多模式电源管理系统技术方案

本发明专利技术提供了一种多模式电源管理系统，适用于SOC芯片。所述多模式电源管理系统包括数字电路、模拟电路和转换器输出级，其中所述模拟电路连接到所述数字电路，且其包括模拟PFM控制电路、数字PWM控制电路、第一LDO控制电路和第二LDO控制电路；所述模拟PFM控制电路、数字PWM控制电路、第一LDO控制电路和第二LDO控制电路构成输出驱动单元，用于向所述转换器功率输出级提供输出驱动信号，所述输出驱动信号用于驱动所述转换器功率输出级分别实现模拟PFM开关电源输出模式、数字PWM开关电源输出模式、开关电源拓扑LDO输出模式和LDO输出模式的电压输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源技术，特别地，涉及一种适用于SOC(Systemonachip，片上系统)芯片的多模式电源管理系统。
技术介绍
众所周知，SOC芯片通常需要采用电源管理系统来给芯片内部电路进行稳定的供电。现有技术中的电源管理系统一般采用模拟开关电源或者数字开关电源。模拟开关电源在应用条件改变或者需要转移到新工艺时，需要重新设计新的反馈回路，验证周期比较长；并且，反馈环路在新设计及新工艺中存在不稳定的可能性，使得电源管理系统风险较大，影响产品快速切入市场。如果在现有技术的SOC芯片中的电源管理系统使用数字开关电源，虽然数字开关电源可以比较好地适应不同的应用和工艺要求，但是纯数字开关电源的开关带宽比较低，负载变化快使电源纹波较大，因此其适用范围相对受限。另一方面，开关电源噪声也可能影响到SOC芯片的其他敏感电路，且在低电压输入时效率会发生下降。有鉴于此，有必要提供一种适用于SOC芯片的多模式电源管理系统，以解决现有技术存在的上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以解决上述问题的多模式电源管理系统。本专利技术提供一种多模式电源管理系统，包括数字电路、模拟电路和转换器输出级，其中所述模拟电路连接到所述数字电路，且其包括模拟PFM控制电路、数字PWM控制电路、第一LDO控制电路和第二LDO控制电路；所述模拟PFM控制电路、数字PWM控制电路、第一LDO控制电路和第二LDO控制电路构成输出驱动单元，用于向所述转换器功率输出级提供输出驱动信号，所述输出驱动信号用于驱动所述转换器功率输出级分别实现模拟PFM开关电源输出模式、数字PWM开关电源输出模式、开关电源拓扑LDO输出模式和LDO输出模式的电压输出。作为在本专利技术提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述转换器功率输出级包括第一PMOS开关、第二PMOS开关和NMOS开关，其中，所述第一PMOS开关、第二PMOS开关和NMOS开关连接到所述输出驱动单元，用于接收所述输出驱动单元提供的输出驱动信号；其中所述NMOS开关的源极接地，且其漏极连接到所述第一PMOS开关的漏极，并作为功率级输出；所述第一PMOS开关和所述第二PMOS开关的源极连接到功率电源；所述第二PMOS开关的漏极连接到电压输出端，而所述功率级输出通过可替代器件连接到所述电压输出端，且所述电压输出端通过输出电容接地。作为在本专利技术提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述输出驱动信号包括用于驱动所述第一PMOS开关的第一PMOS栅极控制信号、用于驱动所述第二PMOS开关的第二PMOS栅极控制信号以及用于驱动所述NMOS开关的NMOS栅极控制信号。作为在本专利技术提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，在所述模拟PFM开关电源输出模式及所述数字PWM开关电源输出模式，所述第二PMOS开关处于关断状态，且所述模拟PFM控制电路和所述数字PWM控制电路通过第一PMOS栅极控制信号和NMOS栅极控制信号驱动所述第一PMOS开关和所述NMOS开关以使其构成同步互补开关。作为在本专利技术提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，在所述开关电源拓扑LDO输出模式下，所述第一PMOS开关和所述NMOS开关处于关断状态；所述第二LDO控制电路输出所述第二PMOS栅极控制信来驱动所述第二PMOS开关形成开关电源模式的LDO输出，其中，所述可替换元件采用电感元件。