内置接口主机的热管理芯片、系统及管理方法与流程
1.本发明涉及芯片及热管理技术领域，具体地，涉及一种内置接口主机的热管理芯片、系统及管理方法。
背景技术：
2.风冷仍然是目前最经济的制冷方式，对于无法通过空气自然对流达到散热目的系统来说，风冷仍是绝大多数系统唯一的选择。而风扇是其中关键的执行部件，风扇本身有轴承等机械零件，如果一直全速旋转，可能是系统中寿命最短的部件，同时为节约能源以及降低噪声的角度考虑，都需要对风扇转速进行控制。
3.在服务器、交换机及数据中心等领域需要测量温度，以达到温度监控、过温报警及自适应调节等目的，例如监控中央处理器(cpu)、图形处理器(gpu)及fpga等芯片温度，当温度超界时，通过启动风扇、降低工作频率等手段，降低温度，防止温度过高带来的系统损坏及火灾风险。
4.在公开号为cn216750052《热管理装置以及电池热管理系统》的专利文献中，半导体制冷片贴设在储液箱外表面，电池组设于循环回路，根据进口和出口温度传感器温度，调节半导体制冷片的功率，驱动经加热或冷却后的防冻流液在循环回路循环，达到热管理目的。文中未提及进口和出口温度传感器温度信息的获取方式，属于水冷的方式，缺点是热管理系统由多个部件配合完成，成本高、精度低，同时对循环回路的装配有特殊要求。
5.在公开号为cn101811434《客车热管理系统及其风扇组的控制方法》的专利文献中，该系统包括风扇组、驱动装置、控制装置、温度传感器和人机交互装置，使被冷却的介质保持在一个恒定的温度范围内，达到实时控制，延长零部件工作寿命。缺点是系统复杂，由多个装置组成，且风扇控制策略过于简单。
技术实现要素：
6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种内置接口主机的热管理芯片、系统及管理方法。
7.根据本发明提供的一种内置接口主机的热管理芯片，包括：可控电流源序列、感温器件类别控制、adc模块、寄存器组&接口&控制逻辑模块、nvm非易失性存储器、时钟产生模块以及本地感温晶体管；所述热管理芯片还包括aip端口、ain端口、pwm端口、tach端口、主从机模式选择端口、sda端口、scl端口以及状态指示端口；
8.所述可控电流源序列的输入端用于连接热管理芯片电源，所述可控电流源序列的输出端与adc模块的vip引脚连接，可控电流源序列的控制端与感温器件类别控制连接，所述感温器件类别控制与register bank&interface&control logic连接；
9.所述adc模块上的vip引脚连接aip端口、vin引脚连接ain端口，用于连接外部的感温器件和获取温度信息；
10.所述本地感温晶体管的发射极与adc模块连接，本地感温晶体管的基极与集电极
连接并接地；adc模块的dtemp和d
ntc
信号送入寄存器组&接口&控制逻辑模块；
11.寄存器组&接口&控制逻辑模块与pwm端口和tach端口连接，用于监测并控制外部风扇；寄存器组&接口&控制逻辑模块与状态指示端口、scl端口、sda端口连接以及主从机模式选择端口连接；
12.所述时钟产生模块分别连接寄存器组&接口&控制逻辑模块和nvm非易失性存储器，所述nvm非易失性存储器分别连接scl端口、sda端口、主从机模式选择端口以及编程端口。
13.优选地，所述aip端口和ain端口并联设置有多组，用于连接多个感温器件。
14.根据本发明提供的一种内置接口主机的热管理系统，包括内置接口主机的热管理芯片，还包括远端感温器件、风扇装置和芯片主从机模式选择开关；所述远端感温器件分别与热管理芯片的vip端口和vin端口连接，所述风扇装置分别与pwm端口和tach端口连接，所述主从机模式选择开关与主从机模式选择端口连接。
15.优选地，所述远端感温器件为分立晶体管2n3904、分立晶体管2n3906、寄生晶体管和热敏电阻中的任意一种。
16.优选地，所述风扇装置设置有多路，所述pwm端口输出风扇装置转速控制信号,tach端口输入风扇转速监控信号。
17.优选地，所述主从机模式选择开关分别连接外部电源和地信号；
