使用 TPS25984、TPS25985 或 TPS25990 电子保险丝实现 PSYS 监控器

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摘要

在企业服务器应用中，最新的 Intel® VR14 规格引入了对精确系统输入功率监控的要求。这可跟踪系统平均输入功率，估算高功率突发的执行时间，并发出信号以在系统输入功率超过临界阈值时降低功耗。可以使用输入电源信号直接监控系统输入功率，也可以使用系统输入电流和系统输入电压作为替代方案来间接监控系统输入功率。

本应用手册演示了如何使用 TPS25984、TPS25985 或 TPS25990 电子保险丝在 VR14 多相控制器中实现 PSYS™ 和 PSYS_CRIT#™，以进行精确的高速系统输入电流监测。本文档首先介绍 PSYS™ 和 PSYS_CRIT#™ 的定义及其精度和带宽要求。接下来讨论 PSYS 监控器的实现方式。然后，描述了与 TPS25984、TPS25985 或 TPS25990 电子保险丝相关的 ISYS 寄存器和增益选择指南以及一个设计示例。之后，介绍了 TPS536C9T VR14 控制器中 PSYS™ 和 PSYS_CRIT#™ 的功能验证。最后，详细说明了连接到同一输入电源的多个 PSYS 监控器的电压输出聚合。

商标

PSYS™, PSYS_CRIT#™, VR_HOT#™, and PROCHOT#™are TMs ofIntel.

Fusion Digital Power™is a TM ofTI corporate name.

Intel®is a reg TM ofIntel.

PMBus®is a reg TM ofSMIF, Inc.

Other TMs

1 引言

典型的服务器平台包含一个或多个处理器单元 (CPU) 以及其他子系统，并由一个或多个电源 (PSU) 供电。从更广泛的意义上讲，PSU 分为常见的冗余电源 (CRP) 和非 CRPS PSU。CRPS PSU 具有明确定义的峰值功率能力，而非 CRPS PSU 没有超出其 100% 额定功率的行为标准。PSU 配置最严重的情况是：单个 PSU 正常运行，但无法处理平台所需的所有预计峰值功率包络。因此，必须持续监控平台消耗的总功率，并且必须有一种保护机制，以便在超过预编程阈值时快速调节平台所需的功率。

系统输入功率监测器 PSYS 旨在为处理器提供必要的信息，以便在指定的功率预算范围内在不同系统元件（例如 CPU、存储器和平台其余部分）之间动态分配功率。这有助于动态利用多余的系统功率来辅助平台涡轮，进而充分利用平台的总可用功率。在没有精确的系统电流监控的情况下，平台设计人员会将峰值功率限制设置得过低，从而可能导致功率包络过于保守。这导致可用平台可用功率得不到充分利用。

对于非 CRPS 通用 PSU，PSYS_CRIT#™ 是处理峰值功率事件的必备要求。否则，这些峰值功率事件会关闭或损坏平台电源，具体取决于其停留时间。通过实现 PSYS_CRIT#™ 功能，可以使用具有通用规格的 PSU，而无需强制采购 CRPS PSU。

2 什么是 PSYS™ 和 PSYS_CRIT#™？

在多相稳压器 (VR) 系统中，系统输入功率以单个标称电压电平提供。此电压可以由单个 PSU 或多个并联的冗余 PSU 提供。图 2-1 中显示了一个简化版方框图。

图 2-1 简化框图：稳压器 (VR) 系统

PSU 可以是交流/直流电源或机架级电源的汇流条。VR14 控制器根据输入电流 (ISYS) 和电压 (VSYS) 信号计算系统输入功率。即使在最高功率级别下，系统输入电压 VSYS 也假定为几乎恒定。在峰值 PSU 输出下，VSYS 可能具有可预测的压降。系统输入功率通过 ISYS 和 VSYS 的乘积计算得出。此电源监控功能被称为 PSYS™，用于通过利用可用的剩余平均（在某些情况下为峰值）能量来控制 CPU 性能。

