TWI585580B - 用於控制升降壓功率轉換器之裝置、方法與系統 - Google Patents

用於控制升降壓功率轉換器之裝置、方法與系統 Download PDF

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Description

用於控制升降壓功率轉換器之裝置、方法與系統 發明領域
本揭示一般係關於電子電路領域。尤其是，一實施例係有關用於非反向高效能升降壓功率轉換器之統一控制方案。
發明背景
直流(DC)至直流功率轉換器一般使用於電力傳送應用中，於其中一輸入電壓將需要以可能較小與較大於一之比率而轉換至一輸出電壓。此等轉換器尤其可以是適於電池供電輕便型電子裝置，其中電池電壓可以是較大於或較小於對於該等電子裝置所需的操作電壓。因此，此等功率轉換器之有效使用是勝過於電池供電設備之適當操作。
發明概要
依據本發明之一實施例，係特地提出一種裝置，其包括：補償器邏輯，其至少一部份是硬體，該補償器邏輯導致一升降壓功率轉換器用以在該升降壓功率轉換器之一 升壓操作模式中提供比一輸入電壓具有一較高電壓位準之一輸出電壓，並且用以在該升降壓功率轉換器之一降壓操作模式中提供比該輸入電壓具有一較低電壓位準之輸出電壓，其中該補償器邏輯是用以提供N+1個位元至脈波寬度調變(PWM)產生器邏輯以導致該升降壓功率轉換器用以提供該輸出電壓，其中該等N+1個位元之一者用以指出該升降壓功率轉換器是用以提供該降壓操作或該升壓操作。
100‧‧‧系統
102‧‧‧處理器
104‧‧‧互連部
106‧‧‧處理器核心
108‧‧‧快取
110‧‧‧路由器
112‧‧‧互連部
114‧‧‧記憶體
116‧‧‧L1快取
120‧‧‧電源
130‧‧‧電壓調整器(VR)
140‧‧‧邏輯
150‧‧‧感測器
202‧‧‧降壓開關
204‧‧‧升壓開關
206‧‧‧升壓開關
208‧‧‧降壓開關
602‧‧‧輸入誤差A/D
604‧‧‧數位補償器
606‧‧‧2N PWM產生器
608‧‧‧功率級
702‧‧‧輸入誤差A/D
704‧‧‧數位補償器
706‧‧‧升降壓PWM產生器邏輯
708‧‧‧升降壓功率級
802‧‧‧降壓開關
804‧‧‧升壓開關
806‧‧‧降壓開關
808‧‧‧升壓開關
810‧‧‧降壓開關
812‧‧‧升壓開關
1000‧‧‧電腦系統
1002‧‧‧處理器
1003‧‧‧電腦網路
1004‧‧‧互連網路
1006‧‧‧晶片組
1008‧‧‧圖形和記憶體控制中樞
1010‧‧‧記憶體控制器
1012‧‧‧記憶體
1014‧‧‧圖形介面
1018‧‧‧中樞介面
1020‧‧‧快取(ICH)
1022‧‧‧匯流排
1024‧‧‧週邊接橋
1026‧‧‧音訊設備
1028‧‧‧磁碟驅動器
1030‧‧‧網路介面設備
1050‧‧‧顯示設備
1100‧‧‧電腦系統
1102、1104‧‧‧處理器
1106、1108‧‧‧區域性記憶體控制器中樞(MCH)
1110、1112‧‧‧記憶體
1114‧‧‧點對點(PtP)介面
1116、1118‧‧‧PtP介面電路
1120‧‧‧晶片組
1122、1124‧‧‧PtP介面
1126、1128‧‧‧點對點介面電路
1130、1132‧‧‧點對點介面電路
1134‧‧‧高性能圖形電路
1136‧‧‧高性能圖形介面
1137‧‧‧PtP介面電路
1140‧‧‧匯流排
1141‧‧‧PtP介面電路
1142‧‧‧匯流排橋
1143‧‧‧I/O設備
1144‧‧‧匯流排
1145‧‧‧鍵盤/滑鼠
1146‧‧‧通訊設備
1147‧‧‧音訊設備
1148‧‧‧資料儲存設備
1149‧‧‧程式碼
1202‧‧‧單晶片系統(SOC)
1220‧‧‧中央處理單元核心
1230‧‧‧圖形處理器單元核心
1240‧‧‧輸入/輸出(I/O)介面
1242‧‧‧記憶體控制器
1260‧‧‧記憶體
1270‧‧‧I/O設備
詳細說明藉由參考附圖而提供。於該等附圖中，最左邊的參考號碼之數字用以識別參考號碼首先出現之圖形。於不同圖形中相同參考號碼之使用指出相似或相同的項目。
圖1以及圖10-12例示電腦系統實施例之方塊圖，其可以被採用以實行此處討論之各種實施例。
圖2A、2B、4B、以及8例示根據一些實施例之降壓與升壓轉換器的電路圖。
圖3、4A、5、以及9例示根據一些實施例之圖形。
圖6-7例示根據一些實施例之數位控制邏輯的方塊圖。
較佳實施例之詳細說明
在下面說明中，許多特定細節已於此處提出以提供實施例之整體的了解。但是，那些熟習本技術者應明白，實施例可以實施而不必這些特定細節。於其他實例中，習 知的方法、步驟、構件、以及電路並未詳細地被說明以避免混淆特定實施例。進一步地，實施例之各種論點可以使用各種構件而進行，例如，整合半導體電路(“硬體”)、組織進入一個或多個程式(“軟體”)中之電腦可讀取指令、或硬體和軟體之一些組合。對於這揭示之目的，提及之“邏輯”將是指硬體、軟體、或其一些組合。
如上面之討論，DC-至-DC功率轉換器可以被使 用於依賴電池電力之電力輸送應用中。一此種轉換器稱為一“升降壓”功率轉換器，其通常是被使用於電力輸送應用中，於其中一輸入電壓將需要以可能是較小於及較大於一之比率而被轉換至一輸出電壓。升降壓轉換器尤其是有關於電池供電之輕便型電子裝置，其中電池電壓可以是，例如，取決於電池電荷狀態，而任意地較大於或較小於用於電子裝置所需的操作電壓。
