有效解决电压变化所致的可闻噪声的Smart-Ramp技术

品慧电子讯长久以来，可闻噪声一直是稳压器（VR）系统中的一个痛点。在PC行业中这个问题尤为明显，因为CPU中存在显著而重复的电压变化，通过稳压器会引起噪声。这些电压变化以及陶瓷电容器和主板的物理特性，给PC制造商带来麻烦的噪声问题，而且到目前为止并没有好的解决方案。MPS通过其专有的Smart-Ramp技术解决了由电压变化引起的可闻噪声问题。

陶瓷电容器因其低成本和小尺寸而常用于实现稳压器输入和输出级的去耦。当电压变化时，陶瓷电容器的压电特性会导致组件产生内部运动。当电压向一个方向变化时，电容器在一侧发生弯曲；当电压反向变化时则在相反方向上发生弯曲。当电压在音频频率范围内反复变化时，这些陶瓷电容器也会反复弯曲，产生振动。但是，仅此一项还不足以产生噪声。弯曲电容器的作用类似于扬声器系统中的音圈。音圈会移动锥体，而锥体才是真正发声的器件。

而主板就好比扬声器中的锥体。尽管主板通过几个点固定在外壳内部，但仍有足够的非固定区域可能产生弯曲。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部使主板垂直弯曲振动，从而产生可闻噪声。

在稳压器中产生可闻噪声的源头是不断变化的电压。多年以来，CPU自己动态管理其性能、频率、散热和功耗。这种管理工作的很大一部分就是调整CPU的输入电压。性能需求越高，电压也越高；性能要求不高时，就可以降低电压以减少CPU内部的漏电流，从而节省功率。这些变化的电压就是MPS解决PC可闻噪声的目标。

图1显示了CPU的电压识别（VID）变化和稳压器的电压响应示例。高电压可以获得高性能，而降低电压则可以减小漏电流。

图1：CPU的VID变化和VR Vout电压响应

MPS Smart-Ramp可闻噪声降噪技术如图2所示。如果CPU的新VID低于当前VID，而且电压阶跃大于寄存器X中定义的值，则电压开始下降的时间延迟寄存器Y中定义的持续时间。图2显示了一个短暂的延迟，该延迟可能已经足以干扰主板的弯曲振动，从而降低可闻噪声。CPU的操作和来自CPU的命令均保持不变。

图2：MPS Smart-Ramp可闻噪声降噪技术

MPS解决方案的另一种实现方式是延长电压下降的延时持续时间，直至收到下一个升到高电平的VID命令为止。当重复的电压变化被完全消除，可闻噪声也就不存在了（参见图3）。

图3：电压引起的可闻噪声消除方法

如前所述，降低CPU电压的好处是减少了漏电流，因此MPS Smart-Ramp解决方案会对节能特性产生影响，不过影响很小。CPU在较低功耗的C态（功耗模式）下运行可节省更多功耗，MPS Smart-Ramp技术不会干扰CPU进入其节能C态的能力。唯一的功率影响是，电压输出本该跟随每个VID命令且没有延时，在电压本该低的短时间内，CPU漏电流增加了。

然而，改变电压也会导致功率成本，因此需要从增加的漏电功率中减去该成本以了解完整的功率影响。当VID减小时，系统会通过强制接地丢弃（浪费）电荷。然后，当VID再次增加时，又需要额外的功率来对输出重新充电。在某些系统中，对输出进行放电和重新充电的功率成本可能会超过使用MPS Smart-Ramp降噪解决方案时看到的漏电功率。

此外，在引起噪声的事件中，只有较低电压下的短时间内才有较高的漏电流。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之前有最后一个延迟，可以在计划的长时间CPU节能状态下节省该漏电流。

MPS Smart-Ramp技术具有可配置性，客户可以根据自己的需求选择保守或激进的方法。一种方式是等到发现噪声问题以后，再通过修改BIOS对MPS VR控制器进行重新编程，以激活并配置该功能来解决特定的噪声问题。 另一种方法则是主动配置VR控制器，为所有（但最少）的VID改变都加上较长的延时设置。这将消除VR中所有电压变化引起的噪声，但也显然会带来更大的功率影响。

结论

改变处理器输入电源的电压电平是一项必要的节能功能，很可能会在未来的许多PC机中使用。当这些变化导致PC中的可闻噪声时，制造商几乎没有选择或代价昂贵才能使他们的平台适用于市场。MPS的Smart-Ramp可闻噪声降噪技术为PC制造商提供了易于实施的有效方案。

来源：MPS，作者：Jeff Jull

免责声明：本文为转载文章，转载此文目的在于传递更多信息，版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请联系小编进行处理。

推荐阅读：

可穿戴应用中的线性充电器

计算机声卡双通道录音的频率特性

高性能集成式动力总成解决方案：电动汽车普及的关键

采用RTD的高EMC性能精密温度测量解决方案

功率半导体的进步实现3级直流快速充电，解决电动汽车的里程焦虑