专利名称：处理器控制电压的系统中提供决定开启电压的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种在具有可编程电源供应电压的系统中用于设定初始电源供应电压的方法。
背景技术：
近年来将动态调整电源供应电压及计算机系统处理器的时钟频率以减少功率消耗及调节处理器核心的散热视为理想。在计算机系统处理器可以决定适当的设定之前，若非该处理器必须先接收到电源及时钟的事实，该计算机系统处理器本身对于控制这些调整似乎会是理想的机制。
一直到处理器具备有最低限度的电源提升电压，该处理器才能够驱动电压识别输出端以控制本身的操作电压。因此，系统硬件必须确保该处理器具备所需的电源提升电压及使直流—直流转换器免于响应该处理器的电压识别输出端，直到该处理器驱动该电压识别输出端以选择起动电压。为了避免损坏处理器，必须确保当该系统电源开启时，来自处理器的不明确的信号并不会造成电源供应电压值超过该处理器的最大操作额定值。
发明内容
为解决上述的问题以一种于具有处理器控制的电压值的系统中提供决定电源开启电压的方法及装置。在一实施例中，该系统包含直流—直流电源转换器、处理器及选择电路。该直流—直流转换器接收来自该选择电路的电压设定信号并且提供具有由该电压设定信号所指示的电压的可调整的电源输出信号，该处理器通过该可调整的电源输出信号所驱动，当以电源驱动处理器时，该处理器提供可编程电压设定信号，选择电路接收该可编程电压设定信号、硬连线(hardwired)电压设定信号及选择信号，并且当该选择信号是处于预定的状态时，该选择电路提供来自于处理器的可编程电压设定信号给直流—直流转换器。最好，当该选择信号是处在互补于第一预定状态的第二预定状态时，该电路提供硬连线电压设定信号给直流—直流转换器。该选择信号的第一及第二预定状态最好个别地不产生(de-assertion)及产生(assertion)。选择信号可以通过结合模式控制信号及电源稳定信号(power goodsignal)的逻辑门来决定，并且只有产生该电源稳定信号及不产生该模式控制信号时，促使该选择信号选择来自处理器的电压设定信号。此方法有利于让该处理器控制本身的操作电压值，意即一种对于笔记型个人计算机内的电源及热处理极为有用的技术。
将以下列较佳实施例的详细说明配合下列附图进一步了解本发明，其中图1为具有硬连线电压设定的系统的功能性方块图；图2为具有处理器控制的电压设定的系统的功能性方块图；以及图3为显示决定电源开启方法的操作的时序图。
而本发明可作不同的修正及替代形式，关于具体实施例通过附图中的范例方式显示并且将于此详细描述，然而，应清楚的是实施例的该附图及详细说明并非用以限定本发明于该公开的特定形式，而相反地，于本发明所包含的精神及范畴内所有的修正、等效及替换均附于权利要求所界定。
整个公开内所用到的用语特此定义，用语“信号”意指经由电脉冲或电磁波在一条或一条以上的导线或其它适合的传输媒介上所传递的值。因此该文字“信号”可以用于意指通过传送在平行交叉的多数导体内所代表的位值的二进制值，该信号亦可用于意指通过在单一线上依比例而定的电压所传递的模拟值。能清楚有很多的方式可传递组件间的值，并且在权利要求内的该单一用语“信号”的使用并非限定该权利要求的范畴。用语“产生”及“不产生”为意指两状态信号的互补条件，该名词并不需要个别限定于数字逻辑的“高”及“低”电压，能了解的是系统设计者可以个别决定数字逻辑状态将代表信号主张及不主张的每一个信号，如此的设计考量并非限定本发明的范畴。
具体实施例方式
接至附图部分，图1显示接收来自可编程电压转换器(DC/DC)的电源供应电压信号(CPUVCC)的处理器，该转换器接收电源(在此例子中为+5V)及电压设定信号(MVID)，并且提供位在由电压设定信号所指示的电压值的可调整的输出电压。因需要以电源节省(省电)模式加上正常操作模式提供给系统，故该电压设定信号具有两种可能的值用于“睡眠”模式的SVID及用于“操作”模式的OVID，多任务器(VID MUX)选择在这两种电压设定间以响应由南桥接器(south bridge)所提供的模式控制信号(CPUSTOP#)。在此实施例中，该OVID及SVID为硬连线的，意即由电组、保险丝、跨接线或某些其它稳定的机械工具所固定。
需注意的是计算机系统通常含有具备所谓“桥接器”(bridges)的多重总线，而该桥接器让组件在不同的总线间通讯。亦需要注意的是计算机系统通常具有执行管理功能的支持电路，诸如中断管理(中断控制器)、时钟/日期/定时器功能(时钟)、配置管理、电源供应控制及电源开启信号编排，此种支持电路通常已放置在由PCI总线至接口设备及较低频宽总线的桥接器内，意即“南桥接器”。
