CN205610477U - 一种数控动态调压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数控动态调压装置，包括主控模块和电压转换器，由电压转换器输出直流电压为主控模块供电，其中，所述主控模块包括CPU芯片、监测单元和I2C总线控制器，由监测单元监测CPU芯片的工作状态，并在工作状态变化时输出相应的控制信号至I2C总线控制器，由I2C总线控制器将所述控制信号转换为I2C数控信号后输出至电压转换器，由电压转换器根据所述I2C数控信号动态调节输出至CPU芯片的直流电压，利用通用I2C总线及I2C总线控制器，仅在监测到CPU芯片工作状态变化时输出I2C数控信号给电压转换器，不仅简化了电路设计，降低了成本，而且具备较强电磁敏感性（EMS）能力，同时在CPU芯片稳定工作时，无需发送I2C数控信号，降低***的电磁干扰（EMI）。

Description

一种数控动态调压装置

技术领域

本实用新型涉及数控调压技术领域，特别涉及一种数控动态调压装置。

背景技术

当前集成电路发展迅速，CPU内核电流不断增大，其功耗在***板中占据较大比例。为降低功耗，通常在CPU空闲或轻载运行时降低其工作频率，并同时通过模拟信号或PWM波控制方式，调低其供电DCDC直流转换***输出电压。而需要高性能工作时，再同理调高供电电压，实现动态调压。

现有的部分消费类电子产品中已具备动态调压功能，可实现主芯片CPU供电电压的动态调整及频率调节，达到节能降耗的目的。目前的调压控制方式为模拟信号和PWM波两种，当采用传统的模拟控制方式时，对反馈控制线的电磁敏感性（EMS）能力要求较高，而在***板上的模拟控制信号走线处于主芯片、DDR、DCDC、功放等模块产生的多种高频信号干扰环境之中，EMS很难保证，反馈控制信号稳定性差，容易引起DCDC转换器的输出电压波动，特别是高温及负载变化剧烈的使用环境下，CPU供电电压波动极易造成产品失效，引起CPU供电波动影响产品寿命；当采用传统的PWM控制调压方式，在***板上的PWM走线会持续产生高频电磁辐射信号，进一步恶化了***的电磁干扰（EMI）。另外以上两种方式还需要主芯片内置相应信号生成模块，提供专用引脚接口，并在***板上配置对应的RC滤波电路，增加了***复杂度，提高了成本。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种数控动态调压装置，能通过利用***板的通用I2C总线及I2C总线控制器，仅在监测到CPU芯片工作状态变化时输出I2C数控信号给电压转换器，不仅简化了电路设计，降低了成本，而且具备较强电磁敏感性（EMS）能力，同时在大多数时段，即CPU芯片稳定工作时，无需发送I2C数控信号，降低***的电磁干扰（EMI）。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种数控动态调压装置，包括主控模块和电压转换器，由电压转换器输出直流电压为主控模块供电，所述主控模块包括CPU芯片、监测单元和I2C总线控制器，由监测单元监测CPU芯片的工作状态，并在工作状态变化时输出相应的控制信号至I2C总线控制器，由I2C总线控制器将所述控制信号转换为I2C数控信号后输出至电压转换器，由电压转换器根据所述I2C数控信号动态调节输出至CPU芯片的直流电压。

所述的数控动态调压装置中，所述电压转换器包括I2C总线接口、数模转换模块、误差放大器和电压输出模块，由I2C总线接口接收所述I2C数控信号并传输至数模转换模块；由数模转换模块将所述I2C数控信号转换为模拟信号，并输出至误差放大器的反相输入端；由误差放大器将反相输入端输入的模拟信号和同相输入端输入的基准电压比较后，输出电压差值至电压输出模块；由电压输出模块根据上述电压差值动态调节输出至CPU芯片的直流电压。

所述的数控动态调压装置中，所述监测单元包括频率发生器和第一比较器，CPU芯片的实时频率输出至第一比较器的正输入端，频率发生器生成的基准频率输出至第一比较器的负输入端，由第一比较器比较所述CPU芯片的实时频率和所述基准频率后输出相应的控制信号至I2C总线控制器。

所述的数控动态调压装置中，所述监测单元还包括第一电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电阻的一端连接CPU芯片第169脚，所述第一电阻的另一端通过第一电容连接第一比较器的正输入端；所述第一比较器的负输入端连接频率发生器、还通过第二电容接地，所述第一比较器的输出端连接I2C总线控制器、还通过第三电容接地。

所述的数控动态调压装置中，所述数模转换模块包括第一三态缓冲器、第一电感、第四电容和第五电容，所述第一三态缓冲器的输入端连接I2C总线接口，所述第一三态缓冲器的输出端连接第一电感的一端，所述第一电感的另一端还通过第四电容接地、还通过第五电容接地。

