CN103148025A - 在计算机系统中降低音调激发 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在计算机系统中降低音调激发。所述实施例通常涉及对于计算机系统中的可旋转组件的控制。在一个实施例中，可旋转组件包括冷却风扇，根据定制数据控制冷却风扇，以降低冷却风扇所产生的声学噪声。在一个实施例中，冷却风扇利用非均匀脉宽调制信号操作。非均匀脉宽调制信号可以是期望旋转速度的函数，并可以包括基波成分和谐波成分。

Description

在计算机系统中降低音调激发

技术领域

所描述的实施例一般涉及降低计算系统中的声学噪声（acousticnoise）。特别地，描述了在计算机系统中以能够降低相对音调强度的方式来操作冷却风扇的方法。

背景技术

一种用来方便计算机散热的方式是引入可以使计算机外壳的内外空气流通的冷却风扇。冷却风扇最初被设计成简化计算机运行的整个运行时间。但是随着这一预言的实现，以及持续运行状态，这并不节能并且会产生不必要的噪声和振动。在稍微更加高级的配置中，风扇可以在接通状态和断开状态之间进行切换，只要计算机外壳的内部温度超过了某个阈值温度。更多的创新为冷却风扇引入了脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）控制。PWM控制器通过调制输入电压来改变直流（“DC”）冷却风扇电动机的速度，其可以被表示为具有交替顺序的接通时间和断开时间的周期性的矩形波。信号激活的时间段等于PWM信号的占空因数（duty cycle）。例如，当接通时间脉冲持续时间（t）是0.5秒且PWM信号的周期（T）是1秒时，占空因数为50％。以这种方式，可以在多个速度之间调节风扇速度，这使得冷却系统更加有效地调节计算机系统的内部温度。在足够低的旋转速度下，风扇操作对于计算机系统的终端用户甚至不是很明显的。虽然PWM控制器所允许的速度调节能力会产生更加有效的冷却，但是太多不同的可能频率会增加至少一个冷却风扇以产生大于可接受等级的声学噪声的速度操作的可能性。特别的，PWM控制器可以有效地缓慢驱动冷却风扇，并产生相对较低的整体声学噪声。然而尽管较低的整体噪声等级，但是还是会存在相对较强的与冷却风扇速度相关的一个或多个频率或音调。由于较低的整体噪声等级，这些音调会是很杂乱的。

因此，需要一种可靠的方法来识别并降低声学噪声，这反过来可以影响整体用户体验，同时维持计算机组件的有效冷却环境。

发明内容

本文描述了涉及计算系统的各种实施例，特别是涉及以能够降低相关风扇噪声的方式来冷却计算机系统的各种实施例。一种用于操作包含电机组件的计算机系统的方法，所述电机组件例如是风扇，所述方法可以包括以下步骤：当以第一信号操作电机组件时，特征化电机组件的操作，以及修改第一信号来产生第二信号，使得当以第二信号操作电机组件时，产生小于预定阈值的突出声学音调（acoustic tone）。

在另一个实施例中，一种用于控制计算系统的冷却风扇的风扇控制器，所述风扇控制器可以包括：温度传感器，用于存储非均匀脉宽调制（PWM）波形参数的查找表，被配置为通过提供地址输入来控制查找表的地址生成器，耦接到查找表并被配置为提供非均匀PWM风扇控制信号的数模转换器，以及被配置为响应于所确定的温度来确定非均匀PWM风扇控制信号的控制器。

还在另一个实施例中，一种具有非均匀PWM风扇控制器的计算机系统，所述计算机系统可以包括：用于确定计算机系统的温度的温度传感器，用于冷却计算机系统的冷却风扇，以及被配置为响应于所确定的计算机系统的温度来利用非均匀PWM风扇信号控制冷却风扇的风扇控制器。

仍然在另一个实施例中，一种用于在计算系统中控制冷却风扇的计算机代码，所述计算机代码可以包括：用于确定计算系统的温度的代码，用于响应于温度来选择非均匀PWM波形的参数的计算机代码，用于根据所选择的参数来生成非均匀PWM波形的计算机代码，以及用于利用生成的非均匀PWM波形操作冷却风扇，使得冷却风扇产生小于预定阈值的突出声学音调的计算机代码。

附图说明

所述实施例及其优点可以通过结合相应附图的以下说明来最佳理解。这些附图并不限制本领域技术人员在不脱离所述实施例的精神和范围的情况下，对所述实施例进行任何形式上和细节上的改变。

