TWI408555B - Programmable modules - Google Patents

Description

可程式化模組

本發明係有關於一種可程式化模組(programmable module)，尤指一種配置於風扇印刷電路板上，透過該印刷電路板上既有之對外連接單元來傳輸編程資料(programming data)之可程式化模組。

隨著各種高效能元件在電子產品的應用越來越廣，電子產品中的熱源越來越多，產品中的溫度控管也就越形重要。其中，只要接上電源即可帶動空氣流動達到散熱功效之散熱風扇，便成為眾多電子產品中最主要的散熱元件。最簡便的散熱風扇溫控設計係只要電子產品一開機，風扇電子元件通電便以全速運轉風扇馬達，持續產生空氣流動直到關機為止。然而，如此隨著開機而全速運轉之風扇設計，將會造成無謂的電能消耗以及馬達壽命耗損，此外，馬達運轉伴隨而來的噪音與電磁波亦會造成不小的影響。

所以，使用控制電路去控制散熱風扇甚麼時候該啟動甚麼時候該停止，或更甚者例如：改變風扇轉速、決定風扇啟動形式以及利用溫度或轉速回饋等等，便提供了一個在設定的散熱環境下最佳化風扇散熱效率之平台。其中，該控制電路可以調變的參數 設定有很多，例如：使用溫控風扇，便需要一個決定馬達運轉時機的溫度參數設定；使用頻率產生器(Frequency Generator, FG)或轉速偵測器(Rotation Detector, RD)來監控馬達鎖死狀態的風扇，就需要用來認定馬達鎖死之轉速條件設定；以即使用脈寬調變(Pulse Width Modulation，以下簡稱PWM)訊號來控制平均轉速的風扇，則需要更多有關外部PWM訊號轉換為內部PWM訊號的參數設定。

該PWM訊號係為一組由外部輸入在高低電壓間震盪之方波訊號，其係利用在高低電壓持續時間(duration time)比率來控制風扇在一周期內轉或不轉之比例，從而控制該風扇之平均轉速。一般來說，若輸入之方波位於高電壓之持續時間等於方波週期，則稱該風扇運轉之工作週期(Duty Cycle)為100%，即等於風扇一直在通電狀態；若高電壓之持續時間為零，則該工作週期即為0%，風扇完全不運轉；同理，高電壓持續時間與方波週期之比率則代表了該工作週期之比率，亦即代表了風扇運轉的週期比率。由此，藉由輸入不同工作週期之PWM訊號便可以調控風扇運轉之平均轉速，以便配合不同的產品設計調控風扇啟動之時機與方式。

由此可知，風扇控制電路所依賴的參數設定相當的多，對於不同的產品設計，甚至於更換不同型號的風扇，所需要更換的參數設定可能不只一個。然而，一旦該些相關電路之印刷電路板完成後，要作修改時僅能再重製一塊新的印刷電路板，因此，該風 扇控制電路開發過程相當繁瑣，需要不斷地測試與開發以便確定最適合之參數設定。當該控制電路完成後若只需要更換其中一個參數的設定，便需將之前花費相當的人力與時間後完成之風扇印刷電路板丟棄不再使用，重新製作一個新的印刷電路板，不僅是浪費產品成本亦會對環境造成污染。

為此，一種配備有可程式化微控制器(programmable microcontroller)之風扇控制系統被揭露於US patent No. 6,779,981中，其係利用該可程式化微控制器對於其輸出與輸入訊號之間的關係(dependence)，來解決多項風扇控制電路所需要之參數設定。這種作法即是將所有需要修改的參數以該可程式化微控制器實現，透過對該可程式化微控制器進行內部程式編碼以對風扇控制參數進行修改。

不過，一切修改必需在該可程式化微控制器裝置於風扇印刷電路板上之前完成，一旦當印刷電路板完成後，要在對該可程式化微控制器作修改的話，則需要將其可程式化控制器從印刷電路板上拔除再插入特殊燒錄機上作內部程式之燒錄。然而，重設該可程式化微控制器是相當不符成本的，第一，拔除的方式很麻煩並不適合大量生產時使用；第二，拔除後的印刷電路板已經不能再被使用；以及第三，還需要具備特殊的燒錄機。因此，一般來說，一旦裝置於印刷電路板上就不會再對該可程式化微控制器作修正。

