JP2005267538A

JP2005267538A - 電源電圧設定回路及び方法

Info

Publication number: JP2005267538A
Application number: JP2004082742A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Mizuko; 陽一水子
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】コンピュータ装置のばらつきを自動的に検出し、各々の装置に最適な電圧設定を自動で行う電源電圧設定回路を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ１０がモードスイッチ８にて電圧設定モードを設定されて起動されると、Ｈｉフラグレジスタ２のフラグを設定して、Ｈｉｇｈ計測レジスタ３に設定電圧値を記録しながら電圧を上げてＨｉｇｈ電圧マージン試験を行い、Ｌｏフラグレジスタ２のフラグを設定して、Ｌｏｗ計測レジスタ３に設定電圧値を記録しながら電圧を下げてＬｏｗ電圧マージン試験を行い、Ｈｉｇｈ計測レジスタ３及びＬｏｗ計測レジスタ４の設定値を元に装置の基準電圧を計算して、電圧設定用レジスタ６に最適電圧値を設定し、モードスイッチ８にて通常動作モードを設定されて起動されると、電源部７が、電圧設定用レジスタ６の設定値を参照して電圧を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンピュータ装置内の供給電源電圧の設定において、装置のばらつきも考慮して装置の最適な電圧を自動的に設定する電源電圧設定回路に関する。

従来、コンピュータ装置の電圧は出荷時に一義で決められ、それに対するある程度の電圧マージンを確認する方式がとられてきた。ところが、この場合装置構成品のばらつきによる装置の特性に依存せずに電圧が設定されるため、ばらつきにより装置の動作可能範囲が電圧設定値に対して著しくずれた場合に、電圧マージン不足による障害が発生する可能性があった。また、マイクロプロセッサの高速化・低電圧化により供給電圧の動作範囲は狭くなる傾向にあり、装置の動作可能範囲も狭くなっている。

このため、プロセッサの電圧マージンを診断し、最適電圧を算出して電源モジュールに設定する装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３４５０２号公報

しかしながら、従来は、コンピュータ装置の電源電圧は、設計・評価によってあらかじめ決められた値を設定され、出荷時に必要最低限の電圧マージンがあることを確認するだけであり、装置のばらつきは考慮されていなかった。このため、装置のばらつきによって、電圧の中心点が電圧マージンに対して偏っていたりした場合でも、そのままユーザ先に出荷されてしまい、その結果、電圧マージン不足に起因する障害が発生する可能性があった。

そこで本発明は、コンピュータ装置の出荷時における装置内の供給電源電圧の設定において、装置のばらつきを自動的に検出し、各々の装置に最適な電圧設定を自動で行う電源電圧設定回路及び方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、コンピュータ装置内の供給電源電圧の設定回路であって、電圧設定モードと通常動作モードを指定するモードスイッチと、Ｈｉｇｈ電圧の計測を示すＨｉフラグレジスタと、Ｌｏｗ電圧の計測を示すＬｏフラグレジスタと、計測したＨｉｇｈ電圧を記録する為のリセットでも値を保持するＨｉｇｈ計測レジスタと、計測したＬｏｗ電圧を記録する為のリセットでも値を保持するＬｏｗ計測レジスタと、装置の基準電圧値を記録する為のリセットでも値を保持する電圧設定用レジスタと、この電圧設定用レジスタの設定値を参照して電圧を出力する電源部と、前記Ｈｉｇｈ計測レジスタ及びＬｏｗ計測レジスタの設定値を元に装置の基準電圧を計算して前記電圧設定用レジスタに最適電圧値を設定する最適値計算部とを備え、前記コンピュータ装置は、前記モードスイッチにて電圧設定モードを設定されて起動されると、前記Ｈｉフラグレジスタのフラグを設定し、前記Ｈｉｇｈ計測レジスタに設定電圧値を記録しながら動作不能な状態になるまで電圧を上げて動作可能電圧を調べるＨｉｇｈ電圧マージン試験を行い、さらに前記Ｌｏフラグレジスタのフラグを設定し、前記Ｌｏｗ計測レジスタに設定電圧値を記録しながら動作不能な状態になるまで電圧を下げて動作可能電圧を調べるＬｏｗ電圧マージン試験を行い、前記モードスイッチにて通常動作モードを設定されて起動されると、前記電源部が、前記電圧設定用レジスタの設定値を参照して電圧を出力することを特徴とする電源電圧設定回路。

