CN1598782A

CN1598782A - 在PCI板上用SMBus芯片监控器件的方法及其装置

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Publication number: CN1598782A
Application number: CN 200410060837
Authority: CN
Inventors: 李谦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-13
Also published as: CN1299205C

Abstract

本发明公开了一种在PCI板上用SMBus芯片监控器件的方法及其装置；涉及电脑中总线扩展及其芯片的应用。本方法是扩展SMBus总线节点，在PCI板上使用SMBus总线芯片，测量器件的参数如电压、转速、温度，以温度作反馈信号输入芯片，由芯片内部运算和控制输出，经放大驱动电路，控制风扇转速构成闭环。本装置由PCI板上监控芯片、温度传感器、放大驱动电路、风扇、电源、转速测量匹配电路、分压电路和SMBus总线构成。本发明的有益效果是：组成可监测PCI板，如测量和控制板上风扇的转动，降低噪声，环保节能，并且通过SMBus总线与电脑主机通信，有助于管理电脑设备。

Description

在PCI板上用SMBus芯片监控器件的方法及其装置

技术领域

本发明涉及电脑中串行总线及其器件的扩展和应用，具体地说，涉及一种在PCI板上用系统管理总线(也称SMBus总线)集成电路芯片监控器件的方法及其装置。

背景技术

PCI总线 PCI(周边组件互连)总线是独立于CPU的电脑局部总线，采用了独特的中间缓冲器设计，可将显示卡、声卡、网卡、硬盘控制器等高速的外围设备直接挂在CPU总线上，这些板卡中许多带有冷却风扇，冷却风扇是恒定转速，电脑上通常允许5个PCI扩展槽。1992年Intel在发布486处理器的时候，同时提出了32-bit的PCI总线。最早提出的PCI总线工作在33MHz频率之下，传输带宽达到了133MB/s，随着对更高性能的要求，1993年提出了64-bit的PCI总线，后来又提出把PCI总线的频率提升到66MHz，目前广泛采用的是32-bit、66MHz的PCI总线。根据PCI规格的不同有PCI1.0、PCI2.2等版本。PCI标准化组织PCI-SIG在2000年10月5日发布的工程变动通知(ECN)中，增加了对SMBus总线的支持，应用者有Intel等厂商，这样为SMBus总线芯片在PCI上应用提供了条件。市场上也陆续出现了对PCI上SMBus总线支持的主板。PCI-SIG在2004-4-27宣布了PCI规格最新3.0标准，新的标准在速度上没有任何提升，PCI总线的工作电压由目前2.3版的5.0V降低到了3.3V，不过对于通用PCI卡，仍然可以同时兼容3.3V和5V电压。新的PCI 3.0标准将支持PCI 66、PCI-X、Mini PCI和LowProfile PCI等。总体来看，PCI 3.0标准仅仅是对2.3版本的补充，属于常规的升级行为。

电脑硬件监控电路现在电脑的结构和运行状况越来越复杂，因此大多数电脑都装有自监测电路的芯片，可实时地监测电脑主机的运行状况如各种电压、温度、风扇转速等，主板监控芯片(例如W83L785、LM87、LM63)通常为可编程器件，具有硬件A/D转换和I/O接口，并且芯片具有SMBus总线。CPU和集成电路的主频和集成度在不断提高，因此会产生大量的热量，使电脑和PCI上器件的温度上升，通常使用风扇来通风散热，需要监控CPU温度，在这些监控电路中广泛应用了脉冲宽度调制(PWM)和自动控制技术，电脑运行过程中监控电路会根据被测元件的温度信号自动调节风扇转速，硬件监控电路会根据设定温度控制风扇转动，给CPU散热，温度下降时，风扇转速自动降低，温度上升时，风速转速自动上升，这样降低了风扇噪声，节约了电量使用，延长了风扇寿命，可保证电脑系统有效工作。系统管理总线(SMBus总线) 是Intel提出的芯片间串行通信总线，包含一根数据线SDA和一根时钟线SCL，工作时2根线必须用上拉电阻接至电源上。每个总线器件都有一个地址，总线长度可达8米以上，可以方便地构成多机系统和外围器件的扩展，并且能够以100Kbps的速率全双工同步数据传输。SMBus的一个优点是，它支持多主控，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主控制器，而且总线接口都已集成在器件中，不需要另加总线接口电路，有即插即用(Plug and play)的特点。所有带SMBus接口的外围器件都具有应答功能，在电脑中有广泛应用：Intel的南桥系列芯片ICH3、ICH4、ICH5、ICH6(I/O Controller HUB 6)，或与Intel之产品兼容的南桥芯片VIA8233，AMD768等，均可以用串行SMBus的方式与其它设备进行通信。上面所述电脑硬件监控电路的芯片即是SMBus总线上的外部设备。在几乎每台Intel电脑和兼容电脑都具备SMBus总线功能，很多电脑主板上提供了SMBus总线接口如PCI插槽，供用户连接外设。

