TWI522786B - 降低電腦系統內之音調激勵 - Google Patents

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布萊德 李 佩頓
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辰平 譚
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Description

降低電腦系統內之音調激勵
所描述之實施例大體而言係關於降低計算系統中之噪音。詳言之，描述用以以可降低電腦系統中之相對音調強度的方式來操作冷卻風扇的方法。
一種促進自電腦移除熱的普遍方式係引入使空氣循環進入電腦外罩中及自電腦外罩中出來的冷卻風扇。冷卻風扇最初被設計成簡單地在電腦接通的全部時間運行。雖然此對於可預測及連續之操作狀態而言有效，但其並不具有能量效益且導致產生不必要之噪音及振動。在稍微較先進之組態中，每當電腦外罩之內部溫度超過某一臨限溫度時，便可在接通狀態與切斷狀態之間切換風扇。進一步之創新產生對冷卻風扇之脈寬調變(PWM)控制。PWM控制器藉由調變輸入電壓以改變直流電(「DC」)冷卻風扇馬達之速度，其可表示為具有接通時間及切斷時間之交替序列的週期性矩形波。信號係有效的時間部分等於PWM信號之工作循環。舉例而言，在接通時間脈衝持續時間(t)為0.5秒且PWM信號之週期(T)為1秒的情況下，工作循環為50%。以此方式，可在諸多速度之間調變風扇速度，其允許冷卻系統更有效地調節電腦系統之內部溫度。在足夠低的旋轉速度下，電腦系統之最終使用者甚至可能未注意到風扇操作。雖然由PWM控制器允許之速度調變能力確實允許使冷卻發生變得有效地多，但高數目之不同潛在頻率可增加至 少一冷卻風扇在一產生高於可接受位準之噪音的速度下操作的機率。詳言之，PWM控制器可有效地緩慢驅動冷卻風扇且產生相對低的總噪音。然而，可存在與冷卻風扇速度有關的一或多個頻率或音調，該一或多個頻率或音調係相對強大的，而不管低的總體噪音位準。此等音調可歸因於低的總噪音位準而為令人分心的。
因此，需要一種用以識別及降低可不利地影響總體使用者體驗的噪音，同時維持電腦組件之有效冷卻環境的可靠方法。
本文描述與計算系統有關且特定言之與以可減少有關之風扇噪音的方式來冷卻電腦系統有關的各種實施例。一種用於操作包括機電組件(諸如風扇)之電腦系統的方法可包括以下步驟：當用第一信號操作時將該機電組件之操作特徵化；及修改該第一信號以產生第二信號，使得當用該第二信號操作機電組件時，產生小於一預定臨限值之顯著聲學音調。
在另一實施例中，一種用於控制計算系統之冷卻風扇的風扇控制器可包括：一溫度感測器；一查找表，其用於儲存非均一脈寬調變(PWM)波形參數；一位址產生器，其經組態以藉由提供位址輸入來控制查找表；一數位轉類比轉換器，其耦接至該查找表且經組態以提供非均一PWM風扇控制信號；及一控制器，其經組態以回應於所判定之溫度來判定非均一PWM風扇控制信號。
在再一實施例中，一種包括非均一PWM風扇控制器之電腦系統可包括：一溫度感測器，其用以判定電腦系統之溫度；一冷卻風扇，其用於冷卻電腦系統；及一風扇控制器，其經組態以回應於電腦系統之所判定之溫度而用非均一PWM風扇信號來控制冷卻風扇。
在又一實施例中，用於控制計算系統中之冷卻風扇的電腦程式碼可包括：用於判定計算系統之溫度的程式碼；用於回應於溫度來選擇非均一PWM波形之參數的電腦程式碼；用於根據所選之參數來產生非均一PWM波形的電腦程式碼；及用於以所產生之非均一PWM波形來操作冷卻風扇使得該冷卻風扇產生小於一預定臨限值之顯著聲學音調的電腦程式碼。
可藉由參考結合隨附圖式理解之以下描述來最佳地理解所描述之實施例及其優點。此等圖式決不限制在形式及細節方面的任何改變，在不脫離所描述之實施例的精神及範疇的情況下可由熟習此項技術者對所描述之實施例作出該等改變。
根據本申請案之方法及裝置的代表性應用描述於此部分中。提供此等實例係僅為了添加上下文且該等實例幫助理解所描述之實施例。因此，熟習此項技術者將顯而易見，可在無此等特定細節中的一些或全部細節的情況下實踐所描述之實施例。在其他例子中，未詳細描述熟知之過程步驟以便避免不必要地混淆所描述之實施例。其他應用係可 能的，使得不應將以下實例理解為限制性的。
在以下詳細描述中，參考隨附圖式，其形成該描述之一部分且其中藉由說明展示根據所描述之實施例之特定實施例。雖然充分詳細地描述了此等實施例以使得熟習此項技術者能夠實踐所描述之實施例，但應理解，此等實例非為限制性的；使得可使用其他實施例，且可在不脫離所描述之實施例的精神及範疇的情況下作出改變。