18.主从机模式引脚接地，热管理芯片处于从机模式，通过scl端口和sda端口接收外部mcu指令配置寄存器组&接口&控制逻辑模块，用于控制远端感温器件的测量和风扇装置的转速；
19.主从机模式引脚接电源，热管理芯片处于主机模式，运行nvm非易失性存储器中的程序，控制远端感温器件的测量和风扇装置的转速，通过scl端口和sda端口连接拓展设备，包括eeprom和温度传感器，通过状态指示端口输出状态信号。
20.根据本发明提供的一种内置接口主机的热管理系统的管理方法，包括以下步骤：
21.步骤s1：获取远端感温器件的测量数据；
22.步骤s2：通过时钟产生模块，对风扇tach输出进行计数并存储于寄存器组&接口&控制逻辑模块，记为nfan，获取风扇转速；
23.步骤s3：获取热管理参数配置表，根据温度信息获取对应的风扇转速参数，输出相应pwm，控制风扇转速；
24.步骤s4：当风扇装置转速达到最大转速，且温度仍高于配置表上限，通过状态指示端口输出报警信号。
25.优选地，在所述步骤s1中，当远端感温器件为分立晶体管或寄生晶体管时，通过可控电流源序列输出两路电流i1和n*i1，经过adc模块转换，对应的温度为：
[0026][0027][0028]
其中，v
be
为晶体管基极-发射极电压，发射极电流为i1时，电压为v
be1；
发射极电流为n*i1时，电压为v
be2
；vref为adc基准电压，a1为斜率系数，b1为失调系数；
[0029]
当远端感温器件为热敏电阻时，对应的温度为：
[0030][0031]
其中，v
ntc
为热敏电阻上电压，a2为斜率系数，b2为失调系数。
[0032]
优选地，所述步骤s1还包括：当热管理芯片为主机模式时，通过scl端口和sda端口接收拓展的温度传感器的数据。
[0033]
优选地，所述热管理参数配置表中温度来源包括本地感温晶体管、远端感温器件或拓展的温度传感器。
[0034]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0035]
1、本发明通过采集热管理芯片本地温度、远端温度和风扇转速信息，通过查表方式灵活控制风扇转速，以达到降低系统能耗、延长风扇寿命的目的。
[0036]
2、本发明能通过芯片引脚配置成接口从机模式和主机模式。当处于从机模式时，能接收外部mcu等主机指令，进行系统热管理；当系统无主机或主机失效时，该发明热管理芯片可用作主机模式，达到管理系统其它部件、扩展温度信息输入源的目的。
附图说明
[0037]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0038]
图1为本发明热管理芯片原理框图及外围器件示意图；
[0039]
图2为本发明热管理芯片应用于从机模式示意图；
[0040]
图3为本发明热管理芯片应用于主机模式示意图；
[0041]
图4为本发明热管理芯片通过查表控制转速示意图。
[0042]
附图标记说明：
[0043]
热管理芯片100
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本地感温晶体管107
[0044]
可控电流源序列101
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分立晶体管110
[0045]
感温器件类别控制102
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寄生晶体管111
[0046]
adc模块103
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热敏电阻112
[0047]
寄存器组&接口&控制逻辑模块104 风扇装置120
[0048]
nvm非易失性存储器105
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
主从机模式选择开关130
[0049]
