过几个点固定在外壳内，但通常有足够的未固定板区域可以弯曲。当足够多的陶瓷电容器一起弯曲时，它们可以很容易地在外壳内垂直弯曲主板，足以产生可听噪声。

在 VR 中产生可听噪声所需的最后一个组件是重复的电压变化。多年来，CPU 一直在动态管理自己的性能、频率、热量和功耗。这种管理的一个重要部分是通过调整 CPU 的输入电压。在高性能需求中，电压会增加。当不需要高性能时，降低电压以减少 CPU 内的漏电流，从而节省电力。这些电压变化旨在解决 PC 中的可听噪声。

图 1显示了来自 CPU 的电压识别 (VID) 变化和来自 VR 的电压响应的示例。更高的电压需要更高的性能，然后降低电压以减少泄漏电流。

图 1：CPU 的 VID 变化和 VR Vout 电压响应 2

MPS Smart-Ramp 可听降噪技术如图 2所示。如果来自 CPU 的新 VID 低于当前 VID 且电压阶跃大于寄存器 X 中定义的值，则电压斜坡下降的开始将延迟寄存器 Y 中定义的持续时间。图 2 显示一个短暂延迟的例子，它可能足以破坏主板的弯曲，从而减少可闻噪音。CPU 的操作和来自 CPU 的命令不变。

图 2：MPS 智能斜坡可听降噪技术

MPS 解决方案的另一种实施方式是延长斜坡下降的延迟持续时间，直到接收到下一个更高级别的 VID 命令。当重复的电压变化完全消除后，不再有可听噪声（参见图 3）。

图 3：消除了电压引起的可听噪声

如前所述，降低 CPU 电压的好处是减少了泄漏电流，因此 Smart-Ramp 解决方案对节能功能的影响很小。CPU 在较低 C 状态下运行时可以节省更多功率。Smart-Ramp 技术不会干扰 CPU 进入自己的节能 C 状态的能力。唯一的功耗影响是，如果电压输出没有延迟地遵循每个 VID 命令，那么在电压本来会很低的短时间内，流入 CPU 的泄漏电流会增加。  

然而，改变电压也有电力成本，需要从增加的泄漏功率中减去，以了解全功率影响。当 VID 降低时，系统会通过强制将电荷接地来丢弃（浪费）电荷。然后，当 VID 再次增加时，需要额外的电源来为输出重新充电。在某些系统中，输出放电和再充电的功率成本可能超过使用 MPS Smart-Ramp 可听降噪解决方案时看到的泄漏功率。

此外，在引起噪声的事件期间，只有在较低电压下的短时间内，泄漏电流较高。一旦重复的电压变化停止，在 MPS Smart-Ramp 技术将电压设置为较低的 VID 之前会有最后一个延迟，以在预期的长时间 CPU 省电状态期间节省泄漏电流。

MPS Smart-Ramp 技术的可配置性意味着客户可以根据自己的意愿选择保守或激进。在一个模型中，客户可能会等到发现噪音问题，然后通过 BIOS 更改重新编程 MPS VR 控制器，以激活和配置该功能以解决他们特定的噪音问题。另一种方法是主动配置 VR 控制器，除了最小的 VID 变化外，再加上长延迟设置。这将消除 VR 中所有由电压变化引起的噪声，但显然会带来更大的功率影响。

结论

处理器输入功率的电压电平变化是一项必要的省电功能，可能会在未来的许多代 PC 中使用。当这些变化导致 PC 中出现可听噪音时，制造商几乎没有什么昂贵的选择来使他们的平台在市场上可行。Smart-Ramp 可听降噪技术为 PC 制造商提供了一种易于实施的有效选择。

审核编辑：汤梓红