因此，该领域技术人员将可看出南桥接器可以配置以监视计算机系统的活动层级，并且若判断出该计算机系统已经不活动持续一段预定的时间的长度时，使该计算机系统处于“睡眠”模式。图1的实施例里，模式控制信号的产生造成电源供应电压降至硬连线睡眠设定。在具有先进电源管理(Advanced Power Management，APM)的系统中，若南桥接器后来侦测到活动，(例如键入或指针装置的移动)，该南桥接器可不产生该模式控制信号以提升电源供应电压至硬连线的“操作”设定。在具有ACPI的系统中，操作系统决定何时使该系统处于睡眠状态，并且呼叫装置驱动器使该装置处于低电源状态以及接着操纵南桥接器内的缓存器以初始化硬件编排进入该睡眠状态。
一项可编程电压转换器的范例为MAXIM MAX1711高速、数字可调式降压(Step-Down)控制器或该控制器的同等物。该MAX1711可以在小于100微秒的选择电压间转移，该MAX1711由其D4到D0输入端运用以决定如下列的输出的电压值
D4D0输出电压D4D0输出电压00000 2.0010000 1.27500001 1.9510001 1.25000010 1.9010010 1.22500011 1.8510011 1.20000100 1.8010100 1.17500101 1.7510101 1.15000110 1.7010110 1.12500111 1.6510111 1.10001000 1.6011000 1.07501001 1.5511001 1.05001010 1.5011010 1.02501011 1.4511011 1.00001100 1.4011100 0.97501101 1.3511101 0.95001110 1.3011110 0.92501111 关机11111 关机见MAXIM资料表以获得更多关机(Shutdown)的信息。
最好提供电压识别(voltage identification，VID)输出信号给处理器，例如即将来临而由美商超微(AMD)所开发的K6-III版本及Athlon处理器，该电压识别输出信号将驱动至供给该处理器操作电压的直流—直流转换器，除了可调式核心频率外，这些技术将考虑到在任何热的环境下最大的笔记型个人计算机效能，并且亦将使使用者能够决定在效能与电池寿命之间的权衡。
该处理器最好将具有含有电流电压设定的缓存器。当该处理器重置时，该电压设定初始化至某一“安全”电压，例如1.5V，并且在重置信号产生期间，该设定信号驱动至该处理器的输出端，当电压设定信号如预期操作时，该电压设定信号通过写入至此缓存器而改变。
当系统将为第一次开启时，该处理器将不会激活，并且因此将不能够驱动该处理器的VID输出，直到该处理器的电压在操作电压值上变成稳定的且该处理器的时钟顺利进行时。而且，当电源施加于处理器时，并不能保证驱动处理器的VID输出至本身的状态，直到该电压在该处理器特定的限制内，重置产生，并且处理器的时钟是运作及稳定的。此外，某些处理器在该处理器驱动本身的激活VID之前需产生电源稳定信号给处理器，然而因为处理器的输出是用于指定该直流—直流转换器什么电压值应该驱动至该处理器，当该系统第一次电源开启时，无法知道什么电压将驱动至该处理器，可能性存在于该直流—直流转换器可能驱动如此低的电压以致不足以操作该处理器驱动本身的VID输出以选择该预期的电源提升电压。若此种假设发生时，该系统将会处于该系统所不应该存在的“闲置”(hung)状态。另一种可能性在于该直流—直流转换器可能驱动高于该处理器的最大允许的电压的电压值，一段期间后，这些假设的任一种可能损坏该CPU。
图2显示用以解决当系统电源开启时可确保一直供给处理器可受其操作的电压的配置。在此实施例中，睡眠电压设定信号SVID仍然为硬连线，但是操作电压设定信号由处理器所提供，选择信号(SELECT_SVID#)提供至多任务器以选择该适当的多任务器输入，逻辑电路用于产生此选择信号。当选择信号产生时，多任务器选择硬连线电压设定信号，然而当选择信号不产生时，该多任务器从处理器选择电压设定信号。
逻辑电路在初始的电压提升顺序期间及当计算机系统执行进入睡眠模式时最好预定产生选择信号。因此，该逻辑电路在模式控制信号(CPUSTOP#)及电源稳定信号(PWRGD)上操作。只有当产生该模式控制信号以指定睡眠模式或当不产生该电源稳定信号时，该逻辑电路才产生该选择信号，否则不会产生该选择信号。