时钟产生模块106
具体实施方式
[0050]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0051]
本发明公开一种热管理芯片100，通过获取监控点温度值，使用查表、自定义温度-转速关系等方法，通过pwm输出控制多路风扇，达到热管理目的，同时能节省功耗并延长风扇使用寿命。除了内置的本地测温点能测量热管理芯片100所处环境温度外，还可以测量
远端温度，创新地，在测量远端温度方案中，可根据远端感温器件类别，配置成不同模式。将端口配置成电流输出模式，热管理芯片100可向外输出时序受控的特定序列电流，能使用分立的双极型晶体管如2n3904 npn、2n3906 pnp，也可以是集成晶体管，如处理器processor或asic寄生晶体管111；也可将端口配置成电压输入模式，通过测量热敏电阻112，如ntc电阻电压来实现。此外，本发明内置接口主机，即可当作接口从器件，向主控芯片，如bmc上报温度，也可以当作接口主芯片，通过i2c总线，读取系统i2c总线上温度芯片数据，从而扩展使用场合和温度来源。
[0052]
具体的，参照图1，热管理芯片100包括：可控电流源序列101、感温器件类别控制102、adc模块103、寄存器组&接口&控制逻辑模块104(register bank&interface&control logic)、nvm非易失性存储器105、时钟产生模块106以及本地感温晶体管107；所述热管理芯片100还包括aip端口、ain端口、pwm端口、tach端口、主从机模式选择端口、sda端口、scl端口以及状态指示端口。
[0053]
所述可控电流源序列101的输入端用于连接热管理芯片电源，所述可控电流源序列101的输出端与adc模块103的vip引脚连接，可控电流源序列101的控制端与感温器件类别控制102连接，所述感温器件类别控制102与寄存器组&接口&控制逻辑模块104连接。
[0054]
所述adc模块103上的vip引脚连接aip端口、vin引脚连接ain端口，用于连接外部的感温器件和获取温度信息。
[0055]
所述本地感温晶体管107的发射极与adc模块103连接，本地感温晶体管107的基极与集电极连接并接地；adc模块103的dtemp和d
ntc
信号送入寄存器组&接口&控制逻辑模块104。
[0056]
寄存器组&接口&控制逻辑模块104与pwm端口和tach端口连接，用于监测并控制外部风扇；寄存器组&接口&控制逻辑模块104与状态指示端口、scl端口、sda端口连接以及主从机模式选择端口连接。
[0057]
所述时钟产生模块106分别连接寄存器组&接口&控制逻辑模块104和nvm非易失性存储器105，所述nvm非易失性存储器105分别连接scl端口、sda端口、主从机模式选择端口以及编程端口。所述aip端口和ain端口并联设置有多组，用于连接多个感温器件。
[0058]
本发明公开一种内置接口主机的热管理系统，包括内置接口主机的热管理芯片100，还包括远端感温器件、风扇装置120和芯片主从机模式选择开关130；所述远端感温器件分别与热管理芯片100的vip端口和vin端口连接，所述风扇装置120分别与pwm端口和tach端口连接，所述主从机模式选择开关130与主从机模式选择端口连接。
[0059]
所述远端感温器件为分立晶体管1102n3904、分立晶体管1102n3906、寄生晶体管111和热敏电阻112中的任意一种。所述风扇装置120设置有多路，所述pwm端口输出风扇装置120转速控制信号,tach端口输出风扇转速监控信号。
[0060]
主从机模式选择开关130分别连接外部电源和地信号；
[0061]
参照图2，当主从机模式引脚接地，热管理芯片100处于从机模式，通过scl端口和sda端口接收外部mcu指令配置寄存器组&接口&控制逻辑模块104，用于控制远端感温器件的测量和风扇装置120的转速；
[0062]
