專利名稱：設置集成脈寬調制控制器輸出功率電平的裝置的制作方法
相關申請對照本申請要求獲得美國專利申請?zhí)?0/297930中的權利，該專利申請日期為2001年6月13日(律師摘要號87552.055001)。
背景技術：
便攜式電子裝置，包括膝上計算機，蜂窩電話及網絡小鍵盤(web pads)，由中央處理器(CPU)驅動，需要一臺電源。因為便攜式裝置在電池上運行，功耗是非常重要的。為了貯存電能，便攜式裝置的制造商經常規(guī)劃該裝置含有一種或多種省電的工作方式。例如，典型的蜂窩電話，膝上電腦或網絡小鍵盤可以含有啟動方式，睡眠方式，以及一種或多種中間的省電方式。在一種典型的情況中，如果電子裝置使用不超過某一段時間，CPU將通知該裝置，進行睡眠或斷電方式。
參考圖1，示出帶有CPU20的一種典型系統(tǒng)10，CPU20能產生一個或多個電源控制電平信號。由DC/DC變換器40給CPU提供電源輸出電壓。對CPU20進行編程，以輸出一個或多個電壓識別碼(VID)。為了在啟動時施加一個合適的電壓，當處理器未加電時，將多路復用器30放置在CPU20的接口22和電源40之間。當CPU20不工作時，多路復用器30從硬線電路接收VID碼，硬線電路例如為啟動方式電路24和睡眠方式電路26。來自多路復用器30的數字輸出信號耦合到數模變換器(DAC)42。DAC42接收表示所希望功率電平的多比特信號。DAC42將數字功率電平信號轉換為模擬信號，典型地為模擬電壓，并將它施加到誤差信號放大器44。誤差信號放大器44是綜合脈寬調制DC/DC40變換器的反饋控制環(huán)路的一部分，DC/DC40變換器包括電源電路46。放大器44的一個輸入端接收電源電路46的輸出，而另一個輸入端從DAC42接收所希望的功率電平。放大器44產生一個輸出信號，將電源電路46驅動到所希望的功率電平。
這樣的先前技術系統(tǒng)需要一個放大器30，并還需要一個或多個硬線合成多比特VID碼產生電路24，26，以產生省電方式的生數字信號。這些VID碼包含5個比特或更多的比特。結果，多路復用器的尺寸變大，并且輔助的VID碼電路數目也增加。這種增加將不利地影響到便攜式裝置的大小和成本，便攜式裝置例如為蜂窩電話，個人數字助理，和網絡小鍵盤及膝上計算機。
發(fā)明內容
本發(fā)明能減少便攜式系統(tǒng)的元件數以及它的整體尺寸。本發(fā)明能夠消除小型，手提式，便攜式電子裝置中的多路復用器。本發(fā)明為CPU提供一種電源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電源，產生電源輸出電壓及電源輸出電流，以使CPU按一種或多種功率操作電平運行。反饋環(huán)路控制DC/DC變換器，以為該系統(tǒng)提供電源。反饋環(huán)路含有一個輸入端，耦合到電源的輸出端；及一個控制輸入端，用于接收表示所希望功率電平的模擬信號。到反饋環(huán)路的控制輸入耦合到一個開關，該開關，可在第一個和第二個輸入間進切換。一個輸入端連接到檢測網絡，而另外一個輸入端連接到傳統(tǒng)的DAC輸出端。檢測網絡包括一個比較器，帶有一個連接到DAC最高輸出端的一個基準輸入端。它的另一個輸入端連接到一個電流源和多個平行連接的檢測電路。每個檢測電路包括一個串聯和一個晶體管。在每個串聯電路中的這個電阻含有不同的阻值，表示省電方式中的一種。串聯電路中的晶體管連接到CPU的一個或多個方式狀態(tài)輸出端。晶體管含有控制電極，通常為它的柵極，采樣CPU是否處于省電方式。當CPU進入省電方式時，檢測電路中的一個晶體管導通。這從電流源中吸收電流，因此將輸入改變到比較器。然后，比較器將開關切換到表示低功率電平的控制信號。同樣地，本發(fā)明用許多較小的檢測電路替代多路復用器。每個檢測電路產生一個表示所希望功率電平的模擬電壓。
圖1描述一種先前技術的系統(tǒng)，示出一個CPU核心和一個DC/DC變換器；圖2是連接到CPU核心的本發(fā)明原理性描述；圖3是本發(fā)明更詳細的原理性描述。
具體實施例方式
參考圖2，其中，在其他圖中相似的參考數字涉及相同元件，從系統(tǒng)100中消除了多路復用器30。通過將CPU核心20經過它的IO接口連接到數模變換器(DAC)42，簡化了電源管理系統(tǒng)100。DC/DC變換器400包括誤差信號放大器44和電源電路46。來自DAC42的一個輸出信號連接到比較器50的一個輸入端。一個模擬設置電壓信號62連接到另一個輸入端。比較器50的輸出端耦合到開關52，并控制開關52的操作。開關52描述為原理性開關，但那些技術熟練人員將理解它可以包括一個或多個晶體管及其他有源或無源元件。開關52選擇連接到誤差信號放大器44的控制輸入端的模擬電壓信號。它可以選擇來自DAC42的模擬VID輸出信號，或選擇來自檢測網絡60的模擬設置信號。