電腦系統通常併有諸多組件，該等組件中之一些組件可產生不良噪音。諸如光碟機(ODD)、硬碟機(HDD)及冷卻風扇之組件係此等組件之實例。詳言之，冷卻風扇係現代電腦系統中之噪音的主要原因。當在諸多不同速度下驅動此等冷卻風扇時，其變得愈加有可能產生足夠噪音以變成使使用者分心的事物。常常，噪音之聲能可非為均勻分佈的，而是可經分佈使得一或多個頻率或音調在感興趣頻帶內可為相對強大的。此等音調可隨風扇構造(諸如磁體中之磁極的數目及定子上之槽的數目)而變，但其他因素亦可影響音調之強度，諸如電腦系統構造或系統組件置放。頻率訊跡(frequency signature)可展示聲能位準與頻率之間的關係。頻率訊跡可涵蓋一頻率範圍，例如自100 Hz至15,000 Hz。因此，強音調可在頻率訊跡上將其自身表現為與特定頻率相關聯之聲能峰值。
電腦系統常常回應於環境條件而控制風扇速度。舉例而言，當電腦溫度增加時，風扇速度可增加以按比例地增加氣流且冷卻電腦組件。此可藉由允許較低之風扇速度及因 此較低量之有關風扇噪音來提高使用者體驗。然而，當風扇速度降低時，風扇可產生具有足夠能量之某些音調以變成使使用者分心的事物。風扇馬達噪音在較緩慢之風扇速度下可更加明顯，此係因為總氣流噪音可為相對較低的。此外，此等音調係隨風扇速度而變。亦即，當風扇速度改變時，與馬達有關之顯著音調的頻率按比例地改變。
遺憾地，歸因於系統至系統變化以及潛在不同系統(風扇)組件，設計電腦系統以減少風扇噪音(一般而言)及顯著音調之振幅(詳言之)可為困難的且可增加製造成本。可在製造之後由最終使用者修改電腦系統，從而進一步使問題變複雜。舉例而言，可替換風扇組件以實現修復(風扇故障)。設計電腦系統以具有減少來自多個冷卻風扇模型或製造商之寬廣頻譜風扇噪音的相對寬頻帶能力可為困難的。
來自一個特定製造商之甚至一個特定風扇模型可能不展現自單元至單元之一致聲學性質。風扇可經受製造容限，該等製造容限可改變軸承、磁體、定子等彼此的關係，使得任何特定風扇速度之頻率訊跡可改變。又，由風扇製造商使用之工具可隨時間的過去而磨損且導致頻率訊跡變化或移位。
然而，遺憾地，對在頻率訊跡內之顯著音調的精確識別可需要可為相當漫長且複雜之分析。
為克服此等障礙，一測試療法(regime)可需要至少將冷卻風扇循環貫穿電腦系統中之大多數或所有潛在操作速 度。一旦俘獲頻率訊跡，便可識別任何顯著音調，且可指導控制器電路(諸如風扇控制器)以減小該等顯著音調之相對振幅的方式操作冷卻風扇。若在測試期間，判定出產生相對較少噪音之一種冷卻風扇操作方法，則可將該風扇操作方法儲存於記憶體中。因此，在操作期間，對於任何給定之所要風扇速度而言，風扇控制器可查找有關之風扇操作特性，且以預定之方式操作風扇以產生較少噪音。
風扇組件之操作可具有在其操作時改變的趨向。舉例而言，冷卻風扇可在組件劣化時(諸如軸承磨損、潤滑油虧缺，等)在稍微不同之速度下操作，因此使整個效能曲線移位。舉例而言，當冷卻風扇使用期及機械磨損增加且潤滑油減少時，風扇軸承之間的磨損可導致風扇速度相對於由風扇控制器預期之速度而稍微減慢。舉例而言，在不考慮與磨損有關之任何效能問題的情況下，風扇控制器可指導風扇以可通常產生較少噪音之第一操作設定來操作。然而，歸因於風扇總成之基於使用期的減慢，風扇可實際上在減小之風扇速度下操作，從而導致產生相對更多噪音。至少出於此原因，週期性地更新電腦系統之風扇操作設定檔可為非常有用的。
許多電腦系統包括可由使用者用於各種應用的感測器。舉例而言，可在通信應用中使用一體式麥克風。在一實施例中，可使用一體式麥克風來偵測噪音及產生頻率訊跡。在其他實施例中，感測器可為試台測試型感測器，其可用以產生一代表性電腦系統之頻率訊跡。
圖1係風扇馬達100之簡化視圖的先前技術圖式。在一實施例中，風扇馬達100可包括定子102、磁體120(包括磁極106、108、110及112)及背鐵環104。如所示，定子102包括六個齒狀物，該等齒狀物之對可形成三個相(標記為U、V及W)中之每一者。每一相可用在由所標記之位置指示之齒狀物的莖幹部分周圍的絕緣磁體線來纏繞(U、V、W；磁體線在圖1中未展示)。定子102可由矽鋼薄片之層壓堆疊製造，其為絕緣的以減少損耗。背鐵環104可充當通量返回路徑且可由鐵磁鋼製造。磁體120可包括在北與南之間交替的4個磁極。在此實例中，磁極108及112可為北極，且磁極106及110可為南極。
當用穿過磁體線之電流來激發一對相時，磁場產生而穿過定子102之莖幹部分、跨越氣隙、穿過磁體120、在背鐵環104內通過且返回穿過定子102之鄰近齒狀物，從而完成磁路。電流誘發之磁場與磁體場互動，從而導致磁體120相對於定子102而移動。根據換向序列(圖2中所示)來切換施加至繞組相的電流可導致磁體120之恰當旋轉。若風扇轉子附接至磁體120，則風扇轉子可被導致在將換向序列應用於纏繞在定子齒狀物周圍的線時進行旋轉。
一換向序列可為一六步階過程，其中若干個相對係大體上以以下序列而被激發：
1)+U、-V
