TW201145002A - Power management system and method - Google Patents

Description

201145002 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 在此揭露的一或更多實施例有關於管理電子系統中之 電力。 【先前技術】 電力管理已經爲許多電子系統設計的驅動力量，尤其 那些以電池充電者。電力管理的一種方式爲增加電池的電 壓容量。其他方式試圖切斷系統電路的電力以保留電池壽 命。然而，已證明這些方式會有缺點。 【發明內容及實施方式】 本發明之一或更多實施例管理用於操作電子系統的電 力。系統可對應於或包括電腦的中央處理單元（CPU)、 如行動電話或媒體播放器之電子裝置的微處理器或控制器 、或用來支援各種網際網路爲基之應用的任一者之控制電 路。這些系統亦可對應於或包括另一種電路或裝置，其不 —定適任成爲CPU或處理器，但能夠在複數電力或性能狀 態中操作，於下詳述其之相關性。 第1圖顯示一種電力管理系統，其包括或親合以控制 用於供電負載20之調節器電路10。調節器電路例如以供應 電壓及/或電流的形式提供電力至負載。供應電壓可爲參 考電壓或其他類型的電壓。爲了說明，將調節器電路顯示 成電壓調節器（VR)電路，其輸出供應電壓（Vset )至負 -5- 201145002 載，其例如可爲前述之電子系統之一。 第2圖顯示可用來管理至負載的電力之導引的負載線 之一範例。在此範例中，負載線具有大致線型形狀，其界 定操作頻率（F )及負載之供應電壓之間的關係。負載的 操作頻率可被視爲施加至耦合至或包括在負載中的電晶體 之閘極-驅動電壓的函數，且供應電壓可對應於電壓調節 器電路的輸出（有或沒有將損耗納入考量）。 從負載線之增加的斜率可知，負載的操作頻率與供應 電壓成正比。並且，如所述，負載線限制在低頻點（LFP )與高頻點（HFP )之間，這兩者係依據設計規格而定。 在這兩點之間的負載線上之値可依據例如將損耗納入考量 的最壞情況負載條件而定。 詳言之，負載線上之操作點可與負載的特定性能狀態 (Px )關聯。這些性能狀態在不同頻率操作並可使用不同 電力量。 爲了使用負載線，首先，必須決定負載的性能狀態。 接著，例如根據設計規格來決定對應於此性能狀態的操作 頻率。接著依據操作頻率使用負載線來決定負載的供應電 壓。 在負載爲CPU的情況中，供應電壓可對應於例如供應 至CPU的電壓。因此，針對在頻率Fo操作的CPU之性能狀 態P0，控制電壓調節器電路以輸出足夠大小的供應電壓， 其令CPU接收如第2圖中所示之實際電壓VDIE_Fo。亦即， 爲了使負載電晶體能正確操作，必須由CPU接收VDIE_Fo 201145002 的最小電壓。 詳言之，在實際應用中，當決定從電壓調節器 定供應電壓（Vset )輸出時’必須將損耗納入考量 之’爲了滿足負載線需求，由CPU接收的供應電壓 應於VDIE_Fo或更大。由於損耗的緣故，實際上由 收的輸入電壓會比從電壓調節器電路輸出的供應電 更少。 這些損耗包括例如工作量的變動、系統寄生現 電阻、及溫度變動，舉數例而言。這些損耗（其名 中統一表示成電阻RPD)減少從電壓調節器電路輸 應電壓並因此在計算Vset時必須納入考量。 亦即，爲了保證在P 〇狀態中之C P U的整個操作 滿足驅動CPU所需之VDIE_Fo的最小電壓，必須將 調節器電路輸出之供應電壓Vset編程爲高於VDIE_ 抵消來自電阻Rpd的損耗。 根據一種技術，可依據等式（1)來計算針對 Fo操作之負載將從電壓調節器電路輸出之供應電壓 Vset (Fo) = Imax_F〇 * Rpd + VDIE_Fo (1) 其中Imax_F〇爲在最壞情況損耗情況下由在頻 作的負載所汲取之最大電流且Rpd，如先前解釋過 電壓調節器電路到在最壞情況損耗情況下之負載的 送路徑之電阻。除了減少供應電壓外，由Rpd代表 可能導致在頻率Fo操作的CPU所汲取之電流低於最 Imax_Fo。這些影響以後續將解釋的一種方式轉換 電路決 。詳言 必須對 CPU接 壓 Vs et 象、線 E第1圖 出之供 期間中 從電壓 Fo，以 在頻率 Vset: 率Fo操 '爲從 電力遞 的損耗 大電流 成浪費 201145002 的電力。 第3圖顯示界定負載電流（Icc)及第2圖中的負載線 之供應電壓之間的關係之電力曲線。由於損耗的緣故，由 負載汲取之實際電流Icc_ACTUAL小於最大電流IMAx_Fo。爲 了補償此較低的電力，必須增加從電壓調節器電路輸出之 供應電壓（Vset )，以滿足當在頻率Fo操作時CPU電晶體 的操作需求。