類似的模式亦出現於US patent No. 7,199,542中，該專利係應用複雜可程式邏輯裝置(Complex Programmable Logic Device，CPLD)來完成多項風扇控制參數之電路設計。由於CPLD內部電晶體(transistor)的閘極開關可經外在電壓訊號來作修改，因此，可依輸入之特殊編碼訊號來進行風扇控制參數之修改。同樣地，與該可程式化微控制器所遭遇的問題一樣，所有的修改都必須在CPLD裝置於風扇之印刷電路板上之前完成。

雖然，在中華民國發明專利證號I265420中揭露了一種可於主機板上進行燒錄程式之結構，可以應用於風扇印刷電路板上CPLD之修改，使得已經裝置於印刷電路板之CPLD變得具有可修改性，不需要再經過拔插的過程；然而，該燒錄過程需要將CPLD的接腳經由一些複雜的接腳設計外接至一特殊之燒錄板上，才能進行修改。不僅在執行上需要有相當的準確度，可於印刷電路板上直接燒錄CPLD之接腳佈局也是一大考驗。

除此之外，透過在印刷電路板上另行建立一個與外部燒錄介面裝置連接之燒錄線路，亦可對位於風扇印刷電路板上之記憶體進行內部資料之修改(揭露於中華民國新型專利證號96208141中)。然而，風扇印刷電路板便因此需要另外多設立一條燒錄線路以及連接燒錄介面的連接埠，同時還需配合外部介面裝置，才得以對印刷電路板上之記憶體進行內部資料更新。

雖然，使用特殊介面裝置更新記憶體的方式，可以解決若干 在風扇控制電路開發測試上的問題；不過，由於風扇控制電路之裝配生產線與測試機台都是制式化的流程，若是風扇控制電路的外觀形構上有若干特殊變動時(例如：對外連接接頭形狀改變、接頭長度或寬度超過限制以及接頭數目改變或超過限制)，可能會使得大量生產的流程被中斷或是需要重新設計一個新的生產流程與機台，如此，可能會造成更大的成本消耗與浪費。

對於客戶端的使用者來說，若想再對該風扇之內部參數程式作修改的話，幾乎是不可能的，或是得另行購買特殊之介面裝置，同時，修改時仍需先做移機的動作以進行特殊線路之連接。此外，安裝該介面裝置除了需要考慮外部輸入裝置之相容性問題，還有硬體上連接埠的問題，不是每個風扇所使用之主機皆有該介面裝置所使用之連接埠，若要考量所有可能的連接埠，則需要相當的硬體空間以及生產成本。

因此，如何能在不需要建立新的連接介面及複雜結構的條件下而達到修改參數設定之目的，以利於風扇控制電路之開發使用以及產品出品後客戶端之變更設定，係為本發明人致力達成之目標。

現行散熱風扇對外的連接線路主要包括有：提供風扇驅動電壓之電源線與接地線、提供風扇鎖死狀態之訊號輸出線(FG/RD signal)以及一條PWM訊號輸入線。如第1圖所示之風扇結構圖，一印刷電路板1係設立於風扇之本體上，其上設立有控制風扇轉 速之控制電路以及對外之連接單元12。一般來說，該對外連接單元12至少會有三條連接線121，其中兩條為電源線與接地線，另一條則是預防風扇鎖死所需要提供之FG/RD線。在連接線121的另一頭則是方便用於插入外部主機裝置之針頭(pin head)122。對於具有PWM訊號輸入端的風扇而言，則會有四條連接線，多出的一條即提供外部裝置輸入PWM訊號用。

因此，為了使本發明應用之產品於使用時不需要配備額外之燒錄連接裝置，其用於修改風扇內部參數與程式設定之編程資料係需經由上述該些原本以既存之連接線來傳輸(或是經由更多風扇既有之連接線路)，以配合各式裝配該風扇之主機使用。

為此，本發明揭露一種可程式化模組11，該模組可直接設置於風扇之印刷電路板上，透過該風扇印刷電路板上既有之對外連接單元來傳輸編程資料。其中，該印刷電路板1上至少設有用來控制風扇轉動之控制電路，以及連接外部裝置之連接單元12。該連接單元12係於正常工作模式下用以傳輸該印刷電路板1運作所需之資源以及資訊。當欲使用該可程式化模組11之寫入功能時，亦是透過該連接單元12來傳輸一個前置訊號，通知該可程式化模組11進入寫入模式後，再進行編程資料(programming data)之傳輸。

