具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在下面对本发明的详细描述中，为了更好地理解本发明，描述了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。为了清晰明了地阐述本发明，本文简化了一些具体结构和功能的详细描述。此外，在一些实施例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本发明的各项术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示范实施方式。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个实施例”或“实施例”的提及意味着：结合该实施例或实施例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个实施例”或“实施例”不一定都指同一实施例或实施例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或实施例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图1所示为根据本发明一实施例的计算装置的电路示意框图。在图1所示实施例中，计算装置可包括手持式电脑、台式电脑、服务器或其他计算设备。此外，为了简洁明了，图1未示出并非理解本发明所必须的计算设备的其他组件，如内存、输入\输出设备、存储设备等等。

在图1所示实施例中，计算装置包括处理器101和电源。其中，电源包括电源控制器103和多个电压调节器102(102-1、102-2和102-3)。在一个实施例中，所述电源控制器103和多个电压调节器102均是独立的集成电路。

在一个实施例中，处理器101可以为AMD公司生产的RYZEN系列处理器，电压调节器102可以使用来自美国加州圣何塞的芯源系统有限公司(MPS)的lntelli-phase系列电压调节器。在本申请的实施例中，电源控制器可采用商用功率电源控制器，例如MPS提供的MP2945电源控制器来实现本发明公开的内容。可以理解，本发明的实施例同样也适用于其他处理器、电压调节器和电源控制器。

在图1的实施例中，处理器101由第一电压轨RAIL1和第二电压轨RAIL2供电。在一个实施例中，电压调节器102-1和102-2被配置为多相电压调节器用于产生第一电压轨RAIL1，其中第一电压轨RAIL1具有1.55V电压和50A电流。在一个实施例中，电压调整器102-1提供第一电压轨RAIL1的第一相电压；电压调节器102-2提供第一电压轨RAIL1的第二相电压。电压调节器102-3被配置为单相电压调节器，用于产生电压为1.55V、电流为17A的第二电压轨RAIL2。作为多相电压轨的第一电压轨RAIL1也被称为“高电流轨”，而第二电压轨RAIL2也被称为“低电流轨”。

处理器101通过串行数据总线107向电源控制器103发送电源管理指令，在图1的实施例中，该总线包括用于发送数据信号SVD的数据传输线和用于发送时钟信号SVC的时钟传输线。串行数据总线107还包括为处理器101提供遥测信号SVT的传输线。在一个实施例中，串行数据总线107符合AMD SVI 2.0串行总线标准。可以理解，本发明的实施例同样可采用其他数据总线，包括并行电压识别数据总线。

处理器101可以通过向电源控制器103发送相应的电源管理指令来设置各个电压轨的电压值。处理器101也可以发送电源管理指令来设置电压调节器的工作模式。例如，处理器101可以设置由电压调节器102-1和102-2组成的多相电压调节器的工作模式。比如在下面将要详细描述的实施例中，在轻载(即低负载电流)条件下，电压调节器102-3可忽略处理器101发出的工作模式指令而工作在DCM模式下。

在图1的实施例中，电源控制器103包括脉冲宽度调制(PWM)发生器104、多个数据寄存器105和串行数据总线接口106。串行数据总线接口106接收时钟信号SVC和数据信号SVD，并配合时钟信号SVC读取数据信号SVD，进而检测101处理器发送的一个或多个电源管理指令。串行数据总线接口106根据从处理器101接收到的电源管理指令配置数据寄存器105，并执行其他相关操作。串行数据总线接口106还用于采集电源遥测数据，如工作温度、故障情况等，并通过串行数据总线107将遥测数据以遥测数据信号SVT的形式传输至处理器101。在一个实施例中，电源控制器103的各参数可在固件(Firmware)108中进行编程设置，该固件包括存储在非易失性存储器中的程序代码。

在图1的实施例中，电压调节器102包括管脚PWM、管脚VIN、管脚CS以及管脚VOUT。其中，管脚PWM用于接收来自PWM发生器104的PWM信号；管脚VIN用于接收来自外部的输入电压VIN；管脚CS用于输出电流采样信号CS至PWM发生器104，其中，电流采样信号CS代表电压调节器102中的电感电流；管脚VOUT用于提供输出电压信号VOUT至处理器101。此外，PWM发生器104通过相应的管脚检测电压调节器102输出的输出电压信号VOUT，并产生代表输出电压信号VOUT的电压检测信号VOSEN。

