TW550875B - Apparatus for setting output power levels of integrated PWM controller - Google Patents

Description

550875 A7

相關申請案的交互參考 -此申請案主張美國臨時專利申請編號術μ?，％㈣優先 權，其於2001年6月13曰立案（律師案號87552 〇55〇〇1) 發明領域 攜帶式電子裝置，包含膝上型電腦，行動電話及上網 板，皆由需要一電源供應之中央處理單元（cpu)所驅動。 因為攜帶式裝置係以電池運轉、電源的保存非常重要。為 了保存電源，攜帶式裝置的製造商通常程式化該裝置來具 有或夕種運作的省電模式。舉例而言，一典型的行動電 話，膝上型或上網板，其可具有一起始模式，一休眠模 式，以及一或多個中間省電模式。在一典型的例子中，如 果該電子裝置在超過某段時間未使用時，該c p u將發信到 該裝置來進入一休眠或關電模式。 請參考圖1，所示為具有一 CPU 20的典型系統i 〇，其產 生一或多個功率控制位準信號。該CPU的功率輸出電壓係 由一 DC/DC轉換器40提供。CPU 20係被程式化來輸出一或 多個電壓識別碼（VID)。為了在開機時應用一適當的電壓， 當該處理器未供電時，一多工器3〇即置於該CPU 2〇的介面 22與該電源供應40之間。當CPU 20不活動時，多工器3〇自 硬體佈線電路接收VID碼，例如啟動模式電路2 4及休眠模 式電路26。來自該多工器30的數位輸出信號係耦合到一數 位到類比轉換器（DAC) 42。該DAC 42接收一代表所需要功 率位準之多位元信號。DAC 42轉換該數位功率位準信號到 一類比信號，其典型為一類比電壓，並將其應用到一錯誤 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 550875 A7 B7 五、發明説明（ 放大态44。該錯誤放大器44為該整合脈衝寬度調變的 DC/DC 40轉換器之反饋控制迴路的一部份，其包含該功率 電路46。放大器44的一輸入接收該功率電路46的該輸出， 而另一個輸入接收來自DAC 42的所需要之功率位準。該放 大时44產生一輸出信號，其可驅動該功率電路到所需要 的功率位準。 k種先岫技藝系統需要一多工器3〇，其亦需要一或多個 硬體佈線複雜多位元VID碼產生電路24，26，以產生該省 包模式的數位信號。這些VID碼包含5個位元或更多。因 此，該多工态的大小即增加，且增加附屬的vid碼電路之數 目。這種增加對於該攜帶式$置的大小及成本有負面影 響，例如行動電話，個人數位助理，及上網板，以及對於 膝上型電腦。 發明概要 本發明可降低-攜帶式系統中元件的數目，以及其整體 尺寸。本發明可除去在小型’掌上型，攜帶式電子裝置中 的多工器。本發明提供-CPU的功率管理系統。該系統包 含「電源供應’其產生一功率輸出電壓及一功率輸出電流 來運作該CPU在-或多個功率運作的位準。—反饋迴路控 制該D C/DC轉換益，其產生該系統的該電源供應。該反饋 迴路具有-個輸人輕合到該電源供應的該輸出，及一控制 輸入用以接收代表所需要功率位準的—類比信號。該控制 輸入到該反饋迴路軸合到其在第—及第二輸入 之間切換。一個輸入連接到一感應網路，另一個輸入連接

