专利名称：中央处理器频率即时调整电路的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种频率调整电路，特别是关于一种根据中央处理器(Central Processing Unit，中央处理器)负载的大小自动改变CPU工作频率的CPU频率即时调整电路。
技术背景CPU与芯片组在执行影像处理或者3D游戏时，往往需要处理大量的资料，传统技术CPU使用额定的时钟频率，负载增大时将造成电脑执行效能的下降，所以为使电脑程序流畅的执行，必须提高CPU的工作频率，即CPU频率调整。
现有技术通常以下列三种方式来达到频率调整的目的(1)改变外频外频是CPU与CPU外部周边电路元件通信的频率，如果改变外频即可改变CPU与外界通信的频率，也即改变总线的速度。
(2)改变倍频内频是CPU的内部工作频率，而内频是外频与倍频的乘积，即外频×倍频＝内频因此改变CPU的倍频，进而内频可随之改变，CPU可达到频率调整的目的。
(3)改变CPU电压CPU的工作电压可分为输入/输出电压(Vio)和核心电压(Vcore)，Vio是CPU与外部周边元件之间相互通信时传送信号的电压，一般为一固定值，例如一接近3.3伏且无法调整电压值的Vio。Vcore则是CPU内部核心进行运算的电压值，即核心电压。增加Vcore电压是CPU频率调整的重要技术之一，就是把Vcore电压从标准电压(STD)升高到增强式电压(VRE)，增加电压后高低电压落差很大，就会造成信号较为清楚，CPU运算时就比较稳定。
现有动态频率调整技术是以感应CPU的温度而不是根据CPU实际负载大小来决定时钟频率是否提升，此方法为间接性的测量，因为CPU周围芯片的温度高低以及主机内风扇的循环气流都会影响到CPU的感应温度，因此在频率调整与否的准确性上需要额外考虑一些环境因素；此外，若CPU上的散热风扇因为故障原因不能正常运转，则会导致CPU感应的温度上升，使CPU错误的进行频率调整动作，使其增加烧毁的危险。
发明内容鉴于以上内容，有必要提供一种中央处理器频率即时调整电路，根据CPU负载的大小自动改变CPU的工作频率。
一种中央处理器频率即时调整电路，其包括依次串联的一电流感应装置、一电压放大装置、一多段开关切换装置及一优先权解码装置，所述电流感应装置用于将中央处理器和芯片组的负载电流信号转换为一电压信号，所述电压放大装置用于将所述电压信号进行放大并产生一放大的电压信号，所述多段开关切换装置根据所述放大的电压信号产生一切换信号，所述优先权解码装置将所述切换信号解码并产生一控制信号，所述控制信号进入时钟产生电路进而调整中央处理器的工作频率。
相较现有技术，所述中央处理器频率即时调整电路根据CPU和芯片组实际负载大小进行工作频率的调整，频率调整准确性高。
图1是本发明较佳实施方式中央处理器频率即时调整电路的系统框图。
图2是本发明较佳实施方式中央处理器频率即时调整电路的部分电路图。
具体实施方式请参考图1，IL信号为CPU与芯片组的负载电流，所述IL信号的大小直接反应了CPU与芯片组负载的大小。本发明较佳实施方式的中央处理器频率即时调整电路100包括依次串联的一电流感应装置10、一电压放大装置20、一多段开关切换装置30及一优先权解码装置40，其中所述电流感应装置10用于将所述IL电流信号转换为一电压信号，所述电压放大装置20用于将所述电压信号进行放大并产生一放大的电压信号，所述放大的电压信号传送入所述多段开关切换装置30，所述多段开关切换装置30根据所述放大的电压信号的幅度产生一切换信号，并将所述切换信号传送入所述优先权解码装置40，所述优先权解码装置40将所述切换信号解码并产生一控制信号，所述控制信号进入时钟产生电路进而调整CPU的工作频率，以此达到多段动态频率调整的目的。
