CN104520782A - 用于提供设置电源电压的指示的方法和模块 - Google Patents

Abstract

第一方面提供一种在电源电压控制模块中提供用于设置电源电压的指示的方法，包括：获得与负载的电源电压需求有关的信息；并基于该信息来确定要提供给该负载的电源电压。随后，将指示发送至电源模块，以将所确定的电源电压供应至负载。对于如集成电路的负载的电源电压的需求不仅取决于该负载的设计，还取决于制造过程的参数和该负载的活动水平。通过获得与负载的电源电压需求有关的信息和使用该信息来确定要提供给该负载的电源电压，通过指示负载点电源提供所确定的电源电压来创建反馈环路。

Description

用于提供设置电源电压的指示的方法和模块

技术领域

本发明涉及负载的电源的电力和电压调节。

背景技术

根据如用于早期个人计算机(如Altair 8800)中的S-100总线了解了在利用由电力总线供应的一般电力的负载点处的分布式电压调节。总线上的电源为未调节的+8V和±18V，其设计为在卡上调节至+5V(由TTL使用)和±12V(通常用于RS-232线路或磁碟驱动电机上)。

发明内容

优选地，提供局部电压调节的反馈控制。

本发明的第一方面提供了一种在电源电压控制模块中提供用于设置电源电压指示的方法。该方法包括获得与负载的电源电压需求有关的信息。基于该信息，确定要提供给负载的电源电压。随后，将指示发送至电源模块，以向负载供应所确定的电源电压。

针对负载(如集成电路)的特定电源电压的需求可以不仅取决于该负载的设计。它还可以取决于制造过程的参数和负载的活动水平。通过获得与负载的电源电压需求有关的信息，并随后使用该信息确定要提供给负载的电源电压，通过指示负载点电源提供所确定的电源电压来创建反馈环路。

在第一方面的实施例中，确定要提供给负载的电源电压包括：根据与负载的电源电压需求有关的信息导出所请求的电源电压，以及将指示发送至电源模块，以向负载供应所请求的电源电压。

从与电源电压需求相关的负载接收到的信息可以并非直接是实际电源电压。作为替代，它还可以是来自环形振荡器的原始信号、这种原始信号的频率或关键路径时间值-或该值与参考值之差。优选地，基于电源电压需求信息，将该值转换为负载所需或所请求的实际电源电压。如果例如环形振荡器的频率下降，则需要更高的电源电压。对于例如用于该环形振荡器的多个频率间隔的特定电路，可以给出特定的所请求或所需电源电压。在这种情况下，根据与负载的电源电压需求有关的信息导出所请求的电源电压意味着，通过找到随检测到的频率而变的电压来查找所请求的电源电压。用这种方式，可以正确地指示电源来提供正确的电源。

在另一实施例中，确定要提供给负载的电源电压包括：确定由电源模块向负载供应所请求的电源电压是否满足预定要求；以及如果由电源模块向负载供应所请求的电源电压满足预定要求，则将指示发送至电源模块，以向负载供应所请求的电源电压。

移动、尤其便携设备通常对功耗具有严格的要求。如果电池电力低，这甚至会更加严格。在这些情况下，会不允许负载(如集成电路)消耗多于特定预定电平-或多于所确定的功耗阈值的电力。如果服从负载对特定电源电压的请求将导致负载不超出该阈值，则指示负载点电源将所请求的电源电压提供给负载。

第一方面的另一实施例包括：如果由电源模块向负载供应所请求的电源电压不满足预定要求，则确定要提供给负载的电源电压包括：确定最接近于所请求的电源电压的、满足预定要求的电源电压。

这允许在满足要求的情况下向负载供应最佳电力，具体地，电压。

在第一方面的又一实施例中，电源电压控制模块被布置为：从多个负载获得与电源电压需求有关的信息。根据该实施例的方法还包括：识别与所述与电源电压需求有关的信息相关的负载；识别被布置为用于向所识别的负载供应所确定的电源电压的电源模块；以及将指示发送至所识别的电源模块，以将所确定的电源电压提供给所识别的负载。