為達到上述之目的，該可程式化模組11係包括有：至少一個 可程式化晶片(programmable chip)A；一寫入模式處理元件B；以及一可程式化晶片控制元件C1。其中，該可程式化晶片A至少具有一可程式化邏輯電路(programmable logic circuit)或記憶區(memory section)，供以該控制電路讀取或應用；該寫入模式處理元件B係用以於正常工作模式下監控該連接單元12上的電氣變化，當該電氣變化符合一預設之寫入模式條件時，則開始接收以及辨識該連接單元12上傳輸之編程資料；而該可程式化晶片控制元件C1則根據該編程資料來對該些可程式化晶片A作內部設定之修改。

如此，即使該可程式化模組11已經設立於該印刷電路板1上，仍然可以透過該印刷電路板1上既有之連接線路12(例如：電源線、FG/RD線或是PWM訊號線)，來對該可程式化模組11中的可程式化晶片A進行內部參數以及程式之修改，而不需要對該可程式化晶片A進行硬體拔插或是透過專屬之介面與線路來實現。應用本發明之產品，可大大減少風扇控制電路的開發時間與人力，降低產品之成本風險，同時，又能減少產品之庫存以及不必要的浪費與環境汙染，此外，產品出產於客戶端後仍然可以依使用者實際應用考量來變更風扇之各項散熱條件與參數設定，而不需要購買額外的燒錄裝置或是傳輸介面。

為使本發明之結構與優點能有更清楚明瞭之圖像，以下提供最佳實施例與相關圖式詳細說明。

本發明之較佳實施例時係以一設立於風扇之印刷電路板1上之可程式化模組11實現，如第1圖所示，該印刷電路板1上尚具有該風扇之控制電路以及連接外部裝置用之連接單元12。本發明並無需要修改該連接單元12所具有之連接線121數目與結構，亦無需要新增一專屬傳輸介面於該印刷電路板1與外部裝置之間。基本上，應用本發明之風扇產品應於外觀上無明顯差異，且不管是在正常工作模式下或是寫入模式下，皆不需要對該風扇進行拆裝解體或是連接特定之介面與裝置上。

當所連接之外部裝置係為一可送出特定電子訊號之裝置(例如：電腦主機)時，若欲進行該可程式晶片A之寫入模式，並不需要對該風扇進行硬體之拆除或是事先關閉電源等等先前動作，只需透過該電腦主機送出一前置訊號供該連接單元12傳輸。其中，該前置訊號可經由該連接單元中的風扇電源線傳輸，而該前置訊號可以為一序列特殊電壓變化之電氣訊號，同時，該印刷電路板上還應包括有：一穩壓元件或分流元件，供以穩定或關閉從該連接單元12送至該控制電路上之電源電壓，至少使該前置訊號送達時不至於破壞該控制電路之內部結構。

該可程式化模組係包括有：一可程式化晶片A；一寫入模式處理元件B；以及一可程式化晶片控制元件C1。其中，該寫入模式 處理元件B於正常工作模式下係一直監控該連接單元12上之電氣變化，當出現不正常之電氣變化(例如：風扇電源線上一序列特殊電壓變化)，且符合一預設之寫入模式條件時，則開始啟動寫入模式。此時，控制風扇轉動之驅動電流可能被截止或是暫時以一特定模式驅動風扇轉動，而該控制電路也暫停對於該可程式晶片之讀取或應用。同時，該可程式化晶片控制元件C1也會對該可程式化晶片A開始進行參數或程式修正。其所依據之修正內容將會由該前置訊號後續之編程資料(programming data)所提供，該編程資料可以是欲修改之參數數據或是程式碼，也可以是記憶體區內的記憶體位址。

當該編程資料為參數數據或是程式碼時，該可程式化晶片控制元件C1會根據所需要修改之參數位置，對該可程式化晶片A進行參數數據之修改；或是直接以該程式碼對該可程式化晶片A進行程式碼之燒錄。

當該編程資料為記憶體位址時，該可程式化晶片控制元件C1就會到一第一記憶體區C2內尋找可用之參數或程式碼資料，其中，該第一記憶體區C2可為該可程式化晶片A內(如第4B圖)、該印刷電路板上1(如第4A圖)或是該可程式化模組內(如第2圖)設立之記憶體區(memory section)。如此，便不需要經由該連接單元12傳輸大量參數或是程式碼資料，所有可能的參數資料便可以直接儲存於該第一記憶體區C2。該第一記憶體區C2亦可儲存多 數組不同組合之參數或程式碼資料，方便於出品後客戶端處選用所喜愛之模式來執行。

