CN1592878A - 用于调节供给至计算机系统的电压的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种具有多个能处在唤醒或睡眠状态的组件的计算机系统，包括控制器和电压调节器。控制器可以产生指示组件功率状态的关于功率状态的状态信号，并且该信号可以被提供给电压调节器。作为响应，当关于功率状态的状态信号指示组件进入睡眠状态时，电压调节器增大输出至组件的电压电平。

Description

用于调节供给至计算机系统的电压的方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机系统，更具体地，涉及减小由来自电压调节器的供给电流的变化所导致的来自该电压调节器的供给电压的总瞬变电压范围。

背景技术

计算机系统，从小型手持电子设备到中型移动和台式系统到大型服务器和工作站，在我们的社会中正变得日益普遍。计算机系统通常包括一个或多个处理器。处理器通过执行指令来操纵和控制计算机中的数据流。为了给用户提供功能更加强大的计算机系统，处理器设计者设法不断提高处理器的运行速度。遗憾的是，随着处理器的速度增加，处理器所消耗的功率也趋于增加。根据历史上的观点，计算机系统所消耗的功率被两个因素所限制。首先，随着功率消耗的增加，计算机趋于更热，导致散热问题。其次，计算机系统所消耗的功率可能考验用于保持系统运行的电源的极限，缩短移动系统中的电池寿命并降低可靠性，同时增加更大的系统中的成本。

减小由计算机系统所消耗的电功率量的一种方法是设计该系统，使其可以在两种不同的模式下运行。在第一运行模式中，只有诸如专门用于监控用户输入的功能之类的系统最重要的功能是工作的。可以将此称为“睡眠模式”。在睡眠模式期间，计算机系统从电压调节器(或者称为功率/电压/Vcc电源或功率/电压/Vcc源)消耗非常小的功率。在第二运行模式中，计算机系统忙于执行指令，以完成特定的任务。这被称为“唤醒模式”。在唤醒模式期间，计算机系统从电源消耗大量的功率。

遗憾的是，存在与计算机系统在睡眠和唤醒模式之间的切换相关的副作用。当计算机在不同模式之间切换时，从电源输出的电流的急速变化导致在由电压调节器供给至计算机的电压发生波动。从唤醒模式转变至睡眠模式可以使得电流迅速减小，导致向上尖峰电压瞬变。类似的，从睡眠模式转变至唤醒模式可以使得电流迅速增大，导致向下尖峰电压瞬变。

本发明针对与现有技术相关的这个问题以及其他问题。

附图说明

在附图中，示例性而非限制性地图示了本发明，其中，类似的标号指示相似的元件，且其中：

图1包含根据本发明的实施例所形成的计算机系统；

图2包含根据本发明的实施例的时序图；

图3包含根据本发明的实施例的电路；

图4包含根据本发明的另一个实施例的时序图；和

图5包含示出了本发明的方法的流程图。

具体实施方式

根据本发明的实施例，电压调节器将电源(或者称为电压电平或Vcc电平)供给至计算机系统中的多个设备。当这些设备处在唤醒状态时，来自电压调节器的电压电平可以被保持在低于调节器的额定电压电平的第一电压电平。这样做的话，计算机系统消耗较少的功率，因为功率消耗与电压电平的平方成比例。然后，当设备切换到睡眠状态时，可以使来自电压调节器的电压电平增大到第二电压电平。当一些设备处在唤醒状态而一些设备处在睡眠状态时，可以将电压调节器的输出设置至处在第一和第二电压电平之间的中间电压电平。

由提供给电压调节器的关于功率状态的状态信号指示器件的唤醒和睡眠状态。来自电压调节器的相关输出电压电平被预定为这样的值，即，尽管存在电压瞬变，所述的值也将电压电平保持在适当的容许范围内。这样的电压瞬变是电流波动的预期结果，所述电流波动与在设备的唤醒和睡眠状态之间的转变相关。下面提供了本发明的实施例的更详细的描述，包括各种构造和实施方式。