2)+W、-V
3)+W、-U
4)+V、-U
5)+V、-W
6)+U、-W 「+」可指示在與一個相(亦即，定子102中之兩個相關聯之齒狀物)相關聯之磁體線內在第一方向上流動的電流。相反地，「-」可指示在相對於第一方向之第二方向或相反方向上流動的電流。
圖2展示在先前技術組態中三個相彼此的換向關係200。U相換向序列由曲線202展示。類似地，V相換向序列可由曲線204展示，且W相換向序列可由曲線206展示。在此實例中，可用6步階序列來控制圖1中所說明之馬達。如圖2中所示，在第一換向步階中，U相定子繞組可接收正(+)電流，且V相定子繞組可接收負(-)電流。W相定子繞組可不接收電流。在換向步階2中，V相定子繞組可接收負(-)電流，且W相定子繞組可接收正(+)電流。U相定子繞組可不接收電流。圖2繼續描述其餘之四個相步階，該等相步階可接著連續地重複。其他換向序列及波形係有可能的且通常為已知的。
當圖2之換向序列導致磁體120旋轉時，磁體之磁極(106-112)通過定子102齒狀物且可經歷振盪吸引力，該等振盪吸引力可在可為定子102槽之數目及/或磁體磁極(106-112)之數目及旋轉速度的倍數的特定頻率下產生振動及噪音。可將該噪音稱作純音調或顯著音調。吸引力可在軸向及徑向方向上以及在圓周方向上以扭矩波動之形式起作 用。
位於定子102齒狀物周圍之繞組中之電流的升高及下降可受施加至該等繞組之電壓PWM波形的形狀的影響，因此影響磁場波形形狀，該磁場波形形狀與磁體磁極互動以使風扇旋轉。
圖3展示可與風扇馬達100相關聯之先前技術波形304及306。電壓波形304展示可用以將電流遞送至定子102繞組的規則脈寬調變(PWM)波形。PWM波形常常用以控制風扇馬達以作為一種用以改變風扇馬達100之速度的手段。藉由改變PWM波形之工作循環，可使風扇馬達速度改變。雖然電壓波形304可為均一的且規則的，但所得扭矩曲線306可為不規則的且大體為非平滑的。如上文所描述，扭矩曲線306可為定子102組態、磁體120之磁化波形形狀及旋轉速度的結果。非平滑扭矩曲線306可產生聲學及振動噪音；詳言之，扭矩曲線306可包括諧波頻率，該等諧波頻率可產生呈窄頻帶音調(亦即，顯著音調)之形式的噪音。
一種用以減少來自風扇馬達100之聲學及振動噪音的方法係使有關扭矩曲線平滑。在一實施例中，可將一系統特徵化以判定與不同風扇馬達操作點相關聯之噪音。可在特定操作點調整或修改組件操作以使風扇之扭矩曲線變平滑。一種用以使有關扭矩曲線變平滑的方法可包括使一PWM波形塑形。
在一實施例中，可藉由如在下文結合圖6所描述之方程式中描述的一組參數來界定PWM電壓波形之形狀。在一實 施例中，可有效地消除或減弱不良振動力。亦可以類似之方式驅動其他類型之馬達(不同於多相風扇馬達)以減少與定子-磁體互動相關聯的振動及噪音，該等馬達包括單相馬達、其他槽-磁極組合及為熟習此項技術者所已知之各種其他類型的馬達。
圖4展示描述一過程之流程圖400，該過程用於將電腦系統特徵化及調整該電腦系統中之至少一組件的操作以改良操作。該過程始於步驟402，在該步驟402中，在不同操作點操作電腦系統。在一實施例中，電腦系統可包括至少一冷卻風扇，且該等不同操作點可為不同冷卻風扇速度。在404處，可在每一操作點將電腦系統特徵化。在一實施例中，可俘獲一頻率訊跡以將電腦系統之噪音(特定言之，冷卻風扇噪音)特徵化，諸如經由由麥克風俘獲之聲音剪輯的FFT(快速傅立葉變換)。在406處，若特徵化結果為不可接受的，則可修改組件操作。在一實施例中，若頻率訊跡指示冷卻風扇產生大於一臨限值之一或多個音調，則可修改冷卻風扇操作以減少彼等音調。在408處，可儲存經修改之組件操作。在一實施例中，可將針對每一操作點的經修改之組件操作儲存於記憶體中以供稍後擷取。
圖5展示描述根據說明書中所描述之一項實施例的風扇控制器之電腦系統圖。至少一溫度感測器510定位於電腦系統外罩500內部。大體而言，在電腦系統被啟動之後不久，當電腦系統外罩500超過某一臨限溫度值時，溫度感測器510更改處理器504。處理器504可具有值之表格，其 用以接著判定風扇將被驅動至何速度下以便將電腦系統組件保持於安全溫度位準。可接著使用風扇控制器506來驅動至少一冷卻風扇508。在一實施例中，風扇控制器506可採用脈寬調變(PWM)控制器的形式。在此實施例中，值之表格亦可包括關於如何特定地調整PWM控制器參數以驅動冷卻風扇508來較安靜地操作的資訊。在任何狀況下，可由經配置以執行儲存於本端記憶體器件(未圖示)中之指令的處理器504來指導風扇控制器506。該等操作指令可包括可由處理器504用以指導風扇控制器506以使得避免過多噪音之方式驅動冷卻風扇508的資料。以此方式，可針對電腦系統之特定操作療法、特定環境條件及功率條件(僅列舉少數)來特製冷卻風扇508之操作。