裝 訂

550875 A7 B7 五、發明説明（3 到該習用的D AC輸出。該感應網路包含—比較器，其具有 -參考輸人連接到該DAC的最高輸出。其另_個輸二係連 接到一電流源及複數個並聯連接的感應電路。 路包含—串聯電阻及-電晶體。在每個串聯電路^電^且 具有-不同的數值’以代表—種省電模式。在每個感應電 路中的電晶體係連接到該C p u的一或多個模式狀態輸出。 該電晶體具有一控制電極’基本上為其閘極，其感應是否 該CPU處於省電模式。當該CPU進入一省電模式時，在該 感應電路中的電晶體之—被開啟。此會由該電流源取出電 流，藉以改變到該比較器之輸入。然後該比較器運作該開 關到代表較低功率位準之控制信號。因此，本發明以一些 較小的感應電路來取代該多工器。每個感應電路產生代表 一所需要功率位準之類比電壓。 圖式簡單說明 圖1代表一先前技藝系統，所示為一 C p U核心及一 DC/DC轉換器； 圖2所示為連接到一 CPU核心的本發明之架構圖； 圖3所示為本發明的一更為詳細的架構圖。 發明詳細說明 凊參考圖2，其中在其它圖面中相同的參考編號代表相同 的元件，該多工态3 0由系統1 〇 〇中消除。該功率管理系統 1 〇 〇藉由連接該C P U核心2 0，經由其I 〇介面2 2到該數位到 類比轉換器（DAC) 42來簡化。該DC/DC轉換器400包含一 錯誤放大器44及功率電路46。來自該DAC 42的輸出信號 本紙張尺錢财0國家鮮(CNS) M規格(·χ挪公爱)

裝 訂

線 550875 A7 B7 五、發明説明（4 係連接到比較器50的一輸入。一類比設定電壓信齡連接 到另一個輸入。該比較器50的輸出係耦合到開關52，並控 制其運作。開關52係以一架構性開關來代表，但本技藝的 專業人士將可瞭解其卩包含_或多自電晶體及其它主動或 被動το件。該開關52選擇該類比電壓信號，其連接到該錯 誤放大器44的該控制輸入。其由DAC 42選擇該類比vid輸 出信號，或由該感應網路60選擇該類比設定信號。 · 在該較佳的運作模式中，該比較器5〇自該DAC 42接收的 輸入61為其最高的功率輸出位準信號。其它到比較器5〇的 輸入為一類比設定電壓62。該類比設定電壓62可設定在一 些類比位準中的任何一個，且每個設定小於該最高的DAC f 電壓6 1。該類比設定電壓6 2係由該感應網路6 〇產生。該比 | 較态5〇感應在其兩個輸入61，62之間的任何差異。其運作 ： 該開關5 2，並耦合該開關5 2到該類比設定電壓6 2或到該 1 丁 DAC輸出42。在全功率的狀況之下，在該比較器5〇的輸入 | 之間沒有差異，而開關5 2用於連接該DAC 42到該錯誤放大 器44。當選擇一降低的功率模式，該類比設定電壓62即降 咸 低。比較器5 0感應其輸入之間的電壓差異，並運作開關5 1 ί 來連接該類比設定電壓62到該錯誤放大器44。 在該較佳具體實施例中，如圖3所示，一感應網路6 0包含 ΐ 一電流源64及複數個串聯感應電路，其包含電阻及電晶 | 體。一典型的串聯感應電路，電路60.1，其包含電阻R1及 ： 電晶體Q 1，並對應於該起始模式選擇運作。一休眠模式選 擇電路60.2包含電阻R2及電晶體Q2。其它省電電路60.Ν ： 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 550875 A7 B7 五、發明説明（5 ) 具有一電阻RN及一電晶體QN。當CPU 20選擇除了其最高 功率運作位準之外的模式，該電晶體q i _QN之一即被開 啟。當該電晶體Q卜Q N之一為開啟時，對該比較器5 〇較低 的輸入即改變，而該比較器運作該開關來連接該開關5 2到 該電流源64。 该類比设定電壓6 2係由該電流源6 4及一串聯電路6 〇 1 _ 60.N產生。該電阻值Rl，R2，..._RN配合該電流源64被選擇 來測定一電壓降，其等於該選擇的運作模式之所需要的核 心電壓。該電流源64嘗試來增加該類比設定輸入62上的電 壓到該電源供應的位準，其以該最高的較佳核心電壓6 1要 高得多。此可保持該開關52在定位，使得該DAC 42的輸出 程式化該核心電壓。但是，當電晶體Q丨，Q 2或Q N之一由 其個別的功率降低輸入信號所啟動，該類比設定電壓62降 低到低於該最南核心較佳的電壓6 1之位準。此降低由該比 較态5 0所感應，其固定地監視該類比設定電壓6 2，並將其 比較於由D A C 4 2所產生的最大較佳的核心電壓。 如上所述，該系統初始設定成使得該來源輸入64的電流 到該比較态永遠大於該DAC輸入61。在正常的運作之下， DAC輸出61為該最高所需要的輸出功率，而該開關52連接 DAC 42到錯誤放大器44。但是，當該核心cpu 2〇進入一 運作的省電模式時’該電晶體q 1，Q 2或Q N之一即被開 啟。當此發生時，在該比較器50的負輸入處之電壓即降低 到低於附加到該比較器50的正輸入之最高輸出DAC電壓61 之下。該比較器5 0的輸出運作來啟動該開關5 2，切斷該 ______ 8 · 本紙張尺度翻中S S家標準(CNS) A4規格(咖X 297公爱)" ---