一些實施例提供用於非反向高效能升降壓功率 轉換器之一統一控制方案。例如，用於一升降壓功率轉換器之降壓和升壓兩模式的一統一控制方案可以被提供(例如，經由圖1之邏輯140)，以至於自一控制觀點來看，模式改變是無縫的。一實施例提供用於功率轉換器之整個操作範圍的一單一補償器設計，例如，簡化設計同時提供強健性。
此外，一些實施例可以被應用至包含一個或多個 處理器(例如，具有一個或多個處理器核心)之電腦系統中，例如，參考圖1-12所討論的那些者，例如，包含移動式電 腦設備，例如，一智慧型手機、平板電腦、UMPC(超級移動式個人電腦)、膝上型電腦、超級書(UltrabookTM)電腦設備、智慧型手錶、智慧型眼鏡、可穿戴式設備、等等。尤其是，第1圖例示依據一實施例之一電腦系統100的方塊圖。 該系統100可以包含一個或多個處理器102-1至102-N(於此通稱為“處理器102”)。該等處理器102可以經由一互連部或匯流排104而通訊。各個處理器可以包含各種構件，為清楚起見，其中一些構件將僅參考處理器102-1而討論。因此，其餘的處理器102-2至102-N之各者可以包含參考處理器102-1之討論的相同或相似構件。
於一實施例中，該處理器102-1可以包含一個或 多個處理器核心106-1至106-M(於此稱為“核心106”)、一快取108、及/或一路由器110。該等處理器核心106可以是實行在一單一積體電路(IC)晶片上。此外，該晶片可以包含一個或多個共用及/或私用快取(例如，快取108)、匯流排或互連部(例如，一匯流排或互連部112)、圖形及/或記憶體控制器(例如，那些關於圖10-12所討論者)、或其他構件。
於一實施例中，路由器110可以被使用以在處理 器102-1的各種構件及/或系統100之間通訊。此外，處理器102-1可以包含多於一個的路由器110。更進一步地，多個路由器110可以通訊以致能資料在處理器102-1內部或外部的各種構件之間依安排路線路由。
快取108可以儲存為處理器102-1之一個或多個 構件(例如，核心106)所採用的資料(例如，包含指令)。例 如，該快取108可以局域性地快取儲存在一記憶體114中之資料以供處理器102之構件更快地存取(例如，更快地為核心106所存取)。如於圖1之展示，記憶體114可以經由互連部104而與處理器102通訊。於一實施例中，該快取108(其可能是共用)可以是一中間位準快取(MLC)、一最末位準快取(LLC)等等。同時，該等核心106之各者也可以包含一位準1(L1)快取(116-1)(於此處通稱為“L1快取116”)或其他快取位準，例如，一位準2(L2)快取。此外，處理器102-1之各種構件可以直接地與快取108通訊，經由一匯流排(例如，匯流排112)、及/或一記憶體控制器或中樞。
系統100也可以包含一平臺電源120(例如，一直 流電(DC)電源或一交流電(AC)電源)以提供電力至系統100之一個或多個構件。該電源120可包含一PV(光伏打)面板、風力發電器、熱發電器、水/水力發電渦輪機等等。於一些實施例中，該電源120可以包含一個或多個電池組(例如，藉由一PV面板、風發電器、熱發電器、水/水力發電渦輪機、***式電源供應器(例如，耦合至一AC電力網板)等等之一者或多者而充電)及/或***式電源供應器。該電源120可以經由一電壓調整器(VR)130而耦合至系統100之構件。此外，雖然第1圖例示一電源120和一電壓調整器130，其他電源及/或電壓調整器亦可以被採用。例如，該等處理器102之一者或多者可以具有對應的電壓調整器及/或電源。同時，電壓調整器130也可以經由一單一電力平面(例如，供應電力至所有的核心106)或多數個電力平面(例如，其中各電力平 面可以供應電力至一不同的核心或核心族群)而耦合至處理器102。
另外地，雖然第1圖例示電源120和電壓調整器 130如個別構件，但該電源120和該電壓調整器130可以併入系統100的其他構件中。例如，所有或部份的VR 130可以併入電源120及/或處理器102中。
如於圖1之展示，該處理器102可以進一步地包含 一電力控制邏輯140以控制電力供應至處理器102之構件(例如，核心106)。於一實施例中，邏輯140可以提供用於非反向高效能升降壓功率轉換器之一統一控制方案。邏輯140可以存取此處討論之一個或多個儲存設備(例如，系統100中之快取108、L1快取116、記憶體114、或另一記憶體)以儲存關於邏輯140之操作的資訊，例如，如此處所討論之與系統100的各種構件通訊之資訊。如所展示，邏輯140可以耦合至VR 130及/或系統100的其他構件，例如，核心106及/或電源120。
另外地，邏輯140可以耦合以接收資訊(例如，以 一個或多個位元或信號形式)以指出一個或多個感測器150之狀態。感測器150可以被提供接近系統100之構件(或此處討論之其他電腦系統，例如，那些關於，例如，包含圖10-12之其他圖形所討論者)，例如，核心106、互連部104或112、在處理器102之外的構件等等，以檢測影響系統/平臺之電力/熱運行狀態之各種係數的變化，例如，溫度、操作頻率、操作電壓、功率消耗、及/或核心間通訊活動等等。
