CN112986791A - 动态热管理方法及相应的便携设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动态热管理方法及相应的便携设备。动态热管理方法用于便携式设备，包括：获取该便携式设备的表面温度；获取该便携式设备的芯片的结温；以及根据该结温和该表面温度计算该结温的上限。本发明的动态热管理方法及相应的便携设备可以适当地安排便携式设备内元件的功率预算。

Description

动态热管理方法及相应的便携设备

【技术领域】

本公开有关于热管理，更具体地涉及手持设备的动态热管理。

【背景技术】

除非另有说明，本节中描述的方法不是权利要求的现有技术，并且不被认为是包含在本节中的现有技术。

为了在使用手持设备时为用户提供舒适和可接受的触摸温度，热节流(thermalthrottling)(动态热管理)不可避免地要满足重载(heavily loading)情况下有限的表面温度。在传统技术中，通过使用印刷电路板(PCB)上的热传感器获得的温度资讯被用作动态热管理的关键性能指标。但是，由于PCB与手持设备外壳之间的距离，PCB温度无法真正反映手持设备的表面温度，并且在表面温度实际达到表面温度上限之前可能会发生热调节，并且即便实际表面温度不够高，处理器开始降低性能，直到温度下降到安全的工作范围为止，因此会影响手持设备的性能。

【发明内容】

依据本发明的示范性实施例，提出一种动态热管理方法及相应的便携设备以解决上述问题。

依据本发明的一个实施例，提出一种动态热管理方法，用于便携式设备，包括：获取便携式设备的表面温度；获取便携式设备的芯片的结温；以及根据结温和表面温度计算结温的上限。

依据本发明的另一实施例，提出一种便携式设备，包括结温限制计算器，包括：缓冲器，用于存储便携式设备的表面温度和便携式设备的芯片的结温；以及计算电路，耦合至缓冲器，用于根据结温和表面温度计算结温的上限。

本发明的动态热管理方法及相应的便携设备可以适当地安排便携式设备内元件的功率预算。

【附图说明】

图1是示出根据本发明的一个实施例的便携式设备的图。

图2是示出根据本发明的一个实施例的结温限制计算器和动态热管理电路的示图。

图3是根据本发明实施例的描述热行为的电路模型。

图4是示出根据本发明的另一实施例的结温限制计算器和动态热管理电路的示图。

图5是根据本发明一个实施例的动态热管理方法的流程图。

【具体实施方式】

在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中的技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异异来作为区分的基准。在通篇说明书及权利要求书当中所提及的「包含」是开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。

以下描述是用于说明本发明的目的，并非本发明的限制。本发明的范围由权利要求书限定。

图1是示出根据本发明的一个实施例的便携式设备100的图。参照图1，便携式设备100包括PCB 110和显示器120，其中PCB 110至少具有安装在其上的片上系统(SoC)112、电源管理集成电路(PMIC)114、照相机116、功率放大器118和动态随机存取存储器(DRAM)119。在该实施例中，SoC 112包括用于提供结温(junction temperature)(即，SoC 112的内部温度)的热传感器132，PCB 110具有用于提供PCB温度的热传感器134，并且SoC 112包括应用处理器，用于控制便携式设备的操作并执行动态热管理以确定元件和电路模块的工作点的功率预算(例如电源电压或时钟频率)。

图2是示出根据本发明的一个实施例的结温限制计算器210和动态热管理电路220的示图，其中结温限制计算器210和动态热管理电路220可以内置在SoC 112中。如图2所示，结温限制计算器210包括缓冲器212、参数计算器214和计算电路216。在结温限制计算器210的操作中，缓冲器212用于存储由热传感器132以实时的方式测量的结温Tj、表面温度Tsurf和表面温度的上限Tsurf_limit，其中表面温度Tsurf可以以实时或周期性的通过使用由热传感器134测量的PCB温度来估计(例如，使用美国公开号2018/0245986中描述的方法)，并且表面温度的上限Tsurf_limit是预定的。参数计算器214用于基于当前结温Tj和当前表面温度Tsurf来计算参数θ。计算电路216被配置为生成结温的新上限Tj_limit_new以更新结温的先前上限。

在该实施例中，参数θ用于对结温Tj和表面温度Tsurf之间的关系进行建模，并且计算电路216根据表面温度的上限Tsurf_limit、表面温度Tsurf(即当前表面温度)和参数θ来计算结温的新上限Tj_limit_new。详细地，可以如下计算结温的新上限Tj_limit_new：

Tj_limit_new＝Tj_limit_old+ΔTj(Tsurf_limit,Tsurf(t),θ)……………………(1)

