CN100527049C - 自动调整电压的电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种自动调整电压的方法与电路。电源控制芯片依据回路的反馈信号调整供应给处理单元的电压，因此可藉由一数字电位器依据处理单元的运算频率来控制一接地电路的电阻值，此接地电路连接于电源控制芯片的回路，使得反馈信号能够随着电阻值的改变而调整。因此，随着运算频率的改变，供应电压也会跟着调整。

Description

自动调整电压的电路与方法

技术领域

本发明涉及一种自动调整电压的方法与电路，尤其是涉及一种依据运算频率自动调整电压的方法与电路。

背景技术

在计算机系统中，显示卡负责将显示画面的形成与输出，其具有一图形处理单元(graphic processing unit；GPU)，能够让显示画面显示在屏幕上。

在显示过程中，显示卡的运算量随时在改变，例如有时需要进行大量的三维空间运算、阴影处理等等，而有时在计算机长时间没有任何操作时，显示画面处于静止的低运算量状态。

由于不同的运算量需要不同的电力消耗，为了能让电力消耗达到比较理想的状态，显示卡的图形处理单元通常会结合一个电源管理芯片来管理显示卡的电力消耗。

以往的显示卡设计都是采用动态调整运算频率来控制电力消耗，驱动程序会根据系统的繁忙程度决定采用多快的时钟频率。对于运算量大的任务，驱动程序会调高运算频率；当计算机长时间没有任何操作时，会降低显示卡的频率，如此便能够降低显示卡在不繁忙时的电力消耗，属于一种运算频率的调适性管理。

为了能够在较高的运算频率下正常地运作，显示卡需要提供图形处理单元足够的工作电压，因此需要一个电源管理芯片来提供图形处理单元稳定的电压。参考图1，图示中举例了一个电源控制芯片12与图形处理单元14的电路示意图。电源控制芯片12负责提供供应电压11给图形处理单元14，并藉由一回路13来取得一反馈信号FB。回路13的一端连接于电源控制芯片12的反馈信号引脚，并且回路13连接于一接地线路15，其中接地线路15与回路13分别具有电阻R1与电阻R2。

电源控制芯片12会依据反馈信号FB来调整供应电压，而反馈信号可以藉由改变电阻R1来调整。因此如果要让相同的电源控制芯片12与图形处理单元14适用于不同的电路设计，便需要调整电阻R1的电阻值，使得供应电压能维持在指定的范围。

然而通过动态调整显示卡工作频率的做法只能部份地降低显示卡的动态功率损耗，对静态功率损耗的降低毫无用处。尤其是针对目前最新技术的显示芯片，动态功率损耗已经不再是显示卡功率损耗的主要部份。随着显示芯片技术的提升，芯片漏电流造成的功率损耗在芯片总功率损耗中所占的比率越来越大，甚至可能会超过芯片总功率损耗的50％。因为静态功率损耗与供应电压的平方成正比，所以，如果能降低静态功率损耗，将会远大于上述动态调整运算频率所能达到的功率节省。

发明内容

鉴于上述的发明背景中，为了符合产业上某些利益的需求，本发明提供一种调整电压的方法与电路可用以解决上述传统的调整电压的方法与电路未能达成的标的。

本发明的一目的是提供一种自动调整电压的方法与电路，使得电压可随着运算频率自动调整。

本发明的另一目的是让电源控制芯片在处理单元进入低功率消耗的待机状态时，可以把供应电压降到仅维持处理单元数据不丢失的程度，从而大幅度地降低功率消耗。

本发明提出一种自动调整电压的方法与电路及其中的数字电位器。本发明采用一电源控制芯片，电源控制芯片依据回路的反馈信号调整供应给处理单元的电压，藉由一数字电位器依据处理单元的运算频率来控制一接地电路的电阻值，此接地电路连接于电源控制芯片的回路，使得反馈信号能够随着电阻值的改变而调整。因此，随着运算频率的改变，供应电压也会跟着调整。

附图说明

图1示出了一现有技述的电路示意图；

图2示出了本发明的一具体实施例的电路示意图；

图3示出了本发明的另一具体实施例的电路示意图；以及

图4示出了本发明的一具体实施例的流程示意图。

附图符号说明

11 供应电压

12 电源控制芯片

13 回路

14 图形处理单元

15 接地线路

25 接地线路

26 数字电位器

27 运算频率

34 处理单元

35 接地线路

36 调整电路

37 运算频率

FB 反馈信号

R1、R2 电阻

具体实施方式

本发明在此所探讨的方向为一种调整电压的方法与电路。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并未限定于自动调整电压的方法与电路的技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的组成或步骤并未描述在细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以之后的专利范围为准。

