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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiesparvorrichtung.
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Da ein PROCHOT# Pin einer CPU auf einem herkömmlichen Motherboard als Eingangspin definiert ist, kann ein PROCHOT# Signal zum Untertakten der CPU durch externe Schaltkreise bereitgestellt werden, um den Energieverbrauch zu senken. Jedoch hat das herkömmliche PROCHOT# Signal nur zwei Arten von Pegeln: einen hohen Pegel oder einen niedrigen Pegel. Im normalen Betrieb zieht ein Super-Eingabe/Ausgabe (Super Input/Output – SIO) Chip das PROCHOT# Signal auf den niedrigen Pegel herunter, um die CPU auf eine geteilte Frequenz zu schalten, damit eine Temperatur der CPU gesenkt wird, wenn die Temperatur der CPU auf einen vorgegebenen Wert steigt. Jedoch ist ein Verfahren zum Einsparen elektrischer Energie lediglich das Schalten des PROCHOT# Signals zwischen dem hohen Pegel und dem niedrigen Pegel. Daher gibt es ein Bedürfnis, eine Energiesparvorrichtung für das Motherboard zu entwickeln, um einen zuvor beschriebenen Nachteil eines herkömmlichen Motherboards zu überkommen.
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In diesem Zusammenhang ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energiesparvorrichtung zu schaffen, bei der einem Motherboard bzw. einer Hauptplatine mehrere Spannungspegel bereitgestellt werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Energiesparvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche offenbaren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Wie in der folgenden detaillierten Beschreibung verdeutlicht wird, umfasst die beanspruchte Energiesparvorrichtung eine Energiespar-Treibereinheit, die mit einer CPU auf der Hauptplatine elektrisch verbunden ist und zum Erzeugen eines Energiesparsignals mit mehreren Spannungspegeln für die CPU geeignet ist, um die CPU auf eine korrespondierende Arbeitsfrequenz zu schalten.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 ein Blockdiagramm einer Energiesparvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 bis 4 unterschiedliche Wellenform-Diagramme eines Energiesparsignals gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 ein Blockdiagramm einer Energiespar-Treibereinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 ein Blockdiagramm der Energiespar-Treibereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7 ein Schaltbild der in 5 gezeigten Energiespar-Treibereinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 ein Schaltbild der in 6 gezeigten Energiespar-Treibereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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9 ein Blockdiagramm der Energiespar-Treibereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10 ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Energiesparvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 ein Blockdiagramm der Energiesparvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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12 ein Schaltbild eines in 11 gezeigten Leistungsmessers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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13 ein Ablaufdiagramm, das einen anderen Betrieb der Energiesparvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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14 ein Ablaufdiagramm, das einen anderen Betrieb der Energiesparvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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1 zeigt ein Blockdiagramm einer Energiesparvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Energiesparvorrichtung 10 kann auf einer Hauptplatine 1 eingesetzt werden, um den Energieverbrauch einer CPU 2 zu senken. Die Energiesparvorrichtung 10 kann beispielsweise in einem Arbeitsplatzrechner, einem Notebook, einem Tablet-Computer oder anderen Rechnern mit der Hauptplatine 1 eingesetzt werden. Um die Besonderheiten der Erfindung leichter verständlich zu machen, sind auf der Hauptplatine 1 nur zugehörige Hardware-Komponenten dargestellt, und anderen Hardware-Komponenten, die nicht direkt der vorliegenden Erfindung zugehörig sind, wurden weggelassen. In dieser Ausführungsform können die CPU 2 mit einer Teilungsfunktion, um den Energieverbrauch zu senken, und die Energiesparvorrichtung 10 genutzt werden, um ein Energiesparsignal 10a mit 256 Spannungspegeln, anstelle der üblichen zwei Spannungspegel, zu implementieren. Ein bevorzugtes Beispiel für das Energiesparsignal 10a ist ein PROCHOT# Signal, welches an einen PROCHOT# Pin der CPU 2 ausgegeben wird.
