CN111580636A - 电压调节电路和电子设备 - Google Patents

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陈军
梁璐瑶
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Abstract

本发明实施例公开了一种电压调节电路和电子设备，电压调节电路包括：电压控制器、多核芯片、电压转换电路和调压电路；电压控制器的一端子连接至所述多核芯片的通信端，用于获取所述多核芯片的各核使用率；电压控制器的另一端子连接至调压电路的控制信号接收端，用于根据各核使用率调节所述调压电路的阻值；调压电路的输入端连接至电压转换电路的输出端；调压电路的调节端连接至电压转换电路的电压参考端；电压转换电路的输出端连接至多核芯片的电源输入端；电压转换电路响应于所述调压电路的阻值变化输出相应的目标供电电压。本技术方案根据多核芯片各核的使用率动态控制电压转换电路输出相应的供电电压，该动态控压过程更为简单便捷。

Description

电压调节电路和电子设备
技术领域
本发明涉及芯片控制领域，尤其涉及一种电压调节电路和电子设备。
背景技术
随着芯片设计工艺的不断发展，芯片集成度不断提高，芯片的功耗已成为当今芯片设计的最大挑战。因为芯片的功耗大，给芯片的散热提出了更高的要求。
目前业界已提出了各种降低功耗的方法，主要方法包括静态和动态。降低功能的方法中，它们的基础是，目前的各种具有CPU芯片的设备中，比如手机、笔记本电脑和掌上电脑等，它们往往在运行时对峰值功率的要求很高，但其它很多时间是处于空置(SYSTEMIDLE)状态，而且芯片在运行不同的软件时，对性能的要求的差异也极大。
例如，在静态控制方法中，在设备处于非工作状态(例如待机状态)时，由系统控制将提供给芯片的工作频率和电压向下调整，工作频率可调至零，而工作电压调整到能保持芯片的最低运行状态。如上所述，这种静态控制方法仅局限于在设备待机(STANDBY)时使用，调整的整个过程周期较长，调整时不能运行用户软件，所以无法在系统实时运行中采用。
动态控制方案是由操作系统控制，主要针对降低系统运行时的功耗。在整个动态控制过程中，应保证不影响用户的正常使用。目前动态控制方法主要通过在程序中添加新的指令或通过操作系统控制外部设备来实现。其不足之处在于额外的控制软件和指令增加了系统的复杂性，影响系统的性能，提高系统设计的难度，增加了产品研发的成本。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出一种电压调节电路和电子设备。
本发明的第一个实施例提出一种电压调节电路，包括：电压控制器、多核芯片、电压转换电路和调压电路；
所述电压控制器的一端子连接至所述多核芯片的通信端，用于获取所述多核芯片的各核使用率；
所述电压控制器的另一端子连接至所述调压电路的控制信号接收端，用于根据所述各核使用率调节所述调压电路的阻值；
所述调压电路的输入端连接至所述电压转换电路的输出端；
所述调压电路的调节端连接至所述电压转换电路的电压参考端；
所述电压转换电路的输出端连接至所述多核芯片的电源输入端；
所述电压转换电路响应于所述调压电路的阻值变化输出相应的目标供电电压。
上述实施例所述的电压调节电路，所述电压控制器获取所述多核芯片的各核使用率包括：
所述电压控制器通过所述通信端读取所述多核芯片的运行参数，以获取所述多核芯片的各核使用率；或
所述电压控制器通过所述通信端读取所述多核芯片各核在预定时间内的空闲时间，然后利用各核的空闲时间和所述预定时间分别计算各核使用率；或
所述电压控制器通过所述通信端读取所述多核芯片各核被所运行的程序所占用的运行内存，利用各核的被占用的运行空间分别计算各核使用率。
上述实施例所述的电压调节电路，所述调压电路包括第一分压电阻、第二分压电阻和可变电阻器：
所述可变电阻器的第一端作为所述调压电路的控制信号接收端；
所述可变电阻器的第二端作为所述调压电路的调节端；
所述可变电阻器的第二端连接所述第一分压电阻的一端，所述第一分压电阻的另一端作为所述调压电路的输入端；
所述可变电阻器的第三端通过所述第二分压电阻接地。
上述实施例所述的电压调节电路，可变电阻器设有I2C接口，所述电压控制器通过I2C协议调整所述可变电阻器的阻值。
