Изобретения относятся к интегральным микросхемам и могут быть использованы для динамического управления напряжением и частотой в интегральных микросхемах. Техническим результатом является обеспечение возможности корректной работы интегральной микросхемы. Устройство содержит логическую схему, локальное устройство управления электропитанием и модуль самокалибровки, выполненный с возможностью повторять тест логической схемы в интегральной микросхеме на соответственно более низких величинах напряжения питания до тех пор, пока не тест не даст сбой. Самая низкая величина напряжения питания, на которой тест проходит успешно, используется для генерации запрошенной величины напряжения питания для интегральной микросхемы. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Это изобретение относится к интегральными микросхемами и, более конкретно, к динамическому управлению напряжением и частотой в интегральной микросхеме.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

По мере роста числа транзисторов на одном "кристалле" интегральной микросхемы и по мере роста рабочей частоты интегральных микросхем продолжает расти важность управления мощностью, потребляемой интегральной микросхемой. Если потребляемая мощность не управляется, удовлетворить тепловым техническим требованиям для интегральной микросхемы (например, обеспечить компоненты, требуемые для достаточного охлаждения интегральной микросхемы во время работы, чтобы остаться в пределах рабочих температур интегральной микросхемы) может быть чрезмерно дорогостояще или даже неосуществимо. Кроме того, в некоторых применениях, таких как устройства c питанием от батарей, управление потребляемой мощностью в интегральной микросхеме может быть ключом к обеспечению приемлемого времени работы от батареи.

Потребляемая мощность в интегральной микросхеме связана с напряжением питания, обеспеченным для интегральной микросхемы. Например, многие цифровые логические схемы представляют двоичную единицу и двоичный нуль как напряжение питания и напряжение земли соответственно (или наоборот). По мере проведения вычислений дискретной логикой во время работы сигналы часто полностью переходят от одного напряжения к другому. Таким образом, мощность, потребляемая в интегральной микросхеме, зависит от величины напряжения питания относительно напряжения земли. Уменьшение напряжения питания в целом приводит к уменьшению потребляемой мощности, но также воздействует на скорость, с которой работают цифровые схемы, и таким образом может быть причиной неправильной работы на данной рабочей частоте (то есть частоте, на которой синхронизирована дискретная логика в интегральной микросхеме) или может уменьшить производительность.

Кроме того, поскольку размеры транзисторов продолжают уменьшаться, токи утечки, которые возникают, когда транзистор не проводит активно ток, стали большим компонентом мощности, потребляемой в интегральной микросхеме. Величина тока утечки, имеющего место в данном транзисторе, как правило, увеличивается линейно с увеличением напряжения питания. Кроме того, при каждом новом полупроводниковом производстве функциональных узлов (при котором уменьшаются размеры транзисторов), ток утечки увеличивается сильнее, чем активные (в состоянии ВКЛЮЧЕНО) токи. Таким образом, по мере использования более совершенных функциональных узлов, ток утечки становится все большей и большей проблемой.

Таким образом, потребляемой мощностью в интегральной микросхеме можно управлять посредством снижения напряжения питания интегральной микросхемы, однако результатом может стать неправильная работа, если напряжение питания снижено слишком сильно. Величина напряжения питания, при которой имеет место неправильная работа для данной рабочей частоты, изменяется от экземпляра к экземпляру для данного устройства интегральной микросхемы. Например, изменения в производственном процессе, используемом для производства интегральной микросхемы, и рабочая температура интегральной микросхемы могут воздействовать на величину напряжения питания, при которой происходит неправильная работа. Соответственно, попытки управлять потребляемой мощностью через напряжение питания были ограничены величинами напряжения питания, которые гарантируют корректную работу на данной частоте для всех допустимых отклонений в производственном процессе и всех допустимых рабочих температур. Как правило, напряжение питания для данной частоты статично указано в спецификации интегральной микросхемы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В варианте воплощения интегральная микросхема содержит логическую схему, локальное устройство управления электропитанием, связанное с логической схемой, и модуль самокалибровки. Локальное устройство управления электропитанием выполнено с возможностью передавать указание о запрошенной величине напряжения питания внешнему источнику питания. Модуль самокалибровки выполнен с возможностью выполнять тест логической схемы и повторять тест на соответственно более низкой запрошенной величине напряжения питания до тех пор, пока тест не приведет к сбою. Самая низкая запрошенная величина напряжения питания, на которой тест проходит успешно, используется для генерации требуемой величины напряжения питания для работы интегральной микросхемы.

В варианте воплощения способ содержит повторение теста логической схемы модулем самокалибровки на соответственно более низких требуемых величинах напряжения питания для интегральной микросхемы, которая включает в себя логическую схему и модуль самокалибровки, до тех пор, пока тест не приведет к сбою. Способ дополнительно содержит модуль самокалибровки, который определяет самую низкую требуемую величину напряжения питания, на которой тест проходит успешно. Еще способ дополнительно содержит модуль самокалибровки, выбирающий самую низкую запрошенную величину напряжения питания для генерации запрошенной величины напряжения питания для работы интегральной микросхемы.

В варианте воплощения интегральная микросхема содержит множество логических вентилей, физически распределенных по участку интегральной микросхемы, который занят логической схемой, которая реализует действие интегральной микросхемы, где множество логических вентилей соединено последовательно; а модуль измерений соединен с первым вентилем в последовательном соединении и последним вентилем в последовательном соединении. Модуль измерений выполненный с возможностью запуска логического перехода в первый вентиль и измерения времени, когда соответствующий переход обнаружен в последнем вентиле. Измеренное время сравнивается с заранее заданным временем для регулировки напряжения питания интегральной микросхемы. В некоторых вариантах воплощения заранее заданное время может быть определено во время процедуры самокалибровки. В некоторых вариантах воплощения заранее заданное время может быть измерено как число тактов, которое требуется импульсу для прохождения через все последовательно включенные логические вентили.

В варианте воплощения способ содержит модуль измерений, который запускает логический переход в первый вентиль последовательного соединения множества логических вентилей, которые физически распределены по участку интегральной микросхемы, которая занята логической схемой, которая реализует действие интегральной микросхемы; и модуль измерений, который измеряет время, когда соответствующий переход обнаружен в последнем вентиле, и при этом измеренное время сравнивается с заранее заданным временем для регулировки напряжение питания интегральной микросхемы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Последующее подробное описание ссылается на сопроводительные чертежи, которые теперь будут кратко описаны.

Фиг.1 является блок-схемой одного варианта воплощения интегральной микросхемы.

Фиг.2 является блок-схемой последовательности операций, которая изображает один вариант воплощения теста интегральной микросхемы, показанной на фиг.1.

Фиг.3 является блок-схемой последовательности операций, которая изображает работу одного варианта воплощения модуля самокалибровки, показанного на фиг.1.

Фиг.4 является блок-схемой последовательности операций, которая изображает работу одного варианта воплощения интегральной микросхемы, показанной на фиг.1, по изменению частоты работы интегральной микросхемы.

Фиг.5 является блок-схемой последовательности операций, которая изображает для одного варианта воплощения выполнение самокалибровки в ответ на различные события.

Фиг.6 является блок-схемой другого варианта воплощения интегральной микросхемы.

Фиг.7 является блок-схемой последовательности операций, которая изображает один вариант воплощения теста интегральной микросхемы, показанной на фиг.6.

Фиг.8 является блок-схемой последовательности операций, которая изображает работу одного варианта воплощения интегральной микросхемы по запросу напряжения питания.

Фиг.9 является блок-схемой последовательности операций, которая изображает работу одного варианта воплощения интегральной микросхемы, показанного на фиг.6, по изменению частоты работы интегральной микросхемы.

Фиг.10 является блок-схемой последовательности операций, которая изображает другой вариант воплощения теста интегральной микросхемы, показанной на фиг.6.

Фиг.11 является блок-схемой последовательности операций, которая изображает работу одного варианта воплощения модуля компенсации скорости/температуры, показанного на фиг.6.

Фиг.12 является графическим изображением числа экземпляров, которые могут действовать при различных напряжениях питания, и тестовых напряжений, которые могут использоваться в одном варианте воплощения тестирования интегральной микросхемы.

Фиг.13 является графическим изображением числа экземпляров, которые могут действовать при различных напряжениях питания, и тестовых напряжений, которые могут использоваться в другом варианте воплощения тестирования интегральной микросхемы.

Хотя изобретение допускает различные изменения и альтернативные формы, его конкретные варианты воплощения показаны в качестве примера на чертежах, и они будут подробно описаны в настоящем документе. Однако следует понимать, что чертежи и подробное описание к ним не ограничивают изобретение определенной раскрытой разновидностью, напротив, намерение состоит в том, чтобы охватить все модификации, эквиваленты и варианты, находящиеся в пределах существа и объема данного изобретения, заданными в прилагаемой формуле изобретения. Заголовки, используемые в настоящем документе, служат только для организационных целей и не предназначены для ограничения объема описания. Повсюду в настоящей заявке слово "может" используется в разрешительном смысле (то есть означающем наличие потенциала для чего-то), а не обязывающем смысле (то есть означающем необходимость). Точно так же слова "включают в себя", "включая в себя" и "включает в себя" означает включение в себя, а не ограничение чем-то.

Различные модули, схемы или другие компоненты могут быть описаны как "выполненные с возможностью" выполнять задачу или задачи. В таких контекстах "выполненный с возможностью" является широким прочтением конструкции, в целом означающей "имеет электрическую схему, которая" выполняет задачу или задачи во время работы. Таким образом, модуль/схема/компонент может быть выполненным с возможностью выполнять задачу даже когда модуль/схема/компонент в настоящий момент не включен. Вообще, электрическая схема, которая формирует структуру, соответствующую "выполненному с возможностью", может включать в себя аппаратные схемы и/или сохраненные в памяти исполняемые инструкции программы для реализации операции. Память может включать в себя кратковременную память, такую как статическая или динамическая оперативная память и/или энергонезависимую память, такую как запоминающее устройство на оптических или на магнитных дисках, флэш-память, программируемые постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) и т.д. Аналогично различные модули/схемы/компоненты могут быть описаны как выполняющие задачу или задачи для удобства в описании. Такие описания должны интерпретироваться как включающие фразу "выполненные с возможностью". Описание модуля/схемы/компонента, который выполнен с возможностью выполнять одну или более задач, однозначно не предусматривает интерпретацию этого модуля/схемы/компонента согласно абзацу шесть 35 U.S.C. § 112 Свода законов США.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Обращаясь теперь к фиг.1, показана блок-схема одного варианта воплощения интегральной микросхемы 10, связанной с внешним блоком управления питанием (PMU)/источником 12 питания. В изображенном варианте воплощения интегральная микросхема 10 включает в себя логическую схему 14, модуль 16 самокалибровки, локальное устройство 18 управления электропитанием (которое может включать в себя таблицу 20 самокалибровки) и таблицу 22 частоты/напряжения (F/V). Модуль 16 самокалибровки и таблица 22 F/V связаны с локальным устройством 18 управления электропитанием, которое связано с блоком PMU/источником 12 питания для передачи указания о запрошенной величине напряжения питания (запрос VDD). Блок PMU/источник 12 питания связан с интегральной микросхемой 10 для обеспечения напряжения питания (VDD) требуемой величины. Компоненты, изображенные в пределах интегральной микросхемы 10, интегрированы на одной полупроводниковой подложке или кристалле.

Обычно модуль 16 самокалибровки содержит электрическую схему управления наряду с тестом, который должен быть выполнен логической схемой 14. Тест может быть предназначен для отработки известных "критических" хронометражных маршрутов в логической схеме 14. Критический хронометражный маршрут может быть маршрутом через электрическую схему, которая, как ожидается, покажет самую высокую задержку (по сравнению с другими хронометражными маршрутами) от входного перехода до соответствующего выходного перехода, и таким образом будет маршрутом, который ограничивает рабочую частоту, на которой логическая схема 14 будет работать правильно. Природа теста может меняться в зависимости от определения логической схемы 14. Например, если логическая схема 14 включает в себя одно или более ядер процессора, тест может содержать программу, которая должна быть выполнена ядром (ядрами) процессора, наряду с ожидаемым результатом программы (например, подпись). Если логическая схема 14 включает в себя электрическую схему стандартной функции, тест может содержать значения входного сигнала и ожидаемые значения выходного сигнала. В различных вариантах воплощения может быть включена комбинация значений сигнала и инструкций программы.

Электрическая схема в модуле 16 самокалибровки может быть выполнена с возможностью выполнения теста на логической схеме 14 (например, предоставляя инструкции ядру (ядрам) процессора для выполнения и/или управляя сигналами с помощью значений входного сигнала). Электрическая схема в модуле самокалибровки может также быть выполнена с возможностью проверки результата посредством сравнения с ожидаемым значением. Модуль 16 самокалибровки может быть выполнен с возможностью повторения теста и обмена информацией с локальным устройством 18 управления электропитанием для запроса более низких величин напряжения питания для каждого повтора, пока не будет обнаружен неверный результат для повтора. Самая низкая величина напряжения питания, для которой обнаружен корректный результат теста, может быть обеспечена в качестве запрашиваемой величины напряжения питания (или может быть прибавлен некоторый припуск к самой низкой величине напряжения питания, чтобы получить величину, которая будет запрашиваться). Модуль 16 самокалибровки может повторять тест для каждой возможной рабочей частоты или может выполнять тест для данной рабочей частоты в ответ на первый фактический запрос данной рабочей частоты для интегральной микросхемы 10 (например, программным обеспечением).

При использовании модуля 20 самокалибровки в некоторых вариантах воплощения может использоваться меньший припуск, так как самокалибровка происходит с интегральной микросхемой 10, установленной в конкретное устройство, в котором оно будет использоваться (и таким образом некоторые факторы, которые учитываются с помощью припуска, такие как вариации в источнике 12 питания, конструкции платы, монтаже интегральной микросхемы 10 в корпусе, и т.д. в общем и целом устраняются). Кроме того, в некоторых вариантах воплощения вместо того, чтобы тестировать на самое низкое напряжение питания на этапе заводской проверки, в это время могут тестироваться меньшие величины напряжения питания, и таким образом время заводской проверки может быть уменьшено. Кроме того, в некоторых вариантах воплощения модуль 16 самокалибровки может быть активирован в любое время, таким образом автоматически проводя регулировки для учета эффекта старения в интегральной микросхеме 10.

В одном варианте воплощения локальное устройство 18 управления электропитанием может сохранять получающиеся величины напряжения питания, предоставленные модулем 16 самокалибровки, в таблице 20 самокалибровки. Таблица 20 самокалибровки может быть оперативной памятью, синхронными запоминающими устройствами, такими как регистры, или любой другой кратковременной памятью. В соответствии с другим вариантом воплощения может использоваться долговременная память, такая как программируемое ПЗУ, флэш-память, и т.д. После этого, если в таблице 20 самокалибровки обнаруживается запись для данной рабочей частоты, величина напряжения питания, записанная в записи, может быть затребована локальным устройством 18 управления электропитанием.

Таблица 22 F/V может содержать множество записей, в каждой содержится соответствующая рабочая частота для интегральной микросхемы 10 и соответствующая величина напряжения питания для этой частоты. Частота работы может быть частотой генератора тактовых импульсов, которым снабжены синхронные запоминающие устройства в логической схеме 14. Может иметься ряд частот, на которых интегральная микросхема 10 может работать (а переключение между частотами в этом ряду может поддерживаться интегральной микросхемой 10, например, чтобы позволить управление питанием, управление температурой и т.д.). Таблица 22 F/V может быть статической таблицей, записанной во время заводской проверки интегральной микросхемы 10 (например, до монтажа интегральной микросхемы в корпусе, например, во время теста полупроводниковой пластины). В других вариантах воплощения тест может быть выполнен в любой момент до продажи интегральной микросхемы 10 для установки в устройство, или до установки интегральной микросхемы 10 в таком устройстве, в других вариантах воплощения, таблица 22 F/V может быть записана во время самокалибровки, которая может быть выполнена до первого использования устройства, в том числе интегральной микросхемы 10. Таким образом, величина напряжения питания, определенная для каждой частоты в таблице 22 F/V, может иметь соответствующий значительный предохранительный интервал напряжения, чтобы гарантировать корректную работу в случае, когда электрические характеристики корпуса изменяют величину напряжения, чтобы учесть изменение температур (например, тест может быть выполнен при регулируемой температуре, а рабочая температура может быть более высокой или низкой, чем эта температура), чтобы учесть эффекты старения в интегральной микросхеме в течение ее предполагаемого срока эксплуатации и т.д.

Локальное устройство 18 управления электропитанием содержит электрическую схему, которая выполнена с возможностью запрашивать величину напряжения питания от внешнего источника питания (например, блока PMU/источника 12 питания). Как упоминалось ранее, если в таблице 20 самокалибровки обнаружена запись для данной рабочей частоты, локальное устройство 18 управления электропитанием может запросить величину напряжения питания, записанную в той записи. Если никакая запись не найдена в таблице 20 самокалибровки, локальное устройство 18 управления электропитанием может прочитать таблицу 22 F/V для данной рабочей частоты и может запросить эту величину напряжения питания от блока PMU/источника 12 питания (запрос VDD на фиг.1). Запрос может быть представлен в любой желаемой форме. Например, запрос может содержать множество бит, а различным величинам напряжения питания в пределах диапазона поддерживаемых величин присвоен различный код из множества бит.

Локальное устройство 18 управления электропитанием может также быть выполнено с возможностью управления сменой рабочих частот. Например, локальное устройство 18 управления электропитанием может содержать регистр или другое средство, в которое программное обеспечение может делать записи для выбора новой рабочей частоты. Локальное устройство 18 управления электропитанием может обнаружить факт записи и может управлять переходом с текущей рабочей частоты на вновь запрошенную рабочую частоту. Переход может включать в себя изменение запрашиваемого напряжения питания, изменение работы электрической схемы синхронизации (например, повторную синхронизацию системы фазовой автоподстройки частоты (PLL), которая генерирует тактовые импульсы в интегральной микросхеме 10, и т.д.), и т.д. Таким образом, в одном варианте воплощения подробности перехода могут быть отделены от программного обеспечения, которое может просто запросить новую частоту и продолжить работу (например, даже без проверки факта завершения перехода).

