CN1979361A - 高功耗集成电路过热保护方法 - Google Patents

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Abstract

高功耗集成电路过热保护方法，涉及一种高功耗IC过热保护管理的技术，属于数据通信技术领域。本发明包括以下步骤：a.实时监测IC工作温度；b.当温度达到预设的温度点时，启动保护措施。本发明的有益效果是，确保高功耗IC不会由于温度过高而损坏，而且尽量保证了设备的不间断工作。通过实时检测高功耗IC的温度，在散热系统失效时，采用风扇控制、IC内核频率调整和高功耗IC电源管理等方法，既保证了高功耗IC芯片不会因温度过高而损坏，同时能尽量保证通信系统的不间断运行，此技术方案可以广泛应用于无人值守通信设备中。

Description

高功耗集成电路过热保护方法
技术领域
本发明涉及一种高功耗IC过热保护管理的技术，属于数据通信技术领域。
背景技术
在通信设备中，高功耗集成电路(Integrited Card，简称IC)由于功耗较大，在设计时必须加上散热器和风扇进行降温，但如果风扇损坏或其他原因导致散热系统失效，IC的结温会迅速升高，当温度超过IC最高结温时，芯片将会损坏。现有技术中，对IC的保护仅有散热器和风扇降温，若IC持续升温，现有技术的保护措施无法防止IC烧毁。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高功耗集成电路过热保护方法，能够根据IC工作温度的危险程度提供相应的保障措施，避免了IC因为温度升高造成烧毁。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，高功耗集成电路过热保护方法，其特征在于，包括以下步骤：a、实时监测IC工作温度；b、当温度达到预设的温度点时，启动保护措施。
具体的说，所述步骤b的保护措施为加大风扇转速，或降低IC工作频率，或切断IC工作电源。所述步骤b为：b1、当温度达到第一温度点后，启动降温措施；b2、当温度达到第二温度点后，切断IC工作电源。
所述步骤b1中所述降温措施为加大风扇转速或降低IC工作频率。
或者，所述步骤b1为：当温度达到第一温度点后，加大风扇转速；若有效则保持加大后的风扇转速，若无效则降低IC工作频率。
或者，所述步骤b1为：当温度达到第一温度点后，加大风扇转速；若有效则保持加大后的风扇转速，若无效则降低IC工作频率并恢复风扇转速。
前述“无效”是指温度继续升高，或者未能在预定时间内降低到第一温度点以下。
更进一步的，所述步骤b还可以包括：b1、当温度达到第一温度点后，启动第一降温措施；b2、当温度达到第二温度点后，启动第二降温措施；b3、当温度达到第三温度点后，切断IC工作电源。
本发明的有益效果是，确保高功耗IC不会由于温度过高而损坏，而且尽量保证了设备的不间断工作。通过实时检测高功耗IC的温度，在散热系统失效时，采用风扇控制、IC内核频率调整和高功耗IC电源管理等方法，既保证了高功耗IC芯片不会因温度过高而损坏，同时能尽量保证通信系统的不间断运行，此技术方案可以广泛应用于无人值守通信设备中。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明实施方式的流程图。
图2为实施方式中温度实时监测单元结构示意图。
图3为实施方式中散热风扇转速控制单元结构示意图。
图4为实施方式中芯片内核工作频率调整单元结构示意图。
图5为实施方式中芯片工作电源控制单元结构示意图。
具体实施方式
本发明方案通过高功耗IC芯片内部的热敏二极管配合外部温度传感器的方法来实时监测高功率IC的工作温度，并设置温度传感器第一温度点和第二温度点两个告警温度点。当IC芯片的工作温度达到第一温度点时，散热风扇的转速控制单元提高散热风扇的转速，如果失效，则进一步利用高功耗IC芯片内核工作频率调整单元进行降频处理；当IC芯片的工作温度达到第二温度点时，还可以利用芯片工作电源控制单元切断高功耗IC芯片的工作电源，保护IC芯片不被损害。
本发明主要包括以下功能模块：温度实时监控、散热风扇转速控制、高功耗IC芯片内核工作频率调整、高功耗IC芯片工作电源控制。
本发明通过温度实时检测单元对高功耗IC芯片的温度实时监测，为过热保护提供实时温度信息，该检测单元的构成见图2。温度的实时监测采用LM86温度传感器来完成。该传感器结合高功耗IC芯片内部的热敏二极管来检测芯片温度，它通过检测不同正向电流下热敏二极管的结电压来精确估算芯片内部温度，最大可检测3500个温度点，外部控制单元可通过传感器的I2C总线接口实时读取准确的温度值；另外，外部控制单元可以用来配置传感器的两个告警温度点：第一温度点和第二温度点，当芯片工作温度达到这两个温度点时，传感器会分别通过ALTER和OVER两根告警信号线通知外部控制单元，即无需外部控制单元实时检测传感器来判断芯片工作温度是否达到所设置的温度点，从而简化了外部控制单元的操作。