重要的优点在于：控制各种电源电压的智能化集中在一个位置。这实现了每个负载点电源的低成本和印刷电路板上的较小占用空间。此外，考虑到整个印刷电路板的一般要求和条件，该建立允许集中控制。

第二方面提供了一种用于提供设置电源电压的指示的电源电压控制模块，包括：输入模块，被布置为获得与负载的电源电压需求有关的信息；处理单元，被布置为基于与负载的电源电压需求有关的信息，确定要提供给负载的电源电压；以及输出模块，被布置为将指示发送至电源模块，以向负载供应所确定的电源电压。

第三方面提供了一种电路，包括：根据第二方面的电源电压控制模块；至少一个处理电路插座，用于将处理电路连接至该电路，使得该处理电路被布置为将与该处理器电路的电源电压需求有关的信息提供给电压控制模块；以及至少一个电源模块的电源插座，被布置为根据向该处理电路供应所确定的电源电压的指示，将电力提供给该处理电路。

附图说明

现在将结合附图进一步详细描述各方面和实施例。在附图中，

图1示出了作为第二方面的实施例的第一电路；

图2示出了作为第二方面的另一实施例的第二电路；

图3示出了作为第二方面的另一实施例的第三电路；

图4示出了描述作为第一方面的实施例的过程的流程图。

具体实施方式

图1示出了电路100，其包括电源控制模块110，作为电源的负载点130和作为负载点130的负载的集成电路120。负载点130与集成电路120相连，以用基本稳定的电压电平向集成电路120供电。与负载点130相连的电源控制模块110控制负载点130提供给集成电路120的电压电平。第一主电力导体104和第二主电力导体106向负载点130提供将由负载点130调节的电压。电源控制模块110还与集成电路120相连，以获得由集成电路提供的与电源电压需求有关的信息。作为两个主电力导体的备选，仅提供一个电力导体(例如与接地平面组合)。

优选地，将电路100置于单个印刷电路板102上，但其中可将各个模块设置在与主印刷电路板相连的印刷电路板上。备选地，印刷电路板102包括其中可以安装电源控制模块110、负载点130和集成电路120的插座。在另一备选中，具体地，将负载点130和电源控制模块110集成于印刷电路板102上。这意味着可以直接将这些模块的组件安装至印刷电路板。

电源控制模块110包括输出模块114、处理单元112、作为存储器模块的闪存118和输入模块116。闪存118、输出模块114和输入模块116与处理单元112相连。处理单元112被布置为控制电源控制模块110的各个组件并处理由电源控制模块110接收到的数据。处理单元112可以是单机的或集成在包括其他模块的较大集成电路中的微控制器、微处理器或另一数据处理设备。处理单元112可以是硬连线以执行适合的功能，或使用存储于闪存118中的计算机可执行代码(软件)编程。作为闪存的备选，还可以将存储器模块具体化为F-RAM、M-RAM或另一非易失性存储器或如SRAM或DRAM的易失性存储器。

输出模块114被布置为与负载点130通信，以指示负载点以具体由电源控制模块110和处理单元112确定的电压供电。可以经由通信总线108将输出模块114与负载点130相连。备选地，经由直接连接将输出模块114与负载点130相连。可以单纯以VID码(电压识别)提供指示或在还包括识别负载点130的地址数据的较大数据消息中提供指示。后者在具有总线的场景中是尤其有利的。作为VID码的备选或除VID码之外，可以将要再现的参考电压提供给负载点130。