Таблица 22 F/V может быть записана в любой желаемой форме. Например, каждая запись в таблице может содержать плавкие предохранители, которые могут быть выборочно расплавлены, чтобы постоянным образом сохранить в записи показание требуемой величины напряжения (например, закодированное как множество бит в записи). В других вариантах воплощения может использоваться любое другое энергонезависимое запоминающее устройство. Таблица 22 F/V может содержать энергонезависимую память, в которую можно записывать посредством обновления встроенного микропрограммного обеспечения устройства, которое включает в себя интегральную микросхему 10.

В некоторых вариантах воплощения тест, который выполняется модулем 16 самокалибровки, может быть программируемым и обновляемым. Такие варианты воплощения могут позволять изменение теста по мере того, как становится доступно больше данных. Например, маршрут, отличный от ранее идентифицированных критических маршрутов, может доминировать или сильно влиять на напряжение питания, на котором интегральная микросхема 10 работает правильно. Тест может быть обновлен для учета недавно обнаруженного критического маршрута. Более того, в некоторых вариантах воплощения тест может быть обновлен для включения в него более подходящей программы для выполнения во время теста.

Обычно логическая схема 14 может включать в себя электрическую схему, которая реализует действие, для которого предназначена интегральная микросхема 10. Например, если конструкция включает в себя один или более процессоров, логическая схема 14 может включать в себя электрическую схему, которая реализует действия процессора (например, вызов команды, декодирование, выполнение и запись результата). Процессоры могут содержать универсальные процессоры и/или графические процессоры в различных вариантах воплощения. Если конструкция включает в себя устройство сопряжения с периферийным интерфейсом, то логическая схема 14 может включать в себя электрическую схему, которая реализует действия устройства сопряжения. Если конструкция содержит другие коммуникационные возможности, такие как пакетные интерфейсы, сетевые интерфейсы и т.д., логическая схема 14 может содержать электрическую схему, реализующую соответствующие возможности. Вообще интегральная микросхема 10 может предназначаться для обеспечения любого набора действий. Обычно логическая схема 14 может содержать любую комбинацию одного или более элементов из следующих: массив памяти, комбинаторная логика, конечные автоматы, триггеры, регистры, другие синхронные запоминающие устройства, специализированные логические схемы, и т.д.

Обычно блок PMU/источник 12 питания может содержать любую электрическую схему, которая способна генерировать величину напряжение питания, указанную в запросе входного напряжения. Например, электрическая схема может содержать один или более стабилизаторов напряжения или другие источники энергии. Блок PMU/источник 12 питания может также содержать электрическую схему управления питанием для системы (которая содержит интегральную микросхему 10) как целого.

Хотя в обсуждении выше упоминалось о запросе величины напряжения питания и о предоставлении блоком PMU/источником 12 питания напряжения запрошенной величины, в обсуждении не подразумевалось, что есть только одно запрашиваемое/подаваемое напряжение. Может иметься множество напряжений питания, которые запрашиваются и подаются в любой данный момент времени. Например, могут иметься отдельные напряжения питания для комбинаторной логической электрической схемы и для электрической схемы памяти в логической схеме 14. Может иметься множество областей напряжения в пределах интегральной микросхемы 10, которые могут включаться и выключаться по отдельности, и каждая область может включать в себя отдельный запрос. Локальное устройство 18 управления электропитанием может питаться отдельно от логической схемы 14. Любое множество из одного или более напряжений питания может запрашиваться и подаваться.

Величина напряжения питания упоминалась выше как запрашиваемая, а напряжение питания запрашиваемой величины как подаваемое. Величина напряжения питания может измеряться относительно опорного напряжения (например, напряжения земли интегральной микросхемы 10, иногда именуемого как VSS). Для удобства нижеследующего описания напряжения могут упоминаться как являющиеся большими или меньшими, чем другие напряжения. Аналогично в настоящем документе может упоминаться измерение напряжения, в таких случаях имеется в виду, что это величина напряжения больше чем (или меньше чем) другое напряжение или то, что измерено.

Обращаясь теперь к фиг.2, показана блок-схема последовательности операций, которая изображает один вариант воплощения тестирования интегральной микросхемы 10, показанной на фиг.1, до монтажа интегральной микросхемы в корпусе. Блоки, показанные на фиг.2, могут выполняться на установке для испытаний (например, приборе для проверки полупроводниковой пластины) во время производства интегральной микросхемы 10.

Тест может начинаться с тестирования для приблизительного определения характеристик интегральной микросхемы 10 (блок 30), используя различные измерения для оценки, является ли интегральная микросхема относительно быстрой, относительно медленной, и т.д. Например, в одном варианте воплощения приблизительное определение характеристик может включать в себя тестирование входного тока интегральной микросхемы 10, в то время как интегральная микросхема 10 находится в установившемся режиме (часто называемое тестированием на отклонения тока в установившемся режиме ("Iddq" тестированием)). Более высокие результаты измерений Iddq могут указывать на более высокую утечку (например, "более быстрый" процесс). Более низкие результаты измерений Iddq могут указывать на более низкую утечку (например, "более медленный" процесс). Iddq тестирование может быть выполнено, например, с максимальным напряжением питания, допустимому для интегральной микросхемы 10. Из приблизительного определения характеристик (и из предыдущих результатов тестирования экземпляров интегральной микросхемы 10), может быть выбран относительно небольшой набор тестовых напряжений питания. То есть на основании напряжений питания, которые обеспечивают надежную работу на предыдущих экземплярах, имеющих похожие приблизительные характеристики, может быть выбрано лишь небольшое количество испытательных напряжений (блок 32). Например, в одном варианте воплощения может быть выбран набор из трех испытательных напряжений. Фиг.12 является графическим изображением распределения экземпляров от быстрого процесса (левая сторона фиг.12) до медленного процесса (правая сторона фиг.12). Как изображено на фиг.12, испытательные напряжения для одного примера могут быть V1, V2 и V3.

Установка для испытаний может включить питание интегральной микросхемы 10 (например, с самым высоким из испытательных напряжений) и может установить тестовую частоту (одна из частот, на которых поддерживается работа интегральной микросхемы 10 - блок 34). Установка для испытаний может выполнять одну или более тестовых последовательностей на интегральной микросхеме 10 для каждого напряжения из множества испытательных напряжений (блок 36) и может выбрать самое низкое испытательное напряжение, для которого все тестовые последовательности проходят успешно (то есть достигнут правильный результат для каждой последовательности - блок 38). Если имеются дополнительные тестовые частоты (например, дополнительные поддерживаемые рабочие частоты для интегральной микросхемы 10, которые еще не были протестированы - блок 40 ветвления, ответвление "да"), то может выбираться и тестироваться следующая частота (блоки 34, 36 и 38). Набор испытательных напряжений может содержать различные напряжения для тестирования для каждой поддерживаемой рабочей частоты, или может выбираться так, чтобы для каждой поддерживаемой рабочей частоты ожидалось по меньшей мере одно напряжение питания, успешно проходящее тесты. Как только тестовые частоты исчерпаны (блок 40 ветвления, ответвление "нет"), установка для испытаний может записывать частоты и величины напряжения в таблицу 22 F/V (блок 42). Например, плавкие предохранители могут быть расплавлены для отображения поддерживаемых частот и соответствующих величин напряжения питания.

Так как число испытательных напряжений ограничено, процесс тестирования, возможно, не определит самое низкое напряжение питания, которое приводит к корректной работе определенного экземпляра интегральной микросхемы 10. Однако время на установке для испытаний может быть ограничено, что может быть важным вообще и особенно если ожидаются большие объемы производства интегральной микросхемы 10.

Обращаясь теперь к фиг.3, блок-схема изображает работу одного варианта воплощения модуля 16 самокалибровки (и локального устройства 18 управления электропитанием) по выполнению самокалибровки. Самокалибровка может быть выполнена неоднократно, как обсуждается более подробно ниже. Хотя блоки показаны в определенном порядке для простоты понимания, могут использоваться иные порядки расположения. Блоки могут выполняться параллельно в комбинаторной логической электрической схеме в модуле 16 самокалибровки и/или локальном устройстве 18 управления электропитанием. Блоки, комбинации блоков и/или блок-схема последовательности операций в целом могут исполняться конвейерным образом за множество тактов.

Модуль 16 самокалибровки может обмениваться информацией с локальным устройством 18 управления электропитанием для указания, что выполняется процесс самокалибровки. В соответствии с другим вариантом воплощения локальное устройство 18 управления электропитанием может инициировать процесс самокалибровки и может таким образом знать, что идет процесс самокалибровки. В любом случае локальное устройство 18 управления электропитанием может запросить величину напряжения питания, которая предоставлена в таблице 22 F/V для тестовой частоты (блок 50). Каждая рабочая частота, которая поддерживается интегральной микросхемой 10, может быть тестовой частотой, например, начиная с самой низкой частоты. Локальное устройство 18 управления электропитанием может установить тестовую частоту (блок 52) и может ожидать, пока интегральная микросхема стабилизируется на тестовой частоте (например, время синхронизации системы фазовой автоподстройки частоты (PLL) и/или время установления для напряжения от блока PMU/источника 12 питания). Модуль 16 самокалибровки может выполнить тест самокалибровки (блок 54) и определить, выдает ли логическая схема 14 верный результат (пройден) или нет (сбой) (блок ветвления 56). Если тест проходит успешно (блок ветвления 56, ответвление "да"), модуль 16 самокалибровки может сообщить это локальному устройству 18 управления электропитанием, который может запросить следующее более низкое напряжение питания (блок 58), и тест может быть выполнен снова (блоки 54 и 56). Тест может повторяться, пока для теста не обнаружен неудачный результат (блоки 54, 56 и 58). Как только обнаружен сбой (блок ветвления 56, ответвление "нет"), локальное устройство 18 управления электропитанием может записать величину самого низкого успешно проходящего напряжения питания в таблице 20 самокалибровки (блок 60). В некоторых вариантах воплощения может быть прибавлен припуск к самому низкому успешно проходящему тест напряжению питания, чтобы получить величину напряжения, которая будет записана в таблице самокалибровки. В соответствии с другим вариантом воплощения, припуск может быть прибавлен при запросе напряжения питания. Если есть дополнительные тестовые частоты, на которых необходимо провести самокалибровку (блок ветвления 62, ответвление "да"), то процесс самокалибровки возвращается к блоку 50 для следующей частоты. В противном случае (блок ветвления 62, ответвление "нет") процесс самокалибровки заканчивается.

Обращаясь теперь к фиг.4, показана блок-схема последовательности операций, которая изображает работу одного варианта воплощения локального устройства 18 управления электропитанием в ответ на запрос по изменению рабочей частоты (например, от программного обеспечения, выполняющегося на интегральной микросхеме 10 или в другом месте в системе, которая содержит интегральную микросхему 10). Хотя блоки показаны в определенном порядке для простоты понимания, могут использоваться иные порядки расположения. Блоки могут выполняться параллельно в комбинаторной логической электрической схеме в локальном устройстве 18 управления электропитанием. Блоки, комбинации блоков и/или блок-схема последовательности операций в целом могут исполняться конвейерным образом за множество тактов.

Локальное устройство 18 управления электропитанием может проверить таблицу 20 самокалибровки на наличие записи, соответствующую новой (запрошенной) рабочей частоте (блок ветвления 70). Если запись найдена (блок ветвления 70, ответвление "да") локальное устройство 18 управления электропитанием может запросить напряжение питания величины, обозначенной в таблице 20 самокалибровки (блок 72). Локальное устройство 18 управления электропитанием может установить новую рабочую частоту (блок 74) и может в некоторых случаях в зависимости от реализации ожидать, пока электрическая схема зафиксируется на новой рабочей частоте (блок 76). С другой стороны, если нет никакой записи в таблице 20 самокалибровки для запрошенной частоты (блок ветвления 70, ответвление "нет"), то локальное устройство 18 управления электропитанием может определить, должна ли быть выполнена самокалибровка для требуемой частоты (блок ветвления 78). Например, блок-схема последовательности операций фиг.3 может быть выполнена с запрошенной частотой как единственной тестовой частотой. Факторы, которые могут влиять на то, выполнять ли самокалибровку во время изменения частоты, могут включать в себя текущую рабочую нагрузку логической схемы 14, общую обстановку в системе (например, температуру, оставшееся время работы от батареи и т.д.). Например, если логическая схема 14 содержит много ядер процессора, и одно из ядер неактивно, самокалибровка может быть выполнена на неактивном ядре процессора. Если система работает на заряде батареи и оставшееся время работы от батареи невелико, выполнение самокалибровки может потратить заряда батареи больше, чем желательно.

Если локальное устройство 18 управления электропитанием решает, что самокалибровка должна быть выполнена (блок ветвления 78, ответвление "да"), то локальное устройство 18 управления электропитанием может вызвать модуль самокалибровки 16 для выполнения самокалибровки (блок 80). Локальное устройство 18 управления электропитанием может тогда запросить напряжение питания, обозначенное в таблице 20 самокалибровки (после завершения самокалибровки - блок 72), установить новую рабочую частоту (блок 74) и в некоторых случаях ожидать фиксации частоты (блок 76).

Если локальное устройство 18 управления электропитанием решает, что самокалибровка не должна быть выполнена (блок ветвления 78, ответвление "нет"), то локальное устройство 18 управления электропитанием может считать таблицу 22 F/V для получения величины напряжения питания и может запросить эту величину напряжения питания (блок 82). Локальное устройство 18 управления электропитанием может установить новую частоту, и в некоторых случаях ожидать фиксации частоты (блок 74 и 76).

В варианте воплощения фиг.4 самокалибровка может быть выполнена в ответ на запрашиваемую рабочую частоту, для которой не найдена запись в таблице 20 самокалибровки. В дополнение к или вместо этой операции самокалибровка может быть вызвана в один или более иных моментов времени (например, как показано на блок-схеме последовательности операций фиг.5 для одного варианта воплощения). Блок-схема последовательности операций, показанная на фиг.5, может быть реализована с помощью аппаратных средств, программного обеспечения и/или их комбинации.

Если система, которая содержит интегральную микросхему 10, загружается впервые (например, клиентом, который купил систему - блок ветвления 90, ответвление "да"), то интегральная микросхема 10 может выполнить самокалибровку (блок 92). Обычно начальная загрузка системы может относиться к включению системы и подготовке системы к началу работы. Определение того, что начальная загрузка является первой начальной загрузкой системы, может быть выполнено множеством способов. Например, может иметься флаг, сохраненный в энергонезависимой памяти в системе, который может указывать, загружается ли эта система впервые. Флаг может проверяться кодом начальной загрузки в системе, и состояние флага может быть изменено в конце кода начальной загрузки, если начальная загрузка является первой начальной загрузкой, так что последующие начальные загрузки не могут быть распознаны как первая начальная загрузка. Например, флаг может быть битом, который первоначально не установлен, а устанавливается после первой начальной загрузки (или наоборот). В некоторых вариантах воплощения полный системный сброс (например, "жесткий" сброс, инициируемый пользователем, активирующим один или более вводов устройства), может очистить флаг "первой начальной загрузки" и вызвать самокалибровку на следующей начальной загрузке. В некоторых вариантах воплощения такая операция может улучшить функциональность устройства. Например, если пользователь инициирует "жесткий" сброс, потому что устройство "не реагирует на запросы" или как-то иначе неправильно функционирует, самокалибровка может частично устранить ошибку, если это ошибка из-за неправильного функционирования интегральной микросхемы 10 (например, из-за того, что самокалибровочная величина напряжения питания слишком низка). Кроме того, если устройство соединено с сетью (например, с интернетом), обновленная калибровочная программа или процедура может быть автоматически загружена в устройство от производителя устройства. Самокалибровка может быть выполнена в ответ на обновление.

Как вариант или вдобавок система может решить, что данная рабочая нагрузка выполняется впервые (блок ветвления 94, ответвление "да"), и может выполнить самокалибровку в ответ (блок 92). Решение, что данная рабочая нагрузка выполняется впервые, может быть реализовано множеством способов (например, флаг для каждой рабочей нагрузки в энергонезависимом запоминающем устройстве, подобно таковому в обсуждении выше касательно первой начальной загрузки). Обнаружение различных рабочих нагрузок может использоваться, например, в системе, в которой рабочие нагрузки изменяются значительно. Например, система может быть мобильным устройством, которое может функционировать как мобильный телефон, аудиопроигрыватель, веб-браузер, и может выполнить различные другие вычислительные задачи. Рабочие нагрузки могут различаться в значительной степени и могут требовать различную величину производительности от интегральной микросхемы 10. Соответственно, самокалибровка для каждой рабочей нагрузки может приводить к дополнительной экономии электроэнергии (например, меньшая нагрузка может приводить к более низкой рабочей температуре, которая может разрешить более низкую величину напряжения питания, чем разрешили бы более высокие рабочие нагрузки).

В еще одном варианте или дополнении система может решить, что ее возраст увеличился на определенную величину (блок ветвления 96, ответвление "да"), и может выполнить самокалибровку в ответ (блок 92). Выполнение самокалибровки в ответ на старение интегральной микросхемы 10 (и/или устройства, которое содержит интегральную микросхему 10) может отрегулировать требуемые величины напряжения питания для интегральной микросхемы 10, чтобы компенсировать эффекты процесса старения кристалла или другие эффекты старения. Таким образом, не нужно прибавлять припуск к требуемой величине напряжения питания, чтобы учесть эффекты старения (так как они уже учтены при перекалибровке в процессе старения интегральной микросхемы 10). Возраст интегральной микросхемы 10 может измеряться множеством способов. Например, возраст может измеряться от даты первой начальной загрузки на основе календарного времени. Возраст может измеряться по времени работы от первой начальной загрузки. Возраст может измеряться в единицах времени или числа тактов, по желанию. В других вариантах воплощения возраст может также измеряться относительно даты производства. В любом случае самокалибровка может выполняться много раз для разного возраста (например, один раз каждые 6 месяцев, один раз в год и т.д.). В других случаях самокалибровка может выполняться динамически, когда система находится в работе, что может помочь компенсировать эффекты температуры. Любое требуемое множество вызовов самокалибровки может быть реализовано в различных вариантах воплощения.