邏輯140接著可以指示VR 130、電源120、及/或 系統100之分別構件(例如，核心106)以修改它們的操作。例如，邏輯140可以對VR 130及/或電源120(或PSU)指出以調整它們的輸出。於一些實施例中，邏輯140可以要求核心106以修改它們的操作頻率、功率消耗等等。同時，雖然所展示構件140和150是包含於處理器102-1中，這些構件也可以在系統100中之別處提供。例如，電力控制邏輯140可以提供於VR 130中、於電源120中、直接地耦合至互連部104、在一個或多個(或另外地是全部)處理器102之內、在電腦設備/系統(例如，如一獨立設備)之外、耦合至電源120(或與電源120整合)等等。更進一步地，如於圖1之展示，電源120及/或電壓調整器130可以與電力控制邏輯140通訊並且報告它們的電力說明。因此，於一實施例中，邏輯140是具有電壓轉換、電力不足以及過電壓保護之一智能型電力控制器。
圖2A和2B分別地例示根據一些實施例之一單一 切換升降壓調整器的降壓和升壓模式之電路圖。尤其是，實行升降壓操作之一電力拓撲結構包含一LC濾波器(其中“L”指的是電感器而“C”指的是電容器)。在圖2A和2B中，項目202和204是完全地導通(靜態)並且項目206和208是週期循環(或受控制)，而其餘電路元件則是完全地關閉(或靜態)。 LC濾波器使用彼此獨立地的降壓與升壓模式電力開關(具有相同電感器)。當電力轉移需要具有一降低轉換率時，電感器之輸入側端是負載週期循環，如於一降壓轉換器(具有 通常連接之輸出)中。
對於超過一單位比率，電感器之輸出側端是專門 地負載週期循環，其輸入是通常連接。這型式之轉換器於此處稱為一“單一切換”升降壓轉換器。如果所有的四個FET(場效應電晶體)代替地被切換，則該轉換器被稱為一“雙切換”升降壓轉換器。用於此一升降壓拓撲結構之控制技術(其中於一所給予的切換週期中，僅電感器之一端點是負載週期循環)是需穩定地控制降壓和升壓兩模式。因為降壓和升壓模式具有不同轉移函數，該控制機構趨向於實行作為兩個個別補償器，該等兩個個別補償器藉由利用啟發性之模式切換機構來管理在降壓和升壓模式之間的一轉換。 另外地，一小的雙切換升降壓轉換區域可以引介在專有降壓和升壓模式之間，例如，藉由以一較小功率效益升降壓拓撲結構而切換電感器兩端。
為了這目的，一些實施例提供用於非反向高效能 升降壓功率轉換器之一統一控制方案。例如，用於降壓與升壓兩模式之一統一控制方案可以被提供(例如，經由圖1之邏輯140)，以至於自一控制觀點來看，模式改變是無縫的。一實施例提供用於功率轉換器之整個操作範圍的一單一補償器設計，例如，簡化設計而同時提供強健性。
此外，用以控制單一切換升降壓轉換器之實施例 提議藉由設計用於最壞情況轉移函數之補償，以確保跨越降壓與升壓兩模式之操作點的控制器之穩定性。為了找到最壞的情況，依據一實施例，描述降壓與升壓模式之轉移 函數的波德圖可以被使用，例如於圖3中所例示。但是，其他分析方法以及穩定性準則，例如，狀態空間平均及/或Lyapunov準則也可被使用以找出該最壞情況操作點。就波德圖而論，最小‘增益邊限’以及‘相位邊限’表示最壞情況轉移函數。
圖3例示依據一實施例找出最壞情況轉移函數之 所使用的波德圖。尤其是，圖3例示展示降壓與升壓兩模式中負荷與負載週期的變化之一系列的典型單一切換升降壓轉移函數波德圖。最壞情況相位邊限強調於圖3中。控制器(例如，邏輯140)可以被設計對於這最壞情況穩定性邊限為穩定，並且因此保證對於整個功率轉換範圍是穩定。因為一單一補償器設計被使用於此一實施例中，控制器跨越整個操作範圍之響應性能和速率是協調的。在降壓與升壓之間轉換的模式跳躍邏輯，以及確保在模式跳躍期間的穩定性之啟發法不再是所需的，並且功率級以其之最大單一切換效能而操作。
圖4A例示依據一實行例之雙切換升降壓轉換器 的增益變化圖形。圖4B例示依據一實施例用於統一單一切換升降壓控制之一負載週期分割方案電路圖。藉由一單一補償器設計以及免除模式跳躍啟發法，對於轉換器之一均勻轉移函數可以被得到，例如，相似如於圖4A展示之傳統雙切換升降壓轉換器。如於圖4B之展示，來自統一控制器之負載週期被分割成為降壓與升壓。於該圖形中，控制器_命令(controller_cmd)是來自該控制器之統一負載週期命令， 其範圍自0%至200%。當控制器_命令自0至100%時，下方半個區塊之輸出自0至100%，使對於控制器_命令大於100%會飽和至100%，同時當控制器_命令自100%至200%時，則上半區塊之輸出自100%至200%，使得當控制器_命令較低於100%時則將飽和至100%。半負載區塊自上半方之輸出減去100%，供給0至100%之一範圍至T_cmd_boost_o輸出，其控制升壓模式負載週期。該下方半個區塊之輸出直接地至T_cmd_buck_o輸出，其控制降壓模式負載週期。