Vset中的增加產生由CPU所接收之實際電壓（ Vcc_ACTUAIj)的按比例增加。如第3圖中所示，此實際電 壓大於操作電晶體所需之最小電壓，VDIE_F〇，亦即，當

Icc_actual<Imax_Fo 時，Vcc — actuai^VDIE — Fo。並未使用 高於最小操作電壓之多餘電壓（AVstatU ) ( AVstatic =

Vcc_ACTUAL-VDIE_Fo)。此導致浪費的電力’其在當CPU 在頻率Fo操作並在狀態Po中汲取電流Icc_ACTUAL時可由等 式（2 )加以表示：

PwASTE = AVstatic * ICC_ACTUAL =(Vcc_actual - VDIE Fo) * Icc_actual (2) 從等式（2)中可見之電力浪費係部分依據由電力管 理系統所執行之靜態負載線分析的應用。根據此分析，僅 當處理器性能狀態（Px )改變時才會改變供應電壓。否則 ，針對給定CPU操作頻率，由負載線固定供應電壓。 處理器性能狀態可隨設計規格、主機系統的需求、及 /或其他因素而變。在典型筆記型電腦中之CPU的性能狀態 之一非限制性範例如下： -8- 201145002 狀態 說明 C0 正常操作狀態 C 1 處理器不履行指令之暫停狀態 C2 處理器維持軟體可見狀態之停止時脈狀態 C 3 處理器不保持快取一致性且停止所有時脈之 休眠狀態 當實行靜態負載線分析時，CPU之狀態改變可能涉及 例如從其他狀態之一到C3狀態的過渡。當此發生時，電力 管理系統決定對應於C 3狀態之處理器頻率，並接著使用負 載線來決定對應於那個頻率之供應電壓。接著發送電壓識 別（VID )碼至識別供應電壓的電壓調節器電路，並鎖定 內部鎖相迴路以輸出對應的供應電壓Vset以供電給負載》 然而，此靜態方式不將負載電流的波動納入考量之中 ，也不採取任何用來防止等式（2)中之電力浪費的行動 〇 此外，如前述，依據最壞情況（包括最壞工作量（針 對Fo之Icc-MAX)及最壞設計寄生現象（如Vcc跡線及封裝 寄生現象））來決定供應電壓Vset。由於負載正常不會在 最壞情況下操作，會有內建於供應電壓中之大保護帶以保 證負載接收到驅動負載電晶體所需之某最小電流。此大保 護帶經常爲不必要且在大多數的應用情境中導致顯著的電 力浪費。 第4圖顯示使用動態方式來供應電力至電子系統的電 力管理系統之一實施例。電子系統可爲前述之處理系統、 -9 - 201145002 邏輯系統、或接收用於執行一或更多特定指令之電力並在 多個性能狀態中操作之任何其他類型的系統、電路、或裝 匱。 如第4圖中所示，電力管理系統包括電力管理器1 1 0、 電力遞送電路〗20、及前述之對應於電子系統之負載130。 電力管理器可實行成電路或軟體或兩者之組合。根據一實 施例，電力管理器位在控制或否則與電力遞送電路及/或 負載互動之核心邏輯（如晶片組）平台中。當負載包括中 央處理單元（CPU )或其他類型的處理器時，電力遞送電 路可爲電壓調節器電路。在替代實施例中可使用其他類型 的負載及電力遞送電路。 電力管理器藉由動態調諧用於控制到負載之供應電壓 的負載線來操作。這是首先藉由界定可輸入到負載或由負 載汲取之電流範圍（負載電流（Ice )範圍）並接著將那 個範圍分成複數子帶來達成。 第5圖顯示界定於最小（IM1N)及最大値（IMAX)之間 的負載電流之一範例，可例如依據負載之設計規格、電力 遞送電路之性能限度、及/或一或更多其他參數來決定最 小及最大値。在此特定範例中，負載爲處理器（如CPU ) ，並針對在特定性能狀態（P〇 )中操作之處理器的給定操 作頻率（Fo)，將負載電流範圍分成N個子帶，10至IN。 子帶可具有相等或不同寬度。在第5圖中所示之範例 中，子帶寬度傾向於增加，除了最後一個子帶。在其他實 施例中，可使用不同的子帶寬度配置。 -10- 201145002 並且，如第5圖中之水平箭頭所示，可分配一固定電 流値給每一子帶。