其中“Tj_limit_old”是结温的先前上限。参数θ可以表示为包括一个或多个热敏电阻和一个或多个电容器的电路模型。图3示出了根据本发明的一个实施例的用于描述热行为的电路模型。如图3所示，电路模型包括两个热敏电阻R1和R2以及一个热敏电容器C1，结温Tj(t)可以建模为耦合在热敏电阻R1和地电压之间的电压源310，环境温度Tamb可以建模为耦合到热敏电阻R2的另一个电压源，并将表面温度Tsurf建模为热敏电阻R1和R2之间的内部节点。通过使用图3所示的电路模型，式(1)中的ΔTj可表示为：

ΔTj＝c1*(Tsurf_limit-Tsurf_n)+c2*(Tsurf_(n-1)-Tsurf_n)……………(2)

其中c1和c2是热敏电阻R1和R2和热敏电容器C1的函数，Tsurf_n是对应于时间“n”的表面温度，Tsurf_(n-1)是对应于时间“n-1”的表面温度。在本实施例中，c1和c2可以表示如下：

其中c0是常数，而F1，F2和F3是函数。

通过使用上述公式(1)-(4)，可以为随后的动态热管理计算结温的新上限Tj_limit_new。在一实施例中，可以如下计算ΔTj：

R1C1*((Tsurf_limit-Tsurf_n)+(Tsurf_(n-1)-Tsurf_n)

在图2所示的实施例中，参数计算器214是即时(on-the-fly)参数计算器，即，当使用便携式设备100时可以改变/更新参数θ。为了基于当前表面温度Tsurf和结温Tj获得合适的参数θ，利用当前表面温度Tsurf和结温Tj动态地调节热敏电阻R1和R2以及热电容器C1。在一个实施例中，公式(3)-(5)中使用的参数(R1/R2)和(R1C1)可以通过求解以下等式(6)和(7)来获得：

其中

并且

通过使用参数计算器214动态地调整参数θ，可以基于当前的结温Tj和表面温度Tsurf适当地确定结温的上限Tj_limit_new。此外，由于结温限制计算器210以实时方式提供结温的适当上限Tj_limit_new，所以动态热管理电路220可以为便携式设备100内的元件布置合适的功率预算，以及当表面温度Tsurf实际上接近表面温度的上限时，SoC112可以通过降低时钟频率或电压或禁用某些电路模块来开始放弃性能。

图3是根据本发明实施例的描述热行为的电路模型。注意，图3所示的电路模型和公式(3)-(5)以及方程式(6)-(7)仅是示例性的。在本发明的另一实施例中，参数θ的电路模型可以包括两个以上的热敏电阻和一个以上的热敏电容器。只要可以基于当前表面温度Tsurf计算出结温的新上限Tj_limit_new，则电路模型的这些替代设计将落入本发明的范围内。

图4是示出根据本发明的另一实施例的结温限制计算器410和动态热管理电路420的示图，其中结温限制计算器410和动态热管理电路420可以内置在SoC 112中。参照图4，结温限制计算器410包括缓冲器412、参数计算器414和计算电路416。在结温限制计算器410的操作中，缓冲器412用于存储由热传感器132以实时方式测量的结温Tj、表面温度Tsurf和表面温度的上限Tsurf_limit，其中表面温度Tsurf可以通过使用由热传感器134测量的PCB温度来估计(例如，使用美国公开号2018/0245986中描述的方法)，并且表面温度的上限Tsurf_limit是预先确定的。参数计算器414用于在便携式设备100通电时基于当前结温Tj和当前表面温度Tsurf来计算参数θ。计算电路416被配置为生成结温的新上限Tj_limit_new以更新结温的先前上限。

在该实施例中，参数θ用于对结温Tj和表面温度Tsurf之间的关系进行建模，并且计算电路416根据表面温度的上限Tsurf_limit、表面温度Tsurf(即当前表面温度)和参数θ来计算结温的新上限Tj_limit_new。在该实施例中，可以通过使用以上公式(1)-(5)来获得结温的新上限Tj_limit_new。

在图4所示的实施例中，参数计算器414被配置为仅在一个或多个特定时间生成参数θ。例如，参数计算器414可以仅在便携式设备100通电时才生成参数θ。即，参数θ是预建的(pre-built)，并且当用户使用便携式设备100时，参数θ可能不被更新。为了基于当前的表面温度Tsurf和结温Tj来预先构建适当的参数θ，可以根据在特定时间测量的表面温度Tsurf和结温Tj确定图3所示的热敏电阻R1、R2和热敏电容器C1相关联的参数。在一个实施例中，公式(3)-(5)中使用的参数(R1/R2)和(R1C1)可以通过求解上述等式(6)和(7)来获得，并且计算电路使用参数(R1/R2)和(R1C1)(固定值)来确定结温的上限Tj_limit_new。