當該電腦主機完成編程資料的傳輸後，可再經由該連接單元12傳輸一個結束訊號，經該寫入模式處理元件B辨識符合一預設之正常模式條件時，便重啟該印刷電路板上之所有的正常動作，而該可程式化晶片A也完成修改程序，重新接受該控制電路之讀取或應用。

若該風扇所連接之外部裝置並不能提供該前置訊號與該編程資料之輸出時，在欲進行該風扇之寫入模式前，可先中斷該風扇之正常運作並將該風扇對外之連接單元12接往一電腦主機上，執行上述之各項動作。或是透過一電子訊號輸入裝置，送出具特定電氣變動之前置訊號，以及後續之編程資料，而該編程資料可以是簡單的編碼，只要所提供之資訊供以該可程式化晶片控制元件C1讀取該第一記憶體區C2內儲存之資料即可，而不需一定要連接可送出複雜資訊之電腦主機。

該寫入模式處理元件B亦可由一寫入模式偵測單元B1以及一資料處理單元B2組合而成。如第3圖，該寫入模式偵測單元B1與該連接單元12電氣連接，用以監控該連接單元上之電氣變化，並於該電氣變化符合一預設之寫入模式條件時，通知該資料處理單元B2開始接收該連接單元12上所傳遞之編程資料。

其中，該寫入模式偵測單元B1與該資料處理單元B2所連接 至該連接單元12之線路可以相同也可以不同。以一般現行散熱風扇之連接線路來看，該寫入模式偵測單元B1可以連接至該風扇之電源線或該風扇之PWM訊號線，因為該些線路皆是該風扇之輸入線路，適合於正常工作模式下偵測該前置訊號。該前置訊號可以是一連串不正常的電源電壓變化，用於該風扇之電源線傳輸，其電壓變化必須與正常工作電壓作區隔，同時，還需避免將該電源線路上可能遭受的電壓突波或噪音干擾誤判為該前置訊號；亦可以是一不正常之PWM訊號，例如：偏離正常範圍之特殊高頻PWM訊號、具有一連串特殊頻率變化之PWM訊號或是具有串列編碼模式(serial code)之PWM訊號，用於該風扇之PWM訊號線上傳輸。而該編程資料則可以經由所有的輸出輸入線路來輸入，包括：電源線、PWM訊號線以及FG/RD輸出線。

本發明中的該可程式化晶片A至少具有一可程式化邏輯電路(programmable logic circuit)或記憶區(memory section)，亦可以為一微控制器(microcontroller unit)。其中，該可程式化晶片係包括：現場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)、可程式化邏輯元件(Programmable Logic Device, PLD)、非揮發性記憶體(Non-Volatile Memory)或揮發性記憶體(Volatile Memory)。其中，該可程式化邏輯元件係包括：可程式化矩陣邏輯電路(Programmable Array Logic, PAL)、抹除型可程式化邏輯元件(Erasable Programmable Logic Device, EPLD)、 通用型矩陣邏輯電路(Generic Array Logic, GAL)或電子抹除型可程式化邏輯電路(Programmable Electrically Erasable Logic, PEEL)。

本發明亦可以非模組化的方式來實現，直接將上述：該可程式化晶片A、該寫入模式處理元件B(或是該寫入模式偵測單元B1以及該資料處理單元B2)以及該可程式化晶片控制元件C1分別設立於該印刷電路板上，同時，該第一記憶體區C2也可直接引用該印刷電路板上既有之記憶體區。

綜上所述，依上述實施方式與結構確能達到本發明之目的與作用，且本發明未見於其他公開專利與實際應用產品中，亦符合發明專利要件，爰依法提出申請，謹請獲准專利，是所至盼。

上述實施例與圖式為應用本發明構想之舉例，並不因此侷限本發明之專利範圍，任何依本發明構想延伸應用或修飾改變，在不脫離本發明之等效作用下，均應包含在本發明之權力範圍內，合予陳明。

