TWI505058B - 電壓控制電路 - Google Patents

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Description

電壓控制電路
本案關於一種電壓控制電路，且關於一種控制處理單元(processing unit)之核心電壓(core voltage)的電壓控制電路。
現在的個人電腦遊戲大多顯示三維畫面，為了追求更好的視覺效果，很多玩家在自己的電腦加裝高階顯示卡。很多高階顯示卡具有超頻(overclock)功能，而超頻必須搭配超壓(overvoltage)才能滿足顯示卡在超頻時的額外電力需求。上述的超壓是指提高顯示卡的中央處理單元(CPU：central processing unit)或圖形處理單元(GPU：graphical processing unit)的核心電壓(core voltage)。
傳統的顯示卡包括一個功率控制電路以提供核心電壓至顯示卡的中央處理單元或圖形處理單元。早期的功率控制電路是類比式(analog)，其本身不包含超壓功能，必須以外圍的附加電路提供超壓功能，才是完整的應用方案。
近年來，功率控制電路已逐漸從類比式演進為數位式(digital)，但是適用於類比式功率控制電路的超壓應用方案，並不 適用於數位式功率控制電路。
本發明提供一種電壓控制電路，以提供數位式功率控制電路的超壓應用方案。
本案的電壓控制電路包括處理單元、功率控制電路、阻抗電路、切換開關、以及電流源。處理單元具有正常模式及超壓模式。功率控制電路用以輸出處理單元的核心電壓至處理單元。切換開關與阻抗電路並聯於處理單元與功率控制電路之間，且切換開關與阻抗電路迴授一個迴授電壓至功率控制電路。電流源用以經由阻抗電路或切換開關提供或抽取工作電流。當處理單元工作於正常模式時，切換開關導通，處理單元接收並工作於第一核心電壓。當處理單元工作於超壓模式時，切換開關關閉，處理單元接收並工作於第二核心電壓。
本案的電壓控制電路可藉由切換工作電流的路徑，以調整處理單元所接收的核心電壓。如此，可使處理單元在不同的工作模式接收不同的核心電壓。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、300‧‧‧電壓控制電路
202、304、308、406、541~545、642~646‧‧‧電阻
204、310、408、552~556、652、654‧‧‧開關
210、410、420‧‧‧邏輯判斷線路
220‧‧‧功率控制電路
230‧‧‧處理單元
240‧‧‧電流源
302、412、532~536、630‧‧‧電源端
306、562、564、660‧‧‧電容
312、510、520‧‧‧控制信號
GND‧‧‧接地端
VCORE ‧‧‧核心電壓
VF ‧‧‧迴授電壓
VR ‧‧‧阻抗電路的壓差
圖1是依照本發明的一實施例的一種電壓控制電路的示意圖。
圖2是依照本發明的一實施例的一種邏輯判斷線路的示意圖。
圖3是依照本發明的另一實施例的一種電壓控制電路的示意圖。
圖4是依照本發明的一實施例的一種邏輯判斷線路的示意圖。
圖5是依照本發明的一實施例的一種邏輯判斷線路的示意圖。
圖1是依照本發明的一實施例的電壓控制電路100的示意圖。電壓控制電路100可以是個人電腦的顯示卡的一部份。電壓控制電路100包括阻抗電路202、切換開關204、邏輯判斷線路210、功率控制電路220、處理單元230、以及電流源240。處理單元230可以是上述顯示卡的中央處理單元或圖形處理單元。功率控制電路220是數位式功率控制電路。
功率控制電路220耦接處理單元230，用以輸出處理單元230的核心電壓VCORE 至處理單元230。阻抗電路202和切換開關204並聯於處理單元230與功率控制電路220之間，而且阻抗電路202和切換開關204可將迴授電壓VF 迴授至功率控制電路220。 電流源240耦接阻抗電路202與切換開關204，用以經由阻抗電路202或切換開關204提供或抽取一個工作電流。
本案的阻抗電路，例如阻抗電路202，可以是單一電阻或是多個電阻的組合，在圖式中皆以單一電阻做為代表。
邏輯判斷線路210耦接切換開關204的控制端。本實施例的開關是用n通道金氧半場效電晶體(n-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，簡稱為NMOS電晶體)實現，所以切換開關204的控制端就是NMOS電晶體的閘極(gate)。邏輯判斷線路210可根據處理單元230的工作模式控制切換開關204導通或關閉，以切換電流源240的工作電流的路徑。
