【誤訳訂正書】
【提出日】平成20年5月26日(2008.5.26)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  ファン速度制御システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子装置エンクロージャ用のファン速度制御システムであって、
上記エンクロージャ内の複数の場所における温度を決定する手段と、
最小制御温度値，温度増分値および臨界温度から選択される１つ以上の変数を含む少なくとも１つの入力変数、ならびに、上記決定された温度に応じて、上記ファン制御システムの動作パラメータを決定する手段と、
上記動作パラメータと上記決定された温度に応じて、少なくとも１つの冷却用ファンの動作速度を設定する手段と、
ファン速度制御システム動作に関する情報信号を、外部制御装置との間で交換する手段とを有するファン速度制御システム。
【請求項２】
上記温度を決定する手段が、複数の温度センサと、これらの温度センサと接続したアナログマルチプレクサと、このアナログマルチプレクサと接続したＡ／Ｄ変換器と、アナログマルチプレクサのチャネル選択を制御し、Ａ／Ｄ変換器の出力を読み出す制御論理とを有する請求項１に記載のファン速度制御システム。
【請求項３】
上記ファン速度制御システムについて動作パラメータを決定する上記手段が、 複数の分圧器ネットワークと、上記分圧器ネットワークと接続したアナログマルチプレクサと、上記アナログマルチプレクサと接続したＡ／Ｄ変換器と、アナログマルチプレクサのチャネル選択を制御し、Ａ／Ｄ変換器の出力を読み出す制御論理とを有する請求項１に記載のファン速度制御システム。
【請求項４】
上記分圧器ネットワークが抵抗分圧器ネットワークを有する請求項３に記載のファン速度制御システム。
【請求項５】
上記抵抗分圧器ネットワークが、規制された供給電圧と接地電位の間に配置された複数の直列接続された抵抗を有する請求項４に記載のファン速度制御システム。
【請求項６】
２つの連続する直列接続された抵抗の間の各タップにおいて、８つの所定電圧からなる一組の電圧のうちの１つを生成するために抵抗値が選択される請求項５に記載のファン速度制御システム。
【請求項７】
少なくとも１つの冷却用ファンの動作速度を設定する上記手段が、上記制御論理と関連しており、選択した動作パラメータの線形補間に基づいて、ファン制御出力信号についてパルス幅変調デューティサイクルを計算する計算手段を有する請求項１に記載のファン速度制御システム。
【請求項８】
上記選択した動作パラメータの線形補間が、 測定した動作温度値と、動作温度値の所定範囲との間の比率を決定し、上記比率を所定のファン制御出力デューティサイクルの範囲に当てはめることによりファン制御出力デューティサイクルを選択する請求項７に記載のファン速度制御システム。
【請求項９】
上記情報信号を交換する手段が、シリアル通信バスを確立するために、ファン速度制御システムと外部制御装置の間でデータ信号情報ストリームとクロック信号情報ストリームを相互接続する手段と、情報信号交換を管理するためのシリアルバスインターフェース手段とを有する請求項１に記載のファン速度制御システム。
【請求項１０】
上記データ信号情報ストリームとクロック信号情報ストリームを相互接続する手段が、専用データ信号通信線と専用クロック信号通信線を有する請求項９に記載のファン速度制御システム。
【請求項１１】
上記シリアルバスインターフェース手段が、上記シリアル通信バス上のＳＴＡＲＴ状態を決定する手段と、上記外部制御装置から上記データ信号通信線上に連続的に伝送されたデータ信号を並列データ信号に変換する手段と、上記外部制御装置から連続的に伝送されたデータ信号の受信を通知する手段と、要求されたデータを、上記ファン速度制御システムから上記外部制御装置へ連続的に伝送する手段とを有する請求項９に記載のファン速度制御システム。
【請求項１２】
上記連続的に伝送されたデータ信号を変換する手段が、シフトレジスタを有する請求項１１に記載のファン速度制御システム。
【請求項１３】
シリアル通信バス上で上記ＳＴＡＲＴ状態を決定する手段が、上記クロック信号通信線上で高論理状態を検出している間に、上記データ信号通信線上での高から低への論理移行を検出する手段を有する請求項１１に記載のファン速度制御システム。
【請求項１４】
電子装置エンクロージャ用のファン速度制御システムであって、複数の温度センサと、複数の分圧器ネットワークとを有し、上記温度センサと分圧器ネットワークが、上記ファン速度制御システムに動作パラメータを供給し、さらに、上記温度センサおよび上記分圧器ネットワークと接続したアナログマルチプレクサと、上記アナログマルチプレクサと接続したＡ／Ｄ変換器と、アナログマルチプレクサのチャネル選択を制御し、上記Ａ／Ｄ変換器の出力を読み出す制御論理と、上記制御論理と関連しており、選択した動作パラメータの１つの線形補間に基づいて、ファン制御出力信号についてパルス幅変調デューティサイクルを計算する計算論理ユニットと、上記ファン速度制御システムと外部制御装置の間で、データ信号線とクロック信号線にかけて相互接続を提供するシリアルバスインターフェースとを有するファン速度制御システム。
【請求項１５】
選択した動作パラメータの上記線形補間が、測定した動作温度値と所定範囲の動作温度値との間の比率を決定し、上記比率を所定のファン制御出力デューティサイクルの範囲に当てはめることにより、ファン制御出力デューティサイクルを選択する請求項１４に記載のファン速度制御システム。
【請求項１６】
上記シリアルバスインターフェースが、上記シリアル通信バス上でＳＴＡＲＴ状態を検出する監視論理と、上記外部制御装置から上記データ信号通信線上に連続的に伝送されたデータ信号を並列データ信号に変換するシフトレジスタと、上記外部制御装置から上記連続的に伝送されたデータ信号の受信を通知する論理回路と、 要求されたデータを、上記ファン速度制御システムから上記外部制御装置へ連続的に伝送するために、上記制御論理と共に動作する論理要素とを有する請求項１４に記載のファン速度制御システム。
【請求項１７】
電子装置エンクロージャ用のファン速度を制御する方法であって、上記方法が、