亦即，分配電流値ICC,給第一子帶（I 〇 )、分配電流値Icc2給第二子帶、及依此類推。分配給每 一子帶之固定電流値可爲那個子帶中之電流的表示。例如 ’分配給每一子帶之固定電流値可爲那個子帶之最小電流 値、最大電流値、平均値。 分配一固定電流値給每一子帶可減少至負載的供應電 壓，並且同時可減少驅動負載時之電力浪費。此減少可從 存在於負載之供應電壓與負載電流間的反比關係見得。亦 即，依據電壓及電流之乘積來計算電力（亦即，p=v*i ) 。藉由分配固定電流値到負載電流範圍的子帶，可在比靜 態電力管理方案中所用之相對更高値維持負載電流（Ice )。結果，可使用按比例較小的供應電壓來滿足負載之最 小電力需求。使用較小供應電壓的能力轉換成爲等式（2 )中之較小的△ V値，其則轉換成電力節省。 第6圖顯示可如何動態調諧第4圖之系統的電力曲線以 達成在驅動負載時之電力節省。在第6圖中，電力曲線A顯 示在其中使用如第3圖中所示之靜態負載線分析的情況中 存在於負載電流與供應電壓之間的關係。操作點0對 應於負載電流Iccaetual與供應電壓Vccaetual，且VDIE_Fo對 應於針對狀態P〇在頻率F〇操作之具有最大負載電流（ Iccmax)的負載所需的最小操作電壓。 使用第5圖中之負載電流範圍，可由電力管理器110控 制電力遞送電路120以輸出針對性能狀態P〇在頻率F〇的負 -11 - 201145002 載電流値，Ice。這係藉由決定實際負載電流，Icc_ACTUAL ，位在第5圖中的哪個子帶中並接著控制電力遞送電路以 輸出對應至那個子帶的固定電流値來達成。當固定電流値 大於實際負載電流ICC_ACTliAl·時， 可顯著減少供應電壓並 可實現相較於靜態電力管理方式之電力節省。 此電力節省可從使用第3圖中之負載線來執行之靜態 分析（其對應至第6圖中之電力曲線A )的比較見得。如所 示，依據實際的負載電流（Icc_ACTUAL )，其從其最大値 (IMAx_F〇 )減少下來，使用至負載之供應電壓的相對大 的値 ’ Vcc_actual。 然而，不像使用第3圖之電力曲線所執行的靜態分析 ，由第4圖之電力管理器所執行的動態分析令電力遞送電 路輸出其中有ICC_ACTUu的第5圖中之子帶的固定電流値來 取代Icc_ACTUAL。此固定電流値在第6圖中顯示成Isub.band fixed，將損耗納入考量。亦即，Icc = lsub.band fixed。由於 Isub-band fixed〉第3圖中之ICC_ACTUAL,從電力遞送電路輸出 相較於靜態分析情況中的供應電壓之一較低値，Vcc = Vset = Vadjusted，作爲至負載之供應電壓；亦即，Vadjusted< VcC_ACTUAL ° 使用第5圖之負載電流範圍的子帶中之固定電流値產 生新的電力曲線B，其事實上代表第6圖中之電力曲線A的 位置位移》此位移曲線允許供應電壓減少成更接近驅動在 性能狀態Po中在頻率Fo操作之負載（處理器）所需之最小 供應電壓（VDIE_F〇 )。供應電壓的減少產生與靜態狀態 -12- 201145002 中所產生之多餘電壓（AVstaH。）相比較小的多餘電壓（ AVdynamic ) ’ 亦即，△ V d y n a m j c < A V s t a t 丨 c。結果，浪費較少 供應電壓，其可轉換成顯著的電力節省。即使在消耗相同 電力量的情況中’供應電壓中之減少可用來改善性能。 供應電壓之減少從等式（3)更明顯。在此等式中， Vset對應於來自將損耗（由rpd所表示）納入考量之電力遞 送電路120的供應電壓。 VSet Isub-band fixed RpD VAdjustcd (3) 針對相同損耗（R P D )，與靜態電力管理技術相比， 可使用較低的供應電壓（Vadjusted )以相同或更少的耗電 量來驅動負載。依據等式（4)表示潛在的電力節省（ P S A V E ) 0 PSAVE = ^sub-band fixed (VCC_ACTUAL · VAdjusted) (4) 在此等式中’ Vcc_ACTUAL對應於將損耗納入考量之靜 態分析情況中所提供的實際供應電壓，如第3圖中及由電 力曲線A所示。當與等式（2 )做比較時，可看出由等式（ 4 )中之負載電流Isub-band fixed及供應電壓vAdjusted取代等 式（2)中負載電流Icc_Actual及供應電壓Vcc_Actual。