在图1所示实施例中，PWM发生器104采样电压调节器102-1和102-2的输出电压信号VOUT(即第一电压轨RAIL1)，并产生代表第一电压轨RAIL1的第一电压检测信号VOSEN1。同时，PWM发生器104采样电压调节器102-3的输出电压信号VOUT(即第二电压轨RAIL2)，并产生代表第二电压轨RAIL1的第二电压检测信号VOSEN2。

在图1所示实施例中，PWM发生器104采样电压调节器102-1的电感电流信号，并产生代表电压调节器102-1的电感电流的电流采样信号CS1；采样电压调节器102-2的电感电流，并产生代表电压调节器102-2的电感电流的电流采样信号CS2；采样电压调节器102-3的电感电流，并产生代表电压调节器102-3的电感电流的电流采样信号CS3。在一个实施例中，处理器101从某一个电压轨拉出的负载电流可由产生该电压轨的电压调节器102的电感电流和的平均值表示。例如，在图1所示的实施例中，PWM发生器104检测的电流采样信号CS1和电流采样信号CS2和的平均值可代表处理器101从第一电压轨RAIL1拉出的负载电流。在一个实施例中，可通过一个求和电路(图中未示出)来实现对电流采样信号的求和，此后，再由电源控制器103对求和得出的和值信号做平均值计算。

在一个实施例中，PWM发生器104用于产生PWM信号对电压调节器102进行脉宽调制控制。例如，在图1所示的实施例中，PWM发生器104产生用于控制电压调节器102-1的脉宽调制信号PWM1、用于控制电压调节器102-2的脉宽调制信号PWM2、以及用于控制电压调节器102-3的脉宽调制信号PWM3。在一个实施例中，PWM发生器104根据采样的某一个电压调节器102的输出电压信号VOUT和其电感电流信号的电流采样信号CS产生控制该电压调节器102的脉宽调制信号PWM。在一个实施例中，PWM信号具有第一态和第二态。例如，第一态为逻辑高状态；第二态为逻辑低状态。在其他实施例中，PWM信号还可包括第三态。例如：第一态为逻辑高状态；第二态为逻辑低状态；第三态为高阻状态。

电压轨RAIL1或电压轨RAIL2的电压值可由处理器101通过串行数据总线107发送相应的电源管理指令来设置。串行数据总线接口106接收该设置电压轨电压值的电源管理指令，并将该指令存储在多个寄存器105中的一个寄存器中。PWM发生器104从寄存器105中读取该设置电压轨电压值的电源管理指令，并产生相应的PWM信号，从而控制对应的电压调节器102将其输出电压信号VOUT调整至电源管理指令中指示的输出电压值。

图2所示为根据本发明一实施例的电压调节器102的电路原理图。在图2的实施例中，电压调节器102包括一个高侧晶体管M1和一个低侧晶体管M2。当高侧晶体管M1导通，低侧晶体管M2关断时，输入电压VIN耦合至负载，同时电流通过高侧晶体管M1和输出电感L1流向负载。当高侧晶体管M1关断，低侧晶体管M2导通时，电流通过低侧晶体管M2和输出电感L1续流。流过输出电感L1的电流即为电感电流。电感电流用于对输出电容C1充电，进而产生输出电压信号VOUT。电流采样电路204采样电感电流并产生对应的电流采样信号CS。输出电感L1和输出电容C1可以为分立组件，独立位于集成电路外部，而电压调节器102的其他组件则可封装于同一集成电路内部。

PWM逻辑电路205接收由PWM发生器104(见图1)产生的PWM信号，该PWM信号分别通过驱动电路201和202驱动高侧晶体管M1和低侧晶体管M2。在负载瞬态变化过程中，PWM发生器104将通过调整PWM信号的频率以维持输出电压信号VOUT在电源管理指令设置的电压值。在一个实施例中，当负载电流增加时，PWM发生器104通过增大PWM信号的频率以维持输出电压信号VOUT在电源管理指令设置的电压值；当负载电流降低时，PWM发生器104通过降低PWM信号的频率以维持输出电压信号VOUT在电源管理指令设置的电压值。

