CN103809719B - 电路板及用于电路板的电源管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电路板及用于电路板的电源管理系统，其包括：处理器，其包括核心电压输入端；和核心电压回馈端；以及电压调节装置，其包括设定端，其上提供有固定参考电压；检测端，其连接至核心电压回馈端，以检测来自核心电压回馈端的回馈核心电压；和核心电压输出端，其连接至核心电压输入端，以向其提供核心电压，其中，电压调节装置根据回馈核心电压调节核心电压，以使回馈核心电压等于固定参考电压，其中，处理器在核心电压输入端与核心电压回馈端之间提供偏置电压，使得偏置电压等于处理器所需要的核心电压与固定参考电压之差。该电源管理系统将进行电压调节的部分移至处理器中，从而降低了电路板的复杂度。

Description

电路板及用于电路板的电源管理系统
技术领域
本发明涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种电路板及用于电路板的电源管理系统。
背景技术
在例如微机的电子设备的电路板中，经常会采用动态电压频率调整（DVFS）技术以改善系统性能，减小系统功率消耗。具体地，电路板中的处理器（例如图形卡中的GPU）根据当前的负载预测下一时间段系统需要的性能，从而确定需要的频率，并根据新的频率计算新的电压，通知电压调节装置，通过电压调节装置提供所需要的新的电压至处理器。处理器自身就能实现频率调节，而电压调节则需要通过处理器向电压调节装置提供与所需要的核心电压相关的信号，而电压调节装置根据该信号提供核心电压至处理器而实现。
具体地，以GPU为例，如图1所示，GPU1’与电压调节装置2’通过并行总线或串行总线连接，通过总线连接实现向电压调节装置2’输出与所需要的核心电压相关的信号，电压调节装置中的参考电压设定模块26’接收该信号，将其转换为GPU所需要的核心电压Vn，并输出给电压调节装置中的控制部24’。控制部的设定端接收上述所需要的核心电压Vn，同时控制部的检测端接收GPU的核心电压Vc以形成闭环控制。该控制部根据所需要的核心电压Vn和检测端接收的核心电压Vc调节输出电压Vcc，直到核心电压Vc等于所需要的核心电压Vn。
由于处理器与电压调节装置之间需要有串行或并行总线连接，增加了电路板的复杂度。同时，总线通信的方式增大了对处理器的核心电压的闭环调节的时间，影响系统的瞬变性能的改善。
因此，需要提供一种电路板及用于电路板的电源管理系统，以解决上述问题。
发明内容
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于电路板的电源管理系统，其包括：处理器，其包括核心电压输入端；和核心电压回馈端；以及电压调节装置，其包括设定端，其上提供有固定参考电压；检测端，其连接至核心电压回馈端，以检测来自核心电压回馈端的回馈核心电压；和核心电压输出端，其连接至核心电压输入端，以向其提供核心电压，其中，电压调节装置根据回馈核心电压调节核心电压，以使回馈核心电压等于固定参考电压，其中，处理器在核心电压输入端与核心电压回馈端之间提供偏置电压，使得偏置电压等于处理器所需要的核心电压与固定参考电压之差。
进一步地，处理器包括电压偏置电路，其中电压偏置电路的两个偏置电压输出端分别连接至核心电压输入端和核心电压回馈端，以在其之间提供偏置电压。
进一步地，电压调节装置中设有参考电压电源，参考电压电源的输出端提供固定参考电压至设定端。
进一步地，电压调节装置包括：控制部，设定端和检测端分别连接至控制部，控制部根据固定参考电压和回馈核心电压输出多路脉宽调制信号；以及多相电源产生电路，其与控制部连接，其中多相电源产生电路包括并联的多相降压式变换电路，每相降压式变换电路接收一路脉宽调制信号；并且并联的多相降压式变换电路的公共输出端形成核心电压输出端。
进一步地，核心电压输出端与地电位之间设有输出电容。
进一步地，处理器为图形处理器、CPU或数字信号处理器。
进一步地，处理器确定处理器的负载，并根据负载确定处理器的所需要的核心电压。