於一實際升降壓轉換器中，圖2之降壓端開關以 及升壓端開關兩者在它們的‘導通’週期之間皆具有一失效時間(dead-time)，以防止輸入或輸出至接地的短路。進一步地，用於開關之驅動電路具有一有限響應時間，其限定PWM(脈波寬度調變)脈波之脈波寬度，它們可在高端點(接近至100%脈波寬度)以及低端點(接近至0%脈波寬度)兩者上驅動。這意味著是每個降壓與升壓脈波寬度實際上是受限定於大致為5%至95%之範圍。因此，當控制器試圖以約為0.5負載週期標記在降壓和升壓模式之間平滑地轉換負載週期時(例如，自100%降壓切換至0%升壓或返回)，實際轉換發生於自95%降壓至5%升壓。為適度地處理這不連續性而不用中斷電感器中之電流，在約為0.5升降壓負載週期之區域中，(假定說自0.475至0.525，其對應至5%以及95%之限定)，降壓與升壓可以分別地保持在100%以及0%負載週期，而導通它們之分別的高壓端開關。由於電感器是簡單地自輸入連接至輸出電壓，這區域被稱為‘直通’區域。在 模式切換期間之降壓和升壓模式中飽和的負載週期例示於圖5中。由於控制器不能夠補償來自功率級響應的缺乏，故一大的直通區域可能導致不穩定性。一些功率級可能只具有一5%直通區域，其是足夠用於穩定的操作。
圖6例示依據一實施例之數位控制方案的方塊圖。 此處討論之一些實施例使他們自己成為數位領域中一特別巧思的實行例。於一單一降壓或升壓控制器(例如邏輯140)中，一N位元負載週期映射至控制器可以使用其之補償器算術解決的2N狀態。
參看至圖6(於一實施例中，其例示邏輯140之構 件)，考慮到對於降壓與升壓領域之相同PWM解析度，吾等具有用於降壓模式之2N狀態，其之後接著有用於升壓模式之2N狀態。為控制整個升降壓範圍(圖4A)，控制器需要解決2N+2N=2N+1狀態。在具有分別之降壓與升壓控制器的傳統實行例中，控制器之區域以及電力開銷可以是無關於類比或數位控制而受抑制的。於一實施例中，控制器以及PWM產生邏輯皆可以最小化以允許在降壓和升壓模式之間之無縫轉換。如於圖6之展示，一參考電壓(Vref)比較於輸出電壓以於A/D(類比至數位)轉換器邏輯602中產生一輸入誤差，其被傳送至一數位補償器邏輯604，其藉由產生一負載週期信號而處理該誤差以及控制包含其之操作模式(降壓、直通或升壓)之轉換器的動態響應，該負載週期信號是藉由一PWM產生器邏輯606被處理以產生用於功率級邏輯608之切換控制信號，該功率級邏輯608包含電晶體或其 他開關以及一LC濾波器，其監看在輸入電壓以及接地電壓之間藉由補償器邏輯604所產生的一切換波形(例如，具有等於該負載週期或1-負載週期之一比率)。在功率級之內的LC濾波器接著產生輸出電壓(Vout)。
更進一步地，藉由一統一控制方案，控制器簡單 地需要增加1位元至其之控制字組，如方程式右手邊上以及圖7和8中之展示(其分別地例示根據一些實施例之具有數位控制和升降壓操作的一統一升降壓轉換器之方塊圖)。於圖8中，項目802、806、808、以及812是完全地導通(靜態)且項目804與810是週期循環(或受控制)，而其餘電路元件則是完全關閉(或靜態)。一統一控制器中之MSB(最主要位元)可以被使用以在降壓和升壓操作之間做出判定，而其餘的N-位元控制字組可以是共用於降壓或升壓模式。圖4B例示可以將控制器命令解碼成為降壓與升壓PWM命令之邏輯。 就數位控制器之功率以及區域而論，這方法是更有效的，並且此等實施例提供一主要改進。如於圖7之展示，一參考電壓(Vref)被接收於一輸入誤差A/D轉換器邏輯702，其被傳送至一數位補償器邏輯704，其之後接著一升降壓PWM產生器邏輯706以及一升降壓功率級邏輯708。該功率級邏輯708接著產生輸出電壓(Vout)。
同時，雖然MSB可以在降壓與升壓模式之間切換 控制器，呈現至降壓與升壓開關之實際PWM也可以考慮直通區域。為確保平穩地直通，升降壓PWM區域可以被分割成為三個區域，而轉換點在它們之間。這例示於圖8和5中。 當降壓負載週期達到一預定最大值時，習知為上方觸發點(UTP)，負載週期飽和；同樣地，當升壓負載週期達到一預定最小值時，習知為下方觸發點(LTP)，該直通情況被致動。
圖9展示根據一些實施例，一統一升降壓控制器 之閉迴路操作的取樣模擬結果。尤其是，圖9展示自控制器斜上升之負載週期以及產生降壓與升壓PWM脈波。如所展示，約為50%標記之控制器負載週期得在降壓與升壓負載週期之間分割。當控制器試圖找出直通區域附近之一操作點時，降壓與升壓兩脈波發生。當該等操作點顯然是清楚地在該等降壓或升壓區域中時，僅對應的降壓或升壓脈波發生。這例示當控制器操作點提昇時在降壓和升壓模式之間的轉換。
因此，一些具有一統一單一切換升降壓之實施例 相對於具有一雙重補償器設計之一雙重切換轉換器以及一單一切換轉換器有其顯著優點，其包含：(1)當比較至一傳統雙補償器設計時，數位控制器之區域以及電力開銷可幾乎降低為一半。在一數位控制器中，在內在的PWM解析度之上，僅有一個另外的位元使用於控制器輸出中以致能升降壓操作；(2)一單一控制器邏輯區塊可使用藉由改變補償器參數之處理降壓、升壓以及升降壓功率級的技術而設計，其於不同型式的轉換器產品系列中產生時間-對-市場之改進；(3)藉由設計具有最壞情況轉移函數之控制器，一穩定與強健的操作可達成；(4)模式跳躍啟發法可被避免；及/ 或(5)此等技術可藉由簡化它們的設計而改進類比和數位控制器並且提供一強健的設計範例。
