TW201432429A - 電路板與電路板的電源管理系統 - Google Patents

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Abstract

一電路板的一種電源管理系統包含：一處理器，包含一核心電壓輸入端，及一核心電壓回授端；及一電壓調節構件，包含一設定端與一偵測端，其中一固定參考電壓被提供至該設定端，該偵測端連接至該核心電壓回授端，以偵測來自該核心電壓回授端的一回授核心電壓；及一核心電壓輸出端，連接至該核心電壓輸入端，以提供一核心電壓至該核心電壓輸入端；其中根據該回授核心電壓，藉由該電壓調節構件來調節該核心電壓，使得該回授核心電壓等於該固定參考電壓；其中等於該處理器的一所需核心電壓與該固定參考電壓之間的一差的一偏移電壓係藉由該處理器而提供於該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端之間。

Description

電路板與電路板的電源管理系統
本發明一般關於電子裝置的領域，且特定地，關於電路板及電路板的電源管理系統。
動態電壓與頻率調整(DVFS,Dynamic Voltage and Frequency Scaling)的技術通常使用在電子裝置(例如，微電腦)的電路板中，以改良系統性能且減少系統功率消耗。具體地，電路板的處理器(例如，繪圖卡的GPU)根據電流負載而預測系統在之後的週期期間將需要的性能，因此決定所需的頻率，且根據新的頻率計算新的電壓。處理器通知電壓調節構件，使得新的電壓從電壓調節構件提供至處理器。頻率調節係由處理器本身執行，當針對電壓調節時，需要處理器提供關於所需核心電壓的信號給電壓調節構件，且電壓調節構件根據該信號而提供核心電壓至處理器。
特別地，舉GPU為例，如同第一圖所示，GPU 1’透過並列匯流排或串列匯流排而連接至電壓調節構件2’。GPU 1’透過匯流排連接而輸出關於所需核心電壓的信號給電壓調節構件2’。電壓調節構件的參考電壓設定模組26’接收該信號，將它轉換成GPU的所需核心電壓Vn，且將其輸出至電壓調節構件的控制器24’。控制器的設定端接收上述之所需核心電壓Vn，而控制器的偵測端接收GPU的核心電壓Vc，以形成封閉迴路控制。控制器根據所需核心電壓Vn與偵測端所接收的核心電壓Vc而調整輸出電壓Vcc，直到核心電壓Vc等於所需核心電壓Vn。
因為處理器與電壓調節構件之間的連接需要並列匯流排或串列匯流排，會增加電路板的複雜度。同時，因為匯流排連接，處理器的核心電壓的封閉迴路調節所需的時間也延長了，因此，系統的暫態性能難 以改善。
因此，需要提供一種電路板及電路板的一種電源管理系統，來解決先前技術中的上述問題。
【簡述】
為了解決上述問題，根據本發明之一態樣，提供一電路板的一種電源管理系統，其包含：一處理器，包含一核心電壓輸入端，及一核心電壓回授端；及一電壓調節構件，包含一設定端與一偵測端，其中一固定參考電壓被提供至該設定端，該偵測端連接至該核心電壓回授端，以偵測來自該核心電壓回授端的一回授核心電壓；及一核心電壓輸出端，連接至該核心電壓輸入端，以提供一核心電壓至該核心電壓輸入端；其中根據該回授核心電壓，藉由該電壓調節構件來調節該核心電壓，使得該回授核心電壓等於該固定參考電壓；其中等於該處理器的一所需核心電壓與該固定參考電壓之間的一差的一偏移電壓係藉由該處理器而提供於該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端之間。