图1是现有技术的风扇电动机简图的图示。

图2示出了在现有技术配置中三个换相的相互关系200。

图3示出了与风扇电动机相关的现有技术波形。

图4示出了用于描述特征化计算机系统的处理的流程图。

图5示出了描述根据说明书所述一个实施例的风扇控制器的计算机系统图。

图6示出了根据说明书所述一个实施例的用于降低冷却风扇所发出的声学噪声的波形。

图7是描述了用于确定冷却风扇的非均匀PWM波形的处理的流程图。

图8是描述了用于确定冷却风扇的PWM波形的另一个处理的流程图。

图9是描述了用于确定冷却风扇的非均匀PWM波形的处理的流程图，特别是当冷却风扇的特征未知时。

图10是根据说明书的风扇控制器的一个实施例的框图。

图11示出了描述一处理的流程图，其中所述实施例的一个或多个实施例可以被应用于计算机系统。

图12是适于控制所述实施例中的某些处理的电子设备的框图。

具体实施方式

在这个部分描述根据本申请的方法和装置的代表性应用。这些例子仅仅提供用于增加上下文环境，并帮助理解所述实施例。因此对于本领域技术人员而言，所述实施例可以脱离某些和全部这些特定细节而实现。在其它情况下，没有对公知的处理步骤进行详细描述，以避免不必要地混淆所述实施例。其它应用也是可以的，以下例子不应该是限制性的。

在以下详细说明中，参考了相应的附图，这些附图构成了说明书的一部分，并且在所述附图中，采用示例性的方式示出根据所述实施例的特定实施例。尽管这些实施例对于本领域技术人员实现所述实施例已经足够详细了，但是可以理解，这些例子不是限制性的，可以使用其它实施例并进行变化，而不脱离所述实施例的精神和范围。

计算机系统通常结合了多个组件，某些组件会产生不需要的噪声。这些组件的例子比如是光盘驱动器（ODD）、硬盘驱动器（HDD）和冷却风扇。特别是冷却风扇是现代计算机系统中噪声的主要缘由。当这些冷却风扇以多个不同速度驱动时，它们很可能会产生足以干扰到用户的噪声。通常，噪声的声能（acoustic energy）不是均匀分布的，而是可以分布为使得一个或多个频率或音调在所关注的频带中相对较强。这些音调可以是风扇结构的函数（例如，磁体中磁极数量和定子上的槽数量），但是其它的因素同样可以影响音调强度，例如计算机系统结构或者系统组件布局。频率信号（frequency signature）可以表示声能等级和频率之间的关系。频率信号可以覆盖例如从100Hz到15,000Hz的频率范围。因此，强的音调本身可以表明在频率信号上作为与特定频率相关的声能峰值。

计算机系统通常控制风扇速度来回应环境条件。例如，随着计算机温度升高，风扇可以按比例增加气流并冷却计算机组件。通过允许较低的风扇速度以及相应较低的相关风扇噪声量，这可以增强用户体验。然而，随着风扇速度降低，风扇可能产生具有足够能量的某些音调，这成为对用户的干扰。由于整个气流噪声相对较低，在较低风扇速度时，风扇电动机噪声会变得更加明显。此外，这些音调是风扇速度的函数。也就是说，随着风扇速度的改变，电动机相关的突音（prominent tone）的频率也按比例改变。

可惜的是，由于系统对系统的变化以及可能存在不同的系统（风扇）组件，通常设计计算机系统来降低风扇噪声，以及特别是突音的振幅，这是很困难的并且会增加生产成本。对于其它复杂情况，可以通过产品后期的终端用户来修改计算机系统。例如，风扇组件可以被替换来影响维修（风扇故障）。设计计算机系统以具有相对宽带能力来降低多个冷却风扇模型或者制造商的宽谱风扇噪声，这是很困难的。

甚至来自一个特定制造商的一个特定的风扇模型不能表现单元到单元的一致性声响特性（acoustic property）。风扇会满足制造限度，这改变了轴承、磁体、定子等相互关系，使得任意特定风扇速度的频率信号可以改变。同样，风扇制造商所用的工具随着时间会损耗，使得频率信号改变或移动。

然而可惜的是，在频率信号中对于突音的精确识别需要非常冗长和复杂的分析。

为了克服这些障碍，一种测试方法要求至少通过在计算机系统中的多数或全部可能的运行速度循环冷却风扇。一旦捕获到频率信号，可以识别任意的突音，以及控制器电路（例如风扇控制器）可以直接操作冷却风扇，以这样的方式来降低突音的相对振幅。如果在测试期间，确定了一种冷却风扇操作的方法，产生了相对较少的噪声，那么风扇操作的方法可以被存储在存储器中。因此在操作期间，对于任意给定的所需风扇速度，风扇控制器可以查找相关风扇操作特征，并以预定的方式来操作风扇以产生较少的噪声。

风扇组件的操作可具有随着它们操作而改变的趋势。例如，由于组件劣化，例如轴承损耗、润滑失效等，冷却风扇可以略微不同的速度操作，因此移动整个性能曲线。例如，随着冷却风扇寿命和机械损耗的增加、以及润滑减弱，风扇轴承之间的摩擦会导致与风扇控制器所期望的有关的风扇速度的轻微变缓。例如，不考虑与任何损耗相关的性能事宜，风扇控制器可以控制风扇以第一运行设置来操作，这通常会产生较少的噪声。然而，由于时间所引起的风扇组件变缓，风扇实际上会以降低的风扇速度操作，产生相对更多的噪声。至少出于这个原因，周期性地更新计算机系统的风扇操作配置文件是非常有用的。