在图2所示实施例中，电压调节器102进一步包括用于检测电感电流是否过零的过零电流检测电路203。在一个实施例中，当PWM信号为第一态时，高侧晶体管M1导通，且低侧晶体管M2关断。当PWM信号为第二态时，高侧晶体管M1关断，且低侧晶体管M2导通。当PWM信号为第三态时，高侧晶体管M1关断，而低侧晶体管M2是否关断由电感电流决定。当PWM信号为第三态时，如果电感电流降低至零，PWM逻辑电路205将关断低侧晶体管M2以防止电感电流反向流动。

图3所示为根据本发明一实施例的PWM发生器104的电路原理图。图3仅示意了PWM发生器104产生某一相PWM信号的电路示意图，其中该相PWM信号用于控制对应的一个电压调节器102(参见图1)。产生其他相的PWM信号的电路与此类似，为了简洁起见，这里不再累述。

在图3所示实施例中，PWM发生器104接收代表电压调节器102的输出电压信号VOUT的输出电压采样信号VOSEN。模数转换器271将输出电压采样信号VOSEN转换为数字信号并送至PWM控制电路273。类似地，模数转换器272将负载电流信号LOAD CURRENT转换为数字信号并送至PWM控制电路273。在一个实施例中，对于电压调节器102-1和102-2，负载电流信号LOAD CURRENT为电流采样信号CS1和电流采样信号CS2和的平均值；对于电压调节器102-3，负载电流信号LOAD CURRENT为电流采样信号CS3的平均值。

在图3的实施例中，从处理器101接收到的电源管理指令将存储在寄存器105中。处理器101针对每个电压轨发出电源管理指令，例如设置电压轨电压值指令、设置工作模式指令等等。寄存器105可以存储处理器101发出的设置电压轨电压值的指令，例如，在图3所示的实施例中，设置电压轨电压值的指令为一个8位二进制码表示的值(“SVID[7：0]”)。PWM控制电路273将通过调节PWM信号的脉冲宽度，使电压调节器102在负载电流变化时维持电压轨的电压在指令指示的电压值。

寄存器105也可以存储来自处理器101的工作模式指令。在图3的实施例中，寄存器105包括两个工作模式指示位PSI0和PSI1。工作模式指示位PSI0和PSI1用于指示处理器101发出的工作模式指令，其符合AMD制定的SVI 2.0标准规定，其指示状态如下：

PSI0＝0，PSI1＝0表示全相CCM模式；

PSI0＝1，PSI1＝0表示单相CCM模式；

PSI0＝1，PSI1＝1表示单相DCM模式。

具体地说，当工作模式指示位PSIO和PSl1未赋值时(即：均为“0”)，电压调节器运行在全相CCM模式；当PSI0和PSI1都赋值时(即：均为“1”)，电压调节器运行在单相DCM模式；当PSI0赋值(即：为“1”)而PSI1未赋值(即：为“0”)，电压调节器运行在单相CCM中。在一个实施例中，全相CCM模式指代在多相电压调节器中，所有相电路(即电压调节器)均工作在CCM模式。例如，在图1所示的实施例中，当由电压调节器102-1和电压调节器102-2组成的多相电压调节器工作在全相CCM模式是指电压调节器102-1和电压调节器102-2均工作在CCM模式。本领域一般技术人员可以明白，本申请只示意了两相电压调节器组成的多相电压调节器，在其他实施例中，多相电压调节器可包括任意相数的电压调节器。在一个实施例中，单相CCM模式指代只有一个电压调节器工作在CCM模式；单相DCM模式指代只有一个电压调节器工作在DCM模式。

在一个实施例中，电源控制器103根据处理器101发出的工作模式指令控制电压调节器102-1和102-2产生第一电压轨RAIL1。也即是说：当工作模式指示位PSIO和PSl1均未赋值时，电源控制器103将控制电压调节器102-1和102-2运行在全相CCM模式；当工作模式指示位PSIO和PSl1均赋值时，电源控制器103将控制电压调节器102-1和102-2运行在单相DCM模式；当工作模式指示位PSI0赋值而PSI1未赋值时，电源控制器103将控制电压调节器102-1和102-2运行在单相CCM模式。

在一个实施例中，电源控制器103忽略处理器101发出的工作模式指令，独立控制电压调节器102-3产生第二电压轨RAIL2。也即是说：电源控制器103控制电源调节器102-3产生第二电压轨RAIL2与处理器发出的工作模式指令无关。例如，即使处理器101发出的工作模式指令需要102-3运行在单相CCM模式，电源控制器103依然可以独立控制电压调节器102-3工作在DCM模式。除此工作模式指令之外，电源控制器103需要遵循处理器发出的针对电压轨RAIL2的其他电源管理指令，例如，改变电压轨RAIL2的电压值的电源管理指令。在一个实施例中，电源控制器103控制电压调节器102-3的各种动作可通过在固件108中编程实现。