Обращаясь теперь к фиг.6, показана блок-схема другого варианта воплощения интегральной микросхемы 10 и блока PMU/источника 12 питания. Подобно варианту воплощения фиг.1 вариант воплощения интегральной микросхемы 10 на фиг.6 содержит логическую схему 14 и локальное устройство 18 управления электропитанием. Некоторые варианты воплощения могут содержать модуль 16 самокалибровки и таблицу 20 самокалибровки, а другие варианты воплощения могут быть без этих функциональных возможностей. В варианте воплощения фиг.6 таблица 22 F/V из фиг.1 заменена таблицей 102 F/V/N, связанной с локальным устройством 18 управления электропитанием. Таблица 102 F/V/N может содержать записи, хранящие частоту и соответствующие величины напряжения питания, подобно таблице 22 F/V. Кроме того, записи могут сохранять измерение (N) задержки, описанное более подробно ниже. Как изображено далее в варианте воплощения фиг.6, интегральная микросхема 10 может содержать модуль измерений 100 и логические вентили 104A-104H, связанные в последовательном соединении. Ввод логического вентиля (вентилей) 104A связан с модулем 100 измерений, и вывод логического вентиля (вентилей) 104H также связан с модулем 100 измерений. Кроме того, триггер 106 хранит ожидаемое измерение (N) задержки, а триггер 108 хранит значение счетчика (Ctr). Оба триггера 106 и 108 связаны с модулем 100 измерений. В других вариантах воплощения триггеры 106 и 108 могут быть любыми синхронными запоминающими устройствами.

Модуль 100 измерений может быть выполнен с возможностью измерения задержки распространения логического перехода через последовательное соединение вентилей 104A-104H. Вентили 104A-104H могут иметь токую же конструкция, как различные логические вентили в логической схеме 14. Соответственно, задержка распространения через вентили 104A-104H должна быть пропорциональна логическим вентилям в логической схеме 14. Измеряя задержку распространения и сравнивая ее с заранее заданной задержкой, может быть учтено влияние различных факторов на работу логической схемы 14. Например, может быть обнаружено воздействие рабочей температуры, старения и т.д. при измерении задержки распространения и при ее сравнении с заранее заданной величиной.

Задержка распространения может быть измерена в любых требуемых единицах (например, наносекундах, тактах и т.д.). В одном варианте воплощения задержка распространения измеряется в единицах тактов текущей рабочей частоты генератора тактовых импульсов, которым снабжена логическая схема 14. Соответственно, модуль 100 измерений может запустить логический переход (например, переход нуля в единицу или единицы в ноль) во ввод последовательного соединения вентилей 104A-104H (то есть ввод вентилей 104A на фиг.6) и может считать такты до тех пор, пока соответствующий переход не обнаружен на выводе последовательного соединения (то есть вывод вентилей 104H на фиг.6). В одном варианте воплощения может передаваться импульс, содержащий два логических перехода (например, нуля в единицу и обратно в нуль). Счетчик Ctr в триггере 108 может очищаться, когда запускается логический переход, и может постепенно увеличиваться каждый такт, пока не обнаружен соответствующий переход. Триггер 106 может хранить заранее заданное число (N) тактов, которое, как ожидается, пройдет, если напряжение питания обеспечивает задержку, которая поддерживает текущую рабочую частоту. Если измеренное число тактов больше, чем заранее заданное число N, то напряжение питания может быть увеличено, чтобы понизить задержку. Если измеренное число тактов меньше, чем заранее заданное число N, то напряжение питания может быть уменьшено, чтобы увеличить задержку (и потреблять меньше мощности).

Число вентилей в последовательном соединении может быть значительно больше, чем число вентильных задержек, которые могут сработать в пределах такта генератора тактовых импульсов, которым снабжена логическая схема 14. Например, число последовательно соединенных вентилей может быть приблизительно в 100 раз больше числа вентильных задержек за такт. Таким образом, если 14 вентильных задержек доступны в такте, то приблизительно 1400 вентилей могут быть последовательно включены в вентилях 104A-104H. Использование большое количество вентилей может улучшить соответствие измеренной задержки задержке схемы, фактически происходящей в логической схеме 14. Кроме того, так как настоящий вариант воплощения считает задержку в единицах тактов, большое количество вентилей может уменьшить ошибку измерения, которая имеет место из-за гранулярности такта. Например, при числе в 100 раз большем числа вентильных задержек в такте, ошибка в задержке за один полный такт (максимально возможная ошибка) составляет только 1% измеренной величины. Хотя в этом варианте воплощения используется число 100, другие варианты воплощения могут использовать большие или меньшие числа (например, 200, 500, 100, 50, и т.д.).

Заранее заданное число N может быть измерено во время заводской проверки интегральной микросхемы. Обычно ожидается, что заранее заданное число N будет близко к кратному числу вентильных задержек, которое использовалось для создания последовательного соединения вентилей (например, 100 в вышеупомянутом примере), но может несколько отличаться от этого числа. В одном варианте воплощения заранее заданное число N может быть сохранено в таблице 102 F/V/N наряду со статической величиной напряжения питания для данной рабочей частоты. В различных вариантах воплощения может иметься одно число N, сохраненное в таблице, или может иметься одно число N для каждой рабочей частоты (в записи, соответствующей этой рабочей частоте).

Вентили 104A-104H могут быть физически распределены по участку интегральной микросхемы 10, который занят логической схемой 14. Соответственно, в задержке распространения могут быть учтены вариации в характеристиках процесса и/или рабочей температуре, которые могут иметь место в пределах поверхности кристалла интегральной микросхемы. Таким образом, на каждое множество из одного или более вентилей 104A-140H могут влиять рабочая температура и/или характеристики процесса, которые имеют локальный характер для физической области, в которой расположены эти вентили 104A-104H. В одном варианте воплощения вентили 104A-104H могут быть выбраны из "запасных вентилей", которые обычно содержатся повсюду на интегральной микросхеме 10, чтобы сделать возможным исправление логических ошибок в логической схеме 14 посредством изменения слоя межсоединений интегральной микросхемы. Таким образом, запасные вентили изначально не соединены с логической схемой 14 и не используются. Если в логике обнаружены ошибки, то запасные вентили могут быть соединены с логической схемой 14 для формирования правильной логической функции. Множество различных логических вентилей может быть включено в запасные вентили, чтобы увеличить вероятность формирования правильной логической функции. Соответственно, неиспользованные запасные вентили могут быть разнообразными и могут быть соединены вместе для создания последовательного соединения вентилей 104A-104H, которое может масштабироваться подобно логической схеме 14. При реализации вентилей 104A-104H из запасных вентилей, вентили 104A-104H могут не добавляться к полупроводниковому участку, использованному под интегральную микросхему 10.

Кроме того, использование последовательного соединения логических вентилей, 104A-104H для обнаружения задержки является главным образом цифровой схемой. Таким образом, в некоторых вариантах воплощения использование схемы может быть относительно простым и требующим небольшую мощность по сравнению с аналоговой электрической схемой.

Модуль 100 измерений содержит по меньшей мере электрическую схему, выполненную с возможностью запуска перехода и измерения задержки распространения. В некоторых вариантах воплощения модуль 100 измерений может также содержать электрическую схему, выполненную с возможностью определения того, когда провести измерение и/или электрическую схему, выполненную с возможностью сравнивать задержку распространения с ожидаемым значением.

В соответствии с другим вариантом воплощения определение может выполняться в локальном устройстве 18 управления электропитанием или в программном обеспечении.

Обычно логический вентиль содержит электрическую схему, которая получает один или более входных сигналов, и выполнен с возможностью выполнять логическую функцию на входных сигналах, чтобы обеспечить один или более выходных сигналов. Один или более таких вентилей могут быть включены в каждое множество вентилей 104A-104H. Следует отметить, что хотя вентили 104A-104H представлены около границы логической схемы 14 на фиг.6 для удобства изображения графика, вентили обычно могут быть вкраплены повсюду в участки логической схемы 14, как упоминалось выше.

Хотя в вышеупомянутом обсуждении фиг.6 упоминался запрос величины напряжения питания и подача блоком PMU/источником 12 питания напряжения запрошенной величины, обсуждение не подразумевало, что есть только одно запрашиваемое/подаваемое напряжение. Может иметься множество напряжений питания, которые запрашиваются и подаются в любой конкретный момент времени. Например, могут иметься отдельные напряжения питания для комбинаторной логической электрической схемы и для электрической схемы памяти в логической схеме 14. Может иметься множество областей напряжения в пределах интегральной микросхемы 10, которые могут включаться и выключаться отдельно, и могут иметь отдельные модули измерений и последовательные цепочки логических вентилей. Каждая такая область может содержать отдельный запрос. Локальное устройство 18 управления электропитанием может питаться отдельно от логической схемы 14. Любой набор из одного или более напряжений питания может запрашиваться и подаваться. Кроме того, в некоторых вариантах воплощения может быть реализована более чем одна цепочка вентилей в пределах области напряжения для моделирования различных типов задержек. Например, задержки логического вентиля и задержки регистрового файла могут моделироваться отдельно.

Обращаясь теперь к фиг.7, показана блок-схема последовательности операций, которая изображает один вариант воплощения тестирования интегральной микросхемы 10, как показано на фиг.6, до монтажа интегральной микросхемы в корпус. Блоки, показанные на фиг.7, могут выполняться на установке для испытаний (например, приборе для проверки полупроводниковой пластины) во время производства интегральной микросхемы 10.

Подобно варианту воплощения фиг.2 тест может начинаться с тестирования для приблизительного определения характеристик интегральной микросхемы 10 (блок 30), таких как Iddq тестирование, а также может быть выбран набор испытательных напряжений (блок 32). Испытательный прибор может установить первую тестовую частоту (блок 34), и может выполнит тестовую последовательность для каждого напряжения в наборе испытательных напряжений в качестве напряжения питания (блок 36). В этом варианте воплощения тест может содержать активацию модуля 100 измерений. Для каждого испытательного напряжения испытательный прибор может считать число тактов задержки "N", измеренное модулем 100 измерений во время теста (то есть, значение в счетчике триггера 108). Испытательный прибор может записать измеренное N для каждого испытательного напряжения (блок 110). Затем испытательный прибор может выбрать минимальную величину напряжения питания, для которой тест проходит успешно, так же как и соответствующее "N" (блок 112).

Если есть дополнительные тестовые частоты (например, дополнительные поддерживаемые рабочие частоты для интегральной микросхемы 10, которые еще не были протестированы - блок ветвления 40, ответвление "да"), то может быть выбрана и протестирована следующая частота (блоки 34, 36, 110 и 112). Набор испытательных напряжений может содержать различные напряжения, которые будут протестированы на каждой поддерживаемой рабочей частоты, или он может быть выбран так, чтобы ожидалось по меньшей мере одно напряжение питания, успешно проходящее тест, для каждой поддерживаемой рабочей частоты. Как только тестовые частоты исчерпаны (блок ветвления 40, ответвление "нет"), установка для испытаний может записать частоты, величины напряжения, и значения "N" в таблицу 102 F/V/N (блок 114).

В некоторых вариантах воплощения может быть прибавлен припуск к измеренному "N", которое будет записано в таблицу. В соответствии с другим вариантом воплощения, припуск может быть прибавлен к "N", считанному из таблицы для записи "N" в триггер 106. Точно так же припуск может быть прибавлен к величине напряжения питания, записанному в таблице, или припуск может быть прибавлен локальным устройством 18 управления электропитанием после чтения величины из таблицы.

Обращаясь теперь к фиг.8, показана блок-схема последовательности операций, которая изображает работу одного варианта воплощения интегральной микросхемы 10 как показано на фиг.6 (и в частности модуль 100 измерений и локальное устройство 18 управления электропитанием) по определению необходимости регулировки величины напряжения питания. Операция фиг.8 может выполняться периодически, пока интегральная микросхема 10 работает (например, в одном варианте воплощения в зависимости от тепловой инерции системы приблизительно один раз каждый период времени от 10 микросекунд до 1 миллисекунды). Операция фиг.8 может выполняться после изменения рабочей нагрузки (например, с работы в режиме телефона на работу в режиме аудиопроигрывателя или мобильного устройства доступа в интернет). Также операция фиг.8 может выполняться как часть изменения частоты работы. Блоки показаны в определенном порядке для простоты понимания, но могут использоваться и другие последовательности. Блоки могут выполняться параллельно комбинаторной логикой в модуле 100 измерений/локальном устройстве 18 управления электропитанием. Блоки, комбинации блоков и/или блок-схема последовательности операций в целом могут исполняться конвейерным образом за множество тактов.

Локальное устройство 18 управления электропитанием может активировать модуль 100 измерений, который может измерять текущую задержку распространения ("N") в последовательном соединении вентилей 104A-104H (блок 120). В некоторых вариантах воплощения локальное устройство 18 управления электропитанием и/или модуль 100 измерений может фильтровать результаты (блок 122). А именно, фильтрация может содержать, например, обнаружение колебаний значения N между последовательными измерениями. Колебание может иметь место, потому что задержка распространения близка к целому числу тактов (и таким образом иногда фиксируется М тактов, а иногда M+1 тактов). Колебание может также иметь место в силу того, что запрошенное напряжение питания увеличивается и уменьшается колебательным образом.

Если модуль 100 измерений обнаруживает, что измеренное "N" больше чем "N" из таблицы 102 F/V/N (блок ветвления 124, ответвление "да"), то локальное устройство 18 управления электропитанием может увеличить запрашиваемую величину напряжения питания, отправленную в блок PMU/источник 12 питания (блок 126). Например, может запрашиваться следующая более высокая величина напряжения питания. Если модуль 100 измерений обнаруживает, что измеренное "N" меньше чем "N" из таблицы 102 F/V/N (блок ветвления 128, ответвление "да"), то локальное устройство 18 управления электропитанием может уменьшить запрашиваемую величину напряжения питания, отправленную в блок PMU/источник 12 питания (блок 130). Операция фиг.8 может повторяться, пока не установится запрошенная величина напряжения питания, или может повторяться во время следующего измерения, по желанию.

Обращаясь теперь к фиг.9, показана блок-схема последовательности операций, которая изображает работу одного варианта воплощения интегральной микросхемы 10 (и в частности локальное устройство 18 управления электропитанием и модуль 100 измерений) в ответ на запрос об изменении частоты в интегральной микросхеме 10. Блоки показаны в определенном порядке для простоты понимания, однако могут использоваться иные порядки расположения. Блоки могут выполняться параллельно комбинаторной логикой в модуле 100 измерений/локальном устройстве 18 управления электропитанием. Блоки, комбинации блоков, и/или блок-схема последовательности операций в целом могут исполняться конвейерным образом за множество тактов.

Если запрос об изменении частоты является запросом на увеличение текущей рабочей частоты (блок ветвления 140, ответвление "да"), значение N в триггере 106 может масштабироваться в соответствии с отношением новой (запрошенной) частоты и старой (текущей частоты) (блок 142). Например, если текущая частота равна 1 ГГц, а новая частота 1.5 ГГц, то значение N может масштабироваться на 1.5. Локальное устройство 18 управления электропитанием и модуль 100 измерений могут повторять процесс регулировки напряжения питания фиг.8 до тех пор, пока измеренное N из модуля 100 измерений не будет соответствовать масштабированному N (блок 144). В некоторых вариантах воплощения к масштабированному N может быть прибавлен припуск, чтобы гарантировать, что увеличенная величина напряжения питания достаточна для поддержки вновь измененной частоты. Как только масштабированное N достигнуто, локальное устройство 18 управления электропитанием может установить новую частоту (блок 146) и может ожидать фиксации схемы генератора тактовых импульсов на новой частоте (блок 148). Новое N может считываться из таблицы 102 F/V/N и может записываться в триггер 106 (блок 150).

Если запрос об изменении частоты является запросом на уменьшение текущей рабочей частоты (блок ветвления 140, ответвление "нет"), локальное устройство 18 управления электропитанием может установить новую частоту (блок 146) без масштабирования N и регулировки напряжения питания (блоки 142 и 144). Так как напряжение питания уже достаточно высоко для поддержки более высокой текущей частоты, интегральная микросхема 10 будет работать на новой частоте без ошибок. Последующие периодические измерения и регулировки (например, фиг.8) могут понизить напряжение. В других вариантах воплощения N может масштабироваться, а напряжение может регулироваться (блоки 142 и 144) также и для новой более низкой частоты, в этом случае регулировки напряжения питания будут являться понижениями.

В некоторых вариантах воплощения процесс регулировки величины напряжения питания (блок 144) может начинаться с чтения величины напряжения питания из таблицы 102 F/V/N (или таблицы 22 самокалибровки) для новой частоты и инициализации процесса при запросе величины напряжения питания из таблицы.

Обращаясь теперь к фиг.10, показана блок-схема последовательности операций, которая изображает другой вариант воплощения тестирования интегральной микросхемы 10 как показано на фиг.6 до монтажа интегральной микросхемы в корпус. Блоки, показанные на фиг.10 могут выполняться на установке для испытаний (например, приборе для проверки полупроводниковой пластины) во время производства интегральной микросхемы 10.