许多计算机系统都具有用户针对各种应用所采用的传感器。例如，可以在通信应用中使用集成麦克风。在一个实施例中，可以使用集成麦克风来检测声学噪声并产生频率信号。还在其它的实施例中，传感器可以是台架试验类型传感器，其可以用来产生代表性计算机系统的频率信号。

图1是现有技术的风扇电动机100的简图的图示。在一个实施例中，风扇电动机100可以包括定子102、磁体120（包括磁极106、108、110和112）、以及护铁环104。如所示，定子102包括六个齿，其中的对可以分别形成三个相位（标记为U、V和W）。每个相位可以围绕标记位置（U、V、W，在图1中没有示出磁线）所指示的齿的树干部分利用绝缘磁线来缠绕。定子102可由硅钢片的层压堆叠而制成，绝缘来降低损耗。护铁环104可以作为磁力返回路径并且可以由铁磁钢制成。磁体120可以包括4个磁极，在北磁极和南磁极之间交替。在这个例子中，磁极108和112可以是北磁极，以及磁极106和110可以是南磁极。

当一对相位由通过磁线的电流激励时，生成通过定子102的树干部分的磁场，穿过空气间隙、通过磁体120传到护铁环104中，并通过定子102的相邻齿返回完成磁路。感应电流磁场与磁场交互，使得磁体120相对于定子102移动。根据换向顺序（commutation sequence）（图2中所示）切换施加到绕组相位的电流可以使磁体120适当旋转。如果风扇叶轮附接在磁体120上，那么当向定子齿周围缠绕的电线应用换向顺序时，风扇叶轮可以旋转。

换向顺序可以是六个步进的处理，相位对实际上按照以下顺序被激励：

1）+U，-V

2）+W，-V

3）+W，-U

4）+V，-U

5）+V，-W

6）+U，-W

“+”可以表示在与一个相位相关的磁线中在第一方向中的电流流向（即，定子102中两个相关齿）。反之，“-”可以表示在相对于第一方向的第二方向或者相反方向中的电流流向。

图2示出了在现有技术配置中三个相位彼此换向的关系200。通过曲线202示出U相位换向顺序。曲线202示出U相位换向顺序。相似的，可通过曲线204示出V相位换向顺序，以及可通过曲线206示出W相位换向顺序。在这个例子中，图1中所示电动机可以通过6个步进顺序控制。如图2所示，在第一换向步进，U相位定子绕组可以接收正（+）电流，V相位定子绕组可以接收负（-）电流。W相位定子绕组可以不接收电流。在换向步进2，V相位定子绕组可以接收负（-）电流，W相位定子绕组可以接收正（+）电流。U相位定子绕组可以不接收电流。图2继续描述了剩余的四个相位步进，接着连续重复。其它换向顺序和波形也是可以的并且是公知的。

由于图2的换向顺序使得磁体120旋转，磁体的磁极（106-112）通过定子102齿并受到振荡引力，所述力可以生成特定频率的振动和声学噪声，其可以是定子102槽的数量和/或磁极（106-112）的数量和旋转速度的倍数。噪声可以是纯音或者突音。引力可以表现在轴向和径向、以及转矩波动形式的圆周方向。

定子102槽周围的绕组中的电流的升降可以受到施加到绕组的电压PWM波形的形状的影响，由此影响与磁极交互作用以旋转风扇的磁场波形形状。

图3示出了与风扇电动机100相关的现有技术波形304和306。电压波形304示出了规律的脉宽调制（PWM）波形，其可用来将电流传递到定子102绕组。PWM波形通常用来控制风扇电动机，作为改变风扇电动机100的速度的手段。通过改变PWM波形的占空因数，风扇电动机速度可以发生变化。尽管电压波形304可以是统一和规律的，但是得到的转矩曲线306可以是不规律的，并且通常是不平滑的。如上所述，转矩曲线306可以是定子102配置、磁体120的磁化波形形状和旋转速度的结果。非平滑的转矩曲线306可以产生声学和振动噪声，特别的，转矩曲线306可以包括谐频，这会生成窄带音调形式的声学噪声（即，突音）。

一种降低风扇电动机100的声学和振动噪声的方法是平滑相关转矩曲线。在一个实施例中，系统可被特征化以确定与不同风扇电动机工作点相关的声学噪声。可以在特定工作点调整或者修改组件操作来平滑风扇的转矩曲线。一种平滑相关转矩曲线的方法可以包括使PWM波形整形。

在一个实施例中，PWM电压波形的形状可以通过以下结合图6描述的公式中所述的一组参数来定义。在一个实施例中，可以有效消除或者减弱不希望的振动力。还可以采用类似的方式来驱动其它类型的电动机（除了多相风扇电动机），以降低与定子磁体交互相关的振动和声学噪声，包括单相电动机、其它插槽磁极组合、以及对于本领域技术人员已知的各种其它类型的电动机。