上述实施例所述的电压调节电路，还包括：
所述电压控制器根据所述各核的使用率计算平均使用率，根据所述平均使用率调节所述调压电路的阻值。
上述实施例所述的电压调节电路，还包括：
所述电压控制器根据以下公式计算所述供电电压：
Vout＝Rate*ΔV+Vmin，Vout是所述供电电压，Rate是所述平均使用率，ΔV是所述根据所述多核芯片的工作参数预先获取的工作电压差值，Vmin是根据所述多核芯片的工作参数预先获取的最小工作电压。
上述实施例所述的电压调节电路，还包括：
所述电压控制器根据以下公式计算可变电阻器的目标阻值，然后根据所述目标阻值调节所述可变电阻器：
Figure BDA0002479297090000031
R0是所述目标阻值，Vout是所述供电电压，R1是所述第一分压电阻的阻值，R2是所述第二分压电阻的阻值，Vref是所述电压转换电路的参考电压。
上述实施例所述的电压调节电路，所述电压转换电路输出直流电源。
本发明的第二个实施例所提供的电压调节电路，还包括：滤波电路，所述电压转换电路的输出端通过所述滤波电路连接所述多核芯片的所述电源输入端。
本发明的第三个实施例所提供的一种电子设备，所述电子设备包括权上述实施例所述的电压调节电路。
本技术方案通过电压控制器获取多核芯片的各核使用率，然后根据各核使用率确定多核芯片当前需要的供电电压，进一步的，利用上步骤确定的供电电压确定调压电路的应调节的阻值，将调压电路的应调节的阻值按照确定的阻值进行调节，以实现电压转换电路的输出端输出的供电电压为多核芯片当前需要的供电电压。本技术方案，一方面，根据多核芯片各核的使用率动态控制电压转换电路输出相应的供电电压，整个动态控制过程更为简单便捷；另一方面，仅需要引入一个电压控制器对整个动态调压过程进行控制，避免多核芯片参与动态调压的控制过程，进而避免占用多核芯片的运行内存、增加多核芯片各核的使用率，使得整个动态调压过程更为准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本发明实施例的一种电压调节电路的结构示意图；
图2示出了本发明实施例的另一种电压调节电路的结构示意图。
主要元件符号：
10-电压控制器；20-多核芯片；30-调压电路；40-电压转换电路；50-滤波电路；R0-可变电阻器；R1-第一分压电阻；R2-第二分压电阻。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本实施例，参见图1，示出了一种电压调节电路，包括：电压控制器10、多核芯片20、电压转换电路40和调压电路30。
其中，调压电路30包括控制信号接收端、调节端和输入端。
电压控制器10的一端子连接至所述多核芯片20的通信端，用于获取所述多核芯片20的各核使用率；电压控制器10的另一端子连接至所述调压电路30的控制信号接收端，用于根据所述各核使用率调节所述调压电路30。
调压电路30的输入端连接至所述电压转换电路40的输出端，调压电路30的调节端连接至所述电压转换电路40的电压参考端。
电压转换电路40的输出端连接至所述多核芯片20的电源输入端；电压转换电路40响应于所述调压电路30的阻值变化输出相应的目标供电电压，以保证所述多核芯片20的正常运行。
优选的，上述电压转换电路40可以是输出直流电源的供电设备，电压转换电路40的电压参考端的参考电压根据供电设备对应的参数表获取，每一型号的供电设备的参考电压是一个定值。
进一步的，上述电压控制器10可以通过以下方式获取所述多核芯片20的各核使用率：
电压控制器10通过所述通信端读取所述多核芯片20的运行参数，以获取所述多核芯片20的各核使用率。
示范性的，可以预先将能获取多核芯片20各核使用率的程序烧录至所述电压控制器10中，当电压调节电路运行时，电压控制器10可以利用预先烧录的可以获取多核芯片20各核使用率的程序直接通过多核芯片20的通信端读取多核芯片20的各核使用率，例如，20％和50％。
或者，电压控制器10通过所述通信端读取所述多核芯片20各核在预定时间内的空闲时间，然后利用各核的空闲时间分别计算各核使用率。
示范性的，当所述预设时间为1s时，通过预先烧录至电压控制器10的程序获取多核芯片20在1s内的空闲时间，例如，当所述多核芯片20是双核时，通过预先烧录的程序获取到各核在1s内的空闲时间分别是0.65s和0.75s，则对应的非空闲时间分别是0.35s和0.25s，相应的各核使用率等于对应的非空闲时间与1s的比例，即相应的各核使用率分别是0.35和0.25。