Claims (1)

1. 種用以供應電源到—中央處理單元（CPU)之方法，盆 包含： 在較佳的核心電壓範圍内，產生電壓識別數位（VID) 碼， 接收該VID碼； 轉換該VID碼成a # | _、，τ ’战馬代表該VID碼的類比VID電壓作 號； ° 根據代表这VID碼的該類比VID電壓信號來產生 出功率； 〜 感應代表所需要輸出功率電壓的類比設定信號； 田。亥颍比σ又定^唬位在較佳的核心電壓之範圍内時， 根據該類比設定信號設定該輪出功率。 如申請專利範圍第1頂夕士、+ ^ 、之方法，進一步包含比較一參考核 心類比VID電壓信號到該類比設定電壓信號。 如申請專利範圍第β之方法，進一步包含根據該類比 VID電壓信號或該類比設定電壓信號脈衝寬度調變_振 盪功率信號來產生-輪出功率電壓的步驟。 -種用以供應電源到_中央處理單元(cpu)之脈衝寬度 調變（PWM)控制器，其包含： 用以在較佳的核心電壓範圍内，自一 接收電壓 識別數位（VID)碼之裝置； 用、轉換，亥VID碼成為代表該v j D碼的類比v工d電壓 信號之裝置； 用以感應代表所需要輸出功率電壓的類比設定信號之 550875 六、 申請專利範圍

   裝置；及 用以當該類比設定信號位在較佳的核心電壓之範圍内 時’根據該類比VID電壓信號設定該PWM控制器的該輸 出功率’及根據該類比設定信號設定該輸出功率之裝 置。 5·如申請專利範圍第4項之Pwm控制器，進一步包含用以 比較該類比VID電壓信號與該類比設定電壓信號之裝 置。 6·如申請專利範圍第4項之P WM控制器，進一步包含一連 接到該感應裝置的開關，用以切換該PWC控制器來根據 該類比VID電壓信號或該類比設定電壓信號來設定該輸 出功率。 7·如申請專利範圍第6項之PWM控制器，其中該開關在當 該類比設定電壓信號位在該類比VID電壓信號的範圍内 時’連接該類比設定電壓信號到該PWM控制器的該輸 入’並在當該類比設定電壓信號在該類比VID電壓信號 的範圍之外時，連接該類比VID電壓信號到該PWM。 8·如申請專利範圍第4項之PWM控制器，進一步包含一數 位到類比轉換器（DAC)，用以轉換一 cpu的電壓識別碼 成為類比VID控制信號。 9·如申請專利範圍第4項之pwM控制器，其中用以感應該 類'比設定信號之裝置包含一比較器及一感應網路。 10.如=請專利範圍第9項之pwM控制器，其中該感應網路 包含一電流源及複數個串聯電路，每個串聯電路在當該 -2 一 本紙紅歧财 550875

