TWI431942B - 脈寬調變驅動晶片及其脈寬調變輸出訊號產生方法 - Google Patents
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Description
本發明係指一種脈寬調變(pulse width modulation，PWM)驅動晶片及其脈寬調變輸出訊號產生方法，尤指一種可利用較少輸入腳位，達到同時具有一直接輸入脈寬調變轉速控制模式及一非直接輸入脈寬調變轉速控制模式的脈寬調變驅動晶片及其脈寬調變輸出訊號產生方法。
近年來隨著電腦技術的發展，中央處理器(central processing unit，CPU)的處理時脈大幅度的增加，中央處理器所發出的熱量也越來越高，因此在散熱上的需求也越顯重要，在目前所使用的眾多散熱方式中仍以散熱風扇為主。在中央處理器所使用的散熱風扇中有電壓調速以及脈波寬度調變(pulse width modulation，PWM)調速兩種調速方式，其中，脈波寬度調變調速又分為直接輸入脈寬調變轉速控制模式及非直接輸入脈寬調變轉速控制模式兩種模式。
詳細來說，請參考第1A圖，第1A圖為習知具有一直接輸入脈寬調變轉速控制模式之一脈寬調變驅動晶片10之示意圖。如第1A圖所示，脈寬調變驅動晶片10包含一脈波寬度調變腳位102，用來接收一脈寬調變訊號PWM，使得脈寬調變驅動晶片10可以脈寬調變訊號PWM直接做為一脈寬調變輸出訊號PWMout來控制輸出以驅動風扇。
舉例來說，請參考第1B圖，第1B圖為第1A圖中脈寬調變驅動晶片10之一驅動電路104之示意圖。如第1B圖所示，脈寬調變驅動晶片10可以脈寬調變輸出訊號PWMout控制驅動電路104中一上橋開關106及一下橋開關108之開啟與關閉，以改變驅動風扇之一驅動電流IL，進而改變風扇轉速。在此情況下，請參考第1C圖，第1C圖為第1A圖中脈寬調變驅動晶片10之脈寬調變訊號PWM及脈寬調變輸出訊號PWMout之示意圖。如第1C圖所示，由於脈寬調變輸出訊號PWMout即脈寬調變訊號PWM，因此可藉由控制所輸入之脈寬調變訊號PWM之脈寬來控制脈寬調變輸出訊號PWMout之脈寬及相對應風扇轉速。
然而，由於直接脈波寬度調變控制模式所產生的轉速曲線會與脈寬調變訊號PWM之脈寬成正比，因此若需要特殊的轉速應用，例如脈寬調變輸出訊號具有最低或最高操作脈寬(如20%或80%之最低或最高操作脈寬)，則必須使用非直接脈波寬度調變訊號控制模式。
請參考第2A圖，第2A圖為習知具有一非直接輸入脈寬調變轉速控制模式之一脈寬調變驅動晶片20之示意圖。如第2A圖所示，脈寬調變驅動晶片20包含一設定腳位202、一振盪腳位204以及一比較器206。設定腳位202及振盪腳位204分別用來接收一設定訊號SET及一三角波OSC，比較器206用來比較設定訊號SET及三角波OSC以產生一脈寬調變輸出訊號PWMout’，其中，設定訊號SET係相關於所輸入之脈寬調變訊號PWM之脈寬。在此情況下，脈寬調變驅動晶片20可根據脈寬調變訊號PWM，以非直接方式透過脈寬調變輸出訊號PWMout’控制輸出以驅動風扇(其驅動方式與第1B圖相似)。
舉例來說，可透過輸入脈寬調變訊號PWM切換一雙載子電晶體(bipolar junction transistor，BJT)Q1之開啟與關閉，再透過一分壓電路208以及一濾波電路210產生與所輸入之脈寬調變訊號PWM之脈寬呈負相關之直流設定訊號SET(於脈寬調變訊號PWM之開啟時間時，雙載子電晶體Q1開啟且電阻R2～R3並聯，因此電阻R3之跨壓較小)。