當風扇控制器506採用PWM控制器之形式時，其中，可藉由改變進入冷卻風扇508之電壓的工作循環來實現對冷卻風扇508之速度的調整。一旦冷卻風扇508降低電腦系統外罩500之內部溫度，溫度感測器510便可偵測當前系統溫度(或至少在溫度敏感性組件之附近的溫度)，且該系統溫度接著被報告給處理器504。若當前系統溫度經判定為係在操作溫度之可接受範圍內，則處理器504可指導PWM控制器506維持或甚至減小冷卻風扇508之速度。因此，溫度感測器510與PWM控制器506之間的反饋迴路可產生冷卻風扇508之大量潛在操作狀態。每一操作狀態可使其與PWM控制器506之特定設定檔相關聯。以此方式，可管理冷卻風扇508之操作以減少所產生之噪音的量。
改變遞送至冷卻風扇508的電壓(及因此電流)可改變由冷卻風扇508實現之扭矩曲線。以非均一之方式遞送電流可至少部分地藉由補償不均勻之實際扭矩曲線(亦即，波形306)來更改扭矩曲線。可藉由改變來自風扇控制器506之PWM信號來使遞送至冷卻風扇508之電流塑形。
圖6展示根據說明書中所描述之一項實施例的用於減少自冷卻風扇508發出之噪音的波形。波形602可說明塑形函數之一項實施例。可使用塑形函數來指導風扇控制器506使用以驅動冷卻風扇508之電壓波形塑形。舉例而言，風扇控制器506可根據由波形602定義之塑形函數來產生非均一PWM波形。波形604展示非均一PWM波形之一項實例，其可自與由波形602說明之塑形函數類似的塑形函數獲得。該非均一PWM波形可使得能夠達成非均一電流遞送，該非均一電流遞送又可影響來自冷卻風扇508之實際扭矩曲線。
波形604中所示之非均一PWM波形可產生如由波形606所示之經塑形之電流波形。該經塑形之電流波形606可在應用於DC冷卻風扇時產生經修改之扭矩曲線。可使所得扭矩曲線變得相對較平滑(如波形608中所示)，與圖3中之扭矩曲線306相比尤其如此。
在一實施例中，可藉由將塑形函數602應用於以下方程式來判定非均一PWM波形(諸如波形604)。
其中：
Nd=驅動器步階之數目
FS=切換頻率=
ωfan為以弧度/秒為單位之風扇速度
NPOLES為磁體磁極之數目
NSLOTS為定子中之槽的數目
可將方程式1及2應用於三相冷卻風扇(諸如圖1中所示之冷卻風扇)。在一實施例中，可使PWM波形變得較複雜，使得可添加基本正弦波之不同諧波以調配PWM波形。此展示於以下之方程式3中：
其中：
n=諧波數(亦即，3、5、7、9...)
可將待考慮之諧波的數目限制於一合理數目，此係因為較低階之諧波對最終波形可能具有最大影響。An可為允許有關之諧波對最終波形具有較大或較小影響的比例因數。
圖7係描述用於使用以上之方程式3及4來判定冷卻風扇之非均一PWM波形的過程的流程圖700。該過程始於步驟702中，在該步驟702中，判定冷卻風扇508之特性。如上 文所描述，風扇常常具有基於磁體磁極之數目(NPOLES)及定子中之槽之數目(NSLOTS)的唯一構造特性。若在實驗室設定中發生流程圖700中所描述之過程，則可自資料表單俘獲風扇特性。若在組裝線設定中實踐該過程，則可藉由掃描置放於冷卻風扇上之識別符(諸如條形碼標籤)而自資料庫擷取冷卻風扇特性。可在方程式3及4中使用冷卻風扇特性。
在步驟703中，可選擇初始PWM波形。在一實施例中，可藉由以上之方程式3及4來判定非均一PWM波形。可使用比例因數(An)之初始值。舉例而言，A3之初始值可為0.1，而A5、A7、A9等可為0。A1之值可為固定的，此係因為其為基本諧波。取決於馬達電磁組態，可以不同之方式選擇An乘數。舉例而言，單相馬達設計可發現A2、A4、A6...比三相馬達更有用(歸因於單相馬達之不對稱齒狀物設計)。
在步驟704中，可在第一操作點或速度(每分鐘轉數或RPM)下運行冷卻風扇。在步驟706中，可判定頻率訊跡。在一實施例中，頻率訊跡可為跨越一頻率範圍之聲能的量測(例如，聲壓位準)。可藉由一獨立之麥克風來俘獲頻率訊跡。若流程圖700之過程係藉由安裝於電腦系統(諸如膝上型電腦)中之冷卻風扇而發生，則可用內部膝上型電腦麥克風來俘獲頻率訊跡。在一實施例中，頻率訊跡可為由麥克風俘獲之音訊信號的快速傅立葉變換(FFT)。
在步驟708中，可自頻率訊跡選擇一顯著音調。若頻率訊跡為音訊信號之FFT，則對音調之識別可變得較簡單。 又，此等音調通常發生於風扇速度頻率之倍數處，其可用以幫助識別該等音調。在步驟710處，可比較該顯著音調與一臨限值。若該顯著音調大於一臨限值，則在步驟712中可修改非均一PWM波形。在一實施例中，可藉由改變比例因數An而因此將不同諧波之變化的量加至非均一PWM波形或自非均一PWM波形減去不同諧波之變化的量來修改PWM波形。在改變PWM波形之後，該過程可返回至步驟706，且可判定另一頻率訊跡。