所述的数控动态调压装置中，所述电压输出模块包括振荡器、第二比较器和逻辑控制器，由误差放大器输出所述电压差值至第二比较器的正输入端，由振荡器生成的预设信号输出至第二比较器的负输入端，由第二比较器比较所述电压差值和所述预设信号后输出电压调节信号至逻辑控制器，由逻辑控制器根据所述电压调节信号调节输出至CPU芯片的直流电压。

所述的数控动态调压装置中，所述电压输出模块还包括第二三态缓冲器、第三三态缓冲器、第一MOS管、第二MOS管、第二电感、第六电容和第七电容，所述第二三态缓冲器的输入端连接逻辑控制器，所述第二三态缓冲器的输出端连接第一MOS管的栅极；所述第三三态缓冲器的输入端连接逻辑控制器，所述第三三态缓冲器的的输出端连接第二MOS管的栅极；所述第一MOS管的漏极连接VCC供电端，所述第一MOS管的源极连接第二电感的一端和第二MOS管的漏极；所述第二MOS管的源极接地；所述第二电感的另一端通过第六电容接地、还通过第七电容接地。

所述的数控动态调压装置中，所述CPU芯片的型号为ARM-Cortex-A53。

相较于现有技术，本实用新型提供的数控动态调压装置包括主控模块和电压转换器，由电压转换器输出直流电压为主控模块供电，其中，所述主控模块包括CPU芯片、监测单元和I2C总线控制器，由监测单元监测CPU芯片的工作状态，并在工作状态变化时输出相应的控制信号至I2C总线控制器，由I2C总线控制器将所述控制信号转换为I2C数控信号后输出至电压转换器，由电压转换器根据所述I2C数控信号动态调节输出至CPU芯片的直流电压，通过利用***板的通用I2C总线及I2C总线控制器，仅在监测到CPU芯片工作状态变化时输出I2C数控信号给电压转换器，不仅简化了电路设计，降低了成本，而且具备较强电磁敏感性（EMS）能力，同时在大多数时段，即CPU芯片稳定工作时，无需发送I2C数控信号，降低***的电磁干扰（EMI）。

附图说明

图1 为本实用新型提供的数控动态调压装置的电路图。

具体实施方式

本实用新型提供的数控动态调压装置，通过利用***板的通用I2C总线及I2C总线控制器，仅在监测到CPU芯片工作状态变化时输出I2C数控信号给电压转换器，不仅简化了电路设计，降低了成本，而且具备较强电磁敏感性（EMS）能力，同时在大多数时段，即CPU芯片稳定工作时，无需发送I2C数控信号，降低***的电磁干扰（EMI）。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供的数控动态调压装置，包括主控模块10和电压转换器20，由电压转换器20输出直流电压为主控模块10供电，其中，所述主控模块10包括CPU芯片、监测单元102和I2C总线控制器101，所述CPU芯片连接电压转换器20和监测单元102，所述监测单元102通过I2C总线控制器101连接所述电压转换器20，由监测单元102监测CPU芯片的工作状态，并在工作状态变化时输出相应的控制信号至I2C总线控制器101，由I2C总线控制器101将所述控制信号转换为I2C数控信号后输出至电压转换器20，由电压转换器20根据所述I2C数控信号动态调节输出至CPU芯片的直流电压，从而利用***板的通用I2C总线及I2C总线控制器101，在监测到CPU芯片工作状态变化时输出I2C数控信号给电压转换器20，不仅简化了电路设计，降低了成本，而且具备较强电磁敏感性（EMS）能力。

进一步地，所述电压转换器20包括I2C总线接口201、数模转换模块202、误差放大器A1和电压输出模块203，所述I2C总线接口201连接所述I2C总线控制器101，所述I2C总线接口201还通过数模转换模块202连接误差放大器A1的反相输入端，所述误差放大器A1的同相输入端输入基准电压Vref，所述误差放大器A1的输出端连接电压输出模块203，所述电压输出模块203还连接CPU芯片。由I2C总线接口201接收并解码所述I2C数控信号并传输至数模转换模块202；由数模转换模块202将所述I2C数控信号转换为模拟信号，并输出至误差放大器A1的反相输入端；由误差放大器A1将反相输入端输入的模拟信号和同相输入端输入的基准电压比较后，输出电压差值至电压输出模块203；由电压输出模块203根据上述电压差值动态调节输出至CPU芯片的直流电压，从而实现了根据CPU芯片的工作状态动态调节其供电电压，降低了CPU芯片的功耗。