图5是根据本发明一个实施例的动态热管理方法的流程图。参考图1至图4和以上公开，流程描述如下。

步骤500：流程开始。

步骤502：接收当前的结温Tj、当前的表面温度Tsurf和表面温度的上限。

步骤504：根据当前的结温Tj、当前的表面温度Tsurf和表面温度的上限，计算结温的上限。

步骤506：根据结温的上限，确定便携式设备内元件的功率预算。

简要地总结，在本发明的动态热管理方法中，表面温度用于确定SoC的结温的上限，并且结温的上限可用于确定便携式设备中元件的功率预算。通过使用本发明的实施例，可以适当地安排便携式设备内元件的功率预算，并且当便携式设备的表面温度实际上接近表面温度的上限时，SoC可以开始放弃性能，以提高SoC的性能。

文中描述的主题有时示出了包含在其它不同部件内的或与其它不同部件连接的不同部件。应当理解：这样描绘的架构仅仅是示例性的，并且，实际上可以实施实现相同功能的许多其它架构。在概念意义上，实现相同功能的部件的任何布置是有效地“相关联的”，以使得实现期望的功能。因此，文中被组合以获得特定功能的任意两个部件可以被视为彼此“相关联的”，以实现期望的功能，而不管架构或中间部件如何。类似地，这样相关联的任意两个部件还可以被视为彼此“可操作地连接的”或“可操作地耦接的”，以实现期望的功能，并且，能够这样相关联的任意两个部件还可以被视为彼此“操作上可耦接的”，以实现期望的功能。“操作上可耦接的”的具体示例包含但不限于：实体地可联结和/或实体地相互、作用的部件、和/或无线地可相互作用和/或无线地相互作用的部件、和/或逻辑地相互作用的和/或逻辑地可相互作用的部件。

此外，关于文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，只要对于上下文和/或应用是合适的，本领域技术人员可以将复数变换成单数，和/或将单数变换成复数。

本领域技术人员将会理解，通常，文中所使用的术语，特别是在所附权利要求书(例如，所附权利要求书中的主体)中所使用的术语通常意在作为“开放性”术语(例如，术语“包含”应当被解释为“包含但不限干”，术语“具有”应当被解释为“至少具有”，术语“包含”应当被解释为“包含但不限干”等)。本领域技术人员还将理解，如果意在所介绍的权利要求书陈述对象的具体数目，则这样的意图将会明确地陈述在权利要求书中，在缺乏这样的陈述的情况下，不存在这样的意图。例如，为了帮助理解，所附权利要求书可以包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或更多个”来介绍权利要求书陈述对象。然而，这样的短语的使用不应当被解释为：用不定冠词“一个(a或an)”的权利要求书陈述对象的介绍将包含这样介绍的权利要求书陈述对象的任何权利要求书限制为只包含一个这样的陈述对象的发明，即使在同一权利要求书包含介绍性短语“一个或更多个”或“至少一个”以及诸如“一个(a)”或“一个(an)”之类的不定冠词的情况下(例如，“一个(a)”和/或“一个(an)”应当通常被解释为意味着“至少一个”或“一个或更多个”)也如此；上述对以定冠词来介绍权利要求书陈述对象的情况同样适用。另外，即使明确地陈述了介绍的权利要求书陈述对象的具体数目，但本领域技术人员也会认识到：这样的陈述通常应当被解释为意味着至少所陈述的数目(例如，仅有“两个陈述对象”而没有其他修饰语的陈述通常意味着至少两个陈述对象，或两个或更多个陈述对象)。此外，在使用类似于“A、B和C中的至少一个等”的惯用语的情况下，通常这样的结构意在本领域技术人员所理解的该惯用语的含义(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包含但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B—起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起的系统等)。在使用类似于“A、B或C中的至少一个等”的惯用语的情况下，通常这样的结构意在本领域技术人员所理解的该惯用语的含义(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包含但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B—起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起的系统等)。本领域技术人员将进一歩理解，不管在说明书、权利要求书中还是在附图中，表示两个或更多个可替换的术语的几乎任意析取词和/或短语应当理解成考虑包含术语中的一个、术语中的任一个或所有两个术语的可能性。例如，短语“A或B”应当被理解成包含“A”、“B”、或“A和B”的可能性。