此处所使用的术语“唤醒”和“睡眠”是对设备的功率状态的相对指示。处在唤醒状态中的设备平均起来通常可以比处在睡眠状态中的同一设备消耗更多的功率。根据本发明的一个实施例，处在唤醒状态中的设备是处在运行状态或者准备运行(也就是说，接收、发送或存取数据，或准备接收、发送或存取数据)。睡眠状态中的设备处在非运行状态。例如，当硬盘驱动器、软盘驱动器或DVD的存储介质旋转时，可以认为其处在唤醒状态，而其存储介质没有旋转(或以低于预定速度的速度在旋转)时，可以认为是处在睡眠状态。

对于本发明的一个实施例，术语“唤醒”和“睡眠”可以根据ACPI(高级配置与电源接口)规范(Advanced Configuration and Power InterfaceSpecification，Rev.2.0，由Compaq、Intel、Microsoft、Phoenix和Toshiba于2000年7月27日发布)来解释，但并不限于此。注意，此处所称的睡眠状态也可以被称为待用状态、掉电状态、深度掉电状态、深度睡眠状态、低功率状态或空闲状态。

根据本发明的一个实施例，关于功率状态的状态信号可以是由ACPI规范所定义的信号，所述关于功率状态的状态信号被提供给电压调节器，以指示计算机系统中的设备的唤醒和睡眠状态。例如，如在ACPI规范中所描述的，关于功率状态的状态信号可以是SLP_S3#信号。或者，关于功率状态的状态信号可以是由计算机系统中的任何控制器所生成的用于指示系统中的单个或者多个设备的功率状态的任何信号。此控制器可以驻留在计算机系统的集线中心或桥(通常被包含在芯片组中)的中心(如在下面所更详细描述的)，或者，控制器也可以驻留在计算机系统的另一个设备的中心，或者成为分立的组件。根据另一个实施例，控制器可以分布在计算机系统的多个设备或分立组件中。例如，耦合到电压调节器的每一个设备可以将其自身的关于功率状态的状态信号独立地发送到电压调节器，以指示其功率状态。

注意，提供给电压调节器的关于功率状态的状态信号可以在设备的功率状态转变之前、之后或转变期间，指示相关设备(或多个设备)的功率状态变化。在此所使用的术语“当……时”被用来指明这些功率状态转变中的任何一个的时间特性。例如，语句“当设备进入睡眠状态时，信号被发送到电压调节器”的意思应被解释为所述信号可能在进入睡眠状态的转变之前、之后或转变期间被发送，但是所述信号仍然与此进入睡眠状态的转变相关。

图1包含了根据本发明的实施例所形成的计算机系统。处理器101被耦合至集线中心A 105，以与存储器107、图形设备106和集线中心B通信。集线中心B又被耦合到数个外围输入/输出设备，包括例如键盘110、调制解调器111、音频设备112、软盘驱动器113、硬盘驱动器114和DVD 115。图1的计算机系统还包括多个电压调节器(VR)，用于以不同的电压电平向系统的各个组件供电。例如，VR1 102向处理器101供电。VR2 103向处理器101和集线中心A 105两者供电。VR3 104向图形设备106供电。VR4 105向集线中心A 105、存储器107和集线中心B 109供电。VR5 116也向集线中心B 109以及键盘110、调制解调器111、音频设备112、软盘驱动器(FDD)113、硬盘驱动器(HDD)114和DVD 115供电。

注意，某些电压调节器向单个组件供电，而其他的电压调节器向多个组件供电。此外，某些组件只从单个电压调节器接收电压供给，而其他的组件从多个电压调节器接收多个电压供给。应该了解的是，根据本发明的其他可选实施例，可以实施电压调节器与计算机系统的这些组件或其他组件的可作为替代的耦合。