具体地，所述监测单元102包括频率发生器1021和第一比较器A2，所述频率发生器1021连接第一比较器A2的负输入端，所述第一比较器A2的正输入端连接CPU芯片，所述第一比较器A2的输出端连接I2C总线控制器101，其中，CPU芯片的实时频率输出至第一比较器A2的正输入端，而频率发生器1021生成的基准频率则输出至第一比较器A2的负输入端，由第一比较器A2比较所述CPU芯片的实时频率和所述基准频率后输出相应的控制信号至I2C总线控制器101，即通过比较CPU芯片的实时频率和基准频率可判断当前CPU芯片的工作状态，当CPU芯片的工作状态发生变化时，则输出相应的控制信号至I2C总线控制器101，而在大多数时段，CPU芯片稳定工作时，则无需发送控制信号，降低了***的电磁干扰。

进一步地，所述监测单元102还包括第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，所述第一电阻R1的一端连接CPU芯片，所述第一电阻R1的另一端通过第一电容C1连接第一比较器A2的正输入端；所述第一比较器A2的负输入端连接频率发生器1021、还通过第二电容C2接地，所述第一比较器A2的输出端连接I2C总线控制器101、还通过第三电容C3接地，所述CPU芯片可采用型号为ARM-Cortex-A53的处理器。

请继续参阅图1，本发明提供的数控动态调压装置中，所述数模转换模块202包括第一三态缓冲器I1、第一电感L1、第四电容C4和第五电容C5，所述第一三态缓冲器I1的输入端连接I2C总线接口201，所述第一三态缓冲器I1的输出端连接第一电感L1的一端，所述第一电感L1的另一端还通过第四电容C4接地、还通过第五电容C5接地。通过第一三态缓冲器I1连接I2C总线接口201接收所述I2C数控信号，之后将所述I2C数控信号转换为模拟信号，由误差放大器A1比较所述模拟型号和基准电压，为后续动态调整直流电压提供基础。

具体地，所述电压输出模块203包括振荡器2031、第二比较器A3和逻辑控制器2032，所述振荡器2031连接第二比较器A3的负输入端，所述第二比较器A3的正输入端连接所述误差放大器A1的输出端，所述第二比较器A3的输出端连接逻辑控制器2032，由误差放大器A1输出所述电压差值至第二比较器A3的正输入端，由振荡器2031生成的预设信号输出至第二比较器A3的负输入端，由第二比较器A3比较所述电压差值和所述预设信号后输出电压调节信号至逻辑控制器2032，由逻辑控制器2032根据所述电压调节信号调节输出至CPU芯片的直流电压。即通过比较误差放大器A1输出的电压差值和振荡器2031生产的预设信号，输出相应的电压调节信号至逻辑控制器2032，逻辑控制器2032根据所述电压调节信号动态调节输出至CPU芯片的直流电压，实现了动态调压。

进一步地，所述电压输出模块203还包括第二三态缓冲器I2、第三三态缓冲器I3、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第二电感L2、第六电容C6和第七电容C7，所述第二三态缓冲器I2的输入端连接逻辑控制器2032，所述第二三态缓冲器I2的输出端连接第一MOS管Q1的栅极；所述第三三态缓冲器I3的输入端连接逻辑控制器2032，所述第三三态缓冲器I3的输出端连接第二MOS管Q2的栅极；所述第一MOS管Q1的漏极连接VCC供电端，所述第一MOS管Q1的源极连接第二电感L2的一端和第二MOS管Q2的漏极；所述第二MOS管Q2的源极接地；所述第二电感L2的另一端通过第六电容C6接地、还通过第七电容C7接地。所述第一MOS管Q1和第二MOS管Q2均为NMOS管。

为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合图1，举具体实施例对实用新型的数控动态调压装置的调节过程进行详细说明：

如图1所示，由电压转换器20输出直流电压为主控模块10供电，为节能降耗，CPU芯片在空闲或者轻载运行时降低其工作频率，主控模块10内部的监测单元102对CPU的工作状态参数进行实时监测，当检测到CPU芯片的频率降低时发送相应的状态信号和控制信号给主控模块10内部的I2C总线控制器101，I2C总线控制器101编码对应的I2C数字降压控制信号输出到电压转换器20。该I2C总线控制器101可与主控模块10内部的其他I2C接口复用，在***主板上电路也可与其他I2C线路共用，因此不会占用多余资源，且相对模拟控制信号传输具有更强抗扰能力，提升产品稳定性，同时由于仅在CPU工作频率变化时才发送I2C数字调压控制信号，相对持续传输的PWM波信号在大多数时间内保持更低的电磁辐射特性。