图4示出了描述特征化计算机系统并调整计算机系统中至少一个组件的操作以改善操作的处理的流程图400。该处理在402开始，计算机系统在不同工作点操作。在一个实施例中，计算机系统可以包括至少一个冷却风扇，以及不同的工作点可以是不同的冷却风扇速度。在404，计算机系统可以在每个工作点被特征化。在一个实施例中，可以捕获频率信号来特征化计算机系统的声学噪声（特别是冷却风扇噪声），例如通过麦克风捕获的声音片段的FFT（快速傅里叶变换）。在406，如果特征化结果不能被接受，则可以修改组件操作。在一个实施例中，如果频率信号指示冷却风扇正在产生大于阈值的一个或多个音调，那么可以修改冷却风扇操作来降低那些音调。在408，可以存储修改的组件操作。在一个实施例中，每个工作点的修改的组件操作可以被存储在存储器中用于后期取回。

图5示出了描述根据说明书所述一个实施例的风扇控制器的计算机系统图。至少一个温度传感器510位于计算机系统外壳500的内部。通常，在计算机系统启动很短时间之后，当计算机系统外壳500超过某个阈值温度值时，温度传感器510向处理器504报警。处理器504可以具有一个包括值的表，该表用来随后确定驱动风扇的速度，以保持计算机系统组件在安全温度水平。风扇控制器506可以被用来驱动至少一个冷却风扇508。在一个实施例中，风扇控制器506可以采取脉宽调制（PWM）控制器的形式。在这个实施例中，包括值的表还可以包括有关怎样特定地调整PWM控制器参数以驱动冷却风扇508更加安静操作的信息。无论如何，风扇控制器506可以由配置来执行存储在本地存储设备中的指令的处理器504来引导，未示出。运行指令可以包括可由处理器504用来引导风扇控制器506驱动冷却风扇508以避免多余噪声的数据。这样，冷却风扇508的操作可以是适于计算机系统的特定运行状态、特定环境条件、以及动力条件，仅仅提出了一部分。

当风扇控制器506采用PWM控制器的形式时，其中可以通过改变电压进入冷却风扇（voltage entering cooling fan）508的占空因数来实现对冷却风扇508的速度的调整。一旦冷却风扇508降低了计算机系统外壳500的内部温度，温度传感器510可以检测当前系统温度（或者至少是温敏组件周围的温度），并将其报告给处理器504。如果确定当前系统温度在可接受的运行温度范围之内，处理器504可以引导PWM控制器506来维持或甚至降低冷却风扇508的速度。因此，温度传感器510和PWM控制器506之间的反馈回路可以产生大量可能存在的冷却风扇508的运行状态。每个运行状态可以与PWM控制器506的特定配置文件相关。这样，可以管理冷却风扇508的操作来降低所生成的声学噪声量。

改变传递到冷却风扇508的电压（以及电流）可以改变由冷却风扇508实现的转矩曲线。以非均匀方式传递电流可以至少部分通过补偿不平坦实际转矩曲线（即，波形306）来改变转矩曲线。传递到冷却风扇508的电流可以通过改变风扇控制器506的PWM信号来整形。

图6示出了根据说明书中所述一个实施例的用于降低冷却风扇508发出的声学噪声的波形。波形602可以示出一个整形函数的实施例。整形函数可以用来引导风扇控制器506以确定电压波形的形状来驱动冷却风扇508。例如，风扇控制器506可以根据波形602定义的整形函数来创建非均匀PWM波形。波形604示出了一个非均匀PWM波形的例子，其可以从与波形602所示的类似的整形函数获得。非均匀PWM波形可以启动非均匀电流传递，其可以接着影响冷却风扇508的实际转矩曲线。

波形604中示出的非均匀PWM波形可以生成如波形606所示的整形的电流波形。当应用到DC冷却风扇时，整形的电流波形606可以产生修改的转矩曲线。所得到的转矩曲线可以相对平滑，如波形608所示，特别是与图3中的转矩曲线306相比。

在一个实施例中，非均匀PWM波形（例如波形604）可以通过将整形函数602应用到下列公式来确定。

$f\left(t\right)=\left|\sin (3\·2\mathrm{\π}\·\frac{F_S\·t}{N_d})\right|+A_{\mathrm{RMS}}$ （公式1）

其中：

N_d＝驱动器步进的数量

ω_fan是风扇速度（弧度/秒）

N_POLES是磁极的数量

N_SLOTS是定子中槽的数量

$A_{\mathrm{RMS}}=\left|\sin (3\·2\mathrm{\π}\·\frac{F_S\·t}{N_d})\right|$ 的均方根（公式2）

公式1和2可以被应用于三相冷却风扇（例如图1所示）。在一个实施例中，PWM波形可以被制成复数，使得增加基本正弦波的不同谐波，来调整PWM波形。这在下面的公式3中示出。 $f\left(t\right)=\left|\sin (3\·2\mathrm{\π}\·\frac{F_S\·t}{N_d})\right|+{\mathrm{\Σ}}_{n=i}{A}_n\left|\sin (3\·2\mathrm{\π}\·n\·\frac{F_S\·t}{N_d})\right|A_{\mathrm{RMS}}$ （公式3）

