KR100321976B1

KR100321976B1 - 인텔프로세서를위한오류허용전압조절모듈회로

Info

Publication number: KR100321976B1
Application number: KR1019970076539A
Authority: KR
Inventors: 김형선; 이인호; 손호규; 이명우; 원종철; 유승화
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 2002-05-13
Also published as: CN1221955A; KR19990056541A; US6189107B1; CN1128397C; JPH11316624A

Abstract

본 발명은 인텔 프로세서의 VRM에 관한 것으로서, 특히 다이오드를 통하여 예비 VRM을 장착함으로써, 메인 VRM에서 오류가 발생하거나 또는 고장시에 예비VRM이 프로세서에 전원을 공급할 수 있도록 하는, 인텔 프로세서를 위한 오류 허용 VRM에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예는, 전압을 공급하는 다수의 메인 VRM, 상기의 메인 VRM에 문제가 발생되는 경우를 위한 예비 VRM, 상기 메인 VRM 각각과 예비 VRM 사이에서 예비 VRM의 파워를 자동으로 공급해주기 위한 다수의 다이오드 및 상기 예비 VRM의 출력 전압 레벨을 적절히 설정해 주기 위한 제어신호 셋 스위치를 포함한다.

본 발명은, 인텔 프로세서를 이용하여 보드 개발시 오류 허용 VRM의 구현으로 보드 파워 공급의 안정성을 높이고, 하나의 예비 VRM으로 여러 개의 VRM을 동시 보조하는 것이 가능하며, 또 다른 전압 레벨 VRM도 쇼트키 다이오드를 이용하여 동시 보조가 가능하다는 효과가 있다.

Description

인텔 프로세서를 위한 오류허용 전압조절모듈 회로{FAULT TOLERANT VOLTAGE REGULATOR MODULE CIRCUIT FOR INTEL PROCESSORS}

본 발명은 인텔 프로세서의 전압조절모듈에 관한 것으로서, 특히 메인 전압 조절모듈(Voltage Regulator Module: 이하 VRM이라 함)에서 오류가 발생하거나 또는 고장시에 예비(Stand-by) VRM이 프로세서에 전원을 공급할 수 있도록 하는 오류 허용 전압조절모듈 회로에 관한 것이다.

인텔 프로세서를 위한 전압조절모듈의 종래 기술에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다. 인텔의 프로세서들은 VRM을 이용하여 +12V 또는 +5V의 전압을 적절하게 변환하여 CPU 코어 전원과 L2 캐쉬 전원을 공급한다. 인텔 팬디엄Ⅱ 이상의 프로세서인 경우 코어와 L2 캐쉬의 파워 전압 레벨이 다르기 때문에 프로세서마다 2개의VRM이 필요하다.

그런데 프로세서에서 발생하는 소모전력으로 인해 VRM에서 공급되는 전원이 로우 또는 다운되면 프로세서에서 오류 또는 다운이 발생할 수 있다. 종래기술에 의한 전압조절모듈에서는 상기와 같은 이상이 발생된 경우 프로세서의 전원을 백-업하는 장치가 없기 때문에 싱글 프로세서인 경우 시스템이 다운되고, 멀티-프로세서인 경우 오류발생 확률이 높아서 시스템 성능이 감소된다는 문제점이 발생하였다. 게다가, 인텔 팬티엄Ⅱ 이상의 프로세서는 한 개당 2개의 VRM을 필요로 하므로 멀티-프로세서 시스템일 경우에는 VRM의 사용개수가 많아 시스템의 VRM 의존도가 증가한다는 문제점도 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 기술의 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 다이오드를 통하여 예비 VRM을 장착함으로써 메인 VRM의 전압이 로우가 되거나 또는 고장시에 예비 VRM이 프로세서에 전원을 공급하는, 인텔 프로세서를 위한 오류허용 전압조절모듈 회로를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 또한, 하나의 예비 VRM으로 복수개의 VRM을 동시에 보조 가능하게 하며 서로 다른 전압 레벨을 동시에 보조할 수 있는 인텔 프로세서를 위한 오류허용 전압조절모듈 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예는,

