一种自适应电压调节器制造技术

本发明专利技术涉及集成电路设计领域，具体涉及一种自适应电压调节器。本发明专利技术的主要技术方案是根据延迟检测的结果，控制模块对数字脉宽调制器(DPWM)的输入码进行加减操作，这种加减方式对应于频域中的一个零频率处的极点，利用了这个极点来控制环路。本发明专利技术的有益效果，具有结构简单、易于实现，且环路为PWM调制模式，输出电压纹波较小的优点。本发明专利技术尤其适用于自适应电压调节器。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及集成电路设计领域，具体涉及一种自适应电压调节器。本专利技术的主要技术方案是根据延迟检测的结果，控制模块对数字脉宽调制器(DPWM)的输入码进行加减操作，这种加减方式对应于频域中的一个零频率处的极点，利用了这个极点来控制环路。本专利技术的有益效果，具有结构简单、易于实现，且环路为PWM调制模式，输出电压纹波较小的优点。本专利技术尤其适用于自适应电压调节器。【专利说明】一种自适应电压调节器
本专利技术属于集成电路设计领域，具体涉及到一种自适应电压调节器。
技术介绍
随着半导体技术的迅速发展，越来越多的功能可以集成到一颗芯片里面，这极大 的促进了便携式设备的发展。便携式设备的功耗决定了其一次充电可使用的时间，随着功 能的增加，其功耗也在急剧增加，如何减少便携式设备的功耗成为了集成电路领域的热门 课题。 基于流水线结构的数字负载，如中央处理器（CPU)和数字信号处理器（DSP)，都能 在不同的时钟频率下工作。高频工作的数字电路中，门电路的开关功耗是功耗的主要组成 部分，开关功耗与工作频率成正比，与工作电压的平方成正比。对于给定的工作任务，CPU或 DSP完成任务所需的时钟周期个数是确定的，只降低CPU或DSP的工作频率而不改变其工 作电压，完成此任务消耗的总能量是不变的。而在工作频率固定时，适当降低CPU或DSP的 电源电压，其消耗的能量将明显减小。根据不同的工艺偏差、温度和负载工作频率实时自适 应地调节负载供电电压，使其能量消耗最小化，这种低功耗方法称为自适应电压调节（AVS， Adaptive Voltage Scaling)〇 在目前，自适应电压调节方式主要有以下几种：1)利用ADC、DPID、DPWM构成控制 环路做成自适应DC-DC变换器，但此法需要数字环路补偿；2)根据电压调节过程中负载电 路（CPU或DSP)的运行出错率来调节电压，同时用错误校正机制来纠正错误来实现自适应 电压调节，但此法实现复杂，且系统纠错耗费时间。3)基于有限状态机设计的全数字的不需 要PID补偿的自适应Buck功率变换器，但其电路实现较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对上述问题，提出一种采用主极点补偿方式的自适应电压 调节器。 本专利技术的技术方案：如图1所示，一种自适应电压调节器，包括电源模块、驱动及 死区控制模块、数字脉宽调制器、工作模块切换模块、主极点补偿模块、延迟检测模块、软启 动模块和数控振荡器；其中，驱动及死区控制模块的输出端接电源模块的输入端；电源模 块的电源输入端接外部电源，其接地端接地电位，其输出端接延迟检测模块的第一输入端； 延迟检测模块的第二输入端接数控振荡器的输出端，其输出端接主极点补偿模块的第一输 入端；数控振荡器的输入端为频率控制码；主极点补偿模块的第二输入端接工作模块切换 模块的输出端，其输出端接工作模块切换模块的第一输入端；工作模块切换模块的第二输 入端接软启动模块的输出端，其输出端接数字脉宽调制器的输入端；数字脉宽调制器的输 出端接驱动及死区控制模块；主极点补偿模块的时钟信号及使能端、软启动模块的时钟信 号及使能端和数字脉宽调制器的时钟信号及使能端均接外部时钟信号和使能控制信号。 具体的，如图2所述，所述数字脉宽调制器由计数器、比较器、延迟线、选择器、分 频器和RS触发器构成；其中，计数器接外部时钟信号和使能控制信号，其输出端接比较器 的第一输入端；比较器的使能端接使能控制信号，其第二输入端接工作切换模块的输出端， 其输出端接延迟线的输入端和选择器的第一输入端；延迟线的输出端接选择器的第二输入 端；选择器的第三输入端接工作切换模块的输出端，其输出端接RS触发器的R输入端；分 频器接外部时钟信号和使能控制信号，其输出端接RS触发器的S输出端；RS触发器的输出 端输出PWM信号。 本专利技术的有益效果为，具有结构简单、易于实现，且环路为PWM调制模式，输出电 压纹波较小的优点。