图 2-2 中显示了 PSYS 互连方框图。它展示了 PSYS 监控器的位置，该监控器通常位于输入电源连接器或 PSU 和 VR14 PWM 控制器附近。它们位于平台总成的另一端。这有助于提高用于跟踪输入功率的模拟信号（在本例中指 PSU 电流或 ISYS）的抗噪性能。

图 2-2 PSYS 互连的简化图

在 VR14 PWM 控制器中，VSYS 和 ISYS 分别被跟踪，数字化并相乘以获得 PSYS 数字输出，如图 2-3(a) 所示。或者，VSYS 和 ISYS 在模拟域中实时相乘，并将结果数字化以获得 PSYS 数字输出，如图 2-3(b) 所示。如果满足数字 PSYS 输出精度的预期，那么这两种方法都是有效的。

图 2-3 在 VR14 控制器中实现数字 PSYS™

ISYS：为了提高抗噪性，需要使用与传感器上观察到的电流成比例的电流来表示 PSU 电流信息。节 3 中详细介绍了生成 ISYS 输出的方法。

VSYS：它是平台输入端的电压，靠近 PSU 的输出端。VSYS 用于将 ISYS 信息转换为以瓦特为单位的 PSYS。需要在 PSYS 监控器或 PSU 附近检测 VSYS，以考虑整个平台的压降。如果需要实现电阻分压器以将输入电压的幅度降低到 VR 控制器中 VSYS 引脚的可接受电平，则建议使用容差较小的电阻器 (±0.1%) 以满足 PSYS 精度要求。

应力过大的 PSU 可以进入折返恒定功率模式。观察电源而不是电流，不能向 VR14 控制器指示 PSU 承受的应力幅度。因此，这里采用 ISYS 作为主要测量参数。模拟 ISYS 测量系统的另一项优势是多个 PSYS 监控器输出的潜在聚合。

为了处理峰值功率事件，需要 VR14 PWM 硬件警报（例如 VR_HOT#™ 和 PSYS_CRIT#™）；否则，可能导致本地稳压器过热或损坏电源。VR_HOT#™ 和 PSYS_CRIT#™ 均为开漏逻辑低电平有效，用于驱动处理器的强制热调节输入 (PROCHOT#™)。当 VR 控制器检测到的温度超过预编程阈值 (TMAX) 值时，VR_HOT#™ 将置为有效。本文档未讨论详细的实现和功能。

硬件警报是尝试在接近硬件峰值功率限制的情况下运行的系统的最后一道防线。这有助于避免过度设计系统以处理严重（例如，在幅度上比热设计功率大得多）峰值功率事件的要求。

数字版本的 PSYS 对于监控平均功率事件非常有用。数字 PSYS 不能很好地指示峰值功率事件。这是因为，将 VSYS 和 ISYS 信号数字化并相乘以生成 PSYS 数字输出，然后对峰值功率事件做出反应，所花费的时间超出了通用 PSU 的输入电源处理能力。

VR14 控制器允许监控峰值功率事件。PSYS_CRIT#™ 是源自 ISYS 数据的低电平有效开漏逻辑，用于驱动处理器的强制热调节输入。VR_HOT#™ 和PSYS_CRIT#™ 之间的区别如下：

在多 CPU 系统中，VR_HOT#™ 是通过检测自身的温度在每个 VR14 控制器中实现的。而 PSYS_CRIT#™ 则是通过检测多个 CPU 和其他负载消耗的平台总电流，仅在一个连接到 CPU（假设为 CPU0）的 VR14 控制器中实现的。
每个 VR_HOT#™ 置位（低）仅限制相关 CPU 的功耗，而不是所有 CPU 的功耗。而 PSYS_CRIT#™ 的置位可降低从 PSU 获取电力的所有 CPU 的功耗。

PSYS_CRIT#™ 警报实现的首选方法是 VR14 PWM 控制器级别，而非 PSYS 监控器级别。VR14 控制器可通过两种方式实现 PSYS_CRIT#™ 功能。