请一并参考图2，在图2显示的中央处理器频率即时调整电路的部分电路中，所述电流感应装置10包括一电感L及一第一电阻RL串联连接的一第一串联电路、一第二电阻RS及一电容C串联连接的一第二串联电路，所述第一串联电路与所述第二串联电路并联连接，CPU与芯片组负载的电流IL流经所述第一串联电路，假设所述第一串联电路两端电压为VL，则根据S域(S-domain)分析可得VL＝IL(sL+RL) (1)假设所述第二串联电路中电容C两端电压为Vsense，则根据电压分压公式可得Vsense=VL1sC1sC+RS=VL11+sRSC---(2)]]>根据公式(1)、(2)可得Vsense=sL+RL1+sRSCIL=1+sLRL1+sRSCRLIL---(3)]]>如果所述电流感应装置10满足下列等式LRL=RSC---(4)]]>则公式(3)变为Vsense＝RLIL(5)由此可知，若所述电感L与所述第一电阻RL的比值等于所述第二电阻RS与所述电容C的乘积，所述电容C两端的电压Vsense即为所述第一电阻RL两端的电压，即Vsense的电压值与CPU与芯片组负载电流IL成正比，Vsense即为所述电流感应装置转换的电压信号。
所述电压放大装置20包括一第三电阻R1、一第四电阻R2、一第五电阻R3、一第六电阻R4及一运算放大器，所述电容C的一端通过所述第五电阻R3接入所述运算放大器的同向输入端，所述运算放大器的同向输入端通过所述第六电阻R4接地，所述电容C的另一端通过所述第三电阻R1接入所述运算放大器的反向输入端，所述运算放大器的反向输入端通过所述第四电阻R2接入所述运算放大器的输出端，假设所述运算放大器的输出端的电压为Vout，在满足R1＝R3，R2＝R4 (6)时，有Vout＝Vsense(R2/R1) (7)
即所述电压放大装置20将所述电流感应装置转换的电压信号Vsense进行放大产生所述放大的电压信号Vout。
所述多段开关切换装置30包括一输入电压Vcc及若干等级(从第一级至第n级，其中n＞＝1)的开关电路，所述第一级开关电路包括一第一NMOS管(N沟道绝缘栅型场效应管)M1及一第一级电阻31，所述运算放大器的输出端与所述第一NMOS管M1的栅极连接，即所述放大的电压信号Vout接入所述第一NMOS管M1的栅极，所述第一NMOS管M1的漏极接入所述输入电压Vcc，所述第一NMOS管M1的源极通过所述第一级电阻31接地，所述第二级开关电路包括一第二NMOS管M2、一第二级电阻32及一第一二极管D1，所述第一NMOS管M1的栅极与所述第一二极管D1的阳极连接，所述第一二极管D1的阴极接入所述第二NMOS管M2的栅极，所述第二NMOS管的漏极接入所述输入电压Vcc，所述第二NMOS管的源极通过所述第二级电阻32接地，依此类推，所述第n级开关电路包括一第n个NMOS管、一第n级电阻3n及一第(n-1)二极管Dn-1，所述第(n-1)二极管Dn-1的阴极接入所述第n个NMOS管Mn的栅极，所述第n个NMOS管Mn的漏极接入所述输入电压Vcc，所述第n个NMOS管Mn的源极通过所述第n级电阻3n接地。假设所述第n个NMOS管的临界电压为Vt，所述第n个NMOS管栅源极电压为VGS，所述第n个NMOS管栅漏极电压为VGD，所述第(n-1)二极管Dn-1的导通电压为VD，若所述第n个NMOS管作开关导通时必须满足VGS＞＝Vt VGD＞＝Vt (8)根据前述本发明较佳实施方式电路特点可知，所述第n个NMOS管的栅极电压VG＝[Vout-(n-1)VD]，所述第n个NMOS管的源极电压Vs＝0，所述第n个NMOS管的漏极电压VD等于所述输入电压Vcc，即VD＝Vcc。
根据不等式(8)可得[Vout-(n-1)VD]-Vcc＞＝Vt (9)根据不等式(9)推导可得Vout＞＝(n-1)VD+Vcc+Vt (10)即若要所述第n个NMOS管导通所述运算放大器输出端的电压Vout必须满足不等式(10)，亦即满足此条件时所述运算放大器输出端的电压Vout可使所述第n个NMOS管导通，此时所述第n个NMOS管的漏极为高电平，用数值“1”表示，不导通时所述第n个NMOS管的漏极为低电平，用数值“0”表示，所述第一NMOS管至所述第n个NMOS管的漏极的电压信号即为所述运算放大器输出端的电压Vout的切换信号，所述切换信号反应了所述运算放大器输出端的电压Vout的大小，亦即反应了CPU和芯片组负载的大小。
所述切换信号传送入所述优先权解码装置40进行解码并产生一控制信号，所述控制信号为一根据所述切换信号进行数据编码后的数字信号，所述控制信号进入时钟产生电路并控制时钟产生电路产生相应的工作频率。
下面以n＝7为例进行所述优先权解码装置40的解码变换说明，即所述多段开关切换装置30包括7个等级的开关电路，假设第一开关电路的NMOS管的源极电压信号为A1，第二开关电路的NMOS管的源极电压信号为A2，依此类推第7开关电路的NMOS管的源极电压信号为A7，则所述切换信号就为(A7 A6A5 A4 A3 A2 A1)，假设所述控制信号为(B3 B2 B1)，则有下表