복수개의 인텔 프로세서들로 각각 전압을 공급하는 복수개의 메인 VRM들;

상기 메인 VRM들 중 하나의 메인 VRM에서 전원공급 장애가 발생된 경우 상기장애가 발생된 메인 VRM에 대응하는 예비전압을 공급하는 예비 VRM;

상기 메인 VRM들 중 하나의 메인 VRM에서 전원공급 장애가 발생된 경우 해당 장애를 감지하여 상기 예비전압을 해당하는 인텔 프로세서로 전달하기 위하여 상기 예비 VRM을 상기 복수개의 인텔 프로세서들 각각으로 연결하는 복수개의 다이오드들;

상기 예비 VRM의 출력 전압 레벨을 설정하기 위한 VRM 제어신호를 출력하는 제어신호 셋 스위치를 포함한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의해 오류허용 전압조절모듈 회로의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의하여 쇼트키 다이오드들을 포함하는 오류허용 전압조절모듈 회로의 구성도이다.

이하 본 발명의 상세한 동작 원리에 대하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오류허용 전압조절모듈 회로의 구성도를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 제1 메인 VRM(110)은 제1 인텔 프로세서(120)로 제1 코어 전압을 공급하며 제2 메인 VRM(130)은 제2 인텔 프로세서(140)로 제1 코어 전압을 공급한다. 예비 VRM(150)은 제1 예비전압 공급경로를 통해 제1 인텔 프로세서(120)의 전압공급 회선으로 연결되며 또한 제2 예비전압 공급경로를 통해 제2 인텔 프로세서(140)의 전압공급 회선으로 연결된다. 여기서 제1 예비전압 공급경로는 다이오드 D1로 구성되면 제2 예비전압 공급경로는 다이오드 D2로 구성된다.

예비 VRM(150)으로부터 출력되는 전압의 레벨은 제어신호 셋 스위치(160)로 부터 출력되는 5비트의 VRM 제어신호(b0 ~ b4)에 따라 프로그램된다. 따라서 제어신호 셋 스위치(160)를 이용하여 예비 VRM(150)의 출력전압 레벨을 다이오드 전압 강하(Voltage Drop)만큼 높게 설정한다. 이는 예비 VRM(150)의 출력전압이 다이오드 D1 또는 다이오드 D2를 통하여 프로세서로 공급되기 때문이다. 여기서 제어신호 셋 스위치(160)는 풀업저항 또는 딥(Dip) 스위치로 구성될 수 있다.

본 발명에서는 예비 VRM(150)의 출력전압을 메인 VRM(110)(130)보다 다이오드 전압강하만큼 높게 프로그램하여, 예비 VRM(150)이 다이오드의 전압강하를 이용하여 메인 VRM(110)(130)의 장애를 감지할 수 있도록 한다. 즉, 예비 VRM(150)을 다이오드 전압강하만큼 높게 프로그램하면, 메인 VRM(110)(130)의 출력전압이 기준치 이하로 떨어지거나 또는 메인 VRM(110)(130)에 장애가 발생한 경우 다이오드 D1 또는 D2가 순방향 바이어스 턴-온 되어 예비 VRM(150)이 해당 프로세서에 전원을 공급한다.

상기 도 1의 동작원리에 대하여 구체적인 예를 들어 설명하면 하기와 같다.