（ａ）  上記エンクロージャ内の複数の位置における温度を決定するステップと、
（ｂ）  最小制御温度値，温度増分値および臨界温度から選択される１つ以上の変数を含む少なくとも１つの入力変数、ならびに、上記決定された温度に応じて、上記ファン制御システム用の動作パラメータを決定するステップと、
（ｃ）  上記動作パラメータと上記決定された温度に応じて、少なくとも１つの冷却ファンの動作速度を設定するステップと、
（ｄ）  ファン速度制御システム動作に関する情報信号を、外部制御装置との間で交換するステップとを有する方法。
【請求項１８】
上記動作速度を設定するステップが、さらに、選択した動作パラメータの線形補間に基づき、ファン制御出力信号についてパルス幅変調デューティサイクルを計算するステップを有する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記パルス幅変調デューティサイクルを計算するステップが、さらに、
（ａ） 測定した動作温度値と所定範囲の動作温度値との間の比率を決定するステップと、
（ｂ） 上記比率を所定のファン制御出力デューティサイクルの範囲に当てはめることにより、ファン制御出力デューティサイクルを選択するステップ とを有する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
電子装置エンクロージャにおける冷却ファン動作速度を制御する方法であって、上記方法が、
（ａ） 最小制御温度値を測定するステップと、
（ｂ） 温度増分値を決定するステップと、
（ｃ） 上記最小制御温度値と上記温度増分値とを所定の記憶レジスタに記憶するステップと、
（ｄ） 上記冷却ファン速度を所定の時間最高速度に設定するステップと、
（ｅ） 温度センサから動作温度情報を読み出すステップと、
（ｆ） 上記動作温度が上記最低温度よりも低い場合に、上記冷却用ファンを停止するステップと、
（ｇ） 上記動作温度が所定の臨界温度よりも高い場合に、上記冷却用ファンの最高速度での動作を継続するステップと、
（ｈ） そうでない場合には、測定温度、最低温度、温度増分値に基づき、パルス幅が変調されたファン制御出力信号についてパルス幅を計算するステップと、
（ｉ） 上記冷却用ファンの動作速度を制御するために、上記パルス幅が変調したファン制御出力信号を上記冷却用ファンに供給するステップとを有する方法。
【請求項２１】
上記温度増分値を決定するステップが、上記記憶レジスタのうち所定の１つから上記温度増分値を読み出すことを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
上記温度増分値を決定するステップが、外部分圧器ネットワークから出力電圧を読み出すことを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
さらに、
（ａ） 上記ファン速度制御システムに対するデバイスアドレスを決定するステップと、
（ｂ） 外部制御装置からのシリアルデータ情報信号とクロック情報信号とを監視するステップと、
（ｃ） ＳＴＡＲＴ状態が発生したか否かを決定するステップと、
（ｄ） 受信したデバイスアドレスを、上記ファン制御システム用のデバイスアドレスと比較し、一致するかどうかを決定するステップと、
（ｅ） 一致する場合に、上記受信したデバイスアドレスを通知し、必要に応じて、さらに受信したデータ信号に応答するステップとを有する請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は概してファン速度制御に関するものであり、特に、電子装置エンクロージャ用のファン速度制御システムに関し、さらに詳細には、自律性をいくらか維持しながら外部プロセッサリソースと通信し、ファン速度と装置温度間の所定の関係を維持するためにパルス幅変調を使用するファン速度制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子装置は、主に、どの電子システムも１００％の効率で動作しないため、常に熱を発生する。システムの入力電力のいくらかは、熱として必然的に浪費されてしまう。
【０００３】
半導体の出現で、低電力消費で動作する電子システムを構築することが可能になった。これらの初期の固体電子システムは全体電力消費が概して低いため、低効率においてさえも熱をほとんど発生しなかった。しかし、無線送信機の実装のように、装置内のどこかで高い電力の生成を必要とする用途だけは、ヒートシンクおよび／または冷却用ファンを必要とする装置内にホットスポットが生じていた。
【０００４】
初期のコンピュータは、真空管を使用しなければ設けることのできない膨大な数のスイッチ回路を必要とするために、その大きさは実質的に部屋の大きさと同じであった。本来、真空管は非効率であったため、初期のコンピュータシステムの大きさと、かかる経費のほとんどは電力供給と冷却システムのためのものであった。トランジスタと、その後に開発された集積回路が一層遍在するようになるに従い、コンピュータシステムの大きさと必要な電力は急速に縮小された。
【０００５】
マイクロプロセッサシステムは、非常に小型で、消費電力も非常に低く、持ち運び可能であるため、電池式システムが飛躍的に成長した。しかし、多くの新しいアプリケーションプログラムは、多大な処理電力を必要とし、また、新しいサブミクロン配列には相当量の電力消費が必要である。
【０００６】
しかし、これによってより高速なプロセッサや携帯式システムの開発の希望が失われることはなかった。電力を電池に依存しない固定式の装置は、冷却ファンが必要とするさらなる電力消費を許容することができ、また、近年、小型パッケージであっても非常に大容量の電池が開発されたことにより、携帯式の計算装置は、冷却ファンの必要性が認識され、それに応じた電力が割り当てられることによって、より高性能の新しい処理技術を利用することができる。
【０００７】
