深度剖析RT3624PE：IMVP9.1 CPU核心电源的同步降压控制器

在当今的电子设备中，电源管理是至关重要的一环。对于Intel IMVP9.1标准的CPU核心电源供应，Richtek的RT3624PE同步降压控制器无疑是一个值得关注的解决方案。本文将深入剖析RT3624PE的特点、应用、工作原理以及相关设计要点，为电子工程师们提供全面的参考。

文件下载：RT3624PE_DS-00.pdf

一、RT3624PE概述

RT3624PE是一款支持双输出轨的同步降压控制器，完全满足Intel IMVP9.1要求。它采用了Richtek专有的G - NAVP™（Green Native AVP）拓扑，基于误差放大器的有限直流增益和电流模式控制，能够轻松设置下垂率，满足所有Intel CPU的AVP（Adaptive Voltage Positioning）要求。同时，该控制器集成了高精度ADC，用于平台和功能设置，如ICCMAX、开关频率、DVID快速压摆率和DVID补偿等。此外，它还提供VR Ready和热指示灯，并具备完善的故障保护功能，包括过压（OV）、欠压（UV）、过流（OC）和欠压锁定（UVLO）。其推荐的结温范围为 - 40°C至125°C。

二、应用领域

1. IMVP9.1 Intel CORE/AXG电源供应：为Intel的相关CPU提供稳定的电源支持。
2. 台式机和笔记本电脑：满足这类设备对CPU核心电源的需求。
3. AVP降压转换器：在需要自适应电压定位的应用中发挥作用。

三、产品特点

1. 符合标准：完全符合Intel IMVP9.1标准。
2. 可配置相数：支持4/3/2/1相（CORE VR） + 2/1相（AXG VR）PWM控制。
3. 高精度DAC：具有0.5%的DAC精度。
4. 差分远程电压感测：有效消除PCB板迹、CPU内部电源路径和插座触点上的电压降影响。
5. 内置ADC：用于平台编程和报告。
6. 精确的电流平衡：确保各相电流均衡。
7. 轻载二极管仿真模式：在轻载条件下提高效率。
8. VR Ready指示灯：方便用户了解VR状态。
9. 保护功能：具备OVP、OCP和UVP保护，并带有标志。
10. 开关频率设置：可根据需求灵活调整。
11. DVID增强：提升动态VID性能。
12. 声学噪声抑制：减少MLCC产生的声学噪声。
13. 零负载线：输出电压仅由VID决定，不受负载电流影响。
14. 导轨禁用功能：可根据需要禁用特定导轨。
15. 支持相位倍增器：可选支持RT9637，使CORE导轨最多实现6相操作。
16. 支持SPS应用：适用于智能功率级应用。
17. 焊接良好检测：方便检测焊接质量。
18. 小封装：采用52引脚WQFN封装，节省空间。

四、引脚配置与功能

RT3624PE采用WQFN - 52L 6x6封装，各引脚具有特定的功能。例如，ISEN[1:4]P和ISEN[1:4]N用于CORE轨VR的电流感测放大器输入；FB用于CORE轨VR输出电压反馈；COMP用于CORE轨VR补偿；VSEN用于CORE轨VR电压感测输入等。详细的引脚功能可参考数据表中的引脚描述表格。

五、工作原理

1. G - NAVP™控制模式

RT3624PE采用的G - NAVP™拓扑基于电流模式恒定导通时间控制，结合误差放大器的有限直流增益和直流偏移消除。当感测到的电流信号达到感测到的电压信号时，控制器生成PWM脉冲以实现环路调制。通过这种方式，可以实现轻松的负载线设计，提供高直流精度和快速的瞬态响应。