1‧‧‧印刷電路板

11‧‧‧可程式化模組

12‧‧‧連接單元

121‧‧‧連接單元之連接線路

122‧‧‧連接單元之針腳

A‧‧‧可程式化晶片

B‧‧‧寫入模式處理元件

B1‧‧‧寫入模式偵測單元

B2‧‧‧資料處理單元

C1‧‧‧可程式化晶片控制元件

C2‧‧‧第一記憶體區

第1圖係為本發明之可程式化模組位於風扇之印刷電路板上之示意圖。

第2圖係為本發明之可程式化模組之第一實施例。

第3圖係為本發明之可程式化模組之第二實施例。

第4A圖係為本發明之可程式化模組之第三實施例。

第4B圖係為本發明之可程式化模組之第四實施例。

11‧‧‧可程式化模組

12‧‧‧連接單元

A‧‧‧可程式化晶片

B‧‧‧寫入模式處理元件

C1‧‧‧可程式化晶片控制元件

C2‧‧‧第一記憶體區

Claims (16)

1. 一種可程式化模組，係設置於風扇之印刷電路板上，且該印刷電路板上具有控制風扇轉動之控制電路以及連接外部裝置之連接單元，其中，該可程式化模組包括：至少一個可程式化晶片(programmable integrated circuit)；一寫入模式處理元件，監控該連接單元上之電壓變化，並於偵測到該電壓變化符合一預設之寫入模式條件時，開始辨識該連接單元上電氣訊號所代表之編程資料(programming data)；一第一記憶體區，用以儲存複數組用來設定該可程式化晶片之參數或程式碼；以及一可程式化晶片控制元件，係根據該編程資料尋找該第一記憶體區中相對應之參數或程式碼，以根據該相對應之參數或程式碼對該可程式化晶片進行內部設定之修改。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化模組，其中，該可程式化晶片係至少具有一可程式化邏輯電路(programmable logic circuit)或記憶區(memory section)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化模組，其中，該寫入模式處理元件係包括：一寫入模式偵測單元，用以偵測該連接單元上之電壓變化是否符合一預設之寫入模式條件；以及一資料處理單元，用以於該電壓變化符合一預設之寫入模式條件時，開始辨識該連接單元上傳遞之編程資料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化模組，其中，該連接單元係包括多數條電氣線路。
5. 如申請專利範圍第3或4項所述之可程式化模組，其中，該寫入模式偵測單元所偵測之電壓變化線路與該資料處理單元所辨識之編程資料線路可係屬同一條或非同一條線路者。
6. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化模組，其中，該連接單元連接之外部裝置係提供該風扇印刷電路板正常運作所需資源以及資料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化模組，其中，該連接單元係包括：一電源連接線，連接至外部電源供應器(例如：電腦主機)，用以提供該風扇印刷電路板正常運作所需之電力。
8. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化模組，其中，該連接單元係包括：一脈寬調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號線，連接至外部PWM訊號控制器(例如：電腦主機)，用以輸入該風扇印刷電路板正常運作所需之控制訊號。
9. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化模組，其中，該連接單元係包括：一頻率產生器(Function Generator,FG)訊號線，連接至外部控制器(例如：電腦主機)，用以輸出該風扇印刷電路板正常運作時所產生之馬達轉動資訊。
10. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化模組，其中，該連接單元係包括：一轉動偵測器(Rotation Detector,RD)訊號線，連 接至外部控制器(例如：電腦主機)，用以輸出該風扇印刷電路板正常運作時所產生之馬達轉動資訊。
11. 如申請專利範圍第7或8項所述之可程式化模組，其中，該電壓變化係為該電源連接線/該脈寬調變訊號線上之電壓變化。
12. 如申請專利範圍第7或8或9或10項所述之可程式化模組，其中，該電氣訊號係為該電源連接線或該脈寬調變訊號線或頻率產生器訊號線或轉動偵測器訊號線上所傳遞之電氣訊號。
13. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化模組，其中，該寫入模式處理元件係藉由偵測到另一電壓變化符合一預設之正常模式條件時，結束對該連接單元上電氣訊號之辨識。
14. 如申請專利範圍第13項所述之可程式化模組，其中，該正常模式條件係為該寫入模式條件。
15. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化模組，其中，該可程式化晶片係包括：現場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)、可程式化邏輯元件(Programmable Logic Device,PLD)、非揮發性記憶體(Non-Volatile Memory)或揮發性記憶體(Volatile Memory)。
16. 如申請專利範圍第15項所述之可程式化模組，其中，該可程式化邏輯元件係包括：可程式化矩陣邏輯電路(Programmable Array Logic,PAL)、抹除型可程式化邏輯元件(Erasable Programmable Logic Device,EPLD)、通用型矩陣邏輯電路 (Generic Array Logic,GAL)或電子抹除型可程式化邏輯電路(Programmable Electrically Erasable Logic,PEEL)。