当IC芯片的工作温度达到第一温度点时，则可以利用散热风扇的转速控制单元提高散热风扇的转速。散热风扇的转速控制单元由外部控制单元、脉宽调制(PWM)控制器和PWM风扇等几部分构成，参见图3。散热风扇是通信设备中散热系统的重要部分，通常大功耗通信设备的散热系统中会配备数片或多片散热风扇，风扇系统的设计一般都留有裕量；在满足系统正常散热情况下，充分考虑风扇寿命和噪音，会使风扇低速转动。本实施方案中，采用PWM调速风扇，风扇的转速受PWM控制信号的占空比影响，其转速正比于占空比；若其中某一风扇损坏或散热系统的其他部件失效会引起高功耗IC芯片工作温度的升高，当温度达到第一温度点时，传感器通过ALERT告警信号通知外部控制单元，外部控制单元则控制PWM控制单元输出更高占空比的PWM信号，以增大风扇转速。
如果利用散热风扇的转速控制单元提高散热风扇的转速失效，则进一步进行高功耗IC芯片的降频处理；高功耗IC芯片内核工作频率调整单元由外部控制单元、可编程时钟单元和高功耗IC芯片内部锁相环几部分构成，参见图4。IC芯片的功耗与其内核工作频率成正比，降低内核工作频率会极大地降低芯片功耗。外部控制单元实时检测高功耗IC工作温度，当风扇系统失效或通过提高风扇转速后芯片的温度依然不断升高，则采用降低IC内核工作频率的方法来降低功耗，从而来控制芯片温度的升高。图4中的可编程时钟单元提供高功耗IC芯片所需要的外部参考时钟freq；IC芯片的内核工作时钟频率fin由外部输入参考时钟freq通过芯片内部的锁相环倍频来获得：即fin＝freq×nPLL，其中nPLL为芯片内部锁相环倍频的倍数；IC芯片内核频率的降低，通过外部控制单元调整可编程时钟单元的输出参考时钟freq的频率和调整IC芯片的内部锁相环的倍频倍数nPLL来实现。IC芯片内部锁相环倍频倍数的调整是在芯片复位时由硬件外部配置的，因此外部控制单元必须调整外部配置并复位高功耗IC芯片，而复位该IC芯片的过程会暂时中断IC芯片的通信。另外，频率的降低会影响芯片本身的运算性能；本实施方案中的高功耗IC芯片内核频率的调整是作为芯片过热保护处理的备用性措施，是以牺牲一定运算性能来保证芯片运行的安全性；
当IC芯片的工作温度达到第二温度点时，切断高功耗IC芯片的工作电源，保护IC芯片不被损害。高功耗IC芯片的工作电源控制是芯片过热保护管理的最后一道防线，芯片工作电源控制单元由外部控制单元、开关单元和电源模块几部分构成，详见图5。当通过调整风扇转速和降低芯片工作频率的方法仍不能控制芯片的工作温度，芯片工作温度则会继续升高至第二温度点，即芯片所能容忍的最高工作温度，传感器通过OVER告警信号通知外部控制单元，此时外部控制必须强制关断该芯片的工作电源，以保证该芯片不会因过热而被损坏。参见图5，系统采用12V直流电源通过两块DC-DC电源模块分别提供高功耗IC芯片所需的内核电压VCCcore、引脚电压VCCio等；通信系统的IC芯片的内核供电和IO引脚供电需要满足一定的上电和掉电顺序要求，上电时一般要求高电压供电不能提前于低电压供电，掉电时则相反；为满足此要求，本实施方案中采用了具有自动跟随特性(auto track)的DC-DC电源模块；当电源模块Auto track控制引脚电压逐渐升高时，电源模块的输出电压将跟随该引脚电压逐渐升高，直至升高到所设定的VCCcore和VCCio的输出电平值后将维持VCCcore和VCCio电平输出；由于内核电压和引脚电压的输出将跟随同一个auto track引脚控制电压的变化，且所设定内核电压的电平VCCcore要低于引脚电压VCCio的电平，所以内核电压输出将首先达到所设定的电平VCCcore，然后引脚电压输出达到所设定的电平VCCio，这样就保证了引脚电压不会提前于内核电压上电；当需要关断电源模块时，Auto track引脚电平被拉低，则电源模块被关断，电源模块输出电压为0；图5中的开关单元部分主要是提供DC-DC电源模块关断或打开所需要的控制信号。此单元主要由D触发器和N沟道MOSFET管组成。D触发器的操作由外部控制单元完成，完成电源模块开关信号的锁存，MOSFET主要完成开关控制信号的反向操作，当D触发器输出信号A为高时，MOSFET管导通，DC-DC控制引脚电压B被拉低，电源模块被关断；反之，当信号A为低，MOSFET管关闭，信号B为高，电源模块的输出电压将跟随信号B而升高，直至电源模块完全被打开。
本发明的另一种实施方式是，设置3个温度点，当温度达到第一温度点后，启动第一降温措施；当温度达到第二温度点后，启动第二降温措施；当温度达到第三温度点后，切断IC工作电源。
前述的第一、第二降温措施可以为加大风扇转速、降低IC工作频率或其组合，例如：
第一降温措施 第二降温措施
    1     A     B
    2     A     A+B
    3     B     A
    4     B     A+B
表中A表示加大风扇转速；B表示降低IC工作频率。