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Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf 1 bis 8. 2 bis 4 zeigen unterschiedliche Wellenform-Diagramme eines Energiesparsignals 10a gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer Energiespar-Treibereinheit 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 zeigt ein Blockdiagramm der Energiespar-Treibereinheit 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7 zeigt ein Schaltbild der in 5 gezeigten Energiespar-Treibereinheit 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 zeigt ein Schaltbild der in 6 gezeigten Energiespar-Treibereinheit 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Energiesparvorrichtung 10 umfasst die elektrisch mit der CPU 2 auf der Hauptplatine 1 verbundene Energiespar-Treibereinheit 100, um das Energiesparsignal 10a mit mehreren Spannungspegeln zu erzeugen, das an den PROCHOT# Pin der CPU2 abgegeben wird, um die CPU 2 entsprechend einem Spannungspegel des Energiesparsignals 10a auf eine korrespondierende Arbeitsfrequenz zu schalten, nachdem die CPU 2 das Energiesparsignal 10a empfangen hat. Wenn das Energiesparsignal ein Signal mit hohem Spannungspegel ist arbeitet die CPU 2 daher mit einer hohen Arbeitsfrequenz. Wenn das Energiesparsignal im Gegensatz dazu ein Signal mit niedrigem Spannungspegel ist, arbeitet die CPU 2 mit einer niedrigen Arbeitsfrequenz.
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Wie in 2 bis 4 gezeigt, kann das von der Energiespar-Treibereinheit 100 erzeugte Energiesparsignal 10a ein variables digitales Signal sein. Wie in 2 gezeigt, ist das Energiesparsignal 10a das Signal mit niedrigem Spannungspegel. Da die CPU 2 das in 2 gezeigte Energiesparsignal 10a empfängt, arbeitet die CPU 2 für die Dauer des Energiesparsignal 10a mit der niedrigen Arbeitsfrequenz, so dass die Hauptplatine 1 eine maximale Energieeinsparung erzielen kann. Wie in 3 gezeigt, ist das Energiesparsignal 10a das Signal mit hohem Spannungspegel. Da die CPU 2 das in 3 gezeigte Energiesparsignal 10a empfängt, arbeitet die CPU 2 für die Dauer des Energiesparsignals 10a mit der hohen Arbeitsfrequenz, so dass die CPU 2 angesteuert wird, ohne Rücksicht auf den Energieverbrauch mit hoher Leistung zu rechnen.
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Das in 4 gezeigte Energiesparsignal 10a ist ein Signal, welches aus kontinuierlichen Rechteckwellen 100a zusammengesetzt ist. Ein in 4 gezeigter Wert n ist eine Ganzzahl zwischen 0 und 255. Daher kann das Energiesparsignal 10a die einzelne Rechteckwelle 100a sein. Ein Verhältniswert des hohen Spannungspegels der Rechteckwelle 100a zu einem niedrigen Spannungspegel der Rechteckwelle 100a wird durch n bestimmt. Wenn der Wert von n 255 beträgt, ist das Energiesparsignal 10a das Signal mit hohem Spannungspegel. Wenn der Wert von n 0 beträgt, ist das Energiesparsignal 10a das Signal mit niedrigem Spannungspegel. Da die CPU 2 das in 4 gezeigte Energiesparsignal 10a empfängt, schaltet die CPU 2 während der Dauer des Energiesparsignals 10a zwischen der hohen Arbeitsfrequenz und der niedrigen Arbeitsfrequenz hin und her, um den Energieverbrauch der Hauptplatine 1 einzustellen oder zu regeln. In 4 kann der Wert n des Energiesparsignals 10a durch Pulsweitenmodulation (PWM) angepasst werden, um das PROCHOT# Signal dazu zu treiben, die CPU 2 untertaktet anzusteuern, so dass sich der Energieverbrauch der CPU 2 mit dem Tastverhältnis bzw. Arbeitszyklus der PWM ändert. Ein Mechanismus der Frequenzteilung für die CPU 2 kann zu einer durchschnittlichen Frequenz und einem durchschnittlichem Energieverbrauch, entsprechend dem Signal, das durch die PWM angepasst wird, führen.