在此情況下，請參考第2B圖，第2B圖為第2A圖中設定訊號SET、三角波OSC以及脈寬調變輸出訊號PWMout’之示意圖。如第2B圖所示，比較器206可比較直流設定訊號SET與一振盪器212所產生之三角波OSC，以得到脈寬調變輸出訊號PWMout’。如此一來，可藉由調整分壓電路208中電阻R1～R3來決定設定訊號SET與所輸入之脈寬調變訊號PWM之脈寬之間的關係，進而決定脈寬調變輸出訊號PWMout’之最低或最高操作脈寬及相對應最低或最高轉速。
舉例來說，當脈寬調變訊號PWM之脈寬為0%時，設定訊號SET之電壓等於並聯電阻R2～R3之跨壓，此時若電阻R2～R3之電阻值較大則設定訊號SET最大值較大，使得脈寬調變輸出訊號PWMout’之最低操作脈寬及相對應最低轉速較小，可依此調整脈寬調變輸出訊號PWMout’之最低操作脈寬及相對應最低轉速。依此類推，亦可調整脈寬調變輸出訊號PWMout’之最高操作脈寬及相對應最高轉速。
須注意，為了使脈寬調變輸出訊號PWMout’之脈寬以及頻率皆可調整，第2A圖所示用來產生設定訊號SET之電路以及震盪器212所接之電容都是位於脈寬調變驅動晶片20外部，因此脈寬調變驅動晶片20需有設定腳位202及振盪腳位204。
另一方面，請參考第3圖，第3圖為習知同時具有一直接輸入脈寬調變轉速控制模式及一非直接輸入脈寬調變轉速控制模式之一脈寬調變驅動晶片30之示意圖。如第3圖所示，在習知技術中，若欲同時包含直接輸入脈寬調變轉速控制模式及非直接輸入脈寬調變轉速控制模式，則必須如脈寬調變驅動晶片30包含三個輸入腳位302～306，分別用來接收脈寬調變訊號PWM、設定訊號SET以及三角波OSC，以分別進行如脈寬調變驅動晶片10、20之操作。
然而，由於一般脈寬調變驅動晶片腳位有限，因此習知以三個輸入腳位來同時實現直接輸入脈寬調變轉速控制模式及非直接輸入脈寬調變轉速控制模式之方式會造成脈寬調變驅動晶片功能受限。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種可以較少腳位同時具有一直接輸入脈寬調變轉速控制模式及一非直接輸入脈寬調變轉速控制模式的脈寬調變驅動晶片及其脈寬調變輸出訊號產生方法。
本發明揭露一種脈寬調變驅動晶片，包含有一第一腳位，用來接收一第一訊號；一第二腳位，用來接收一第二訊號；一比較單元，用來將該第一訊號與一參考電壓進行比較，以產生一比較結果指示該脈寬調變驅動晶片之一操作模式；以及一輸出單元，用來根據該第一訊號、該第二訊號以及該比較結果，輸出一脈寬調變輸出訊號。
本發明另揭露一種脈寬調變輸出訊號產生方法，用於一脈寬調變驅動晶片。該脈寬調變輸出訊號產生方法包含有接收一第一訊號與一第二訊號；比較該第一訊號與一參考電壓，以產生一比較結果指示該脈寬調變驅動晶片之一操作模式；以及根據該第一訊號、該第二訊號以及該比較結果，輸出一脈寬調變輸出訊號。
請參考第4圖，第4圖為本發明實施例同時具有一直接輸入脈寬調變轉速控制模式DPWMM及一非直接輸入脈寬調變轉速控制模式IDPWMM之一脈寬調變驅動晶片40之示意圖。如第4圖所示，脈寬調變驅動晶片40包含有腳位402、404、一比較單元406以及一輸出單元408，其亦可另包含如第1B圖所示之驅動電路104以驅動風扇，而不限於此。