I²C总线由Philips开发的I²C(I2C)总线具有标准的规范以及众多带I²C接口的外围器件，形成了完善的串行扩展总线，I²C的特点是结构的独立性和用户使用的简便性。I2C总线有严格的规范，如接口的电气特性、信号时序、总线管理规则等，而SMBus总线是I²C总线/协议的一个子集(subset)，很多I²C总线器件兼容SMBus总线，可直接在电脑系统的SMBus总线上使用，具体见各器件说明。

虽然现有技术已有了上述的种种发展，但是在对电脑中设备的监控仅限于在电脑主板上的监控电路，没有解决PCI上器件的监控，如PCI板上重要芯片工作电压监测、PCI板上高发热芯片冷却风扇监控，PCI板上风扇无转速调节，也无从知道它们的状态，PCI上器件温度的高低与风扇转速无关，不能根据温度高低自动调节风扇速度，风扇始终处于全速运行状态，有一定的噪音。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的上述缺陷，提供一种用SMBus总线芯片监控电脑PCI板上器件的方法及其装置；具体地说，就是解决电脑PCI板上器件的温度、风扇转速和电压测量等问题，进而根据其温度高低自动调节PCI板上风扇转速，降低噪音，节约电量，并且通过SMBus总线通信读、写数据。

本发明的目的是这样实现的：

1、方法

由图1可知，本方法有下列步骤：

①在已经具有ICH南桥芯片主器件节点和接口I/O芯片节点的SMBus总线上，增加总线外围器件节点，通过PCI插槽的SMBus接口连接到PCI板上具有SMBus总线接口的芯片，每个PCI插槽的SMBus接口均可连接具有SMBus总线接口的芯片，该芯片具有测量温度、电压、风扇转速和控制风扇转速的功能，在PCI上使用该芯片测量PCI板上设备和器件的温度、电压、风扇转速等参数，同时控制风扇速度，通过SMBus总线与电脑主机上的SMBus总线设备通信；

②使用SMBus总线芯片内置的控制功能，用温度传感器测量PCI板上设备和器件的温度，以温度作反馈信号输入芯片，由芯片运算输出，经放大驱动电路，控制风扇转速构成闭环控制系统；

在SMBus总线上使用的芯片，可以为一种能与SMBus总线兼容的带I²C(I2C)总线接口芯片。

2、装置

由图2可知，本装置由具有SMBus总线接口的芯片(1)、温度传感器(2)、放大驱动电路(3)、风扇(4)、电源(5)、转速测量匹配电路(6)、分压电路(7)和SMBus总线(8)组成；

芯片(1)分别与温度传感器(2)、放大驱动电路(3)、转速测量匹配电路(6)、分压电路(7)和SMBus(8)总线连接；

风扇(4)分别与放大驱动电路(3)、转速测量匹配电路(6)连接；

电源(5)分别与芯片(1)、放大驱动电路(3)、风扇(4)连接；

装置的工作电源使用PCI提供的既成直流电源。

其中，所述芯片(1)可以为一种能与SMBus总线(8)兼容的I²C(I2C)总线芯片。

本装置的工作原理是：

电脑PCI板上的发热器件上或附近安装有温度传感器(2)，温度传感器(2)的输出端连接到芯片(1)的温度测量端口，温度传感器(2)使用半导体传感器或热敏电阻。

放大驱动电路(3)的输入端连接到芯片(1)的转速控制输出端口，放大驱动电路(3)的输出控制风扇(4)的工作电源；该电源使用电脑PCI上的电源(5)，并且与电脑主机电源共地。

风扇(4)转动产生的脉冲，通过转速测量匹配电路(6)连接到芯片(1)的风扇转速测量端口，由芯片(1)完成转速计数。

PCI板上器件的工作电源电路有连接线，通过分压电路(7)连接到芯片(1)的电压测量端口，在芯片(1)内完成A/D转换运算。

电脑的SMBus总线(8)连接到的PCI插槽，从PCI板上连接到芯片(1)，用于发送和接受数据。

3、本发明具有以下优点和积极效果。

①因为是用SMBus总线芯片监控电脑PCI上器件，其方法和装置简单易行。

②组成PCI板监测系统后，可以测量板上器件的工作电压和温度，可调节板上风扇转速，降低噪声，环保节能，并且通过SMBus总线(8)与电脑主机通信，有助于管理PCI上设备。