当然ながら、最も優れた最新の電池パックでさえも無限の電力を備えるわけではなく、また、高速回転するファンから発生する音響ノイズに関連した環境基準も存在する。高速、大容量ファイルサーバのような高性能装置の多くの形態では、マルチプルプロセッサは、満足できる冷却を達成させるためには、例えば８個または１６個もの冷却用ファンの列が必要とされるほどの熱を発生させる。音響について考慮すると、ノイズレベルを低減するためにファンを低速度で回転することが望ましい。しかし、ファンを低速で運転することにより、ノイズレベルに関連した環境上の要件は最適に満たされるかもしれないが、低速度の回転では十分な冷却を行えないかもしれない。適切な騒音排出基準に遵守するためには、装置の冷却について妥協する必要性を存在させてはならない。結局、十分な冷却が行えないことにより、コンポーネントの寿命を短くし、システム維持のための経費を継続的に増大させてしまう。
【０００８】
パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用することで、温度比例型の速度制御が得られることが相当以前からわかっていた。従来技術では、外部温度センサからの温度信号に反応してＰＷＭファン速度制御を提供する多数の装置が知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
現在利用可能な装置は温度信号に応じてファン速度制御を提供することが可能であるが、これらの装置では、特定のシャーシの熱特性に適応するように、動作パラメータを再プログラムすることは容易にはできない。また、これらの装置は、外部制御装置が完全にファンの動作を引き継ぐことなくファン管理できるようにするものでもない。全般的にこれらの装置は、幅広い用途における最大の柔軟性を得るべく、外部制御要素に十分なインターフェースを提供する上で不十分である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
［発明の概要］
従来技術におけるこれらの欠点やその他の欠点は、本発明のファン制御システムによって検討される。一般にコンピュータシステムは、コンピュータシステムの動作中に相当量の熱を発生する、プロセッサ、電源モジュール等を含む多数の熱源を備えている。コンピュータシステムエンクロージャ内の温度上昇は相当なものであるため、温度を許容レベルに維持するためにファンが使用されている。
【００１１】
しかし、ファンを常に最高速度で回転することは最良の解決法から全くかけ離れている。音響ノイズと電力消費を最小にするとともに冷却用ファンの寿命を延長させるために、ファンは、特定の温度に適した最低速度で回転することが望ましい。当然ながら、電力消費に関する考察は、電池を使用する携帯式装置にもおおむね当てはまる。
【００１２】
１つまたはそれ以上のサーマルダイオードを温度感知に使用してもよい。サーマルダイオードの使用はサーミスタによる解決法よりも安価であり、さらに、より正確であるかもしれない。本発明はさらに、本発明の柔軟性を高め、広範囲の用途および環境において有用とするシステムソフトウェアと通信する技術をも含む。
【００１３】
本発明は全体的に、ＰＷＭパルス幅、そして、結果的にファン速度が所定の温度範囲Ｔmin 〜Ｔmax にかけて直線的に変化するＰＷＭファン速度制御回路について説明する。Ｔmin に多数の異なる値を設定するオプション、また、パルス幅における各増分に対応する温度（摂氏）を特定することにより、温度範囲（Ｔmax −Ｔmin ）を設定するオプションもある。
【００１４】
例えば、ファン速度がＰＷＭデューティサイクルに対し略線形的に関連し、ＰＷＭデューティサイクルにおいて、この機構がＴmin からＴmax までの一律に所定数、増分する線形的増加を示すものと推測することができる。ファンは特に非常に低い速度では十分に動作しないことが観察されており、また、実用的な最低ファン速度は最高速度の約１／３であるということが実験に基づいた測定により裏付けされる。提案されたシステムは、各増分が１℃の何分の一かに相当する、約２４０の速度増分を備えている。実現を容易にする目的で、通常、１℃の１／１６、１／８、１／４、１／２、１度といった限られた数の増分のみが採用される。事実、ほとんどの用途において最初の１／３（２４０の内の８０レベル）は使用されないため、通常の状況では、一般に約１６０の速度増分しか有用ではない。当然ながら、特定のファンが最高速度の１／３未満でも十分に動作する可能性は常にあるため、利用可能な２４０速度増分のうちさらに多くの部分を使用できる可能性もあるかもしれない。
【００１５】
Ｔmin の値の範囲は、外部抵抗分割器ネットワークを介して設定することができる。このシステムは、８つの電圧レベルを区別することが可能である。これらのレベルの内の７つがＴmin の離散値に対応し、一方で、８番目の値は自動ファン速度制御を完全に不能にするべく機能する。さらに、温度増分をシステム内にプログラムすることができる。簡略化の目的で、増分値を１℃の２乗倍に限定することが多分最良であろう。
【００１６】
２倍または２乗倍による乗算は、非常に複雑な浮動小数点演算ではなく、単純なシフト演算により達成できるため、この制約により数学的操作を非常に単純にすることが可能である。
【００１７】
一般には、使用可能な２４０の離散レベルの内の約１６０のみが使用されるため、最低温度を２０℃とし、１℃の増分温度値を選択することが少なくとも理論上は可能である。これはつまり、最高温度が１８０℃であるということである。さらに、臨界温度を越えた場合にファン速度を自動的に最高速度へと増加する臨界温度に対する条件もプログラムされる。臨界温度がシャーシ同士の間で大幅に変化し、また、温度センサの位置に少なくともある程度依存することが予測されるため、臨界温度は、外部プログラム機能が規定され得るためのもう１つの値であることを特筆すべきである。
【００１８】
何らかの定性分析を用いれば、臨界温度は例えば約５０℃〜１００℃にまで変化し得る可能性があるように見える。臨界温度プログラミングが行える実行の１つとして、デフォルト臨界値８０℃を含み、この値に対するシステムソフトウェア上書き機能を備えていてもよい。また、デフォルト臨界温度よりも低い温度値においてファン速度が確実に最大まで増加するようにＴmin と温度増分を単に設定することのみによって、ハードウェアにおいてこのデフォルト値を無効にしてもよい。
【００１９】
システムソフトウェアは臨界温度を上書きし、次に、さらなる変更を防止するロックアウトビットを設定することができる。多分、様々なレベルのハードウェアまたはソフトウェアリセットによってロックアウトビットを解除し、さらにプログラムの実行を可能にすることができるであろうが、これは本発明の重要な要素ではない。