图4所示为不同工作模式下电压调节器效率随负载电流变化的曲线示意图。在图4的实施例中，纵轴以百分比为单位表示效率的变化，横轴以安培为单位表示负载电流的变化。在一个实施例中，电压调节器102-1和102-2可配置为多相电压调节器，工作在全相CCM模式、单相CCM模式或单相DCM模式中。而另一方面，电压调节器102-3为单相电压调节器，可设置工作在单相CCM模式或单相DCM模式中。

在图4所示的实施例中，曲线301为电压调节器工作在单相DCM模式时的效率-电流变化曲线；曲线302为电压调节器工作在单相CCM模式时的效率-电流变化曲线；曲线303为电压调节器工作在全相CCM模式时的效率-电流变化曲线。如图4所示，电压调节器在高负载电流时将优选运行于全相CCM模式；在中等负载电流时将优选运行于单相CCM模式；在低负载电流时将优选运行于单相DCM模式。处理器101通过设置工作模式指示位(PSI0和PSI1)，将电压调节器置于处理器101认为最适合其当前负载需求的工作状态。

图5所示为不同工作模式下电压调节器效率随负载电流变化的曲线示意图。在图5的实施例中，纵轴以百分比为单位表示效率的变化，横轴以安培为单位表示负载电流的变化。曲线301为电压调节器工作在单相DCM模式时的效率-电流变化曲线，同时曲线302为电压调节器工作在单相CCM模式时的效率-电流变化曲线。如图5所示，当负载电流降低到曲线301和曲线302的交界点311处，处理器101将控制电压调节器从单相CCM模式过渡到单相DCM模式。在图5所示实施例中，处理器101可通过对工作模式指示位PSI0和PSI1赋值与否来实现不同模式之间的转换。

图6和图7所示为电压调节器的功率损耗随负载电流变化的曲线示意图，其中，纵轴以瓦特为单位表示功率的损耗，横轴以安培为单位表示负载电流的变化。曲线301为电压调节器工作在单相DCM模式时的功率损耗-电流变化曲线，同时曲线302为电压调节器工作在单相CCM模式时的功率损耗-电流变化曲线。

如图6所示，在低负载电流下，处理器101应该同时赋值工作模式指示位PSI0和PSI1(即：均赋值“1”)，使得电压调节器运行在单相DCM模式以减小功率损耗。在图6所示实施例中，低负载电流是指曲线301和曲线302交界点321的左边区域。然而，如图7所示，在一些情况下，如果处理器101在低负载电流情况下并未及时赋值工作模式指示位PSI1，使得电压调节器只能继续工作在单相CCM模式。此时，和单相DCM模式相比，单相CCM模式将导致电压调节器增加额外的功率损耗(如箭头322所指)。

图8所示为电压调节器工作在单相CCM模式时，PWM信号、电感电流信号和负载电流信号(从上至下)的时序图。在图8的实施例中，电源控制器103根据处理器101发出的工作模式指令产生PWM信号控制电压调节器运行在单相CCM模式中。在CCM模式下，电源控制器103产生的PWM信号控制电压调节器的高侧晶体管和低侧晶体管(如图2所示的高侧晶体管M1和低侧晶体管M2)同步切换。也就是说，在CCM模式下，PWM信号要么是第一态(例如逻辑高状态)要么第二态(例如逻辑低状态)，以保持电感电流的连续，而不存在第三态。如图8所示，当PWM信号为逻辑高时，高侧晶体管M1导通，低侧晶体管M2关断，电感电流增大；当PWM信号为逻辑低时，高侧晶体管M1关断，低侧晶体管M2导通，电感电流减小。同时，从图8中的电感电流波形也可以明显看出：在低负载电流情况(如图8中箭头453所指)，因为电压调节器依然工作在CCM模式，所以电感电流将反向变为负值，这将导致功率损耗增大。

图9所示为电压调节器工作在DCM模式时的功率损耗随负载电流变化的曲线示意图，其中，纵轴以瓦特为单位表示功率的损耗，横轴以安培为单位表示负载电流的变化。曲线301为电压调节器工作在单相DCM模式时的功率损耗-电流变化曲线，同时曲线302为电压调节器工作在单相CCM模式时的功率损耗-电流变化曲线。