进一步地，核心电压输入端与核心电压输出端通过铜线连接；并且核心电压回馈端与检测端通过铜线连接。
进一步地，电压调节装置在回馈核心电压低于固定参考电压时，增大核心电压，并在回馈核心电压高于固定参考电压时，减小核心电压。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电路板，包括电源管理系统，述电源管理系统包括：处理器，其包括核心电压输入端；和核心电压回馈端；以及电压调节装置，其包括设定端，其上提供有固定参考电压；检测端，其连接至核心电压回馈端，以检测来自核心电压回馈端的回馈核心电压；和核心电压输出端，其连接至核心电压输入端，以向其提供核心电压，其中，电压调节装置根据回馈核心电压调节核心电压，以使回馈核心电压等于固定参考电压，其中，处理器在核心电压输入端与核心电压回馈端之间提供偏置电压，使得偏置电压等于处理器所需要的核心电压与固定参考电压之差。
进一步地，处理器包括电压偏置电路，其中电压偏置电路的两个偏置电压输出端分别连接至核心电压输入端和核心电压回馈端，以在其之间提供偏置电压。
进一步地，电压调节装置中设有参考电压电源，参考电压电源的输出端提供固定参考电压至设定端。
进一步地，电压调节装置包括：控制部，设定端和检测端分别连接至控制部，控制部根据固定参考电压和回馈核心电压输出多路脉宽调制信号；以及多相电源产生电路，其与控制部连接，其中多相电源产生电路包括并联的多相降压式变换电路，每相降压式变换电路接收一路脉宽调制信号；并且并联的多相降压式变换电路的公共输出端形成核心电压输出端。
进一步地，核心电压输出端与地电位之间设有输出电容。
进一步地，处理器为图形处理器、CPU或数字信号处理器。
进一步地，处理器确定处理器的负载，并根据负载确定处理器的所需要的核心电压。
进一步地，核心电压输入端与核心电压输出端通过铜线连接；并且核心电压回馈端与检测端通过铜线连接。
进一步地，电压调节装置在回馈核心电压高于固定参考电压时，减小核心电压，并在回馈核心电压低于固定参考电压时，增大核心电压。
进一步地，电路板为图形卡。
本发明具有以下技术效果：
本发明的用于电路板的电源管理系统中，在电压调节装置的设定端上提供固定参考电压而非所需要的核心电压；同时处理器中设置有核心电压输入端和核心电压回馈端，该核心电压回馈端连接至电压调节装置的检测端。处理器在核心电压输入端与核心电压回馈端之间提供偏置电压，使得偏置电压等于处理器所需要的核心电压与固定参考电压之差。同时，电压调节装置一直以固定参考电压为目标值且以核心电压回馈端的回馈核心电压为检测值而调节其核心电压输出端的输出电压，从而调节向处理器的核心电压输入端处的核心电压。
这样，当需要的核心电压等于固定参考电压时，将偏置电压调为0V，电压调节装置调节输出电压（从而调节处理器的核心电压输入端的核心电压），直至检测到的回馈核心电压等于固定参考电压。当需要升高核心电压时，处理器调节偏置电压，使偏置电压等于处理器所需要的核心电压与固定参考电压之差，则回馈核心电压降低（降低量为所需要的核心电压与固定参考电压之差），这时，电压调节装置则会由于回馈核心电压的降低而升高输出电压，从而使核心电压升高，直到回馈核心电压的升高量为所需要的核心电压与固定参考电压之差（此时核心电压的升高量也为所需要的核心电压与固定参考电压之差），从而核心电压达到所需要的核心电压的值。同样道理，当需要降低核心电压时，通过上述方法调节偏置电压，也能够实现核心电压达到所需要的核心电压的值。
可以理解，通过在电压调节装置中的设定端提供固定参考电压而非所需要的核心电压，并根据所需要的核心电压而在处理器中提供偏置电压以促使电压调节装置输出的核心电压发生改变，本发明的电源管理系统将进行电压调节的部分从电压调节装置中移至处理器中，从而避免了对处理器与电压调节装置之间的通信总线的要求，降低了电路板的复杂度。同时，由于处理器和电压调节装置之间无须总线通信，大大降低了对处理器的核心电压的闭环调节的时间，改善了系统的瞬变性能。