之后I2C数字降压控制信号进入电压转换器20的I2C总线接口201解码，再传输至数模转换模块202转换为Vfb模拟反馈信号，之后再传输到误差放大器A1的反相输入端，再与误差放大器A1同相输入端的基准电压Vref相对比得到电压差值，传输给电压转换器20的电压输出模块203，电压输出模块203再根据该差值对应调低输出电压提供给CPU芯片。反之，当***需要进入高性能运行工作时，同理进行相应的CPU监测、I2C数控调压、误差电压比较、输出电压再调高给CPU芯片供电。从而实现在CPU芯片空闲或者轻载运行时节能降耗，提升产品的能效水平，完善其绿色环保设计。

综上所述，本实用新型提供的数控动态调压装置包括主控模块和电压转换器，由电压转换器输出直流电压为主控模块供电，其中，所述主控模块包括CPU芯片、监测单元和I2C总线控制器，由监测单元监测CPU芯片的工作状态，并在工作状态变化时输出相应的控制信号至I2C总线控制器，由I2C总线控制器将所述控制信号转换为I2C数控信号后输出至电压转换器，由电压转换器根据所述I2C数控信号动态调节输出至CPU芯片的直流电压，通过利用***板的通用I2C总线及I2C总线控制器，仅在监测到CPU芯片工作状态变化时输出I2C数控信号给电压转换器，不仅简化了电路设计，降低了成本，而且具备较强电磁敏感性（EMS）能力，同时在大多数时段，即CPU芯片稳定工作时，无需发送I2C数控信号，降低***的电磁干扰（EMI）。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种数控动态调压装置，包括主控模块和电压转换器，由电压转换器输出直流电压为主控模块供电，其特征在于，所述主控模块包括CPU芯片、监测单元和I2C总线控制器，由监测单元监测CPU芯片的工作状态，并在工作状态变化时输出相应的控制信号至I2C总线控制器，由I2C总线控制器将所述控制信号转换为I2C数控信号后输出至电压转换器，由电压转换器根据所述I2C数控信号动态调节输出至CPU芯片的直流电压。

2.根据权利要求1所述的数控动态调压装置，其特征在于，所述电压转换器包括I2C总线接口、数模转换模块、误差放大器和电压输出模块，由I2C总线接口接收所述I2C数控信号并传输至数模转换模块；由数模转换模块将所述I2C数控信号转换为模拟信号，并输出至误差放大器的反相输入端；由误差放大器将反相输入端输入的模拟信号和同相输入端输入的基准电压比较后，输出电压差值至电压输出模块；由电压输出模块根据上述电压差值动态调节输出至CPU芯片的直流电压。

3.根据权利要求1所述数控动态调压装置，其特征在于，所述监测单元包括频率发生器和第一比较器，CPU芯片的实时频率输出至第一比较器的正输入端，频率发生器生成的基准频率输出至第一比较器的负输入端，由第一比较器比较所述CPU芯片的实时频率和所述基准频率后输出相应的控制信号至I2C总线控制器。

4.根据权利要求3所述的数控动态调压装置，其特征在于，所述监测单元还包括第一电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电阻的一端连接CPU芯片第169脚，所述第一电阻的另一端通过第一电容连接第一比较器的正输入端；所述第一比较器的负输入端连接频率发生器、还通过第二电容接地，所述第一比较器的输出端连接I2C总线控制器、还通过第三电容接地。

5.根据权利要求2所述的数控动态调压装置，其特征在于，所述数模转换模块包括第一三态缓冲器、第一电感、第四电容和第五电容，所述第一三态缓冲器的输入端连接I2C总线接口，所述第一三态缓冲器的输出端连接第一电感的一端，所述第一电感的另一端还通过第四电容接地、还通过第五电容接地。

6.根据权利要求2所述的数控动态调压装置，其特征在于，所述电压输出模块包括振荡器、第二比较器和逻辑控制器，由误差放大器输出所述电压差值至第二比较器的正输入端，由振荡器生成的预设信号输出至第二比较器的负输入端，由第二比较器比较所述电压差值和所述预设信号后输出电压调节信号至逻辑控制器，由逻辑控制器根据所述电压调节信号调节输出至CPU芯片的直流电压。

7.根据权利要求6所述的数控动态调压装置，其特征在于，所述电压输出模块还包括第二三态缓冲器、第三三态缓冲器、第一MOS管、第二MOS管、第二电感、第六电容和第七电容，所述第二三态缓冲器的输入端连接逻辑控制器，所述第二三态缓冲器的输出端连接第一MOS管的栅极；所述第三三态缓冲器的输入端连接逻辑控制器，所述第三三态缓冲器的的输出端连接第二MOS管的栅极；所述第一MOS管的漏极连接VCC供电端，所述第一MOS管的源极连接第二电感的一端和第二MOS管的漏极；所述第二MOS管的源极接地；所述第二电感的另一端通过第六电容接地、还通过第七电容接地。

8.根据权利要求1所述的数控动态调压装置，其特征在于，所述CPU芯片的型号为ARM-Cortex-A53。