③性能价格比高，有广阔的应用前景。

附图说明

图1-电脑SMBus总线扩展示意图；

图2-本装置电路组成方框图；

图3-实施例1的电路原理图；

图4-实施例2的电路原理图；

图2中：

1-PCI板上SMBus总线芯片；

2-温度传感器；

3-放大驱动电路；

4-风扇；

5-电源；

6-转速测量匹配电路；

7-分压电路；

8-SMBus总线。

具体实施方案

下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。

Intel系列电脑(PC、服务器、工作站)及其兼容产品的主板上集成有南桥芯片，南桥芯片内部提供了SMBus主控器，以ICH5(82801EB)为例，ICH5内部提供了一个SMBus主控器，它包括一个SMBus主控接口，为处理器与SMBus总线外部设备(从设备)通讯提供了条件，只有主控制器才能对SMBus总线实现管理与检测，如起始、停止、发送时钟等，作为不带CPU的接口器件，在总线中只能作从器件使用，所有读、写操作都可归纳为SMBus总线的主方式，写操作为主发送方式，读操作为主接受方式。上述ICH5的SMBus操作方式兼容多数I²C总线器件。SMBus总线接口器件有一个7位地址，可以扩展多个总线器件，本发明使用PCI上SMBus总线芯片作为总线从设备。

在PCI插槽的A面40、41脚原设计(PCI2.2以前)都是保留(Reserved)，经ECN更改设计后是SMBCLK、SMBDAT，即SMBus总线的时钟线和数据线。使用时应该注意并非在所有电脑主板的PCI插槽都敷设了SMBub总线。

下面实施例1和实施例2电路都使用了带SMBus总线的芯片，这些芯片常用于电脑主机板硬件监控电路，如CPU温度监测和CPU风扇的转速控制，其使用方法和电路在芯片说明书中有详尽论述，这里可以移植到电脑PCI板上器件的监控电路上来，主要不同是将温度监测对象改为PCI板上的发热器件，被控风扇变为PCI板上器件(也可是其它设备)冷却的风扇，而芯片的监控和通信作用不变。

实施例1

如图3，本例中电脑使用Intel台式机主板，型号是D865PESO，主板有3个PCI插槽，在该主板2号PCI插槽上具有SMBus总线扩展接口，从其上连接SMBCLK和SMBDAT到PCI设备监控装置，即连接LM63的7脚和8脚，电路中使用LM63芯片作监控芯片，这里LM63是SMBus总线上的一个从设备，LM63的器件地址是1001 100，LM63的主要功能如下：

·使用2N3904晶体管或PN结测温，D+、D-端输入

·自动修正自热效应

·支持P4或P4-m处理器的内置2极管测温方式

·集成PWM风扇转速控制功能，PWM端输出

·可编程8级变速调节，减少噪声

·具有风扇转速计数，TACH端输入

·寄存器补偿失调温度

·多功能反ALERT/转速计数选择输入

·10位数字计数，温度最小分辨0.125度

·SMBus2.0规格，支持超时溢出TIMEOUT

·兼容LM86系列器件

·精简的8脚设计

详见参考文献4

这里LM63是监控芯片，工作电源使用3.3V电压，电源来源电脑既成电源，在LM63的D+和D-端子上接入2N3904，将2N3904作传感器装设在PCI板的器件上，感受设备或器件的温度，在LM63中完成A/D转换，从LM63的4脚输出PWM信号，经R1、R2、Q1组成放大电路，驱动风扇，风扇的转速测量经R3、R4、R5组成的匹配电路，从LM63的6脚输入转速计数脉冲，这样根据PCI板上的器件发热部件的温度变化，所述器件组成的温度自动调节系统会降低或升高风扇的转速，相关控制算法在LM63中进行，通过LM63的7脚和8脚，SMBus总线能够收发数据。电路中风扇使用+12电源。器件可以是发热较大的显示芯片、I/O采集板的A/D芯片、D/A芯片。本装置的电路板置于电脑主机的PCI扩展板上。

实施例2.