若在步驟710中所選擇之音調不大於一臨限值，則在步驟714中，該過程判定是否已檢查當前頻率訊跡中之所有音調。若未檢查所有音調，則在步驟716中選擇另一音調，且該過程返回至步驟710。若在步驟714中已檢查所有音調，則在步驟718中儲存非均一PWM波形。在一實施例中，當需要冷卻風扇在有關之RPM下的操作時，可將用以產生非均一PWM波形之參數儲存於記憶體中以供稍後擷取。在一實施例中，可將方程式3及4之相關係數儲存於記憶體中。該過程進行至步驟720，在該步驟720中，一測試判定是否已測試所有操作之RPM。若需要測試更多RPM，則在步驟722中選擇另一RPM。該過程接著進行至步驟703。若在步驟720中已測試所有RPM，則該過程結束。在另一實施例中，可以50RPM之增量來測試RPM。在又一實施例中，可藉由將測試限制於僅檢查風扇速度頻率之最初30個諧波來減少測試時間。
雖然使用方程式3及4來描述流程圖700之過程，但可使 用其他PWM塑形方程式。舉例而言，可應用方程式1及2。可使用其他電壓塑形函數。舉例而言，可使用一連續時變方程式，其中電壓可基於風扇位置。
圖8係描述用於判定冷卻風扇之PWM波形之另一過程的流程圖800。在此過程中，可作為一個整體而非逐音調地來審閱頻率訊跡。該過程可始於步驟802，在該步驟802中，判定冷卻風扇特性。可以與圖7中之步驟702類似的方式來判定基於磁體磁極之數目(NPOLES)及槽之數目(NSLOTS)的風扇構造特性。在步驟803中，可選擇一初始非均一PWM波形。在一實施例中，可藉由以上之方程式3及4來判定非均一PWM波形。可使用比例因數(An)之初始值。此可與圖4中之步驟403類似。
在步驟804中，在為一操作點之RPM下運行冷卻風扇508。接下來，在步驟806中，可判定頻率訊跡。在步驟808中，可作為一個整體來檢查該頻率訊跡，且可審閱該頻率訊跡以判定該頻率訊跡是否包括大於一臨限值之任何音調。若存在大於一臨限值之一或多個音調，則在步驟810中，可修改非均一PWM波形。在一實施例中，可如在以上之步驟712中所描述來修改非均一PWM波形。該過程可返回至步驟806，且可判定另一頻率訊跡。
若不存在大於一臨限值之音調，則在步驟812中，可將非均一PWM波形儲存於記憶體中。該過程進行至步驟814，在該步驟814中，進行一測試以查看是否已測試所有操作之RPM。若未測試所有操作之RPM，則在步驟816中 選擇另一操作之RPM，且該過程返回至步驟803。另一方面，若已測試所有RPM，則該過程結束。
圖9係描述用於判定冷卻風扇508之非均一PWM波形(特別係當冷卻風扇之特性為未知時)的過程的流程圖900。在一些情況中，冷卻風扇之特性可能不可獲得。舉例而言，對於已用電腦系統中之未知冷卻風扇(亦即，來自一不同供應商之風扇)來代替冷卻風扇而言可為該狀況。冷卻風扇構造特性(磁極之數目、槽之數目)在測試時間可能不可獲得。
該過程始於步驟902，在該步驟902中，選擇初始非均一PWM波形。此選擇可與上文所描述之步驟703類似。在步驟904中，在初始RPM下運行冷卻風扇508。在步驟906中，可判定頻率訊跡。該頻率判定可與以上之步驟706類似。在步驟908中，可比較該頻率訊跡與已知風扇之頻率訊跡。在一實施例中，已知之頻率訊跡的資料庫可自遠端伺服器獲得或可儲存於記憶體中，且該資料庫可將風扇特性(槽之數目、磁極之數目)與頻率訊跡聯繫起來。
若在步驟910中所判定之頻率訊跡匹配一已知冷卻風扇的頻率訊跡，則可識別該冷卻風扇，且可識別未知冷卻風扇的特性(槽之數目、磁極之數目)。若識別了冷卻風扇，則在步驟912中可執行噪音分析。此噪音分析可如圖7或圖8或任何其他技術上可行之方法中所描述。另一方面，若在步驟910中所判定之頻率訊跡不匹配已知風扇之所儲存的頻率訊跡，則在步驟914中，可產生未知冷卻風扇之頻 率訊跡的設定檔。
在一實施例中，該設定檔可包括在電腦系統之操作之RPM中的每一者下操作的冷卻風扇之頻率訊跡。若不能自頻率訊跡判定確切之風扇特性，則可將不同非均一PWM波形應用於冷卻風扇，且可選擇產生最少噪音之非均一PWM波形並將其儲存於記憶體中。舉例而言，藉由改變由不同An值判定之不同諧波的貢獻而判定的不同非均一PWM波形可產生待測試之不同非均一PWM波形。設定檔之產生可使得能夠比較在以不同非均一PWM波形操作時由冷卻風扇產生之噪音。
該過程可進行至步驟916，在該步驟916中，進行檢查以判定是否存在待測試之更多風扇特性。舉例而言，方程式3及4可判定可針對不同風扇特性(諸如不同NSLOTS及NPOLES)而加以調諧之非均一PWM波形。初始風扇特性可如步驟902中所描述。可在方程式3及4中嘗試其他風扇特性並將其與現有設定檔相比較。若在916中存在待測試之更多風扇特性，則在步驟918中選擇新的一組風扇特性。對於該等所選之風扇特性而言，在920中執行噪音分析。此噪音分析可如圖7或圖8或任何其他技術上可行之方法中所描述。