圖2是依照本案的一實施例的邏輯判斷線路210的示意圖。邏輯判斷線路210包括電阻304、308、電容306、以及開關310。電阻304耦接於電源端302與切換開關204的控制端之間。電源端302可提供12V電壓，但本發明不以此為限。電容306耦接於接地端GND與切換開關204的控制端之間。開關310與電阻308串聯於接地端GND與切換開關204的控制端之間。開關310的控制端接收控制信號312，控制信號312根據處理單元230的工作模式使開關310導通或關閉。
在本實施例中，處理單元230的工作模式有兩種：正常模式與超壓模式。正常模式用於處理單元230不需要超頻時，超壓模式用於處理單元230需要超頻時。
請參照圖1與圖2。在正常模式，控制信號312是0V的 電壓信號，於是開關310關閉。電流從電源端302經過電阻304與電容306進入接地端GND。由於電容306充電，電壓升高，使切換開關204導通。電流源240的工作電流經過切換開關204。假設切換開關204造成的壓降可忽略不計，所以在正常模式，處理單元230的核心電壓VCORE 的電壓值為第一核心電壓。
在本實施例中，功率控制電路220上的迴授電壓VF 是固定值，在本例中，VF 為1V。功率控制電路220輸出的核心電壓也為1V，因此，處理單元230的核心電壓VCORE 也為1V(第一核心電壓)。在本例中，電阻304和電容306可以在正常模式延遲切換開關204的切換，以避免處理單元230的核心電壓VCORE 出現突波。
當處理單元工作在超壓模式時，控制信號312是3V的電壓信號，於是開關310導通。電流從電源端302經過電阻304、308與開關310進入接地端GND。由於電阻304的電阻值遠大於電阻308的電阻值，這兩個電阻的接點的低電壓使切換開關204關閉。此時因為切換開關204關閉，電流源240抽取工作電流，而且工作電流經過阻抗電路202，所以處理單元230的核心電壓VCORE 等於迴授電壓VF 加上阻抗電路202所產生的壓差VR 。
在超壓模式，功率控制電路220輸出的電壓為1.2V，其為迴授電壓VF 再加上壓差VR 。也就是說，在超壓模式下，處理單元230的核心電壓為第二核心電壓，且第二核心電壓VCORE 大於迴授電壓VF 。壓差VR 等於電流源240抽取的工作電流乘以阻 抗電路202的電阻值。電阻308和電容306可以在超壓模式延遲切換開關204的切換，以避免核心電壓VCORE 出現突波。
圖3是依照本發明的一實施例的另一種電壓控制電路300的示意圖。和前一實施例的電壓控制電路100相比，本實施例的電壓控制電路300將邏輯判斷線路210置換為邏輯判斷線路410，而且增加阻抗電路406、切換開關408、以及邏輯判斷線路420。阻抗電路406耦接切換開關204、阻抗電路202、功率控制電路220、以及電流源240。切換開關408耦接於阻抗電路406與電源端412之間。
電源端412可供應3.3V的電壓，但本發明不以此為限。邏輯判斷線路410耦接開關204的控制端，邏輯判斷線路420耦接切換開關408的控制端。邏輯判斷線路410根據處理單元230的工作模式控制開關204導通或關閉，邏輯判斷線路420根據處理單元230的工作模式控制切換開關408導通或關閉。
圖4是依照本發明的一實施例的邏輯判斷線路410的示意圖。邏輯判斷線路410接收控制信號510、520，包括電阻541~545、開關552、554、556、以及電容562、564。電源端532、534可提供3.3V的電壓，電源端536可提供12V的電壓，但本發明不以此為限。
圖5是依照本發明的一實施例的邏輯判斷線路420的示意圖。邏輯判斷線路420接收控制信號510、520，包括電阻642、644、646、開關652、654、以及電容660。電源端630可提供12V 的電壓，但本發明不以此為限。
本實施例中，處理單元230有三種工作模式：省電模式、正常模式、以及超壓模式。省電模式用於處理文書處理軟體之類的二維畫面。正常模式用於處理電腦遊戲之類的三維畫面。超壓模式用於處理單元230需要超頻的情況，例如顯示更精細的三維畫面時。
