專利名稱：功率輸送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；本發(fā)明尤其涉及將功率輸送至諸如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等功率敏 感系統(tǒng)。背景諸如中央處理單元(CPU)等集成電路組件通常由位于遙遠(yuǎn)位置的電源供電。CPU 的功耗變得過(guò)高，并且具有成本效率的冷卻方案現(xiàn)已達(dá)到物理極限。將由CPU活動(dòng)轉(zhuǎn)換成 熱量的能量變?yōu)樾阅苌鯙橹匾４送?，電源技術(shù)正到達(dá)極限，而同時(shí)嚴(yán)格容限內(nèi)的電源電壓 調(diào)節(jié)需要花費(fèi)更多的成本在去耦和封裝上。附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明通過(guò)示例而非限制的方式示于附圖的各圖中，在附圖中相似的標(biāo)號(hào)指示類 似的元素，其中

圖1是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖2是耦合至電壓負(fù)載的一個(gè)示例性電源的框圖；圖3是耦合至電壓負(fù)載的另一個(gè)示例性電源的框圖；圖4是耦合至電壓負(fù)載的又一個(gè)示例性電源的框圖；圖5是耦合至電壓負(fù)載的再一個(gè)示例性電源的框圖；圖6是耦合至CPU的調(diào)壓器模塊的一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖7是耦合至CPU的調(diào)壓器模塊的另一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖8是耦合至CPU的調(diào)壓器模塊的又一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖9是設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖10是調(diào)壓器模塊的一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖11是調(diào)壓器模塊的另一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖12是CPU的一個(gè)實(shí)施例的框圖。詳細(xì)描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，描述了一種一個(gè)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功率輸送系統(tǒng)。該功率輸送 系統(tǒng)以電源、負(fù)載或以上兩者經(jīng)由單向或雙向數(shù)字總線測(cè)量電壓、電流、功率和溫度并共享 這些測(cè)量值的能力為特征。在一個(gè)實(shí)施例中，這些測(cè)量值可以通過(guò)感測(cè)并采樣模擬信號(hào)、將 該信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式、并將該信號(hào)編碼成用于通過(guò)總線傳輸?shù)倪m當(dāng)格式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
這些測(cè)量值還可以通過(guò)監(jiān)視已存在于電源中的數(shù)字控制信號(hào)，例如調(diào)制器的輸出(PWM、PFM等)來(lái)間接實(shí)現(xiàn)。這些控制信號(hào)包括關(guān)于電源的占空比和開(kāi)關(guān)頻率的信息，并且 允許對(duì)輸出電流、電壓和功率進(jìn)行間接測(cè)量。此外，已存在于負(fù)載中的現(xiàn)有控制信號(hào)(例 如，處理器的時(shí)鐘頻率或I/O頻率)可用于間接測(cè)量負(fù)載處的功耗。這些關(guān)于電源的輸出 功率或負(fù)載的輸入功率的共享信息能夠被電源、負(fù)載或以上兩者用來(lái)管理并優(yōu)化DC和瞬 時(shí)負(fù)載調(diào)節(jié)、功率轉(zhuǎn)換效率、電池壽命或系統(tǒng)性能的其他方面。在本發(fā)明以下詳細(xì)描述中，會(huì)闡明多個(gè)具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的全面理解。然 而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，無(wú)需這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐本發(fā)明。在其他情況 下，以框圖形式而非詳細(xì)地示出了公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以避免淡化本發(fā)明的主題。