Claims (7)

1、高功耗集成电路过热保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、监测IC工作温度；
b、当温度达到预设的温度点时，启动保护措施。
2、如权利要求1所述的高功耗集成电路过热保护方法，其特征在于，所述步骤b的保护措施为加大风扇转速，或降低IC工作频率，或切断IC工作电源。
3、如权利要求1所述的高功耗集成电路过热保护方法，其特征在于，所述步骤b为：
b1、当温度达到第一温度点后，启动降温措施；
b2、当温度达到第二温度点后，切断IC工作电源。
4、如权利要求3所述的高功耗集成电路过热保护方法，其特征在于，所述步骤b1中所述降温措施为加大风扇转速或降低IC工作频率。
5、如权利要求3所述的高功耗集成电路过热保护方法，其特征在于，所述步骤b1为：
当温度达到第一温度点后，加大风扇转速；若有效则保持加大后的风扇转速，若无效则降低IC工作频率。
6、如权利要求3所述的高功耗集成电路过热保护方法，其特征在于，所述步骤b1为：
当温度达到第一温度点后，加大风扇转速；若有效则保持加大后的风扇转速，若无效则降低IC工作频率并恢复风扇转速。
7、如权利要求1所述的高功耗集成电路过热保护方法，其特征在于，所述步骤b为：
b1、当温度达到第一温度点后，启动第一降温措施；
b2、当温度达到第二温度点后，启动第二降温措施；
b3、当温度达到第三温度点后，切断IC工作电源。
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