该领域技术人员将熟悉该电源稳定信号，当电源初始施加于计算机系统时，此信号维持在不产生的状态直到在系统内所有的电压轨迹是稳定的位于特定的限制内。在此时，产生电源稳定信号并且维持直到该系统电源降下。不产生图2的PWRGD信号以便SVID[4∶0]驱动该直流—直流转换器直到CPUVCC位在该处理器能够决定地驱动该VID信号的电压值，在该POST例行程序前设定该VID信号以转移处理器核心电压至所需的效能电压值是BIOS或系统软件的事。
就简短的解释而言，需注意图2的直流—直流转换器可接收电源降下(PWRDN#)信号。产生—控制输入PWRDN#时造成该直流—直流转换器关闭本身的输出，并且进入低电源状态。
图3为在例示性的计算机系统开启后通过显示信号转移的顺序来说明该决定的电源开启电路的操作。当使用者压下电源开关时，产生该电源开启(PWRON#)信号，而不会产生该电源降下(PWRDN#)信号，系统的电源轨迹位于特定的限定值之后，产生该电源稳定(PWRGD)信号。
由于睡眠电压设定(SVID)信号为硬连线，该睡眠电压设定信号总是固定在该信号的默认值。相反地，该操作电压设定(VID)信号并不驱动该信号的编程值直到该处理器已经激活，最好，这些信号在该系统电源稳定信号的产生前达到该信号的编程值。然而，当该电源稳定信号产生时，该VID信号可以驱动以选择该操作电压。该选择信号(SELECT_SVID#)最好只在该电源稳定信号产生后不会产生，造成多重的电压设定(MVID)信号等于该睡眠电压设定信号直到该电源稳定信号产生，选择信号的不产生接着造成该多重的电压设定信号等于由处理器所提供的操作电压设定信号。最好，来自由SVID所选择的电源提升电压至来自由CPU VID输出端所选择的操作电压所允许的转移时间为100微秒。
因此，处理器电压(CPUVCC)信号为决定性地受到控制。在电源稳定信号产生之前，该处理器在睡眠电压设定下激活，此电压可充分让该处理器驱动编程的操作电设定信号，在该电源稳定信号产生后，该处理器在本身的编程操作电压设定下激活。时钟信号在电源稳定信号产生之前进行运作，以便当该CPU_PWROK信号(可以为系统电源稳定信号)产生时，该处理器可以传送重置信号并且驱动该激活VID，在该电源稳定信号产生后，在大约1.8微秒时，该处理器重置信号不会产生，以让处理器取回自本身重置向量的地址的程序代码。
将激活电压及频率设定改变可通过后来的系统软件来达成，在范例系统中，下列步骤将采取以执行电压设定的改变。
1)执行软件驱动程序以转移该CPU电压及频率。
2)对于K6系统，该SMM处理器设定定义在北桥接器内的仲裁禁能(ARB_DIS)位(arbitration disable bit)的先进架构电源接口(Advanced Configuration and Power Interface；ACPI)以避免当转移发生时，系统总线制器让出该总线并且存取系统内存，对于KK6而言此步骤是必需的，因为当本身的核心电压及/或频率受到转移时，该处理器不能够响应于快取监测(cache snoops)。
3)该SMM处理器在初始化该转移之前确认所有系统总线活动已经终止，此步骤是需要的，因为当该ARB_DIS位产生时，可能有总线控制器循环进行，并且此转移将必须在该系统总线控制器让出该系统总线的控制前完成，该SMM处理器通过读取在南桥接器内的缓存器可以限定没有系统总线控制器具有该系统总线的控制。此读取直到任何具有控制的系统总线控制器让出该系统总线的所有权时才能完成。
4)该SMM处理器写入至处理器的缓存器内以详述该处理器应该在当时及之后操作写入缓存器的新的电压及频率以初始化该转移至该新的电压及频率。
5)该SMM处理器清除在北桥接器内的该ARB_DIS位以让系统总线主控者存取系统内存。
6)该SMM处理器执行重新开始(resume，RSM)指令以使处理器回到正常的操作。需要注意的是SMM仅适用于K6。对于K7，该ARB_DIS位并非用于电压及频率转移，而SMM模式亦非用于该转移。
一旦完全了解上述的公开之后，各种变化及修正对于该领域技术人员将变得显而易见的。关于范例而言，需注意的是并不需要驱动处理器的所有的VID[4∶0]输出至该直流—直流转换器的电压选择输入，未通过该处理器VID输出所驱动的直流—直流转换器的电压选择输入可以用电阻在主机板上搭接高或低电位。
再者，并非一定要使用多任务器，只要其它逻辑可以达到相同的功能性即可。甚至在某些时候，直流—直流转换器将可能结合该多任务器的功能，因此分开的逻辑电路将是不需要的。