其中：

n＝谐波数量（即，3、5、7、9……）

$A_{\mathrm{RMS}}=\mathrm{RMS}\left|\sin (3\·2\mathrm{\π}\·\frac{F_S\·t}{N_d})\right|+{\mathrm{\Σ}}_{n=i}{A}_n\left|\sin (3\·2\mathrm{\π}\·n\·\frac{F_S\·t}{N_d})\right|$ （公式4）

所考虑的谐波的数量可以被限制到合理的数量，因为较低顺序的谐波对最终的波形可能会产生最大的影响。A_n可以是比例因子，允许相关谐波对最终波形具有较大或较小的影响。

图7是描述了用于利用以上公式3和4来确定冷却风扇的非均匀PWM波形的处理700的流程图。处理在步骤702开始，其中确定了冷却风扇508特征。如上所述，风扇通常具有基于磁极数量（N_POLES）和定子中槽数量（N_SLOTS）的独特的结构特征。如果流程图700中所述处理发生在实验室设置中，那么风扇特征可以从数据表单中获取。如果该处理在装配线设置中实现，那么冷却风扇特征可以通过扫描位于冷却风扇上的标识符从数据库取回，例如条码标签。可以在公式3和4中使用冷却风扇特征。

在步骤703，可以选择初始PWM波形。在一个实施例中，非均匀PWM波形可以通过以上公式3和4来确定。可以使用比例因子（A_n）的初始值。例如，A₃的初始值可以是0.1，而A₅、A₇、A₉等可以是0。A₁的值可以是固定的，因为它是基波（fundamental harmonic）。根据电动机电磁配置，可以不同地选择A_n倍数。例如，单相电动机设计会发现A₂、A₄、A₆……比三相电动机更加有用，这是因为单相电动机的非对称齿设计。

在步骤704，冷却风扇可以第一工作点或速度（每分钟转数或RPM）运行。在步骤706，可以确定频率信号。在一个实施例中，频率信号可以是频率范围以上的声能（例如，声压水平）的测量值。频率信号可通过独立麦克风来获取。如果流程图700的处理是发生在计算机系统中安装的冷却风扇中，例如膝上型电脑，那么频率信号可通过内部膝上型电脑麦克风获取。在一个实施例中，频率信号可以是麦克风获取的声音信号的快速傅里叶变换（FFT）。

在步骤708，可以选择来自频率信号的突音。如果频率信号是声音信号的FFT，那么可以简化音调的识别。同样，这些音调通常发生在多个风扇速度频率，可以被用来帮助识别。在步骤710，突音可以与阈值进行比较。如果突音大于阈值，那么在步骤712，可以修改非均匀PWM波形。在一个实施例中，通过改变比例因子A_n，由此增加或减少非均匀PWM波形的不同谐波的变化量。在PWM波形改变之后，处理返回到步骤706，可以确定其他的频率信号。

如果在步骤710，所选的音调没有大于阈值，那么在步骤714，处理确定当前频率信号中的所有音调是否已经被检测。如果全部音调还没有被检测，那么在步骤716，选择另一个音调，以及处理返回到步骤710。如果在步骤714，所有音调已经被检测，那么在步骤718存储非均匀PWM波形。在一个实施例中，生成非均匀PWM波形的参数可以被存储在存储器中，当需要运行相关RPM的冷却风扇时用于后期取回。在一个实施例中，公式3和4的相关系数可以被存储在存储器中。处理前进到步骤720，测试确定是否所有运行RPM已经被测试。如果更多的RPM需要被测试，那么在步骤722，选择另一个RPM。处理接着前进到步骤703。如果在步骤720，所有RPM都已经被测试，那么处理结束。在另一个实施例中，RPM可以按照50RPM的增量被测试。在还有一个实施例中，可以通过限制仅仅对风扇速度频率的前30个谐波进行检测来减少测试时间。

尽管已经使用公式3和4来描述了流程图700的处理，也可以使用其他的PWM整形公式。例如，可以应用公式1和2。还可以使用其他的电压整形函数。例如，可以使用持续时间变化公式，其中电压可以是基于风扇位置的。

图8是描述了用于确定冷却风扇的PWM波形的另一个处理的流程图800。在这个处理中，频率信号可以视为一个整体，而不是一个个音调。该处理可以在步骤802开始，其中确定冷却风扇特征。基于磁极数量（N_POLES）和槽数量（N_SLOTS）的风扇结构特征可以采取与图7中的步骤702类似的方式来确定。在步骤803，可以选择初始非均匀PWM波形。在一个实施例中，可以通过以上公式3和4确定非均匀PWM波形。可以使用比例因子的初始值（A_n）。这与图4中的步骤403类似。

在步骤804，冷却风扇508以作为工作点的RPM运行。接着在步骤806，可以确定频率信号。在步骤808，可以将频率信号作为一个整体来检查和对待以确定频率信号是否包括大于阈值的任意音调。如果存在大于阈值的一个或多个音调，那么在步骤810，可以修改非均匀PWM波形。在一个实施例中，可以如以上在步骤712中描述的那样来修改非均匀PWM波形。处理可以返回到步骤806，并可以确定另一个频率信号。