或者，电压控制器10通过所述通信端读取所述多核芯片20各核被所运行的程序所占用的运行内存，然后利用各核的被占用的运行空间分别计算各核使用率。
示范性的，通过预先烧录至电压控制器10的程序获取多核芯片20各核被所运行的程序所占用的运行内存，例如，当所述多核芯片20是双核时，电压控制器10通过预先烧录的程序获取到各核被占用的运行内存分别是65％和75％，则相应的各核使用率分别是65％和75％。
优选的，参见图2，上述调压电路30包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2和可变电阻器R0。
可变电阻器R0的第一端作为上述调压电路30的控制信号接收端；可变电阻器R0的第二端作为上述调压电路30的调节端；可变电阻器R0的第二端连接所述第一分压电阻R1的一端，所述第一分压电阻R1的另一端作为上述调压电路30的输入端；可变电阻器R0的第三端通过所述第二分压电阻R2接地。
优选的，可变电阻器R0设有I2C接口，所述电压控制器10通过I2C协议调整所述可变电阻器R0的阻值，以调整调压电路30的阻值。
进一步的，电压控制器10根据所述各核的使用率计算平均使用率，根据所述平均使用率调节所述调压电路的阻值。
示范性的，如果一个双核的多核芯片20通过上述获取各核使用率的方法确定各核的使用率分别是0.35和0.25，则平均使用率为0.3。
进一步的，电压控制器10可以根据预先获取的所述多核芯片20的最小工作电压和最大工作电压计算工作电压差值。
应该理解，每一型号的多核芯片20都对应相应的工作参数表，上述工作参数表中记录着多核芯片20的最大工作电压Vmax和最小工作电压Vmin，多核芯片20的工作电压差值ΔV＝Vmax-Vmin。
然后，所述电压控制器10根据多核芯片20各核的平均使用率以及多核芯片20的工作电压差值ΔV和最小工作电压Vmin计算应该提供给多核芯片20的供电电压，以维持多核芯片20的正常工作，相应的计算公式如下：
Vout＝Rate*ΔV+Vmin，Vout是所述供电电压，Rate是所述平均使用率，ΔV是上述工作电压差值，Vmin是所述最小工作电压。
进一步的，电压控制器10根据以下公式计算可变电阻器R0的目标阻值，然后根据所述目标阻值调节所述可变电阻器R0。进而电压转换电路40根据调压电路30的阻值输出相应的供电电压Vout，以保证所述多核芯片20的正常运行。
Figure BDA0002479297090000081
R0是所述目标阻值，Vout是所述供电电压，R1是所述第一电阻的阻值，R2是所述第二电阻的阻值，Vref是所述电压转换电路40的参考电压。
应当理解，如图2所示的电压调节电路可知，根据可变电阻器R0的目标阻值R0、第一分压电阻R1的阻值R1和第二分压电阻R2的阻值R2与供电电压Vout和电压转换电路40的电压参考端输出的参考电压Vref之间的关系，即
Figure BDA0002479297090000091
进一步的，
Figure BDA0002479297090000092
可以计算可变电阻的阻值。可以理解的，当可变电阻器R0的目标阻值R0变化时，Vref、R1和R2保持不变，相应的电压转换电路40将响应于所述调压电路30的阻值变化输出相应的目标供电电压Vout。
示范性的，首先，电压控制器10根据各核芯片的平均使用率Rate、工作电压差值ΔV和最小工作电压Vmin，利用Vout＝Rate*ΔV+Vmin确定多核芯片20当前需要的供电电压Vout；然后，将上步骤获取的供电电压Vout代入
Figure BDA0002479297090000093
其中，Vref、R1和R2是定值，则可确定可变电阻器R0的目标阻值R0；最后，根据目标阻值R0调节所述可变电阻器R0，实现电压转换电路40的输出端输出的供电电压为Vout。