［解決手段］
本発明によれば、エンクロージャ内の複数の場所における温度を決定する手段と、最小制御温度値，温度増分値および臨界温度から選択される１つ以上の変数を含む少なくとも１つの入力変数、ならびに、決定された温度に応じて、ファン制御システムの動作パラメータを決定する手段と、動作パラメータと決定された温度に応じて、少なくとも１つの冷却用ファンの動作速度を設定する手段と、ファン速度制御システム動作に関する情報信号を、外部制御装置との間で交換する手段とを備えた電子装置エンクロージャ用のファン速度制御システムが得られる。
【００２０】
温度を決定する手段は、複数の温度センサと、これらの温度センサと接続したアナログマルチプレクサと、このアナログマルチプレクサと接続したＡ／Ｄ変換器と、アナログマルチプレクサのチャネル選択を制御し、Ａ／Ｄ変換器の出力を読み出す制御論理とを備えていてもよい。ファン制御システムの動作パラメータを決定する手段は、複数の分圧器ネットワークと、これらの分圧器ネットワークと接続したアナログマルチプレクサと、このアナログマルチプレクサと接続したＡ／Ｄ変換器と、アナログマルチプレクサのチャネル選択を制御し、Ａ／Ｄ変換器の出力を読み出す制御論理とを備えていてもよい。
【００２１】
本発明の１形態では、少なくとも１つの冷却用ファンの動作速度を設定する上記手段が、上記制御論理と関連しており、選択した動作パラメータの線形補間に基づいて、ファン制御出力信号についてパルス幅変調デューティサイクルを計算する計算手段を備えている。選択した動作パラメータの線形補間は、測定した動作温度値と、動作温度値の所定範囲との間の比率を決定し、この比率を所定のファン制御出力デューティサイクルの範囲に当てはめてファン制御出力デューティサイクルを選択することにより達成される。
【００２２】
本発明の１実施形態では、情報信号を交換する手段が、シリアル通信バスを確立するために、ファン速度制御システムと外部制御装置の間でデータ信号情報ストリームとクロック信号情報ストリームを相互接続する手段と、情報信号交換を管理するためのシリアルバスインターフェース手段とを備えている。
【００２３】
データ信号情報ストリームとクロック信号情報ストリームを相互接続する手段は、専用データ信号通信線と専用クロック信号通信線を備えていることが好ましい。
【００２４】
本発明の１形態では、シリアルバスインターフェース手段が、シリアル通信バス上のＳＴＡＲＴ状態を決定する手段と、外部制御装置からデータ信号通信線上に連続的に伝送されたデータ信号を並列データ信号に変換する手段と、外部制御装置から連続的に伝送されたデータ信号の受信を通知する手段と、要求されたデータを、ファン速度制御システムから外部制御装置へ連続的に伝送する手段とを備えている。連続的に伝送されたデータ信号を変換する手段は、シフトレジスタを備えていてもよく、一方、シリアル通信バス上でＳＴＡＲＴ状態を決定する手段は、クロック信号通信線上で高論理状態を検出している間に、データ信号通信線上における高から低への論理移行を検出する手段を備えていてもよい。
【００２５】
本発明の別形態では、複数の温度センサと、複数の分圧器ネットワークとを有し、温度センサと分圧器ネットワークが、ファン速度制御システムに動作パラメータを供給する電子装置エンクロージャ用のファン速度制御システムが提供される。このシステムは、さらに、温度センサおよび分圧器ネットワークと接続したアナログマルチプレクサと、このアナログマルチプレクサと接続したＡ／Ｄ変換器と、アナログマルチプレクサのチャネル選択を制御し、Ａ／Ｄ変換器の出力を読み出す制御論理と、上記制御論理と関連しており、選択した動作パラメータの１つの線形補間に基づいて、ファン制御出力信号についてパルス幅変調デューティサイクルを計算する計算論理ユニットと、ファン速度制御システムと外部制御装置の間で、データ信号線とクロック信号線にかけて相互接続を提供するシリアルバスインターフェースとを備えている。
【００２６】
選択した動作パラメータの線形補間は、測定した動作温度値と所定範囲の動作温度値との間の比率を求め、この比率を所定のファン制御出力デューティサイクルの範囲に当てはめることにより、ファン制御出力デューティサイクルを選択することを含む。
【００２７】
本発明の１形態では、シリアルバスインターフェースが、シリアル通信バス上でＳＴＡＲＴ状態を検出する監視論理と、外部制御装置からデータ信号通信線上に連続的に伝送されたデータ信号を並列データ信号に変換するシフトレジスタと、外部制御装置から連続的に伝送されたデータ信号の受信を通知する論理回路と、要求されたデータを、ファン速度制御システムから外部制御装置へ連続的に伝送するために、制御論理と共に動作する論理要素とを備えている。
【００２８】
本発明のさらに別の形態では、電子装置エンクロージャ用のファン速度を制御する方法が得られる。この方法は、エンクロージャ内の複数の位置における温度を決定するステップと、最小制御温度値，温度増分値および臨界温度から選択される１つ以上の変数を含む少なくとも１つの入力変数、ならびに、決定された温度に応じて、ファン制御システム用の動作パラメータを決定するステップと、動作パラメータと決定された温度に応じて、少なくとも１つの冷却ファンの動作速度を設定するステップと、ファン速度制御システム動作に関する情報信号を、外部制御装置との間で交換するステップとを備えている。
【００２９】
動作速度を設定するステップはさらに、選択した動作パラメータの線形補間に基づき、ファン制御出力信号についてパルス幅変調デューティサイクルを計算するステップを備えている。好ましくは、パルス幅変調デューティサイクルを計算するステップがさらに、測定した動作温度値と所定範囲の動作温度値との間の比率を決定するステップと、この比率を所定のファン制御出力デューティサイクルの範囲に当てはめることにより、ファン制御出力デューティサイクルを選択するステップとを備える。
【００３０】