さらに、ＣＰＵの異常を検出して異常信号を出力する異常検出手段と、前記異常信号を受けて、ハードウェア・リセット信号を出力するリセット回路とをさらに備え、前記コンピュータ装置は、前記ハードウェア・リセット信号によって、前記Ｈｉｇｈ電圧及びＬｏｗ電圧マージン試験を開始する。

また、前記Ｈｉｇｈ計測レジスタ及びＬｏｗ計測レジスタの初期値として、動作保証電圧値を設定する。

本発明による第一の効果は、自動的に装置の動作可能電圧を検出することである。このため、装置のばらつきがあっても最適な電圧を設定することができる。その理由は、リセットでも値を保持するレジスタを用いることにより、設定電圧値を記録しつつ動作不能な状態になるまで動作可能電圧を調べることができ、リセットで次のステップに移行することが可能となるからである。

第二の効果は、装置の動作可能範囲が極端に低い不良品があった場合に、自動的に検出できることである。その理由は、Ｈｉｇｈ計測レジスタ・Ｌｏｗ計測レジスタの初期値として動作保証電圧値を設定しておくことで、この値に満たないで動作不能になった場合に、不良品と判断できるからである。

以上から、装置のばらつきも考慮して装置の最適な電圧を自動的に設定することで、電圧設定に起因する障害を低減することができ、装置の信頼性を上げることができる。

次に、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の電源電圧設定回路の概略構成を示し、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)１上に構成された、リセットでも値が保持されるＨｉ／Ｌｏフラグレジスタ２、Ｈｉｇｈ計測レジスタ３、Ｌｏｗ計測レジスタ４、電圧設定用レジスタ６と、最適電圧値を計算する最適値計算部５と、ハードウェア・リセット信号を出力するリセット回路９、及びモードスイッチ８を含んで構成される。Ｈｉｇｈ計測レジスタ３、Ｌｏｗ計測レジスタ４にはあらかじめ装置の動作保証電圧値がセットされている。

モードスイッチ８は、コンピュータ装置が通常立ち上げをするか、電圧設定モードで立ち上げるかを判別するために使用する。モードスイッチ８で電圧設定モードが選ばれていた場合には、Ｈｉｇｈ側電圧、Ｌｏｗ側電圧の順番で動作可能電圧の試験が行われる。Ｈｉｇｈ側の動作可能電圧の試験を行うときは、レジスタ２でＨｉビットをセットし、Ｈｉｇｈ計測レジスタ３に電圧設定値をセットする。同様に、Ｌｏｗ側の動作限界電圧の試験を行う時は、レジスタ２のＬｏビットをセットし、Ｌｏｗ計測レジスタ４に電圧設定値をセットする。

中心点からＨｉｇｈ側とＬｏｗ側にそれぞれ電圧を変えて試験していき、限界点に達するとＣＰＵ１０からマシンチェックが出た時点、または動作不能となりウォッチドッグタイマー１１でタイムアウトした時点でハードウェア・リセットを出力する。一旦リセットがかかると、モードスイッチ８で電圧設定モードが選択されているので、電圧設定モードが立ち上がり、レジスタ２のＨｉ／Ｌｏビットを参照することで、次の試験が最大動作限界電圧試験であるか、最小動作限界電圧試験であるかを判定することができる。また、Ｈｉｇｈ計測レジスタ３とＬｏｗ計測レジスタ４に入っている保証電圧に達しないまま動作不能状態となった場合は、装置は電圧マージンが保証されない装置として判断され、検査ＮＧとして通知される。

電圧設定用レジスタ６は、電源部７が参照するリセットでも値を保持するレジスタであり、動作限界電圧が求められて、Ｈｉ／Ｌｏフラグレジスタ２のＨｉビット及びＬｏビットがそれぞれ１となったとき（２’ｂ１１：２ビットバイナリ１１）、最適値計算部５で計算された出力電圧の基準値がセットされる。

ＣＰＵ１０は、マシンチェック機能を有し、ＭＣＩ＃(Machine Check Interrupt 負論理)からＣＰＵの異常を負論理で出力する。

次に、上記回路の動作について図２のフローチャートを参照して説明する。モードスイッチ８が電圧設定モードとなっているとき、装置がリセットされると電圧設定モードで起動する（ステップＳ２でＹｅｓ）。電圧設定モードで起動すると、Ｈｉ／Ｌｏフラグレジスタの値を参照して動作可能電圧の試験を選択する。