电源控制模块110的输入单元116与集成电路120相连，以接收与针对特定电源电压的需求有关的信息。这种信息可以是静态的，但是也可以是动态的(即，特定时间周期的改变)。该周期可以相对短(小于1秒)或相对长(大于1分钟)或其间的任意值。备选地，该周期是动态的，其中集成电路120的消息触发电源控制模块110的动作，该消息包括不同于当前供应电压的电源电压所需的信息。具有相同设计的各种集成电路之间的电源电压需求中的差异可以是其中已经制造了集成电路的过程中的过程参数中的波动的结果。电源电压中的这种差异可以是集成电路120中活动性的改变或功耗中的其他改变的结果。

稳定电源电压的功耗中的改变导致供电电流的改变，这进而导致及集成电路供电线上的压降的改变，因此导致最后供应给集成电路120中的各IP块的电源电压的改变。针对高性能，归因于供电线中因较高电流引起的压降，需要相对高的电源电压。在低性能的情况下，从能源节约的角度，较低电源电压是足够的和所需的。

可以例如通过确定关键路径定时，因而通过数据信号经由各种门(gate)的定时传播，通过确定环形振荡器的频率或由其他方式来确定集成电路120可能需要的电源电压。随后可以比较这样获得的时间值或频率值与参考值，并且此后还可以处理该参考值以确定集成电路120的适当性能在该时刻所需的特定电压。对于电源控制模块110，可以用各种格式(如关于频率的原始数据、实际关键路径传播时间、那些值与参考值的差异、由处理任意值获得的所需电压，作为VID码或参考电压，任意其他值或其组合)传送信息。

可以由集成电路120以各种方式将与特定电源电压的需求有关的信息传送至电源控制模块110。在VID码或以二进制码形式可用的任意其他值的情况下，非常适合经由数据通信总线以二进制格式将数据传送至电源控制模块110。在这种实施例中，优选SMBus或系统管理总线通信协议的数据通信。如果将与电源电压需求有关的输出信息提供为模拟值(例如模拟差分电压或环形振荡器的输出)，则集成电路与输入模块116之间的连接优选是直接连接。从信号强度的观点，可以将环形振荡器的输出视为二进制信号，但实际频率是模拟数据。

具体地，如果未以VID码或集成电路120需要的实际电压提供由集成电路120提供给电源控制模块110的数据，则需要转化数据以将适合的指示提供给负载点130。针对该目的，输入模块116可以具有转换电路，以利用模数转换器、另一转换器或其组合将具有频率的信号转换为表示该频率的值。备选地或附加地，具体地，如果由于用于优选实施例中的处理单元112不能处理模拟信号，从集成电路接收到的数据是二进制数据信号，则处理单元112可以布置为将接收到的数据转化为实际要求或所需电压。

图2示出电路200，其包括电源控制模块110和多个负载和负载点。具有识别为k的量的各种集成电路还包括多个核心，每个核心各自需要可能处于不同电压电平的单独电源。集成电路的核心通常是具有或多或少自主功能性的子电路，如存储器块、微处理器或专属信号处理电路。

电路200包括第一集成电路120.1，其包括第一核心122.1.1、第二核心122.1.n和n-2个其它核心。第一核心122.1.1和第二核心122.1.n各自需要不同电源。由第一负载点130.1.1将电力提供给第一核心122.1.1，以及由第二负载点130.1.n将电力提供给第二核心122.1.n。

电路200包括第二集成电路120.k，其包括第三核心122.k.1、第四核心122.k.m和m-2个其他核心。第三核心122.k.1和第四核心122.k.m各自需要不同电源。由第三负载点130.k.1将电力提供给第三核心122.k.1并且由第四负载点130.k.m将电力提供给第四核心122.k.m，k、m和n可以是任意正整数，因此集成电路的数量和每个集成电路的核心的数量可以是不受限的。

优选地，每个核心发送包括与每个单独核心的电源电压需求有关的信息的信号。备选地，仅提供具有指示整个集成电路的全局电源电压需求的一个数据消息的一个信号，其可以由电力控制模块110根据每个单独核心的单独电压需求来转化该信号。