图1的计算机系统的多个组件可以有能力进入唤醒和睡眠状态。例如，如上所述，当硬盘驱动器114和DVD 115各自的存储介质没有在旋转时，它们可以被认为是处在睡眠状态。诸如处理器101的其他组件可以具有各种唤醒和睡眠状态。例如，处理器101可以具有完全运行唤醒状态、部分运行唤醒状态、部分睡眠状态、常规睡眠状态、更深度睡眠状态等等。这些不同级别的唤醒和睡眠状态可以具有与其相关的各种电流消耗级别。

根据本发明的实施例，可以将图1的计算机系统的各种组件的关于功率状态的状态指示给一个或多个电压调节器，以适当地设置供给至组件的输出电压电平。可以由关于功率状态的状态信号通过关于功率状态的状态信号线向电压调节器提供关于功率状态的状态。例如，图1的外围设备110-115的功率状态可以由关于功率状态的状态信号通过关于功率状态的状态信号线117指示给VR5 116。

根据本发明的一个实施例，通过图1的信号线117提供给VR5 116的关于功率状态的状态信号指示外围设备110-115中多个设备的功率状态。例如，根据在服从ACPI的计算机系统中关于功率状态的状态信号为SLP_S3#信号的实施例，关于功率状态的状态信号可以集体地指示驱动器113-115的功率状态。根据本发明的另一个实施例，关于功率状态的状态信号是串行或并行信号，所述信号独立地、集体地或以任何分组的方式，指示各个组件的功率状态。

图2包含根据本发明的实施例，从电压调节器提供至计算机系统的多个组件的电流和电压的时序图。在时序图200中示出了来自电压调节器的电流。如图所示，在图200中的时间段210中，由电压调节器供电的组件处在唤醒状态中，并消耗第一电流量。在时间段211中，组件处在睡眠状态中，并消耗更小的电流量。在时间段212中，组件重新进入唤醒状态，并再次消耗第一电流量。

传统上，如图2的时序图201中所示的，电压调节器的电压电平输出被设置为额定电压。举例来说，此额定电压可能是5伏，但或者可能是由电压调节器所供给的足够为组件供电的任何目标电压。通常，存在一个容许范围，电压调节器的电压电平输出可以在此范围中波动，同时仍可以使相关组件正常运行并允许计算机系统在既定的电、热和其他规定的限度内运行。如图2中所示的，此容许范围可以是额定电压电平的+/-5％。在本发明的其他实施例中，此容许范围可能变化，并不一定关于额定电压电平对称。

如图2的时序图201所示，当计算机系统的组件的功率状态从唤醒状态210转变到睡眠状态211时，产生向上尖峰电压瞬变。将计算机系统如此设计，使得此向上尖峰电压瞬变维持在容许范围之内。如时序图201中所示的，当计算机系统的组件的功率状态从睡眠状态211转变到唤醒状态212时，产生向下尖峰电压瞬变。将计算机系统如此设计，使得此向下尖峰电压瞬变维持在容许范围之内。

根据本发明的实施例，关于功率状态的状态信号被用于以减小计算机系统的功率消耗的方式调节来自电压调节器的目标电压电平。例如，如图2的时序图202中所示的，当如关于功率状态的状态信号所指示给电压调节器的那样，组件在时间段210中处在唤醒状态时，从电压调节器输出的电压电平可以被设置在容许范围的下端或此下端附近。对于本发明的另一实施例，在时间段210中，此电压电平可以被设置为容许范围的下端和额定电压电平之间的任意中间值。当组件在时间段210中转变到睡眠状态时，从电压调节器输出的电压电平可能产生尖峰升高。关于功率状态的状态信号将此转变指示给电压调节器。

如图2的时序图202中所示的，在时间段211中，电压电平目标可以被重设至更高的值而不是退回到初始的电压电平。根据本发明的一个实施例，此更高的值可以处在或靠近额定电压电平。根据本发明的其他实施例，此电压电平可以处在或靠近某个电压电平，该电压电平可以容纳向下尖峰电压瞬变而不会让电压电平下降到容许范围的下端以下。