本实施例通过电压控制器获取多核芯片的各核使用率，然后根据各核使用率确定多核芯片当前需要的供电电压，进一步的，利用上步骤确定的供电电压确定调压电路的应调节的阻值，将调压电路的应调节的阻值按照确定的阻值进行调节，以实现电压转换电路的输出端输出的供电电压为多核芯片当前需要的供电电压。本实施例的技术方案，一方面，根据多核芯片各核的使用率动态控制电压转换电路输出相应的供电电压，整个动态控制过程更为简单便捷；另一方面，仅需要引入一个电压控制器对整个动态调压过程进行控制，避免多核芯片参与动态调压的控制过程，进而避免占用多核芯片的运行内存、增加多核芯片各核的使用率，使得整个动态调压过程更为准确。
实施例2
本实施例，参见图2，电压调节电路，还包括：滤波电路50，所述电压转换电路40的输出端通过所述滤波电路50连接所述多核芯片20的所述电源输入端。
上述滤波电路50，用于当所述电压转换电路40的输出电压变化时，过滤直流电压变化时产生的交流成分，以保证多核芯片20获取到的供电电压的稳定性，避免供电电压变化时产生的交流电压损耗多核芯片20。
实施例3
一种电子设备，所述电子设备包括上述实施例所述的电压调节电路。
应当理解，本发明的上述实施例所述的电压调节电路可以应用于任一电子设备中，以实现本发明上述实施例所提及的有益效果。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电压调节电路，其特征在于，包括：电压控制器、多核芯片、电压转换电路和调压电路；
所述电压控制器的一端子连接至所述多核芯片的通信端，用于获取所述多核芯片的各核使用率；
所述电压控制器的另一端子连接至所述调压电路的控制信号接收端，用于根据所述各核使用率调节所述调压电路的阻值；
所述调压电路的输入端连接至所述电压转换电路的输出端；
所述调压电路的调节端连接至所述电压转换电路的电压参考端；
所述电压转换电路的输出端连接至所述多核芯片的电源输入端；
所述电压转换电路响应于所述调压电路的阻值变化输出相应的目标供电电压。
2.根据权利要求1所述的电压调节电路，其特征在于，所述电压控制器获取所述多核芯片的各核使用率包括：
所述电压控制器通过所述通信端读取所述多核芯片的运行参数，以获取所述多核芯片的各核使用率；或
所述电压控制器通过所述通信端读取所述多核芯片各核在预定时间内的空闲时间，然后利用各核的空闲时间和所述预定时间分别计算各核使用率；或
所述电压控制器通过所述通信端读取所述多核芯片各核被所运行的程序所占用的运行内存，利用各核的被占用的运行空间分别计算各核使用率。
3.根据权利要求2所述的电压调节电路，其特征在于，所述调压电路包括第一分压电阻、第二分压电阻和可变电阻器：
所述可变电阻器的第一端作为所述调压电路的控制信号接收端；
所述可变电阻器的第二端作为所述调压电路的调节端；
所述可变电阻器的第二端连接所述第一分压电阻的一端，所述第一分压电阻的另一端作为所述调压电路的输入端；
所述可变电阻器的第三端通过所述第二分压电阻接地。
4.根据权利要求3所述的电压调节电路，其特征在于，可变电阻器设有I2C接口，所述电压控制器通过I2C协议调整所述可变电阻器的阻值。
5.根据权利要求4所述的电压调节电路，其特征在于，还包括：
所述电压控制器根据所述各核的使用率计算平均使用率，根据所述平均使用率调节所述调压电路的阻值。
6.根据权利要求5所述的电压调节电路，其特征在于，还包括：
所述电压控制器根据以下公式计算所述供电电压：
Vout＝Rate*ΔV+Vmin，Vout是所述供电电压，Rate是所述平均使用率，ΔV是所述根据所述多核芯片的工作参数预先获取的工作电压差值，Vmin是根据所述多核芯片的工作参数预先获取的最小工作电压。
7.根据权利要求6所述的电压调节电路，其特征在于，还包括：
所述电压控制器根据以下公式计算可变电阻器的目标阻值，然后根据所述目标阻值调节所述可变电阻器：
Figure FDA0002479297080000021
R0是所述目标阻值，Vout是所述供电电压，R1是所述第一分压电阻的阻值，R2是所述第二分压电阻的阻值，Vref是所述电压转换电路的参考电压。
8.根据权利要求1所述的电压调节电路，其特征在于，所述电压转换电路输出直流电源。
9.根据权利要求1所述的电压调节电路，其特征在于，还包括：滤波电路，所述电压转换电路的输出端通过所述滤波电路连接所述多核芯片的所述电源输入端。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1至9任一项所述的电压调节电路。
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