参照图3，当主从机模式引脚接电源，热管理芯片100处于主机模式，运行nvm非易失性存储器105中的程序，控制远端感温器件的测量和风扇装置120的转速，通过scl端口和
sda端口连接拓展设备，包括eeprom和温度传感器，通过状态指示端口输出状态信号。
[0063]
本发明公开一种内置接口主机的热管理系统的管理方法，用户根据需要，通过接电源或地控制芯片主、从机模式；用户根据系统成本、测量对象的不同，选择远端感温器件类型；用户根据板卡需要连接所需路数，本芯片最多支持4路风扇；当外围器件确定好后，配置内部相关寄存器，并开启热管理闭环过程。具体的，包括以下步骤：
[0064]
步骤s1：获取远端感温器件的测量数据；
[0065]
当远端感温器件为分立晶体管或寄生晶体管时，通过可控电流源序列101输出两路电流i1和n*i1，经过adc模块103转换，对应的温度为：
[0066][0067][0068]
其中，v
be
为晶体管基极-发射极电压，发射极电流为i1时，电压为v
be1；
发射极电流为n*i1时，电压为v
be2
；vref为adc基准电压，a1为斜率系数，b1为失调系数；
[0069]
当远端感温器件为热敏电阻时，对应的温度为：
[0070][0071]
其中，v
ntc
为热敏电阻上电压，a2为斜率系数，b2为失调系数。
[0072]
此外，当芯片配置为主机模式时，还可通过scl端口和sda端口获取总线上其它传感器温度dext，扩展温度信息来源。
[0073]
步骤s2：通过时钟产生模块106，对风扇tach输出进行计数并存储于寄存器组&接口&控制逻辑模块104，记为nfan，获取风扇转速；
[0074]
步骤s3：获取热管理参数配置表，根据温度信息获取对应的风扇转速参数，输出相应pwm，控制风扇转速；
[0075]
步骤s4：当风扇装置120转速达到最大转速，且温度仍高于配置表上限，通过状态指示端口输出报警信号。
[0076]
本发明温度和pwm控制，查表示例如图四。特别的，本例中查表能通过nvm非易失性存储器进行修改和编程，以适应不同的使用环境。
[0077]
使用查表法，来选择pwm，从而控制风扇转速进行热管理。好处是操作简便，逻辑直接，其于本发明的一种典型示例如图四。其中温度来源可以是本地温度、远端晶体管或远端ntc电阻温度；pwm可以控制1路或多路风扇，可通过寄存器组&接口&控制逻辑模块104配置。如图中虚线所示，在不同温度区间，对应不同的占空比，如下表,其中t1、t2、t3、t4、t5及pwm1、pwm2、pwm3、pwm4均可通过寄存器组&接口&控制逻辑模块104或nvm非易失性存储器配置。
[0078]
温度t占空比0《t《t10t1《t《t3pwm1t3《t《t4pwm2t4《t《t5pwm3
t》t5pwm4
[0079]
额外的，如果对风扇噪声及控制线性度有特别的要求，还可以通过寄存器组&接口&控制逻辑模块104配置成smart模式，如图中实线所示，pwm可随温度线性变化。
[0080]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
技术特征：
1.一种内置接口主机的热管理芯片，其特征在于，包括：可控电流源序列、感温器件类别控制、adc模块、寄存器组&接口&控制逻辑模块、nvm非易失性存储器、时钟产生模块以及本地感温晶体管；所述热管理芯片还包括aip端口、ain端口、pwm端口、tach端口、主从机模式选择端口、sda端口、scl端口以及状态指示端口；所述可控电流源序列的输入端用于连接热管理芯片电源，所述可控电流源序列的输出端与adc模块的vip引脚连接，可控电流源序列的控制端与感温器件类别控制连接，所述感温器件类别控制与寄存器组&接口&控制逻辑模块连接；所述adc模块上的vip引脚连接aip端口、vin引脚连接ain端口，用于连接外部的感温器件和获取温度信息；所述本地感温晶体管的发射极与adc模块连接，本地感温晶体管的基极与集电极连接并接地；adc模块的dtemp和d
ntc