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的自适应电压调节器的结构框图； 图2为本专利技术的数字脉宽调制器的结构示意图； 图3为本专利技术的延迟线结构示意图； 图4为本专利技术的调压过程工作流程图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术进行详细的描述 本专利技术的主要技术方案是根据延迟检测的结果，控制模块对数字脉宽调制器 (DPWM)的输入码进行加减操作，这种加减方式对应于频域中的一个零频率处的极点，利用 了这个极点来控制环路。 本专利技术提供一种采用主极点补偿方式的自适应电压调节器。调压时，首先是延迟 线检测模块对延迟时间进行检测，由于有两个检测节点，故检测结果有三种情况，即〇〇、〇1、 11，然后根据检测结果通过控制模块对DPWM输入控制码进行调节，当检测结果表示电压较 低，则增加 DPWM输入控制码，当检测结果表示电压刚好满足，则DPWM输入控制码保持不变， 当检测结果表示电压较高时，则减小DPWM输入控制码。通过DPWM输入控制码的改变来改 变栅控信号的占空比，从而改变功率级输出电压，最终使输出电压刚好满足当前频率下负 载能正常工作。 延迟线是数字负载的关键路径的复制。调压时，通过检测测试信号在延迟线中的 传输延迟，由此确定该输出电压下负载能否正常工作。通过改变栅控信号的占空比来达到 调节其输出电压的目的。保证数字负载在给定的工作时钟频率下工作电压最低，有效地降 低数字负载的功耗。 如图1所示，以Buck功率变换器为例：Vin为该自适应电压调节器的输入电压；V_ AVS是该自适应电压调节器的输出电压；外部时钟信号由晶振提供，这里以32MHz为例；数 控振荡器可根据外部频率控制码产生相应频率的方波信号；延迟检测模块检测当前电压是 否满足当前的频率信号，检测结果为两个检测节点处的输出信号；主极点补偿模块根据检 测结果对DPWM的输入控制码进行调节；软启动模块提供软启动阶段的DPWM控制码；软启 动控制模块对软启动进行控制；数字脉宽调制器DPWM，通过输入码的控制产生相应占空比 的方波信号；驱动及死区时间控制模块对功率管栅极信号增加驱动能力，同时让gp、gn具 有死区，防止PPMOS、PNM0S同时导通；PPM0S为功率PM0S管；PNM0S为功率NM0S管；L是储 能电感；C是滤波电容。频率信号为数控振荡器输出的相应频率的方波信号，作为延迟检测 模块的输入；延迟检测结果信号为延迟检测模块的两位输出信号，它有三种取值，代表着输 出电压过高、合适、过低三种状态；dnext为控制模块根据延迟检测结果的值对DPWM输入码 调整后的值；d为DPWM输入码，PWM为其输出的对应的方波信号；gp、gn分别为增加了驱动 能力和死区时间的PPMOS、PNMOS的栅驱动信号。 图1所示为本专利技术的采用主极点补偿方式的自适应电压调节器。其中，DPWM模块 的基本原理图如图2所示，其控制输入码d是图1中工作模式切换模块输出的9为控 制码d，其中高4位d用于控制计数的时长，低5位用于选择延迟链的长度从而控制延 迟的时长，两者的共同作用决定了输出脉冲的宽度。延迟线的结构如图3所示，由3部分组 成，分别是关键路劲长度L，安全裕度Λ L和BUF。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应电压调节器，包括电源模块、驱动及死区控制模块、数字脉宽调制器、工作模块切换模块、主极点补偿模块、延迟检测模块、软启动模块和数控振荡器；其中，驱动及死区控制模块的输出端接电源模块的输入端；电源模块的电源输入端接外部电源，其接地端接地电位，其输出端接延迟检测模块的第一输入端；延迟检测模块的第二输入端接数控振荡器的输出端，其输出端接主极点补偿模块的第一输入端；数控振荡器的输入端为频率控制码；主极点补偿模块的第二输入端接工作模块切换模块的输出端，其输出端接工作模块切换模块的第一输入端；工作模块切换模块的第二输入端接软启动模块的输出端，其输出端接数字脉宽调制器的输入端；数字脉宽调制器的输出端接驱动及死区控制模块；主极点补偿模块的时钟信号及使能端、软启动模块的时钟信号及使能端和数字脉宽调制器的时钟信号及使能端均接外部时钟信号和使能控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗萍，付松林，白春蕾，甄少伟，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51