在一个实施例中，电压调节器102-3不受工作模式指示位赋值状态变化的影响，可被独立控制从单相CCM模式过渡到单相DCM模式。更具体地说，在低负载电流情况下，即使工作模式指示位PSI0和PSI1指示处理器101需要电压调整器102-3工作在单相CCM模式，电源控制器103依然可以独立产生脉冲宽度调制信号PWM3控制电压调节器102-3工作在单相DCM模式。相较于工作在单相CCM模式，工作在单相DCM模式下的电压调节器102-3的功率损耗明显减小(参见箭头324所指)。

图10所示为脉冲宽度调制信号PWM3、电感电流信号和负载电流信号(从上至下)的时序图。在图10的实施例中，电源控制器103忽略处理器101发出的工作模式指令，独立控制电压调节器102-3运行在单相DCM模式中。

如图10所示，电源控制器103产生的脉冲宽度调制信号PWM3除具有第一态和第二态外，还具有第三态。的高低脉冲之间插入第三态，同时调整脉冲宽度调制信号PWM3的频率，使得第二电压轨RAIL2的电压维持在处理器101发出的电源管理指令指示的电压值。当脉冲宽度调制信号PWM3为高时，电感电流增大；当脉冲宽度调制信号PWM3为低时，电感电流减小。在低负载电流情况下，脉冲宽度调制信号PWM3的开关频率降低，与此同时，电源控制器103在脉冲宽度调制信号PWM3的第一态和第二态之间插入第三态。在一个实施例中，脉冲宽度调制信号PWM3处于第三态的时长需至少满足电感电流降低至零的需求。在一个实施例中，当脉冲宽度调制信号PWM3位于第三态期间(如图中箭头451所示)，如果电感电流降低至零，电压调节器102-3将关断低侧晶体管M2以防止电感电流反向(如图中箭头452所示)。此时，因为高侧晶体管M1和低侧晶体管M2此时都处于关断状态，没有电感电流流动，因此电压调节器102-3进入单相DCM模式运行。当负载电流增加时，脉冲宽度调制信号PWM3的频率也增加，以维持电压轨RAIL2在电源管理指令指示的电压值。同时，脉冲宽度调制信号PWM3的频率增大后，电感电流增大，电压调节器102-3自动进入单相CCM模式运行。从波形图也可以看出，即使脉冲宽度调制信号PWM3位于第三态，如果电感电流未降低至零，电压调节器102-3将不会关断低侧晶体管M2。由上可知，电压调节器102-3可在单相DCM模式和单相CCM模式自动切换，而无需遵循处理器101发出的工作模式指令。

图11所示为根据本发明一实施例向CPU提供电压轨的方法流程图。图11所示的方法可由图1所示的模块实现。可以理解，在不减损本发明优点的情况下，也可以采用其他模块实现本发明。该方法包括步骤501-504。

步骤501，第一控制信号(例如，脉冲宽度调制信号PWM1)驱动第一电压调节器产生第一电压轨，其中，第一电压轨用于给CPU供电。

步骤502，第二控制信号驱动第二电压调节器产生给CPU供电的第二电压轨，其中，第二电压轨用于给CPU供电。

步骤503，根据CPU发出的第一电源管理指令控制第一电压调节器工作在第一工作模式。可通过串行数据总线从CPU接收电源管理指令。其中，第一工作模式包括指示第一电压调节器工作在CCM模式或其他导通模式。

步骤504，忽略CPU发出的第二电源管理指令指示的第二工作模式，控制第二电压调节器工作在DCM模式。例如，第二工作模式包括指示第二电压调节器工作在CCM模式而不是DCM模式。又如，在低负载电流时，CPU发出的第二电源管理指令将被忽略，第二电压调节器将工作在DCM模式。

在一个实施例中，第二电压调节器需遵循从CPU接收到的其他电源管理指令。例如，CPU提供电压轨的方法还包括步骤505。在步骤505中，第二电压调节器根据CPU发出的第三电源管理指令，调整第二个电压调节器产生的第二电压轨的电压值。

虽然已参照几个典型实施例描述了用于向CPU提供电压轨的系统和方法，但应当理解，所用的术语是说明和实施例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。