예를 들어 제1 및 제2 프로세서(120)(140)가 2.0V의 전압을 필요로 한다고 할 때 제1 및 제2 메인 VRM(110)(130)은 2.0V의 전압을 출력하여 제1 및 제2 프로세서(120)(140)로 각각 제공한다. 여기서 다이오드 D1과 D2의 컷인(cut-in) 전압이 0.7V라고 하면, 예비 VRM은 VRM 제어신호에 응답하여 2.7V의 전압을 출력하게 된다. 제1 및 제2 메인 VRM(110)(130)이 정상적으로 동작하는 경우 다이오드에 걸리는 전압강하는 0.7V 이하이므로 예비 VRM(150)으로부터 출력되는 전압은 제1 및 제2 프로세서(120)(140)로 전달되지 않는다. 그런데 만일 제1 메인 VRM(110)에 장애가 발생되어 그 출력전압이 2.0V보다 낮아진 경우 다이오드 D1에 걸리는 전압강하는 0.7V를 초과하게 되어 결과적으로 예비 VRM(150)으로부터 출력되는 전압이 제1 프로세서로 전달된다. 제2 메인 VRM(130)에 장애가 발생한 경우에도 예비 VRM(150)은 마찬가지로 동작한다. 이로써 예비 VRM(150)은 제1 및 제2 메인 VRM(110)(130)을 대신하여 제1 및 제2 프로세서(120)(140)로 예비전압을 공급하게 된다.

이와 같이 도 1은 2개의 인텔 프로세서의 전원을 동시에 오류허용으로 구현한다. 또한 도 1에서 보면, 하나의 예비 VRM(150)을 복수개의 다이오드(D1, D2)를 통하여 복수개의 메인 VRM(110)(130)과 동시에 연결시킴으로써 복수개의 메인 VRM(110)(130) 중 하나에서 오류가 발생되더라도 하나의 예비 VRM(150)으로 전원의 백-업이 가능하다.

한편 인텔 프로세서의 CPU 코어와 L2캐쉬가 필요로 하는 전압 레벨이 서로 다른 경우 하나의 예비 VRM으로 CPU 코어와 L2캐쉬에게 모두 전압을 공급하기 위해서는 예비 VRM으로부터 출력된 전압의 레벨을 조정한 뒤 프로세서로 공급할 필요가 있다. 본 발명에서는 예비 VRM의 출력 전압 레벨을 조정할 수 있도록 복수개의 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)와 복수개의 스위치를 이용한다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따라 쇼트키 다이오드들을 포함하는 오류허용 전압조절모듈 회로의 구성도를 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 제1 메인 VRM(220)은 인텔 프로세서(210)의 CPU 코어로 전원을 공급하며 제2 메인 VRM(230)은 인텔 프로세서(210)의 L2 캐쉬로 전원을 공급한다. 여기서 인텔 프로세서(210)의 L2 캐쉬와 CPU 코어는 서로 다른 전압 레벨을사용할 수 있다. 예비 VRM(240)은 제1 예비전압 공급경로를 통해 인텔 프로세서(210)의 CPU 코어 전압공급 회선으로 연결되며 또한 제2 예비전압 공급경로를 통해 인텔 프로세서(210)의 L2 캐쉬 전압공급 회선으로 연결된다. 여기서 제1 예비전압 공급경로는 도 1의 실시예에서와 같이 다이오드 D1로 구성되지만, 제2 예비전압 공급경로는 다이오드 D2와 복수개의 쇼트키 다이오드들 SD1 ~ SD3, 복수개의 파워 MOSFET들(Metal Oxide Semiconductor - Field Effect Transistor) PMFT1 ~ PMFT3으로 구성된다. 파워 MOSFET들은 제2 예비전압 공급경로를 제어하기 위한 스위치로서 동작한다.

예비 VRM(240)의 출력전압 레벨은 제어신호 셋 스위치(250)로부터 제공되는 5비트 VRM 제어신호에 따라 프로그램되어 인텔 프로세서(210)로 실제 제공되어야 하는 전압레벨보다 다이오드 전압강하만큼 높게 설정된다. 또한 파워 MOSFET PMFT1 ~ PMFT3은 제어신호 셋 스위치(250)로부터 출력되는 3비트 예비전압 제어신호(b5- b7)에 따라 쇼트키 다이오드들 SD1 ~ SD3을 바이패스시킴으로써 L2 캐쉬로 제공되는 예비전압의 레벨을 조절한다.