在步驟922中，比較在噪音分析步驟920期間形成之頻率訊跡與先前已保存之頻率訊跡。該等先前保存之頻率訊跡為初始設定檔(步驟914)抑或自其他先前嘗試之非均一PWM波形保存的先前保存之頻率訊跡(其已變成當前設定 檔)。若當前頻率訊跡好於所儲存之設定檔，則在步驟924中，將新風扇特性及PWM波形設定儲存於記憶體中且保存當前設定檔。另一方面，若在步驟922中當前頻率訊跡並不好於所儲存之設定檔，則在步驟926中保持較舊之設定檔及有關之非均一PWM波形設定。自步驟924與步驟926兩者繼續，該過程返回至步驟916。若在步驟916中不再存在待測試之風扇特性，則該過程結束。
圖10係根據此說明書之風扇控制器之一項實施例的方塊圖1000。該風扇控制器可包括一控制區塊1010、一位址產生器1020、一可程式化之時脈產生器1040、一可程式化之電壓參考1050、一查找表1060、一數位轉類比轉換器(DAC)級1070及一驅動器級1080。可藉由修改內部查找表記憶體1060來達成對馬達驅動PWM型樣的操縱。
控制區塊1010可耦接至反電動勢(BEMF)感測器1015及熱感測器1017。BEMF感測器1015可用以判定風扇對驅動電壓之回應。熱感測器1017可用以判定在電腦系統中之區域的溫度。可程式化之時脈產生器1014可產生供由查找表1060及DAC級1070使用的時脈。可程式化之位址產生器1020可產生查找表1060之位址。可程式化之電壓參考1050可提供用於DAC級1070之穩定電壓參考。在一實施例中，換向資訊(諸如圖2中所示之資訊)可包括於查找表1060中。控制區塊亦可耦接至查找表1060、DAC級1070及驅動器級1080，然而，出於清晰性而省略了圖10內所繪製之指代耦接的線。
控制區塊1010、可程式化之位址產生器1020、可程式化之時脈產生器1040及可程式化之電壓參考1050可耦接至控制匯流排1002。該控制匯流排1002可將資料轉移至此等元件及自此等元件轉移資料，從而使得處理器(未圖示)能夠實施用於冷卻風扇控制之所揭示之方法。舉例而言，處理器可讀取控制區塊以判定BEMF及溫度資料。作出回應，處理器可經由可程式化之電壓參考1050來判定DAC參考電壓、經由位址產生器1020來判定查找表位址且經由查找表1060來判定可程式化之時脈產生器1040的PWM時序特性。
DAC級1070可具有一或多個DAC。在一實施例中，可至少部分地藉由冷卻風扇中所包括之相的數目來判定DAC之數目。查找表1060之輸出可耦接至DAC級1070。在一實施例中，每一DAC可耦接至驅動器級1080。在一實施例中，驅動器級1080可包括耦接至每一冷卻風扇相之至少一場效電晶體(FET)。
圖11展示描述一過程1100之流程圖，在該過程1100中，可將所描述之實施例之實施例中的一或多者應用於電腦系統。在1110中，可在首次以一工廠設定進行組裝之後結合本文中所描述之過程中之一者(諸如圖7或圖8中所描述之過程)來分析電腦系統。可用一外部、獨立之麥克風來獲得供分析之頻率訊跡。藉由此初始校準1110所判定之非均一PWM波形參數可儲存於非揮發性記憶體中以供稍後在電腦系統變得操作時加以存取。一旦電腦系統裝運至最終使用者，便可進行初始重新校準步驟1120。此步驟可利用可 為電腦系統之部分的系統麥克風。最後，在步驟1130中，可以預定間隔或在使用者請求時實行週期性重新校準。當電腦系統偵測到硬體重新組態時，亦可觸發週期性重新校準。
圖12係一電子器件之方塊圖，該電子器件適合於控制所描述之實施例中之過程中的一些過程。電子器件1200可說明一代表性計算器件之電路。電子器件1200可包括一處理器1202，該處理器1202可關於用於控制電子器件1200之總體操作的微處理器或控制器。電子器件1200可包括關於檔案系統1204及快取記憶體1206中之製造指令的指令資料。檔案系統1204可為一儲存磁碟或複數個磁碟。在一些實施例中，檔案系統1204可為快閃記憶體、半導體(固態)記憶體或其類似者。檔案系統1204可通常提供用於電子器件1200之高容量儲存能力。然而，由於對檔案系統1204之存取時間可為相對緩慢的(尤其係在檔案系統1204包括機械磁碟驅動器的情況下)，所以電子器件1200亦可包括快取記憶體1206。該快取記憶體206可包括(例如)由半導體記憶體提供之隨機存取記憶體(RAM)。對快取記憶體1206之相對存取時間可大體上短於檔案系統1204。然而，快取記憶體1206可不具有檔案系統1204之大儲存容量。進一步，當在作用中時，檔案系統1204可消耗比快取記憶體1206多的功率。當電子器件1200係由電池1224供電之攜帶型器件時，功率消耗常常可為所關注之事。電子器件1200亦可包括RAM 1220及唯讀記憶體(ROM)1222。該ROM 1222可以 非揮發性方式儲存待執行之程式、公用程式或處理程序。RAM 1220可提供揮發性資料儲存(諸如用於快取記憶體1206)。
