电子系统功率及工作时脉控制装置与方法 【技术领域】
本发明是关于一种电子系统功率及工作时脉的控制装置与方法，更具体说，是关于能有效率地控制电子系统功率及工作时脉的装置及方法。背景技术
对于现今电脑来说，尤其是笔记型电脑，散热与电源供应是两个最难以处理的问题。
首先就散热的问题而言，当电脑内部温度过高时，可能会造成电脑运作不正常或是当机。一般的解决方法是在电脑中装设一散热装置(包台风扇、散热片、及/或热管)来降低电脑执行时所累积的热量。而此散热装置是以预先设定的TDP值(thermal design profile)为目标设计，因此可确保温度不会过高而影响电脑运作。
但实际上，中央处理器的消耗功率并非以固定的一TDP值为准，而是依赖于中央处理器所执行的应用程序。例如，一般使用文字编辑软件(如word)只需消耗25W，TDP值可设定较低。但是，执行3D游戏则需要65W，TDP值则需设定较高。而TDP越高，散热装置越难设计，成本也越高。这是因为可承受的功率越高，累积的热量越多，散热装置必须处理更多的热量。因此，这种方法并不实用。
而由于依靠散热装置来避免过热的状况早已不使用，目前的做法选择侦测中央处理器的温度。当中央处理器温度超过安全范围时，降低中央处理器的工作时脉(进行降频)来防止温度过高的情形。然而，降频的代价就是中央处理器执行的速度会随着降频的程度而大幅下降。也就是说，当温度超过安全范围时，由牺牲处理资料的速度，对中央处理器降频以保证不正常当机或是遗失资料的情形不会发生。
事实上，温度并不是一个好的比较指标。温度的升高是因为中央处理器内的热量累积形成的结果。当侦测到温度超过安全范围而降频时，已经太迟了。因为中史处理器内部已经累积了很多热量，必须尽快散热才能避免中央处理器当机，因此，设计者通常需要将降频比例调整至50％，甚至更高。此举已经让中央处理器的效率大大的减低了。
另一方面，当中央处理器的温度被侦测到超过安全范围且将进行降频地期间，热量仍会继续累积。因此，早在中央处理器降频之前就可能已经当机了。而为了考虑这个时间的潜在因素，设计者必须扩大所设定的安全范围，即提高TDP值，如此一来，更增加了设计上的困难与成本。
当然，设计者也可由加速风扇的转动来加速散热，但是此方式会造成恼人的噪音，令使用者无法接受。
图1显示使用已知的工作时脉控制方法的中央处理器的温度与功率的实施例曲线图。如图1所示，在时间T1至T2之间，中央处理器的功率开始上升，表示使用者可能正在使用高消耗功率的应用程序，而此时的温度仍未改变。而在T2至T3之间，中央处理器的功率持续上升，且温度也开始升高，但此时的温度尚末达到一温度上限，因此，并不进行降频的工作。接着，在T3至T4之间，功率开始下降，表示一些应用程序可能已经停止执行而使得消耗的功率开始咸少。但是，中央处理器的温度却因热量累积而超过温度上限，而使得电子系统准备对中史处理器进行降频，同样地，在T4至T5之间，散热装置无法及时地将中央处埋器内的热量散去。因此，尽管此时中央处理器的功率已经下降许多，但是此电子系统仍选择让中央处理器继续进行降频动作。这样的控制方法造成电子系统在热量累积的情况下，不断地对中央处理器进行降频而使中央处理器的工作效率大减，也就是说，如果以温度来作为控制中央处理器工作时脉的指标，则当热量累积太多而无法及时散热时，就算使用者只执行低功率应用程序，仍可能以低工作效率来运作。举例来说，2GHz的中央处理器欲在执行低功率应用程序时，只能够达到1GHz的中史处理器的处理效率。这对现今的电脑使用者来说，是不可忍受的情形。
除此之外，如图1所示，在T7之后，中央处理器已经进入闲置状态，而温度也下降至温度上限以下。此时根据已知的方洼，电子系统停止对中央处理器进行降频。就电源供应的问题而言，使用者于闲置状态并没有执行任何应用程序，而已知的方法停止降频，以最佳的效率来处理闲置状态的中央处理器，反而浪费了功率。
因此，为了改善上述的缺点，需要一种更完善的工作时脉控制方法及装置。发明内容
鉴于上述；本发明的目的在于，提供一种工作时脉控制装置来控制一电子系统的一工作时脉。在此方法中，首先侦测此电子系统运作时的一电压信号与一电流信号。因应此电压信号与此电流信号，计算出一功率值(power)。接着，判断此功率值是否大于一预设功率值(predeterminedpower)。当此功率值大于此预设功率值时，依照一降频比例(on-off rate)对此工作时脉降频(clock throttling)。