Аналогично варианту воплощения фиг.2 тест может начинаться с тестирования для приблизительного определения характеристик интегральной микросхемы 10 (блок 30), например Iddq тестирования. Кроме того, модуль 100 измерений может быть активирован с максимально возможным установленным значением напряжения питания (в соответствии со спецификацией интегральной микросхемы 10) (блок 160). Измерение числа N при максимально возможном значении может быть показателем "скорости" интегральной микросхемы 10 и может использоваться для выбора набора испытательных напряжений (блок 162). Таким образом, выбранные испытательные напряжения могут быть ближе к оптимальному напряжению для данной частоты, что может позволить тестирование напряжения с малым шагом за небольшом количество времени тестирования и иметь результатом величину напряжения питания близкую к оптимальному значению для интегральной микросхемы 10. Соответственно, интегральная микросхема 10 может потреблять меньшую мощность на данной частоте, когда напряжение питания установлено равным напряжению в таблице (по сравнению с менее оптимальными стратегиями тестирования). Кроме того, еще может использоваться относительно небольшой набор напряжений, уменьшая время тестирования. Например, фиг.13 является графическим изображением распределения экземпляров от быстрого процесса (левая сторона фиг.13) до медленного процесса (правая сторона фиг.13). Используя максимальное напряжение (пунктирная линия дальше всего направо) может быть измерено N. На основании измеренного N может быть выбран небольшой набор испытательных напряжений около ожидаемой рабочей точки, и интегральная микросхема 10 может быть протестирована на этих напряжениях (фигурная скобка у основания фиг.13).

Впоследствии аналогично варианту воплощения фиг.7 устанавливают первую тестовую частоту (блок 34) и могут выполнять тестовую последовательность для каждого напряжения в наборе испытательных напряжений в качестве напряжение питания (блок 36). Тест может включать в себя активацию модуля 100 измерений. Для каждого испытательного напряжения испытательный прибор может считывать число тактов задержки "N", измеренных модулем 100 измерений во время теста (то есть, значение в триггере 108 счетчика). Испытательный прибор может записать измеренное N для каждого испытательного напряжения (блок 110). Затем испытательный прибор может выбрать минимальную величину напряжения питания, для которой тест проходит успешно, так же как соответствующее "N" (блок 112).

Если есть дополнительные тестовые частоты (например, дополнительные поддерживаемые рабочие частоты для интегральной микросхемы 10, которые еще не были протестированы - блок ветвления 40, ответвление "да"), то может быть выбрана и протестирована следующая частота (блоки 34, 36, 110, и 112). Набор испытательных напряжений может содержать различные напряжения для тестирования для каждой поддерживаемой рабочей частоты, или может быть выбран так, чтобы имелось по меньшей мере одно успешно проходящее тест напряжение питания для каждой поддерживаемой рабочей частоты. Как только тестовые частоты были исчерпаны (блок ветвления 40, ответвление "нет"), установка для испытаний может записать частоты, величины напряжения, и значения "N" в таблицу 102 F/V/N (блок 114).

В некоторых вариантах воплощения к измеренному "N", которое будет записано в таблицу, может быть прибавлен припуск. В соответствии с другим вариантом воплощения, припуск может быть прибавлен к "N", считанному из таблицы, для записи "N" в триггер 106. Аналогично припуск может быть прибавлен к величине напряжения питания, записанной таблице, или припуск может быть прибавлен локальным устройством 18 управления электропитанием после чтения величины из таблицы.

Обращаясь теперь к фиг.11, показана блок-схема последовательности операций, которая изображает работу одного варианта воплощения модуля 100 измерений по выполнению измерения. Модуль 100 измерений может выполнять операцию, изображенную на фиг.11, например, в ответ на инициирование измерения локальным устройством 18 управления электропитанием. Блоки показаны в определенном порядке для простоты понимания, однако могут использоваться и другие порядки расположения. Блоки могут выполняться параллельно комбинаторной логикой в модуле 100 измерений. Блоки, комбинации блоков, и/или блок-схема последовательности операций в целом могут исполняться конвейерным образом за множество тактов.

Модуль 100 измерений может очистить счетчик в триггере 108 (номер позиции 170), и может запустить логический переход в последовательное соединение (или "цепочку") вентилей 104A-104H (блок 172). Если модуль 100 измерений еще не обнаружил соответствующий логический переход на выводе цепочки (блок ветвления 174, ответвление "нет"), то модуль 100 измерений может увеличить значение счетчика (блок 176) и ожидать следующего такта, чтобы снова обнаружить переход (блок 178). Если модуль 100 измерений обнаружил соответствующий переход (блок ветвления 174, ответвление "да"), то модуль 100 измерений может сравнить счетчик с N в триггере 106 и сообщить результаты локальному устройству 18 управления электропитанием (блок 180).

Многочисленные вариации и модификации станут очевидны для специалистов в области техники, как только вышеприведенное раскрытие полностью понято. Имеется в виду, что нижеследующая формула изобретения интерпретируется так, чтобы охватить все такие вариации и модификации.

1. Интегральная микросхема, сконфигурированная для генерации запрошенной величины напряжения питания для интегральной микросхемы, причем интегральная микросхема содержит:
логическую схему;
локальное устройство управления электропитанием, связанное с логической схемой и выполненное с возможностью передавать указание о запрошенной величине напряжения питания внешнему источнику питания; и модуль самокалибровки в интегральной микросхеме, который выполнен с возможностью выполнять тест логической схемы, причем модуль самокалибровки выполнен с возможностью повторять тест на соответственно более низких запрошенных величинах напряжения питания до тех пор, пока тест не даст сбой, и при этом самая низкая запрошенная величина напряжения питания, на которой тест успешно проходит, используется для генерации запрошенной величины напряжения питания для работы интегральной микросхемы, и при этом модуль самокалибровки дополнительно выполнен с возможностью повторять тест и определять самую низкую запрошенную величину напряжения питания в ответ на выполнение логической схемой различной рабочей нагрузки.

2. Интегральная микросхема по п.1, дополнительно содержащая статическую таблицу величин напряжения питания, причем содержимое статической таблицы определяется во время заводской проверки интегральной микросхемы, и при этом локальное устройство управления электропитанием выполнено с возможностью считывать начальную величину напряжения питания из статической таблицы.

3. Интегральная микросхема по п.1, в которой интегральная микросхема может работать на множестве тактовых частот, и в которой модуль самокалибровки выполнен с возможностью повторять тест на соответственно более низких величинах напряжения питания для каждой из множества тактовых частот для определения самой низкой запрошенной величины напряжения питания для каждой из множества тактовых частот.

4. Интегральная микросхема по п.1, в которой модуль самокалибровки выполнен с возможностью повторять тест в ответ на начальную загрузку устройства, которое включает в себя интегральную микросхему.

5. Интегральная микросхема по п.4, в которой модуль самокалибровки выполнен с возможностью повторять тест и определять самую низкую запрошенную величину напряжения питания в ответ на превышение возрастом интегральной микросхемы определенной величины.

6. Интегральная микросхема по п.1, в которой локальное устройство управления электропитанием содержит таблицу самокалибровки, сконфигурированную для сохранения самых низких величин напряжения питания, определенных посредством модуля самокалибровки, и при этом локальное устройство управления в ответ на запрос по изменению рабочей частоты интегральной микросхемы сконфигурировано проверять таблицу самокалибровки для самой низкой величины напряжения питания, соответствующей рабочей частоте, и при этом локальное устройство управления в ответ на обнаружение того, что самая низкая величина напряжения питания, соответствующая рабочей частоте, не сохранена в таблице самокалибровки, сконфигурировано для вызова модуля самокалибровки для повторения теста на соответственно более низких запрошенных величинах напряжения питания до тех пор, пока тест не даст сбой, для определения самой низкой величины напряжения питания для рабочей частоты.

7. Интегральная микросхема по п.6, в которой локальное устройство управления электропитанием сконфигурировано для определения, вызвать ли модуль самокалибровки в ответ на обнаружение того, что самая низкая величина напряжения питания, соответствующая рабочей частоте, не сохранена в таблице самокалибровки, и при этом локальное устройство управления сконфигурировано запрашивать величину напряжения питания, определенную во время заводской проверки интегральной микросхемы, в ответ на определение не вызывать таблицу самокалибровки.

8. Способ генерации величины напряжения питания для интегральной микросхемы, при этом способ содержит этапы:
повторения теста логической схемы модулем самокалибровки при соответственно более низких запрошенных величинах напряжения питания для интегральной микросхемы, которая содержит логическую схему и модуль самокалибровки, до тех пор, пока тест не даст сбой;
определения посредством модуля самокалибровки самой низкой запрошенной величины напряжения питания, при которой тест проходит успешно;
выбора посредством модуля самокалибровки самой низкой запрошенной величины напряжения питания для генерирования запрошенной величины напряжения питания для работы интегральной микросхемы, при этом способ выполняется в ответ на выполнение логической схемой различной рабочей нагрузки.

9. Способ по п.8, дополнительно содержащий считывание начальной запрошенной величины напряжения питания из статической таблицы, причем содержание статической таблицы определяется во время заводской проверки интегральной микросхемы.

10. Способ по п.8, в котором интегральная микросхема может работать на множестве тактовых частот, а способ дополнительно содержит повторение этапов повторения, определения и выбора для каждой из множества тактовых частот.

11. Способ по п.8, выполняемый в ответ на начальную загрузку устройства, которое включает в себя интегральную микросхему.

12. Способ по п.11, выполняемый в ответ на превышение возрастом интегральной микросхемы определенной величины.

13. Способ по п.8, дополнительно содержащий этапы, на которых:
в ответ на запрос по изменению рабочей частоты интегральной микросхемы проверяют таблицу самокалибровки для самой низкой величины напряжения питания, соответствующей рабочей частоте, при этом таблица самокалибровки сконфигурирована для сохранения самых низких величин напряжения питания, определенных посредством модуля самокалибровки; и в ответ на определение того, что самая низкая величина напряжения питания, соответствующая рабочей частоте, не сохранена в таблице самокалибровки, вызывают модуль самокалибровки для повторения теста на соответственно более низких запрошенных величинах напряжения питания до тех пор, пока тест не даст сбой, для определения самой низкой величины напряжения питания для рабочей частоты.

Изобретение относится к способам снижения мощности (энергопотребления) в процессоре. .

Изобретение относится к вычислительным устройствам, таким как мобильные телефоны и персональные цифровые помощники (PDA). Техническим результатом является уменьшение потребления энергии и увеличение срока службы батареи устройства за счет идентификации планов на основе принятого уведомления о доступности ресурса, времени активации и фактора допуска. Способ содержит этапы, на которых: принимают уведомление о событии, при этом принятое уведомление о событии указывает, что ресурс, ассоциированный с вычислительным устройством, доступен; осуществляют доступ к множеству повторяющихся планов, причем каждый из упомянутого множества повторяющихся планов имеет заданное время активации и фактор допуска, ассоциативно связанный с ним; идентифицируют один или более планов, к которым осуществляют доступ, как функцию принятого уведомления о событии, текущего времени, заданного времени активации и фактора допуска каждого из планов, к которым осуществляют доступ; и активируют идентифицированные планы для потребления упомянутого доступного ресурса. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл.

Изобретение относится к средствам обеспечения энергосберегающего планирования потоков и динамического использования процессоров. Технический результат заключается в уменьшении потребления электроэнергии. Определяют, какие ядра из упомянутого множества ядер активно выполняют работу. Создают маску приостановки ядер с использованием битового значения для представления приостановленного или работающего состояния ядра. Определяют маски привязки потока к процессору, представляющие одно или более ядер, которым назначена обработка потока. Обеспечивают, по меньшей мере, часть плана производительности и энергосбережения для ядер путем объединения инвертированной маски приостановки ядер и масок привязки потока к процессору, используя оператор "И", чтобы создать набор доступных процессоров. Вычисляют, какие ядра обозначаются как приостановленные или работающие, на основе, по меньшей мере частично, набора доступных процессоров. Приостанавливают по меньшей мере одно из ядер, активно выполняющих работу, на основе, по меньшей мере частично, политики мощности, указывающей, что это по меньшей мере одно из ядер, активно выполняющих работу, обозначено как приостановленное ядро. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к портативным вычислительным устройствам и, более подробно, к стыковочным станциям портативных вычислительных устройств. Техническим результатом является повышение эффективности управления распределением питаний между портативным вычислительным устройством (PCD) и стыковочной станцией PCD. Способ содержит этапы: определения, что PCD состыковано со стыковочной станцией PCD; переключения электропитания к PCD от батареи PCD на батарею стыковочной станции PCD в ответ на определение, что PCD состыковано со стыковочной станцией PCD; запитывания PCD и стыковочной станции PCD от батареи стыковочной станции PCD; определения, равна ли энергия батареи PCD условию зарядки; зарядки батареи PCD от батареи стыковочной станции PCD, когда энергия батареи PCD равна условию зарядки; контроля энергии батареи стыковочной станции PCD; определения, равна ли энергия батареи стыковочной станции PCD критическому условию; и переключения электропитания к PCD и стыковочной станции PCD от батареи стыковочной станции PCD к батарее PCD, когда энергия батареи стыковочной станции PCD равна критическому условию, и запитывания PCD и стыковочной станции PCD от батареи PCD. 4 н. и 28 з.п. ф-лы, 34 ил.

Изобретение относится к схеме бытового прибора. Технический результат заключается в снижении потребления энергии в режиме ожидания бытового прибора. Для этого предложен электрический бытовой прибор, содержащий низковольтное емкостное средство питания, подсоединенное к электрической сети питания и предназначенное для выработки низкого напряжения, при этом низковольтное емкостное средство питания содержит схему емкостного делителя, содержащую первый и второй входные выводы, подсоединенные к первой и второй линиям питания, которые находятся под первым и вторым заданными потенциалами, соответственно; первый выходной вывод, выполненный с возможностью формирования упомянутого низковольтного сигнала включения, первое и второе средства накопления заряда, подсоединенные между упомянутыми первым и вторым входными выводами; и, по меньшей мере, один ограничитель напряжения, подсоединенный параллельно к упомянутому средству накопления заряда и выполненный с возможностью переключения из непроводящего состояния в проводящее, когда на него подается напряжение, которое превышает заданное напряжение пробоя; причем первое и второе средства накопления заряда выполнены такими, чтобы напряжение на выводах второго средства накопления заряда было ниже упомянутого заданного напряжения пробоя. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области средств инструктирования устройству входить в активный режим. Техническим результатом является снижение потребления энергии устройством. Система содержит первый датчик (3) для определения того, удовлетворено ли первое условие, относящееся к грубому уровню интереса пользователя (9); второй датчик (5) для определения того, удовлетворено ли второе условие, относящееся к более точному уровню интереса пользователя (9), в ответ на определение первым датчиком (3) того, что первое условие удовлетворено посредством измерения другого параметра или посредством применения более точного теста к измерению того же параметра; и устройство (7) для входа в активный режим в ответ на определение вторым датчиком (5) того, что второе условие удовлетворено, причем активный режим является режимом уведомления пользователя о включении устройства. Первый датчик (3) дополнительно сконфигурирован для определения того, удовлетворено ли третье условие, относящееся к третьему более точному уровню интереса пользователя, чем первый уровень интереса пользователя (9). Устройство (7) дополнительно сконфигурировано для перехода из режима уведомления пользователя о включении устройства в режим взаимодействия с пользователем в ответ на определение первым датчиком (3) того, что третье условие удовлетворено. 3 н. и 8 з.п., 7 ил.

Изобретение относится к способу функционирования процессора в среде реального времени. Техническим результатом является понижение потребления энергии. В способе процессор после обработки события реального времени переключается из рабочего состояния в состояние покоя. При предстоящем наступлении последующего события реального времени генерируется вспомогательный сигнал, посредством которого процессор перед наступлением последующего события реального времени переключается в рабочее состояние, при этом посредством, по меньшей мере, одного вспомогательного датчика обнаруживается превышение или спадание параметра ниже заданного вспомогательного порогового значения, и вспомогательным датчиком генерируется вспомогательный сигнал, причем вспомогательное пороговое значение достигается в течение изменения значения параметра перед пороговым значением. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к средствам дистанционного управления. Технический результат - увеличение дальности действия устройства дистанционного управления в системе при минимизации потребления мощности всей системы. Для этого изобретение описывает систему управления устройством, при этом система содержит модуль дистанционного управления для передачи сигнала в форме электромагнитного излучения и модуль повторителя, содержащий детектор для детектирования электромагнитного излучения для получения сигнала приема повторителя и первый модуль преобразования сигнала для пассивного преобразования сигнала приема повторителя в сигнал возбуждения переключения повторителя для приведения в действие первого переключателя для переключения модуля повторителя между неактивным режимом, в котором модуль повторителя полностью отключен от первого источника питания, так что модуль повторителя никакой ток не потребляет, и рабочим режимом, в котором ток потребляется модулем повторителя из первого источника питания. Модуль повторителя дополнительно содержит сигнальный модуль, питаемый первым источником питания, для формирования сигнала передачи повторителя на основании сигнала приема повторителя и интерфейс передачи повторителя для ретрансляции сигнала передачи повторителя в форме электромагнитного излучения. Система также содержит управляемое устройство, содержащее модуль интерфейса дистанционного управления для детектирования электромагнитного излучения, передаваемого интерфейсом передачи повторителя для получения сигнала приема устройства. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к устройству обработки данных и способу переключения рабочей нагрузки между первой и второй компоновкой схем обработки, в частности к способу повышения производительности обработки рабочей нагрузки после указанного переключения. Техническим результатом является уменьшение задержки при переключении рабочей нагрузки. В устройстве для сокращения количества выборок из памяти, требуемых целевой компоновкой схем обработки после переноса, кэш исходной компоновки схем обработки поддерживается в состоянии с включенным питанием в течение периода просмотра. В течение периода просмотра, компоновка схем просмотра кэша просматривает значения данных в исходном кэше и извлекает значения данных просмотра для целевой компоновки схем обработки. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к способам проведения анализа электропотребления в сложных вычислительных и коммуникационных системах. Техническим результатом является повышение точности оценки энергопотребления. Способ содержит этапы, на которых: а) выполняют калибровку устройства путем: конфигурации и запуска устройства; отключения от внешнего источника питания; запуска тестового приложения; сбора и передачи данных в основную систему; повторения всех предыдущих шагов для каждого тестового приложения; расчета необходимых временных данных, расчета коэффициентов модели с помощью метода наименьших квадратов; б) выполняют оценку энергопотребления путем: конфигурации и запуска устройства; запуска анализируемого приложения; сбора данных и передачи данных в основную систему; расчета необходимых временных данных; расчета израсходованного за время работы приложения заряда, как отдельно для каждого фактора, так и суммарного, а также относительного вклада пользовательских функций, используя линейную модель и коэффициенты, найденные на этапе калибровки. 8 ил.