較佳地，該處理器包含一電壓偏移電路，其中該電壓偏移電路的兩偏移電壓輸出端係分別連接至該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端，使得該偏移電壓係提供於該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端之間。
較佳地，一參考電壓源係提供於該電壓調節構件中，其中該參考電壓源的一輸出端提供該固定參考電壓至該設定端。
較佳地，該電壓調節構件包含：一控制器，其中該設定端與該偵測端分別連接至該控制器，其中根據該固定參考電壓與該回授核心電壓，從該控制器輸出複數PWM信號；及一多相電力產生電路，連接至該控制器，其中該多相電力產生電路包括並聯連接的多個BUCK電路，其中每一BUCK電路接收該等複數PWM信號之一者；及藉由並聯連接的該等多個BUCK電路的一共同輸出端而形成該核心電壓輸出端。
較佳地，一電容係設置於該核心電壓輸出端與該接地端之間。
較佳地，該處理器為一圖形處理單元、一CPU或一數位信號處理器。
較佳地，該處理器決定其負載，且根據該負載而決定該處理 器的該所需核心電壓。
較佳地，該核心電壓輸入端透過一銅導線而連接至該核心電 壓輸出端；及該核心電壓回授端透過一銅導線而連接至該偵測端。
較佳地，當該回授核心電壓低於該固定參考電壓時，藉由該 電壓調節構件而增加該核心電壓，且當該回授核心電壓高於該固定參考電壓時，藉由該電壓調節構件而減少該核心電壓。
根據本發明之一態樣，提供一種電路板，其包含一電源管理 系統，該電源管理系統包含：一處理器，包含一核心電壓輸入端，及一核心電壓回授端；及一電壓調節構件，包含一設定端與一偵測端，其中一固定參考電壓被提供至該設定端，該偵測端連接至該核心電壓回授端，以偵測來自該核心電壓回授端的一回授核心電壓；及一核心電壓輸出端，連接至該核心電壓輸入端，以提供一核心電壓至該核心電壓輸入端；其中根據該回授核心電壓，藉由該電壓調節構件來調節該核心電壓，使得該回授核心電壓等於該固定參考電壓；其中等於該處理器的一所需核心電壓與該固定參考電壓之間的一差的一偏移電壓係藉由該處理器而提供於該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端之間。
較佳地，該處理器包含一電壓偏移電路，其中該電壓偏移電 路的兩偏移電壓輸出端係分別連接至該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端，使得該偏移電壓係提供於該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端之間。
較佳地，一參考電壓源係提供於該電壓調節構件中，其中該 參考電壓源的一輸出端提供該固定參考電壓至該設定端。
較佳地，該電壓調節構件包含：一控制器，其中該設定端與 該偵測端分別連接至該控制器，其中根據該固定參考電壓與該回授核心電壓，從該控制器輸出複數PWM信號；及一多相電力產生電路，連接至該控制器，其中該多相電力產生電路包括並聯連接的多個BUCK電路，其中每一BUCK電路接收該等複數PWM信號之一者；及藉由並聯連接的該等多個BUCK電路的一共同輸出端而形成該核心電壓輸出端。
較佳地，一電容係提供於該核心電壓輸出端與該接地端之 間。
較佳地，該處理器為一圖形處理單元、一CPU或一數位信 號處理器。
較佳地，該處理器決定其負載，且根據該負載而決定該處理 器的該所需核心電壓。
較佳地，該核心電壓輸入端透過一銅導線而連接至該核心電 壓輸出端；及該核心電壓回授端透過一銅導線而連接至該偵測端。