此外，使用直流—直流转换器时与其依赖数字查找表不如依赖反馈电压(feedback voltage)，该电压设定输入可以作用于改变分压器网络的阻抗值以变化该反馈电压并且藉以设定所需的输出电压。下列权利要求将用来说明其所含括所有此类的变化及修饰。
权利要求
1.一种计算机系统，该计算机系统包括直流—直流转换器(10)，配置为接收一个或一个以上的电压设定信号及配置为提供由该电压设定信号所指定的可调式输出电压；处理器(12)，通过该直流—直流转换器的可调式输出电压供给电源，其中该处理器提供一个或一个以上的电压识别信号；以及选择电路(14)，配置为接收该电压识别信号及选择信号，其中当该选择信号是处于预定条件时，该选择电路配置为提供该电压识别信号给该直流—直流转换器。
2.如权利要求1所述的计算机系统，其中，该选择电路进一步配置为用以接收单一或多个预先调整的电压设定信号，并且其中当该选择信号是处于互补于该第一预定条件的第二预定条件时，该选择电路提供该单一或多个预先调整的电压设定信号给该直流—直流转换器。
3.如权利要求1所述的计算机系统，其中，该预定条件为不产生该选择信号。
4.如权利要求3所述的计算机系统，该计算机系统还包括电源供应器(16)，当该系统为电源开启时，配置为提供电源给该直流—直流转换器，其中该电源供应器进一步配置为提供电源稳定信号，在该系统为电源开启后一预定时间不产生电源稳定信号。
5.一种用于确保可调整的、决定的电压给处理器的方法，其中，该方法包括一电路接收至少一个硬连线电压设定信号；该电路接收至少一个来自该处理器的可调整的电压设定信号；该电路接收决定那一个该硬连线电压设定号及该可调整的电压设定信号将提供给直流—直流转换器的选择信号；该直流—直流转换器提供电压给该处理器，其中该电压值通过来自该电路所接收的该电压设定信号所设定；以及其中当电源是初始供应给该直流—直流转换器时，该电压设定信号是设定在该硬连线电压设定信号上。
6.如权利要求5所述的方法，该方法还包括使用电源稳定信号作为该选择信号以避免当该电源稳定信号不产生时，该电路提供该可调整的电压设定信号。
7.一种系统，该系统包括直流—直流转换器(10)，该直流—直流转换器接收电压选择输入及提供具有由该电压选择输入所指定的可调整的电压输出电压值；电气组件(12)，配置为接收来自该直流—直流转换器的该可调整的电压输出，其中该组件提供电压选择输出；以及选择电路(14)，配置为接收来自该电气组件的电压选择输出及选择信号，其中当该电压选择信号是处于第一状态时，该选择电路驱动该电压选择输入至该直流—直流转换器以选择第一电压值，并且当该选择信号是处于第二状态时，驱动该电压选择输入至该直流—直流转换器以选择由该电气组件所指定的电压值。
8.如权利要求7所述的系统，其中，该选择电路进一步配置为用以接收固定的电压设定信号，并且其中当该选择信号是处于该第一状态时，该选择电路依据该固定的电压设定信号驱动该电压选择输入。
9.如权利要求7所述的系统，其中该第一状态为产生该选择信号。
10.如权利要求9所述的系统，该系统还包括电源供应器(16)，该电源供应器提供各种电压给系统，其中，该系统提供电源稳定信号，当该系统为电源开启时并不会产生该电源稳定信号，直到在系统内的所有的电压轨迹是在特定的操作值内。
全文摘要
本发明提供了一种于具有处理器控制电压值的系统中提供决定电源开启电压的方法及装置。在一实施例中，该系统包含直流－直流转换器、处理器及选择电路；该直流－直流转换器接收来自该选择电路的单一或多个电压设定信号并且提供具有由该电压设定信号所指定的电压的可调整的电源输出信号；该处理器通过该可调整的电源输出信号供给电源，当该处理器电源开启时，该处理器提供单一或多个可编程电压设定信号；该选择电路接收该单一或多个可编程电压设定信号、硬连线的电压设定信号及单一或多个选择信号，并且当该选择信号是处于预定条件时，该选择电路提供来自该处理器的该单一或多个可编程电压设定信号给该直流一直流转换器。最好，当该选择信号是处于互补于该第一预定条件的第二预定条件时，该电路提供该硬连线的电压设定信号给该直流－直流转换器，该选择信号的第一及第二预定条件最好分别不产生及产生，该选择信号可以通过结合模式控制信号与该电源稳定信号的逻辑门来决定，并且只有当产生该电源稳定信号及不产生该模式控制信号时，造成该选择信号选择来自该处理器的该电压设定信号。此方法有益于让该处理器指定本身的操作电压值，是一种极有助于笔记型计算机内的电源及热处理的技术。
文档编号G06F1/26GK1443319SQ01813183
公开日2003年9月17日 申请日期2001年5月9日 优先权日2000年7月24日
发明者F·P·海姆斯 申请人:先进微装置公司