此外，本发明提供一种工作时脉控制装置来控制一电子系统的一工作时脉。此装置包含一第一单元、一电流电压侦别回路、以及一第二单元。
第一单元用以提供此工作时脉。电流电压侦测回路用以侦测并输出电子系统运作时的一电压信号与一电流信号，第二单元则因应此电压信号及此电流信号控制此工作时脉。
另外，本发明进一步提供一电子系统。此电子系统包含一电源供应器(AC-adapter)、一充电电他、一电流电压侦测回路、一第一单元、以及一第二单元。
在此，电源供应器提供一系统总功率。此系统总功率包含一系统运作功率与一充电功率。而充电电池由此充电功率充电。电流电压侦测回路用以侦测此系统运作功率，并输出一电压信号与一电流信号。第一单元用以提供一工作时脉。第二单元则因应此电压信号及此电流信号控制此工作时脉。
本发明一种工作时脉控制方法，是用以控制一电子系统的一工作时脉，其特征在于，该工作时脉控制方法包含：(A)侦测并输出该电子系统运作时的一电压信号与一电流信号；(B)因应该电压信号与该电流信号，计算出一功率值；(C)判断该功率值是否大于一预设功率值；以及(D)当该功率值大于该预设功率值时，依照一降频比例对该工作时脉降频。
其中该步骤(C)与该步骤(D)之间进一步包含以下步骤：(E)当该功率值大于该预设功率值时，判断是否超过一预设时间；(F)当该功率值大于该预设功率值且已超过该预设时间时，判断一增加率是否大于一预设比率；以及(G)当该增加率大于该预设比率时，根据该增加率选择该降频比例。
其中该工作时脉控制方法进一步包含以下步骤：(H)判断该功率值是否仍大于该预设功率值；以及(I)当该功率值仍大于该预设功率值时，提高该降频比例，并持续对该工作时脉降频。
其中该步骤(H)进一步包含以下步骤：(J)当该功率值不大于该预设功率值时，判断该增加率是否不大于零；以及(K)当该增加率不大于零时，取消该降频比例，以停止对该工作时脉降频。
其中该电子系统进一步包含一散热装置，该散热装置具有一风扇，该步骤(C)与该步骤(D)之间进一步包含以下步骤：(L)判断该风扇的一转速是否已达一最高值；以及(M)当该转速末达该最高值时，增加该转速。
其中该步骤(B)与该步骤(C)之间进一步包含一步骤：(N)设定该预设功率值。
其中该电子系统进一步包含一温度感测装置，该步骤(N)是依照该温度感测装置所侦测出的一温度值，设定该预设功率值。
其中该增加率是指该温度值的一变化比率。
其中该工作时脉控制方法进一步包含以下步骤：(O)当该功率值不大于该预设功率值时，判断是否已对该工作时脉降频；(P)当该工作时脉未降频时，判断该功率值是否在一固定值区间内；(Q)当该功率值在该固定值区间内时，判断是否超过一预定时间；以及(R)当该功率值在该固定值区间内且已超过该预定时间时，依照一特定降频比例对该工作时脉降频。
其中该电子系统具有一系统总功率，该系统总功率包含一系统运作功率与一充电功率，其中该步骤(R)进一步包含以下步骤：(S)因应该功率值计算出一系统闲置功率。
其中，该工作时脉控制方法进一步包含以下步骤：(T)判断该系统运作功率是否大于该系统闲置功率；以及(U)当该系统运作功率大于该系统闲置功率时，取消该特定降频比例，以停止对该工作时脉降频。
其中，该电子系统进一步包含一充电电池，该充电电池是由该充电功率进行充电。
本发明一种工作时脉控制装置，是用以控制一电子系统的一工作时脉，其特征在于，该工作时脉控制装置包含：一第一单元，是提供该工作时脉；一电流电压侦测回路，是供侦测并输出该电子系统运作时的一电压信号与一电流信号；以及一第二单元，因应该电压信号及该电流信号控制该工作时脉。
其中该第一单元进一步包含：一时脉产生器，是用以提供该工作时脉；一中央处理器；以及一中央处理器电源电路，是用以提供该中央处理器运作时的一功率。
其中该第二单元进一步包含：一微处理器，因应该电流信号与该电压信号，计算并输出一功率值；一储存单元，是用以提供一预设功率值；以及一晶片组，因应该功率值与该预设功率值，选择对该工作时脉的一降频比例。
其中该第二单元进一步包含：一散热装置，该散热装置具有一风扇。
其中该第一单元进一步包含一温度感测装置，该第二单元依照该温度感测装置所侦测出的一温度值，设定该预设功率值。