由 於VAdjUsted小於ICC_ACTUAL，浪費較少電力並實現較低供應 電壓。 根據一實施例’分配給每一子帶的電流値可加權以實 現至負載之供應電壓的甚至更大減少並因此電力浪費的更 大減少。另外，可針對處理器之多個性能狀態決定具有預 定子帶之負載電流範圍。可接著使用這些範圍來在性能狀 -13- 201145002 態改變時管理至負載之供應電壓及電力。 第7圖顯示在用於管理供應至負載之電力的方法之第 一實施例中所執行的操作》可例如使用第4圖中所示之電 力管理器及第5及6圖中所示之負載電流範圍及電力曲線來 實行此方法。然而，可使用其他的負載電流範圍及電力曲 線。此外，可假設負載爲電腦之中央處理單元（CPU )。 然而，在替代實施例中可使用不同類型的處理器或電子電 路、裝置、或系統。 在初始操作中，電力管理器決定負載的性能狀態。（ 區塊2 1 0 )。此性能狀態可例如爲上述C型狀態的任何者、 電腦的複數電力狀態之一或另外的操作狀態類型。 一旦決定出性能狀態，電力管理器決定負載之操作頻 率並接著發送第一信號至負載，以令負載在那個狀態中及 在那個頻率操作。（區塊220 )。替代地，可在電力管理 器控制電力遞送電路以輸出特定供應電壓至負載之後才發 送信號至負載。 接著藉由電力管理器決定負載電流。（區塊230)。 這係依據下列因素之一或更多者來達成：負載之操作狀態 、負載之操作頻率、含有電力管理系統之晶粒或晶片的實 際溫度、程序偏斜、及/或負載之動態活動因素，其例如 可提供在給定時刻爲現行（如非時脈閘控的）之電晶體百 分比的指示。可使用熟悉此技藝人士已知的各式各樣的演 算法及技術的任一者來依據這些因素預測負載電流。根據 —非限制性實施例，這些技術可例如提供在目前的操作狀 -14- 201145002 態及條件中最大潛在負載電流的負載電流估計。 一旦知道負載電流，電力管理器比較負載電流與儲存 在記憶體或暫存器140 (其位在電力管理器中或耦合至電 力管理器）中之負載電流範圍資訊。（區塊240)。負載 電流範圍資訊可對應於例如像第5圖中所示的針對特定操 作狀態及負載頻率之負載電流範圍。依據此比較’電力管 理器識別其中有由負載所汲取之負載電流的子帶（區塊 250)以及對應至此子帶的固定電流値（〖sub-band fixed)。 (區塊260)。 電力管理器接著存取對應於負載電流範圍資訊之電力 曲線資訊。電力曲線資訊可包括像第6圖中所示之動態位 移的電力曲線。藉由定位出在此曲線（如電力曲線B )上 之相關子帶的固定電流値，電力管理器能夠識別出對應的 供應電壓（Vadjusted ) ’其低於由用於靜態電力管理分析 之電力曲線所界定之供應電壓。（區塊270 )。 現已決定了此資訊’電力管理器發送第二信號至電力 遞送電路120以命令電力遞送電路輸出分別匹配由位移的 電力曲線及子帶的固定電流値所決定的Vadjusled& Isub.band fixed之値的供應電壓（VCC)及/或負載電流（ICC) ° (區 塊280)。根據一實施例，電力遞送電路可僅輸出供應電 壓Vcc且此會導致負載汲取he的電流。可以例如電壓識別 (VID)碼的形式發送第二信號。 回應於第二信號’電力遞送電路輸出含有識別供應電 壓及負載電流（如Vadjusted及Isub-band fixed)的資訊之第二 -15- 201145002 信號，以令負載根據這些値操作。（區塊290 )。結果， 控制負載以使用與靜態電力管理技術相比較低的供應電壓 及或許較低的電力來操作。 在一選擇性區塊275中，電力遞送電路可依據在負載 過渡一開始之估計的電流需求改變來改變其之操作模式。 可接著依據改變的操作模式來執行在區塊2 8 0及290中所執 行之操作。 根據一替代實施例，可在至負載之第一信號之後輸出 至電力遞送電路的第二信號或可同時發送這些信號。根據 另一實施例，第二及第三信號可在第一信號之後或與第一 信號同時輸出。 在第4圖中，電力管理器顯示成位在電力遞送電路之 外。在一替代實施例中，執行電力管理器之邏輯可位在電 力遞送電路中。在此情況中，電力管理器可直接通知電力 遞送電路將用在操作負載中之負載電流及供應電壓，亦即 ，可使用直接發信方式來取代使用電壓識別（VID )信號 或碼。