試験開始直後は、Ｈｉ／Ｌｏフラグレジスタに値がセットされていないのでＨｉｇｈ電圧のマージン試験を開始する（ステップＳ３でＹｅｓ）。Ｈｉビットをセットしたのち（ステップＳ４）、最大動作可能電圧の試験を実施する。試験はあらかじめ決められた中心電圧から開始し、電圧設定値をＨｉｇｈ計測レジスタにセットし（ステップＳ５）、ランニングを行う（ステップＳ６）。異常が無い場合は正常動作として（ステップＳ７でＮｏ）、設定電圧を上げる（ステップＳ８）。

これらを繰り返していき、もし、最大動作可能電圧に達して動作不可能となった場合（ステップＳ７でＹｅｓ）に、ＣＰＵのマシンチェックもしくはウォッチドッグタイマーのタイムアウトにより、リセット回路９からハードウェア・リセットが出力される。また、もしあらかじめセットされた電圧で動作不能となった場合は、この時点で不良品（電圧マージン不足）として判断される。最大動作可能電圧試験が終了し、次に装置が起動したときには、Ｈｉ／Ｌｏフラグレジスタ２のＨｉビットには値がセットされＬｏビットはゼロのため、最小動作可能電圧の試験を実施する（ステップＳ９でＹｅｓ）。

最小動作可能電圧の試験でも同様に、Ｌｏビットに値をセットし（ステップＳ１０）、Ｌｏｗ計測レジスタ４に設定値を保存しながら（ステップＳ１１）、動作不可能となる電圧まで試験を実施する（ステップＳ１２）。Ｌｏｗ電圧試験で障害が発生し（ステップＳ１３でＹｅｓ）、装置にリセットがかかった時点で最小動作可能電圧試験も終了となる。次に起動するときには、最大動作可能電圧／最小動作可能電圧の設定値がＨｉｇｈ計測レジスタ３及びＬｏｗ計測レジスタ４にセットされている。

最小動作可能電圧試験が終了し、装置にリセットが出力されると、Ｈｉ／Ｌｏフラグレジスタ２には、共に１がセットされているため（ステップＳ１５でＹｅｓ）、電圧設定値の計算が実行される（ステップＳ１６）。最適値計算部５で求められた設定値は、電圧設定用レジスタ６にセットされ（ステップＳ１７）、試験終了を示すＬＥＤが点灯されて（ステップＳ１８）、電圧設定処理が終了する。次回モードスイッチ８で通常動作モードにしてリセットをかけることで、電源部７が電圧設定用レジスタ６の設定値を参照して電圧を出力し、装置に最適な電圧が供給される。

次に、本発明の実施例２について図を参照して説明する。図３を参照すると、上記実施例１の構成に加えて、温度センサー１２と、設定温度を記録するレジスタ１３、温度変化を示すモードフラグ・レジスタ１５が設けられている。電圧設定回路に、温度センサー１２と設定温度を記録するレジスタ１３を組み込むことにより、出荷先での温度環境をモニターして環境変化が起こったときに、出力電圧を自動的に最適化する。

現調時に電圧設定モードで現地に合わせた電圧設定を行い、その時の温度を温度設定値レジスタ１３に記録する。次回起動時から、比較回路１４は、起動する毎に温度センサー１２の値と温度設定値レジスタ１３の値を比較する。比較した結果、予め設定された範囲以上の温度変化が発生したときには、温度変化を示すモードフラグ・レジスタ１５のフラグをたててＣＰＵに割り込みを入れる。割り込みが入ってＣＰＵが温度変化を示すモードフラグ・レジスタ１５にフラグが立っていることを検出すると、自動的に電圧設定モードによる処理を開始する。

これにより、空調設備故障などの環境の異常が発生した場合にも、温度変化によるシステムダウンの可能性を極力下げることができる。

コンピュータ装置、通信機器、中継機器など製品の電源電圧の設定・制御に利用できる。また、プリント基板など部品が搭載された基板出荷検査において、その基板の特性に合わせたオンボード電源の電圧設定を自動で行うことができる。

本発明の電源電圧設定回路の概略構成図である。本発明の回路の動作を示すフローチャートである。本発明の実施例２の概略構成図である。

符号の説明

１ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)
２Ｈｉ／Ｌｏフラグレジスタ
３Ｈｉｇｈ計測レジスタ
４Ｌｏｗ計測レジスタ
５最適値計算部
６電圧設定用レジスタ
７電源部
８モードスイッチ
９リセット回路
１０ＣＰＵ
１１ウォッチドッグタイマー
１２温度センサー
１３温度設定値レジスタ
１４比較回路
１５モードフラグ・レジスタ