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Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf 5 und 6 zusammen mit anderen vorgehenden Figuren. In dieser Ausführungsform umfasst die Energiespar-Treibereinheit 100 eine Steuereinheit 101 und einen Pegel-Steller bzw. Pegel-Regler 103, im Folgenden als Pegel-Regler 103 bezeichnet. Die Steuereinheit 101 kann eine integrierte Steuereinheit, so wie ein Super-Eingabe/Ausgabe (SIO) Chip auf der Hauptplatine 1, oder eine externe Steuereinheit sein. Die Steuereinheit 101 dient zum Erzeugen des Energiesparsignals 10a mit den mehreren Spannungspegeln. Der Wert n kann gesetzt und in einem nicht in den Figuren gezeigten Register innerhalb der Steuereinheit 101 gespeichert werden, und die Steuereinheit 101 erzeugt das Energiesparsignal 10a entsprechend dem Wert n, der in dem Register gespeichert ist.
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Um Spezifikationsanforderungen für einen Eingangsspannungspegel für den PROCHOT# Pin zu erfüllen, ist der Pegel-Regler 103 zwischen der Steuereinheit 101 und der CPU 2 angeordnet. Der Pegel-Regler 103 ist elektrisch mit der Steuereinheit 101 verbunden, um den Spannungspegel eines Energiesparsignals 10'a so zu regulieren, dass dieses die Spezifikationsanforderungen für den Eingangsspannungspegel des PROCHOT# Pins erfüllt. Der Pegel-Regler 103 kann durch herkömmliche Schaltkreise umgesetzt werden.
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Des Weiteren dient der Pegel-Regler 103 auch zum Empfangen eines Freigabesignals und ist ferner dazu geeignet, entsprechend dem Freigabesignal zu Bestimmen, ob das geregelte Energiesparsignal 10a ausgegeben wird. Das Freigabesignal kann durch die PWM ausgelegt werden, um die Schaltzeit des Pegel-Reglers 103 zu steuern, und der Arbeitszyklus der PWM kann angepasst werden, um mehrere Pegel des Energieverbrauchs zu erreichen, wie z. B. 256 Pegel.
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Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf 9 zusammen mit anderen vorgehenden Figuren. 9 zeigt ein Blockdiagramm der Energiespar-Treibereinheit 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform umfasst die Energiespar-Treibereinheit 100 ein Überhitzungsalarm-Schaltkreismodul 105, zum Erzeugen des Energiesparsignals 10'a mit den mehreren Spannungspegeln entsprechend einer Temperatur der CPU 2, die in 1 gezeigt ist, und der Pegel-Regler 103 ist elektrisch mit dem Überhitzungsalarm-Schaltkreismodul 105 verbunden, um den Spannungspegel des Energiesparsignals 10'a zu regeln. Das Überhitzungsalarm-Schaltkreismodul 105 umfasst einen Überhitzungsalarm-Schaltkreis 1051 und einen Signal-Erzeuger 1053. Der Überhitzungsalarm-Schaltkreis 1051 dient zum Erkennen der Temperatur der CPU 2, und der Signal-Erzeuger 1053 ist elektrisch mit dem Überhitzungsalarm-Schaltkreis 1051 verbunden, um das Energiesparsignal 10'a entsprechend eines Erkennungsergebnisses des Überhitzungsalarm-Schaltkreis 1051 zu erzeugen. Wenn die Temperatur der CPU 2 über einen vorgegebenen Wert steigt, steuert der Überhitzungsalarm-Schaltkreis 1051 den Signal-Erzeuger 1053 an, das Energiesparsignal 10'a zu erzeugen. Der Überhitzungsalarm-Schaltkreis 1051 und der Signal-Erzeuger 1053 können durch herkömmliche Schaltkreise umgesetzt werden.
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Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf 10 bis 12 zusammen mit anderen vorgehenden Figuren. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Energiesparvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 11 zeigt ein Blockdiagramm der Energiesparvorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 12 zeigt ein Schaltbild eines in 11 gezeigten Leistungsmessers 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform umfasst die Energiesparvorrichtung 10 ferner den elektrisch mit der Energiespar-Treibereinheit 100 verbundenen Leistungsmesser 3. Der Leistungsmesser 3 ist geeignet, den Energieverbrauch eines Systems mit der Hauptplatine 1, einem Betriebssystem und mit der Hauptplatine 1 agierenden Anwendungen zu errechnen. Durch die Nutzung des Leistungsmessers 3 mit der Energiespar-Treibereinheit 100 kann der Energieverbrauch des Systems während des Betriebs unter den maximalen Energieverbrauch des Systems geregelt werden. Zudem kann die Energiespar-Treibereinheit 100 aus 11 ein Überhitzungsalarm-Signal (VR_HOT Signal) empfangen, und kann dann das Energiesparsignal 10a erzeugen.