根據一實際應用，3位元識別信號可傳送負載電流 的8個子帶，且電力遞送電路（如電壓調節器電路）可內 部轉換對應至子帶之一相關者的固定電流値以產生至負載 的較低供應電壓。 第8圖顯示包括在用於管理至負載之電力的方法之第 二實施例中的操作。不像第一實施例，第二實施例藉由在 將至負載的電力保持在相同或實質恆定位準的同時增加負 載的操作頻率來降低供應電壓。亦即，在第一實施例中， -16- 201145002 在將頻率（且因此性能狀態）維持在相同或實質恆定位準 的同時減少供應電壓。這可使用較少電力來實現。然而， 在第一貫施例中，在相同或實質恆定電力下在改變負載之 操作頻率的同時減少供應電壓。 可使用例如第2圖中所示的電力管理器來實行第二實 施例的方法。此方法的初始操作包括決定負載目前正操作 於其中或負載欲操作於其中之性能狀態（Pn )。（區塊 3 1 〇 )。在負載爲電腦之中央處理單元的情況中，性能狀 態可例如爲前述之任一狀態。在其他應用中，負載可爲能 夠操作於不同性能或電力狀態中之另一類型的處理器或電 子電路。 一旦已識別負載的性能狀態，可從設計規格決定至負 載的最小供應（或參考）電壓。然而，根據第二實施例， 根據涉及對應於負載之另一性能狀態的使用頻率、供應電 壓、及/或負載電流之動態分析來減少供應電壓。 依此，方法之下一操作包括決定負載之另一性能狀態 ，其需要比性能狀態Pn所需的操作頻率（FN )更高的操作 頻率。（區塊3 2 0 )。此另一性能狀態可表示成（P n + 1 ) 且可例如對應於下一性能狀態或具有比P n更高之操作頻率 的任何其他性能狀態。 一旦已選擇了另一性能狀態’決定在那個狀態中之用 於操作負載的最小供應電壓。（區塊3 3 0 )。可例如依據 諸如第9圖中所示之負載線來做出決定’該負載線可依據 負載的設計規格來產生。在第9圖中’性能狀態Pn之操作 -17- 201145002 頻率及最小供應電壓分別顯示成FN及n supply N ’且丨生會匕 狀態PN + I之操作頻率及最小供應電壓分別顯示成Fn + 1及 vmin supply N+1。如所示’狀態Pn+1之最小操作頻率及命小 供應電壓大於狀態PN之最小操作頻率及最小供應電壓’且 這些狀態的最小供應電壓之間的差顯示成°可將此 資訊儲存在電力管理器可存取的記憶體中。 —旦決定了狀態PN + 1之最小供應電壓’下一操作包括 計算狀態Pn之負載的供應電壓（VL )與最小供應電壓差 AVmin之間的差。（區塊340)。將那個差與狀態Pn+i之最 小供應電壓，亦即，Vmin supply N + 1 ’相比較（區塊350 ) 。若該差不大於最小供應電壓（亦即，若VL-^Vn^cVn^ supply N+.)，則依據相較於狀態PN之最小供應電壓V — supply N而定的供應電壓VL及對應的負載電流U來控制負載 ，以於PN狀態中在頻率FN操作，或持續操作。（區塊360 )。控制接著返回到區塊3 1 0。 在一選擇性區塊中，電力遞送電路可依據在負載過渡 一開始之估計的電流需求改變來改變其之操作模式。可例 如在決定供應電壓之後才執行此操作。可接著依據改變的 操作模式來執行其餘的操作。 第9圖顯示電力管理器可用來控制針對狀態PN及Pn + 1 的負載之操作的導引之電力曲線。狀態PN的電力曲線顯示 相較於最小供應電壓supply N而定的供應電壓及負載電 流乂1及IL。在電力曲線上對應於VL及IL的操作點（xN )可 對應於値vset，其可如前述般將損耗（如RPD )納入考量地 -18- 201145002 加以計算出來。 若狀態PN中之負載的供應電壓（VL)與最小供應電壓 差之間的差大於狀態pN + 1之最小供應電壓（亦即，若 VL-AVmin>Vmin supply N+1 )，如區塊 3 5 0 中所決定，則下一 操作包括決定最大可允許電流差（ΔΙΜΑΧ)。（區塊3 70 ) 。根據第二實施例，在（1)將至負載的電力維持在針對 ΡΝ的相同或實質恆定位準及（2)至少實質保持在由第9圖 中所示的最小供應電壓差Δν„Ηη所界定之範圍內的同時， 將値ΔΙΜΑΧ決定爲最大可允許電流差。 根據一實施例，可依據將損耗納入考量之等式（5 ) 來計算最大可允許電流差（ΑΙμαχ ) 。ΔΙΜΑχ的値顯示在第 9圖中。 