本発明のさらに別の面では、電子装置エンクロージャにおける冷却ファン動作速度を制御する方法が得られる。この方法は、最小制御温度値を測定するステップと、温度増分値を決定するステップと、最小制御温度値と温度増分値とを所定の記憶レジスタに記憶するステップと、冷却ファン速度を所定の時間最高速度に設定するステップと、温度センサから動作温度情報を読み出すステップとを備えている。動作温度が最低温度よりも低い場合には、冷却用ファンを停止する。動作温度が所定の臨界温度よりも高い場合には、冷却用ファンの最高速度での動作を継続する。そうでない場合には、測定温度、最低温度、温度増分値に基づき、パルス幅が変調されたファン制御出力信号についてパルス幅を計算する。冷却用ファンの動作速度を制御するために、パルス幅が変調されたファン制御出力信号を冷却用ファンに供給する。
【００３１】
温度増分値を決定するステップは、記憶レジスタのうち所定の１つから温度増分値を読み出すか、または、外部分圧器ネットワークから出力電圧を読み出してもよい。
【００３２】
本発明のさらに別の面では、上記方法はさらに、ファン速度制御システムに対するデバイスアドレスを決定するステップと、外部制御装置からのシリアルデータ情報信号とクロック情報信号とを監視するステップと、ＳＴＡＲＴ状態が発生したか否かを決定するステップと、受信したデバイスアドレスを、ファン制御システム用のデバイスアドレスと比較し、一致するかどうかを決定するステップと、一致する場合に、受信したデバイスアドレスを通知し、必要に応じて、さらに受信したデータ信号に応答するステップとを備えていてもよい。
【００３３】
本発明のさらなる目的、特徴および利点は、以下の説明と図面から明らかになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明にしたがって、従来技術と比較して明らかな利点が得られるファン速度制御システムについて説明する。図１は、従来技術で周知のファン制御システムの全体を参照符号１００で示している。パルス幅変調（ＰＷＭ）制御装置集積回路（ＩＣ）１０１は、１次制御入力として、入力信号線１０８上で受信した温度センサ１０５からの信号を備えている。温度センサ１０５は適切にバイアスした、例えば所定の基準温度（例：２５℃）にて従来の抵抗を備えるように選択したサーミスタであってよい。当然ながら、本発明のシステムはファン速度制御の目的で温度情報を使用するが、これ以外にも、例えば装置エンクロージャ内の選択した場所における気流のような動作パラメータを使用することも可能である。気流速度情報は変動する電圧によって容易に示すことができる。
【００３５】
ファン制御装置出力１０４に現れるファン駆動パルス列のデューティサイクルとＤＣファン１０２の速度の間に線形関係が存在することはよく知られている。この出力１０４における駆動電圧のデューティサイクルが、ファン１０２回路のグラウンド側にあるトランジスタ１０３のベースに付加される。そのため、駆動信号のデューティサイクルがファン１０２の平均電流に直接影響し、従って、その速度に直接影響する。図面には示されていないが、ファン制御装置１０１への２次入力を使用して、回路を、ファン１０３が常に最高速度で動作するオーバライドモードにすることができる。
【００３６】
本質的にファン速度は入力信号線１０８における電圧によって制御されるため、例えば使用可能な汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）線の小さなサブセットや、比較的未加工の、Ｒ／２Ｒラダー型のＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換器を用いて、外部のマイクロ制御装置によりこの制御電圧を供給できることが提案されてきた（ただし、この形態は図示されていない）。この技術を使用すれば、ファン速度を直接制御しながら、ファン制御装置１０１に所定の電圧レベルを供給することが可能である。当然ながら、仮に温度監視機能が望ましいと考えられる場合には、外部のマイクロ制御装置またはその他の周辺装置がこの種の機能を引き継ぐ必要があるだろう。
【００３７】
図２は、本発明によるファン速度制御システムをブロック線図形式で示したものであり、その全体を参照符号２００で示す。システム２００の中心は、ハードワイヤ接続したＰＷＭ論理制御装置２０１であり、システムオペレーションのローカル制御を行う。制御論理２０１はステートマシン制御装置、マイクロプログラム化プロセッサ要素、または、始動時に所定のオペレーションのシーケンスを実行し、外部刺激に適宜応答するその他の適当な制御論理配置であってよい。パルス幅変調は、好ましい実施形態においてファン速度を制御する方法であるが、運転にＰＷＭを使用しない従来の冷却ファンに連続的に可変の電圧駆動信号を供給することも可能である。
【００３８】
始動シーケンス（後に詳細に説明する）中に、入力マルチプレクサ２０３、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）２０２の補助により多数の入力信号が読み出される。システム２００は複数の温度センサ（本発明の好ましい形態では２つ）２１０−２１１を備えており、パルス幅変調（ＰＷＭ）装置２０７−２０８を介して２つのファン出力２１５−２１６を駆動する。以下に詳細に説明する方法を用いれば最大で８つの個別の制御装置２００を同時に使用することができるため、最大で１６個のファンの制御が可能である。この配置は、広範囲の強制空冷を頻繁に要するハイエンドファイルサーバに理想的である。
【００３９】
温度センサ２１０−２１１は、サーマルダイオードタイプであることが好ましい。サーマルダイオードは、特に集積回路ダイ上に容易に設けることができるので、比較的安価で製造される。また、そのために、特定の装置の動作温度に関する現場の情報が得られる。サーマルダイオードセンサとの適切なインターフェースを確立するために必要な補助回路は図示されていないが、２つの著しい電流レベルにて電圧を読み出すことにより、サーマルダイオード温度の読み出しの正確性を増加できることがよく知られている。システム２００は、このような測定要件を処理するように装備されている。一方で、温度センサ２１０−２１１は従来型のサーミスタタイプのものでよい。
【００４０】