   C P U運作在+於 _ ;/、最鬲運作功率位準時，即改變該電流 源的該輸出。 11·如申請專利筋圖楚 MU J祀圍第10項之PWM控制器，其中每個串聯 h已3電阻及電晶體，而該電阻係設定成不同的大 小來對應於不同的功率運作位準。 12.-種電腦之功率管理系統，其包含： ^電原（、應，用以產生一功率輸出電壓及功率輸出電 、，運作中央處理單元在一或多個功率運作位準； 4電源供應具有兩個或多個功率位準指令輸入，及用 以選擇该功率指令輸入之一的一開關； 第輸入，用以接收代表由該電源供應所供電的一 處理器所指定的需要功率位準之類比VID信號； 一第二輪入，用以接收代表該處理器的該運作模式之 需要功率位準的一類比設定信號； 、 一感應電路，用以感應該第二輸入的存在，並用以根 據該兩個類比功率信號之一來運作該電源供應。 13.如申請專利範圍第1 2項之功率管理系統，進一步包含一 耦合到該感應電路之開關，用以在當該第二輸入在電壓 的一個範時，選擇該第一輸人，並在當該第二輪入 在該電壓範圍之外時，選擇該第二輸入。 14·如申請專利範圍第12項之功率管理系統，進一步包含耦 合在遠功率輸出及對該電源供應之輸入之間的一反饋迴 路。 15· —種電腦之功率管理系統，其包含： -3 — 本紙張尺度適财g S家料(CNS) A4規格_X29m) 550875 申清專利祀圍 流二 ，用以產生一功率輸出電壓及功率輪出電 一 中央處理單元在—或多個功率運作位準. 之ή反用饋:：，其輕合在該電源供應的該輸入及該輪出 之間用以故定該功率輸出的該位準； 位準J Γ #耦合到该反饋迴路’並用以連接兩個功率 叙—_反饋迴路的奸餘制輪入； :轉:器網路’用以轉換數位信號成為代表由一處理 曰疋的一功率位準之類比VID功率位準信號； 4路，用以產生代表根據—處判的運作模式之一 功率位準的類比設定信號； •:感f電路’用以感應該兩個類比信號，並選擇該兩 個類比信號之一來設定該功率輸 Λ 16·:申請專利範圍第一率管理系：，進— I央處理單训PU)及-類比到數位轉換器⑽ 7亥咖產生由該⑽所指定的功率位準之數位乂神 :號而該DAC轉換該數位功率指令信號成為該類比V: 二=第15項之功率管理系統’其中該感應網 W-電〜源及-或多個串聯電路，其每個 阻及一電晶體，其中該電晶體之一 /、 电 的該輸出。 冑之的運作改變該電流源 18.如申請專利範圍第I 7項之功率管理 電路對應到由包含起始模式，休眠模式及省 組中所選出的一運作功率模式。 电误式之辟 本紙張尺度巾g g家標準(CNS) A4規格(21Gχ 297公复) 心 0875 92 7. 22 申請專利範圍 9·如申請專利範圍第1 5項之功率管理系統，其中該感應網 立隹 -- 1卜 9 v匕含一比較器，用以比較類比VID及設定信 2Q ^，亚用以根據一臨限位準來選擇該兩個信號。 申明專利範圍第丨9項之功率管理系統，其中該比較器 :當該類比設定信號在一第一範圍中時選擇該類比vid 2設ΐ二當該類比設定信號超出該第一範圍時選擇該 .如申請專利範圍第丨5項之功率管理系統，发 應包含-脈衝寬度調變直流到直流轉換器，其Λ電源仏 兩個或多個電源金氧半場效電晶體的-功率輪出，電有包含 一 5 一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇x 297公釐)