較佳地，當該回授核心電壓高於該固定參考電壓時，藉由該 電壓調節構件而減少該核心電壓，且當該回授核心電壓低於該固定參考電壓時，藉由該電壓調節構件而增加該核心電壓。
較佳地，該電路板為一繪圖卡。
下面是本發明的功效。
在本發明的電路板的電源管理系統中，提供一固定參考電壓 (而非該所需核心電壓)至該調節構件的該設定端，且該處理器設有一核心電壓輸入端及一核心電壓回授端，其中該核心電壓回授端連接至該電壓調節構件的該偵測端。等於該處理器的一所需核心電壓與該固定參考電壓之間的一差的一偏移電壓係藉由該處理器而提供於該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端之間。同時，該電壓調節構件總是在其核心電壓輸出端處調節該輸出電壓，採用該固定參考電壓作為一目標值，且在該核心電壓回授端處的該回授核心電壓作為一偵測值，使得在該處理器的該核心電壓輸入端處的該核心電壓被調節。
因此，當該所需電壓等於該固定參考電壓時，該偏移電壓將 設定為0V，且該電壓調節構件調節該輸出電壓(使得該處理器的該核心電壓輸入端處的該核心電壓被調節)，直到所偵測的回授核心電壓等於該固定參考電壓。當需要增加該核心電壓時，藉由該處理器將該偏移電壓調節成等於該處理器的一所需核心電壓與該固定參考電壓之間的該差，之後以等於該所需核心電壓與該固定參考電壓之間的該差的一數量，來減少該回授核心電壓。因為該回授核心電壓的減少，該電壓調節構件將增加其輸出電壓，使得該核心電壓將增加，直到該回授核心電壓增加了等於該所需核心 電壓與該固定參考電壓之間的該差的一數量(使得該核心電壓也增加了等於該所需核心電壓與該固定參考電壓之間的該差的一數量)。之後，該核心電壓達到該所需核心電壓。相似地，當需要減少該核心電壓時，藉由上述之方法，該核心電壓也可達到該所需核心電壓。
將了解到，因為提供該固定參考電壓(而非該所需核心電壓) 至該調節構件的該設定端，且根據該所需核心電壓而在該處理器中提供一偏移電壓，這導致從該電壓調節構件輸出的該核心電壓將會改變，在本發明之該電源管理系統中，處理該電壓調節的該部分係從該電壓調節構件移動至該處理器中。所以不需要該處理器與該電壓調節構件之間的該通訊匯流排，且減低該電路板的複雜度。同時，處理器的核心電壓的封閉迴路調節所需的時間也大大縮短了，其中改善了該系統的暫態性能，因為該處理器與該電壓調節構件之間不需要匯流排通訊了。
一系列的簡化概念係併入於該發明內容中，其將在詳細說明 中更詳細地另外說明。本發明內容不暗示其打算限制將保護之技術性解決方案的所需技術特徵與必要特徵，也不暗示其打算界定將保護之技術性解決方案的該保護範圍。
本發明之優點與特徵將相關於所附圖式而在下面詳細地說 明。
1‧‧‧處理器
1’‧‧‧GPU
2‧‧‧電壓調節構件
2’‧‧‧電壓調節構件
11‧‧‧核心電壓輸入端
12‧‧‧核心電壓回授端
13‧‧‧電壓偏移電路
21‧‧‧設定端
22‧‧‧偵測端
23‧‧‧核心電壓輸出端
24‧‧‧控制器
24’‧‧‧控制器
25‧‧‧多相電力產生電路
26‧‧‧參考電壓源
26’‧‧‧參考電壓設定模組
C‧‧‧電容
Vc‧‧‧核心電壓
Vcc‧‧‧輸出電壓
Vf‧‧‧固定參考電壓
Vn‧‧‧所需核心電壓
Vo‧‧‧偏移電壓
Vs‧‧‧回授核心電壓
所附圖式被包括來提供本發明之進一步的了解，且被併入且構成此說明書的一部分。該等圖式例示本發明之具體實施例，且連同該說明一起用來解釋本發明之原理。在圖式中：第一圖為先前技術中的電路板的電源管理系統中的連接關係的示意視圖；及根據本發明之具體實施例，第二圖為電路板的電源管理系統中的連接關係的示意視圖。