圖10例示依據一實施例之電腦系統1000的方塊 圖。電腦系統1000可以包含一個或多個中央處理單元(CPU)或處理器1002-1至1002-P(其於此處可以稱為“處理器1002”)。處理器1002可以經由一互連網路(或匯流排)1004而通訊。處理器1002可以包含一般用途處理器、一網路處理器(其處理在電腦網路1003上通訊之資料)、或其他型式的一處理器(其包含一簡化指令集電腦(RISC)處理器或一複雜指令集電腦(CISC))。此外，處理器1002可以具有單一的或多數個的核心設計。具有多數個核心設計之處理器1002可以整合不同型式的處理器核心於相同積體電路(IC)晶模上。同時，具有多數個核心設計之處理器1002也可以實行作為對稱或非對稱之多處理器。於一實施例中，一個或多個的處理器1002可以是相同或相似於圖1之處理器102。於一些實施例中，一個或多個處理器1002可以包含圖1之一個或多個的核心106、邏輯140、以及感測器150。同時，參考圖1-9所討論的操作也可以藉由系統1000的一個或多個構件而進行。例如，一電壓調整器(例如，圖1之VR 130)可以在邏輯140方向調整供應至圖10的一個或多個構件之電壓。
一晶片組1006也可以與互連網路1004通訊。晶片組1006可以包含一圖形和記憶體控制中樞(GMCH)1008。GMCH 1008可以包含與一記憶體1012通訊之一記憶體控制器1010。記憶體1012可以儲存資料，其包含利用處理器1002、 或包含於電腦系統1000中之任何其他設備而執行之指令序列。於一實施例中，該記憶體1012可以包含一個或多個依電性儲存(或記憶體)設備，例如，隨機存取記憶體(RAM)、動態RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、靜態RAM(SRAM)、或其他型式的儲存設備。非依電性記憶體也可以被採用，例如，一硬碟。另外的設備，例如，多數個CPU及/或多數個系統記憶體，可以經由互連網路1004而通訊。
GMCH 1008也可以包含與一顯示設備1050通 訊的一圖形介面1014，例如，一圖形加速裝置。於一實施例中，該圖形介面1014可以經由一加速圖形埠(AGP)或週邊構件互連(PCI)(或PCI快速(PCIe)介面)而與顯示設備1050通訊。於一實施例中，該顯示設備1050(例如，一平面顯示器(例如，一LCD(液晶顯示器)、一陰極射線管(CRT)、一投射屏幕、等等)可以透過，例如，一信號轉換器，而與圖形介面1014通訊，該信號轉換器可將儲存在一儲存設備(例如，視訊記憶體或系統記憶體)中的一影像之一數位表示轉化成為受轉譯之顯示信號並且利用顯示器而顯示。所產生之該等顯示信號可以在為顯示設備1050所轉譯之前通過各種控制設備並且依序地顯示在顯示設備1050上。
一中樞介面1018可以允許GMCH 1008與一輸入/ 輸出控制中樞(ICH)1020通訊。該ICH 1020可以提供一介面至與電腦系統1000通訊之I/O設備。該ICH 1020可以經由一週邊接橋(或控制器)1024，例如，一週邊構件互連(PCI)接 橋、一通用串列匯流排(USB)控制器、或其他型式的週邊接橋或控制器，而與一匯流排1022通訊。該接橋1024可以在處理器1002和週邊設備之間提供一資料通道。其他型式的拓撲結構也可以被採用。同時，複數個匯流排也可以，例如，經由複數個接橋或控制器而與ICH 1020通訊。此外，於各種實施例中，與ICH 1020通訊之其他的週邊可以包含，整合驅動電子裝置(IDE)或小型電腦系統介面(SCSI)硬碟驅動器、USB埠、一鍵盤、一滑鼠、併列埠、串列埠、軟式磁碟片驅動器、數位輸出支援(例如，數位視訊介面(DVI))、或其他設備。
匯流排1022可以與一音訊設備1026、一個或多個 磁碟驅動器1028、以及一個或多個網路介面設備1030(其是與電腦網路1003通訊)而通訊。其他設備也可以經由匯流排1022而通訊。同時，於一些實施例中，各種構件(例如，網路介面設備1030)也可以與GMCH 1008通訊。此外，處理器1002和GMCH 1008可以組合以形成一單晶片。更進一步地，於其他實施例中，圖形加速裝置可以包含在GMCH 1008之內。
更進一步地，電腦系統1000可以包含依電性及/ 或非依電性記憶體(或儲存器)。例如，非依電性記憶體可以包含一個或多個下面構件：唯讀記憶體(ROM)、可程控ROM(PROM)、可消除PROM(EPROM)、電氣EPROM(EEPROM)、磁碟驅動器(例如，1028)、一軟式磁碟片、一小型碟片ROM(CD-ROM)、一數位多功能碟片(DVD)、快閃 記憶體、一磁光碟片、或可儲存電子裝置資料(例如，包含指令)之其他型式的非依電性機器可讀取媒體。於一實施例中，系統1000之構件可以一點對點(PtP)組態而配置。例如，處理器、記憶體、及/或輸入/輸出設備可以利用一些點對點介面而互連。
圖11例示依據一實施例以一點對點(PtP)組態而 配置的一電腦系統1100。尤其是，圖11展示一系統，於其中處理器、記憶體、和輸入/輸出設備利用一些點對點介面而互連。關於圖1-10所討論之操作可以利用系統1100之一個或多個構件而進行。例如，一電壓調整器(例如，圖1之VR 130)可以調整供應至圖11的一個或多個構件之電壓。
如圖11中之例示，該系統1100可以包含許多處理器，為清楚起見，其中只有兩處理器1102和1104被展示。處理器1102和1104各可以包含一區域性記憶體控制器中樞(MCH)1106和1108，以致能與記憶體1110和1112之通訊。記憶體1110及/或1112也可以儲存各種資料，例如，如關於圖10所討論的那些記憶體1012。同時，處理器1102和1104也可以包含一個或多個的圖1之核心106、邏輯140、及/或感測器150。