ΔΙΜ3χ = 1/Rpd * (AVmin/(l - AVminA^L)) (5) 當把損耗納入考量中時（亦即，當設定驅動負載之 Vset的値時），了解到用於供電在狀態PN+1中之負載的供 應電壓（VL’）及負載電流（U’）將會高於第9圖中對應於 點X N的値。依此，方法的下一操作包括將△ I M A X納入考量 地計算在狀態Pn+1之負載電流（II’）。（區塊3 80 )。可依 據等式（6 )相較於狀態PN的負載電流U來計算此電流。 II’ = + II ⑹ 在此等式中，AU對應至爲了實現狀態PN + 1的負載電流 II’相較於負載電流II之電流增加。可使用等式（7)來計 算値ΔΙί : ⑺ AIl = II ((1 - AVmjl/VL) * (Fn+1/Fn) -1) -19- 201145002 其中FN對應至在狀態PN中之負載的操作頻率且？〜+ 1對 應至在狀態Pn+1*之負載的操作頻率。 —旦計算出負載電流之增加ΔΗ，下一操作包括比較 負載電流增加與最大可允許電流差ΔΙμαχ。（區塊3 90 )。 若ΔΗΜΙμαχ，則依據相較供應電壓VL及對應的負載電流 U來控制負載，以於PN狀態中在頻率fn操作，或持續操作 。（區塊4 1 0 )。控制接著返回到區塊3 1 0。 若AU<AImax，則電力管理器產生信號以令電力遞送 電路輸出VI/作爲供應電壓及u’作爲電流至負載。（區塊 410 )。亦即，當負載在PN狀態中操作的同時，電力管理 器控制電力遞送電路以輸出對應至？!^+1狀態並在Pn+1狀態 之較高操作頻率Fn+1之負載電流（U’）及供應電壓（VL’ )0 如上述，將VL’的値設定夠高，使得由負載接收到的 供應電壓等於或實質上對應於狀態PN+ ,的最小供應電壓（ vmi„ supply N-M )。如第9圖中所示，操作點（VL’，IL’）落 在陰影區域中且操作點（Y )對應至在此點的最小供應電 壓及負載電流，亦即 1 Y_ ( Vmin supply N+l，Imax N+1)。由 操作點Xn + 1顯示在PN+1電力曲線上發生（Vl’，II’）之處的 一範例。 在產生區塊420的信號之後，電力管理器可輸出信號 至負載以令負載在PN狀態中但在頻率FN + 1操作。PN+1狀態 的較高頻率允許負載在使用Pn狀態參數操作的負載所會消 耗之相同或實質上相同的電力在較低供應電壓操作。如前 -20- 201145002 述’由負載接收到的供應電壓可對應於確保負載之電晶體 的恰當操作所需之參考電壓及/或最小電壓。在一替代實 施例中，可在區塊420的信號輸出之前輸出此信號。 第10圖顯示系統，其包括處理器5 00、電力供應器510 、及記憶體520 ’其可例如爲隨機存取記憶體。處理器5〇〇 包括算術邏輯單元5 0 2及內部快取5 0 4。系統亦可包括圖形 介面5 3 0、晶片組540、快取5 50、網路介面560、及無線通 訊單元570’其可倂入網路介面內。替代地，或額外地， 通訊單元580可耦合至處理器，且在記憶體520及處理器之 間也可存在直接連結。 根據任何上述本發明之實施例的電力管理系統可耦合 或包括在包含於電力供應器中的電壓調節器590中，用來 控制至處理器5 0 0的電力。 處理器可爲中央處理單兀、微處理器、或任何其他類 型的處理或計算電路’並可包括在晶片晶粒上，其中其餘 特徵之所有或任何組合，或其餘特徵之一或更多者可透過 已知的連結及介面電耦合至微處理器晶粒。並且，所示之 連結僅爲例不性’根據例如晶片平台、功能、或應用需求 可有在元件之間或當中的其他連結。 對於此說明書中對於「一實施例」的任何參照意指連 同該實施例所述之特定特徵、結構、或特性係包括本發明 之至少一實施例中。在說明書的各處中這類詞語的出現並 非一定都參照相同的實施例。此外，當連同任何實施例說 明特定特徵 '結構、或特性時，相信連同實施例之其他者 21 - 201145002 實現這類特定特徵、結構、或特性係在熟悉此技藝人士的 範圍內。 此外’爲了便於了解，將某些功能區塊勾畫成單獨區 塊；然而’這些單獨勾畫的區塊不應理解成依照討論其或 否則在此呈現之順序。例如，可以替代的順序、同時、等 等來執行一些區塊。 雖已參照數個例示性實施例說明本發明，應了解到可 由熟悉此技藝人士做出各種其他修改及實施例而仍落入本 發明之原理的精神與範疇內。