作为在本专利技术提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，在所述LDO输出模式下，所述第二PMOS开关和所述NMOS开关处于关断状态；所述第一LDO控制电路输出所述第一PMOS栅极控制信来驱动所述第一PMOS开关形成LDO输出，其中，所述可替换元件采用零欧姆电阻。作为在本专利技术提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述数字电路包括LDO环路控制单元、PFM模式参数控制单元和数字PWM环路滤波单元，其中所述LDO环路控制单元连接到所述第一LDO控制电路和所述第二LDO控制电路，用于向所述第一LDO控制电路和所述第二LDO控制电路输出第一总线电压和第二总线电压，所述PFM模式参数控制单元连接到所述模拟PFM控制电路，用于向所述模拟PFM控制电路输出第三总线电压和第一时钟信号；所述数字PWM环路滤波单元连接到所述数字PWM控制电路，用于向所述数字PWM控制电路输出第四总线电压和第二时钟信号。作为在本专利技术提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述数字电路还包括工作模式选择单元，其连接到所述LDO环路控制单元、所述PFM模式参数控制单元和所述数字PWM环路滤波单元，用于根据寄存器配置接口的输出配置以及输入电压采样值，选择性地进行第一LDO环路控制使能、第二LDO环路控制使能、模拟PFM环路控制使能和数字PWM环路控制使能。作为在本专利技术提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述模拟PFM模式控制电路包括引入迟滞模块的高速比较器，其用于比较输出反馈电压与参考电压，其中所述迟滞模块包括数字逻辑单元及2选1多工器，其中所述高速比较器的输出通过所述数字逻辑单元反馈给所述2选1多工器；当所述高速比较器的输出为低时，所述2选1多工器选择所述高电平信号作为所述参考电压输出，而当所述高速比较器的输出为高时，所述2选1多工器选择所述低电平信号作为所述参考电压输出；并且所述高速比较器还通过所述数字逻辑单元及时钟同步电路向功率开关驱动电路输出PFM模式驱动时钟，并通过所述功率开关驱动电路产生输出驱动信号。作为在本专利技术提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述模拟PFM模式控制电路还包括连接在数字PFM参数运算单元和所述2选1多工器之间的数字转模拟转换器，所述数字转模拟转换器用于接收所述数字PFM参数运算单元提供的2N位数字总线电压，经过N位解码器的解码处理之后形成N选二选择码；所述N选二选择码通过电压N选二单元选择采用串联电阻对参考基准电源进行分压而产生的分压值，并经过纹波N选一单元分别输出所述高电平信号及所述低电平信号作为所述模拟参考电压输出。作为在本专利技术提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述数字PFM参数运算单元包括N位输出纹波设置单元和N位输出电压设置单元，二者连接到比较电压设置逻辑运算单元，且所述比较电压设置逻辑运算单元输出所述2N位数字总线电压，所述数字PFM参数运算单元用于根据输出纹波及输出电压设置值，产生比较电压参数设置总线；其中，所述N位输出电压设置单元用于设置输出电压设置值，而所述N为输出纹波设置单元用于输出电压纹波设置值。作为在本专利技术提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述数字PWM模式控制电路包括误差采样转换单元和数字PWM环路滤波单元；所述误差采样转换单元包括参考电源分压电阻网络、电压N选一单元及非线性ADC单元，其中，所述参考电压分压电阻网络产生2^N个电压输出，所述电压N选一单元用于寄存器配置接口输出的所述参考电压选择码进行解码，并选择相应的参考电压输出，所述非线性ADC单元用于接收反馈电压和所述参考电压之间的差值，并对其进行非线性模拟数字转换处理，得到输出误差的N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模式电源管理系统，其特征在于，包括数字电路、模拟电路和转换器输出级，其中所述模拟电路连接到所述数字电路，且其包括模拟PFM控制电路、数字PWM控制电路、第一LDO控制电路和第二LDO控制电路；所述模拟PFM控制电路、数字PWM控制电路、第一LDO控制电路和第二LDO控制电路构成输出驱动单元，用于向所述转换器功率输出级提供输出驱动信号，所述输出驱动信号用于驱动所述转换器功率输出级分别实现模拟PFM开关电源输出模式、数字PWM开关电源输出模式、开关电源拓扑LDO输出模式和LDO输出模式的电压输出。