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1是现有技术中的用于电路板的电源管理系统的连接关系示意图；以及
图2是根据本发明的实施例的用于电路板的电源管理系统的连接关系示意图。
具体实施方式
现在，将更为详细地描述本发明的优选实施方式，其示例在附图中示出。本领域普通技术人员应认识到，下面的描述仅仅是示例性的而并非意图进行任何方式的限定。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构和连接关系。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
如图2所示，根据本发明的实施例的用于电路板的电源管理系统包括处理器1和电压调节装置2。该处理器1包括核心电压输入端11和核心电压回馈端12。该电压调节装置2包括设定端21、检测端22和核心电压输出端23。在设定端21上提供有固定参考电压Vf；检测端22连接至核心电压回馈端12，以检测来自核心电压回馈端12的回馈核心电压Vs；核心电压输出端23连接至处理器1的核心电压输入端11，以向其提供核心电压Vc（该核心电压输出端23处的输出电压Vcc与处理器1的核心电压输入端11处接收的核心电压Vc由于连接线的电阻等因素影响而略有不同）。其中，电压调节装置2根据回馈核心电压Vs调节输出电压Vcc，从而调节核心电压Vc，以使回馈核心电压Vs等于固定参考电压Vf，也就是，电压调节装置2调节输出电压Vcc的值，从而调节核心电压Vc的值，直到回馈核心电压Vs等于固定参考电压Vf时停止输出电压Vcc及核心电压Vc的改变。电压调节装置2在回馈核心电压Vs低于固定参考电压Vf时，增大核心电压Vc，并在回馈核心电压Vs高于固定参考电压Vf时，减小核心电压Vc。处理器1在核心电压输入端11与核心电压回馈端12之间提供偏置电压Vo，使得该偏置电压Vo等于处理器1所需要的核心电压Vn与固定参考电压Vf之差。可以理解，回馈核心电压Vs=Vc-Vo。
在本实施例的用于电路板的电源管理系统中，在电压调节装置2的设定端21上提供固定参考电压Vf而非所需要的核心电压，同时处理器1在核心电压输入端11与核心电压回馈端12之间提供偏置电压Vo，使得偏置电压Vo等于处理器11所需要的核心电压Vn与固定参考电压Vf之差。同时，电压调节装置2一直以固定参考电压Vf为目标值且以核心电压回馈端12的回馈核心电压Vs为检测值而调节其核心电压输出端23的输出电压Vcc，从而调节处理器1的核心电压输入端11处的核心电压Vc。
这样，当需要的核心电压Vn等于固定参考电压Vf时，将偏置电压Vo调为0V（此时Vs=Vc，所以电压调节装置2的检测端22接收到的电压为核心电压Vc），电压调节装置2调节输出电压Vcc（从而调节核心电压Vc），直至检测到的回馈核心电压Vs等于固定参考电压Vf（Vs=Vf）。当需要升高核心电压Vc时，处理器1调节偏置电压Vo，使偏置电压Vo等于处理器1所需要的核心电压Vn与固定参考电压Vf之差（使Vo=Vn-Vf），从而回馈核心电压Vs降低（降低量为所需要的核心电压Vn与固定参考电压Vf之差Vn-Vf）），这时，电压调节装置2则会由于回馈核心电压Vf的降低而升高输出电压Vcc，从而使核心电压Vc升高，直到回馈核心电压Vs的升高量为Vn-Vf（此时核心电压Vc的升高量也为Vn-Vf），从而核心电压Vc达到所需要的核心电压Vn的值。同样道理，当需要降低核心电压Vc时，通过上述方法调节偏置电压Vo，也能够实现核心电压Vc达到所需要的核心电压Vn的值。
可以理解，通过在电压调节装置2中的设定端21提供固定参考电压Vf而非所需要的核心电压Vn，并根据所需要的核心电压Vn而在处理器1中提供偏置电压Vo以促使电压调节装置2的输出电压Vcc发生改变，从而改变核心电压Vcc，本发明的电源管理系统将进行电压调节的部分从电压调节装置2中移至处理器1中，从而避免了对处理器1与电压调节装置2之间的通信总线的要求，降低了电路板的复杂度。同时，由于处理器1和电压调节装置2之间无须总线通信，大大降低了对处理器1的核心电压的闭环调节的时间，改善了系统的瞬变性能。