尤其，在上述揭露、圖示、 及所附之申請專利範圍內之標的物組合配置的構件部分及 /或配置中可有合理的變動及修改而不背離本發明之精神 。除了構件部分及/或配置中之變動及修改外，替代用途 亦爲熟悉此技藝人士所顯而易見。 【圖式簡單說明】 第1圖爲顯示一類型的電力管理系統之圖。 第2圖爲顯示可用來管理m力之負載線的圖。 第3圖爲顯示使用依據第2圖之負載線的靜態分析之用 來管理電力的電力曲線之圖。 第4圖爲顯示另一類型的電力管理系統之圖。 第5圖爲顯示將負載電流分成多個子帶之圖。 第6圖爲顯示使用依據第5圖之負載電流範圍的動態分 析之用來管理電力的電力曲線之圖。 第7圖爲顯示包括在用於管理電子系統之電力之方法 -22- 201145002 的第一實施例中的操作之圖。 第8圖爲顯示包括在用於管理電子系統之電力之方法 的第二實施例中的操作之圖。 第9圖爲可用於由第8圖之方法所管理的控制至電子系 統之電力的電力曲線之圖。 第10圖爲顯示處理器之電力管理系統的圖。 【主要元件符號說明】 1 0 :調節器電路 20 :負載 1 1 〇 :電力管理器 120 :電力遞送電路 130 :負載 140 :記憶體或暫存器 5 00 :處理器 5 1 〇 :電力供應器 5 2 0 :記憶體 5 3 0 :圖形介面 5 4 0 :晶片組 5 5 0 :快取 560 :網路介面 5 7 0 :無線通訊單元 5 8 0 :通訊單元 590 :電壓調節器 -23-

Claims (1)

1. 201145002 七、申請專利範園： 1·—種電力管理系統，包含： —電力遞送電路，以輸出電力至一負載；以及 一電力管理器，以控制該電力遞送電路， 其中該電力管理器決定對應至該負載的一第一性能狀 態之一固定負載電流及對應至該固定負載電流的一供應電 壓，該固定負載電流與由該負載所汲取之一實際電流不同 ，以及其中該電力管理器控制該電力遞送電路，以輸出該 供應電壓至該負載。 2 .如申請專利範圍第1項所述之系統，其中從該電力 遞送電路輸出的供應電壓設定成補償沿著該電力遞送電路 與該負載之間的一信號路徑所發生的損耗。 3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包含： 一記億體，以儲存該負載的該第一性能狀態之第一負 載電流資訊，該第一負載電流資訊識別該負載的一電流範 圍內之複數子帶，其中一不同的固定電流値係分配給每一 子帶，且其中由該電力管理器所決定的該固定負載電流對 應於分配至其中爲該實際負載電流所在的一子帶之該固定 電流値。 4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中每一子帶 包括複數電流値，且其中分配給每一子帶之該固定電流値 對應於該子帶的一最大電流値。 5 .如申請專利範圍第1項所述之系統，其中·· 該負載的該第一性能狀態對應於一第一操作頻率，且 -24- 201145002 該電力管理器控制該電力遞送電路，以在當該負載的該第 一性能狀態改變成一第二性能狀態時，輸出一不同的供應 電壓至該負載。 6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該不同電 壓及電流係分別依據一第二固定負載電流及供應電壓，從 針對與該第一性能狀態不同的一第二性能狀態所產生的第 二負載電流資訊產生該第二固定負載電流及供應電壓。 7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中從來自該 第一負載電流資訊的子帶的一不同配置產生該第二負載電 流資訊。 8 .如申請專利範圍第1項所述之系統，其中調整從該 電力遞送電路輸出的供應電壓以補償沿著該電力遞送電路 與該負載之間的一信號路徑所發生的損耗。 9. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該負載爲 一處理電路。 10. —種電力管理方法，包含： 檢測一負載的一性能狀態： 決定對應於該性能狀態的一固定負載電流； 決定對應於該固定負載電流之一供應電壓：以及 從該電力遞送電路輸出該供應電壓至該負載，其中該 固定負載電流與由該負載所汲取的一實際電流不同。 1 1.