該規(guī)范

PCI Express是圖形外接卡互連標(biāo)準(zhǔn)的下一個(gè)革命。該規(guī)范通過(guò)將帶寬均衡地分配給最需要帶寬的應(yīng)用程序，顯著增加了中央處理單元(CPU)和圖形處理單元(GPU)之間的帶寬。PCI Express x16圖形150W-ATX規(guī)格為現(xiàn)有PCI Express x16規(guī)格所支持的PCI Express圖形提供了額外的電力。該規(guī)格支持的新最大功率等級(jí)為25W(低規(guī)格卡)、75W(標(biāo)準(zhǔn)尺寸卡)和150W。

PCI Express x16 Graphics 150W-ATX外接卡可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)連接器繪制最大75W，如PCI Express CEM 1.1中規(guī)定的。通過(guò)6針線(xiàn)對(duì)板連接器提供高達(dá)75W的額外功率。因此，PCI Express x16 Graphics 150W- atx外接卡必須提供的最大總功率為150W。

PCI Express x16 Graphics 150W-ATX外接卡必須遵守嚴(yán)格的電源分配、上電和功耗要求。為確保安全運(yùn)行和兼容不兼容的安裝，電源管理必須滿(mǎn)足以下要求:

• 標(biāo)準(zhǔn)x16連接器提供的+12V和專(zhuān)用6針電源連接器提供的額外+12V必須被視為來(lái)自?xún)蓚€(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)電源軌。

• 兩個(gè)+12V輸入電位在PCI Express x16 Graphics 150W-ATX外接卡上的任何點(diǎn)都不能電短路。

• 插槽和6針連接器之間沒(méi)有特定的電源順序可以假設(shè)。PCI Express x16 Graphics 150W-ATX外接卡必須處理所有可能的組合。

雙芯片解決方案滿(mǎn)足規(guī)格要求

設(shè)計(jì)一個(gè)滿(mǎn)足分立組件所有這些要求的電源管理系統(tǒng)可能會(huì)給PCI Express顯卡增加相當(dāng)大的成本、復(fù)雜性和尺寸。幸運(yùn)的是，MAX5943和MAX5944集成電路可以輕松滿(mǎn)足所有指定的功能要求。此外，這些集成電路還提供了額外的保護(hù)功能，如軟啟動(dòng)、有源限流、欠壓鎖定和電子斷路器功能。所有這些功能都以最小的正向電壓降和功率損耗實(shí)現(xiàn)。

圖1是一個(gè)150W-ATX圖形電源管理解決方案，使用MAX5943A和MAX5944集成電路。該解決方案可確保兩個(gè)12V電源連接器的電源永遠(yuǎn)不會(huì)一起短路。它還允許從x16連接器的電源路由到負(fù)載，否則將從150W-ATX 6針電源連接器供電，以防150W-ATX連接未建立。但是，此解決方案可以防止圖形卡在未完全插入PCI Express連接器或PC主板未通電時(shí)啟動(dòng)。

將MAX5944的ONA和ONB連接到x16連接器12V電源，確保圖形附加卡不會(huì)上電，除非將其安裝在有電源的PCI Express x16插槽中，即使6針150W-ATX連接器已連接并通電。這可以防止卡僅從150W-ATX連接器接受12V電源，從而保護(hù)圖形卡和PC主板免受因安裝不當(dāng)而可能發(fā)生的損壞。

當(dāng)x16接口有12V電源時(shí)，MAX5944將緩慢增強(qiáng)n通道晶體管Q2B，限制涌流電流。啟動(dòng)電流最初流過(guò)Q1B的主體二極管。當(dāng)卡上的電流超過(guò)714mA時(shí)，7毫歐檢測(cè)電阻上的壓降超過(guò)V(OR) = 5mV, Q1B被增強(qiáng)以大幅降低壓降和功率損耗。

如果來(lái)自x16連接器的電流超過(guò)7.14A的I(LIMIT)值(由7毫歐感測(cè)電阻值設(shè)置)，MAX5944將降低Q2B門(mén)端的電壓以調(diào)節(jié)I(LIMIT)處的最大電流。如果電流過(guò)載持續(xù)超過(guò)2ms, MAX5944強(qiáng)力拉壓Q2B的門(mén)，斷開(kāi)故障負(fù)載與系統(tǒng)電源。active-low輸出FAULTB將被斷言，以指示發(fā)生了負(fù)載故障。如果電流過(guò)載不超過(guò)2ms, MAX5944將Q2B返回到完全增強(qiáng)的操作狀態(tài)。