一般而言，處理單元230在省電模式需要的核心電壓VCORE 低於迴授電壓VF ，在正常模式需要的核心電壓VCORE 等於迴授電壓VF ，在超壓模式需要的核心電壓VCORE 高於迴授電壓VF 且高於正常模式需要的核心電壓。
如上所述，邏輯判斷線路410和420接收控制信號510和520。其中，控制信號510控制省電模式和正常模式的切換，控制信號520則控制超壓與否的切換。控制信號510和520在三種工作模式中各有不同狀態，以透過邏輯判斷線路410和420控制切換開關204和408，如下面的表1所示。
表1當中的設立狀態(asserted)是指對應的控制信號呈現邏輯高電壓，例如3V，重置狀態(de-asserted)是指對應的控制信號 呈現邏輯低電壓，例如0V，但本發明不限定設立狀態與重置狀態所對應的電壓。在其他實施例中，可分別將設立狀態與重置狀態對應至不同電壓。
以下說明邏輯判斷線路410的操作，請參照圖4。在省電模式，控制信號510和520都是重置狀態，使開關552與556關閉。開關554因為電源端534的高電壓而導通。因為電阻543的電阻值遠大於電阻544的電阻值，這兩個電阻的接點的低電壓使切換開關204關閉。
在正常模式，控制信號510是設立狀態，開關552導通，控制信號520是重置狀態，開關556關閉。導通的開關552將接地端GND的低電壓連接至開關554的控制端，使開關554關閉。因此，電源端536的高電壓使切換開關204導通。
在超壓模式，控制信號510和520都是設立狀態，使開關552與556導通。導通的開關552將接地端GND的低電壓連接至開關554的控制端，使開關554關閉。因為電阻543的電阻值遠大於電阻545的電阻值，這兩個電阻的接點的低電壓使切換開關204關閉。
以下說明邏輯判斷線路420的操作，請參照圖5。在省電模式，控制信號510和520都是重置狀態，使開關652和654關閉。電源端630的高電壓使切換開關408導通。
在正常模式，控制信號510是設立狀態，開關652導通，控制信號520是重置狀態，開關654關閉。因為電阻642的電阻 值遠大於電阻646的電阻值，這兩個電阻的接點的低電壓使切換開關408關閉。
在超壓模式，控制信號510和520都是設立狀態，使開關652與654導通。因為電阻642的電阻值遠大於電阻644和646的電阻值，這三個電阻的接點的低電壓使切換開關408關閉。
邏輯判斷線路410和420其中的電阻和電容可以延遲切換開關204和408的切換，以避免核心電壓VCORE 出現突波。
下面的表2列出各工作模式中，控制信號510、520的狀態，以及切換開關204、408的狀態。
以下說明圖3的電壓控制電路300的操作，請參照表2、圖3、圖4與圖5。在省電模式，控制信號510和520都是重置狀態，所以邏輯判斷線路410控制切換開關204關閉，而邏輯判斷線路420控制切換開關408導通。在圖3的電壓控制電路300中，電流自電源端412經過切換開關408、以及阻抗電路406、202。阻抗電路202產生的壓差VR 使核心電壓VCORE 小於迴授電壓VF 。
換句話說，省電模式的核心電壓VCORE 等於迴授電壓VF 減去阻抗電路202所產生的壓差VR 。功率控制電路220輸出的電壓也因此等於迴授電壓VF 減去壓差VR 。省電模式的壓差VR 是由以下公式決定，其中VS 是電源端412的電壓，RT 是阻抗電路406的電阻值，RB 是阻抗電路202的電阻值。
VR =(VS -VF )/RT * RB
在正常模式，控制信號510是設立狀態，控制信號520是重置狀態，所以邏輯判斷線路410控制切換開關204導通，而邏輯判斷線路420控制切換開關408關閉。所以圖3的電壓控制電路300在正常模式的操作和圖1的電壓控制電路100在正常模式的操作相同。此時處理單元230的核心電壓VCORE 等於迴授電壓VF 。功率控制電路220輸出的電壓也因此等於迴授電壓VF 。
在超壓模式，控制信號510和520都是設立狀態，所以邏輯判斷線路410控制切換開關204關閉，而邏輯判斷線路420控制切換開關408關閉。所以圖3的電壓控制電路300在超壓模式的操作和圖1的電壓控制電路100在超壓模式的操作相同。此時處理單元230的核心電壓VCORE 等於迴授電壓VF 再加上阻抗電路202所產生的壓差VR 。功率控制電路220輸出的電壓也因此等於迴授電壓VF 加上壓差VR 。