どのような場合においても、制御論理２０１にマルチプレクサ２０３の正確なチャンネルを選択させてから、Ａ／Ｄ変換器２０２を読み出させる手段により、温度センサ２１０−２１１からの出力電圧の測定を容易に行うことができる。次に、各温度測定に対応する電圧が、相対応するレジスタアレイ２０４内に記憶される。レジスタアレイ２０４は、各々が独特な８ビットのアドレスを持ったメモリ位置の集合体にすぎない。
【００４１】
制御論理２０１がサンプリングするこれ以外の電圧レベルには、最低温度値、Ｔmin ２１２、デバイスアドレス値ＡＤＲ２１４が含まれる。これらの値は１回だけサンプリングされ、また、サンプリングが始動シーケンス中に行われることが好ましい。
【００４２】
デバイスアドレスＡＤＲ２１４は、シリアルバスインターフェース２０５（後で詳細に説明する）を介してシステム２００と通信するために使用される。システム２００は、マスタ装置の制御下にある従属装置として、ＤＡＴＡ、ＣＬＯＣＫ通信線２１７、２１８上でシリアルバスと接続している。
【００４３】
システム２００は７ビットのシリアルバスアドレスＡＤＲ２１４を備えている。例えば、４つの最上位のビット（ＭＳＢ）が“０１０１”に組み込まれる。ユーザは、合計８つの異なるアドレスを得るために、３つの最下位のビット（ＬＳＢ）を設定することができ、このようにして最大で８つのシステムを同一のシリアル通信バス構造と接続することを可能にする。デバイスピンの個数とサイズを最小にするため、これら３つのＬＳＢは、デバイスパッケージのシングルピンＡＤＤを用いて設定される。始動直後に、本デバイスピンへの入力電圧がマルチプレクサ２０３、アナログ−デジタル変換器２０２を介してサンプリングされる。図４に示すように、電圧分圧器によって電圧レベルが設定される。
【００４４】
図３は、シリアルバスアドレスの３つのＬＳＢを設定するためのＲ１、Ｒ２に適した値を示す。同一の原理を用いて、同デバイスパッケージの別のピンと、マルチプレクサ２０３の別のチャネルとを介して、Ｔmin ２１２の値が選択される。図５に示すように、例えば、1 つのエンクロージャ内で多数のファン速度制御システム２００を使用する場合には、そのデバイスアドレス入力は１つの潜在的な分圧器から分岐することができる。
【００４５】
デバイスアドレスを決定する上で最大限の正確性を保証するために、Ａ／Ｄ変換器の測定範囲が８つの等しいセグメントまたは帯域に分割され、次に、理想電圧入力の各々が各帯域のちょうど中央となるように抵抗値が選択され、このようにして最良のノイズイミュニティが得られる。この適切な抵抗値の選択を、図３の表の第２列に理想電圧分割比として示している。
【００４６】
当然ながら、実用の観点からすれば、デバイスアドレスをプログラムするために用いる抵抗値は容易に利用できるものであるべきである。図３の第３列、第４列では、Ｒ１、Ｒ２の値が、市販されており入手が容易な値を用いて表作成される。図３の第５列、第６列には、実際の結果比率と、理想からの逸脱から見て表された誤差を示す。最良の正確性を得るために、公差が１％の抵抗を使用することが好ましい。
【００４７】
上記のとおり、専用の分圧器ネットワーク２１２を介し、つい先程説明したものと同じ抵抗器機構を用いて、最低温度Ｔmin と、特定の他の装置のパラメータに関する情報がプログラムされる。Ｒ１の値が０オーム（対応する装置入力はＶｃｃにストラップされる）として選択された場合、自動ファン速度制御が不能になり、ファンの数が２に設定される。Ｒ２が０オームに設定された場合（装置入力は地面にストラップされる）、自動ファン速度制御が不能になり、ファンの数が設定される。表に示すように、選択した抵抗値について、設置されている１つまたは２つのファンに、自動速度制御動作の最低温度を３２℃、４０℃または４８℃に選択することができる。上記のように、デバイスアドレスは装置へのＡＤＤ入力における分圧器によって選択され、Ｔmin のプログラムに影響されることはない。
【００４８】
ファン制御システムの動作環境を考慮して、Ｔmin 電圧レベルがプログラムされる。Ｔmin は、それ以上低くなると制御論理が冷却用ファンを停止する温度である。
【００４９】
デバイスアドレス入力電圧ＡＤＲ２１４は、外部装置がファン制御装置２００にアクセスできるアドレスを確立する。ゼロボルトから供給電圧までの範囲が８つのセグメントに分割され、ＡＤＲ分圧器ネットワーク２１４によって生成された電圧がこれらの範囲の１つに対応するよう選択される。このアドレス割当機能は、外部装置が、シリアル通信線２１７−２１８が１つのシリアルバス構造内で１つに接続した８つのファン制御装置システムと通信できるようにするために必要な８つの独特のアドレスを提供するべく設計されている。シリアル通信プロトコルはについては、後により詳細に説明する。
【００５０】
ファン制御システム２００はさらに、接続しているファンの速度を監視する機能を備えている。この機能は、ファン速度カウンタ２０９によってファンパルスをカウントすることで実行される。システム２００と接続したファンの各々は、ファンカウンタ２０９への独自の速度監視入力２１９−２２０を備えており、ファンカウンタ２０９は、２つのファンからのデータ収集をサポートするべくデュアルカウンタ式であることが好ましい。制御論理２０１は、外部装置による潜在的なアクセスのために、アレイ２０１のレジスタ内のファン速度値を読み出し、これを記憶し、さらに、この速度値を用いて、故障状態が存在するかどうかを決定する。
【００５１】
ＰＷＭ変調装置２０７−２０８（各ファンに１つずつ設けられる）は、感知した温度がシステムの制御範囲内にある場合に、デューティサイクルが温度と線形の関係にあるパルス列を供給する。制御範囲は、名目上は最低温度Ｔmin と臨界温度の間の範囲である。臨界温度は装置にプログラムされ（ファン・サブシステムの各々が独自の臨界温度を設けている）、レジスタアレイ内のレジスタに記憶されるので、外部制御要素がシリアル通信を介してこの値を変更することができる。
【００５２】
ＰＷＭ用途において通常用いられるブラッシュレスＤＣファンに関連する電子機械を考慮すると、最低ファン速度は、最高速度の約１／３である。所与の温度に適切なファン速度に達する方法は多数ある。ある技術では、約３３％〜１００％の範囲の１６０ファン駆動デューティサイクルが可能である。例えば、１℃の温度ステップと２０℃の最低温度では、ファンは２０℃未満で停止し、２０℃〜１８０℃で速度を徐々に増加し（温度に対して直線的）、１８０℃およびそれ以上で最高速度となる。温度変化が検出される度に、出力パルス列デューティサイクルの変更により、温度変化に従ってファン速度が調整される。