2. 其他功能模块

• SVID接口/控制逻辑/配置寄存器：SVID接口用于与CPU进行信号收发，控制逻辑执行命令并发送相关信号以控制VR，配置寄存器包含功能设置寄存器和CPU所需的寄存器。
• IMON滤波器：用于对电流信号进行模拟低通滤波，输出IMONAVG到ADC的MUX进行电流报告。
• MUX和ADC：MUX支持多个输入，ADC将这些模拟信号转换为数字代码，用于报告或功能设置。
• UVLO：检测VCC电压，当VCC超过阈值时，控制器发出POR = high并等待VRON信号，两者都准备好后，控制器启用。
• 环路控制/保护逻辑：控制电源的开启/关闭顺序、保护功能、电源状态转换和PWM序列。
• DAC：根据控制逻辑发送的VID代码生成参考VID电压，并根据setVID命令动态改变VID电压。
• ERROR AMP：对输出电压和VID之间的差值进行反相和放大，输出信号COMP用于PWM触发。
• PER CSGM：感测每相电感电流，输出用于环路响应、电流平衡、零电流检测、电流报告和过流保护。
• SUM CSGM：感测总电感电流，输出用于PWM触发，并可通过PIN - SETTING设置输出电流比。
• RAMP：有助于环路稳定性和瞬态响应。
• PWM CMP：将COMP信号与基于RAMP的总电流信号进行比较，触发PWM。
• 偏移消除：基于VID、COMP电压和SUM CSGM的电流信号，精确控制输出电压。
• 电流平衡：比较每相电流感测信号与平均感测电流，调整各相PWM宽度以优化电流和热平衡。
• 零电流检测：检测每相电流是否过零，用于DEM节能和过冲减少。
• OCP：具有总和OCP和OC限制两种过流保护机制。
• OVP：过压保护阈值与VID相关，根据不同的VID条件有不同的保护动作。
• UVP：当输出电压低于VID - 650mV且经过3μs滤波时间时，触发UVP，所有PWM处于三态以关闭高端功率MOSFET。

六、应用信息

1. 上电顺序

为确保电源供应充足，当VCC电压低于4.2V（最大）时，VR触发UVLO保护，关闭控制器并强制高端和低端MOSFET关闭。当VCC > 4.45V（最大）时，RT3624PE发出POR = high并等待VRON信号。POR为高且VRON > 0.7V后，控制器上电并开始VR内部设置，包括内部电路偏移校正和功能设置。建议VRON在SPS VDD POR之后准备好，驱动电源（VDD）在VCC之后准备好，以防止电流通过PWMx引脚或DRVEN引脚回流到VCC。

2. 最大有效相数设置

有效相数由ISENxN电压决定，检测仅在芯片使能上升沿（VRON = H且VCC > 4.45V）时有效并锁存。当ISENxN电压 > (VCC - 0.5V)时，最大有效相数为(x - 1)。例如，将ISEN4N拉至VCC可设置为3相操作。

3. 导轨禁用

通过将ISEN1N拉至VCC可禁用CORE导轨，将ISENA1N拉至VCC可禁用AXG导轨，将PSYS引脚拉至(VCC - 0.5V)可禁用输入电源域导轨。

4. 声学噪声抑制

RT3624PE支持声学噪声抑制功能，通过将ANS引脚拉至VCC来启用。在输出电压过渡时，尤其是在动态VID期间，可减少MLCC因压电效应产生的声学噪声。

5. PIN - SETTING机制

RT3624PE通过SETx和TSEN引脚提供多个参数用于平台设置和BOM优化。采用两步PIN - SETTING机制，通过Divider - Register和IXR - Register设置特定功能。用户可根据所需的功能设置组合查找相应的Vdivider或VIXR，然后计算SETx外部电阻。Richtek提供基于Microsoft Excel的设计工具来计算所需的PIN - SETTING电阻。

6. 热监测和指示

RT3624PE支持智能功率级（SPS）的专用温度监测。VTSEN电压以8mV/°C + 0.6V的比例表示温度信息。当TSEN引脚电压高于1.4V时，VR_HOT被拉低以指示过热。热寄存器数据每75μs更新一次，平均间隔为600μs。