如申請專利範圍第1 〇項所述之方法，其中從該電 力遞送電路輸出的供應電壓以補償沿著該電力遞送電路與 該負載之間的一信號路徑所發生的損耗。 -25- 201145002 12·如申請專利範圍第10項所述之方法，進一步包含 決定對應於該性能狀態的一第一操作頻率；以及 依據該操作頻率決定該固定負載電流。 13.如申請專利範圍第12項所述之方法，進一步包含 儲存該負載的該第一操作頻率之第一負載電流資訊， 其中該第一負載電流資訊識別該負載的一電流範圍內 之複數子帶’其中一不同的固定電流値係分配給每一子帶 ，且其中該固定負載電流對應於分配至其中爲由該負載所 汲取之一實際負載電流所在的一子帶之該固定電流値。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中每一子 帶包括複數電流値，且其中分配給每一子帶之該固定電流 値對應於該子帶的一最大電流値。 1 5 .如申請專利範圍第1 〇項所述之方法，其中： 該第一操作頻率對應於該負載的一第一性能狀態， 其中當該負載的該第一性能狀態改變成一第二性能狀 態時，供應對應於一不同的汲取電流的一不同電壓至該負 載。 16.如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該不同 電壓及電流係分別依據一第二固定負載電流及供應電壓， 從針對與該第一操作頻率不同的一第二操作頻率所產生的 第二負載電流資訊產生該第二固定負載電流及供應電壓。 1 7.如申請專利範圍第1 6項所述之方法’其中從來自 -26- 201145002 該第一負載電流資訊的子帶的一不同配置產生該第二負載 電流資訊。 1 8 .—種電力管理系統，包含： 一電力遞送電路，以輸出電力至一負載；以及 一電力管理器，以控制該電力遞送電路’ 其中該電力管理器決定該負載將操作於其中之一第一 性能狀態，以決定對應於相較於該第一性能狀態具有一較 高的操作頻率之一第二性能狀態的一供應電壓及負載電流 ，並且控制該電力遞送電路，以輸出分別依據該供應電壓 及負載電流的一電壓至該負載，該負載將依據對應於第二 性能狀態的該供應電壓及負載電流在該第一性能狀態中操 作。 1 9 .如申請專利範圍第1 8項所述之系統，其中該輸出 電壓將令該負載消耗一電力位準，其至少實質上等於由依 據對應於該第一性能狀態的一不同的負載電流及供應電壓 所操作之該負載所消耗的電力。 20.如申請專利範圍第1 8項所述之系統，其中至操作 於該第二性能狀態中之該負載的該供應電壓少於對應於該 第一性能狀態的該供應電壓。 2 1 _如申請專利範圍第1 8項所述之系統，其中供應至 操作於該第二性能狀態中之該負載的該負載電流大於對應 於該第一性能狀態的一負載電流。 22 ·如申請專利範圍第1 8項所述之系統，其中從該電 力管理器控制該電力遞送電路，以針對在該電力遞送電路 -27- 201145002 與該負載之間所發生的損耗來調整該供應電壓及負載電流 〇 23.—種電力管理方法，包含： 決定一負載將操作於其中之一第一性能狀態； 決定一第二性能狀態的一供應電壓及負載電流：以及 供應依據該供應電壓及負載電流的一電壓及電流給該 負載，該負載依據該第二性能狀態的該電壓及電流在該第 一性能狀態中操作，其中該第二性能狀態相較於該第一性 能狀態具有一較高的操作頻率。 2 4 .如申請專利範圍第2 3項所述之方法，其中該供應 的電壓及電流令該負載消耗一電力位準，其至少實質上等 於由依據對應於該第一性能狀態的一不同的負載電流及供 應電壓所操作之該負載所消耗的電力》 2 5.如申請專利範圍第23項所述之方法’其中至操作 於該第二性能狀態中之該負載的該供應電壓少於對應於該 第一性能狀態的該供應電壓。 2 6 .如申請專利範圍第2 3項所述之方法’其中供應至 操作於該第二性能狀態中之該負載的該負載電流大於對應 於該第一性能狀態的一負載電流。 27·如申請專利範圍第26項所述之方法’進一步包含 針對在一電力遞送電路與該負載之間所發生的損耗來 調整該供應電壓及負載電流。 2 8.如申請專利範圍第1項所述之系統’其中該電力管 -28- 201145002 理器依據負載狀態估計電流需求改變，並在一負載過渡的 一開始發送該估計的電流需求改變之資訊至該電力遞送電 路，以藉由決定該電力遞送電路中之一最佳操作模式來改 善暫態響應時間。 29 -