【００５３】
先に簡単に述べたように、システム２００は、シリアル通信インターフェース上で外部装置と通信することができる。通信信号は、クロック信号２１８と連携したシリアルデータ線２１７によって伝送される。シリアルバスインターフェース２０５はデータ線２１７、クロック線２１８を監視する。図７は、シリアル通信プロトコルを示すフローチャート７００である。上記のように、ステップ７０２において、データ線２１７とクロック線２１８は、ＳＴＡＲＴ状態が検出されるまで（７０３）シリアルバスインターフェース２０５によって監視される。好ましい実施例では、ＳＴＡＲＴ状態は、クロック線２１８が高論理状態を維持する間に、データ線２１７上で高から低への移行が検出された時に、シリアルバス上で生じる。当然ながら、ＳＴＡＲＴ状態を発信するために、これ以外の信号状態を選択することも可能である。
【００５４】
ＳＴＡＲＴ状態が確認されると、８つのデータビットがシリアルバスインターフェース２０５にシフトされる。ＳＴＡＲＴ状態に続くこれらの最初の８つのデータビットは、デバイスアドレスと読み出し／書き込み（Ｒ／Ｗ）ビットに関連する。特定のファン速度制御システム２００のアドレスは既にＡＤＲ分圧器ネットワーク２１４から読み出され、レジスタアレイ２０４内の適当なレジスタに記憶されているため、制御論理は、ファン制御装置２００が外部制御要素によってアドレス指定されているかどうかを決定することができる。アドレスの一致がない場合には（ステップ７０４）、後続のデータバイトは無視され、シリアルバスインターフェース２０５はステップ７０２のシリアルデータとクロック線の監視へ戻る。
【００５５】
アドレスの一致が検出されると、シリアルバスインターフェースが、しばらくの間データ線２１７を低レベルとし、伝送されたデータが示す通りに応答することにより、送信されたデータの通知へと進む（ステップ７０５）。通信プロトコルの好ましい構造によれば、デバイスアドレスに続くデータバイトは内部レジスタアドレスである（動作が、伝送されたＲ／Ｗビットにより定義された書き込み動作である場合）。
【００５６】
書き込み動作が実際に進行している場合には、データバイトが、外部制御要素がデータの書き込みを希望するレジスタアレイ２０４内のレジスタの１つを識別する内部レジスタアドレスとして解釈される。このレジスタ識別情報はアドレスポインタレジスタ２０６に記憶される。さらに、書き込み動作の進行中に、制御論理によってアドレスレジスタに書き込まれる後続のデータバイトが存在してもよい。
【００５７】
シリアルプロトコルの一部として、レジスタアドレスを特定する必要のない単純な読み出し動作も許可される。外部制御要素が既にアドレスポインタレジスタ２０６の内容を知っている場合には、再度これを送信する必要はなく、アドレス指定されたレジスタの内容が、制御論理２０１によって、シリアルバスインターフェース２０５を介して単純にシリアルバスへ送り出される。レジスタアドレスが制御装置によって送信されたデータストリームの一部分として明確に伝送されない限り、ファン制御システム２００への書き込み動作は許可されない。
【００５８】
図６に、本発明によるファン制御システムの始動シーケンスをフローチャート形式（参照符号６００）で示す。始動リセット（装置への電力供給に応答して、図２には示していないオンチップネットワークにより発生、または専用のリセット入力により発生）の直後、Ｔmin で示す電圧レベルと、デバイスアドレスＡＤＲが読み出される（ステップ６０２）。
【００５９】
いずれにせよ、これらのパラメータが測定され、ステップ６０３に従ってレジスタアレイ内の適所に記憶された後に、両方のファンが、次の動作６０４中に２秒間の間、最高速度にまでスピンアップされる。次に、各温度センサから温度情報が読み出される（ステップ６０５）。
【００６０】
感知温度が最低温度値よりも低い場合には（ステップ６０６）、対応する冷却用ファンが単に停止する（ステップ６０７）。測定温度が臨界温度を超える場合には（ステップ６０８）、対応するファンが最高速度動作を継続できる（ステップ６０９）。そうでなければ、次の動作６１０で、各ファンについて、測定温度に基づいてパルス幅（いうなれば、またはデューティサイクル）が計算され、これに従ってファン速度が設定される（ステップ６１１）。次に、ステップ６０５で、再び温度情報が読み出される。監視期間（温度データを測定する頻度）は、シリアルインターフェース上の外部制御装置によって上書きできるレジスタアレイ内のレジスタを介してプログラム可能であることが好ましい。
【００６１】
各ファン速度制御システムは２つのファンを制御し、内部温度センサと２つの外部温度入力両方から温度を測定する機能を備えている。本システムは、いずれかの温度制御入力によるいずれかまたは全てのファンの制御が認められる程度に柔軟であることが好ましい。事実、本発明のシステムでは、レジスタアレイ内の制御レジスタを適切にプログラムすることにより、１つのファンの制御を２つ以上の温度センサに行わせることが可能である。この動作モードを選択した場合には、最高温度を感知する温度センサが優先され、その測定チャネルが測定した温度に従ってファン速度が設定される。
【００６２】
実際問題として、ファン速度の自動制御動作モードでは、制御するファンの速度を、Ｔmin からＴmin ＋ＲＡＮＧＥまでの直線範囲にかけて変更する。ここで、ＲＡＮＧＥはデバイスレジスタアレイへの書き込みによりプログラム可能である。温度範囲値は、１０℃、２０℃、４０℃、８０℃、１６０℃の値の中から選択することが好ましい。ファン速度が１００％に達する温度は、Ｔmin ＋ＲＡＮＧＥによって決定された最大温度である。
【００６３】
図８は、ファン速度の自動制御動作モードにおけるファン速度制御システムの伝達関数を示す。上記のように、ファンは、始動時に２秒間の間、最高速度にまでスピンアップされる。最高ファン速度をプログラムすることが可能であるため、最高ファン速度はＰＷＭ出力信号の１００％のデューティサイクルに対応する必要はない。２秒間の経過後に、ファン速度は、特定のファンを制御するためにプログラムされた温度測定によって設定される。