簡單來說，腳位402、404可分別接收訊號SIG1、SIG2，其中，訊號SIG1可以係一電壓訊號，而訊號SIG2可以係一三角波OSC’或一脈寬調變訊號PWM’。接著，比較單元406可將訊號SIG1與一參考電壓VREF進行比較，以判斷訊號SIG1是否為一設定訊號SET’，再據以產生一比較結果SEL指示脈寬調變驅動晶片40之一操作模式OP為直接輸入脈寬調變轉速控制模式DPWMM或非直接輸入脈寬調變轉速控制模式IDPWMM。最後，輸出單元408可根據訊號SIG1、SIG2以及比較結果SEL，輸出一脈寬調變輸出訊號PWMout“控制輸出以驅動風扇(其驅動方式之實現可與第1B圖相似)。
在此情形下，脈寬調變驅動晶片40可偵測訊號SIG1之準位而決定訊號SIG2為三角波OSC’或脈寬調變訊號PWM’，再據以輸出脈寬調變輸出訊號PWMout“，因此可將三角波OSC’及脈寬調變訊號PWM’之輸入腳位合併於腳位404。如此一來，相較於習知需要三個輸入腳位，脈寬調變驅動晶片40僅需兩個腳位402、404即可同時具有直接輸入脈寬調變轉速控制模式DPWMM及非直接輸入脈寬調變轉速控制模式IDPWMM，因此可於有限腳位的情況下實現更多功能。
詳細來說，比較單元406係將訊號SIG1與參考電壓VREF進行比較，於訊號SIG1小於參考電壓VREF時，判斷訊號SIG1不為設定訊號SET’，因此比較結果SEL指示脈寬調變驅動晶片40之操作模式OP為直接輸入脈寬調變轉速控制模式DPWMM。在此情形下，訊號SIG2為脈寬調變訊號PWM’，因此輸出單元408會以脈寬調變訊號PWM’直接做為脈寬調變輸出訊號PWMout“輸出。
另一方面，比較單元406於訊號SIG1大於參考電壓VREF時，判斷訊號SIG1為設定訊號SET’，因此比較結果SEL指示脈寬調變驅動晶片40之操作模式OP為非直接輸入脈寬調變轉速控制模式IDPWMM。在此情形下，訊號SIG2為三角波OSC’，因此輸出單元408會比較設定訊號SET’與三角波OSC’，以產生一非直接脈寬調變訊號IDPWM做為脈寬調變輸出訊號PWMout“輸出。其中，非直接脈寬調變訊號IDPWM之產生方式與第2B圖所示相似。
具體而言，輸出單元408包含有一比較器410以及一多工器412。比較器410之一負輸入端與一正輸入端分別用來接收訊號SIG1、SIG2，比較器410可比較訊號SIG1、SIG2，以於其一輸出端輸出非直接脈寬調變訊號IDPWM。多工器412之一輸入端用來接收非直接脈寬調變訊號IDPWM而另一輸入端用來接收訊號SIG2，可根據比較結果SEL對非直接脈寬調變訊號IDPWM與訊號SIG2進行選取，以輸出脈寬調變輸出訊號PWMout“。
在此情形下，若訊號SIG1小於參考電壓VREF，則多工器412選取訊號SIG2做為脈寬調變輸出訊號PWMout“輸出，表示脈寬調變驅動晶片40之操作模式OP為直接輸入脈寬調變轉速控制模式DPWMM且訊號SIG2為脈寬調變訊號PWM’。另一方面，若訊號SIG1大於參考電壓VREF，則多工器412選取非直接脈寬調變訊號IDPWM做為脈寬調變輸出訊號PWMout“輸出，表示脈寬調變驅動晶片40之操作模式OP為非直接輸入脈寬調變轉速控制模式IDPWMM且訊號SIG2為三角波OSC’。如此一來，輸出單元408可根據訊號SIG1、SIG2以及比較結果SEL，輸出適當脈寬調變輸出訊號PWMout“控制輸出以驅動風扇。