在說(shuō)明書中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”的參考指的是結(jié)合該實(shí)施例描述的特 定特征、結(jié)構(gòu)或性能包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”在說(shuō)明書 各處的出現(xiàn)無(wú)需全部指代同一實(shí)施例。圖1是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的框圖。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包括耦合至總線 105的中央處理單元(CPU) 102。在一個(gè)實(shí)施例中，CPU 102是可以從加利福尼亞州圣克 拉拉市的Intel公司購(gòu)買的Pentium 處理器系列的處理器，包括Pentium II處理器系列、 Pentium III處理器和Pentium IV處理器。另外也可使用其它的CPU。芯片組107也耦合至總線105。芯片組107包括存儲(chǔ)器控制集線器(MCH) 110。MCH 110可以包括耦合至主系統(tǒng)存儲(chǔ)器115的存儲(chǔ)器控制器112。主系統(tǒng)存儲(chǔ)器115存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 以及可由CPU 102或包括在系統(tǒng)100內(nèi)的任何其他設(shè)備執(zhí)行指令序列。在一個(gè)實(shí)施例中， 主系統(tǒng)存儲(chǔ)器115包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)；然而也可使用其他類型的存儲(chǔ)器來(lái)實(shí) 現(xiàn)主系統(tǒng)存儲(chǔ)器115。諸如多個(gè)CPU和/或多個(gè)系統(tǒng)存儲(chǔ)器等附加設(shè)備也可以耦合至總線 105。芯片組107還包括經(jīng)由集線器接口與MCH 110耦合的輸入/輸出控制集線器 (ICH)140o ICH 140提供了與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100內(nèi)的輸入/輸出(I/O)設(shè)備的接口。ICH 140 可以耦合至遵循由俄勒岡州波特蘭市的PCI Special Interest Group (PCI特殊利益集團(tuán)) 研發(fā)的規(guī)范版本2. 1的外圍部件互連總線。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包括耦合至CPU 102的電源165和調(diào)壓器模塊(VRM) 160。 VRM 160為CPU 102提供經(jīng)調(diào)節(jié)的電源電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，電源165、VRM 160和CPU 102是分開(kāi)的分立部件，例如集成電路或印刷電路板。然而在其他實(shí)施例中，這些部件可通 過(guò)封裝、接合或制造而集成在同一 IC上。注意，在其它實(shí)施例中，電源162可以直接耦合至 CPU 102而無(wú)需VRM 162的實(shí)現(xiàn)。如上所述，CPU的功耗正變得過(guò)高。當(dāng)前已存在試圖增加功耗效率的各種機(jī)制。例 如，圖2是將電壓輸送給負(fù)載的傳統(tǒng)電源或VRM的框圖。在此示例中，電源執(zhí)行輸出電壓的 調(diào)節(jié)。當(dāng)電壓位于指定極限內(nèi)時(shí)，電壓斷言一個(gè)“功率良好”信號(hào)以通知負(fù)載該負(fù)載可以安 全工作。這樣，功率良好信號(hào)就指示來(lái)自電源的輸出電壓是穩(wěn)定的。圖3是將電壓輸送給負(fù)載的另一個(gè)傳統(tǒng)電源的框圖。在該系統(tǒng)中，負(fù)載通過(guò)經(jīng)并 行數(shù)字總線發(fā)送一 K比特二進(jìn)制碼來(lái)向電源通知期望的輸出電壓。該總線通常被稱為VID 總線。電源隨后就輸出與該數(shù)字碼相對(duì)應(yīng)的電壓。圖4是將又一個(gè)傳統(tǒng)功率輸送系統(tǒng)的框圖。在該系統(tǒng)中，電源使用附加的線來(lái)感測(cè)負(fù)載點(diǎn)處的輸出電壓。電源將電壓輸出到連接至負(fù)載的功率線上。當(dāng)負(fù)載電流改變時(shí)，負(fù) 載點(diǎn)處的實(shí)際電壓因?yàn)樨?fù)載電流在功率線上引發(fā)的壓降，所以可以與電源輸出端處的電壓 不同。由于感測(cè)線并不被電流施加很大的負(fù)載，因此電源能夠精確確定并調(diào)節(jié)負(fù)載點(diǎn)處而 非其輸出端的實(shí)際電壓。感測(cè)線是在負(fù)載點(diǎn)和電源感測(cè)端處直接連接至輸出電壓的導(dǎo)線。圖5是另一個(gè)傳統(tǒng)功率輸送系統(tǒng)的框圖。在此系統(tǒng)中，電源提供與從輸出電壓端 之一流入負(fù)載的輸出電流成正比的模擬信號(hào)(電壓或電流)。在某些情況下，電源出于調(diào)節(jié) 目的可以在內(nèi)部使用這一信號(hào)。