於一實施例中，處理器1102和1104可以是關於圖10所討論之處理器1002之一者。處理器1102和1104可以分別地使用PtP介面電路1116和1118，經由一點對點(PtP)介面1114而交換資料。同時，處理器1102和1104各者也可以使用點對點介面電路1126、1128、1130、以及1132，經由分 別的PtP介面1122和1124而與一晶片組1120交換資料。例如，晶片組1120可以進一步地使用一PtP介面電路1137，經由一高性能圖形介面1136而與一高性能圖形電路1134交換資料。
於至少一實施例中，關於圖1-10所討論之一個或 多個操作可以利用處理器1102或1104及/或系統1100的其他構件(例如，那些經由一匯流排1140而通訊者)而進行。但是，其他實施例，可以存在於圖11系統1100內之其他電路、邏輯單元、或設備中。更進一步地，一些實施例可以分佈在圖11所例示之任何的許多電路、邏輯單元、或設備中。
晶片組1120可以使用PtP介面電路1141而與匯流 排1140通訊。匯流排1140可以具有與其通訊之一個或多個設備，例如，匯流排接橋1142和I/O設備1143。經由匯流排1144，匯流排接橋1142可以與其他設備通訊，例如，一鍵盤/滑鼠1145、通訊設備1146(例如，數據機、網路介面設備、或可以與電腦網路1003通訊之其他通訊設備)、音訊I/O設備、及/或資料儲存設備1148。資料儲存設備1148可以儲存可利用處理器1102及/或1104執行之程式碼1149。
於一些實施例中，此處所討論之一個或多個構件 可實施作為一單晶片系統(SOC)設備。圖12例示依據一實施例之一SOC封裝的方塊圖。如圖12之例示，SOC 1202包含一個或多個中央處理單元(CPU)核心1220、一個或多個圖形處理器單元(GPU)核心1230、一輸入/輸出(I/O)介面1240、以及一記憶體控制器1242。SOC封裝1202之各種構件可以 耦合至一互連部或匯流排，例如，此處參考其他圖形所討論者。同時，該SOC封裝1202也可以包含更多或較少之構件，例如，此處參考其他圖形所討論者。進一步地，SOC封裝1220之各構件可以包含一個或多個其他構件，例如，此處參考其他圖形所討論者。於一實施例中，例如，SOC封裝1202(以及其之構件)被提供於一個或多個積體電路(IC)晶模上，其封裝進入一單一半導體設備中。
如圖12之例示，SOC封裝1202經由記憶體控制器 1242而耦合至一記憶體1260(其可以是相似於或相同如此處參考其他圖形所討論之記憶體)。於一實施例中，記憶體1260(或其之一部份)可整合在SOC封裝1202上。
I/O介面1240可以耦合至一個或多個I/O設備 1270，例如，經由一互連部及/或匯流排，例如，此處參考其他圖形所討論者。I/O設備1270可以包含下列構件之一者或多者：一鍵盤、一滑鼠、一觸控板、一顯示器、一影像/視訊捕捉設備(例如，一照相機或攝影機/視訊記錄器)、一觸控屏幕、一擴音機、或其類似者。更進一步地，於一實施例中，SOC封裝1202可以包含/整合邏輯140。另外地，邏輯140可以提供在SOC封裝1202之外(亦即，如一離散邏輯)。
下面的範例係關於進一步的實施例。範例1包含 一裝置，該裝置包括：補償器邏輯，其至少一部份是硬體，該補償器邏輯導致一升降壓功率轉換器用以在該升降壓功率轉換器之一升壓操作模式中提供比一輸入電壓具有一較 高電壓位準之一輸出電壓，並且用以在該升降壓功率轉換器之一降壓操作模式中提供比該輸入電壓具有一較低電壓位準之輸出電壓，其中該補償器邏輯是用以提供N+1個位元至脈波寬度調變(PWM)產生器邏輯以導致該升降壓功率轉換器用以提供該輸出電壓，其中該等N+1個位元之一者用以指出該升降壓功率轉換器是用以提供該降壓操作或該升壓操作。範例2包含範例1之裝置，其中該降壓操作模式或該升壓操作模式之各者包含N個操作電壓位準。範例3包含範例1之裝置，其中該升降壓功率轉換器是用以包括一單一切換升降壓功率轉換器。範例4包含範例1之裝置，其中該補償器邏輯是用以依據一最壞情況轉移函數而操作。範例5包含範例4之裝置，其中該最壞情況轉移函數是基於一個或多個波德圖而判定。範例6包含範例5之裝置，其中該最壞情況轉移函數是基於該等一個或多個波德圖之一最小增益邊限以及一相位邊限之一者或多者而判定。範例7包含範例4之裝置，其中該最壞情況轉移函數是基於狀態空間平均以及一李亞普諾夫(Lyapunov)準則之一者或多者而判定。 範例8包含範例1之裝置，其進一步地包括耦合至該邏輯之一個或多個感測器，其中該等一個或多個感測器是用以檢測溫度、操作頻率、操作電壓、以及功率消耗之一者或多者的變化。範例9包含範例1之裝置，其中該邏輯、一處理器、以及記憶體之一者或多者是在一單一積體電路上。
