專利名稱：動態(tài)保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；本發(fā)明特別涉及向諸如服務(wù)器系統(tǒng)一類的功率敏感系統(tǒng)輸送功率。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)(或服務(wù)器)系統(tǒng)中的集成電路由提供直流電壓的多輸出電源供電。目前，大多數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為了充分工作，對電源所產(chǎn)生的每一個電壓具有相對較低的功率要求(例如，低于240VA的安全極限，或者說對于12V軌(rail)20A的電流)。
這樣相對較低的功率輸送對用戶是無害的，因此，過流(或超功率)保護(hù)極限可以被設(shè)置在滿足安全標(biāo)準(zhǔn)要求的這個水平之下，并防止傷害可接觸到電源電路的用戶。但是，新一代的集成電路(例如處理器)具有超過240VA的功率要求。因此，為了防止傷害到用戶，有必要阻止可由用戶接觸到的電源電路(主要是+12V軌)超過這個功率水平。
一種在高功率系統(tǒng)中阻止超過可由用戶接觸到的安全功率極限的方法是把12V軌劃分(分割)成兩條或更多條軌。這種保護(hù)方法對于負(fù)載也可以被分割成幾個獨(dú)立的負(fù)載通道的系統(tǒng)來說是可行的。在這種情況下，每一個通道將具有單獨(dú)的240VA保護(hù)電路，但是所有通道所輸送的組合功率可以超過這個水平。
每一個保護(hù)電路將功率限制在較低水平(低于240VA)上，或者一旦在任何電線上超過了240VA的極限，就幾乎立刻關(guān)閉電源。但是，將負(fù)載和輸出分割到幾條軌中，例如增加通道，這增加了電源和系統(tǒng)成本。此外，這僅僅是一種在提供兩個或更多集成電路的情況下的可行選擇。在單個集成電路(例如單個處理器)需要全功率輸送的情況下，需要其他的解決方案。
一種這樣的解決方案是將機(jī)械屏障引入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以防止用戶接觸到電源電路。但是，采用機(jī)械屏障增加了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的制造成本。
另外一種解決方案是將對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接觸限制于經(jīng)過特殊培訓(xùn)的人員。在大多數(shù)情況下，這樣的替換方案是不可接受的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)的趨勢是可以被用戶接觸。


在附圖中以示例而非限制的方式圖示說明了本發(fā)明，其中，類似的參考標(biāo)記指示類似的元件，并且其中圖1是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個實(shí)施方案的框圖圖2是過流保護(hù)電路的一個實(shí)施方案的框圖；圖3是過流保護(hù)電路的另一個實(shí)施方案的框圖；圖4是電源的一個實(shí)施方案的框圖；圖5是示出過流保護(hù)電路處的閾值改變的一個實(shí)施方案的圖形表示；圖6是示出在工作期間，過流保護(hù)電路所實(shí)現(xiàn)的最大可用電流的一個實(shí)施方案的圖形表示；以及圖7是示出在工作期間，過流保護(hù)電路所實(shí)現(xiàn)的最大可用電流的另一個實(shí)施方案的圖形表示。
具體實(shí)施例方式
描述了一種用于高功率計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源的過流保護(hù)電路。在下面的對本發(fā)明的詳細(xì)描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，給出了許多具體的細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚，無需這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。此外，為了突出本發(fā)明，公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備被以框圖形式而不是被詳細(xì)地示出。
在說明書中提及“一個實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”意指結(jié)合該實(shí)施方案所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實(shí)施方案中。短語“在一個實(shí)施方案中”在說明書中各處的出現(xiàn)不一定全都指的同一個實(shí)施方案。