예비 VRM(240)로부터 출력되는 전압은 제1 예비전압 공급경로를 통하여 CPU 코어로 제공되거나 또는 제2 예비전압 공급경로를 통하여 L2 캐쉬로 제공된다. CPU 코어로 제공되는 예비전압은 단지 D1의 전압강하만을 통과하기 때문에 언제나 일정한 전압강하 레벨을 가지지만 L2 캐쉬로 제공되는 예비전압은 D2 또는 SD1~SD3을 통과하기 때문에 3비트 예비전압 제어신호(b5 ~ b7)에 따라 조절 가능한 전압강하 레벨을 가지게 된다.

상기 도 2의 동작원리에 대하여 구체적인 예를 들어 설명하면 하기와 같다. 여기서 도 2의 동작원리를 설명함에 있어서 메인 VRM(220)(230)의 장애를 감지하고 예비 VRM(240)의 출력전압이 인텔 프로세서(210)로 연결되는 동작은 도 1과 동일함에 유의하여야 한다. 따라서 이하에서는 예비 VRM(240)의 출력 전압이 CPU 코어와 L2 캐쉬로 서로 다른 레벨로 제공되는 원리에 대하여 설명하기로 한다.

하나의 예로서, 예비전압 제어신호가 '0xx'인 경우 PMFT1이 오프되기 때문에 예비 VRM(240)으로부터 출력된 전압은 다이오드 D2를 통하여 인텔 프로세서(210)의 L2 캐쉬로 제공된다. 이러한 경우 예비 VRM(240)에 의하여 인텔 프로세서(210)의 코어로 제공되는 전압과 L2 캐쉬로 제공되는 전압의 레벨은 동일한 전압강하(0.7V)를 가지게 된다.

다른 예로서, 예비전압 제어신호가 '101'인 경우 PMFT1과 PMFT3이 온되고 PMFT2가 오프되기 때문에 예비 VRM(240)으로부터 출력된 전압은 쇼트키 다이오드 SD1과 파어 MOSFET PMFT3과 쇼트키 다이오드 SD3을 통하여 인텔 프로세서(210)의 L2 캐쉬로 제공된다. 이때 PMFT3은 쇼트키 다이오드 SD2를 바이패스시킨다. 여기서 쇼트키 다이오드들의 컷인 전압은 0.2V라고 하면, 제1 메인 VRM(220)에 장애가 발생한 경우 예비 VRM(240)에 의하여 인텔 프로세서(210)의 코어로 제공되는 전압은 D1에 의하여 0.7V의 전압강하를 가지지만, 제2 메인 VRM(230)에 장애가 발생한 경우 예비 VRM(240)에 의하여 인텔 프로세서(210)의 L2 캐쉬로 제공되는 전압은 SD1과 SD3에 의하여 0.4V의 전압강하를 가지게 된다. 따라서 L2 캐쉬로 제공되는 예비 전압은 코어로 제공되는 예비전압보다 더 높은 레벨을 가진다.

상기된 바와 같이 본 발명은 인텔 프로세서의 코어 전압과 L2 캐쉬 전압이 다른 경우 하나의 예비 VRM으로 두 개의 다른 출력 전압 레벨을 동시에 제공할 수 있다. 즉, 복수개의 쇼트키 다이오드들을 직렬로 연결함으로써 원하는 출력 전압 레벨을 만들 수 있다. 인텔 Deschutes 프로세서인 경우 코어 전압은 1.8V ~ 2.1V 이고, 캐쉬 전압은 1.8V ~ 2.8V 의 전원에서 동작하도록 설계되어 있으므로 본 발명에 의한 전압조절모듈 회로는 상기 도 2에서 보는 바와 같이 쇼트키 다이오드를 적절히 조합하고 파워 MOSFET를 연결함으로써 두 전압 전원의 전압 차이를 지원한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 인텔 프로세서를 이용하여 보드 개발시 오류 허용 VRM를 구현함으로써 보드 파워 공급의 안정성을 높일 뿐만 아니라, 하나의 예비 VRM으로 여러 개의 VRM을 동시 보조하는 것이 가능하며, 하나의 예비 VRM을 이용하여 서로 다른 전압 레벨을 동시에 제공할 수 있도록 한다는 효과가 있다.