【技术特征摘要】
1.一种多模式电源管理系统，其特征在于，包括数字电路、模拟电路和转换器输出级，其中所述模拟电路连接到所述数字电路，且其包括模拟PFM控制电路、数字PWM控制电路、第一LDO控制电路和第二LDO控制电路；所述模拟PFM控制电路、数字PWM控制电路、第一LDO控制电路和第二LDO控制电路构成输出驱动单元，用于向所述转换器功率输出级提供输出驱动信号，所述输出驱动信号用于驱动所述转换器功率输出级分别实现模拟PFM开关电源输出模式、数字PWM开关电源输出模式、开关电源拓扑LDO输出模式和LDO输出模式的电压输出。2.根据权利要求1所述的多模式电源管理系统，其特征在于，所述转换器功率输出级包括第一PMOS开关、第二PMOS开关和NMOS开关，其中，所述第一PMOS开关、第二PMOS开关和NMOS开关连接到所述输出驱动单元，用于接收所述输出驱动单元提供的输出驱动信号；其中所述NMOS开关的源极接地，且其漏极连接到所述第一PMOS开关的漏极，并作为功率级输出；所述第一PMOS开关和所述第二PMOS开关的源极连接到功率电源；所述第二PMOS开关的漏极连接到电压输出端，而所述功率级输出通过可替代器件连接到所述电压输出端，且所述电压输出端通过输出电容接地。3.根据权利要求2所述的多模式电源管理系统，其特征在于，所述输出驱动信号包括用于驱动所述第一PMOS开关的第一PMOS栅极控制信号、用于驱动所述第二PMOS开关的第二PMOS栅极控制信号以及用于驱动所述NMOS开关的NMOS栅极控制信号。4.根据权利要求3所述的多模式电源管理系统，其特征在于，在所述模拟PFM开关电源输出模式及所述数字PWM开关电源输出模式下，所述第二PMOS开关处于关断状态，且所述模拟PFM控制电路和所述数字PWM控制电路通过第一PMOS栅极控制信号和NMOS栅极控制信号驱动所述第一PMOS开关和所述NMOS开关以使其构成同步互补开关。5.根据权利要求3所述的多模式电源管理系统，其特征在于，在所述开关电源拓扑LDO输出模式下，所述第一PMOS开关和所述NMOS开关处于关断状态；所述第二LDO控制电路输出所述第二PMOS栅极控制信来驱动所述第二PMOS开关形成开关电源模式的LDO输出，其中，所述可替换元件采用电感元件。6.根据权利要求3所述的多模式电源管理系统，其特征在于，在所述LDO输出模式下，所述第二PMOS开关和所述NMOS开关处于关断状态；所述第一LDO控制电路输出所述第一PMOS栅极控制信来驱动所述第一PMOS开关形成LDO输出，其中，所述可替换元件采用零欧姆电阻。7.根据权利要求1所述的多模式电源管理系统，其特征在于，所述数字电路包括LDO环路控制单元、PFM模式参数控制单元和数字PWM环路滤波单元，其中所述LDO环路控制单元连接到所述第一LDO控制电路和所述第二LDO控制电路，用于向所述第一LDO控制电路和所述第二LDO控制电路输出第一总线电压和第二总线电压，所述PFM模式参数控制单元连接到所述模拟PFM控制电路，用于向所述模拟PFM控制电路输出第三总线电压和第一时钟信号；所述数字PWM环路滤波单元连接到所述数字PWM控制电路，用于向所述数字PWM控制电路输出第四总线电压和第二时钟信号。8.根据权利要求7所述的多模式电源管理系统，其特征在于，所述数字电路还包括工作模式选择单元，其连接到所述LDO环路控制单元、所述PFM模式参数控制单元和所述数字PWM环路滤波单元，用于根据寄存器配置接口的输出配置以及输入电压采样值，选择性地进行第一LDO环路控制使能、第二LDO环路控制使能、模拟PFM环路控制使能和数字PWM环路控制使能。9.根据权利要求1所述的多模式电源管理系统，其特征在于，所述模拟PFM模式控制电路包括引入迟滞模块的高速比较器，其用于比较输出反馈电压与参考电压，其中所述迟滞模块包括数字逻辑单元及2选1多工器，其中所述高速比较器的输出通过所述数字逻辑单元反馈给所述2选1多工器；当所述高速比较器的输出为低时，所述2选1多工器选...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪坚雄，姜黎，李天望，万鹏，袁涛，
申请(专利权)人：湖南国科微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43