目前，CMOS芯片在工作时产生的功率损耗分为静态功率损耗与动态功率损耗。静态功率损耗是由芯片本身的漏电流所产生，而动态功率损耗是由于CMOS门电路在逻辑0和逻辑1之间切换时产生的。不论是哪一种功率损耗，都希望能将芯片在工作时所产生的功率损耗降得越低越好。

芯片的功率损耗是和它的供应电压的平方成正比，所以通过降低芯片的电源电压，可以显著地降低芯片的功率损耗。但是将芯片的电源电压降低时，芯片的工作频率会随着降低。所以最好的方法就是根据目前对芯片频率的要求以及芯片的工作频率与电压对应关系，提供芯片所需要的最小电压，使每一瓦的功率都能够获得最佳的效能。

据此，本发明的一具体实施例是一种自动调整电压的数字电位器26，该数字电位器亦可为带有非易失性存储器的数字电位器，该带有非易失性存储器的数字电位器在无电源供应时仍保持设定的电阻值。如图2所示，包含一电源控制芯片12、一图形处理单元14与一数字电位器26。电源控制芯片12提供一供应电压11给图形处理单元14，反馈信号FB由一连接于电源控制芯片12的回路13所提供，回路13连接于一接地线路25，其中，接地线路25与回路13分别具有电阻R1与电阻R2。相对于图1，接地线路25增加了一个并联于电阻R1的数字电位器26，数字电位器26与所并联的电阻R1可整合于一调整电路。本发明并不限制回路13与图形处理单元14的关系，例如回路13可以是与图形处理单元14并联，也有可能图形处理单元14为回路13的一部份。

图形处理单元14的运算频率与图形处理单元14所需的最小供应电压具有一相应关系，数字电位器26依据该相应关系调整电阻值，使得反馈信号FB改变，进而调整供应电压11为相应于运算频率的最小供应电压。由此可知，数字电位器26的电阻值与运算频率27具有一相应关系，数字电位器26依据与运算频率27相应的关系所调整的电阻值会调整反馈信号FB，使得电源控制芯片12的供应电压成为相应于运算频率的最小供应电压。此外，图形处理单元14亦可以替换成任何电路，本发明并不加以限制。

当电阻R1与数字电位器26两者的总电阻升高时，供应电压11便会降低；反之，当电阻R1与数字电位器26两者的总电阻降低时，供应电压11便会升高。因此，当运算频率27升高时，可以藉由降低电阻R1与数字电位器26两者的总电阻来调高供应电压11，以符合图形处理单元14的需求。当运算频率27降低时，例如处于待机状态中，可以藉由提高电阻R1与数字电位器26两者的总电阻来降低供应电压11，以节省大量的功率消耗。此外，藉由控制电阻R1与数字电位器26两者的总电阻，可以使供应电压11成为图形处理单元14相应于运算频率27所需的最小供应电压时，所能节省的功率消耗便可达到最大。

据此，本发明的另一具体实施例是一种自动调整电压的电路，如图3所示，包含一电源控制芯片12、一处理单元34与一调整电路36。电源控制芯片12依据相应于图形处理单元34的一反馈信号FB提供一供应电压11给处理单元34，反馈信号FB由一连接于电源控制芯片12的回路13所提供，并且回路13连接于一接地线路35。

调整电路36可以是一个依据处理单元34的运算频率调整电阻值的电路、数字电位器或任何形式的可变电阻，例如上述的数字电位器26与所并联的电阻R1。调整电路36的电阻值与运算频率37具有一相应关系，调整电路36依据与运算频率37相应的关系所调整的电阻值会调整反馈信号FB，使得电源控制芯片12的供应电压11成为相应于运算频率37的最小供应电压。

此外，调整电路36可以是一个依据处理单元34的运算频率37产生一输出电流的电流源。此输出电流与运算频率37具有一相应关系，调整电路36依据与运算频率相应的关系所产生的电流值会调整反馈信号FB，使得电源控制芯片12的供应电压11成为相应于运算频率的最小供应电压。

上述的电阻值与运算频率27、37的相应关系、电流值与运算频率27、37的相应关系可以是由一查表来达成，该查表可以是一查表电路或存储该相应关系的存储单元，依据运算频率37检索查表可以得到相应的电阻值或电流值。其中，运算频率37可以是从上述图形处理单元14或处理单元34所取得的一控制信号，以控制信号做为检索查表的索引值，其中控制信号可以由复数个位所组成。

另外，上述的处理单元34可以是中央处理单元、图形处理单元、或是任何可以接受不同输入电压的电路，本发明并不加以限制。此外，上述的接地电路是现有技术中连接于接地电位(GROUND)的电路。