如果没有大于阈值的音调，那么在步骤812，非均匀PWM波形可以被存储在存储器中。该处理进行到步骤814，其中进行测试以查看是否所有运行RPM已经被测试。如果所有运行RPM还没被测试，那么在步骤816，选择另一个运行RPM，以及处理返回到步骤803。另一方面，如果所有RPM已经被测试，那么处理结束。

图9是描述用于确定冷却风扇508的非均匀PWM波形的处理的流程图900，特别是当冷却风扇的特征未知时。在某些情况下，冷却风扇的特征是不可用的。例如，这可能是计算机系统中的冷却风扇已经被替换为未知的冷却风扇（即，来自不同供应商的风扇）。冷却风扇结构特征（磁极数量，槽数量）在测试时间是不可用的。

在步骤902开始处理，其中选择初始非均匀PWM波形。这种选择与上述步骤703类似。在步骤904，冷却风扇508以初始RPM运行。在步骤906，可以确定频率信号。频率确定可以与以上步骤706类似。在步骤908，频率信号可以与已知风扇的频率信号进行比较。在一个实施例中，已知频率信号的数据库可以从远程服务器获得，或者可以被存储在存储器中，以及数据库可以将风扇特征（槽数量，磁极数量）与频率信号相关联。

如果在步骤910，所确定的频率信号与已知冷却风扇的频率信号匹配，那么该冷却风扇可以被识别，以及未知冷却风扇的特征（槽数量，磁极数量）可以被识别。如果识别了冷却风扇，那么在步骤912，可以执行噪声分析。噪声分析可以如图7或图8所述，或者可以是任意其他技术上可行的方法。另一方面，如果在步骤910，所确定的频率信号与已知风扇的所存储的频率信号不匹配，那么在步骤914，可以创建未知冷却风扇的频率信号的配置文件。

在一个实施例中，配置文件可以包括运行在计算机系统的每个运行RPM的冷却风扇的频率信号。如果准确的风扇特征不能从频率信号确定，那么不同的非均匀PWM波形可以被应用到冷却风扇，且生成最少噪声的非均匀PWM波形可以被选择和存储在存储器中。例如，通过改变由不同A_n值确定的不同谐波的贡献（contribution）而确定的不同非均匀PWM波形可以生成不同的非均匀PWM波形来进行测试。创建配置文件可以比较冷却风扇运行在不同非均匀PWM波形时所生成的噪声。

该处理可以进行到步骤916，其中进行检查以确定是否还有更多的风扇特征要测试。例如公式3和4可以确定能够对不同风扇特征（某些和不同的N_SLOTS和N_POLES）调谐的非均匀PWM波形。初始风扇特征可以如步骤902所述。其它风扇特征可以在公式3和4中尝试，并与现有的配置文件比较。如果在步骤916，存在更多的风扇特征要测试，那么在步骤918选择新的一组风扇特征。对于所选风扇特征，在步骤920执行噪声分析。这个噪声分析可以如图7和8所述，或者可以是任何其它的技术上可行的方法。

在步骤922，噪声分析步骤920期间形成的频率信号与之前已经存储的频率信号进行比较。之前存储的频率信号是初始配置文件（步骤914），或者是来自已成为当前配置文件的其它之前尝试的非均匀PWM波形所存储的之前存储的频率信号。如果当前频率信号比存储的配置文件更好，那么在步骤924，新的风扇特性和PWM波形设置被存储在存储器中，并存储当前配置文件。另一方面，如果在步骤922中，当前频率信号没有比存储的配置文件更好，那么在步骤926，存储较老的配置文件和相关非均匀PWM波形设置。继续步骤924和步骤926，处理返回到步骤916。如果在步骤916，没有更多的风扇特征要被测试，那么处理结束。

图10是根据本说明书的风扇控制器的一个实施例的框图1000。风扇控制器可以包括控制块1010、地址生成器1020、可编程时钟生成器1040、可编程电压参考1050、查找表1060、数模转换器（DAC）级1070、以及驱动器级1080。电动机驱动PWM模型的操控可以通过修改内部查找表存储器1060来实现。

控制块1010可以耦接到反电动势（BEMF）传感器1015和热传感器1017。BEMF传感器1015可以被用来确定对驱动电压的风扇响应。热传感器1017可以被用来确定计算机系统中的区域的温度。可编程时钟生成器1040可以生成供查找表1060和DAC级1070所用的时钟。可编程地址生成器1020可以生成查找表1060的地址。可编程电压参考1050可以向DAC级1070提供稳定的电压参考。在一个实施例中，换向信息，例如图2中所示的信息，可以被包括在查找表1060中。控制块还可以被耦接到查找表1060、DAC级1070和驱动器级1080，然而，为了简化而省略了涉及耦接的图10中所划的线。