7. 系统输入功率监测（PSYS）

该功能用于监测总平台系统功率，并通过SVID接口向CPU报告。PSYS仪表测量系统输入电流并输出成比例的电流信号IPSYS。

8. 系统输入电压监测（VSYS）

RT3624PE提供可选的VSYS功能，用于监测系统输入电压。阈值可通过SVID接口设置，FFh数字化代码表示24V输入电压。如果输入电压低于临界阈值，控制器会断言VR_HOT。

9. 零负载线

RT3624PE支持启用零负载线功能。启用后，输出电压仅由VID决定，不受负载电流影响。采用AC - droop有效抑制负载瞬态回环和控制过冲。

10. 每相电流感测

采用SPS电流感测方法获取每相电流信号，通过1.3V缓冲VREF_SPS引脚为电流感测信号提供偏置。电流感测输入的差分电压范围为 - 10mV至80mV。

11. 总电流感测/ICCMAX设置/电流监测

所有相的电流信号汇集到IMON引脚，并通过RIMON,EQ转换为电压信号VIMON。VIMON - VREF与输出电流成比例，用于输出电流报告、负载线环路控制和总和过流保护。

12. 负载线设置（RLL）

输出电压负载线用于节能和减少输出电容。RLL可以通过Ai和REA2进行编程，Ai可通过PIN - SETTING的Ai[1:0]进行选择。

13. 动态VID（DVID）补偿

在DVID过渡期间，RT3624PE提供DVID补偿功能，通过内部电流IDVIDLIFT从FB引脚内部吸收电流来生成DVID补偿。补偿幅度可通过R{EA1}进行调整。

14. 补偿器设计

RT3624PE的补偿器可采用简单的I型补偿器（一个极点，一个零点）来优化控制环路性能，根据负载瞬态回环水平进行调整。

15. 差分远程感测设置

VR提供差分远程感测输入，以消除PCB板迹、CPU内部电源路径和插座触点上的电压降影响。

16. 开关频率设置

RT3624PE的G - NAVP™拓扑采用电流模式恒定导通时间控制，通过设置kTON参数来设计TON宽度，从而实现恒定开关频率操作。

17. ACLL性能增强

通过在负载边缘施加正偏移来改善下冲。控制器检测COMP信号并与稳态进行比较，当VCOMP变化超过阈值时，向输出电压添加额外的正偏移。

18. 过流保护（OCP）

RT3624PE具有总和OCP机制，阈值根据不同的电源状态和ICCMAX设置。当电感电流超过总和OCP阈值持续40μs时，控制器将取消断言VR_READY并将PWM锁存为三态。

19. 过压保护（OVP）

OVP阈值与VID相关，根据不同的VID条件有不同的保护动作。当OVP触发时，控制器取消断言VR_READY并强制所有PWM为低电平。

20. 欠压保护

当输出电压低于VID - 650mV且经过3μs滤波时间时，触发UVP，所有PWM处于三态以关闭高端和低端功率MOSFET。

21. 热考虑

为避免设备永久损坏，结温不应超过绝对最大结温TJ(MAX)。最大允许功率耗散取决于IC封装的热阻、PCB布局、周围气流速率以及结温和环境温度之间的差异。

七、封装与包装信息

RT3624PE采用52引脚WQFN - 52L 6x6封装，详细的外形尺寸和引脚配置可参考数据表中的相关信息。包装方面，采用带盘包装，具体的带盘数据和包装步骤可在数据表中找到。同时，包装材料具有抗ESD性能，表面电阻在10^4至10^11Ω/cm²之间。

八、总结

RT3624PE作为一款满足Intel IMVP9.1标准的同步降压控制器，具有丰富的功能和出色的性能。在设计过程中，电子工程师们需要根据具体的应用需求，合理配置各参数，确保电源系统的稳定性和可靠性。同时，要注意热管理和保护功能的设置，以延长设备的使用寿命。希望本文对大家在使用RT3624PE进行电源设计时有所帮助。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。