圖1是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的一個實(shí)施方案的框圖。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包括耦合到總線105的中央處理單元(CPU)芯片組102。CPU芯片組102包括處理器1和處理器2。在一個實(shí)施方案中，每一個處理器均是可以從加州圣克拉拉的英特爾公司獲得的奔騰系列處理器中的處理器，包括奔騰II處理器系列、奔騰III處理器和奔騰IV處理器?；蛘撸部梢允褂闷渌奶幚砥?。
芯片組107也被耦合到總線105。芯片組107包括存儲器控制中心(MCH)110。MCH110可以包括被耦合到主系統(tǒng)存儲器115的存儲器控制器112。主系統(tǒng)存儲器115存儲由CPU芯片組102內(nèi)的處理器或包括在系統(tǒng)100中的任何其他設(shè)備執(zhí)行的指令序列和數(shù)據(jù)。在一個實(shí)施方案中，主系統(tǒng)存儲器115包括動態(tài)隨機(jī)訪問存儲器(DRAM)；但是，可以使用其他的存儲器類型來實(shí)現(xiàn)主系統(tǒng)存儲器115。額外的設(shè)備也可以被耦合到總線105，例如多個CPU和/或多個系統(tǒng)存儲器。
MCH 110還可以包括耦合到圖形加速器130的圖形接口113。在一個實(shí)施方案中，圖形接口113被通過加速圖形端口(AGP)耦合到圖形加速器130，加速圖形端口(AGP)根據(jù)加州圣克拉拉的英特爾公司開發(fā)的AGP規(guī)范修訂本2.0工作。
此外，中心接口通過中心接口將MCH 110耦合到輸入/輸出控制中心(ICH)140。ICH140向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100內(nèi)的輸入/輸出(I/O)設(shè)備提供接口。ICH 140可以被耦合到遵循俄勒岡州波特蘭的PCI特別興趣組所開發(fā)的規(guī)范修訂本2.1總線的外圍元件互連總線。因此，ICH 140包括PCI橋146，其提供到PCI總線142的接口。PCI橋146在CPU 102和外圍設(shè)備之間提供數(shù)據(jù)通路。
PCI總線142包括音頻設(shè)備150和盤驅(qū)動器155。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，其他的設(shè)備也可以被耦合到PCI總線142。此外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以將CPU 102和MCH 110組合起來形成單個芯片。而且，在其他的實(shí)施方案中，圖形加速器130可以被包括在MCH 110中。
此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包括為CPU芯片組102供電的電源165。根據(jù)一個實(shí)施方案，芯片組102在12V軌上需要超過240VA用于處理器1和處理器2的工作。如上所述，如此高電平的工作電壓要求做出預(yù)防措施，阻止計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的用戶接觸到具有超過240VA安全極限的功率水平的電源電路。根據(jù)一個實(shí)施方案，提供了一種過流保護(hù)(OCP)電路，用以阻止可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的短路狀況的電流沖擊。
圖2示出了功率分配電路的一個實(shí)施方案的框圖。在一個實(shí)施方案中，功率分配電路由電源165內(nèi)的組件和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的主板上的組件構(gòu)成。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，OCP電路可以實(shí)現(xiàn)在其他的組件處，或者實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的中央組件中。
參考圖2，示出了電源165和主板200。如上所述，電源165將超過240VA的功率輸送到主板200。主板200是物理裝置，例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本電路和組件的印刷電路板(PCB)。主板200包括調(diào)壓器模塊(VRM)210、傳感電路220和包括處理器1和處理器2的CPU芯片組102。