该偏置电压Vo可以通过各种适合的方式施加，优选地，本实施例中，处理器1包括电压偏置电路13，该电压偏置电路13的两个偏置电压输出端分别连接至核心电压输入端11和核心电压回馈端12，以在其之间提供偏置电压Vo。处理器1通过控制偏置电路13的输出电压即可调节偏置电压Vo。
可以通过外部电源向电压调节装置2的设定端21提供固定参考电压Vf。优选地，本实施例中，在电压调节装置2中设有参考电压电源26，该参考电压电源26的输出端提供固定参考电压Vf至设定端21。
电压调节装置2可以采取任何能够实现上述输出电压的功能的结构。优选地，本实施例中，如图2所示，电压调节装置2包括控制部24和多相电源产生电路25。其中，上述设定端21和检测端22分别连接至控制部24，该控制部24根据来自设定端21的固定参考电压Vf和来自检测端22的回馈核心电压Vs而输出对应于输出电压Vcc的多路脉宽调制信号。该多相电源产生电路25与控制部24连接，其中多相电源产生电路包括并联的多相降压式变换电路，每相降压式变换电路接收一路上述脉宽调制信号。并且并联的多相降压式变换电路的公共输出端形成上述核心电压输出端23，以输出上述输出电压Vcc。电压调节装置2的此结构简单且输出电压稳定。
更优选地，在该核心电压输出端23与地电位之间设有输出电容C，以对输出电压Vcc进行滤波，以使输出电压Vcc更精确。
本发明中提到的处理器1为图形处理器，在实践中，处理器1也可以为CPU或数字信号处理器等任何其他形式的适合的处理器。并且，处理器1确定处理器1的负载，并根据负载确定处理器1的所需要的核心电压Vn。
另外，核心电压输入端11与核心电压输出端23之间、核心电压回馈端12与检测端22可以以任何合适的连接方式连接，优选地，核心电压输入端11与核心电压输出端23通过铜线连接；并且核心电压回馈端12与检测端22通过铜线连接。
本发明还提供了一种电路板，该电路板可以包括上文所述的任何一种电源管理系统，该电源管理系统中各个部件的性质、特点及其之间的连接关系见上文所述，在此不再赘述。
该电路板的电源管理系统将进行电压调节的部分从电压调节装置2中移至处理器1中，从而避免了对处理器1与电压调节装置2之间的通信总线的要求，降低了电路板的复杂度。同时，由于处理器1和电压调节装置2之间无须总线通信，大大降低了对处理器1的核心电压的闭环调节的时间，改善了系统的瞬变性能。
该电路板可以为包含上述电源管理系统的任何功能、类型的电路板，优选地，本实施例中，该电路板为图形卡。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (19)

1.一种用于电路板的电源管理系统，包括：
处理器，其包括
核心电压输入端；和
核心电压回馈端；以及
电压调节装置，其包括
设定端，其上提供有固定参考电压；
检测端，其连接至所述核心电压回馈端，以检测来自所述核心电压回馈端的回馈核心电压；和
核心电压输出端，其连接至所述核心电压输入端，以向其提供核心电压，
其中，所述电压调节装置根据所述回馈核心电压调节所述核心电压，以使所述回馈核心电压等于所述固定参考电压，
其中，所述处理器在所述核心电压输入端与所述核心电压回馈端之间提供偏置电压，使得所述偏置电压等于所述处理器所需要的核心电压与所述固定参考电压之差。
2.如权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述处理器包括电压偏置电路，其中
所述电压偏置电路的两个偏置电压输出端分别连接至所述核心电压输入端和所述核心电压回馈端，以在其之间提供所述偏置电压。
3.如权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述电压调节装置中设有参考电压电源，所述参考电压电源的输出端提供所述固定参考电压至所述设定端。
4.如权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述电压调节装置包括：