值得注意的是，本發明之主要精神在於脈寬調變驅動晶片40可偵測腳位402之訊號SIG1之準位而決定腳位404之訊號SIG2為三角波OSC’或脈寬調變訊號PWM’，再據以輸出脈寬調變輸出訊號PWMout“，因此可將三角波OSC’及脈寬調變訊號PWM’之輸入腳位合併於腳位404。本領域具通常知識者當可依此進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，參考電壓VREF較佳為三角波OSC’之波谷值與訊號SIG1為非設定訊號SET’時準位之間一準位，以避免比較單元406誤判脈寬調變驅動晶片40之操作模式OP；此外，用來產生設定訊號SET’與三角波OSC’之電路可與第2A圖所示電路相似，但不限於此；再者，比較單元406與輸出單元408之具體電路實現方式並不限於第4圖所示之電路，只要能達到其各別作用即可。
因此，脈寬調變驅動晶片40關於脈寬調變輸出訊號PWMout“之輸出操作，可歸納為一脈寬調變輸出訊號產生流程50，如第5圖所示，其包含以下步驟：步驟500：開始。
步驟502：接收訊號SIG1、SIG2。
步驟504：比較訊號SIG1與參考電壓VREF，以產生比較結果SEL指示脈寬調變驅動晶片40之操作模式OP。
步驟506：根據訊號SIG1、SIG2以及比較結果SEL，輸出脈寬調變輸出訊號PWMout“。
步驟508：結束。
脈寬調變輸出訊號產生流程50之詳細內容，可參考脈寬調變驅動晶片40之相關敘述，於此不再贅述。
在習知技術中，以三個輸入腳位來同時實現直接輸入脈寬調變轉速控制模式及非直接輸入脈寬調變轉速控制模式之方式，會因此一般脈寬調變驅動晶片腳位有限，造成脈寬調變驅動晶片功能受限。相較之下，本發明之脈寬調變驅動晶片40可偵測腳位402之訊號SIG1之準位而決定腳位404之訊號SIG2為三角波OSC’或脈寬調變訊號PWM’，再據以輸出脈寬調變輸出訊號PWMout“，因此可將三角波OSC’及脈寬調變訊號PWM’之輸入腳位合併於腳位404，進而僅需較少腳位即可同時具有直接輸入脈寬調變轉速控制模式及非直接輸入脈寬調變轉速控制模式，因此可於有限腳位的情況下實現更多功能。
綜上所述，本發明之脈寬調變驅動晶片可以較少腳位同時具有直接輸入脈寬調變轉速控制模式及非直接輸入脈寬調變轉速控制模式。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、20、30、40．．．脈寬調變驅動晶片
102．．．脈波寬度調變腳位
104．．．驅動電路
106．．．上橋開關
108．．．下橋開關
202．．．設定腳位
204．．．振盪腳位
206．．．比較器
208．．．分壓電路
210．．．濾波電路
212．．．振盪器
302～306、402、404．．．腳位
406．．．比較單元
408．．．輸出單元
410．．．比較器
412．．．多工器
50．．．流程
500～508．．．步驟
PWM、PWM’．．．脈寬調變訊號
PWMout、PWMout’、PWMout“．．．脈寬調變輸出訊號
IL．．．驅動電流
SET、SET’．．．設定訊號
OSC、OSC’．．．三角波
Q1．．．雙載子電晶體
R1～R3．．．電阻
SIG1、SIG2．．．訊號
VREF．．．參考電壓
SEL．．．比較結果
IDPWM．．．非直接脈寬調變訊號
第1A圖為習知具有一直接輸入脈寬調變轉速控制模式之一脈寬調變驅動晶片之示意圖。
第1B圖為第1A圖中脈寬調變驅動晶片之一驅動電路之示意圖。
第1C圖為第1A圖中脈寬調變驅動晶片之一脈寬調變訊號及一脈寬調變輸出訊號之示意圖。
第2A圖為習知具有一非直接輸入脈寬調變轉速控制模式之一脈寬調變驅動晶片之示意圖。
第2B圖為第2A圖中一設定訊號、一三角波以一及脈寬調變輸出訊號之示意圖。