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Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf 13 zusammen mit anderen vorgehenden Figuren. 13 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen anderen Betrieb der Energiesparvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Es können unterschiedliche Anwendungsmodi mit unterschiedlichem Energieverbrauch entsprechend unterschiedlicher Funktionen und Umgebungen definiert werden, aus denen der Anwender dann einen Anwendungsmodus wählen kann, wie z. B. einen Büro-Modus, einen Multimedia-Modus, einen Spiele-Modus, usw. Nach der Auswahl, kann das System die Energiesparvorrichtung 10 entsprechend dem gewählten Anwendungsmodus ansteuern. Zum Beispiel kann das System den in dem Register auf der Steuereinheit 101 für n gespeicherten Wert entsprechend dem Anwendungsmodus setzen, so dass der Energieverbrauch verringert wird und dem gewählten Anwendungsmodus entspricht.
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Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf 14 zusammen mit anderen vorgehenden Figuren. 14 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen anderen Betrieb der Energiesparvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Energiesparvorrichtung 10 kann mit einem mobilen elektronischen Gerät eingesetzt werden. Da das mobile elektronische Gerät mit der Energiesparvorrichtung 10 eine Wechselstromversorgung (AC) empfängt, ist der PROCHOT# Pin der CPU 2 nicht angesteuert. Wenn die Wechselstromversorgung entfernt wird und das mobile elektronische Gerät eine Batterie nutzt, aktiviert das mobile elektronische Gerät die Energiesparvorrichtung 10 entsprechend der verbleibenden Kapazität der Batterie, die durch das mobile elektronische Gerät erkannt werden kann. Daher kann das mobile elektronische Gerät den in dem Register der Steuereinheit 101 der Energiesparvorrichtung 10 gespeicherten Wert für n entsprechend der verbleibenden Kapazität der Batterie setzen, um den Energieverbrauch zu verringern und die Batterielaufzeit zu verlängern.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik stellt die vorliegende Erfindung die Energiesparvorrichtung mit mehreren Spannungspegeln bereit, die anstelle der herkömmlichen zwei Spannungspegel in der Lage ist, 256 Spannungspegel umzusetzen, so dass mehrere Energieverbräuche der Hauptplatine erreicht werden können. Eine Möglichkeit zur Umsetzung mehrerer Spannungspegel kann durch die PWM erreicht werden, um mehrere unterschiedliche Energieverbräuche zu erreichen. Zudem kann die Energiesparvorrichtung mit einem Arbeitsplatzrechner, einem Notebook, einem Tablet-Computer oder anderen Rechnern eingesetzt werden, um den Energieverbrauch zu senken.
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Zusammengefasst ist festzustellen, dass eine Energiesparvorrichtung 10 mit mehreren Spannungspegeln zur Nutzung mit einer Hauptplatine 1 bereitgestellt wird. Die Energiesparvorrichtung 10 umfasst eine Energiespar-Treibereinheit 100, die mit einer CPU 2 auf der Hauptplatine 1 elektrisch verbunden ist, um ein Energiesparsignal 10a, 10'a mit mehreren Spannungspegeln für die CPU 2 zu erzeugen, um die CPU 2 auf eine entsprechende Arbeitsfrequenz zu schalten, die zu einem Spannungspegel des Energiesparsignals 10a, 10'a korrespondiert, nachdem die CPU 2 das Energiesparsignal 10a, 10'a empfangen hat. Die Energiesparvorrichtung 10 mit mehreren Spannungspegeln umfasst anstelle der herkömmlichen zwei Spannungspegel 256 Spannungspegel, um mehrere Energieverbräuche der Hauptplatine 1 zu erreichen.