本发明的再一具体实施例是一种自动调整显示卡电压的方法，参照图3与图4。如步骤420所示，首先取得一处理单元34的一运算频率37，然后如步骤430所示，依据运算频率37调整一调整电路36的电阻值，调整电路36依据与运算频率37相应的关系调整电阻值，所调整的电阻值会调整相应于处理单元34的一反馈信号FB。接下来如步骤440所示，由连接于电源控制芯片12的一回路13取得反馈信号FB，其中，回路13连接一包含调整电路36的一接地电路。最后如步骤450所示，依据反馈信号FB调整电源控制芯片12供应给处理单元34的供应电压11，该供应电压11为处理单元34相应于运算频率37所需的最小供应电压。本具体实施例更可以包含变更处理单元34的运算频率37，如步骤410所示。本具体实施例的其它细节已揭示于前述图2与图3的相关实施例中，在此不再赘述。

显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求所述的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明的申请专利范围内。

Claims (17)

1.一种自动调整电压的电路，包含：

一处理单元，该处理单元以一运算频率进行运算；

一调整电路，包含与一接地电路的电阻并联的一数字电位器，并且该数字电位器依据该处理单元的该运算频率自动调整该数字电位器的电阻值以调整一反馈信号；以及

一电源控制芯片，该电源控制芯片依据该反馈信号供应一供应电压给该处理单元；其中，

随着该运算频率的改变，该供应电压也会跟着朝相应于该运算频率所需的最小供应电压的方向调整。

2.根据权利要求1所述的一种自动调整电压的电路，其中，上述的处理单元是一图形处理单元。

3.根据权利要求1所述的一种自动调整电压的电路，其中，上述的数字电位器是带有非易失性存储器的数字电位器，该带有非易失性存储器的数字电位器在无电源供应时仍保持设定的电阻值。

4.根据权利要求1所述的一种自动调整电压的电路，其中，上述的调整电路依据该运算频率对该反馈信号的调整使得该供应电压成为该处理单元相应于该运算频率所需的最小供应电压。

5.根据权利要求1所述的一种自动调整电压的电路，其中，还包含一查表电路或存储一有关数字电位器的电阻值与运算频率的相应关系的存储单元，该数字电位器依据该运算频率检索该查表电路或该存储该相应关系的存储单元以取得该电阻值。

6.根据权利要求1所述的一种自动调整电压的电路，还包含：一回路，该回路连接于该电源控制芯片，并提供该反馈信号给该电源控制芯片，其中，该反馈信号是相应于该处理单元的电流，并且该调整电路连接于该回路。

7.一种自动调整电压的电路，包含：

一处理单元，该处理单元以一运算频率进行运算；

一调整电路，该调整电路依据该运算频率提供一输出电流，该输出电流调整一反馈信号的电流值；以及

一电源控制芯片，该电源控制芯片依据该反馈信号的电流值供应一供应电压给该处理单元；其中，

随着该运算频率的改变，该供应电压也会跟着朝相应于该运算频率所需的最小供应电压的方向调整。

8.根据权利要求7所述的一种自动调整电压的电路，其中，上述的处理单元是一图形处理单元。

9.根据权利要求7所述的一种自动调整电压的电路，其中，上述的调整电路依据该运算频率对该反馈信号的调整使得该供应电压成为该处理单元相应于该运算频率所需的最小供应电压。

10.根据权利要求7所述的一种自动调整电压的电路，其中，还包含一查表电路或存储一有关输出电流的电流值与运算频率的相应关系的存储单元，该调整电路依据该运算频率检索该查表电路或该存储该相应关系的存储单元以取得该电流值。

11.根据权利要求7所述的一种自动调整电压的电路，还包含：一回路，该回路连接于该电源控制芯片，并提供该反馈信号给该电源控制芯片，其中，该反馈信号是相应于该处理单元的电流，并且该调整电路连接于该回路。

12.一种自动调整电压的方法，包含：

取得一处理单元的一运算频率；

依据该运算频率自动调整一调整电路，该调整电路调整一反馈信号；

由连接于一电源控制芯片的一回路取得该反馈信号，其中，该回路连接包含该调整电路的一接地电路；以及

依据该反馈信号调整电源控制芯片朝相应于该运算频率所需的最小供应电压的方向供应给该处理单元的一供应电压。

13.根据权利要求12所述的一种自动调整电压的方法，其中，上述的调整电路依据该运算频率自动调整该调整电路的电阻值，进而调整反馈信号的电流值。

14.根据权利要求13所述的一种自动调整电压的方法，其中，上述的调整电路是一数字电位器。

15.根据权利要求14所述的一种自动调整电压的方法，其中，上述的数字电位器是带有非易失性存储器的数字电位器，该带有非易失性存储器的数字电位器在无电源供应时仍保持设定的电阻值。

16.根据权利要求12所述的一种自动调整电压的方法，其中，上述的调整电路依据该运算频率提供一输出电流，该输出电流调整该反馈信号的电流值。

17.根据权利要求12所述的一种自动调整电压的方法，其中，上述的调整电路依据该运算频率对该反馈信号的调整使得该供应电压成为该处理单元相应于该运算频率所需的最小供应电压。

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