动态电压调节,提高系统效率和热性能

处理器中功耗的表达式为P f*V 2。随着系统时钟频率越来越高，接近被称为超频的状态，效率受到影响，热量成为设计人员的主要关注点。处理器产生的过多热量会导致热关机、系统电源循环和/或永久性损坏，最终会缩短处理器的使用寿命。

微处理器、微控制器、DSP、ASIC、FPGA 和任何其他数字负载变体在 100% 的时间都不需要最大功率。在大多数应用中，这些数字负载或“处理器”大部分时间都处于空闲状态。即使在空闲时，处理器仍可能在最大电压下运行并且不必要地产生过多的热量。对抗空闲时间的负面影响的一种方法是一种通常称为动态电压缩放 (DVS) 的技术。

当处于空闲状态时，可以缩减处理器的频率以节省能源。核心电压和频率直接相关。在空闲状态期间也可以降低核心电压。这需要能够实时改变处理器内核电压。DVS 需要在处理器和设置内核电压的稳压器之间建立一个反馈回路。在空闲状态期间，处理器将向调节器发送一个信号，告诉它降低其输出电压，因为处理器内的低频操作就足够了。稳压器输出相应调整，降低处理器内核电压并降低其功耗。

那么处理器如何与稳压器连接以在空闲和超频状态下调整输出电压呢?有多种实现方法，但其中一种接口协议是 VID，或电压识别数字。VID 编程器几乎可以与任何负载点降压稳压器或控制器一起使用，以改变提供给支持 VID 的处理器的内核电压，例如德州仪器 (TI) 的LM10010和LM10011。

其工作原理如下：LM10010通过 4 针 VID 接口从支持 VID 的处理器接收 6 位代码(参见图 1)。此代码具有包括处理器当前状态所需的核心电压值的信息。然后， LM10010通过其集成的 DAC 将该代码转换为 µA 量级的输出电流。该输出电流随后被馈入稳压器的反馈节点，其输出是处理器的核心电压。现在流入反馈节点的额外正电流(在图 1 中以红色突出显示)导致流过 R FB1的电流量减少。通过 R FB1的电流的这种修改调整稳压器的输出电压以匹配处理器提供的 6 位代码中的值。

LM10010的6 位允许它将稳压器输出电压编程为 64 种不同电压中的任何一种，该电压范围由稳压器外部使用的反馈电阻器设置。LM10011增加了实现 4 位或 6 位分辨率的灵活性，与 LM10010 相比，两者都具有更严格的输出电流精度(1.25 % 对 3%)。LM10011在引脚和封装上与LM10010兼容。

图 1：采用 LM10010、LM21215A-1 和 TI C6000 DSP 等处理器的 VID 解决方案

LM10010-11 的另一个优势是其具有成本效益的方法，因为它可以与设计人员自行选择的低成本控制器或稳压器一起使用。如果这立即让您想到您最喜欢的稳压器或控制器，那是另一个很大的好处 - 它可以与您已经熟悉的稳压器一起使用，假设稳压器具有外部划分的反馈节点(大多数都这样做)。能够将 LM10010-11 与几乎任何稳压器一起使用的灵活性允许您实现动态电压缩放，同时还可以优化成本和/或性能。

德州仪器 (Texas Instruments) 的带有 SmartReflex™ 接口的TMS3206000™ DSP 是支持 VID 的处理器系列的一个示例，可以使用它来实施 LM10010-11 VID 解决方案。然而，一个具有 LM10010-11 的 VID 解决方案可以与任何具有 4 条 GPIO 备用线路的处理器一起设计。将 LM10010-11 与几乎任何调节器或处理器一起使用的选项提供了 VID 领域以前未知的灵活性维度。客户可以保留其现有设计并添加 LM10010-11 以立即简单地实现动态电压缩放并获得与该技术相关的效率优势。