控制块1010、可编程地址生成器1020、可编程时钟生成器1040和可编程电压参考1050可以被耦接到控制总线1002。控制总线1002可以将数据传输到这些元件，或者从这些元件传输数据，这些元件能够使处理器（未示出）实现用于冷却风扇控制的方法。例如，处理器可以读取控制块来确定BEMF和温度数据。作为响应，处理器可以通过可编程电压参考1050确定DAC参考电压，通过地址生成器1020确定查找表地址，以及通过查找表1060和可编程时钟生成器1040确定PWM定时特征。

DAC级1070可以具有一个或多个DAC。在一个实施例中，通过冷却风扇中包括的相位数量，可以至少部分地确定DAC数量。查找表1060的输出可以被耦接到DAC级1070。在一个实施例中，每个DAC可以被耦接到驱动器级1080。在一个实施例中，驱动器级1080可以包括至少一个耦接到每个冷却风扇相位的场效应晶体管（FET）。

图11示出了描述处理1100的流程图，其中所述实施例的一个或多个实施例可以被应用于计算机系统。在步骤1110，结合这里所述的其中一个处理，在工厂设置的首次装配之后，可以对计算机系统进行分析，例如图7或图8所述的处理。用于分析的频率信号可以利用外部独立麦克风获得。通过这个初始校准1110所确定的非均匀PWM波形参数可以被存储在非易失性存储器中，以便后期当计算机系统可操作时被访问。一旦计算机系统被装运到终端用户，可以完成初始再校准步骤1120。这个步骤利用作为计算机系统一部分的系统麦克风的优势。最后在步骤1130，可以预定间隔或者按照用户要求完成周期性的再校准。当计算机系统检测到硬件重配置时，也可以触发周期性再校准。

图12是适于控制所述实施例中的某些处理的电子设备的框图。电子设备1200可以表示代表性的计算设备的电路。电子设备1200可以包括处理器1202，所述处理器1200属于用来控制电子设备1200的所有操作的微处理器或控制器。电子设备1200可以包括属于文件系统1204和缓存1206中的制造指令的指令数据。文件系统1204可以是存储磁盘或者多个磁盘。在某些实施例中，文件系统1204可以是闪存、半导体（固态）存储器等。文件系统1204通常可以为电子设备1200提供大容量存储能力。然而，由于对文件系统1204的访问时间相对较慢（特别是如果文件系统1204包括机械磁盘驱动），电子设备1200还可以包括缓存1206。缓存1206可以包括例如，半导体存储器所提供的随机存取存储器（RAM）。对缓存1206的相对访问时间可以比文件系统1204短很多。然而缓存1206可不具有文件系统1204的大存储容量。此外，文件系统1204在激活时，会比缓存1206消耗更多能量。当电子设备1200是通过电池1224供电的便携式设备时，耗能通常是一个问题。电子设备1200还可以包括RAM 1220和只读存储器（ROM）1222。ROM 1222可以存储程序、应用或者以非易失性方式执行的处理。RAM 1220可以提供易失性数据存储，例如缓存1206。

电子设备1200还可以包括用户输入设备1208，允许电子设备1200的用户与电子设备1200进行交互。例如，用户输入设备1208可以采取各种形式，例如按钮、键盘、拨号盘、触屏、声音输入接口、视觉/图像捕获输入接口、传感器数据形式的输入，等等。此外，电子设备1200可以包括显示器1210（屏幕显示器），可由处理器1202控制来向用户显示信息。数据总线1216可以方便在至少文件系统1204、缓存1206、处理器1202和控制器1213之间进行数据传输。控制器1213可以被用来通过设备控制总线1214与不同制造设备进行交互和对其控制。例如，控制总线1214可以被用来控制计算机数控（CNC）机、印刷机、注模机或其他这样的设备。例如在某个制造事件发生时，处理器1202可以提供指令，通过控制器1213和控制总线1214来控制制造设备。这样的指令可以被存储在文件系统1204、RAM 1220、ROM1222或缓存1206中。

电子设备1200还可以包括耦接到数据链路1212的网络/总线接口1211。数据链路1212可以允许电子设备1200耦接到主计算机或者附件设备。可以在有线连接或无线连接上提供数据链路1212。当无线连接时，网络/总线接口1211可以包括无线收发器。传感器1226可以采用检测任意激励的电路的形式。例如，传感器1226可以包括任意数量的传感器，用于监测制造操作，例如响应于外部磁场的霍尔效应传感器、音频传感器、光传感器例如光度计、检测清晰度的计算机图像传感器、监测成型处理的温度传感器，等等。

可以独立使用或者组合使用所述实施例的各个方面、实施例、实现方式或特征。可以通过软件、硬件或软硬结合来实现所述实施例的各个方面。所述实施例还可以被实施为计算机可读介质上的用于控制制造操作的计算机可读代码，或者被实施为计算机可读介质上的用于控制生产线的计算机可读代码。计算机可读介质是可以存储数据并之后被计算机系统读取的任意数据存储设备。计算机可读介质的例子包括只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、DVD、磁带、硬盘驱动器、固态驱动器、以及光数据存储设备。计算机可读介质还可以分步在网络耦接的计算机系统上，使得计算机可读代码以分布的方式被存储和执行。