其中该储存单元包含一基本输入/输出系统。
其中该温度感测装置是内建于该中央处理器内或外接于该中央处理器周围。
本发明一种电子系统，其特征在于，包含：一电源供应器，是用以提供一系统总功率，该系统总功率包含一系统运作功率与一充电功率；一充电电池，该充电电池由该充电功率进行充电；一电流电压侦测回路，是供侦测该系统运作功率，并输出一电压信号与一电流信号；一第一单元，是提供一工作时脉；以及一第二单元，因应该电压信号及该电流信号控制该工作时脉。
其中该第一单元进一步包含：一时脉产生器，是用以提供该工作时脉；一中央处理器；以及一中央处理器电源电路，是用以提供该中央处理器运作时的一功率。
其中该第二单元进一步包含：一微处理器，因应该电流信号与该电压信号，计算并输出一功率值；一储存单元，是用以提供一预设功率值；以及一晶片组，因应该功率值与该预设功率值，选择对该工作时脉的一降频比例。
其中该第二单元进一步包含：一散热装置，该散热装置具有一风扇。
其中该第一单元进一步包含一温度感测装置，该第二单元依照该温度感测装置所侦测出的一温度值，设定该预设功率值。
其中该储存单元包含一基本输入/输出系统。
其中该电子系统是为一笔记型电恼。
其中该温度感剧装置是内建于该中央处理器中或外接于该中央处理器周围。附图说明
本发明的进一步目的及优点在参阅以下的发明详细说明与相关附图之后，将更能明了，其中：
图1题示使用已知的工作时脉控制方法的中央处理器功率与温度的实施例曲线图；
图2以及图3显示本发明的工作时脉控制方法的一实施例流程图；
图4显示使用本发明的工作时脉控制方法的中史处理器功率与温度的实施例曲线图；
图5以及图6显示本发明的工作时脉控制装置的一实施例方块图；以及
图7以及图8显示本发明的工作时脉控制装置的另一实施例方块图。具体实施方式
图2以及图3显示本发明的工作时脉控制方法的一实施例流程图。在此一实施例中，本发明用以控制一电子系统的一工作时脉。本发明的工作时脉脉控制方法包含步骤101至步骤141。
首先，步骤101侦测并输出此电子系统运作时的一电压信号与一电流信号。
接着，步骤103因应此电压信号与此电流信号，计算出一功率值。
而步骤107判断此功率值是否大于一预设功率值。
而在此一实施例中，于步骤107之前，本发明进一步包含步骤105。步骤105是参考此电子系统的使用状况，预先设定此预设功率值。此外，若电子系统进一步包含一温度感测装置(thermal sensor)，步骤105则是依照此温度感测装置所侦测的一温度值，预先设定此预设功率值。
而当功率值大于此预设功率值时，步骤109接着判断此情况是否仍持续且超过一预设时间。
当功率值大于预设功率值且已超过此预设时间时，步骤111接着判断此温度值的一增加串是否大于一预设比率。
当增加率大于此预设比率时，步骤113便根据此增加率选择一降频比例。同时，步骤115依照此降频比例对此电子系统的工作时脉进行降频。因为当功率值大于此预设功率值时，表示目前电子系统运作的功率已超过可接受的安全范围，可能产生过高的温度而使得系统运作不正常。而经过步骤115后，工作时脉频率依照此降频比例下降，使得整体电子系统运作时所需俏耗的功率跟着下降，也让温度不再累积。也就是说，本发明是由使工作时脉降频以使运作的功率降低，让温度不再继续累积。因此，可保证此电子系统不会因累积过高的温度而当机或不正常运作。同时，电子系统的散热需求降低，也节省电子系统内的散热装置所需的成本。
另外，在电子系统进行降频之后，本发明接着进行步骤117。步骤117判断目前功牢值是否仍大于此预设功率值。
当功率值仍大于此预设功率值时，表示目前选择的降频比例不能及时地降低系统运作的功率。固此，步骤119提高此降频比例，并持续对此工作时脉进行降频；
而直到当功率值不大于此预设功率值时，即电子系统运作的功率下降到安全范围内时，步骤121判断增加率是否不大于零。
当增加率不大于零时，表示目前电子系统运作的功率不但下降到安全范围内且已不再增加。此时，步骤123取消此降频比例，同时停止对此工作时脉进行降频、此时，电子系统恢复原来的工作时脉。
另一方面，于进行步骤107后，当功率值干大于此预设功率值时，步骤125判断目前是否已对此工作时脉进行降频。
当工作时脉末进行降频时，步骤127接着判断此功率值是否在一固定值区间。