電子器件1200亦可包括允許電子器件1200之使用者與電子器件1200互動的使用者輸入器件1208。舉例而言，使用者輸入器件1208可採取多種形式，諸如按鈕、小鍵盤、撥號盤、觸控螢幕、音訊輸入介面、視覺/影像俘獲輸入介面、呈感測器資料之形式的輸入，等。再進一步，電子器件1200可包括可由處理器1202控制以向使用者顯示資訊的顯示器1210(螢幕顯示器)。資料匯流排1216可促進在至少檔案系統1204、快取記憶體1206、處理器1202及控制器1213之間的資料轉移。控制器1213可用以經由設備控制匯流排1214來介接及控制不同製造設備。舉例而言，可使用控制匯流排1214來控制電腦數字控制(CNC)研磨機、壓機、射出塑形機器或其他此設備。舉例而言，在發生某一製造事件時，處理器1202可供應指令以經由控制器1213及控制匯流排1214來控制製造設備。此等指令可儲存於檔案系統1204、RAM 1220、ROM 1222或快取記憶體1206中。
電子器件1200亦可包括耦接至資料鏈路1212之網路/匯流排介面1211。資料鏈路1212可允許電子器件1200耦接至主機電腦或附屬器件。可經由有線連接或無線連接來提供資料鏈路1212。在無線連接之狀況下，網路/匯流排介面1211可包括無線收發器。感測器1226可採用用於偵測任何數目之刺激的電路的形式。舉例而言，感測器1226可包括 用於監控製造操作之任何數目的感測器，諸如回應於外部磁場之霍爾效應感測器、音訊感測器、諸如光度計之光感測器、用以偵測清晰度之電腦視覺感測器、用以監控模製過程之溫度感測器，等等。
可單獨地或以任何組合來使用所描述之實施例之各種態樣、實施例、實施或特徵。可由軟體、硬體或硬體與軟體之組合來實施所描述之實施例之各種態樣。所描述之實施例亦可體現為電腦可讀媒體上之電腦可讀程式碼。該電腦可讀媒體係可以揮發性以及非揮發性方式兩者來儲存資料的任何資料儲存設備，該資料其後可由電腦系統讀取。電腦可讀媒體之實例包括唯讀記憶體、HDD或固態記憶體(諸如快閃記憶體)。電腦可讀媒體亦可分散於經網路耦接之電腦系統，使得以分散式方式來儲存及執行電腦可讀程式碼。
出於解釋之目的，以上描述使用特定命名法來提供對所描述之實施例的透徹理解。然而，熟習此項技術者將顯而易見，不需要特定細節以便實踐所描述之實施例。因此，呈現特定實施例之前述描述係出於說明及描述之目的。其並不意欲為詳盡的或將所描述之實施例限制於所揭示之精確形式。一般熟習此項技術者將顯而易見，鑒於以上教示，許多修改及變化係有可能的。
100‧‧‧風扇馬達
102‧‧‧定子
104‧‧‧背鐵環
106‧‧‧磁極
108‧‧‧磁極
110‧‧‧磁極
112‧‧‧磁極
120‧‧‧磁體
200‧‧‧換向關係
202‧‧‧曲線
204‧‧‧曲線
206‧‧‧曲線
304‧‧‧先前技術波形
306‧‧‧先前技術波形
500‧‧‧電腦系統外罩
504‧‧‧處理器
506‧‧‧風扇控制器
508‧‧‧冷卻風扇
510‧‧‧溫度感測器
602‧‧‧波形
604‧‧‧波形
606‧‧‧波形
608‧‧‧波形
1000‧‧‧方塊圖
1002‧‧‧控制匯流排
1010‧‧‧控制區塊
1015‧‧‧反電動勢(BEMF)感測器
1017‧‧‧熱感測器
1020‧‧‧可程式化之位址產生器
1040‧‧‧可程式化之時脈產生器
1050‧‧‧可程式化之電壓參考
1060‧‧‧查找表
1070‧‧‧DAC級
1080‧‧‧驅動器級
1200‧‧‧電子器件
1202‧‧‧處理器
1204‧‧‧檔案系統
1206‧‧‧快取記憶體
1208‧‧‧使用者輸入器件
1210‧‧‧顯示器
1211‧‧‧網路/匯流排介面
1213‧‧‧控制器
1214‧‧‧設備控制匯流排
1222‧‧‧ROM
1226‧‧‧感測器
圖1係風扇馬達之簡化視圖的先前技術圖式。
圖2展示在在先前技術組態中三個相彼此的換向關係 200。
圖3展示可與風扇馬達相關聯之先前技術波形。
圖4展示描述用於將電腦系統特徵化之過程的流程圖。
圖5展示描述根據說明書中所描述之一項實施例的風扇控制器之電腦系統圖。
圖6展示根據說明書中所描述之一項實施例的用於減少自冷卻風扇發出之噪音的波形。
圖7係描述用於判定冷卻風扇之非均一PWM波形的過程的流程圖。
圖8係描述用於判定冷卻風扇之PWM波形之另一過程的流程圖。
圖9係描述用於判定冷卻風扇之非均一PWM波形(特別係當冷卻風扇之特性為未知時)之過程的流程圖。
圖10係根據說明書之風扇控制器之一項實施例的方塊圖。
圖11展示描述一過程之流程圖，在該過程中，可將所描述之實施例之實施例中的一或多者應用於電腦系統。
圖12係一電子器件之方塊圖，該電子器件適合於控制所描述之實施例中之過程中的一些過程。