为了解释的目的，前述描述使用了特定术语来提供对所述实施例的整体理解。然而本领域技术人员显而易见，不需要特定细节来实现所述实施例。因此特定实施例的前述描述是以示例性和说明的目的表示。并不意味着穷举或限制所述实施例到所公开的精确形式。本领域普通技术人员显而易见，在以上教导下，可以进行多种修改和变型。

Claims (24)

1.一种用于操作计算系统的方法，所述计算系统具有至少一个由处理器控制的风扇组件，所述方法包括：

在以第一运行状态操作计算系统之前，将通过利用第一控制信号以第一工作点操作电机组件产生的噪声特征化；

将第一控制信号修改为第二控制信号，其中，所述第二控制信号是以产生小于预定阈值的突出声学音调的方式操作电机组件的整形非均匀脉宽调制（PWM）波形；以及

以所述第二控制信号操作所述风扇组件。

2.如权利要求1所述的方法，其中，特征化包括确定所述电机组件的声学音频信号的快速傅里叶变换（FFT）。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述非均匀PWM波形是由整形函数确定的。

4.如权利要求1所述的方法，其中，与所述第二控制信号相关的控制参数被存储在存储器中。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一运行状态是由温度确定的。

6.一种用于控制计算系统的冷却风扇的风扇控制器，所述风扇控制器包括：

被配置为确定计算系统的温度的温度传感器；

被配置为包括至少一个非均匀脉宽调制（PWM）波形参数的查找表；

耦接到查找表的输入并被配置为向查找表提供地址的地址生成器；

耦接到查找表的输出并被配置为响应于查找表的输出提供非均匀PWM风扇控制信号的数模转换器（DAC）；

耦接到DAC并被配置为提供DAC输出的参考电压的可编程电压参考；以及

被配置为响应于所确定的温度，通过以下操作来确定非均匀PWM风扇控制信号的控制器：

根据所确定的温度，编程地址生成器，以及

根据所确定的温度，设置可编程电压参考。

7.如权利要求6所述的风扇控制器，还包括耦接到查找表的输入并被配置为根据所确定的温度生成时钟信号的时钟生成器。

8.如权利要求6所述的风扇控制器，还包括耦接到DAC输出并被配置为生成风扇的一个或多个相位绕组的控制信号的驱动器级。

9.如权利要求6所述的风扇控制器，其中，所述查找表还被配置为包括两个或更多个非均匀波形参数。

10.如权利要求6所述的风扇控制器，其中，所述控制器还被配置为响应于所确定的温度中的变化来修改地址生成器。

11.如权利要求6所述的风扇控制器，其中，所述查找表还被配置为包括换向顺序。

12.一种包括非均匀脉宽调制（PWM）风扇控制器的计算机系统，包括：

被配置为确定计算机系统的温度的温度传感器；

被配置为将冷气吹入和吹出计算机系统的冷却风扇；以及

被配置为响应于所确定的温度，利用以产生小于预定阈值的突出声学音调的方式操作冷却风扇的非均匀PWM风扇信号控制冷却风扇的风扇控制器。

13.如权利要求12所述的计算机系统，其中，所述风扇控制器包括被配置为包括非均匀PWM参数的查找表。

14.如权利要求13所述的计算机系统，其中，所述查找表还被配置为包括换向信息。

15.如权利要求13所述的计算机系统，其中，所述查找表还被配置为包括两组或更多组非均匀PWM参数，其中一组对应于计算机系统的一个工作点。

16.如权利要求12所述的计算机系统，其中，所述非均匀PWM风扇信号是根据整形函数而确定的。

17.一种用于在计算系统中控制冷却风扇的设备，包括：

用于确定计算系统的温度的装置；

用于响应于确定的温度来选择非均匀脉宽调制（PWM）波形的参数的装置；

用于根据所选择的参数来生成非均匀PWM波形的装置；以及

用于利用非均匀PWM波形操作冷却风扇的装置，其中，所述操作产生小于预定阈值的突出声学音调。

18.如权利要求17所述的设备，还包括：

用于响应于整形函数来确定所述非均匀PWM波形的参数的装置。

19.如权利要求17所述的设备，还包括：

用于在查找表中存储所述非均匀PWM波形的参数的装置。

20.如权利要求17所述的设备，还包括：

用于在查找表中存储换向信息的装置。

21.一种用于在计算系统中控制冷却风扇的方法，包括：

确定计算系统的温度；

响应于确定的温度来选择非均匀脉宽调制（PWM）波形的参数；

根据所选择的参数来生成非均匀PWM波形；以及

利用非均匀PWM波形操作冷却风扇，其中，所述操作产生小于预定阈值的突出声学音调。

22.如权利要求21所述的方法，还包括：

响应于整形函数来确定所述非均匀PWM波形的参数。

23.如权利要求21所述的方法，还包括：

在查找表中存储所述非均匀PWM波形的参数。

24.如权利要求21所述的方法，还包括：

在查找表中存储换向信息。

Images