範例10包含一方法，該方法包含下列步驟：在一補償器邏輯，導致一升降壓功率轉換器用以在該升降壓功 率轉換器之一升壓操作模式中提供比一輸入電壓具有一較高電壓位準之一輸出電壓，並且用以在該升降壓功率轉換器之一降壓操作模式中提供比該輸入電壓具有一較低電壓位準之輸出電壓，其中該補償器邏輯提供N+1個位元至脈波寬度調變(PWM)產生器邏輯以導致該升降壓功率轉換器用以提供該輸出電壓，其中該等N+1個位元之一者用以指出該升降壓功率轉換器是用以提供該降壓操作或該升壓操作。範例11包含範例10之方法，其中該降壓操作模式或該升壓操作模式之各者包含N個操作電壓位準。範例12包含範例10之方法，其中該升降壓功率轉換器是一單一切換升降壓功率轉換器。範例13包含10範例之方法，其進一步地包括依據一最壞情況轉移函數而操作該補償器邏輯。範例14包含範例13之方法，其進一步地包括基於一個或多個波德圖而判定該最壞情況轉移函數。範例15包含範例14之方法，其基於該等一個或多個波德圖之一最小增益邊限以及一相位邊限之一者或多者而判定該最壞情況轉移函數。範例16包含範例13之方法，其進一步地包括基於狀態空間平均以及一李亞普諾夫(Lyapunov)準則之一者或多者而判定該最壞情況轉移函數。範例17包含範例10之方法，其進一步地包括一個或多個感測器，該等一個或多個感測器用以檢測溫度、操作頻率、操作電壓、以及功率消耗之一者或多者的變化。
範例18包含一系統，該系統包括：一處理器，其具有一個或多個處理器核心；補償器邏輯，其導致一升降 壓功率轉換器用以在該升降壓功率轉換器之一升壓操作模式中提供比一輸入電壓具有一較高電壓位準之一輸出電壓，並且用以在該升降壓功率轉換器之一降壓操作模式中提供比該輸入電壓具有一較低電壓位準之輸出電壓，其中該補償器邏輯是用以提供N+1個位元至脈波寬度調變(PWM)產生器邏輯以導致該升降壓功率轉換器用以提供該輸出電壓，其中該等N+1個位元之一者用以指出該升降壓功率轉換器是用以提供該降壓操作或該升壓操作。範例19包含範例18之系統，其中該降壓操作模式或該升壓操作模式之各者包含N個操作電壓位準。範例20包含範例18之系統，其中該升降壓功率轉換器包括一單一切換升降壓功率轉換器。範例21包含範例18之系統，其中該補償器邏輯是用以依據一最壞情況轉移函數而操作。範例22包含範例21之系統，其中該最壞情況轉移函數是基於一個或多個波德圖而判定。範例23包含範例21之系統，其中該最壞情況轉移函數是基於該等一個或多個波德圖之一最小增益邊限以及一相位邊限之一者或多者而判定。範例24包含範例18之系統，其進一步地包括耦合至該邏輯之一個或多個感測器，其中該等一個或多個感測器是用以檢測溫度、操作頻率、操作電壓、以及功率消耗之一者或多者的變化。範例25包含範例18之系統，其中該邏輯、一處理器、以及記憶體之一者或多者是在一單一積體電路上。範例26包含範例18之系統，其中該邏輯、該處理器、以及記憶體之一者或多者是在一單一積體電路上。範例27包含範例18之系統，其進一步地包括 供應電力至該邏輯的一個或多個電池組。
範例28包含一機器可讀取媒體，其包含程式碼， 當該程式碼被執行時，將導致一機器進行範例10至17之任一項的方法。
範例29包含一裝置，該裝置包括用以進行如範例 10至17之任一項中所提出的方法之構件。
範例30包含一裝置，該裝置包括用以進行如任何 先前範例中所提出的方法之構件。
範例31包含一機器可讀取儲存器，該儲存器包括 機器可讀取指令，當該等指令被執行時，則實行如任何先前請求項中所提出的一方法或實現一裝置。
於各種實施例中，例如，此處參考圖1-12討論之 操作，可以實行作為硬體(例如，邏輯電路)、軟體、軔體、或其組合，其可以提供作為一電腦程式產品，例如，包含具有指令(或軟體步驟)儲存在其上之一有形之機器可讀取或電腦可讀取媒體，其被使用以程控一電腦而進行此處討論之一處理程序。該機器可讀取媒體可以包含一儲存設備，例如，那些參考圖1-12所討論者。
另外地，此等電腦可讀取媒體可下載作為一電腦 程式產品，其中該程式可以經由一通訊鏈路(例如，一匯流排、一數據機、或一網路連接)，藉由提供於一載波或其他傳輸媒體中的資料信號而自一遠處電腦(例如，一伺服器)轉移至一要求電腦(例如，一客戶)。
於說明文中提及之“一實施例”或“一個實施例” 意謂著配合實施例所說明之一特定的特點、結構、及/或特性可以包含於至少一實行例中。說明文中各處所出現之用語“於一實施例中”可以是或可以不是都涉及相同實施例。
同時，於說明文和申請專利範圍中，詞語“耦合” 和“連接”與它們的衍生詞，也可以一起被使用。於一些實施例中，“連接”可以使用以指出二個或更多個元件是彼此直接實際或電氣接觸。“耦合”可以表示二個或更多個元件是直接實際或電氣接觸。但是，“耦合”也可以表示二個或更多個元件可能不是彼此直接接觸，但仍然是可協同操作或彼此互動。
因此，雖然實施例已藉由特定之結構特點及/或方法論作用來說明，應了解，於附加申請專利範圍中所界定之主題事件不必定得受限定於所述之特定特點或作用。反而，該等特定特點以及作用被揭示作為實行申請專利範圍主題事件之樣本形式。
100‧‧‧系統
102‧‧‧處理器
104‧‧‧互連部
106‧‧‧處理器核心
108‧‧‧快取
110‧‧‧路由器
112‧‧‧互連部
114‧‧‧記憶體
116‧‧‧L1快取
120‧‧‧電源
130‧‧‧電壓調整器
140‧‧‧邏輯
150‧‧‧感測器

Claims (24)