綜上所述，本發明的電壓控制電路可依照處理單元的工作模式自動調整核心電壓，以因應處理單元的不同工作模式而提供不同的核心電壓，滿足不同的畫面顯示與超頻超壓的需求。藉 此，本發明可提供數位式功率控制電路的超壓應用方案。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電壓控制電路
202‧‧‧阻抗電路
204‧‧‧切換開關
210‧‧‧邏輯判斷線路
220‧‧‧功率控制電路
230‧‧‧處理單元
240‧‧‧電流源
VCORE ‧‧‧核心電壓
VF ‧‧‧迴授電壓
VR ‧‧‧阻抗電路的壓差

Claims (10)

  1. 一種電壓控制電路，包括：一處理單元，具有一正常模式及一超壓模式；一功率控制電路，耦接該處理單元，用以輸出該處理單元的核心電壓至該處理單元；一第一阻抗電路；一第一切換開關，其中該第一切換開關與該第一阻抗電路並聯於該處理單元與該功率控制電路之間，且該第一切換開關與該第一阻抗電路迴授一迴授電壓至該功率控制電路；以及一電流源，耦接該第一阻抗電路與該第一切換開關，用以經由該第一阻抗電路或該第一切換開關提供或抽取一工作電流；其中，當該處理單元工作於該正常模式時，該第一切換開關導通，該處理單元接收一第一核心電壓；其中，當該處理單元工作於該超壓模式時，該第一切換開關關閉，該處理單元接收一第二核心電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電壓控制電路，其中該迴授電壓為固定值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電壓控制電路，其中當該處理單元工作於該超壓模式時，該處理單元之第二核心電壓等於該迴授電壓加上該第一阻抗電路所產生的壓差，該壓差由該工作電流與該第一阻抗電路的電阻值決定，且該第二核心電壓大於該第一核心電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電壓控制電路，其中當該處理單元工作於該超壓模式時，該電流源經由該第一阻抗電路抽取該工作電流。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電壓控制電路，更包括：一第一邏輯判斷線路，耦接該第一切換開關的控制端，用以根據該處理單元工作於該正常模式或該超壓模式而控制該第一切換開關導通或關閉。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電壓控制電路，其中該第一邏輯判斷線路包括：一第一電阻，耦接於一電源端與該第一切換開關的該控制端之間；一電容，耦接於一接地端與該第一切換開關的該控制端之間；一第二電阻；以及一第二切換開關，與該第二電阻串聯於該接地端與該第一切換開關的該控制端之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電壓控制電路，其中該第二切換開關的控制端接收一控制信號；當該處理單元工作於該正常模式時，該控制信號使該第二切換開關關閉；當該處理單元工作於該超壓模式時，該控制信號使該第二切換開關導通。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電壓控制電路，更包括：一第二阻抗電路，耦接該第一切換開關、該第一阻抗電路、該功率控制電路、以及該電流源；以及 一第三切換開關，耦接於該第二阻抗電路與一電源端之間；其中，當該處理單元工作於該正常模式或該超壓模式時，該第三切換開關關閉；其中，該處理單元更具有一省電模式，當該處理單元工作於該省電模式時，該第三切換開關導通，該處理單元之核心電壓小於該迴授電壓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的電壓控制電路，其中當該處理單元工作於該省電模式時，該處理單元之核心電壓等於該迴授電壓減去該第一阻抗電路所產生的壓差，該壓差由該電源端的電壓、該迴授電壓、該第一阻抗電路的電阻值、以及該第二阻抗電路的電阻值決定。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的電壓控制電路，更包括：一第二邏輯判斷線路，耦接該第三切換開關的控制端，用以根據該處理單元工作於該正常模式、該超壓模式或該省電模式而控制該第三切換開關導通或關閉。
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