在較佳的操作方式中，比較器50從DAC42接收的輸入信號61是它的最高功率輸出電平信號。比較器的另一個輸入信號是一個模擬設置電壓62。能將模擬設置電壓62設置為許多模擬電平中的任何一個電平，并且每次設置總是低于最高的DAC電壓61。該模擬設置電壓62是由檢測網絡60產生的。比較器50采樣它的兩個輸入端61，62的差異。它控制開關52，并將開關52耦合到模擬設置電壓62或耦合到DAC42的輸出。在全功率條件下，比較器50輸入端之間沒有誤差，開關52動作，將DAC42連接到誤差信號放大器44。當選擇減小功率方式時，降低模擬設置電壓62。比較器采樣它輸入端之間的電壓差，并控制開關51，將模擬設置電壓62連接到誤差信號比較器44。
在較佳實施例中，如圖3所示，檢測網絡60包括電流源64和多個含有電阻和晶體管的串聯檢測電路。典型的串聯檢測電路，電路60.1，包括電阻R1和晶體管Q1并相應于啟動方式選擇操作。睡眠方式選擇電路60.2包括電阻R2和晶體管Q2。其他的省電電路60.N包括電阻RN和晶體管QN。當CPU20選擇不是最高功率運行電平的一種方式時，晶體管Q1-QN中的一個晶體管導通，當晶體管Q1-QN中的一個晶體管導通時，改變了到比較器50的低電平輸入，比較器50操作開關52，使開關52連接到電流源64。
由電流源64和串聯電路60.1-60.N建立模擬設置電壓62。選擇與電流源64相聯的電阻值R1，R2，...RN，以計量電壓降，使它等于所選運行方式的所希望的核心電壓。電流源64企圖將模擬設置輸入端62上的電壓升高到電源的電平，該電源電平比最高的較佳核心電壓61高得多。這將開關52保持在這樣的位置，使DAC42的輸出程序地控制核心電壓。然而，當由它各自功率減小的輸入信號激活晶體管Q1，Q2或QN中的一個晶體管時，模擬設置電壓62減小到低于最高核較佳電壓61的一個電平。由比較器50采樣這種減小，該比較器50經常地采樣該模擬設置電壓62，并將它與由DAC42產生的最大較佳核心電壓進行比較。
如上所述，將該系統(tǒng)初始化配置成，以使輸入到比較器的電流源64的輸入總是大于DAC的輸入61。在正常運行時，DAC的輸出61高于最高的希望輸出功率，開關52將DAC42連接到誤差信號放大器44。然而，當核CPU20進入省電方式運行時，晶體管Q1，Q2，或QN中的一個晶體管導通。當發(fā)生這種情況時，比較器50的負輸入端上的電壓降到低于施加到比較器50正輸入端的最高輸出DAC電壓61。比較器50的輸出經過開關52，將DAC42與誤差信號放大器46斷開，并將誤差信號放大器46連接到電流源62的輸出端。
這樣已經描述了本發(fā)明的較佳實施例，那些技術熟練人員將欣賞可以對上面描述的單獨的元件作進一步地修改，附加，及刪除，并沒有背離在附加權利要求中闡明的本發(fā)明的精神和范疇。
權利要求
1.一種將電源提供給中央處理器的方法，其特征在于，包括在較佳核心電壓范圍內產生電壓識別數字(VID)碼；接收所述VID碼；將所述VID碼轉換為表示所述VID碼的模擬VID電壓信號；依據表示所述VID碼的模擬VID電壓信號，產生所述輸出功率；采樣表示所希望輸出功率電壓的模擬設置信號；當所述模擬設置信號在所述較佳核心電壓范圍內時，依據所述模擬設置信號設置所述輸出功率。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括將基準核模擬VID電壓信號與所述模擬設置電壓信號進行比較。
3.按照權利要求1所述的方法，進一步包括步驟依據所述模擬VID電壓信號，或依據所述模擬設置電壓信號，對一個振蕩功率信號進行脈寬調制，以產生一個輸出功率電壓。
4.一種用于給中央處理器(CPU)提供功率的脈寬調制(PWM)控制器，其特征在于，包括用于從CPU接收電壓識別數字(VID)碼的裝置，所述電壓識別數字(VID)碼落在較佳核心電壓范圍內；用于將所述VID碼轉換為表示所述VID碼的模擬電壓VID信號的裝置；用于采樣表示所希望輸出功率電壓的模擬設置信號的裝置；用于依據所述模擬VID電壓設置所述PWM控制器輸出功率，并用于當所述模擬設置信號落在所述較佳核心電壓范圍內時，依據所述模擬設置信號設置所述輸出功率的裝置。
5.按照權利要求4所述的PWM控制器，其特征在于，還包括用于將所述模擬VID電壓信號與所述模擬設置電壓信號進行比較的裝置。
6.按照權利要求4所述的PWM控制器，其特征在于，還包括一個連接到所述檢測裝置的開關，用于依據所述模擬VID電壓信號或依據所述模擬設置電壓信號，用于切換所述PWM控制器，以設置所述輸出功率。
7.按照權利要求6所述的PWM控制器，其特征在于，當所述模擬設置電壓信號落在所述模擬VID電壓信號的范圍內時，所述開關將所述模擬設置電壓信號連接到所述PWM控制器的輸入端，并當所述模擬設置電壓信號落在所述模擬VID電壓信號范圍外時，所述開關將所述模擬VID電壓信號連接到所述PWM。
8.按照權利要求4所述的電源，其特征在于，進一步包括數模變換器(DAC)，用于將CPU的電壓識別碼轉換為模擬VID控制信號。
9.按照權利要求4所述的電源，其特征在于，所述用于采樣所述模擬設置信號的裝置包括一個比較器和一個檢測網絡。