信号送入寄存器组&接口&控制逻辑模块；寄存器组&接口&控制逻辑模块与pwm端口和tach端口连接，用于监测并控制外部风扇；寄存器组&接口&控制逻辑模块与状态指示端口、scl端口、sda端口连接以及主从机模式选择端口连接；所述时钟产生模块分别连接寄存器组&接口&控制逻辑模块和nvm非易失性存储器，所述nvm非易失性存储器分别连接scl端口、sda端口、主从机模式选择端口以及编程端口。2.根据权利要求1所述的内置接口主机的热管理芯片，其特征在于：所述aip端口和ain端口并联设置有多组，用于连接多个感温器件。3.一种内置接口主机的热管理系统，其特征在于：包括权利要求1或2所述的内置接口主机的热管理芯片，还包括远端感温器件、风扇装置和芯片主从机模式选择开关；所述远端感温器件分别与热管理芯片的vip端口和vin端口连接，所述风扇装置分别与pwm端口和tach端口连接，所述主从机模式选择开关与主从机模式选择端口连接。4.根据权利要求3所述的内置接口主机的热管理系统，其特征在于：所述远端感温器件为分立晶体管2n3904、分立晶体管2n3906、寄生晶体管和热敏电阻中的任意一种。5.根据权利要求3所述的内置接口主机的热管理系统，其特征在于：所述风扇装置设置有多路，所述pwm端口输出风扇装置转速控制信号,tach端口输入风扇转速监控信号。6.根据权利要求3所述的内置接口主机的热管理系统，其特征在于：所述主从机模式选择开关分别连接外部电源和地信号；主从机模式引脚接地，热管理芯片处于从机模式，通过scl端口和sda端口接收外部mcu指令配置寄存器组&接口&控制逻辑模块，用于控制远端感温器件的测量和风扇装置的转速；主从机模式引脚接电源，热管理芯片处于主机模式，运行nvm非易失性存储器中的程序，控制远端感温器件的测量和风扇装置的转速，通过scl端口和sda端口连接拓展设备，包括eeprom和温度传感器，通过状态指示端口输出状态信号。7.一种内置接口主机的热管理系统的管理方法，基于权利要求3-6任一项所述的内置接口主机的热管理系统，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：获取远端感温器件的测量数据；步骤s2：通过时钟产生模块，对风扇tach输出进行计数并存储于寄存器组&接口&控制逻辑模块，记为nfan，获取风扇转速；
步骤s3：获取热管理参数配置表，根据温度信息获取对应的风扇转速参数，输出相应pwm，控制风扇转速；步骤s4：当风扇装置转速达到最大转速，且温度仍高于配置表上限，通过状态指示端口输出报警信号。8.根据权利要求7所述的内置接口主机的热管理系统的管理方法，其特征在于：在所述步骤s1中，当远端感温器件为分立晶体管或寄生晶体管时，通过可控电流源序列输出两路电流i1和n*i1，经过adc模块转换，对应的温度为：对应的温度为：其中，v
be
为晶体管基极-发射极电压，发射极电流为i1时，电压为v
be1；
发射极电流为n*i1时，电压为v
be2
；vref为adc基准电压，a1为斜率系数，b1为失调系数；当远端感温器件为热敏电阻时，对应的温度为：其中，v
ntc
为热敏电阻上电压，a2为斜率系数，b2为失调系数。9.根据权利要求7所述的内置接口主机的热管理系统的管理方法，其特征在于：所述步骤s1还包括：当热管理芯片为主机模式时，通过scl端口和sda端口接收拓展的温度传感器的数据。10.根据权利要求7所述的内置接口主机的热管理系统的管理方法，其特征在于：所述热管理参数配置表中温度来源包括本地感温晶体管、远端感温器件或拓展的温度传感器。
技术总结
本发明提供了一种内置接口主机的热管理芯片、系统及管理方法，包括：可控电流源序列、感温器件类别控制、ADC模块、寄存器组&接口&控制逻辑模块、VM非易失性存储器、时钟产生模块以及本地感温晶体管；所述热管理芯片还包括Aip端口、Ain端口、PWM端口、TACH端口、主从机模式选择端口、SDA端口、SCL端口以及状态指示端口。本发明通过采集热管理芯片本地温度、远端温度和风扇转速信息，通过查表方式灵活控制风扇转速，以达到降低系统能耗、延长风扇寿命的目的。的目的。的目的。