图3示出了电路300，其包括电源控制模块110、作为电源的负载点130和作为负载点130的负载的集成电路120。负载点130与集成电路120相连，以用基本稳定的电压电平向集成电路120供电。与负载点130相连的电力控制模块110控制负载点130提供给集成电路120的电压电平。电源控制模块110还与集成电路120相连，以获得与由集成电路提供的电源电压需求有关的信息。输出模块114被布置为与负载点130通信，以指示负载点应以具体由电源控制模块110和处理单元112确定的电压供电。

电路300还包括作为用于感测集成电路120的状态(在该实施例中(具体为温度)的传感器的温度传感器302。温度传感器302与电源控制模块110(具体地，与传感器监测单元312)相连。传感器监测单元312与处理单元112相连，并且被布置为将从温度传感器302接收到的数据转换为可以通过处理单元112处理的格式。关于负载温度的信息可以因为两个理由而相关。第一，温度强烈影响半导体电路的特性，出于此因其还可以影响所需电源电压。第二，该信息可以用于检查集成电路120是否没有变得过热。如果集成电路120变得过热，则可能必须降低电源电压。

代替温度传感器302或除温度传感器302之外，可以提供电流传感器、电压传感器、另一传感器或其组合，且可以与传感器检测单元312相连。传感器可以包括在集成电路120中或单独提供。

用这种方式，电源控制模块110接收与集成电路包括的核心或集成电路整体的电源电压需求相关的信息。此外，可以使用集成电路的其他输入数据(如温度)。该信息可用于确定要由电路300和/或另一电路中的负载点130和/或其他负载点提供给集成电路120和/或其他负载的电源电压。图4示出了描述用于确定要提供给负载的实际电源电压并向负载点提供用于提供所确定的电压的指示的过程的流程图400。

该过程在端402开始且在步骤404中以由电源控制模块110从集成电路120接收与电源电压需求有关的信息继续。可以响应于电源控制模块110向集成电路120发送针对该信息的查询而接收该信息。如上文所述，该信息可以是VID码、来自环形振荡器的原始信号或另一原始模拟信号、关于集成电路120的物理参数的值如何不同于参考值的信息、其他或其组合。由输入模块116接收该信息。

随后，在步骤406中识别从其接收信息的负载。该负载可以是完整的集成电路或备选地集成电路的单个核心或核心组。如果通过通信总线将负载连接至电源控制模块110，则该信息可以附有可以用于识别与该信息相关的负载的地址信息。备选地，可以通过集成电路和电源控制模块110的管脚之间的直接电连接将负载连接至电源控制模块110。在后一种情况下，可以由电源控制模块110的接收该信息的管脚(或若干管脚)识别负载。

已经识别了与接收关于所需电源电压的信息有关的负载，在步骤408中处理接收到的信息。如果需要，将接收到的信息转换为能够具体由电源控制模块110和处理单元112处理的格式。如以上所述，该处理可以是模数转换、频率到期望电压电平的转换、其他或其组合。频率到期望电压电平的转换可通过使用该频率作为线索(key)在存储于闪存118中的第一表格中查找期望电压来进行。

在步骤410中，基于接收并处理的信息确定针对负载的最佳性能的期望电压或所需电压。步骤410的输出是可以用VID码或参考电压的格式提供的期望电压。

在特定场景中，对供应给印刷电路板上的所有组件的总电力、供应至单个集成电路的总电力、供应的最小或最大电流或电压、集成电路或核心的温度、其他或其组合做出限制。在步骤412中从闪存118获取这些要求。备选地，从外部存储器获取这些要求。还获取集成电路的条件(如温度、电流、其他或其组合)。

随后，针对决定414中的要求和条件来检查基于与电源电压需求有关的信息所确定的期望电压。具体地，如果期望电压施加于负载，则评估集成电路和/或设置在印刷电路板上的一些或所有组件的状态。如果评估的该状态不符合之前所获取的要求(例如，因为集成电路的温度将变得或高或已经过高，提供给电路的电流将变得或高或已经过高，或核心、集成电路或印刷电路板上的所有组件的功耗将变得过高或已经过高)，则该过程分支到步骤432。