呈現多個具體細節，以在下面敘述中提供本發明之更透徹的了解。但是，本發明可實施為沒有一或多個這些細節，如同本領域中熟習 技藝者所明顯得知的。在其他範例中，本領域中已知的某些技術特徵並未被敘述，以避免混淆本發明。
如同第二圖所示，根據本發明之具體實施例之電路板的電源 管理系統包含處理器1及電壓調節構件2。處理器1包含核心電壓輸入端11及核心電壓回授端12。電壓調節構件2包含設定端21、偵測端22，與核心電壓輸出端23。固定參考電壓Vf被提供至設定端21。偵測端22連接至核心電壓回授端12，以偵測來自核心電壓回授端12的回授核心電壓Vs。 核心電壓輸出端23連接至處理器1的核心電壓輸入端11，以提供核心電壓Vc至核心電壓輸入端11(在核心電壓輸出端23處的輸出電壓Vcc稍微不同於處理器1的核心電壓輸入端11所接收的核心電壓Vc，因為例如連接導線的電阻值的影響因素)。其中，根據回授核心電壓Vs，藉由電壓調節構件2來調節輸出電壓Vc，且之後調節核心電壓，使得回授核心電壓Vs等於固定參考電壓Vf。亦即，輸出電壓Vc係藉由電壓調節構件2來調節，且之後調節核心電壓，且調節輸出電壓Vcc與核心電壓Vc，直到回授核心電壓Vs等於固定參考電壓Vf。當回授核心電壓Vs低於固定參考電壓Vf時，藉由電壓調節構件2而增加核心電壓Vc，且當回授核心電壓Vs高於固定參考電壓Vf時，藉由電壓調節構件2而減少核心電壓Vc。等於處理器1的所需核心電壓Vn與固定參考電壓Vf之間的差的偏移電壓Vo係藉由該處理器1而提供於核心電壓輸入端11與核心電壓回授端之間12。將了解到，回授核心電壓Vs=Vc-Vo。
在本發明之電路板的電源管理系統中，提供固定參考電壓 Vf(而非所需核心電壓)至調節構件2的設定端21，且等於處理器1的所需核心電壓Vn與固定參考電壓Vf之間的差的偏移電壓Vo係藉由處理器1而提供於核心電壓輸入端11與核心電壓回授端之間12。同時，電壓調節構件2總是在其核心電壓輸出端23處調節該輸出電壓Vcc，採用固定參考電壓Vf作為目標值，且在核心電壓回授端12處的回授核心電壓Vs作為偵測值，使得在處理器1的核心電壓輸入端11處的該核心電壓Vc被調節。
因此，當該所需電壓Vn等於固定參考電壓Vf時，偏移電壓Vo將設定為0V，所以Vs=Vc，且電壓調節構件2的偵測端22所接收的 電壓為核心電壓Vc。電壓調節構件2調節該輸出電壓Vcc(使得該核心電壓Vc被調節)，直到所偵測的回授核心電壓Vs等於固定參考電壓Vf。當需要增加該核心電壓Vc時，藉由處理器1將偏移電壓Vo調節成等於處理器1的所需核心電壓Vn與固定參考電壓Vf之間的該差(Vo=Vn-Vf)，之後以等於該所需核心電壓Vn與該固定參考電壓Vf之間的該差的數量，來減少該回授核心電壓Vs(亦即，Vn-Vf)。因為該回授核心電壓Vs的減少，電壓調節構件2將增加其輸出電壓Vcc，使得核心電壓Vc將增加，直到回授核心電壓Vs增加了等於Vn-Vf的數量(所以核心電壓Vc也增加了等於Vn-Vf的數量)。之後，核心電壓Vc達到所需核心電壓Vn。相似地，當需要減少該核心電壓Vc時，藉由上述之方法，該核心電壓Vc也可達到所需核心電壓Vn。
將了解到，因為提供固定參考電壓Vf(而非所需核心電壓 Vn)至調節構件2的設定端21，且根據該所需核心電壓Vn而在處理器1中提供偏移電壓Vo，這導致電壓調節構件的輸出電壓Vcc以及因此核心電壓Vcc將會改變，在本發明之電源管理系統中，處理電壓調節的該部分係從電壓調節構件2移動至處理器1中。所以不需要處理器與電壓調節構件之間的通訊匯流排，且減低電路板的複雜度。同時，處理器1的核心電壓的封閉迴路調節所需的時間也大大縮短了，其中改善了系統的暫態性能，因為處理器1與電壓調節構件2之間不需要匯流排通訊了。