第3圖為習知同時具有一直接輸入脈寬調變轉速控制模式及一非直接輸入脈寬調變轉速控制模式之一脈寬調變驅動晶片之示意圖。
第4圖為本發明實施例同時具有一直接輸入脈寬調變轉速控制模式及一非直接輸入脈寬調變轉速控制模式之一脈寬調變驅動晶片之示意圖。
第5圖為本發明實施例一脈寬調變輸出訊號產生流程之示意圖。
40．．．脈寬調變驅動晶片
402、404．．．腳位
406．．．比較單元
408．．．輸出單元
410．．．比較器
412．．．多工器
PWM’．．．脈寬調變訊號
PWMout“．．．脈寬調變輸出訊號
SET’．．．設定訊號
OSC’．．．三角波
SIG1、SIG2．．．訊號
VREF．．．參考電壓
SEL．．．比較結果
IDPWM．．．非直接脈寬調變訊號
Claims (7)
- 一種脈寬調變(pulse width modulation，PWM)驅動晶片，包含有：一第一腳位，用來接收一第一訊號；一第二腳位，用來接收一第二訊號；一比較單元，用來將該第一訊號與一參考電壓進行比較，以產生一比較結果指示該脈寬調變驅動晶片之一操作模式；以及一輸出單元，用來根據該第一訊號、該第二訊號以及該比較結果，輸出一脈寬調變輸出訊號；其中，於該第一訊號大於該參考電壓時，該比較結果指示該脈寬調變驅動晶片之該操作模式為一非直接輸入脈寬調變轉速控制模式，該第一訊號與該第二訊號分別為一設定訊號與一三角波，而該輸出單元比較該設定訊號與該三角波，以產生一非直接脈寬調變訊號做為該脈寬調變輸出訊號輸出。
- 如請求項1所述之脈寬調變驅動晶片，其中於該第一訊號小於該參考電壓時，該比較結果指示該脈寬調變驅動晶片之該操作模式為一直接輸入脈寬調變轉速控制模式。
- 如請求項2所述之脈寬調變驅動晶片，其中該第二訊號為一脈寬調變訊號，而該輸出單元以該脈寬調變訊號做為該脈寬調變 輸出訊號輸出。
- 如請求項1所述之脈寬調變驅動晶片，其中該輸出單元包含有：一比較器，包含有：一負輸入端，用來接收該第一訊號；一正輸入端，用來接收該第二訊號；一輸出端，用來比較該第一訊號與該第一訊號，以輸出一非直接脈寬調變訊號；以及一多工器，其一輸入端用來接收該非直接脈寬調變訊號而另一輸入端用來接收該第二訊號，用來根據該比較結果輸出該脈寬調變輸出訊號。
- 一種脈寬調變(pulse width modulation，PWM)輸出訊號產生方法，用於一脈寬調變驅動晶片，包含有：接收一第一訊號與一第二訊號；比較該第一訊號與一參考電壓，以產生一比較結果指示該脈寬調變驅動晶片之一操作模式；以及根據該第一訊號、該第二訊號以及該比較結果，輸出一脈寬調變輸出訊號；其中於該第一訊號大於該參考電壓時，該比較結果指示該脈寬調變驅動晶片之該操作模式為一非直接輸入脈寬調變轉速控制模式，該第一訊號與該第二訊號分別為一設定訊號與一三角波，而根據該第一訊號、該第二訊號以及該比較結 果，輸出該脈寬調變輸出訊號之步驟包含有：比較該設定訊號與該三角波，以產生一非直接脈寬調變訊號做為該脈寬調變輸出訊號輸出。
- 如請求項5所述之脈寬調變輸出訊號產生方法，其中於該第一訊號小於該參考電壓時，該比較結果指示該脈寬調變驅動晶片之該操作模式為一直接輸入脈寬調變轉速控制模式。
- 如請求項6所述之脈寬調變輸出訊號產生方法，其中該第二訊號為一脈寬調變訊號，而根據該第一訊號、該第二訊號以及該比較結果，輸出該脈寬調變輸出訊號之步驟包含有：以該脈寬調變訊號做為該脈寬調變輸出訊號輸出。
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