当功率值在此固定值区间时，步骤129判断此功率值是否超过一预定时间。
当功率值在固定值区间且已超过此预定时间时，表示此时电子系统已经进入一个闲置状态。因此，步骤133依照一特定降频比例对此工作时脉进行降频。如此一来，当电子系统处于闲置状态下时，便能够尽量减少消耗功率。
另外，在此一实施例中，电子系统具有一电源供应器。此电源供应器是用以提供此电子系统一系统总功率。此系统总功率提供此电子系统运作时所需的一系统运作功率。
于步骤133前，本发明进一步包含一步骤131。步骤131因应目前的功率值计算出一系统闲置功率。
接着，步骤135判断此系统运作功率是否大于此系统闲置功率。
若此系统运作功率不大于此系统闲置功率，表示此电子系统仍处于闲置状态。因此，此电子系统仍可继续保持降频来节省功率，同时避免温度累积。
而当此系统运作功率大于此系统闲置功率时，表示此时电子系统已经离开闲置状态。因此，步骤137取消此特定降频比例，并停止对此工作时脉进行降频。
在此一实施例中，本电子系统进一步包含一散热装置。此散热装置具有一风扇(fan)，而于步骤107与步骤109之间进一步包含步骤139以及步骤141。
当功率值大于此预设功率值时，由步骤139先判断风扇的转速是否已达一最高值。若风扇的转速尚未达到最高值，也就是散热装置尚未发挥最大功效时，先进行步骤141。步骤141即增加风扇的转速，使散热装置的功效完全发挥。接着，再重新执行步骤101。如此一来可以尽量减少对工作时脉进行降频的次数，使电子系统保持较佳的工作效率。
另一方面，本发明可应用于一笔记型电脑上。而笔记型电脑具有一充电电池，以供无外接电源时使用。在此一实施例中，本发明的系统总功率进一步包含一系统运作功率与一充电功率。此充电电池是由充电功率充电。当系统运作功率已超过一预设功率值或是目前系统处于一闲置状态时，笔记型电脑利用本发明的方法进行降频，使系统运作功率降低以维持温度在一安全范围内，此举使得电源供应器提供给充电电他的充电功率相对增加。也就是说，本发明的另一优点为弹性地分配系统运作时所需的系统运作功率以及充电电池所需的充电功率。系统总功率在电子系统正常运作时，便尽量提供系统运作功率。在电子系统降频时，则尽量提供充电功率。
图4显示使用本发明的工作时脉控制方法的中央处理器功率与温度的实施例曲线图，由图4可比较使用本发明的工作时脉控制方法的中央处理器功率与中央处理器原来的功率曲线，比较图1与图4可看出，使用已知方法的中央处理器进行降频的时间大于使用本发明的方法。可见，使用本发明的方法较使用已知方法的电子系统工作效率来的好。
同时，当使用已知方法时，中央处理器的温度仍可能超过安全范围(温度上限)。也就是说，尽管使用已知的方法进行降频，中央处理器仍有不正常运作或是当机的可能性。反之，使用本发明的方法时，中央处理器的温度均保持在安全范围之内，因此，使用本发明的方法较使用已知方法的电子系统安全性更佳。
以上是本发明的工作时脉控制方法的实施例说明。以下紧接着说明完成上述方法的装置。
图5以及图6显示本发明的工作时脉控制装置的一实施例。如图5所示，本发明的工作时脉控制装置用从控制一电子系统的一工作时脉。此装置包含一电原供应器501、一电流电压侦测回路503、一第一单元505、以及一第二单元507。
在此，第一单元505用以提供此工作时脉。电源供应器501提供此电子系统运作时的一系统运作功率。而此电源供应器501可装设为内建或是外接于此电子系统的形式。电流电压侦测回路503接收此系统运作功率以提供第一单元505所需的功率；并同时侦测并输出电子系统运作时的一电压信号与一电流信号。而第二单元507因应此电压信号及此电流信号，由调整一降频比例来控制此工作时脉。
如图6所示，在此一实施例中，第一单元505包含一时脉产生器(clock generator)5051、一中央处埋器(central processing unit，CPU)5053、以及一中央处理器电源电路5055。而第二单元507包含一微处理器(micro controller)5071、一储存单元5073，以及一晶片组(chipset)5075。