  1. 一種用於控制升降壓功率轉換器的裝置，其包含：至少一部份是硬體的補償器邏輯，其用以導致一升降壓功率轉換器在該升降壓功率轉換器之一升壓操作模式中提供比一輸入電壓較高的電壓位準之一輸出電壓，並且在該升降壓功率轉換器之一降壓操作模式中提供比該輸入電壓較低的電壓位準的該輸出電壓，其中該補償器邏輯是用以提供N+1個位元至脈波寬度調變(PWM)產生器邏輯以導致該升降壓功率轉換器提供該輸出電壓，其中該等N+1個位元之一者係用以指出該升降壓功率轉換器是用以提供該降壓操作或該升壓操作，其中用於該升降壓功率轉換器的一PWM區域被分割成為一升壓PWM區域、一直通區域及一降壓PWM區域，其中該升降壓功率轉換器是用以回應於一判定而操作在該直通區域中，該判定是已達到對於該升壓操作模式的較低界限或已達到對於該降壓操作模式的較高界限，且其中該補償器邏輯是依據一最壞情況轉移函數來操作。
  2. 如請求項1之裝置，其中該降壓操作模式或該升壓操作模式之各者包含N個操作電壓位準。
  3. 如請求項1之裝置，其中該升降壓功率轉換器是用以包括一單一切換升降壓功率轉換器。
  4. 如請求項1之裝置，其中該最壞情況轉移函數是基於一 個或多個波德圖而被判定。
  5. 如請求項4之裝置，其中該最壞情況轉移函數是基於該等一個或多個波德圖的一最小增益邊限以及一相位邊限中的一者或多者而被判定。
  6. 如請求項1之裝置，其中該最壞情況轉移函數是基於狀態空間平均以及一李亞普諾夫(Lyapunov)準則中的一者或多者而被判定。
  7. 如請求項1之裝置，其進一步包括耦合至該邏輯的一個或多個感測器，其中該等一個或多個感測器是用以檢測溫度、操作頻率、操作電壓、以及功率消耗中的一者或多者之變化。
  8. 如請求項1之裝置，其中該邏輯、一處理器、以及記憶體中的一者或多者是在一單一積體電路上。
  9. 如請求項1之裝置，其中該升降壓功率轉換器是包含經由一導體與一或多個升壓開關串聯耦合的一或多個降壓開關。
  10. 如請求項9之裝置，其中該導體要被耦合在該升降壓功率轉換器之該直通區域中的該輸入電壓與輸出電壓之間。
  11. 一種用於控制升降壓功率轉換器的方法，其包含：在一補償器邏輯，導致一升降壓功率轉換器用以在該升降壓功率轉換器之一升壓操作模式中提供比一輸入電壓較高的電壓位準之一輸出電壓，並且用以在該升降壓功率轉換器之一降壓操作模式中提供比該輸入電 壓較低的電壓位準的該輸出電壓；以及依據一最壞情況轉移函數來操作該補償器邏輯，其中該補償器邏輯提供N+1個位元至脈波寬度調變(PWM)產生器邏輯以導致該升降壓功率轉換器提供該輸出電壓，其中該等N+1個位元之一者用以指出該升降壓功率轉換器是用以提供該降壓操作或該升壓操作，其中用於該升降壓功率轉換器的一PWM區域要被分割成為一升壓PWM區域、一直通區域及一降壓PWM區域，其中該升降壓功率轉換器是用以回應於一判定而操作在該直通區域中，該判定是已達到對於該升壓操作模式的較低界限或已達到對於該降壓操作模式的較高界限。
  12. 如請求項11之方法，其中該降壓操作模式或該升壓操作模式之各者包含N個操作電壓位準。
  13. 如請求項11之方法，其中該升降壓功率轉換器是一單一切換升降壓功率轉換器。
  14. 如請求項11之方法，進一步包括基於一個或多個波德圖來判定該最壞情況轉移函數。
  15. 如請求項14之方法，進一步包括基於該等一個或多個波德圖的一最小增益邊限以及一相位邊限中的一者或多者來判定該最壞情況轉移函數。
  16. 如請求項11之方法，進一步包括基於狀態空間平均以及一李亞普諾夫(Lyapunov)準則中的一者或多者來判定該最壞情況轉移函數。
  17. 如請求項11之方法，進一步包括一個或多個感測器，該等一個或多個感測器檢測溫度、操作頻率、操作電壓、以及功率消耗中的一者或多者之變化。
  18. 一種用於控制升降壓功率轉換器的系統，其包含：一處理器，其具有一個或多個處理器核心；補償器邏輯，其用以導致一升降壓功率轉換器用以在該升降壓功率轉換器之一升壓操作模式中提供比一輸入電壓較高的電壓位準之一輸出電壓，並且用以在該升降壓功率轉換器之一降壓操作模式中提供比該輸入電壓較低的電壓位準的該輸出電壓，其中該補償器邏輯是用以提供N+1個位元至脈波寬度調變(PWM)產生器邏輯以導致該升降壓功率轉換器提供該輸出電壓，其中該等N+1個位元之一者用以指出該升降壓功率轉換器是用以提供該降壓操作或該升壓操作，其中用於該升降壓功率轉換器的一PWM區域要被分割成為一升壓PWM區域、一直通區域及一降壓PWM區域，其中該升降壓功率轉換器是用以回應於一判定而操作在該直通區域中，該判定是已達到對於該升壓操作模式的較低界限或已達到對於該降壓操作模式的較高界限，且其中該補償器邏輯是依據一最壞情況轉移函數而***作。
  19. 如請求項18之系統，其中該降壓操作模式或該升壓操作模式之各者包含N個操作電壓位準。
  20. 如請求項18之系統，其中該升降壓功率轉換器包括一單 一切換升降壓功率轉換器。
  21. 如請求項18之系統，其中該最壞情況轉移函數是基於一個或多個波德圖而被判定。
  22. 如請求項18之系統，其中該最壞情況轉移函數是基於狀態空間平均以及一李亞普諾夫(Lyapunov)準則中的一者或多者而被判定。
  23. 如請求項18之系統，進一步包括耦合至該邏輯的一個或多個感測器，其中該等一個或多個感測器是用以檢測溫度、操作頻率、操作電壓、以及功率消耗中的一者或多者之變化。
  24. 如請求項20之系統，其中該邏輯、一處理器、以及記憶體中的一者或多者是在一單一積體電路上。
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