然而在噪聲環(huán)境下難以將模擬信號(hào)從電源路由至負(fù)載。以上所有這些當(dāng)前可用的功率輸送系統(tǒng)都無(wú)法有效地管理功耗，因?yàn)檫@些設(shè)備 (例如，電源、VRM或負(fù)載)都無(wú)法確定其他設(shè)備如何工作。結(jié)果就不能進(jìn)行實(shí)際的功率管 理。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以在VRM 160和CPU 102負(fù)載之間交換功耗測(cè)量值。通過(guò)互換測(cè) 量值，負(fù)載功耗可以被有效地管理。圖6是經(jīng)由數(shù)字總線610耦合至CPU 102的VRM 160的一個(gè)實(shí)施例的框圖。在此 實(shí)施例中，CPU 102在總線610上廣播功耗測(cè)量值。例如，CPU 102測(cè)量負(fù)載點(diǎn)處的電壓，將 測(cè)得的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并將該信號(hào)發(fā)送至VRM 160。在一個(gè)實(shí)施例中，總線610是并行 遙測(cè)總線。然而在其它實(shí)施例中，總線610可以被實(shí)現(xiàn)為串行總線。圖7是經(jīng)由數(shù)字總線610耦合至CPU 102的VRM 160的另一個(gè)實(shí)施例的框圖。在 此實(shí)施例中，功耗測(cè)量值由VRM 160經(jīng)總線610廣播并在CPU 102處被接收。例如，VRM 160 測(cè)量輸出電壓和輸出電流或功率，并將該信息發(fā)送給CPU 102。圖8是經(jīng)由數(shù)字總線610耦合至CPU 102的VRM 160的又一個(gè)實(shí)施例的框圖。在 此實(shí)施例中，功耗測(cè)量值的雙向交換發(fā)生在VRM 160和CPU 102之間。功耗測(cè)量值可以包 括VRM 160的經(jīng)數(shù)字編碼的輸入和輸出電壓、電流、功率和溫度。此外，這些測(cè)量值還可以 包括CPU 102的輸入電壓、電流、功率和溫度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，信息可以被二進(jìn)制編碼并 且可以被離散值化。這樣，信號(hào)的幅度也可以是被離散值化。例如，可以使用兩個(gè)不同的電 壓來(lái)代表邏輯0和1。圖9是設(shè)備900的一個(gè)實(shí)施例的框圖。設(shè)備900可以被實(shí)現(xiàn)為VRM 160或CPU 102。在電源165被直接耦合至CPU 102的實(shí)施例中，設(shè)備900還可以在電源165處實(shí)現(xiàn)。 設(shè)備900包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器910、編碼器920和接口 930。在此實(shí)施例中，功耗測(cè)量值可以從由A/D轉(zhuǎn)換器910數(shù)字化、由編碼器920編碼并 由接口 930格式化的模擬信號(hào)中導(dǎo)出，從而能夠經(jīng)由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線610傳輸該信號(hào)。在另 一個(gè)實(shí)施例中，A/D轉(zhuǎn)換器910以并行或串行的格式輸出數(shù)字字(例如，二進(jìn)制字)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)其他設(shè)備來(lái)代替A/D轉(zhuǎn)換器910。例如，可以使用電 壓_頻率、電流_頻率、電壓_時(shí)間或電流_時(shí)間轉(zhuǎn)換器來(lái)代替A/D轉(zhuǎn)換器910。圖10是帶有模擬控制的設(shè)備1000的一個(gè)實(shí)施例的框圖。設(shè)備100可以被實(shí)現(xiàn) 為VRM 160，或者在電源165直接耦合至CPU 102的實(shí)施例中可以被實(shí)現(xiàn)為電源165。設(shè)備 1000包括補(bǔ)償器1010、調(diào)制器1020、接口 1030和功率級(jí)1040。在圖10所示的實(shí)施例 中，設(shè)備1000是開(kāi)關(guān)電源。在開(kāi)關(guān)電源中，對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備施加 的控制信號(hào)原本就是數(shù)字的(例如，開(kāi)關(guān)可以被接通或斷開(kāi))。調(diào)制器1020生成控制信號(hào)。 在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制器1020是脈寬調(diào)制器(PWM)。然而在其它實(shí)施例中，調(diào)制器1020可 以是脈沖_頻率調(diào)制器(PFM)、接通時(shí)間恒定或斷開(kāi)時(shí)間恒定的調(diào)制器等等。