控制部，所述设定端和所述检测端分别连接至所述控制部，所述控制部根据所述固定参考电压和所述回馈核心电压输出多路脉宽调制信号；以及
多相电源产生电路，其与所述控制部连接，其中
所述多相电源产生电路包括并联的多相降压式变换电路，每相所述降压式变换电路接收一路所述脉宽调制信号；并且
所述并联的多相所述降压式变换电路的公共输出端形成所述核心电压输出端。
5.如权利要求4所述的电源管理系统，其特征在于，所述核心电压输出端与地电位之间设有输出电容。
6.如权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述处理器为图形处理器、CPU或数字信号处理器。
7.如权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述处理器确定所述处理器的负载，并根据所述负载确定所述处理器的所述所需要的核心电压。
8.如权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，
所述核心电压输入端与所述核心电压输出端通过铜线连接；并且
所述核心电压回馈端与所述检测端通过铜线连接。
9.如权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述电压调节装置在所述回馈核心电压低于所述固定参考电压时，增大所述核心电压，并在所述回馈核心电压高于所述固定参考电压时，减小所述核心电压。
10.一种电路板，包括电源管理系统，所述电源管理系统包括：
处理器，其包括
核心电压输入端；和
核心电压回馈端；以及
电压调节装置，其包括
设定端，其上提供有固定参考电压；
检测端，其连接至所述核心电压回馈端，以检测来自所述核心电压回馈端的回馈核心电压；和
核心电压输出端，其连接至所述核心电压输入端，以向其提供核心电压，
其中，所述电压调节装置根据所述回馈核心电压调节所述核心电压，以使所述回馈核心电压等于所述固定参考电压，
其中，所述处理器在所述核心电压输入端与所述核心电压回馈端之间提供偏置电压，使得所述偏置电压等于所述处理器所需要的核心电压与所述固定参考电压之差。
11.如权利要求10所述的电路板，其特征在于，所述处理器包括电压偏置电路，其中
所述电压偏置电路的两个偏置电压输出端分别连接至所述核心电压输入端和所述核心电压回馈端，以在其之间提供所述偏置电压。
12.如权利要求10所述的电路板，其特征在于，所述电压调节装置中设有参考电压电源，所述参考电压电源的输出端提供所述固定参考电压至所述设定端。
13.如权利要求10所述的电路板，其特征在于，所述电压调节装置包括：
控制部，所述设定端和所述检测端分别连接至所述控制部，所述控制部根据所述固定参考电压和所述回馈核心电压输出多路脉宽调制信号；以及
多相电源产生电路，其与所述控制部连接，其中
所述多相电源产生电路包括并联的多相降压式变换电路，每相所述降压式变换电路接收一路所述脉宽调制信号；并且
所述并联的多相所述降压式变换电路的公共输出端形成所述核心电压输出端。
14.如权利要求13所述的电路板，其特征在于，所述核心电压输出端与地电位之间设有输出电容。
15.如权利要求10所述的电路板，其特征在于，所述处理器为图形处理器、CPU或数字信号处理器。
16.如权利要求10所述的电路板，其特征在于，所述处理器确定所述处理器的负载，并根据所述负载确定所述处理器的所述所需要的核心电压。
17.如权利要求10所述的电路板，其特征在于，
所述核心电压输入端与所述核心电压输出端通过铜线连接；并且
所述核心电压回馈端与所述检测端通过铜线连接。
18.如权利要求10所述的电路板，其特征在于，所述电压调节装置在所述回馈核心电压高于所述固定参考电压时，减小所述核心电压，并在所述回馈核心电压低于所述固定参考电压时，增大所述核心电压。
19.如权利要求10所述的电路板，其特征在于，所述电路板为图形卡。
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