如图2的时序图202中所示的，当如关于功率状态的状态信号所指示给电压调节器的那样，组件在时间段212中转变回到唤醒状态时，从电压调节器输出的电压电平可能产生尖峰下降，但维持在容许范围之中。在时间段212中，可以将电压电平目标重设为不同的值，而不是退回到在时间段211中所设定的电压电平。如在时序图202中所示出的，此值可以是靠近容许范围下端的、在唤醒时间段210中所设定的初始电压电平。

图3包含根据本发明的实施例的电路。图3的电路是向根据本发明的实施例所形成的计算机系统供电的电压调节器。可以将关于功率状态的状态信号耦合到n-沟道晶体管330的栅极。晶体管330的源极被耦合至接地，同时其漏极被耦合到电阻器331的一端。电阻器331的另一端被耦合到比较器334的反相输入端。比较器334的非反相输入端被耦合到恒定参考电压Vref。比较器334的输出端被耦合到电压调节器335的输入端。电压调节器335的输出通过电阻器333被反馈至比较器334的反相输入端。比较器334的反相输入端通过电阻器332被耦合至接地。

当图3的比较器334的反相输入下降到参考电压Vref以下时，比较器334的输出端将信号发送至电压调节器335，以增大其输出端的电压V。反过来，当比较器334的反相输入升高到电压值Vref以上时，比较器334将信号发送给电压调节器335，以减小其输出端的电压V。这样，由电压调节器供给至计算机系统的组件的电压V被调节并保持在相对恒定的值。注意，为了清楚的目的，仅仅用方框的形式表示了电压调节器335。用所示方式任意地选择了电压调节器方框335的边界，以突出关于功率状态的状态信号和其对电压调节器的输出电压电平的作用之间的关系。或者，也可以将计算机系统的电压调节器限定为包括组件330-334中的任意几个或全部。由于此原因，应该理解，将关于功率状态的状态信号发送到晶体管330的栅极等同于叙述为仅将信号发送至电压调节器自身。

根据本发明的一个实施例，Vref被设置在电压调节器的容许范围的下端或此下端附近。可以将关于功率状态的状态信号驱动为高以指示计算机系统的相关组件处在睡眠状态，驱动为低以指示计算机系统的相关组件处在唤醒状态。或者，图3的电路可以被重新设计，以提供这样的关于功率状态的状态信号，将该关于功率状态的状态信号驱动为高来指示唤醒状态，驱动为低来指示睡眠状态。

或者，可以修改图3的电路，以包含诸如锁存器之类的存储元件，来存储指示计算机系统的相关组件的功率状态的状态的一个或多个比特。对于本发明的另一个实施例，可以重新设计图3的电路，以接收另外的关于功率状态的状态信号，所述另外的关于功率状态的状态信号与由电压调节器335供电的其他组件相关。对于此实施例，如在下面所更加详细描述的，电压调节器可以生成多于两个的不同的输出电压电平。

图4包含根据本发明的另一个实施例的从电压调节器提供至计算机系统的多个组件的电流和电压的时序图。在时序图400中示出了来自电压调节器的电流。如图所示，在图400中的时间段402中，由电压调节器供电的组件处在唤醒状态，并消耗第一电流量。在时间段403中，某些组件进入睡眠状态，并消耗更小的电流量，同时其他的组件保持在唤醒状态中，得到了小于第一电流量的第二电流量的总消耗。在时间段404中，更多的组件进入睡眠状态，导致所消耗的电流量的进一步减小。在时间段405中，组件重新进入唤醒状态，并再次消耗第一电流量。

根据本发明的实施例，关于功率状态的状态信号被用于以减小计算机系统的功率消耗的方式调节来自电压调节器的目标电压电平。例如，如图4的时序图401中所示的，当如关于功率状态的状态信号所指示给电压调节器的那样，组件在时间段402中处在唤醒状态时，从电压调节器输出的电压电平可以被设置在容许范围的下端或此下端附近。这假定在时间段402中，大部分高电流消耗组件处在唤醒状态。根据本发明的另一实施例，此电压电平可以处在或靠近某个电压电平，该电压电平可以容纳向下尖峰电压瞬变，而不会让电压电平下降到容许范围的下端以下。