10.按照權利要求9所述的電源，其特征在于，所述檢測網絡包括電流源和多個串聯電路，當所述CPU按低于它的最高運行功率電平運行時，每個串聯電路改變所述電流源的所述輸出。
11.按照權利要求10所述的電源，其特征在于，所述每個檢測電路包括一個電路和一個晶體管，并將所述電阻設置為不同阻值，以相應于不同功率運行電平。
12.一種用于計算機的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，包括電源，用于產生功率輸出電壓和功率輸出電流，以使中央處理器能按一種或多種功率電平運行；所述的電源含有兩個或多個功率電平命令輸入端，并含有一個開關，用于選擇所述功率命令輸入中的一個輸入；第一個輸入，用于接收一個模擬VID信號，所述VID信號表示由所述的電源提供的，由處理器命令的所希望功率電平；第二個輸入，用于接收所希望功率電平的一個模擬設置信號，所述模擬設置信號表示所述處理器的所述運行方式；檢測電路，用于采樣所述第二個輸入的存在，并依據所述兩個模擬功率信號中的一個控制所述的電源。
13.按照權利要求12所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，還包括耦合到所述檢測電路的一個開關，當所述第二個輸入落在一種電壓范圍內時，用于選擇所述第一個輸入，并當所述第二個輸入落在所述電壓范圍外時，用于選擇所述第二個輸入。
14.按照權利要求12所述的電源控制系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括反饋環(huán)路，耦合在所述功率輸出端和到所述的電源的輸入端之間。
15，一種計算機電源管理系統(tǒng)，其特征在于，包括電源，用于產生電源輸出電壓和電源輸出電流，以使中央處理器按一種或多種功率運行電平運行；反饋環(huán)路，耦合在所述的電源的所述輸入和所述輸出之間，用于設置所述功率輸出的所述電平；一個開關，耦合到所述反饋環(huán)路，并可操作地將兩個功率電平信號中的一個連接到所述反饋環(huán)路的所述反饋控制輸入端；變換器網絡，用于將數字信號轉換為模擬VID功率電平信號，表示由處理器命令的功率電平；一個網絡，用于依據處理器運行方式產生表示功率電平的模擬設置信號；檢測電路，用于檢測所述兩個模擬信號，并選擇所述兩個模擬信號中的一個，用于設置所述功率輸出的所述電平。
16.按照權利要求15所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括所述中央處理器(CPU)和數模變換器(DAC)，其中所述CPU產生一個數字VID信號，表示由所述CPU命令的功率電平，而所述DAC將所述數字功率命令信號轉換為所述模擬VID信號。
17.按照權利要求15所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測網絡包括一個電流源及一個或多個串聯電路，每個串聯電路含有一個電阻和一個晶體管，其中所述晶體管中的一個運行時，改變所述電流源的所述輸出。
18.按照權利要求17所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述每個串聯電路相應于從所述組中選擇的一種運行方式，所述組包括啟動方式，睡眠方式和省電方式。
19.按照權利要求15所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測網絡進一步包括一個比較器，用于將模擬VID和設置信號進行比較，并用于依據一個閾值電平選擇所述兩個信號中的一個。
20.按照權利要求19所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，當所述模擬設置信號落在所述第一個范圍內時，所述比較器選擇所述模擬VID信號，并當所述模擬設置信號落到所述第一個范圍外時，選擇所述模擬設置信號。
21.按照權利要求15所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源包括帶有功率輸出電橋的一個脈寬調制直流-直流變換器，所述功率輸出電橋含有兩個或多個功率金屬氧化物半導體場效應晶體管。
全文摘要
一種電子系統(tǒng)100，用數字電壓識別(VID)碼和模擬設置信號控制供給它的中央處理器22的功率。由數模變換器42將所述VID碼轉換為模擬VID信號。當所述CPU按低于它最大值的任何一種電壓運行時，由檢測網絡60產生的模擬設置電壓62設置所述電壓電平。比較器50和開關52選擇所述模擬VID電壓或選擇所述模擬設置電壓。
文檔編號G06F1/26GK1524209SQ01823362
公開日2004年8月25日 申請日期2001年11月30日 優(yōu)先權日2001年6月13日
發(fā)明者V·莫雷托夫, R·G·郝德金斯, V 莫雷托夫, 郝德金斯 申請人:英特賽爾美國股份有限公司