【００６４】
測定温度がＴmin よりも低い場合は、ファンが停止される。温度がＴmin よりも上昇するにつれて、ファン速度が、プログラムした最低ファン速度（デフォルトで最高値の１／３、または３３％ＰＷＭデューティサイクル）からプログラムした最高ファン速度の間で直線的に変更される。通常の状況下では、ファン速度が上がるにつれて強い冷却が起こり、この冷却に反応して測定温度値低下するだろう。
【００６５】
しかし、温度がＴmin よりも低くなった時、ファンは必ずしも停止する必要はない。システムは、０℃〜１５℃の間におけるヒステレシス値のプログラムを可能にする。これは、Ｔmin のすぐ近くの範囲で、ファンが継続的にオン・オフを反復することを防止する。
【００６６】
先の説明で述べたように、ファン制御システムはさらに、自動ファン速度制御モードの選択を無効にし、ファンを最高速度で動作させるアラーム状態のプログラムを可能にする。これらのアラーム状態の１例は、過温度表示である。このアラーム温度もレジスタアレイ内の適当な制御レジスタへの書き込みにより、プログラム可能である。
【００６７】
説明したファン速度制御システムは、様々な動作パラメータをそのシリアル通信機能を介して変更することができるが、さらに高度な独立動作も可能である。外部制御装置の監視なしで、本発明によるファン速度制御システムは、測定温度値に応答して、対応する冷却用ファンを完全に自動制御し、さらに、アラーム状態にも適切に応答する。仮に対応する温度センサの１つにおいて高い温度が読み出されることにより、装置エンクロージャ内のホットスポットが検出された場合であっても、ファン速度制御システムは、ファン速度を最高速度にまで加速することで、また、関連するマスタ制御システムに発信するべく割り込みを生成することで応答することができる。
【００６８】
図９は、ファン速度制御システムの動作を示すブロック線図（全体を参照符号９００で示す）である。図９中に示すパラメータについては、上記で説明している。
【００６９】
加算機９０１において、プログラムしたパラメータＴmin が測定温度ＴＥＭＰから減算されこの差（ＴＥＭＰ−Ｔmin ）が、ＲＡＮＧＥ／Ｔstep制御信号によって制御される範囲マルチプレクサ９０２に供給される点を考慮することは、システム動作を総体的に理解する助けとなる。このマルチプレクサ９０２は、ファン速度値を計算する方法に影響を及ぼす。ＲＡＮＧＥモードでは、ファン速度は、Ｔmin からＴmin ＋ＲＡＮＧＥまでの値の範囲にわたる線形補間により決定される。一方、Ｔstepモードでは、関係する温度範囲はＴmin から、Ｔstep度の段階における臨界温度Ｔcriticalに及ぶ。
【００７０】
範囲マルチプレクサ９０２の出力が加算機９０３に供給され、ここで、その出力はファン動作の最低速度に対応する値に足される。上記のように、ファン動作の最低速度は概して最高ファン速度の約１／３であるが、この最低速度値を、シリアル通信インターフェース上で再度プログラムし、レジスタアレイに記憶することができる。ファン速度制御システムによってサポートされている各ファンについて、個別の最低速度値をプログラムすることができる。
【００７１】
加算機９０３からの出力が、ヒステレシスマルチプレクサ９０４へ送られる。ヒステレシスマルチプレクサは、上記のように、システムの自動制御伝達関数に組み込まれるヒステレシスを制御する。ヒステレシス値はプログラム可能であり、最低温度Ｔmin の領域で、冷却用ファンがオン、オフを反復することを防止する。
【００７２】
ヒステレシスマルチプレクサ９０４の後に無効論理９０５が差し込まれる。無効論理は、例えば、測定温度ＴＥＭＰが臨界温度Ｔcriticalを超えるといった臨界事象の発生に基づいて、計算したファン速度値を無効にする機能を備えている。無効論理９０５は、レジスタ９０６へのファン速度値の配置を制御する。計算論理９０７は、使用可能な３つの測定チャネルにかけての最高ファン速度を計算するために、レジスタ９０６と連動して動作する。上記の説明から分かるように、システムは、内部温度センサと２つの外部センサからの温度情報を利用できる。これらの値はいずれも、２つの関連するファンのいずれかの動作速度を制御することができ、この制御プロトコルは、対応するレジスタアレイに記憶したプログラム可能制御ワードを介して決定される。
【００７３】
次に、レジスタ９０６の出力が最終速度制御マルチプレクサ９０８に供給される。このマルチプレクサ９０８は、ＡＵＴＯ ＭＯＤＥ／ＰＲＯＧＲＡＭＭＡＢＬＥ ＭＯＤＥ制御信号により制御される。ＡＵＴＯ ＭＯＤＥでは、線形補間に基づいた速度値が後続の比較器ステップ９１０に供給される。ＰＲＯＧＲＡＭＭＡＢＬＥ ＭＯＤＥでは、プログラムした速度値がレジスタアレイ内の適所から、比較器９１０に供給される。正確な周波数とデューティサイクルにてＰＷＭ出力信号を供給するために、比較器９１０における速度値が、カウンタ９０９によるパルス幅変調ＰＷＭ出力信号としてクロックアウトされる。
【００７４】
本明細書において、従来技術に対して改良されたファン速度制御システムについて説明した。当業者には、本発明の思想と範囲を逸脱することなく、変更することが可能であることが明白であろう。したがって、添付の請求項を考慮した上で必要である場合を除き、本発明を限定することは意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術のファン速度制御装置のブロック線図である。
【図２】 本発明によるファン速度制御システムのブロック線図である。
【図３】 選択したパラメータをプログラムするためのレジスタ値の表を示す。
【図４】 本発明との使用に適した抵抗分圧器の形態を示す。
【図５】 多数のシステムにデバイスアドレスをプログラムするのに適した潜在的な分圧器を示す。
【図６】 図２のファン速度制御システムの動作シーケンスのフローチャートである。
【図７】 本発明による通信プロトコルを示すフローチャートである。
【図８】 本発明による自動ファン速度制御伝送機能を示す。
【図９】 本発明による自動ファン速度制御システムの様々な動作モードを示すブロック線図である。