調(diào)制器1020基于從感知各點(diǎn)處電壓和電流的補(bǔ)償器1010接收的誤差信號(hào)來(lái)確定 控制信號(hào)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，由調(diào)制器1020輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)由數(shù)字總線610傳輸。在基 于各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(例如，回描、抵償、增強(qiáng)等)的開(kāi)關(guān)電源中，來(lái)自調(diào)制器1020的數(shù)字信號(hào) 包括關(guān)于輸出功率的信息。與前述設(shè)備900相比，設(shè)備1000不實(shí)現(xiàn)明確的A/D轉(zhuǎn)換器。圖11是帶有模擬控制的設(shè)備1100的一個(gè)實(shí)施例的框圖。設(shè)備1100可以被實(shí)現(xiàn) 為VRM 160，或者在電源165直接耦合至CPU 102的實(shí)施例中可以被實(shí)現(xiàn)為電源165。設(shè)備 1100包括A/D轉(zhuǎn)換器1105、補(bǔ)償器1110、調(diào)制器1120、接口 1130和功率級(jí)1140。在此實(shí) 施例中，補(bǔ)償器1110和調(diào)制器1120是數(shù)字的，因此，出于功率測(cè)量的目的，A/D轉(zhuǎn)換器1105 之后的任何信號(hào)都在數(shù)字總線上傳輸。
圖12是CPU 102的一個(gè)實(shí)施例的框圖。CPU 102包括時(shí)鐘發(fā)生器1210、I/O接口 1220、ALU 1225和接口 1230。這些數(shù)字塊從由VRM 160或電源165提供的電壓中獲得電流。 在CMOS工藝和其他技術(shù)中，功耗與開(kāi)關(guān)工作或CPU 102負(fù)載的即時(shí)狀態(tài)強(qiáng)烈相關(guān)。因此， 從例如時(shí)鐘頻率、I/O轉(zhuǎn)移活動(dòng)、ALU 1225活動(dòng)、處于特定狀態(tài)的I/O比特?cái)?shù)等中導(dǎo)出的數(shù) 字信號(hào)提供允許粗略或精確估計(jì)負(fù)載功耗的信息。出于電流或功率估計(jì)的目的，可以在數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)總線610上廣播這些信號(hào)。盡管本發(fā)明的許多變化和修改對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言在閱讀了以上描述之 后無(wú)疑是顯而易見(jiàn)的，但是應(yīng)該理解，以示例方式示出并描述的任何具體實(shí)施例決無(wú)限制 的意思。因此，對(duì)各個(gè)實(shí)施例細(xì)節(jié)的參考不意味著對(duì)權(quán)利要求書范圍的限制，而權(quán)利要求書 中本身僅陳述了被認(rèn)為是本發(fā)明實(shí)質(zhì)的那些技術(shù)特征。
權(quán)利要求
一種用于向負(fù)載提供功率的系統(tǒng)，包括電源，耦合至所述負(fù)載，用于向負(fù)載提供一個(gè)或多個(gè)電壓；以及數(shù)字總線，耦合在所述電源和所述負(fù)載之間，用于在所述電源和所述負(fù)載之間交換電壓控制信息以調(diào)節(jié)負(fù)載的功耗。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載將測(cè)得的負(fù)載電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)并經(jīng)由所述數(shù)字總線將所述信號(hào)發(fā)送至所述電源，所述電源基于該數(shù)字信號(hào)調(diào)節(jié)電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電源測(cè)量和所述負(fù)載所消耗的功率對(duì) 應(yīng)的值，并將所述值經(jīng)由所述數(shù)字總線發(fā)送給所述負(fù)載。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字總線將功率測(cè)量值從所述負(fù)載發(fā) 送到所述電源，并將功率測(cè)量值從所述電源到所述負(fù)載。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電源至少部分地基于從所述負(fù)載發(fā)送 到所述電源的功率測(cè)量值和從所述電源到所述負(fù)載的功率測(cè)量值，最小化給負(fù)載的電壓以 降低負(fù)載的功耗。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，從所述負(fù)載發(fā)來(lái)的所述功耗測(cè)量值是從由 以下各項(xiàng)組成的組中選出的輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出電流、輸入功率、輸出功 率和溫度。