假如步骤410中确定的电压产生符合步骤412中所获取的要求的状态，则过程继续至步骤416，其中在步骤410中确定的电压、因而是负载所期望的电压被设置为要供应给产生关于电源电压需求的信息的负载的电源电压。

在步骤418中，识别负载点，该负载点要提供设置给产生关于电源电压需求的信息的负载的电源电压。这可以通过使用先前获得的负载的标识符来查找向负载供电的负载点电源的地址或其他标识符来进行。可以在存储于闪存118中的第二表格中提供用于获得负载点的标识符的信息。可以在设计和/或制造印刷电路板期间预存储第二表格。备选地，在印刷电路板上可用的所有组件向电源电压控制模块110报告的初始化过程中获得信息。

已经识别了负载点，电压控制模块110在步骤420中将指示发送至所识别的负载点，用于指示负载点供应在步骤416中设置的电压。随后，过程在端422中结束。

在步骤432中，确定最接近于步骤410中确定的电压的适合电压，以产生满足步骤412中所获取的要求的核心、集成电路、印刷电路板或其组合的状态，或产生尽可能接近达到这些要求的状态。这还意味着可以将适合的电压确定为当前供应给产生关于电源电压需求的信息的负载的电压。在这种情况下，不对已提供的电压进行调整。在步骤434中，将所确定的电压设置为要由对应于产生关于电源电压需求的信息的负载的负载点所提供的电压。

在步骤436中，识别负载点，该负载点要提供设置给产生关于电源电压需求的信息的负载的电源电压。已经识别了负载点后，电压控制模块110在步骤438中将指示发送至所识别的负载点，以指示负载点供应在步骤434中设置的电压。应该注意：如果不改变已经由负载点供应的电压，则根本不可能发出指示。随后，该过程在端440中结束。

如上文所述，可以定期地获得或监测电源电压需求信息，并且随后可以定期地、在信息改变时或基于这两个规则的组合，重复流程图400所示的过程。

在解释说明书及其相关权利要求时，应该以非排他的方式理解诸如“包括”、“包含”、“合并”、“含有”、“是”和“具有”的表达，还应该理解为允许还将呈现未明确定义的其他项或组件。还应对单数的引用理解为对复数的引用，反之亦然。

在上述描述中，应当理解，当诸如层、区域或基板之类的元件被称为“在另一元件上”、“到另一元件上”或“连接至另一元件”时，该元件或是直接在另一元件上或直接与另一元件相连，或还可以存在中间元件。

此外，还可以用少于这里描述的实施例中提供的组件来具体化本发明，其中一个组件完成多个功能。还可以使用多于图中描绘的元件来具体化本发明，其中将在实施例中由一个组件完成的功能分布于多个组件上。

本领域技术人员将容易理解，在不偏离本发明范围的情况下，可以修改本说明中所公开的各种参数，并且可以组合公开的和/或要求的各种实施例。

规定权利要求中的附图标记不限制权利要求的范围，而是仅将其插入以增强权利要求的可读性。

Claims (15)

1.一种在电源电压控制模块(110)中提供用于设置电源电压的指示的方法(400)，包括：

-获得(404)与负载(120、122)的电源电压需求有关的信息；

-基于所述与负载的电源电压需求有关的信息，确定(416、432)要提供给所述负载的电源电压；以及

-向电源模块(130)发送(420、436)指示，以向所述负载供应所确定的电源电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述与负载的电源电压需求有关的信息是从所述负载获得的，并且包括以下的至少一个：