如在时序图401中所示的，当某些组件在时间段403中转变至睡眠状态时，从电压调节器输出的电压电平可能产生尖峰升高。关于功率状态的状态信号将此转变指示给电压调节器。

如图4的时序图401中所示的，在时间段403中，电压电平目标可以被重设至更高的值而不是退回到初始的电压电平。根据本发明的一个实施例，此更高的值可以处在容许范围的下端和额定电压电平之间的某个中间位置。根据本发明的另一实施例，此电压电平可以处在或靠近某个电压电平，该电压电平可以容纳向下尖峰电压瞬变，而不会让电压电平下降到容许范围的下端以下。如时序图401所示的，当在时间段404中，另外的组件转变到睡眠状态时，从电压调节器输出的电压电平可能再次产生尖峰升高。此转变也由关于功率状态的状态信号指示给电压调节器。

如图4的时序图401所示的，在时间段404中，可以将电压电平目标再次重设到甚至更高的值。根据本发明的一个实施例，假定在时间段404中大部分高电流消耗组件处在睡眠状态，则此更高的值可以处在或靠近额定电压电平。根据本发明的另一实施例，此电压电平可以处在或靠近某个电压电平，该电压电平可以容纳向下尖峰电压瞬变，而不会让电压电平下降到容许范围的下端以下。

如图4的时序图401所示的，当如关于功率状态的状态信号所指示给电压调节器的那样，组件在时间段405中转变回到唤醒状态时，从电压调节器输出的电压电平可能产生尖峰下降，但维持在容许范围之中。在时间段405中，可以再次将电压电平目标重设为不同的值，而不是退回到在时间段404中所设定的电压电平。如在时序图401中所示出的，假定在时间段405中大多数高电流消耗组件处在唤醒状态中，则此值可以是靠近容许范围的下端的、在唤醒时间段401中所设定的初始电压电平。根据本发明的另一实施例，此电压电平可以处在或靠近某个电压电平，该电压电平可以容纳向下尖峰电压瞬变，而不会让电压电平下降到容许范围的下端以下。

图5包含示出了本发明的方法的流程图。在步骤501，电压调节器的输出被设置为容许范围之中的电压电平，并被提供给计算机系统的多个组件。根据本发明的一个实施例，此电压电平可以处在或靠近某个电压电平，该电压电平可以容纳向下尖峰电压瞬变，而不会让电压电平下降到容许范围的下端以下。对于本发明的一个实施例，为了减小功率消耗，此电压电平被设置为低于额定电压电平。

在步骤502，将关于功率状态的状态信号发送至电压调节器，该信号指示计算机系统的一个或多个组件的关于功率状态的状态已经发生了变化。在步骤503，相应地调节电压调节器的输出电压电平。就是说，根据本发明的一个实施例，如果关于功率状态的状态信号指示计算机系统的一个或多个组件已经进入了睡眠模式，则可以升高电压调节器的目标输出电压电平。类似地，如果关于功率状态的状态信号指示计算机系统的一个或多个组件已经进入了唤醒模式，则可以降低电压调节器的目标输出电压电平。

参照其具体的示例性的实施例，已经描述了本发明。但是，对于从本公开中受益的人，在不偏离本发明的更宽的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变化将是明显的。因此，本说明书和附图应被认为是说明性的，而不是限制性的意义。

Claims (1)

1.一种计算机系统，包括：

控制器，用于产生关于功率状态的状态信号，所述关于功率状态的状态信号指示所述计算机系统的第一组多个组件的功率状态；以及

电压调节器，被耦合至所述多个组件，以便当所述第一组多个组件如所述关于功率状态的状态信号所指示的那样进入睡眠状态时，增大输出至所述第一组多个组件的电压电平。

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