VRM 210被耦合到電源165。VRM 210給CPU芯片組102處的處理器供電。具體來說，VRM 210從電源165接收12V直流電壓，并將所接收到的電壓轉(zhuǎn)換為用于處理器工作的低電壓(例如1.5V)。傳感電路220被耦合到VRM 210、CPU芯片組102和主板200。
傳感電路220測量處理器芯片組102或VRM 210所消耗的電流。測得的電流作為負(fù)載狀態(tài)電壓信號被發(fā)送到主板200，用于監(jiān)控負(fù)載消耗電流。根據(jù)一個實(shí)施方案，用低阻抗電阻器來實(shí)現(xiàn)傳感電路220。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可以用其他組件來實(shí)現(xiàn)傳感電路220。
圖3示出了功率分配電路的另一個實(shí)施方案的框圖。在這個實(shí)施方案中，傳感電路220被集成在VRM210中。圖4示出了電源165的一個實(shí)施方案。電源165包括AC/DC轉(zhuǎn)換器410、電流傳感器415、OCP比較器420和參考控制比較器(RCC)430。
AC/DC轉(zhuǎn)換器410將接收到的AC電壓源轉(zhuǎn)換為12V直流電壓信號。在一個實(shí)施方案中，AC/DC轉(zhuǎn)換器410將120V交流信號轉(zhuǎn)換為輸出電壓信號。電流傳感器415感知電源165供給例如VRM 210的負(fù)載的電流。OCP比較器420被耦合到電流傳感器415和主板200上的VRM 210。
OCP比較器420將從電流傳感器415接收到的輸入電壓(與負(fù)載電流成比例)與參考電壓進(jìn)行比較。一旦輸入電壓超過參考電壓，則比較器420切斷并關(guān)閉AC/DC轉(zhuǎn)換器410(和電源165)。這為AC/DC轉(zhuǎn)換器410提供了過流保護(hù)，并為用戶提供了安全保護(hù)。
根據(jù)一個實(shí)施方案，OCP比較器420被實(shí)現(xiàn)為OCP組件。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，將轉(zhuǎn)換器關(guān)斷或?qū)⒇?fù)載電流限制在某個水平上的其他組件也可以被用來實(shí)現(xiàn)OCP功能。
RCC 430被耦合到OCP 420和主板200上的傳感電路220。RCC 430從傳感電路220接收負(fù)載狀態(tài)電壓信號，將接收到的信號與參考電壓Vref比較，并控制OCP比較器420的參考電壓。在一個實(shí)施方案中，參考電壓Vref確定RCC 430將其輸出打開還是關(guān)閉。因此，當(dāng)VRM 210消耗的功率較低時(shí)(例如，在睡眠模式中)，負(fù)載電流較低，并且與負(fù)載電流(VRM輸入)成比例的負(fù)載狀態(tài)信號電壓保持低于RCC參考電壓Vref。因此，RCC 430輸出不改變狀態(tài)，所以O(shè)CP比較器420的閾值(參考)電壓仍舊較低。
一旦負(fù)載電流超過預(yù)定極限Ithreshold，則在RCC 430處接收到的負(fù)載狀態(tài)信號就會超過參考電壓Vref。結(jié)果，RCC 430切斷并提升OCP比較器420的參考電壓，例如，將過流保護(hù)極限(切斷點(diǎn))切換到更高水平。更高的過流保護(hù)極限使得CPU芯片組102內(nèi)的處理器能夠比當(dāng)RCC 430被關(guān)閉時(shí)它已經(jīng)被設(shè)置的消耗更多的功率。
一旦負(fù)載電流降到預(yù)定電流極限Ithreshold以下，RCC 430再次切斷，并降低OCP比較器420的參考電壓。因此，過流保護(hù)極限被設(shè)置回較低的極限，防止負(fù)載消耗超過240瓦(240VA)的功率。
圖5示出了上述閾值轉(zhuǎn)換。在過流保護(hù)電路中，過流保護(hù)閾值取決于負(fù)載電流(例如負(fù)載(在這種情況下是VRM 210和CPU芯片組102)所消耗的功率)。一旦負(fù)載電流降到預(yù)定閾限Ithreshold(例如6A)以下，則RCC 430產(chǎn)生參考電壓控制信號，參考電壓控制信號改變OCP 420的閾值(例如，從25A到18A)。一旦負(fù)載電流超過RCC閾值，則OCP比較器420的閾值就返回到其初始水平(25A)。
如上所示，OCP電路通過檢測例如VRM 210和CPU芯片組102的集成電路的負(fù)載狀態(tài)，防止在電源165的輸出(或者電壓線(見圖2和圖3))之間的短路狀況或者過載所引起的過流狀況。