Claims

コンピュータ装置内の供給電源電圧の設定回路であって、
電圧設定モードと通常動作モードを指定するモードスイッチと、
Ｈｉｇｈ電圧の計測を示すＨｉフラグレジスタと、
Ｌｏｗ電圧の計測を示すＬｏフラグレジスタと、
計測したＨｉｇｈ電圧を記録する為のリセットでも値を保持するＨｉｇｈ計測レジスタと、
計測したＬｏｗ電圧を記録する為のリセットでも値を保持するＬｏｗ計測レジスタと、
装置の基準電圧値を記録する為のリセットでも値を保持する電圧設定用レジスタと、
この電圧設定用レジスタの設定値を参照して電圧を出力する電源部と、
前記Ｈｉｇｈ計測レジスタ及びＬｏｗ計測レジスタの設定値を元に装置の基準電圧を計算して前記電圧設定用レジスタに最適電圧値を設定する最適値計算部とを備え、
前記コンピュータ装置は、前記モードスイッチにて電圧設定モードを設定されて起動されると、前記Ｈｉフラグレジスタのフラグを設定し、前記Ｈｉｇｈ計測レジスタに設定電圧値を記録しながら動作不能な状態になるまで電圧を上げて動作可能電圧を調べるＨｉｇｈ電圧マージン試験を行い、さらに前記Ｌｏフラグレジスタのフラグを設定し、前記Ｌｏｗ計測レジスタに設定電圧値を記録しながら動作不能な状態になるまで電圧を下げて動作可能電圧を調べるＬｏｗ電圧マージン試験を行い、
前記モードスイッチにて通常動作モードを設定されて起動されると、前記電源部が、前記電圧設定用レジスタの設定値を参照して電圧を出力することを特徴とする電源電圧設定回路。
ＣＰＵの異常を検出して異常信号を出力する異常検出手段と、
前記異常信号を受けて、ハードウェア・リセット信号を出力するリセット回路とをさらに備え、
前記コンピュータ装置は、前記ハードウェア・リセット信号によって、前記Ｈｉｇｈ電圧及びＬｏｗ電圧マージン試験を開始することを特徴とする請求項１記載の電源電圧設定回路。
前記Ｈｉｇｈ計測レジスタ及びＬｏｗ計測レジスタの初期値として、動作保証電圧値を設定することを特徴とする請求項１記載の電源電圧設定回路。
装置の周囲温度を検出する温度センサーと、
予め設定された温度を記録する温度設定レジスタと、
温度変化を示すモードフラグ・レジスタと、
前記温度センサーからの温度と前記温度設定レジスタに記録された温度とを比較して、前記温度センサーからの温度が前記温度設定レジスタに記録された温度よりも所定範囲以上の差がある場合、前記モードフラグ・レジスタのフラグを設定して、割り込み信号を出力する比較回路とをさらに備え、
前記ＣＰＵは、前記割り込み信号を受けて、前記モードフラグ・レジスタに前記温度変化を示すフラグが設定さていることを検出すると、電圧設定モードによる処理を開始することを特徴とする請求項２記載の電源電圧設定回路。
コンピュータ装置内の供給電源電圧の設定方法であって、
前記コンピュータ装置が、電圧設定モードと通常動作モードを指定するモードスイッチにて電圧設定モードを設定されて起動されると、Ｈｉｇｈ電圧の計測を示すＨｉフラグレジスタのフラグを設定し、計測したＨｉｇｈ電圧を記録する為のリセットでも値を保持するＨｉｇｈ計測レジスタに設定電圧値を記録しながら動作不能な状態になるまで電圧を上げて動作可能電圧を調べるＨｉｇｈ電圧マージン試験を行い、
Ｌｏｗ電圧の計測を示すＬｏフラグレジスタのフラグを設定し、計測したＬｏｗ電圧を記録する為のリセットでも値を保持するＬｏｗ計測レジスタに設定電圧値を記録しながら動作不能な状態になるまで電圧を下げて動作可能電圧を調べるＬｏｗ電圧マージン試験を行い、
前記Ｈｉｇｈ計測レジスタ及びＬｏｗ計測レジスタの設定値を元に装置の基準電圧を計算して、リセットでも値を保持する電圧設定用レジスタに最適電圧値を設定し、
前記モードスイッチにて通常動作モードを設定されて起動されると、電源部が、前記電圧設定用レジスタの設定値を参照して電圧を出力することを特徴とする電源電圧設定方法。
前記コンピュータ装置が、ＣＰＵの異常検出によるハードウェア・リセット信号によって、前記Ｈｉｇｈ電圧及びＬｏｗ電圧マージン試験を開始することを特徴とする請求項５記載の電源電圧設定方法。