所述切换信号中“1”表示所述开关电路的NMOS管导通，“0”表示所述开关电路的NMOS管不导通，“1”越多代表导通的开关电路越多，即所述运算放大器输出端的电压越大，亦即CPU和芯片组负载越大，相应的控制信号控制时钟产生电路产生越大的工作频率。
在本发明较佳实施方式中央处理器频率即时调整电路工作时，若CPU和芯片组负载增大，即电流IL增大，所述电流感应装置10感应的电压Vsense增大，则所述电压放大装置20将所述电压Vsense进一步放大后送入所述多段开关切换装置30，所述多段开关切换装置30导通的开关电路越多，所述切换信号经过所述优先权解码装置40解码产生所述控制信号控制时钟产生电路产生的工作频率会越大，当CPU和芯片组负载减小时，所述中央处理器频率即时调整电路根据负载大小控制时钟产生电路产生较小的工作频率。
权利要求
1.一种中央处理器频率即时调整电路，其特征在于所述中央处理器频率即时调整电路包括依次串联的一电流感应装置、一电压放大装置、一多段开关切换装置及一优先权解码装置，所述电流感应装置用于将中央处理器和芯片组的负载电流信号转换为一电压信号，所述电压放大装置用于将所述电压信号进行放大并产生一放大的电压信号，所述多段开关切换装置根据所述放大的电压信号产生一切换信号，所述优先权解码装置将所述切换信号解码并产生一控制信号，所述控制信号进入时钟产生电路进而调整中央处理器的工作频率。
2.如权利要求1所述的中央处理器频率即时调整电路，其特征在于所述电流感应装置包括一电感及一第一电阻串联连接的第一串联电路、一第二电阻及一电容串联连接的第二串联电路，中央处理器和芯片组的负载电流流经所述第一串联电路，所述第一串联电路与所述第二串联电路并联连接，所述中央处理器和芯片组的负载电流流经所述第一串联电路。
3.如权利要求2所述的中央处理器频率即时调整电路，其特征在于所述电感与所述第一电阻的比值等于所述第二电阻与所述电容的乘积。
4.如权利要求2所述的中央处理器频率即时调整电路，其特征在于所述电压放大装置包括一第三电阻、一第四电阻、一第五电阻、一第六电阻及一运算放大器，所述电容的一端通过所述第五电阻接入所述运算放大器的同向输入端，所述运算放大器的同向输入端通过所述第六电阻接地，所述电容的另一端通过所述第三电阻接入所述运算放大器的反向输入端，所述运算放大器的反向输入端通过所述第四电阻接入所述运算放大器的输出端。
5.如权利要求4所述的中央处理器频率即时调整电路，其特征在于所述第三电阻与所述第五电阻的阻值相等，所述第四电阻与所述第六电阻的阻值相等。
6.如权利要求4所述的中央处理器频率即时调整电路，其特征在于所述多段开关切换装置包括一输入电压及从第一级至第n级的开关电路，其中n＞＝1。
7.如权利要求6所述的中央处理器频率即时调整电路，其特征在于所述第一级开关电路包括一第一N沟道绝缘栅型场效应管及一第一级电阻，所述运算放大器的输出端与所述第一N沟道绝缘栅型场效应管的栅极连接，所述第一N沟道绝缘栅型场效应管的漏极接入所述输入电压，所述第一N沟道绝缘栅型场效应管的源极通过第一级电阻接地，所述第n级开关电路包括一第n个N沟道绝缘栅型场效应管、一第n级电阻及一第(n-1)二极管，所述第(n-1)二极管的阴极接入所述第n个N沟道绝缘栅型场效应管的栅极，所述第n个N沟道绝缘栅型场效应管的漏极接入所述输入电压，所述第n个N沟道绝缘栅型场效应管的源极通过所述第n级电阻接地。
全文摘要
一种中央处理器频率即时调整电路，其包括依次串联的一电流感应装置、一电压放大装置、一多段开关切换装置及一优先权解码装置，所述电流感应装置用于将中央处理器和芯片组的负载电流信号转换为一电压信号，所述电压放大装置用于将所述电压信号进行放大并产生一放大的电压信号，所述多段开关切换装置根据所述放大的电压信号产生一切换信号，所述优先权解码装置将所述切换信号解码并产生一控制信号，所述控制信号进入时钟产生电路进而调整中央处理器的工作频率。
文档编号G06F1/26GK1924759SQ20051003703
公开日2007年3月7日 申请日期2005年9月2日 优先权日2005年9月2日
发明者何敦逸, 许寿国, 陈俊仁 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司