-电压识别码；

-来自环形振荡器的信号；

-由环形振荡器产生的频率；

-关键路径定时器值。

3.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中确定要提供给所述负载的电源电压包括：

-根据所述与负载的电源电压需求有关的信息导出(410)所请求的电源电压；以及

-向电源模块发送(420、436)指示，以向所述负载供应所请求的电源电压。

4.根据权利要求3所述的方法，其中确定要提供给所述负载的电源电压包括：

-确定(414)由所述电源模块向所述负载供应所请求的电源电压是否满足预定要求；以及

-如果由所述电源模块向所述负载供应所请求的电源电压满足预定要求，则向电源模块发送(420)指示，以向所述负载供应所请求的电源电压。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定要求是以下的至少一个：

-负载的温度不超出预定温度；

-电源电压不超出预定值；

-供电电流不超出预定值；以及

-负载的功耗不超出预定阈值。

6.根据权利要求4或5所述的方法，还包括：如果由所述电源电压模块向所述负载供应所请求的电源电压不满足预定要求，不调整由所述电源模块供应的所供应的电源电压。

7.根据权利要求4或5所述的方法，还包括：如果由所述电源模块向所述负载供应所请求的电源电压不满足预定要求，则确定(432)要提供给所述负载的电源电压包括：确定最接近于所请求的电源电压的、满足所述预定要求的电源电压。

8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述电源电压控制模块被布置为：从多个负载获得与电源电压需求有关的信息，所述方法还包括：

-识别(406)与所述与电源电压需求有关的信息相关的负载；

-识别(418、434)被布置为向所识别的负载供应所确定的电源电压的电源模块；以及

-向所识别的电源模块发送(420、436)指示，以向所识别的负载供应所确定的电源电压。

9.根据权利要求8所述的方法，其中

-与电源电压需求有关的信息包括用于识别所述负载的地址信息；以及

-识别被布置为用于向所识别的负载供应所确定的电源电压的所述电源模块包括：查找用于识别被布置为向所识别的负载供应所确定的电源电压的电源模块的地址信息。

10.根据前述任一项权利要求所述的方法，包括：在向电源模块发送指示之后，将根据前述权利要求中任一项所述的方法重复预定周期。

11.一种用于提供设置电源电压的指示的电源电压控制模块(130)，包括：

-输入模块(116)，被布置为获得与负载(120)的电源电压需求有关的信息；

-处理单元(112)，被布置为基于所述与负载的电源电压需求有关的信息来确定要提供给所述负载的电源电压；以及

-输出模块(114)，被布置为向电源模块(130)发送指示，以向所述负载供应所确定的电源电压。

12.根据权利要求11所述的电源电压控制模块，其中

-所述输入模块被布置为从多个负载获得与电源电压需求有关的信息；

-所述处理单元被布置为：

-识别与所述与电源电压需求有关的信息有关的负载；以及

-识别被布置为向所识别的负载供应所确定的电源电压的电源模块；以及

-所述输出模块被布置为向所识别的电源模块发送指示，以向所识别的负载供应所确定的电源电压。

13.一种电路(100、102)，其包括：

-根据权利要求11或12所述的电源电压控制模块；

-至少一个处理电路插座，用于将处理电路连接至所述电路，使得所述处理电路被布置为将所述处理电路的与电源电压需求有关的信息提供给所述电源电压控制模块；

-至少一个电源模块的电源插座，被布置为根据向所述处理电路供应所确定的电源电压的指示，将电力提供给所述处理电路。

14.根据权利要求13所述的电路，其中所述电源电压控制模块是根据权利要求12所述的电源电压控制模块，包括：

-多个处理电路插座，用于将多个处理电路连接至所述电路；以及

-多个电源插座，用于连接多个电源模块；

其中通过串行总线将所述电源插座连接至所述电源电压控制模块。

15.根据权利要求13所述的电路，其中所述电源电压控制模块是根据权利要求12所述的电源电压控制模块，包括：用于连接多个电源模块的多个电源插座，其中所述处理电路插座与多个电源插座连接，以从多个电源接收电力。