Изобретение относится к компьютерной технике, а именно к системам формирования изображения. Техническим результатом является повышение быстродействия активации устройства формирования изображения. Предложено устройство формирования изображений. Устройство включает в себя блок переключения, сконфигурированный для переключения состояния устройства формирования изображений из первого состояния во второе состояние в случае, когда выключатель электропитания выключен, и переключения состояния в первое состояние в случае, когда выключатель электропитания включен. А также, устройство содержит блок извлечения, сконфигурированный для извлечения периода времени выключения, в течение которого выключатель электропитания был выключен, в случае, когда выключатель электропитания включен. Кроме того, устройство также включает в себя блок управления активацией, сконфигурированный для выдачи команды сброса системы и для перезапуска устройства формирования изображений в случае, когда период времени выключения не больше, чем предопределенный период времени, и для возврата устройства формирования изображений из второго состояния в первое состояние без выдачи команды сброса системы в случае, когда период времени выключения больше, чем предопределенный период времени. 6 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Динамическое управление напряжением и частотой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данной выпускной квалификационной работе рассмотрено аппаратное и программное обеспечение комплекса полунатурного моделирования локальной активно-адаптивной сети, а также основные концепции создания и изучения активно-адаптивных сетей.

Рассмотрена история создания активно-адаптивных сетей, опыт внедрения их в различных странах. Изучены основные принципы создания моделей сетей Smart Grid , а также уже существующие комплексы моделирования.

Работа носит учебно-исследовательский характер и основана на комплексе полунатурного моделирования локальной активно-адаптивной сети, установленном на кафедре МСА.

Приведены функциональная структура, аппаратное и программное обеспечение, основные характеристики и режимы работы комплекса моделирования.

Разработаны инструкции по установке, настройке и запуску программного обеспечения для работы с комплексом.

В рамках раздела безопасности работы с комплексом рассмотрены вопросы охраны труда при эксплуатации комплекса. Произведён расчёт экономической эффективности разработки комплекса моделирования.

моделирование активная адаптивная сеть

• Содержание
• Перечень используемых условных обозначений, сокращений, терминов

Введение

• 1. Исследование концепции моделирования активно-адаптивных сетей
• 1.1 Краткое описание активно-адаптивных сетей
• 1.2 Современное состояние ААС
• 1.3 Аналитический обзор существующих решений по созданию и исследованию компонентов Smart Grid
• 1.4 Аналитический обзор стендов для исследования сетей Smart Grid
• 1.4.1 Всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем
• 1.4.2 Программно-технический комплекс RTDS
• 1.4.3 Тренажеры для электроэнергетических систем сетевых компаний
• 1.5 Обзор архитектуры комплекса полунатурного моделирования локальной активно-адаптивной сети
• 1.5.2 Программное обеспечение комплекса
• 1.5.3 Сетевое обеспечение комплекса
• 1.5.4 Математическое обеспечение комплекса
• 1.6 Система диспетчеризации комплекса полунатурного моделирования локальной активно-адаптивной сети
• 1.6.1 Сервер сбора данных
• 1.6.2 База данных
• 1.6.3 Система управления базой данных Citadel
• 1.6.4 Система управления базой данных MS SQL
• 1.6.5 Автоматизированное рабочее место
• 1.6.6 Архитектура сети диспетчеризации
• 1.7 Алгоритм работы комплекса
• 1.8 Вывод по разделу 1
• 2. Инструкция по запуску аппаратного комплекса полунатурного моделирования локальной активно-адаптивной сети (МиниЭЭС)
• 2.1 Запуск сервера диспетчеризации
• 2.2 Запуск сервера системы имитации MicroGrid
• 2.2.1 Запуск проекта системы имитации MicroGrid
• 2.3 Запуск контроллеров ААС
• 2.4 Запуск проекта системы имитации генераторов и потребителей MicroGrid
• 2.5 Запуск автоматизированных рабочих мест MicroGrid
• 2.5.1 Запуск проекта системы диспетчеризации MicroGrid
• 2.6 Возможные проблемы и их решения
• 2.7 Вывод по разделу 2
• 3. Моделирование МиниЭЭС
• 3.1 Запуск моделей
• 3.2 Просмотр состояния сети на АРМ
• 3.3 Вывод по разделу 3
• 4. Технико-экономическое обоснование проекта
• 4.1 Ожидаемые эффекты от разработки данного проекта
• 4.2 Расчёт капитальных затрат на создание данного проекта
• 4.3 Расчет эксплуатационных затрат
• 4.4 Расчет доходной части за год пользования комплексом
• 4.5 Расчет срока окупаемости проекта
• 4.6 Вывод по разделу 4
• 5. Обеспечение безопасности при работе со стендом моделирования
• 5.1 Анализ опасных и вредных факторов
• 5.1.1 Характеристика помещения
• 5.1.2 Характеристика рабочего места
• 5.1.3 Анализ параметров микроклимата и шумового воздействия
• 5.1.4 Анализ электрической системы стенда
• 5.1.5 Анализ воздействия электромагнитных полей на организм человека
• 5.2. Мероприятия по обеспечению безопасности при проведении лабораторных работ
• 5.2.1 Мероприятия по созданию оптимального микроклимата
• 5.2.2 Мероприятия по обеспечению требований к освещению
• 5.2.3 Мероприятия по обеспечению требований электро- и пожарной безопасности
• 5.2.4 Инструкция по охране труда
• 5.2.5 Инструкция по противопожарной безопасности
• 5.2.6 Действия в случае возникновения пожара
• 5.3 Расчет освещения
• 5.4 Вывод по разделу 5

Заключение

• Список использованных источников
• Список приложений
• Перечень используемых условных обозначений, сокращений, терминов
• ААС - активно-адаптивная сеть
• АРМ - автоматизированное рабочее место
• ЭЭС - Электроэнергетическая система
• SMART - Self Monitoring Analysis and Reporting Technology
• DNP3 - Distributed Network Protocol
• OPC - OLE for Process Control
• RMC - Rack-Mount Controllers
• LAN - Local Area Network
• DDE - Dynamic Data Exchange
• AI - Analog Input
• DO - Discreet Output
• SCADA -- Supervisory Control And Data Acquisition
• DSC - Datalogging and Supervisory Control
• API - application programming interface
• NI - National Instruments
• LabVIEW - Lab oratory V irtual I nstrumentation E ngineering W orkbench
• СУБД - система управления базами данных
• FPGA - field programmable gate array
• VHDCI - Very High Density Cable Interconnect
• OWS - Operator WorkStation
• RTU -- Remote Terminal Unit
• AC - Alternative Current
• DC - Discreet Current
• ТЭО - технико-экономическое обоснование
• ПЭВМ - Персональная Электронно-Вычислительная Машина
• ЧДД - чистый дисконтированный доход
• ВНД - внутренняя норма доходности

Введение

• Электроэнергетика является основной отраслью промышленности всех государств в мире. Развитие страны невозможно без развития данной отрасли. Концепция экстенсивного развития электроэнергетики преимущественно за счет наращивания генерирующих мощностей и расширения количества энергетического оборудования изжила себя.
• Изначально электрическая сеть строилась как система односторонней передачи. Она состояла из одной или нескольких очень мощных генерирующих станций, связанных с потребителями энергии. Переход к возобновляемым источникам энергии и появление новых интеллектуальных устройств требуют иного подхода - строительства интеллектуальной одноранговой сети. К примеру, сегодня на крышах домов часто устанавливаются солнечные батареи, а многие домовладельцы пользуются собственными небольшими генераторами. Это значит, что энергия и информация должна идти не только к потребителям, но и в обратном направлении. Таким образом изменяются способы производства, транспортировки, распределения и потребления энергии.
• За рубежом Smart Grid рассматривается как концепция инновационного развития электроэнергетики. В переводе на русский язык Smart Grid означает «интеллектуальные сети», а точнее - «интеллектуальные энергосистемы».
• Институт инженеров электротехники и электроники дает определение Smart Grid как полностью интегрированной, саморегулирующейся и самовосстанавливающейся электроэнергетической системы, имеющей сетевую топологию и включающей в себя все генерирующие источники, магистральные и распределительные сети и все виды потребителей электрической энергии, управляемые единой сетью информационно-управляющих устройств и систем в режиме реального времени.
• Концепция активно-адаптивной сети заключается в объединении энергетической сети, потребителей и производителей энергии в единую автоматизированную систему, которая в реальном времени позволяет отслеживать и контролировать каждого из компонентов сети. Реализация концепции активно-адаптивных сетей позволит повысить надёжность и безопасность систем передачи и распределения электроэнергии. Организация активно-адаптивной сети является масштабной технической задачей, связанной с последовательным внедрением ряда технологий:

· системы сбора данных, которые осуществляют мониторинг качества электрической энергии, и качества релейной зашиты на всех электроустановках электрической сети;

· системы эффективной передачи данных по проводным и беспроводным каналам связи, объединение нескольких систем сбора данных в единую сеть;

· системы синхронизации измерений на удаленных объектах энергетической сети для формирования единой контрольно-измерительной системы.

Внедрение современных технологий позволяет комплексно решить следующие задачи:

· задачи мониторинга качества электроэнергии, включая диагностику нелинейных искажений тока, мониторинга значения коэффициента мощности и управления компенсирующими устройствами;

· задачи мониторинга качества релейной защиты;

· задачи синхронизированных фазорных (векторных) измерений;

· задачи передачи данных и синхронизации с высокой скоростью и по беспроводным каналам.

Для моделирования процессов в сетях Smart Grid был разработан аппаратный комплекс полунатурного моделирования локальной активно-адаптивной сети.

1. Исследование концепции моделирования активно-адаптивных сетей

1.1 Краткое описание активно-адаптивных сетей

Активно-адаптивной сетью называется совокупность подключенных к генерирующим источникам и потребителям электрической энергии линий электропередачи, устройств электромагнитного преобразования электроэнергии, коммутационных аппаратов, устройств защиты и автоматики, информационно-технологических и управляющих систем. Данный комплекс, являющийся ядром технологической инфраструктуры электроэнергетики, обеспечит сочетанием централизованного и распределенного автоматизированного управления всей энергосистемой адаптивную реакцию (в том числе в реальном режиме времени) на различные виды возмущений и отклонений от заданных параметров. Управляющие воздействия, вырабатываемые по данным информационно-измерительной системы ЭСААС, обеспечат надежную и экономичную параллельную работу всех объектов электроэнергетической системы. Ее отличия от обычной сети обусловлены:

· насыщенностью сети (как в ее узлах, так и территориально распределенными) активными элементами, позволяющими изменять топологические параметры сети;

· достаточно большим количеством датчиков, измеряющих текущие режимные параметры для текущей оценки состояния сети в нормальных, предаварийных, аварийных и послеаварийных режимах энергосистемы;

· системой сбора, передачи и обработки информации (включая программное обеспечение) и программами адаптивного управления с возможностью воздействия в реальном масштабе времени на активные элементы сети и электроустановки (токоприемники) потребителей;

· наличием необходимых исполнительных органов и механизмов, позволяющих в реальном масштабе времени изменять топологические параметры сети, а также воздействовать на смежные энергетические объекты (генерацию и потребление);

· системой управления в реальном масштабе времени, обеспечивающей взаимодействие сети с генерирующими установками и позволяющей адекватно реагировать на изменения режимной ситуации в энергосистеме;

· возможностью автоматической (программными средствами) оценки текущей и прогнозирования будущей ситуации в энергосистеме и ее отдельных частях, а также воздействия на энергетические объекты и оборудование для предотвращения нарушений электроснабжения, их локализации в случае возникновения и послеаварийного восстановления системы;

· высоким быстродействием управляющей системы и информационного обмена с целью управления, организация циклического контроля состояния системы, ее частей и элементов с разными временными циклами на разных уровнях управления .

В основу построения активно-адаптивной сети и принципов управления энергосистемой закладывается приоритетность системных факторов и условий: надежность и экономичность системы в целом. Признак собственности (принадлежность) сетевых элементов не может быть существенным фактором при выборе средств управления сетью, поскольку различия интересов собственников не дадут возможность сформировать эффективно работающую активно-адаптивную сеть. Средства и принципы управления должны быть общими для всей единой электроэнергетической системы с активно-адаптивной сетью и определяться нормативными документами (сетевым кодексом), принимаемыми на уровне законов и постановлений правительства, что обуславливает обязательность их исполнения всеми собственниками сети.

Моделирование процессов генерации, передачи электроэнергии очень сложная и ресурсоемкая задача. Для её выполнения необходимы следующие положения:

1. С целью оперативности и адекватности моделирования ЭЭС:

для всех видов элементов ЭЭС (генераторов, потребителей, ЛЭП) синтезируются математические модели, которые полно и достоверно воспроизводят процессы в этом оборудовании при нормальных и аварийных режимах его работы;

имеется возможность ручного, автоматизированного и автоматического управления параметрами и коэффициентами математических моделей;

для максимальной близости к реальной ЭЭС по линиям связи между элементами сети передается синусоидальное напряжение, которое, при необходимости обработки, преобразуется в цифровой сигнал, и обратно в аналоговый - для последующей передачи.

2. В соответствии с естественной структурностью ЭЭС математическое моделирование каждого элемента ЭЭС локализуется, а их естественное трехфазное взаимодействие в схеме ЭЭС осуществляется путем преобразования входных-выходных математических переменных в соответствующие им модельные физические токи, напряжения и организации посредством трехфазных коммутаций, согласно топологии моделируемой ЭЭС, трехфазных модельных физических узлов. Такое моделирование элементов и ЭЭС исключает взаимокоммуникацию математических переменных между элементами ЭЭС, которая возникает в случае решения узловых уравнений, обеспечивает полное автономное и системное физическое подобие всех элементов ЭЭС, высокоадекватное воспроизведение всевозможных продольных и поперечных трехфазных коммутаций, возможность естественного и практически неограниченного наращивания размерности моделируемой ЭЭС, а также подключения, в случае необходимости, модельных физических элементов и через несложные преобразовательно-масштабирующие звенья реальных устройств релейной защиты (РЗ), противоаварийной автоматики (ПА), автоматики регулирования возбуждения (АРВ) и др.

3. Все автоматизированные и автоматические информационно-управляющие возможности, в том числе потенциально необходимые, всережимного моделирования в реальном времени ЭЭС осуществляются программно-цифровым путем посредством организации информационного взаимодействия между моделируемыми элементами ЭЭС и центральной ЭЦВМ (ЦЭЦВМ) - сервером, реализуемого с помощью необходимых для этого информационных цифровых магистралей, интерфейсных средств, ПЭВМ и специализированного программного обеспечения (СПО).

1.2 Современное состояние ААС

Ещё с 70-х годов ХХ века в Советском Союзе, США и Европе проводились эксперименты по созданию «умных» сетей, которые сегодня носят название Smart Grid . Технология - технология самодиагностики, анализа и отчета - была создана для повышения надежности работы оборудования, возможности контролировать его на расстоянии. Однако концепция ААС была разработана относительно недавно, а термин Smart Grid был впервые использован в 2005 году в статье «На пути к Smart Grid » Масуда Амина и Брюса Волленберга. И это не случайно. В настоящее время страны всё больше задумываются о снижении потерь, потребления невозобновляемых природных ресурсов и повышении качества передаваемой электроэнергии.

Ежегодно при передаче теряется огромное количество электроэнергии. В Японии 5% от общего объема, в Западной Европе - 4-9%, США - 7-9%. Больше всего электричества пропадает в нашей стране: 13-14%, что в среднем составляет 133577 гВт·ч.

Использование «умных» сетей позволяет не только значительно сократить потери, но и:

· более эффективно использовать имеющуюся энергию;

· интегрировать и распределять энергию из альтернативных источников;

· в автоматическом режиме диагностировать и устранять возникающие проблемы;

· поставлять электричество в необходимом количестве;

· сократить затраты энергоресурсов (например, в США при введении Smart Grid потребление нефти может уменьшиться на 6.2 барреля в сутки);

· сократить выбросы в атмосферу углекислого газа .

Главным преимуществом новой системы является двусторонняя связь с потребителем электроэнергии. Технология Smart Grid действует через систему «интеллектуальных» счетчиков, установленных на предприятиях, в квартирах и т. д. Они передают информацию о потреблении энергии, что позволяет скорректировать использование электроприборов во времени; распределить электричество в зависимости от потребности. В свою очередь все это позволит потребителю значительно снизить расходы на электроэнергию.

Но это в перспективе, пока же внедрение «умных» сетей носит фрагментарный и по большей части экспериментальный характер.

1.3 Аналитический обзор существующих решений по созданию и исследованию компонентов Smart Grid

В некоторых штатах США проводились исследования по вводу «интеллектуальных» сетей. В результате снизились пиковые нагрузки на электросеть, в среднем на 10% уменьшились счета за электричество (при этом его стоимость увеличилась на 15%). С 2007 года создание системы Smart Grid - один из национальный приоритетов Соединенных Штатов. В 2010 году Барак Обама выделил 4.4 миллиарда долларов на модернизацию электрических сетей. По некоторым оценкам использование системы Smart Grid к 2020 году позволит США сэкономить около 1.8 триллионов долларов за счет снижения потребления энергии и повышения надежности.