500‧‧‧電腦系統外罩
504‧‧‧處理器
506‧‧‧風扇控制器
508‧‧‧冷卻風扇
510‧‧‧溫度感測器

Claims (20)

  1. 一種用於操作一計算系統之方法，該計算系統具有由一處理器控制之至少一機電(electro-mechanical)組件，該方法包含：在於一第一操作狀態下操作該計算系統之前，將藉由用一第一控制信號操作該機電組件所產生的一噪音特徵化；基於一塑形(shaping)函數及該噪音之特徵化判定用於該機電組件之一第二控制信號，其中該第二控制信號係一非均一脈寬調變(PWM)波形且該塑形函數使用與該機電組件之一實體構造(construction)相關聯之資料判定用於該非均一PWM波形之一形狀；將該第一控制信號修改為該第二控制信號，其中該第二控制信號係以一方式操作該機電組件以產生小於一預定臨限值之聲學音調(acoustic tones)；及用該第二控制信號來操作該機電組件。
  2. 如請求項1之方法，其中該特徵化包含：判定該機電組件之一聲學音訊信號的一快速傅立葉變換(FFT)。
  3. 如請求項1之方法，其中該機電組件係一風扇且該資料包括該風扇之磁體磁極(magnet poles)之一數目。
  4. 如請求項1之方法，其中該資料包括該機電組件之一定子中之槽(slots)之一數目。
  5. 如請求項1之方法，其中修改該第一控制信號包括依據基於該噪音之特徵化而經選擇之一比例(scaling)係數來 按比例縮放該第一控制信號。
  6. 一種用於控制一計算系統之一冷卻風扇的風扇控制器，該風扇控制器包含：一查找(look up)表，其經組態以包括用於一塑形函數之至少一非均一脈寬調變(PWM)波形參數，其中該至少一非均一PWM波形參數識別該冷卻風扇之一實體特徵；一位址產生器，其經組態以將位址輸入提供至該查找表；一數位轉類比轉換器(DAC)，其經組態以提供基於該塑形函數及該至少一非均一PWM波形參數之非均一PWM風扇控制信號；及一控制器，其經組態以基於該計算系統之一溫度來程式化該位址產生器。
  7. 如請求項6之風扇控制器，其進一步包含一時脈產生器，該時脈產生器經組態以產生用於該查找表之一時脈信號。
  8. 如請求項6之風扇控制器，其進一步包含一驅動器級(stage)，該驅動器級耦接至該DAC。
  9. 如請求項6之風扇控制器，其中該查找表進一步經組態以包括兩個或兩個以上之非均一波形參數。
  10. 如請求項6之風扇控制器，其進一步包含一溫度感測器，其中該控制器進一步經組態以回應於由該溫度感測器所偵測之溫度的一改變來修改該位址產生器。
  11. 如請求項6之風扇控制器，其中該查找表進一步經組態 以包括一換向序列(commutation sequence)。
  12. 一種電腦系統，其包含：一冷卻風扇，其經組態以將冷卻空氣移入該電腦系統中及將冷卻空氣自該電腦系統移出；一麥克風，其經組態以基於該冷卻風扇所產生之噪音輸出一信號；及一風扇控制器，其經組態以：將來自該麥克風之該信號特徵化；基於一塑形函數及該信號之特徵化判定用於該冷卻風扇之一控制信號，其中該控制信號係一非均一脈寬調變(PWM)波形且該塑形函數使用與該冷卻風扇之一實體構造相關聯之資料判定該非均一PWM波形之一形狀；及依據該控制信號來控制該冷卻風扇，俾使該冷卻風扇產生小於一預定聲學臨限值之聲學音調。
  13. 如請求項12之電腦系統，其中該風扇控制器包含一查找表，該查找表經組態以包括用於該塑形函數之非均一PWM參數。
  14. 如請求項13之電腦系統，其中該查找表進一步經組態以包括換向資訊。
  15. 如請求項13之電腦系統，其中該資料包括該冷卻風扇之磁體磁極之一數目。
  16. 如請求項12之電腦系統，其中該資料包括該冷卻風扇之一定子中之槽之一數目。
  17. 一種非暫態電腦可讀儲存媒體，其經組態以儲存指令， 當該等指令由用於控制一冷卻風扇之一裝置中之一處理器執行時，將使該裝置執行包含下列之步驟：將該冷卻風扇之一聲學音調特徵化；基於該聲學音調之特徵化及一塑形函數判定用於該冷卻風扇之一控制信號，其中該控制信號係一非均一脈寬調變(PWM)波形且該塑形函數使用與該冷卻風扇之一實體構造相關聯之資料判定該非均一PWM波形之一形狀；及依據該控制信號來操作該冷卻風扇以使該冷卻風扇產生小於一預定臨限值之聲學音調。
  18. 如請求項17之非暫態電腦可讀儲存媒體，其中該資料包括該冷卻風扇之磁體磁極之一數目。
  19. 如請求項17之非暫態電腦可讀儲存媒體，其中該等步驟進一步包括：將用於該非均一PWM波形之參數儲存於一查找表中。
  20. 如請求項17之非暫態電腦可讀儲存媒體，其中該資料包括該冷卻風扇之一定子中之槽之一數目。
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