在此，本发明首先利用电流电压侦测回路503侦测一电压信号与一电流信号，并输出至微处理器5071中。微处理器5071因应所侦测出的电流信号与电压信号，计算出一功率值，并传给晶片组5075，晶片组5075接收到此功率值后，自储存单元5073取得一预设功率值，并判断此功率值是否大于此预设功率值。在此一实施例中，储存单元5073为一基本输入/输出系统BIOS(basic input/outputsystem)。而当此功率值大于此预设功率值时，晶片组5075接着判断是否持续超过一预定时间。当此功率值大于此预设功率值且已持续超过预定时间时，晶片组5075选择一降频比例并传送至中央处理器5053，从供进行降频。
另一方面，中央处理器电源电路5055经由电流电压侦测回路503取得中央处理器5053运作时所需的功率，并提供给中央处理器5053。而时脉产生器5051则提供一固定频率的工作时脉给中央处理器5053。
而当中央处理器5053接收到此降频比例时，中央处理器5053便依照此降频比例处理所接收到的工作时脉。同时，晶片组5075仍继续侦测此功率值是否仍大于此预设功率值。若此功率值仍大于此预设功率值，表示降频比例太少，无法及时改善功率值至安全范围内。因此，晶片组5075继续提高目前的降频比例，以加速进行降频。直到此功率值小于此预设功率值时，此晶片组5075停止降频。而中史处理器5053的工作时脉恢复原来的速度。
另一方面，当晶片组5075判断此功率值不大于此预设功率值时，晶片组5075进一步确认中央处理器5053的工作时脉是否已进行降频。当工作时脉已进行降频时，晶片组5075便取消此降频比例，并停止对工作时脉进行降频。中央处理器5053的工作时脉恢复原来的速度。
而若工作时脉并未进行降频，则晶片组5075进一步判断目前的功率值是否在一固定值区间内，以及是否维持超过一预定时间，当功率值维持一在固定值区间内超过此预定时间时，表示目前电子系统正处于一闲置状态。在闲置状态时，为了能尽量减低不必要功率的消耗，本发明同样也对工作频率进行降频。由晶片组5075依照一特定降频比例对工作时脉进行降频。接着，晶片组5075因应此功率值计算出一系统闲置功率。此系统闲置功率表示在目前系统闲置状态下电子系统运作时最低所必需消耗的功率。
接着，晶片组5075判断系统总功率是否大于此系统闲置功率。当系统总功率大于此系统闲置功率时，表示目前电子系统已离开闲置状态。此时，晶片组5075便取消此特定降频比例，而停止进行降频，以使中央处理器5053恢复原来的工作时脉。
图7以及图8显示本发明的工作时脉控制装置的另一实施例。如图7所示，在此一实施例中，本发明的工作时脉控制装置是应用于一笔记型电脑中。此笔记型电脑包含一电源供应器501、一充电电池701、一电流电压侦测回路503，一第一单元505、以及第二单元507。
在此与上述的实施例不同的地方是，电源供应器501除了提供此笔记型电脑本身运作时所需的一系统运作功率之外，还必须提供一充电功率供充电电池701进行充电。
另外，如图8所示，第一单元505进一步包含一温度感测器801。此温度感测器801可内建于中央处理器5053中或是外接于中央处理器5053，用以侦测中央处理器5053目前的温度值。而上述实施例所提到的预设功率值是由此温度值的高低来调整设定。而晶片组5075所选择的降频比例则是利用此温度值的增加率来决定的。也就是说，当中央处理器5053的温度急剧上升时，晶片组5075选择较高的降频比例，以使运作的功率能大幅降低，使温度快速下降。反之，当中央处理器5053的温度缓和上升时，晶片组5075便选择较低的降频比例来对中央处理器5053的工作时脉进行降频。
另一方面，第二单元507进一步包含一散热装置803。在此一实施例中，散热装置803具有一风扇(未绘出)。当晶片组5075判断此功率值大于此预设功率值时，晶片组5075进一步判断此风扇的转速是否已达到一最高值。若此风扇的转速末达最佳效率；则晶片组5075控制此散热装置803以增加风扇的转速，由加速散热来避免温度的累积，当然在此，本实施例并非用以限制用以加速散热的方法。任何可达到上述风扇的效果的相关散热技术、装置、或方法皆在本发明的范畴内。在此不多加赘述。
以上是本发明的工作时脉控制方法与装置的说明。
前述说明书中，本发明以特定实施例为参考来描述，然而显然各种的修正与改变都不脱离本发明的宽广的精神与范围。而该对应的说明与附图是用来加以说明而非限制本发明的范畴。因此，表示本发明应涵盖所有出现在本发明的附加的申请专利范围与其相等项的修正与变化。