如果輸出被橋接，而CPU芯片組102正通過相對較高的電流極限拉動大的負(fù)載，則橋電路可用的電流將不超過安全極限，因?yàn)殡娫此茌斔偷碾娏鞯暮艽蟛糠謱⒈回?fù)載(VRM 210)消耗。根據(jù)基爾霍夫第一定律，進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于離開該節(jié)點(diǎn)的電流之和。
因此，流經(jīng)240VA短路消弧電路(short circuit crowbar)(它可以被放置在電壓線和任何接地點(diǎn)之間)的最大電流將等于OCP閾值和負(fù)載電流之間的變化。因此，如果RCC 430的閾值被設(shè)置得使得過流保護(hù)和RCC430的閾值之間的變化小于20A(例如，IOCP-Ithreshold＜20A；或者IOCP＜Ithreshold+20A)，則240VA短路器(crowbar)可用的電流將不超過20A(或240VA功率極限)。
作為一個例子，如果Ithreshold被設(shè)置得接近20A，則與所允許的240W水平相比，VRM210可用的功率將幾乎翻倍。因此，通過增加階數(shù)(或RCC閾值的數(shù)量)，處理器可用的電流可以被進(jìn)一步增加。在一個實(shí)施方案中，借助于微控制器，也可以實(shí)現(xiàn)多閾值功能。
圖6是示出由過流保護(hù)電路所實(shí)現(xiàn)的最大可用電流的一個實(shí)施例的圖形表示。圖6示出12V(240VA)短路器可用的最大電流I240max等于19A，它不超過安全標(biāo)準(zhǔn)所要求的20A的水平，而處理器可用的電流等于25A(功率＝12*25＝300W)。注意，使用基爾霍夫第一定律I240max＝max(IOCP-Iload)。OCP水平IOCP＝25A(例如，處理器可用300W)；負(fù)載狀態(tài)閾值水平Ithreshold＝6A。因此，最壞情況240VA短路器電流(Iload＝Ithreshold)I240max＝(IOCP-Iload)＝19A＜20A(240VA)。
圖7是示出由過流保護(hù)電路所實(shí)現(xiàn)的最大可用電流的另外一個實(shí)施例的圖形表示。圖7示出，通過把閾值水平提升到更接近240VA水平(例如從6A到15A)，12V短路器可用的最大電流不超過安全標(biāo)準(zhǔn)所要求的20A(例如18A)水平，而處理器可用的電流達(dá)到了33A(功率＝12*33＝396W)。在這個例子中，OCP水平IOCP＝33A(處理器可用396W)；負(fù)載狀態(tài)閾值水平Ithreshold＝15A。因此，最壞情況240VA短路器電流I240max＝(IOCP-Ithreshold)＝18A＜20A(240VA)。
過流保護(hù)電路將處理器VRM可用的功率提高到240W以上，同時(shí)滿足240VA安全要求，從而解決了將處理器所消耗的功率提高到240W以上和為主板區(qū)域和系統(tǒng)組件提供安全的用戶接觸的相互矛盾的要求。
雖然毫無疑問，在閱讀過前面的描述之后，很多改變和修改對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清晰，但是需要理解，通過說明所示出和描述的任何特定實(shí)施方案決不應(yīng)該被視作限制性的。因此，對各個實(shí)施方案的細(xì)節(jié)的引用并非打算限制權(quán)利要求的范圍，權(quán)利要求自身僅僅陳述了本發(fā)明的必要特征。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括集成電路(IC)；給所述IC供電的電源；以及過流保護(hù)(OCP)電路，用于防止所述電源的輸出發(fā)生短路的狀況下超過預(yù)定功率極限。
2.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述OCP電路包括耦合到所述IC的傳感電路，用于檢測由所述IC提取的電流的大?。粎⒖伎刂票容^器(RCC)，耦合來從所述傳感電路接收負(fù)載狀態(tài)電壓，并將所述負(fù)載狀態(tài)電壓與參考電壓進(jìn)行比較；以及耦合到所述RCC的OCP比較器，用于根據(jù)從所述RCC接收參考信號，調(diào)整所述電源的電流產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，如果所述狀態(tài)電壓低于所述參考電壓，則所述RCC向所述OCP比較器發(fā)送所述參考信號。
4.如權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，如果所述狀態(tài)電壓低于所述參考電壓，則所述電源電流產(chǎn)生被設(shè)置為第一電流閾值。