В Европе предусмотрено финансирование программ по распространению «умных» сетей в размере 750 миллиардов долларов в течение 30 лет.

На сегодняшний день наиболее активно и полномасштабно технология Smart Grid развивается и распространяется в Дании. В большей степени это связано с тем, что именно в этой стране значительное количество энергии поступает из альтернативных источников (20% от общего объема энергии поступает от ветряных электростанций).

Проект «FENIX » (Flexible Electricity Networks to Integrate the expected Energy Evolution) . Проект построения гибкой электрической сети, основными целями которого являются: отработка механизмов функционирования общеевропейской энергосистемы, в частности, разработка концепции виртуальных электростанций (VPP ); отработка алгоритмов включения в общую систему распределённых источников генерации (DER ) и возобновляемых источников энергоресурсов (RES ); разработка новых программно-аппаратных платформ для претворения в жизнь концепции VPP ; технико-экономическое обоснование применения VPP ; демонстрация разработок на полигонах в Испании и Великобритании. Данный проект объединил ведущих игроков европейского энергетического рынка, таких как Iberdrola, ElectricitйdeFrance, EDF EnergyNetworks, RedElйctricadeEspaсa, National GridTransco, Siemens PSE, Areva T&D и др.

Проект «ADDRESS » (Active Distribution network with full integration of Demand and distributed energy RESourceS). Данный проект является составной частью европейской концепции сетей будущего Smart Grids European Technology Platform и объединяет работу 25 компаний из 11 стран Европы, включая EDF, ABB, Enel, Kema, Philips и др. Проект стартовал в 2008 году планируется к завершению в 2013.

Проекты построения MicroGrid - отдельных энергосетевых структур, расположенных на небольшой территории, обладающих собственными генерирующими источниками и способными взаимодействовать с центральной сетью для решения задач покрытия максимума пиковых нагрузок. Проекты успешно реализуются в Европе (консорциум 14 компаний из 7 стран во главе с Национальным технологическим университетом Афин (NTUA )), США (проекты реализуемые консорциумом CERTS , компанией GE ), Канаде, Японии.

Проект построения интеллектуальной энергетической инфраструктуры (распределённая генерация, возобновляемые источники энергии, средства аккумулирования энергии, центры диспетчерского управления) в трёх префектурах Японии, реализуемый компанией Mitsubishi Electric .

На рынке «интеллектуальных» сетей доминирует компания Cisco . Она была основана в 1984 году и первоначально ее деятельность заключалась в разработке и продаже маршрутизаторов, затем сфера интересов компании расширилась и несколько лет назад ею была предложена система Smart Grid . На сегодняшний день Cisco принадлежит более 20% рынка телекоммуникации, а оборот составляет 39.12 млрд. долл. С 1995 года Cisco действует на рынке стран СНГ. В Москве и Санкт-Петербурге, Украине, Казахстане, Азербайджане, Узбекистане существуют ее представительства.

В России наиболее значимые проекты в сфере интеллектуальных систем учета реализуются ОАО «Холдинг МРСК». Одним из самых масштабных и интересных является федеральный проект Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России «Считай, Экономь, Плати».

По многим причинам российские проекты пока не столь продвинуты, как их зарубежные аналоги, в частности, пока слабо реализуется потенциал собственно управления спросом. Однако, как представляется, это вопрос времени, тем более, что тематике «умных измерений» придается все возрастающее значение как корпоративным сектором, так и федеральными и региональными властями.

Для распределительного электросетевого комплекса применение технологии умных сетей является одной из важнейших задач. В настоящее время активно реализуются проекты внедрения умных приборов учёта электроэнергии, создаются центры управления сетями, повышается наблюдаемость ПС. Первоочередной задачей в «интеллектуализации» распределительной сети является умный учёт. При этом очевидной становится проблема разнородности применяемых приборов учёта по функционалу и используемому коммуникационному интерфейсу. Предстоит большая работа по созданию единого информационного ландшафта системы учёта, подразумевающей применение открытых, гибких многофункциональных компонентов (в частности, приборов учёта), работающих по принципу «plug and play ». В этом случае опыт западных коллег был бы весьма полезен .

1.4 Аналитический обзор стендов для исследования сетей Smart Grid

1.4.1 Всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем

Всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем предназначен для непрерывного и высокоточного моделирования в реальном времени и на неограниченном интервале единого спектра всевозможных нормальных и аварийных режимов и процессов, включая трехфазные по мгновенным значениям, в оборудовании и электроэнергетических системах в целом. Представляет собой многопроцессорную программно-техническую систему гибридного типа. Может работать автономно и информационно взаимодействовать с различными внешними программами. Для пользователей является современным многофункциональным автоматизированным рабочим местом. Был разработан в Томском политехническом университете .

Рисунок 1.1 - Архитектура всережимного моделирующего комплекса реального времени электроэнергетических систем

Из плюсов данного стенда можно отметить компактность (основные элементы расположены в шкафу), а также расширяемость комплекса с помощью подключения дополнительных адаптеров.

1.4.2 Программно-технический комплекс RTDS

RTDS (Real - Time Digital Simulation ) это платформа моделирования энергосистемы в режиме реального времени для точного моделирования и анализа переходных процессов фирмы RTDS Technologies Inc . (Канада). Этот комплекс предназначен для изучения стационарных режимов и электромагнитных переходных процессов в электроэнергетической системе (ЭС) в реальном масштабе времени. Исследования ЭС высокого напряжения переменного и постоянного тока выполняются путем цифрового моделирования процессов с использованием алгоритмов, аналогичных тем, что используются в программах типа EMTP (Electromagnetic Transients Program).

RTDS позволяет решать следующие задачи:

· полный цикл проверки релейной защиты, единой защиты и схем управления;

· полный цикл проверки систем управления для сетей постоянного и переменного тока, высокого и низкого напряжения, синхронных машин;

· изучение работы систем переменного тока, включая режим генерации и передачи электрической энергии;

· исследование взаимодействия оборудования для энергетики;

· изучение взаимодействия между объединенными AC/DC системами;

· обучение и тренировка инженерно-технического персонала объектов электроэнергетики.

Рисунок 1.2 - Архитектура программно технического комплекса RDTS

Через устройства ввода-вывода к RTDS подключается различное внешнее оборудование, такое как измерительные устройства, релейная защита и контроллеры, например, устройства управления регулируемых электроприводов или управляемых компенсаторов реактивной мощности. При этом условия функционирования подключенного оборудования соответствуют реальным условиям. Это позволяет тестировать функционирование устройств без их включения в реальную энергосистему .

К положительным моментам ПТК RDTS можно отнести дружественный графический интерфейс, возможность расширения путем добавления моделей с помощью программного комплекса PSS/E .

1.4.3 Тренажеры для электроэнергетических систем сетевых компаний

РЕТРЕН (сокращение от слов Режимный тренажер) разработан сотрудниками ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС», как интегрированная многофункциональная система, решающая ряд часто встречающихся задач оперативно-диспетчерского управления ЭЭС и энергообъединениями по анализу и оперативному ведению режима. Комплекс РЕТРЕН включает в себя интерактивную динамическую модель ЭЭС, на базе которой функционируют системы анализа текущего режима, многофункциональный тренажер-советчик диспетчера ЭЭС и автоматизированная система обучения.

В тренажерном комплексе РЕТРЕН, реализованном на базе системы конструкторов КАСКАД, функционирует динамическая интерактивная модель энергообъединения реального времени, и вся система отображения привязана к информации этой модели. Модель динамики ЭС учитывает электромеханические и длительные переходные процессы, системы вторичного регулирования и противоаварийной автоматики.

Комплекс РЕТРЕН позволяет решать широкий круг задач от расчета установившихся и переходных режимов в ЭС и энергообъединениях до задач обучения и тренировки оперативно-диспетчерского персонала. Оценка параметров ЭС как объектов управления, вычисление потерь в сетях и затрат по управлению нормальными, утяжеленными и послеаварийными режимами - все эти задачи могут быть решены комплексом РЕТРЕН.

Комплекс внедрен в Мосэнерго, СО-ЦДУ и ФСК ЕЭС. На комплексе РЕТРЕН впервые в России проведена совместная международная межсистемная тренировка оперативно - диспетчерского персонала в Санкт-Петербурге в 1996 г. .

Преимуществами данного комплекса являются:

1. Открытость программной среды с поддержкой COM -технологий;

2. Поддержка аппаратных платформ INTEL и ALPHA .

3. Возможно взаимодействие с базами данных с SQL доступом (MS SQL, ORACLE и т.п.) и базами данных реального времени типа СК-2000, ДИСПЕТЧЕР, КИО-3, Мосэнерго.

1.5 Обзор архитектуры комплекса полунатурного моделирования локальной активно-адаптивной сети

В данной системе используется принцип полунатурного моделирования. Это означает, что модель генератора является аналогом реального генератора, вырабатывающего электроэнергию напряжением 220 В с частотой 50 Гц. Однако оборудование и линии передачи не предназначены для передачи напряжения такой величины. Поэтому значения масштабируются, и реально генерируется и передается напряжение величиной до 10 В.

Архитектура лабораторного комплекса полунатурного моделирования ААС представлена в графической части ВКР на листе 1.

Архитектура комплекса полунатурного моделирования представляет собой двухуровневую систему:

1. Физический уровень - это уровень имитации активно-адаптивной сети. Он построен на контроллерах, которые содержат модели генераторов, потребителей, моделируют потери в линиях электропередач. Оборудование, используемое на этом уровне, является высокопроизводительным и позволяет выполнять сложные вычисления, а среда передачи имеет большую пропускную способность. В целом это дает возможность моделирования такой сложной системы. Физический уровень состоит из трех подсистем:

· система имитации генераторов и потребителей;

· контроллеры активно-адаптивной сети;

· система имитации MicroGrid .

Система имитации генераторов и потребителей представляет собой контроллеры с установленными математическими моделями. Генераторы сети - вырабатывают электрическую энергию, которая передается через систему имитации MicroGrid . Эта система моделирует линию электропередачи с существующими в ней потерями. Контроллеры активно-адаптивной сети позволяют производить замеры основных показателей генераторов и потребителей (токи в каждой фазе, напряжения, потребляемая или генерируемая мощность и т.д.) и передают эти данные в следующий уровень - информационный, на центральный сервер.

2. Информационный уровень системы обеспечивает диспетчеризацию. Его составляющие:

· центральный сервер;

· автоматизированные рабочие места.

Центральный сервер необходим для сбора и хранения информации о внештатных ситуациях в системе, учета количества и качества вырабатываемой и потребляемой электроэнергии моделями потребителей и генераторов. Автоматизированные рабочие места лабораторного комплекса идентичны реальным АРМ, используемым на промышленных предприятиях.

Более подробно аппаратное обеспечение комплекса полунатурного моделирования локальной активно-адаптивной сети рассмотрено в приложении А данной ВКР.

1.5.2 Программное обеспечение комплекса

Работу комплекса обеспечивают программы, написанные на LabVIEW - инструментарии программирования фирмы National Instruments . Все модели, интерфейсы АРМ созданы с помощью этого инструментария.

Программное обеспечение MicroGrid состоит из следующих проектов:

· NES (network emulation system ) - LabVIEW проект для сервера системы имитации MicroGrid ;

· CES (component emulation system ) - LabVIEW проект для системы имитации генераторов и потребителей;

· RTU (remote terminal unit ) - LabVIEW проект для контроллеров локальной ААС;

· MCS (main communication server ) - LabVIEW проект для сервера сбора данных;

· OWS (operation work station ) - LabVIEW проект для автоматизированных рабочих мест;

1.5.3 Сетевое обеспечение комплекса

Все элементы комплекса объединены в сеть, состоящую, как говорилось ранее, из генераторов, потребителей, контроллеров и сервера имитации. Схема подключения оборудования показана в графической части диплома, на листе 2.

Имитация линий электропередачи осуществляется при помощи математической модели, исполняемой на контроллере PXI , и физически расположена между модулями №1 и №2.

Связь между объектам ААС (генераторами, потребителями и контроллерами) осуществляется с помощью аппаратного имитационного интерфейса. Для передачи сигналов используется кабель NI SHC 68-68-RMIO . Это высокопроизводительный экранированный кабель, разработанный специально для R -серии многофункциональных устройств. Подключение осуществляется к 68-контактным клеммам. Имеется индивидуальное экранирование аналоговых входов/ выходов и цифровых линии ввода / вывода.

1.5.3.1 Протоколы передачи информации

В данной системе существует 2 протокола передачи информации TCP /IP и DNP 3.

TCP /IP - набор сетевых протоколов передачи данных, используемых в компьютерных сетях. Название происходит из двух наиболее важных протоколов семейства -- Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP), которые были разработаны и описаны первыми в данном стандарте. Протоколы работают друг с другом в стеке -- это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP . Используется для передачи информации по Ethernet от сервера к АРМ.

Скручивание проводников между собой производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитные помехи одинаково влияют на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом.

1.5.4 Математическое обеспечение комплекса

В системе поддерживает аппаратную имитацию следующих объектов: турбогенератор, батарея солнечных элементов, ветряной генератор, батарея топливных элементов.

1.5.4.1 Турбогенератор

Система имитирует работу турбогенератора - скорость вращения, вращающий момент, ток возбуждения холостого хода, КПД, переключатель и предохранитель.

С помощью переключателя уже синхронизированный генератор подключается к сети. После синхронизации и подключения генератор начинает вырабатывать электроэнергию. Так как генератор уже подключен к сети в не зависимости от изменения имитирующих параметров, напряжение генератора больше не меняется.

Модель содержит предохранитель для максимального вращающего момента. Предохранитель реализован в среде графического программирования LabVIEW . Он задает максимальный лимит для элемента управления вращающего момента (пользователь не сможет задать значение вращающего момента больше чем значение предохранителя).

Входные параметры модели (вращающий момент, ток возбуждения холостого хода, КПД) вводятся пользователем.

1.5.4.2 Батарея солнечных элементов

Система имитирует работу солнечных элементов - интенсивность солнца, область элементов, КПД, инвертор, переключатель и предохранитель.

С помощью инвертора модель определяет параметры выходного напряжения генератора. Параметры системы можно задавать с помощью элементов на лицевой панели. Патеры инвертора игнорируются (выходная мощность инвертора равна входящей). Переключатель в этой модели также реализует подключение её в сеть.

Модель содержит предохранитель для установки максимальной интенсивности солнца. Предохранитель реализован в среде графического программирования LabVIEW . Он задает максимальный лимит для элемента управления интенсивности солнца (пользователь не сможет задать значение интенсивности солнца больше чем значение предохранителя).

Как и в модели турбогенератора, входные параметры модели солнечных элементов (интенсивность солнца, область элементов, КПД) вводятся пользователем.

1.5.4.3 Ветряной генератор

Система имитирует работу ветряного генератора - скорость ветра, плотность воздуха, диаметр ротора, инвертор, переключатель и предохранитель.

С помощью инвертора модель определяет параметры выходного напряжения генератора. Параметры системы можно задавать с помощью элементов на лицевой панели. Потери инвертора игнорируются (выходная мощность инвертора равна входящей).

Переключатель, как и в описанных выше моделях, позволяет уже синхронизированный генератор подключить к сети. После синхронизации и подключения генератор начинает вырабатывать электроэнергию. Так как генератор уже подключен к сети в не зависимости от изменения имитирующих параметров, напряжение генератора больше не меняется.

Входные параметры модели (скорость ветра, плотность воздуха, диаметр ротора, параметры выходного напряжения инвертора) вводятся пользователем.

1.5.4.4 Батарея топливных элементов

Система имитирует работу батареи топливных элементов - заряд, напряжение элемента, количество элементов. Входные параметры модели (заряд, напряжение элемента, количество элементов) вводятся пользователем .

1.6 Система диспетчеризации комплекса полунатурного моделирования локальной активно-адаптивной сети

Система диспетчеризации комплекса позволяет осуществлять диспетчерское управление всей системой, просматривать текущее состояние и исторические события, анализировать работу комплекса.

1.6.1 Сервер сбора данных

Сервер сбора данных находится в серверном шкафу. Состоит из сервера и монитора.

Сервер выполняет следующие функции:

1. Объединение интеллектуальных контроллеров и АРМ. На сервере установлено программное обеспечение, осуществляющее сбор данных с контроллеров. АРМ имеет свое программное обеспечение, позволяющее считать данные, хранящиеся на сервере.

2. Ведения базы данных SCADA -системы. На сервере имеется база данных, называемая HIL _ MicroGrid . Эта база данных содержит все параметры, считываемые с моделей генераторов и потребителей (сила тока в каждой фазе, напряжение, потребляемая или генерируемая мощность и т.д.)

3. Генерация и хранение отчетов. В базе данных, помимо параметров генераторов и потребителей, имеются и данные об авариях и других внештатных ситуациях.

4. Обработка тревог и событий. Отдельная СУБД - MS SQL позволяет генерировать тревоги и события в сети, на которые система должна адекватно реагировать.

5. OPC , DNP 3 коммуникация. Сервер сбора данных для чтения параметров с контроллеров использует специализированное программное обеспечение - OPC -сервер KEPServerEX . OPC -сервер считывает эти параметры и передает их по сети Ethernet по протоколу DNP 3.

6. Обработка и хранение конфигураций системы. Сервер хранит конфигурацию сети, параметры, которые необходимо считывать с контроллеров, а также позволяет редактировать модель сети: например добавлять генераторы или потребители.

Сервер размещается в одной стойке вместе с сервером системы имитации MicroGrid . Название сервера MGMCS _ Server .

1.6.2 База данных

Для управления базой данных используется СУБД «Citadel 5 Universe » производства фирмы «National Instruments ». База данных носит название HIL _ MicroGrid .

MGMCS _ Server содержит:

· информацию об аутентификации (имя пользователя, пароль);

· текущие параметры шести потребителей и четырех генераторов: токи в каждой фазе, напряжение, активная и реактивная мощность и т.д.;

· аварии в системе и другие диагностические события.

