MPS Smart-Ramp テクノロジー 電圧変化によって引き起こされる可聴ノイズのソリューション

Jeff Jull

電圧レギュレータ (VR) システムの可聴ノイズは、非常に長い間、課題でした。PC業界では、CPUがVRを介してノイズを誘発する重大で反復的な電圧変化の原因となるにつれて、この問題はより顕著になりました。これらの電圧変化は、セラミックコンデンサとマザーボードの物理的特性とともに、PCメーカーに可聴ノイズの問題を引き起こし、これまで適切なソリューションは得られていません。MPSは、MPS Smart-Rampテクノロジーを導入することにより、電圧変化によって引き起こされる可聴ノイズの問題に対処していました。

セラミックコンデンサは、低コストでサイズが小さいため、一般的にVR入力段と出力段のデカップリングに使用されます。セラミックコンデンサの圧電特性により、電圧変化が誘発されると、部品本体内で動きが生じます。一方向の電圧変化では、コンデンサは一方向に曲がり、電圧変化が逆になると反対方向に曲がります。可聴周波数範囲内で電圧が繰り返し変化すると、これらのセラミックコンデンサは繰り返し屈曲します。ただし、これだけではノイズを発生させるのに十分ではありません。屈曲したコンデンサは、スピーカーシステムのボイスコイルのように機能します。ボイスコイルがコーンを動かし、コーンが実際に音を出します。

マザーボードは、スピーカーの例えではコーンです。マザーボードはシェルの内側にいくつかのポイントで固定されていますが、通常、十分に固定されていないボード領域があり、曲がる可能性があります。十分な数のセラミックコンデンサが同時に曲がった場合、それらは、可聴ノイズを生成するのに十分なほど、シェル内でマザーボードを非常にたやすく垂直に屈曲します。

VRで可聴ノイズを生成するために必要な最後の部品は、繰り返しの電圧変化です。長年にわたり、CPUは独自のパフォーマンス、周波数、熱、および消費電力を動的に管理してきました。この管理の重要な部分は、CPUへの入力電圧の調整によるものです。高性能のニーズでは、電圧が上昇します。高性能である必要がない場合は、電圧を下げてCPU内の漏れ電流を減らし、電力を節約します。これらの電圧変化は、PCの可聴ノイズを解決するためにMPSが対処した領域です。

図1は、CPUからの電圧識別 (VID) の変化とVRからの電圧応答の例を示しています。性能を上げるにはより高い電圧が必要であり、次に電圧を下げて漏れ電流を減らします。

図1 : CPUからのVIDの変更とVR Vout電圧応答

MPS Smart-Rampの可聴ノイズリダクションテクノロジーを図2に示します。CPUからの新しいVIDが現在のVIDよりも低く、電圧ステップがレジスタXで定義された値よりも大きい場合、電圧上がり下がりの開始はレジスタYで定義された期間遅延します。図2は、マザーボードの屈曲を抑え、可聴ノイズを低減するのに十分な変更である可能性がある短い遅延の例です。CPUの動作とCPUからのコマンドは変更されていません。

図2 : MPS Smart-Ramp可聴ノイズリダクションテクノロジー

MPSソリューションの別の実装は、次のVIDコマンドがより高いレベルに受信されるまで、上がり下がりの遅延期間を延長することです。繰り返しの電圧変化が完全に除去されると、可聴ノイズはなくなります (図3を参照)。

図3 : 電圧による可聴ノイズの除去

前述のように、CPUへの電圧低減の利点はリーク電流が低減されることであるため、MPS Smart-Rampソリューションは、最小限ではありますが、その省電力機能に影響を与えます。より大きな省電力は、より低いC状態で動作するCPUにあります。MPS Smart-Rampテクノロジーは、CPUが独自の省電力C状態に入る機能を妨害しません。唯一の電力への影響は、電圧出力がすべてのVIDコマンドに遅れることなく追従していた場合に電圧が低かったであろう短期間のCPUへのリーク電流の増加です。

ただし、電圧を変更すると電力コストも発生し、完全な電力の影響を理解するには、増加したリーク電力から差し引く必要があります。VIDが減少すると、その電荷はシステムによって廃棄 (浪費) され、その電荷がグランドに強制移動されます。次に、VIDが再び増加したときに出力を再充電するには、追加の電力が必要です。一部のシステムでは、出力の放電と再充電の電力コストは、MPSスマートランプ可聴ノイズリダクションソリューションを使用した場合に見られるリーク電力よりも高くなる可能性があります。

さらに、リーク電流が高くなるのは、ノイズの原因となるイベント中の低電圧の短い期間だけです。繰り返しの電圧変化が停止すると、MPS スマートランプテクノロジーが電圧を低いVIDに設定して、CPUの省電力状態の意図された長期間の間にそのリーク電流を節約しますが、その前に、最後の1つの遅延があります。

MPSスマートランプテクノロジーが設定可能であるとは、顧客が望むだけ保守的または積極的になるオプションがあることを意味します。1つのモデルでは、顧客はノイズの問題が発見されるまで待ってから、BIOSの変更を通じてMPS VRコントローラを再プログラムして、特定のノイズの問題に対処する機能をアクティブにし、設定することができます。別の方法は、長い遅延設定と組み合わせて、最小のVID変更を除くすべてのVRコントローラを先を見越して設定することです。これにより、VRから電圧変化に起因するノイズがすべて除去されますが、明らかに電力への影響が大きくなる可能性があります。

結論

プロセッサの入力電力に対する電圧レベルの変更は、今後多くのPC世代で使用される可能性が高い必要な省電力機能です。これらの変更によってPCに可聴ノイズが発生した場合、メーカーはプラットフォームを市場で実行可能にするための選択肢がほとんどなく、あるものも費用が高くかかりました。MPS スマートランプ可聴ノイズリダクションテクノロジーは、PCメーカーに簡単に実装できる効果的なオプションを提供します。 

__________________________________________

興味のある内容でしたか? お役に立つ情報をメールでお届けします。今すぐ登録を!