7.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，從所述電源發(fā)來(lái)的所述功耗測(cè)量值是從由 以下各項(xiàng)組成的組中選出的輸出電壓、電流、功率和溫度。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電源包括 數(shù)字化模擬信號(hào)的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器；耦合至所述A/D轉(zhuǎn)換器的編碼器，用于編碼所述數(shù)字化的信號(hào)；以及 耦合至所述編碼器和所述數(shù)字總線的接口，以與所述數(shù)字總線接口。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載包括 數(shù)字化模擬信號(hào)的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器；耦合至所述A/D轉(zhuǎn)換器的編碼器，用于編碼所述數(shù)字化的信號(hào)；以及 耦合至所述編碼器和所述數(shù)字總線的接口，以與所述數(shù)字總線接口。
10.一種用于從電源向負(fù)載供電的方法，包括 把一個(gè)或多個(gè)電壓從電源輸送至負(fù)載；通過(guò)經(jīng)由數(shù)字總線在電源和負(fù)載之間交換電壓控制信息以調(diào)節(jié)負(fù)載的功耗。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括 將所述值從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；以及 編碼所述數(shù)字信號(hào)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括所述電源在將所述功耗測(cè)量值從 所述電源發(fā)送給所述負(fù)載之前測(cè)量對(duì)應(yīng)于所述負(fù)載消耗的功率大小的值。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括在所述電源處經(jīng)由數(shù)字總線從負(fù)載接收功耗測(cè)量值；以及 經(jīng)數(shù)字總線將功耗測(cè)量值從電源發(fā)送到負(fù)載。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括至少部分地基于從所述負(fù)載發(fā)送 到所述電源的功率測(cè)量值和從所述電源到所述負(fù)載的功率測(cè)量值，最小化給負(fù)載的電壓以降低負(fù)載的功耗。
15.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括 電源；耦合至所述電源調(diào)壓器模塊(VRM)；耦合至所述VRM的中央處理單元(CPU)，用于從VRM接收一個(gè)或多個(gè)電壓；以及 耦合在所述VRM和所述CPU之間的數(shù)字總線，用于在VRM和CPU之間交換電壓控制信 息以降低CPU的功耗。
16.如權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述VRM測(cè)量與所述CPU消耗的功 率對(duì)應(yīng)的值并將所述值經(jīng)由所述數(shù)字總線發(fā)送給所述CPU。
17.如權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字總線還將功耗測(cè)量值從 CPU發(fā)送給VRM，并將功耗測(cè)量值從VRM發(fā)送給CPU。
18.如權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述VRM至少部分地基于從所述 CPU發(fā)送到所述VRM的功率測(cè)量值和從所述VRM到所述CPU的功率測(cè)量值，以最小化給CPU 的電壓以降低CPU的功耗。
19.如權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字總線是串行總線。
20.如權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字總線是并行總線。
全文摘要
公開(kāi)了一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括負(fù)載、耦合至該負(fù)載的調(diào)壓器、電源、耦合至該電源以從該電源接收一個(gè)或多個(gè)電壓的負(fù)載、以及耦合在電源和負(fù)載之間的數(shù)字總線。該數(shù)字總線將功耗測(cè)量值從負(fù)載發(fā)送至電源并將功耗測(cè)量值從電源發(fā)送至負(fù)載。
文檔編號(hào)G06F1/28GK101866206SQ20101016935
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月19日
發(fā)明者G·德梅爾, G·施羅姆, P·哈祖查, S·伯卡爾, T·卡爾尼克 申請(qǐng)人:英特爾公司