5.如權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，如果所述狀態(tài)電壓高于所述參考電壓，則所述RCC不向所述OCP比較器發(fā)送所述參考信號。
6.如權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，如果所述狀態(tài)電壓高于所述參考電壓，則所述電源電流產(chǎn)生被設(shè)置為第二電流閾值。
7.如權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述第二電流閾值高于所述第一電流閾值。
8.如權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，還包括耦合到所述OCP比較器和所述傳感電路的調(diào)壓器模塊。
9.如權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述傳感電路被包括在調(diào)壓器模塊內(nèi)。
10.如權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述RCC和所述CCP比較器被包括在所述電源內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述IC是中央處理單元(CPU)芯片組。
12.如權(quán)利要求11所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述CPU芯片組包括第一CPU；以及第二CPU。
13.如權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述傳感電路是電阻器。
14.一種方法，包括在印刷電路板上的傳感電路處檢測負(fù)載電流；將和所述負(fù)載電流相對應(yīng)的負(fù)載電壓與參考電壓進(jìn)行比較；以及如果所述負(fù)載電壓低于所述參考電壓，則將電源所產(chǎn)生的電流設(shè)置在第一閾值。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括如果所述負(fù)載電壓高于所述參考電壓，則將所述電源產(chǎn)生的電流設(shè)置在第二閾值。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第二電流閾值高于所述第一電流閾值。
17.一種功率分配電路，包括電源；傳感電路，用于檢測集成電路負(fù)載所提取的電流的大??；參考控制比較器(RCC)，耦合來從所述傳感電路接收負(fù)載狀態(tài)電壓，并將所述負(fù)載狀態(tài)電壓與參考電壓進(jìn)行比較；以及耦合到所述RCC和所述電源的OCP比較器，用于根據(jù)從所述RCC接收參考信號，調(diào)整所述電源的電流產(chǎn)生，以便防止所述電源的輸出發(fā)生短路的狀況下超過預(yù)定功率極限。
18.如權(quán)利要求17所述的功率分配電路，還包括耦合到所述OCP比較器的電流傳感器。
19.如權(quán)利要求17所述的功率分配電路，其中，如果所述狀態(tài)電壓低于所述參考電壓，則所述RCC向所述OCP比較器發(fā)送所述參考信號。
20.如權(quán)利要求19所述的功率分配電路，其中，如果所述狀態(tài)電壓低于所述參考電壓，則所述電源電流產(chǎn)生被設(shè)置為第一電流閾值。
21.如權(quán)利要求20所述的功率分配電路，其中，如果所述狀態(tài)電壓高于所述參考電壓，則所述RCC不向所述OCP比較器發(fā)送所述參考信號。
22.如權(quán)利要求19所述的功率分配電路，其中，如果所述狀態(tài)電壓高于所述參考電壓，則所述電源電流產(chǎn)生被設(shè)置為第二電流閾值。
23.如權(quán)利要求22所述的功率分配電路，其中，所述第二電流閾值高于所述第一電流閾值。
24.如權(quán)利要求17所述的功率分配電路，還包括耦合到所述OCP比較器和所述傳感電路的調(diào)壓器模塊。
全文摘要
根據(jù)一個實(shí)施方案，公開了一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括集成電路(IC)、給IC供電的電源和過流保護(hù)(OCP)電路。OCP電路防止在短路狀況期間超過預(yù)定的功率閾值，同時(shí)使得IC能夠接收更高的功率水平。
文檔編號G06F1/26GK1764886SQ200480008288
公開日2006年4月26日 申請日期2004年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月24日
發(fā)明者維克托·沃格曼 申請人:英特爾公司