當(dāng)電源僅存在于x16連接器時(shí)，MUN2236T1偏置電阻晶體管不導(dǎo)電，并且MAX5943A的ON引腳允許與x16連接器的12V導(dǎo)軌一起上升。這導(dǎo)致MAX5943A將x16電源交叉連接到通常分配給150W-ATX連接器的負(fù)載。MAX5943A實(shí)現(xiàn)了與MAX5944相同的軟啟動(dòng)和限流/斷路器功能。增加與MAX5943A一起使用的電流檢測(cè)電阻的值，可以在150W-ATX連接器未通電時(shí)調(diào)整I(LOAD2)的最大電流限制。因此，在降低功率的工作模式下，可以在I(LOAD1)和I(LOAD2)之間分配功率。

當(dāng)x16連接器和150W-ATX 6針連接器都有12V電源時(shí)，MAX5944以與x16連接器相同的方式控制來(lái)自?xún)蓚€(gè)電源的電源。每個(gè)連接器的電流單獨(dú)限制為7.14A，對(duì)應(yīng)于12V時(shí)約85W (75W加上15%余量)。此外，MAX5943A將防止兩個(gè)電源軌交叉連接，因?yàn)镸UN2236T1偏置電阻晶體管將拉下MAX5943A的on引腳，使GATE1和GATE2保持低電平。此功能滿(mǎn)足將兩個(gè)連接器視為單獨(dú)供電軌道的要求。

簡(jiǎn)單的單芯片解決方案，降低成本

如果需要更簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)，并且圖形卡可以在低功耗模式下工作，而無(wú)需在I(LOAD2)處提供電流，則可以省略MAX5943A。圖2顯示了這個(gè)低成本的實(shí)現(xiàn)。

在這個(gè)電源管理解決方案中，MAX5944的功能與圖1中所示的實(shí)現(xiàn)相同，但是不能從PCI Express連接器提供I(LOAD2)。通過(guò)消除一個(gè)IC及其外部組件，這降低了電源管理解決方案的成本和尺寸。但是，這種方法確實(shí)對(duì)圖形系統(tǒng)施加了一些設(shè)計(jì)約束，以降低功耗操作，因?yàn)楣牟荒芸偸莻鬟f給I(LOAD2)。

應(yīng)該注意的是，在圖1和2的電路中，可以在ON、ONA和ONB處應(yīng)用額外的門(mén)控條件。這些條件可用于斷言150W-ATX顯卡功率的積極系統(tǒng)控制。

三芯片解決方案最大化電源管理選項(xiàng)

如果需要真正可定制的電源管理解決方案，則可以用兩個(gè)MAX5943 ic替換圖1和2中的MAX5944，一個(gè)用于控制I(LOAD1)，另一個(gè)用于控制I(LOAD2)。與雙通道MAX5944不同，單通道MAX5943包括幾個(gè)額外的配置輸入:TIM、ILIM、LATCH和OR_ADJ。這些引腳允許調(diào)整功能參數(shù)，如限流/斷路器超時(shí)，限流/斷路器閾值電壓，鎖存或自動(dòng)重試故障管理，以及ORing開(kāi)關(guān)打開(kāi)閾值電壓。這是一個(gè)更復(fù)雜的解決方案，但在整個(gè)顯卡電源管理方面具有更大的靈活性。表1顯示了不同版本的MAX5943集成電路中可用的可調(diào)超時(shí)時(shí)間范圍。

參考電路

1. MAX5943火線(xiàn)限流器和低降環(huán)開(kāi)關(guān)控制器的數(shù)據(jù)表

2. MAX5944雙火線(xiàn)限流器和低降環(huán)開(kāi)關(guān)控制器的數(shù)據(jù)表

3. PCI- sig, PCI EXPRESS X16 GRAPHICS 150W-ATX規(guī)范，REV. 1.0, 2004年10月25日。