可透過多種方式來施加偏移電壓Vo。較佳地，在此具體實 施例中，處理器1包含電壓偏移電路13，其中電壓偏移電路13的兩偏移電壓輸出端係分別連接至核心電壓輸入端11與核心電壓回授端12，使得偏移電壓Vo係提供於核心電壓輸入端11與該核心電壓回授端12之間。藉由控制從偏移電路13輸出的電壓，處理器1可調節偏移電壓Vo。
固定參考電壓Vf可從外部電源提供至電壓調節構件2的設 定端21。較佳地，參考電壓源26係提供於電壓調節構件2中，其中該參考電壓源26的一輸出端提供該固定參考電壓Vf至該設定端21。
電壓調節構件2可具有擁有上述輸出電壓功能的任何結 構。較佳地，在此具體實施例中，如同第二圖所示，電壓調節構件2包含 控制器24及多相電力產生電路25。其中，上述的設定端21與上述的偵測端22分別連接至控制器24。根據來自設定端21的固定參考電壓Vf與來自偵測端22的回授核心電壓Vs，從該控制器24輸出對應於該輸出電壓Vcc的複數PWM信號。多相電力產生電路25連接至控制器24。多相電力產生電路25包括並聯連接的多個BUCK電路，其中每一BUCK電路接收該等複數PWM信號之一者。藉由並聯連接的該等多個BUCK電路的一共同輸出端而形成上述的核心電壓輸出端23，其用於輸出上述的輸出電壓Vcc。 電壓調節構件2的結構係簡單，且電壓調節構件2的輸出電壓係穩定。
較佳地，電容C係提供於核心電壓輸出端23與接地端之 間，以對輸出電壓Vcc濾波，使得輸出電壓Vcc更為準確。
本發明之處理器1為圖形處理單元。但是實際上，處理器1 可為任何其他類型的合適處理器，例如CPU或數位信號處理器。另外，處理器1決定其負載，且根據該負載而決定處理器1的所需核心電壓Vn。
另外，任何合適的連接方法可用於連接核心電壓輸入端11 至核心電壓輸出端23，且連接核心電壓回授端12與偵測端22。較佳地，核心電壓輸入端11係透過一銅導線而連接至核心電壓輸出端23，且核心電壓回授端12係透過一銅導線而連接至偵測端22。
根據本發明之另一態樣，另外提供一種電路板，其可包含如 同上述之任何類型的電源管理系統。電源管理系統中的所有組件的特性與特徵以及它們之間的連接關係已經在先前敘述過，且將不再在此細述。
在本發明之電路板的電源管理系統中，處理該電壓調節的部 分係從電壓調節構件2移動至處理器1。所以不需要處理器與電壓調節構件之間的通訊匯流排，且減低電路板的複雜度。同時，處理器1的核心電壓的封閉迴路調節所需的時間也大大縮短了，其中改善了系統的暫態性能，因為處理器1與電壓調節構件2之間不需要匯流排通訊了。
電路板可為任何類型的電路板，其具有包含上述電源管理系 統的任何功能。較佳地，在本具體實施例中，電路板為繪圖卡。
本發明已經藉由上述具體實施例來敘述。但是，將了解到， 上述具體實施例係用於示範與說明的目的，且並非用於限制本發明至所述 具體實施例之範圍的目的。另外，本領域中熟習技藝者可了解到，本發明不限於上述具體實施例，且在本發明的精神與範圍內，可做出根據本發明之教示的各種修改與調整。本發明之保護範圍係由下面的申請專利範圍與其均等範圍來另外界定。
1‧‧‧處理器
2‧‧‧電壓調節構件
11‧‧‧核心電壓輸入端
12‧‧‧核心電壓回授端
13‧‧‧電壓偏移電路
21‧‧‧設定端
22‧‧‧偵測端
23‧‧‧核心電壓輸出端
24‧‧‧控制器