Claims

복수개의 인텔 프로세서들로 각각 전압을 공급하는 복수개의 메인 VRM들;

상기 메인 VRM들 중 하나의 메인 VRM에서 전원공급 장애가 발생된 경우 상기 장애가 발생된 메인 VRM에 대응하는 예비전압을 공급하는 예비 VRM;

상기 메인 VRM들 중 하나의 메인 VRM에서 전원공급 장애가 발생된 경우 해당 장애를 감지하여 상기 예비전압을 해당하는 인텔 프로세서로 전달하기 위하여 상기 예비 VRM과 상기 복수개의 인텔 프로세서들 사이에 병렬로 연결되는 복수개의 다이오드들;

상기 예비 VRM의 출력 전압 레벨을 설정하기 위한 VRM 제어신호를 출력하는 제어신호 셋 스위치를 포함함을 특징으로 하는 인텔 프로세서를 위한 오류허용 전압조절모듈 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 메인 VRM들은 상기 인텔 프로세서의 CPU 코어 전압과 L2 캐쉬 전압을 공급함을 특징으로 하는 인텔 프로세서를 위한 오류허용 전압조절모듈 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 VRM 제어신호에 의하여 설정되는 예비 VRM의 출력 전압 레벨은 상기 메인 VRM의 출력 전압 레벨보다 상기 다이오드의 순방향 전압강하만큼 높게 설정됨을 특징으로 하는, 인텔 프로세서를 위한 오류허용 전압조절모듈 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 제어신호 셋 스위치는 풀업저항 또는 딥 스위치로 구성됨을 특징으로 하는 인텔 프로세서를 위한 오류허용 전압조절모듈 회로.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 인텔 프로세서의 코어 전압은 1.8 내지 2.1 볼트임을 특징으로 하는 인텔 프로세서를 위한 오류허용 전압조절모듈 회로.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 인텔 프로세서의 L2 캐쉬 전압은 1.8 내지 2.8 볼트임을 특징으로 하는 인텔 프로세서를 위한 오류허용 전압조절모듈 회로.
인텔 프로세서의 CPU 코어와 L2 캐쉬로 각각 전압을 공급하는 제1 및 제2 메인 VRM들;

상기 제1 및 제2 메인 VRM들 중 하나에서 전원공급 장애가 발생된 경우 상기 장애가 발생된 메인 VRM의 공급전압에 대응하는 예비전압을 공급하기 위한 예비 VRM;

상기 예비전압을 상기 인텔 프로세서로 전달하기 위하여 상기 예비 VRM와 상기 인텔 프로세서 사이에서 병렬로 연결되는 제1 및 제2 다이오드들;

상기 제2 다이오드와 병렬로 연결되어 상기 예비전압의 레벨을 조절하는 복수개의 쇼트키 다이오드들;

상기 예비 VRM의 출력전압 레벨을 설정하기 위한 VRM 제어신호와 상기 예비 전압의 레벨을 조절하기 위한 예비전압 제어신호를 출력하는 제어신호 셋 스위치;

상기 예비전압의 전압 레벨을 조절하기 위하여 상기 복수개의 쇼트키 다이오드들에 직렬로 연결되며 상기 예비전압 제어신호에 응답하여 온/오프되는 파워 MOSFET;

상기 예비전압의 전압 레벨을 조절하기 위하여 상기 복수개의 쇼트키 다이오드들 중 미리 정해지는 하나에 각각 병렬로 연결되며 상기 예비전압 제어신호에 응답하여 해당하는 쇼트키 다이오드를 바이패스시키는 복수개의 파워 MOSFET들을 포함함을 특징으로 하는 인텔 프로세서를 위한 오류허용 전압조절모듈 회로.