发明电路原理如图4，本例中电脑使用Intel台式机主板，型号是D865PERL，主板有5个PCI插槽，在该主板2号PCI插槽上具有SMBus总线扩展接口，从PCI插槽的A面40、41脚，即SMBus总线上引SMBDATA和SMBCLK到电脑PCI板设备监控电路，连接芯片的SMBus总线，至电路W83L785的SCL和SDA。在PCI设备监控电路中使用的W83L785常用于笔记本电脑的硬件监控电路，W83L785的器件地址是0101101，它可监测参数包括：电压、温度、风扇转速等，内置8位ADC，提供2组PWM输出控制风扇转速，提供SMI#、OUT#信号和GPIO，带I2C/兼容SMBus总线接口，通过应用软件和BIOS，用户能够随时监控全部参数，并当参数越限时发出警告信息，用户可以自行设置参数的高、低限值。

W83L785的主要功能如下：

·2个温度测量通道，TDX1、TDX2，支持半导体和热敏电阻传感器

·4个电压测量通道，3.3V、2.5V、1.5V、V_core

·2组PWM风扇转速控制输出，PWM1、PWM2

·2组风扇转速计数输入，FAN1、FAN2

·可编程设置参数越限区间

·支持应用软件管理

·I2C串行总线接口，SCL、SDA

·支持Intel应用程序LMCD

·有中断保护信号

·20脚封装

·工作电源2.7V～5.5V

详见参考文献3。

图4中用W83L785监测PCI板上器件的工作情况，在2.5V测量的输入端接有电阻R6、R7构成分压电路，使之匹配芯片的输入电压量程，同样也可使用该芯片其它电压测量端监测电压，担负PCI板上硬件监控的任务。图5中D1和D2用于温度测量，从VTIN1和VTIN2输入信号。用PWM控制风扇转动，风扇的转速可以测量，用R3、R4、R5组成转速信号测量匹配电路，R10、R11是上拉电阻。显然这里也容易移植电脑硬件监控电路的风扇温度自动控制系统，用D1温度传感器、PWM1输出驱动Q，应用芯片的控制功能构成闭环系统，相关控制算法在W83L785中进行。本电路使用电脑PCI上+5V电源。芯片上的通用输入/输出(GPIO#)和中断信号本例中未使用。本装置的电路板置于电脑主机的PCI扩展板上。

参考文献

1. http://www.pcisig.com

2、何立民，《I2C总线应用系统设计》，北京航空航天大学出版社

3、W83L785.pdf， http://www.winbond.com/

4、LM63.pdf， http://www.national.com/

5、 http://www.intel.com/

6、 http://www.smbus.org/

Claims

1、一种在PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的方法，

其特征在于有下列步骤：

①将电脑主机PCI槽系统管理总线SMBus扩展，通过主机板PCI上的SMBus接口连接到PCI板上，在该PCI板上设有SMBus总线芯片为核心组成的电路，该芯片组成的电路具有测量温度、电压、风扇转速及其控制风扇转速的功能，用该芯片测量PCI上器件的温度、电压、风扇转速等参数，同时控制风扇速度，通过SMBus总线与电脑主机SMBus总线上主设备通信；

②使用扩展SMBus总线芯片内置的控制功能，用传感器测量PCI上器件的温度，以温度作反馈信号输入芯片，由芯片运算输出，经放大驱动电路，控制风扇转速构成闭环系统；

2、按权利要求1所述的一种在电脑PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的方法，

其特征在于：在SMBus总线上使用的芯片，可以为一种能与SMBus总线兼容的I²C(I2C)总线芯片。

3、一种在PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的装置，

其特征在于：本装置由电脑PCI板上监控芯片(1)、温度传感器(2)、放大驱动电路(3)、风扇(4)、电源(5)和SMBus总线(8)组成；

PCI板上监控芯片(1)分别与温度传感器(2)、放大驱动电路(3)和SMBus总线(8)连接；

风扇(4)与放大驱动电路(3)连接；

电源(5)分别与PCI板上监控芯片(1)、放大驱动电路(3)、风扇(4)连接。

4、按权利要求3所述的一种在PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的装置，

其特征在于：在PCI板上监控芯片(1)和风扇(4)之间连接有转速测量匹配电路(6)。

5、按权利要求3所述的一种在PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的装置，其特征在于：

在PCI板上监控芯片(1)的电压测量输入端连接有分压电路(7)。

6、按权利要求3所述的一种在PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的装置，其特征在于：

温度传感器(2)或为半导体传感器，或为热敏电阻。

7、按权利要求3所述的一种在PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的装置，其特征在于：

本装置放置在电脑的PCI插槽上，SMBus总线的串行时钟SMBCLK线、串行数据SMBDATA线从PCI插槽上引出。

8、按权利要求3所述的一种在PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的装置，其特征在于：

在SMBus总线(8)上使用的芯片，可以为一种能与SMBus总线(8)兼容的I²C(I2C)总线芯片。

9、按权利要求3所述的一种在PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的装置，

其特征是：同一PCI板上有可被监控的其它器件和设备。

10、按权利要求3所述的一种在PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的装置，其特征在于：

同一电脑的不同PCI板上可以至少拥有一个该装置。