Можно реализовать конвертацию данных через инструментарии LabVIEW с помощью Distributed System Manager. Distributed System Manager - программное обеспечение, которое позволяет просматривать все переменные, которые содержатся в базах данных.

1.6.2.1 Сбор информации в базу данных

Сбор данных: сила тока, напряжение в каждой фазе, активная и реактивная мощность и т.д. происходит посредством сервера опроса KEPServerEX . KEPServerEX -- это OPC -сервер, который обеспечивает связь с контроллерами активно-адаптивной сети. Сигналы с контроллеров передаются с помощью протокола DNP 3 на OPC -сервер KEPServerEX . Эти данные далее определяются как переменные «shared variable », которые записываются в базу данных HIL _ MicroGrid .

На рисунке 1.3 показано главное окно конфигурации OPC сервера KEPServerEX . В нем настроены каналы и устройства - потребители и генераторы. Каждый потребитель или генератор имеет набор тегов AI (Analog Input - аналоговый вход) и DO (Discreet Output - дискретный выход).

AI - набор входных аналоговых данных: напряжение, ток, частота и т.д.

DO - набор выходных дискретных сигналов: сигналы на включение, выключение перезагрузку генератора, включение генератора в втоматический или ручной режим работы, перезагрузку потребителя. Эти сигналы поступают от диспетчера через АРМ, или включаются автоматически с помощью ПО системы моделирования.

Рисунок 1.3. OPC сервер KEPServerEX

1.6.3 Система управления базой данных Citadel

СУБД Citadel является неотъемлемым компонентом многих программных продуктов National Instruments . В качестве общего механизма хранения данных, Citadel позволяет этим программным продуктам обмениваться результатами производственного мониторинга и измерений.

Чтобы просмотреть данные, хранящиеся в любой базе данных Citadel можно использовать «Historical data viewer ». Выберите «My system » - «Historical Data » в дереве NI Measurement & Automation Explorer, чтобы просмотреть исторические данные. Здесь вы увидите локальную базу данных HIL _ MicroGrid и её содержимое.

Рисунок 1.4. База данных HIL_MicroGrid в окне Measurement & Automation Explorer

СУБД Citadel хранит базу данных в виде группы файлов на жестком диске. База данных Citadel обычно находится в отдельной папке. Nati onal Instruments не рекомендует размещать в папке файлы, которые не имеют отношения к базе данных. Типичная база данных состоит из набора файлов, похожих на те, что изображены на рисунке 1.5 .

Рисунок 1.5. Типичный набор файлов базы данных Citadel

Количество файлов *.c dpg и файлов *.cdib варьируется в зависимости от количества данных в базе. n odetree .* , p id .cdih , и stridm .cdin файлы содержат важную информацию о структуре базы данных. Файлы СУБД MS SQL содержат историческую информацию аварий. Citadel создает MS SQL файлы сразу после первого срабатывания сигнализации.

1.6.4 Система управления базой данных MS SQL

Для хранения наименований элементов сети, параметров, информации об авариях или других внештатных ситуациях используется СУБД MS SQL .

С помощью СУБД Citadel информация записывается в базу данных MS SQL . Таким образом, Citadel хранит только текущие параметры электроэнергии, а исторические данные записываются в MS SQL .

На рисунке 1.6 представлено окно MS SQL со списком таблиц.

Рисунок 1.6. СУБД MS SQL

Генерация тревог происходит по следующим таблицам:

· dbo .table _ set - таблица генерации тревог (в ней же содержатся переменные «shared variable »);

· dbo .table _ ack - таблица обнаруженных системой тревог;

· dbo .table _ clear - таблица обработанных тревог.

Эти три таблицы объединены по первичному ключу «aeKEY ».

Модель базы данных изображена в графической части ВКР на листе 5.

1.6.5 Автоматизированное рабочее место

Фотография автоматизированных рабочих мест комплекса представлена на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7. Автоматизированные рабочие места

Имеется два автоматизированных рабочих места, представляющих собой каждый: два монитора, две настенные ЖК-панели, клавиатуру и мышь. Программное обеспечение для АРМ - проект в LabVIEW , который называется OWS . Этот проект одинаков для обоих АРМ, однако, у каждого АРМ своя конфигурация:

1 АРМ позволяет просматривать параметры сети, генераторов и потребителей. Также управление сетью и генераторами, а именно: перевод режима генератора авто/ручной; вкл./выкл. сеть; вкл./выкл. генератор;

2 АРМ позволяет просматривать параметры сети, генераторов и потребителей.

Программное обеспечение для АРМ состоит из следующих разделов:

1. Главное окно. Здесь представлена моделируемая МиниЭЭС. В данном разделе возможна навигация по трём отдельным ветвям, а также наблюдении параметров электроэнергии в восемнадцати точках наблюдения: Р1, Р2 и т.д. Схема МиниЭЭС, которую можно наблюдать на экране АРМ оператора, изображена в графической части ВКР, на листе 3. Там же имеется пример пробы текущих параметров в точке Р3.

Если указать на какой либо элемент МиниЭЭС, то произойдет переход к ветви, содержащей данный элемент. Например: указали на генератор G 1 - перешли к первой ветви. Здесь представлены только элементы данной ветви и суммарные активные и реактивные мощности, коэффициенты мощностей генераторов и потребителей.

Рисунок 1.8. Первая ветвь МиниЭЭС

Мониторинг в реальном времени. В данном разделе отображаются измеряемые данные в реальном времени, а также статусы генераторов (синхронизация с сетью, автономный режим, подключение к нагрузке). На рисунке 1.9 показано окно мониторинга состояния генератора G 1.

Рисунок 1.9. Генератор G 1. Мониторинг в реальном времени

2. Контроль и управление. В данном разделе пользователь может отправить команду для того, чтобы подключить/отключить генератор или потребитель от сети. Здесь представлено изображение генератора, его вид (турбогенератор, батарея солнечных элементов или ветряной генератор), осциллограмма напряжений и токов, а также режим работы генератора (автоматический или ручной).

Рисунок 1.10. Генератор G 1. Контроль и управление

3. Мониторинг тревог и событий. Данный раздел позволяет просматривать различные внештатные ситуации в работе оборудования. На рисунке 1.11 показано окно тревог и событий. События выделяются цветами:

1) Красные - самые значимые (нет связи с сервером, системой имитации и т.д.). Тёмно красные - очищенные, неподтвержденные тревоги. Красные - неочищенные, неподтвержденные тревоги.

2) Желтые - события, например - изменения в конфигурации сети (подключение или отключение генератора).

3) Зеленые - неочищенные, подтвержденные тревоги.

4) Серые - очищенные, подтвержденные тревоги.

Оператору необходимо подтверждать обнаружение аварий и принимать меры к их устранению. Таким образом, программное обеспечение автоматизированных рабочих мест моделируемой сети соответствует реальному АРМ, используемому на предприятиях.

Рисунок 1.11. Экран АРМ оператора. Тревоги и события

1.6.6 Архитектура сети диспетчеризации

Архитектура сети диспетчеризации представлена в графической части ВКР, на листе 4. Как видно из рисунка, контроллеры, сервер и автоматизированные рабочие места связаны посредством сети Gigabit Ethernet . Все элементы подсоединены к сетевому коммутатору и через него имеют выход в локальную сеть глобальную сеть Internet

1.7 Алгоритм работы комплекса

На рисунке 1.12 представлена блок-схема алгоритма работы локальной ААС.

Рисунок 1.12. Блок-схема алгоритма работы локальной ААС

Блок 1. Задание структуры МиниЭЭС. Алгоритмический блок обеспечивает ввод структуры МиниЭЭС.

Блок 2. Задание начальных условий МиниЭЭС (КПД, скорости вращения генераторов, состояние потребителей и т.д.). Алгоритмический блок обеспечивает ввод начальных условий, определяющих текущее состояние МиниЭЭС.

...

Подобные документы

Проект автоматизации системы энергосбережения на базе концепции Smart Grid. Анализ объекта управления, выбор оборудования. Реализация человеко-машинного интерфейса: центральный сервер, автоматизированные рабочие места, контроллеры активно-адаптивной сети.

курсовая работа , добавлен 02.10.2013


Понятие и теоретические основы построения локальных сетей, оценка их преимуществ и недостатков, обзор необходимого оборудования. Сравнительная характеристика типов построения сетей. Экономический эффект от использования разработанной локальной сети.

дипломная работа , добавлен 17.07.2010


Возможности программ моделирования нейронных сетей. Виды нейросетей: персептроны, сети Кохонена, сети радиальных базисных функций. Генетический алгоритм, его применение для оптимизации нейросетей. Система моделирования нейронных сетей Trajan 2.0.

дипломная работа , добавлен 13.10.2015


Структура локальной компьютерной сети организации. Расчет стоимости построения локальной сети. Локальная сеть организации, спроектированная по технологии. Построение локальной сети Ethernet организации. Схема локальной сети 10Base-T.

курсовая работа , добавлен 30.06.2007


Cisco Packet Tracer как сетевая программа моделирования, преимущества и недостатки, режимы и функциональные особенности. Установка программного обеспечения. Расширение сети посредством ввода дополнительного коммутатора. Создание второй локальной сети.

отчет по практике , добавлен 12.05.2013


Концепция построения, назначение и типы компьютерных сетей. Архитектура локальной сети Ethernet. Обзор и анализ сетевого оборудования и операционных систем. Обоснование выбора аппаратно-программной платформы. Принципы и методы проектирования ЛВС Ethernet.

дипломная работа , добавлен 24.06.2010


Причины распространения локальных вычислительных сетей (ЛВС). Принципы работы отдельных элементов ЛВС. Классификация сетей по признаку территориального размещения. Обзор программного обеспечения для удаленного управления с помощью сети Интернет.

курсовая работа , добавлен 12.10.2011


Особенности проектирования и анализ современных информационных локальных и глобальных вычислительных сетей. Проведение настройки виртуальной локальной вычислительной сети (VLAN), HTTP и DNS серверов, сетевых протоколов OSPF, RIP, STP, технологий NAT.

курсовая работа , добавлен 16.01.2014


Современные методики диагностирования соединения в сети. Интерфейс для отображения графической информации о структуре сетей. Инструменты получения маршрутов между узлами сети. Разработка модулей администрирования локальной вычислительной сетью.

отчет по практике , добавлен 28.03.2011


Основные характеристики и алгоритмы настройки виртуальной локальной вычислительной сети VLAN, протоколов маршрутизации, системы доменных имен и трансляции сетевых адресов с целью разработки корпоративной сети в среде имитационного моделирования.

Для решения существующих проблем в российской электроэнергетической отрасли необходим ее переход на новый качественный уровень путем формирования целостной многоуровневой системы управления с увеличением объемов автоматизации и повышением надежности всей системы. Этому способствует интеллектуальная энергетическая система с активно-адаптивной сетью, разработка которой за рубежом называется созданием SMART GRID.

Валерия Лакшевич,

руководитель пресс-службы ЗАО «Интелика» (Москва)

Активно-адаптивная сеть

«SMART GRID» – термин, обозначающий интеллектуальную сеть, которая расширяет при помощи цифровых технологий распределительную и транспортную системы для оптимизации текущих операций и открытия новых рынков для альтернативной энергетики.

Реализация концепции «интеллектуальная сеть» (smart grid, в России больше распространен термин «активно-адаптивная сеть») позволит в режиме online отслеживать и контролировать работу всех участников процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии, в автоматическом режиме оперативно реагировать на изменения различных параметров в энергосистеме и осуществлять электроснабжение с максимальной надежностью и экономической эффективностью.

Существует множество определений понятия «smart grid», среди которых можно выделить следующие, наиболее точно отражающие ее функциональные возможности:

• сеть, доставляющая электроэнергию от производителей к потребителям, используя двунаправленные цифровые коммуникации, и контролирующая устройства у потребителя для сохранения энергии, сокращения стоимости ее потребления и повышения надежности и прозрачности (Wikipedia);
• самобалансирующая, самонаблюдаемая сеть, работающая со всеми видами генерации (газ, уголь, солнце, ветер) и доставляющая конечным потребителям все виды энергии (тепло, свет, горячая вода) при минимальном участии человека (Siemens);
• интеллектуальная сеть расширяет при помощи цифровых технологий распределительную и транспортную сеть для оптимизации текущих операций и открытия новых рынков для альтернативной энергетики (IEEE *).

Среди целей создания интеллектуальной сети выделим следующие:

• увеличение использования цифровых и контролирующих технологий для обеспечения надежности, безопасности и эффективности электрической сети;
• динамическая оптимизация операций в сети с обеспечением полной информационной защищенности;
• развитие и интеграция распределенной генерации, включая возобновляемые источники энергии;
• управление спросом. Повышение энергоэффективности потребителей;
• использование интеллектуальных технологий для мониторинга состояния сети и управления сетью;
• интеграция «умных» приборов учета и устройств потребителя;
• развертывание и интеграция технологий хранения электроэнергии и снятия пиков нагрузки;
• предоставление потребителям своевременной информации и возможностей управления;
• разработка стандартов взаимодействия «умных» приборов и оборудования, подключенного к сети, включая инфраструктуру управления сетью (Plug&Play);
• идентификация и снижение неразумных и излишних барьеров, препятствующих развитию технологий, практик и услуг в области интеллектуальных сетей.

Отношение к концепции энергосбережения

Концепция «smart grid» чрезвычайно популярна во многих странах мира и рассчитана не только на собственно сетевые компании, но и на потребителя, генерацию и сбытовые компании. При этом интеллектуальный учет (smart metering) представляет собой необходимое условие реализации задачи повышения эффективности ЕЭС России и первый шаг на пути к построению интеллектуальной энергосистемы.

Конечно, в России уже сейчас есть лидеры в вопросах энергосбережения, достигшие реальных результатов в экономии топливно-энергетических ресурсов. Как правило, это коммерческие промышленные предприятия, которые, безусловно, заинтересованы в снижении энергоемкости производства, так как это повышает их конкурентоспособность и прибыль. Они системно подходят к вопросу и уже давно реализуют комплексные программы, включающие в себя как модернизацию основного производственного оборудования, так и повышение энергоэффективности зданий и сооружений.

Дела обстоят хуже в государственных организациях, поскольку, не встав перед необходимостью конкурировать на рынке, они пассивно выполняют задачи вышестоящих инстанций. Принимая во внимание колоссальный имущественный комплекс, принадлежащий государству, имеет смысл сделать акцент на развитии энергосервисных контрактов именно в этом секторе и на привлечении частных компаний для снижения энергозатрат.

Что касается населения, то оно очень пассивно, поскольку люди просто не могут увидеть, как затраты на электроэнергию связаны с их поведением. Необходимо внедрять интеллектуальные технологии учета электроэнергии и других ресурсов, предоставляющие возможность частному потребителю сформировать свой профиль потребления. Имея возможность выбора гибкого тарифа, потребитель сможет экономить, практически только изменяя свои привычки.

Применение «умных» приборов учета

Остановимся более подробно на использовании «умных» приборов учета для реализации масштабной задачи построения интеллектуальной сети. Если в России такие проекты только набирают обороты, учитывая определенные Федеральным законом №261-ФЗ об энергосбережении сроки обязательной установки приборов учета, то в мире процесс уже давно запущен и подобные инициативы исчисляются десятками и сотнями.

К примеру, правительство Канады приняло в 2006 году закон (Energy Conservation Responsibility Act), подразумевающий установку «умных» приборов учета в каждом доме и офисе к 2010 году и успешно движется к этой цели. Государственная сетевая и распределительная компания Hydro One, снабжающая электричеством Онтарио, разработала и реализует масштабную инициативу по внедрению системы «умных» приборов учета. К концу 2010 года этой инициативой будет охвачено около 1,3 млн. клиентов на территории обслуживания компании. Этот проект получил награду «Лучшая AMR-инициатива в Северной Америке».

Страны Евросоюза ставят перед собой задачу к 2020 году снизить объем энергопотребления на 20% и реализуют для этого необходимые проекты. К примеру, еще в 2006 году Enel, крупнейшая итальянская энергетическая компания, завершила проект по оснащению 32 млн. собственных потребителей «умными» приборами учета. Энергокомпании Швеции уже снабдили подобными приборами 100% потребителей электроэнергии.

В России сегодня существует реальная проблема, заключающаяся в том, что жилые и коммерческие здания тратят большой объем электроэнергии впустую, а организации, занимающиеся эксплуатацией таких зданий, не знают, сколько электричества потребляется в каждый момент времени. Это происходит потому, что существующие сети не оснащены системой обратной связи и цифровыми контроллерами, которые смогли бы помочь с распределением энергии и ее экономией.

Данная проблема рождает необходимость оснащения существующих распределительных сетей на границах с потребителями устройствами учета, соединенными в единую информационную сеть и позволяющими оптимально расходовать энергоресурсы.

Возможным решением могло бы стать использование, к примеру, приборов учета с авансовой системой оплаты за энергоресурсы.

У классической схемы расчетов за потребляемые энергоресурсы есть множество отрицательных моментов. На наш взгляд, ключевая проблема – разрастающиеся операционные расходы, которые включаются в тариф, что приводит к увеличению стоимости 1 кВт·ч для конечного потребителя. Повышение стоимости 1 кВт·ч приводит к увеличению среднего счета, что, в свою очередь, сказывается на платежеспособности малообеспеченных слоев населения. Это, безусловно, влечет за собой увеличение дебиторской задолженности, а также удорожание превентивных мер по борьбе с ней (продажа долгов коллекторам, дополнительное информирование потребителей посредством обзвона, печать писем-напоминаний, долговых квитанций и так далее). Помимо таких неизбежных операционных расходов, как аренда помещений, ФОТ и налоги, есть группа затрат, которая может быть существенна сокращена:

• стоимость обслуживания кредитов, предназначенных для покрытия кассовых разрывов;
• регулярные расходы на печать, конвертование и доставку счетов;
• содержание штата контролеров/обходчиков, осуществляющих контрольные обходы и вручную снимающих показания приборов учета;
• расходы, связанные с взысканием дебиторской задолженности и ведением претензионно-исковой работы в случае невозможности взыскания долгов собственными силами.