25‧‧‧多相電力產生電路
26‧‧‧參考電壓源
C‧‧‧電容
Vc‧‧‧核心電壓
Vcc‧‧‧輸出電壓
Vf‧‧‧固定參考電壓

Claims (10)

  1. 一電路板的一種電源管理系統，包含：一處理器，包含：一核心電壓輸入端；及一核心電壓回授端；及一電壓調節構件，包含：一設定端，其中一固定參考電壓被提供至該設定端；一偵測端，連接至該核心電壓回授端，以偵測來自該核心電壓回授端的一回授核心電壓；及一核心電壓輸出端，連接至該核心電壓輸入端，以提供一核心電壓至該核心電壓輸入端；其中根據該回授核心電壓，藉由該電壓調節構件來調節該核心電壓，使得該回授核心電壓等於該固定參考電壓；其中等於該處理器的一所需核心電壓與該固定參考電壓之間的一差的一偏移電壓係藉由該處理器而提供於該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之電源管理系統，其中該處理器包含一電壓偏移電路，其中該電壓偏移電路的兩偏移電壓輸出端係分別連接至該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端，使得該偏移電壓係提供於該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端之間。
  3. 如申請專利範圍第1項之電源管理系統，其中一參考電壓源係提供於該電壓調節構件中，其中該參考電壓源的一輸出端提供該固定參考電壓至該設定端。
  4. 如申請專利範圍第1項之電源管理系統，其中該電壓調節構件包含：一控制器，其中該設定端與該偵測端分別連接至該控制器，其中根據該固定參考電壓與該回授核心電壓，從該控制器輸出複數PWM信號；及一多相電力產生電路，連接至該控制器，其中 該多相電力產生電路包括並聯連接的多個BUCK電路，其中每一BUCK電路接收該等複數PWM信號之一者；及藉由並聯連接的該等多個BUCK電路的一共同輸出端而形成該核心電壓輸出端。
  5. 如申請專利範圍第4項之電源管理系統，其中一電容係提供於該核心電壓輸出端與該接地端之間。
  6. 如申請專利範圍第1項之電源管理系統，其中該處理器為一圖形處理單元、一CPU或一數位信號處理器。
  7. 如申請專利範圍第1項之電源管理系統，其中該處理器決定其負載，且根據該負載而決定該處理器的該所需核心電壓。
  8. 如申請專利範圍第1項之電源管理系統，其中該核心電壓輸入端透過一銅導線而連接至該核心電壓輸出端；及該核心電壓回授端透過一銅導線而連接至該偵測端。
  9. 如申請專利範圍第1項之電源管理系統，其中當該回授核心電壓低於該固定參考電壓時，藉由該電壓調節構件而增加該核心電壓，且當該回授核心電壓高於該固定參考電壓時，藉由該電壓調節構件而減少該核心電壓。
  10. 一種電路板，包含一電源管理系統，該電源管理系統包含：一處理器，包含：一核心電壓輸入端；及一核心電壓回授端；及一電壓調節構件，包含：一設定端，其中一固定參考電壓被提供至該設定端；一偵測端，連接至該核心電壓回授端，以偵測來自該核心電壓回授端的一回授核心電壓；及一核心電壓輸出端，連接至該核心電壓輸入端，以提供一核心電壓至該核心電壓輸入端；其中根據該回授核心電壓，藉由該電壓調節構件來調節該核心電壓，使得該回授核心電壓等於該固定參考電壓； 其中等於該處理器的一所需核心電壓與該固定參考電壓之間的一差的一偏移電壓係藉由該處理器而提供於該核心電壓輸入端與該核心電壓回授端之間。
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