尽管已经在文中使用不同的方法、设备以及系统来描述和示出了一些示例性的技术，但是本领域技术人员应当理解的是：可以在不脱离所要求保护的主题的情况下进行各种其它修改以及进行等同物替换。此外，在不脱离文中描述的中心构思的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况适应于所要求保护的主题的教导。因此，意在所要求保护的主题不限制于所公开的特定示例，而且这样的要求保护的主题还可以包含落在所附权利要求书的范围内的所有实施及它们的等同物。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明权利要求书所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (18)

1.一种动态热管理方法，用于便携式设备，包括：

获取该便携式设备的表面温度；

获取该便携式设备的芯片的结温；以及

根据该结温和该表面温度计算该结温的上限。

2.根据权利要求1所述的动态热管理方法，其特征在于，根据该结温和该表面温度计算该结温的上限的步骤包括：

根据该结温、该表面温度和该表面温度的上限，计算该结温的上限。。

3.根据权利要求2所述的动态热管理方法，其特征在于，根据该结温、该表面温度和该表面温度的上限来计算该结温的上限的步骤包括：

根据该结温和该表面温度计算参数；以及

根据该参数、该表面温度和该表面温度的上限，计算该结温的上限。

4.根据权利要求3所述的动态热管理方法，其特征在于，该参数以实时方式被更新。

5.根据权利要求3所述的动态热管理方法，其特征在于，在特定时间建立该参数，并且当使用该便携式设备时，不更新该参数。

6.根据权利要求2所述的动态热管理方法，其特征在于，根据该结温、该表面温度和该表面温度的上限来计算该结温的上限的步骤包括：

通过使用描述该便携式设备的热行为的电路模型来计算该结温的上限，其中该电路模型包括至少两个热敏电阻和至少一个热敏电容器，并且该结温和该表面温度为该电路模型的两个不同节点。

7.根据权利要求6所述的动态热管理方法，其特征在于，通过使用描述该便携式设备的热行为的电路模型来计算该结温的上限的步骤包括：

根据该至少两个热敏电阻和该至少一个热敏电容的值计算该结温的上限。

8.根据权利要求6所述的动态热管理方法，其特征在于，通过使用描述该便携式设备的热行为的电路模型来计算该结温的上限的步骤包括：

根据该结温和该表面温度更新该至少两个热敏电阻和该至少一个热敏电容的值；以及

根据该至少两个热敏电阻和该至少一个热敏电容器的更新值，计算该结温的上限。

9.根据权利要求1所述的动态热管理方法，还包括：

参考该结温的上限来控制该芯片的功率预算或该便携式设备中其他元件的工作点。

10.一种便携式设备，包括：

结温限制计算器，包括：

缓冲器，用于存储该便携式设备的表面温度和该便携式设备的芯片的结温；以及

计算电路，耦合至该缓冲器，用于根据该结温和该表面温度计算该结温的上限。

11.根据权利要求10所述的便携式设备，其特征在于，该缓冲器还存储该表面温度的上限，并且该计算电路根据该结温、该表面温度和该表面温度的上限，计算该结温的上限。

12.如权利要求书第11项所述之便携式设备，还包括：

参数计算器，用于根据该结温和该表面温度计算参数；

其中，该计算电路根据该参数、该表面温度和该表面温度的上限，计算该结温的上限。

13.根据权利要求12所述的便携式设备，其特征在于，该参数计算器以实时方式更新该参数。

14.根据权利要求12所述的便携式设备，其特征在于，该参数计算器在特定时间构建该参数，并且当使用该便携式设备时，不更新该参数。

15.根据权利要求11所述的便携式设备，其特征在于，该计算电路通过使用描述该便携式设备的热行为的电路模型来计算该结温的上限，其中，该电路模型包括至少两个热敏电阻和至少一个热敏电容器，并且该结温和该表面温度是该电路模型的两个不同节点。

16.根据权利要求15所述的便携式设备，其特征在于，该计算电路根据该至少两个热敏电阻和该至少一个热敏电容的值计算该结温的上限。

17.根据权利要求15所述的便携式设备，其特征在于，根据该结温和该表面温度更新该至少两个热敏电阻和该至少一个热敏电容的值，并且该计算电路根据该至少两个热敏电阻和该至少一个热敏电容器的更新值，计算该结温的上限。

18.根据权利要求10所述的便携式设备，还包括：

动态热管理电路，耦合至该结温限制计算器，用于参考该结温的上限，以控制该芯片的功率预算或该便携式设备中其他元件的工作点。

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