Выходом из ситуации может стать внедрение решений, основанных на принципе авансовых платежей с использованием смарт-карт, таких как, например, Intelica Meter-To-Cash. Процесс взаимодействия между сбытовой компанией и абонентом предельно упрощается и строится по следующему алгоритму:

• абонент вносит денежные средства на смарт-карту с помощью терминала самообслуживания/банкомата или оператора энергосбытовой компании;
• возвращаясь домой, абонент вставляет карту на 2 сек. в прибор учета. При этом данные об оплате и тарифе записываются в память прибора;
• по мере потребления электроэнергии прибор учета осуществляет списание денежных средств в соответствии с тарифом абонента;
• при достижении определенного уровня денежных средств (может устанавливаться индивидуально для каждого абонента) прибор учета автоматически информирует абонента звуковыми сигналами о необходимости пополнения баланса;
• если денежные средства на счете потребителя закончились, возможен отпуск электроэнергии в кредит. Размер кредита также может устанавливаться индивидуально для каждого абонента. Когда кредит исчерпан, прибор осуществляет автоматическое отключение до внесения денежных средств;
• после пополнения баланса прибор возвращается в режим штатного функционирования.

Помимо автоматического отключения существует режим ограничения по мощности. При активации данного режима прибор будет производить кратковременные отключения при превышении установленного порогового значения мощности.

Преимущества интеллектуальной сети

Реализация такой системы позволяет потребителю увидеть, как его поведение влияет на стоимость электроэнергии. Подобные интеллектуальные технологии учета электроэнергии предоставляют возможность частному потребителю сформировать свой профиль потребления. Это, в свою очередь, усиливает «энергосознательность» потребителя, который, преследуя собственные цели экономии, постепенно становится активным звеном энергосистемы. Сбытовые компании, в свою очередь, полностью решают проблему неплатежей в бытовом секторе.

Планка, заданная новой государственной программой энергосбережения и повышения энергоэффективности, принятой в октябре 2010 года и предполагающей снижение энергоемкости ВВП не менее чем на 13,5% к 2020 году, весьма высока. Для выполнения такой сложной задачи требуется комплексный подход, охватывающий всех субъектов рынка электроэнергетики: производителей (генераторов), сети, сбытовые компании и, конечно же, потребителей, и использующий такие технологии и процессы, при которых адекватно учитываются их интересы.

________________________________________________________________________

* Institute of Electrical and Electronics Engineers – Институт инженеров по электротехнике и электронике, международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники.

Предлагаем Вашему вниманию полное описание контрольной панели драйвера. Обращаем ваше внимание на то, что некоторые настройки доступны только при определенных типах применяемого оборудования. В данном обзоре мы постарались отразить все возможные настройки.

Главное окно панели

Главное окно представлено на иллюстрации:

Панель переходов находится слева и позволяет перемещаться по нужным пунктам настройки одним кликом. Меню Вид позволяет включить расширенный вид, который дает наиболее полный доступ ко всем возможностям настроек драйвера или настроить пользовательский вид панели, оставив только те пункты, которыми вы предполагаете пользоваться. Так же, в нижней левой части панели, предоставлен доступ к справочной системе контрольной панели (ссылка «Информация о системе»):

из которой вы сможете узнать о версиях файлов, установленных драйверов и другого программного обеспечения NVIDIA, а также характеристиках видеокарты.

Категория «Параметры 3D»

Регулировка изображений с просмотром

Доступны следующие настройки:

• Настройки согласно 3D приложению — данная опция позволяет управлять качеством и скоростью отображения средствами 3D приложений. Однако, включенные по умолчанию оптимизация трилинейной фильтрации и оптимизация выборки при анизотропии сохраняется при любых настройках приложения.
• Расширенные настройки 3D изображений — используются расширенные настройки драйвера, установленные самими пользователями. Ссылка «Перейти» открывает доступ к вкладке «Управление параметрами 3D». Именно управление дополнительными опциями драйвера позволяет добиться максимального качества изображения.
• Пользовательские установки с упором на… : — наиболее интересная опция, позволяющая упрощенное управление дополнительными опциями драйвера для начинающих пользователей:

Значение Производительность соответствует максимальной скорости работы и включает в себя настройки: вертикальная синхронизация выключена, все оптимизации (оптимизация трилинейной фильтрации, оптимизация мип-фильтра при анизотропии, оптимизация выборки при анизотропии) включены, отрицательный уровень детализации: запрет отрицательного уровня — включен, фильтрация текстур — «качество», управление анизотропной фильтрацией и сглаживанием осуществляется приложениями.

Значение Баланс имеет следующие настройки: сглаживание — 2х, анизотропная фильтрация — 4х, все оптимизации (оптимизация трилинейной фильтрации, оптимизация мип-фильтра при анизотропии, оптимизация выборки при анизотропии) включены, отрицательный уровень детализации — включен, фильтрация текстур — «качество», вертикальная синхронизация — управляется приложениями.

Значение Качество имеет следующие настройки: оптимизация трилинейной фильтрации — включена, сглаживание — 4х, анизотропная фильтрация — 8х, отрицательный уровень детализации — разрешен, фильтрация текстур — «качество», вертикальная синхронизация — управляется приложениями.

Все режимы снабжены подробными пояснениями к их применению, а вращающийся логотип компании демонстрирует применение тех или иных настроек.

Для более детальной настройки используется окно Управление параметрами 3D .

Управление параметрами 3D

Глобальные параметры

Возможные настройки закладки Глобальные параметры :

Анизотропная фильтрация. Возможные значения — «Выкл.», «Управление от приложения», «2х—16х» (зависит от модели видеоадаптера). Анизотропная фильтрация на сегодня является самой продвинутой техникой компенсирующей искажение пикселей, а в сочетании с трилинейной фильтрацией дает наилучшее качество фильтрации. Активация любого значения кроме «Управление от приложения» позволяет игнорировать настройки приложений. Но не следует забывать, что это очень ресурсоемкая настройка, существенно снижающая производительность.

Вертикальный синхроимпульс. Возможные значения — «Вкл.» и «Выкл», «Использовать настройку 3D приложения». Под вертикальной синхронизацией (совершенно непонятно, зачем NVIDIA отошла от этого термина) понимают синхронизацию вывода изображения с частотой развертки монитора. Включение вертикальной синхронизации позволяет добиться максимально плавного изображения картинки на экране, выключение позволяет получить максимальное кол-во кадров в секунду, нередко приводя к срыву (смещению) изображения из-за того, что видеоадаптер начал прорисовку следующего кадра, тогда как еще не закончен вывод предыдущего. В силу использования двойной буферизации, включение вертикальной синхронизации может вызывать падение количества кадров в секунду и ниже частоты развертки монитора в некоторых приложениях.

Включение масштабируемых текстур. Возможные значения — «Нет» и «Билинейная», «Трилинейная». Нет — не включать масштабируемые текстуры в приложениях, которые их не поддерживают. Билинейная — лучшая производительность за счет падения качества. Трилинейная — хорошее качество изображения с более низкой производительностью. Использовать данную опцию в режиме принудительной билинейной фильтрации крайне не рекомендуется, поскольку качество изображения, получаемое при форсировании опции, просто удручающее.

Затенение фонового освещения. Включение технологии имитации глобального освещения (затенения) Ambient Occlusion. Традиционная модель освещения в 3D графике вычисляет вид поверхности исключительно по её характеристикам и характеристикам источников света. Объекты на пути света отбрасывают тени, но они не влияют на освещение других объектов сцены. Модель глобального освещения увеличивает реалистичность изображения, вычисляя интенсивность света, доходящего до поверхности, причем значение яркости каждой точки поверхности зависит от взаимного расположения других объектов сцены. К сожалению, честный объемный расчет затенения, вызванного объектами, расположенными на пути лучей света, все еще остается за пределами возможностей современного «железа». Поэтому была разработана технология ambient occlusion, позволяющая с помощью шейдеров рассчитывать взаимозатенение объектов в плоскости «виртуальной камеры» при сохранении приемлемой производительности, впервые использованная в игре Crysis. Данная опция позволяет применить эту технологию для изображения игр, не имеющих встроенной поддержки ambient occlusion. Каждая игра требует отдельной адаптации алгоритма, поэтому само включение опции осуществляется в профилях драйвера, а опция панели лишь разрешает использование технологии в целом. Со списком поддерживаемых игр можно ознакомиться на сайте NVIDIA . Поддерживается для графических процессоров G80 (GeForce 8X00) и новее начиная с драйвера 185.81 в Windows Vista и Windows 7. Может снизить производительность на 20-50 %. Возможные значения — «Вкл.» и «Выкл.».

Максимальное количество заранее подготовленных кадров — позволяет ограничить управлять максимальным числом подготовленных центральным процессором кадров при отлюченном. В случае возникновения проблем с замедленной реакцией мыши или джойстика, необходимо уменьшить значение по-умолчанию (3). Увеличение значения может помочь достижению более плавной картинки при низкой частоте кадров.

Ограничение расширения. Возможные значения — «Включено» и «Выключено». Применяется для решения проблем совместимости со старыми OpenGL приложениями из-за переполнения памяти, отведенной в них для хранения сведений о возможностях видеокарты. В случае аварийного завершения приложений, попробуйте включить ограничение расширения.

Потоковая оптимизация — позволяет управлять количеством, используемых приложениями GPU , в большинстве случаев изменения значения по-умолчанию (Авто) не требует. Однако, некоторые старые игры могут некорректно работать в таких конфигурациях. Поэтому и дана возможность управлять этой опцией.

Режим управления электропитанием . Возможные значения — «Адаптивный» (по-умолчанию) и «Максимальная производительность». С видеокартами GeForce 9X00 и более новыми, имеющими разделение на режимы производительности, для создающих небольшую нагрузку на графический процессор игр и программ драйвер не переводит видеокарту в режим производительности 3D. Это поведение можно изменить, выбрав режим «Максимальная производительность», тогда при любом использовании 3D видеокарта будет переходить в 3D режим. Эти функции доступны лишь при иcпользовании драйвера 190.38 и выше в Windows Vista и Windows 7.

Сглаживание — гамма-коррекция. Возможные значения «Вкл.» и «Выкл.». Позволяет выполнять гамма-коррекцию пикселов при сглаживании. Доступна на видеоадаптерах, основанных на графическом процессоре G70 (GeForce 7X00) и новее. Улучшает цветовую гамму приложений.

Сглаживание — прозрачность. Возможные значения — «Выкл.», «Множественная выборка», «Избыточная выборка». Управляет улучшенной технологией сглаживания, позволяющей уменьшить эффект «лесенки» на краях прозрачных текстур. Обращаем ваше внимание на то, что под словосочетанием «Множественная выборка», скрывается более привычный термин «Мультисэмплинг», а под «Избыточная выборка» — «Суперсемплинг». Последний метод имеет наиболее серьезное влияние на производительность видеоадаптера. Опция работоспособна на видеокартах семейства GeForce 6x00 и новее, при использовании драйверов версии 91.45 и выше.

Сглаживание — параметры. Пункт активен только если пункт «Сглаживание — режим» установлен в значение «Увеличение настройки приложения» или «Замещение настроек приложения». Возможные значения — «Управление от приложения» (что равнозначно значению «Управление от приложения» пункта «Сглаживание — режим»), и от 2х до 16х, включая «фирменные» Q/S режимы (зависит от возможностей видеокарты). Данная установка серьезно влияет на производительность. Для слабых карт рекомендуется использование минимальных режимов. Следует отметить, что для режима «Увеличение настройки приложения» эффект будут иметь только варианты 8x, 16x и 16xQ.

Сглаживание — режим . Включение полноэкранного сглаживания изображения (FSAA). Сглаживание используется для минимизации эффекта «ступенчатости», возникающего на границах трехмерных объектов. Возможные значения:

• «Управление от приложения» (значение по-умолчанию) — сглаживание работет, только если приложение/игра прямо его запросит;
• «Нет» — полностью запретить использование полноэкранного сглаживания;
• «Замещение настроек приложений» — принудительно применить к изображению сглаживание, заданное в пункте «Сглаживание - параметры», независимо от использования или неиспользования сглаживания приложением. «Замещение настроек приложений» не будет иметь эффекта на игры, использующие технологию Deferred shading , и приложения DirectX 10 и выше. Оно также может приводить к искажениям изображения в некоторых играх;
• «Увеличение настройки приложения» (доступно лишь для видеокарт GeForce 8X00 и более новых) — позволяет улучшить сглаживание, запрашиваемое приложениями, в проблемных местах при меньших, чем при использовании «Замещения настроек приложений» затратах производительности.

Сообщения об ошибках. Определяет, могут ли приложения проверять наличие ошибок рендеринга. Значение по-умолчанию «Выкл.», т.к. многие OpenGL приложения довольно часто проводят такую проверку, что снижает общую производительность.

Соответствующая привязка текстуры. Возможные значения — «Выкл.» , «Используются аппаратные средства», «Используется спецификация OpenGL ». Под «привязкой текстуры» понимают привязку координат текстуры, выходящих за ее пределы. Они могут быть привязаны к краям изображения или внутри него. Вы можете отключить привязку в случае появления дефектов текстур в некоторых приложениях. В большинстве случаев изменение данной опции не требуется.

Тройная буферизация. Возможные значения — «Вкл.» и «Выкл.». Включение тройной буферизации позволяет поднять производительность при использовании вертикальной синхронизации. Однако следует помнить, что не все приложения позволяют форсировать тройную буферизацию, и повышается нагрузка на видеопамять. Работает только для приложений OpenGL .

Ускорение нескольких дисплеев. Возможные значения — «Режим однодисплейной производительности», «Режим многодисплейной производительности» и «Режим совместимости». Настройка определяет дополнительные параметры OpenGL при использовании нескольких видеокарт и нескольких дисплеев. Панель управления назначает параметр по умолчанию. В случае проблем с работой приложений OpenGL в конфигурациях с несколькими видеокартами и дисплеями, попробуйте изменить настройку на режим совместимости.

Фильтрация текстур — анизотропная оптимизация фильтрации. Возможные значения — «Вкл.» и «Выкл.». При её включении драйвер форсирует использование точечного мип-фильтра на всех стадиях, кроме основной. Включение опции несколько ухудшает качество картинки и немного увеличивает производительность.

Фильтрация текстур. Возможные значения — «Высокое качество», «Качество», «Производительность», «Высокая производительность». Позволяет управлять технологией Intellisample. Параметр оказывает существенное влияние на качество изображения и скорость:

• «Высокая производительность» — предлагает максимально возможную частоту кадров, что дает лучшую производительность.
• «Производительность» — настройка оптимальной производительности приложений с хорошим качеством изображения. Дает оптимальную производительность и хорошее качество изображения.
• «Качество» — стандартная установка, которая дает оптимальное качество изображения.
• «Высокое качество» — дает наилучшее качество изображения. Применяется для получения изображений без использования программных оптимизаций фильтрации текстур.

Фильтрация текстур — о трицательное отклонение УД (уровня детализации). Возможные значения — «Разрешить» и «Привязка». Для более контрастной фильтрации текстуры в приложениях иногда используется отрицательное значение уровня детализации (LOD). Это повышает контрастность неподвижного изображения, но на движущихся объектах появляется эффект «шума». Для получения более качественного изображения при использовании анизотропной фильтрации желательно настроить опцию на «привязку», чтобы запретить отрицательного отклонение УД.

Фильтрация текстур — т рилинейная оптимизация. Возможные значения — «Вкл.» и «Выкл.». Включение данной опции позволяет драйверу снижать качество трилинейной фильтрации для повышения производительности, в зависимости от выбранного режима Intellisample.

Программные настройки

Закладка имеет два поля:

Выберите программу для настройки.

В этом поле вы можете видеть возможные профили приложений, служащих для замещения глобальных параметров настройки драйвера. При запуске соответствующего исполняемого файла, автоматически активируются настройки для конкретного приложения. Некоторые профили могут содержать настройки, недоступные для изменения пользователями. Как правило, это адаптация драйвера под конкретное приложение или устранение проблем с совместимостью. По умолчанию отображаются только те приложения, которые установлены в системе.

Укажите настройки для этой программы.

В этом поле вы можете изменить настройки для конкретного профиля приложения. Перечень доступных настроек полностью идентичен глобальным параметрам. Кнопка «Добавить» служит для добавления собственных профилей приложений. При её нажатии открывается окно проводника Windows, с помощью которого вы выбираете исполняемый файл приложения. После этого, в поле «Укажите настройки для этой программы» вы сможете выставить персональные настройки для приложения. Кнопка «Удалить» служит для удаления профилей пользовательских приложений. Обращаем ваше внимание, что удалить/изменить изначально присутствующие профили приложений средствами драйвера нельзя, для этого придется воспользоваться сторонними утилитами, такими как nHancer.

Установка конфигурации PhysX

Позволяет включить или отключить обработку физических эффектов с использованием технологии NVIDIA PhysX средствами видеокарты, при условии что она основана на графическом процессоре G80 (GeForce 8X00) или более новом. Поддержка включена по-умолчанию, отключение может потребоваться при решении проблем с приложениями, некорректно использующими PhysX (например, игрой Mirror`s Edge без патчей). При наличии более одного графического процессора NVIDIA в системе, пользователю предоставляется возможность выбора GPU , на котором будет происходить обработка физических эффектов, если только не используется режим SLI . Более подробно о особенностях применения NVIDIA PhysX , вы сможете ознакомиться в специальном разделе FAQ нашего сайта.

Дополнительно, начиная с версии драйвера 195.62, можно включить отображение индикатора ускорения PhysX в играх. Для этого в верхнем меню «Параметры 3D» отметьте «Показать визуальный индикатор PhysX ». Статус ускорения выводится в левом верхнем углу изображения.