功率分配网络(PDN)调节器制造技术

本文描述了用于调节电源轨(230)(例如，减少电源轨上的电压降和/或电压过冲)的系统和方法。在一个实施例中，电源电路包括耦合至高压轨(210)的电容器(215)和耦合在高压轨和电源轨之间的下降斜率限制器(DSL)。该DSL被配置成检测电源轨上的向下电压斜率，以及基于检测到的向下电压斜率来控制从高压轨通过该DSL至电源轨的电流流动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景领域本公开的各方面一般涉及功率分配网络，尤其涉及功率分配网络(PDN)调节器。
技术介绍
功率分配网络(PDN)被用于从片外电源(例如，功率管理集成电路(PMIC))向片上系统(SoC)中的各种电路分配功率。PDN可采用电源选通以节省电力，其中PDN选择性地将SoC中活跃的电路连接至电源，而将SoC中不活跃的电路从电源断开。PDN在将SoC连接至片外电源(例如，PMIC)的引线中通常具有大电感。当电源轨上的负载突变(例如，由于电源选通引起)时，该电感在电源轨上引发纹波。概述以下给出对一个或多个实施例的简化概述以提供对此类实施例的基本理解。此概述不是所有构想到的实施例的详尽综览，并且既非旨在标识所有实施例的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有实施例的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或更多个实施例的一些概念以作为稍后给出的更加具体的说明之序。根据第一方面，本文中描述了一种电源电路。该电源电路包括耦合至高压轨的电容器和耦合在高压轨和电源轨之间的下降斜率限制器(DSL)。该DSL被配置成检测电源轨上的向下电压斜率，以及基于检测到的向下电压斜率来控制从高压轨通过该DSL至电源轨的电流流动。第二方面涉及一种用于调节电源轨的方法。该方法包括检测电源轨上的向下电压斜率，以及基于检测到的向下电压斜率来控制从高压轨至电源轨的电流流动，其中电容器被耦合至该高压轨。第三方面涉及一种用于调节电源轨的设备。该设备包括用于检测电源轨上的向下电压斜率的装置，以及用于基于检测到的向下电压斜率来控制从高压轨至电源轨的电流流动的装置，其中电容器被耦合至该高压轨。为能达成前述及相关目的，这一个或多个实施例包括在下文中充分描述并在权利要求中特别指出的特征。以下说明和所附插图详细阐述了这一个或更多个实施例的某些解说性方面。但是，这些方面仅仅是指示了可采用各个实施例的原理的各种方式中的若干种，并且所描述的实施例旨在涵盖所有此类方面及其等效方案。附图简述图1示出针对直接置于轨上的解耦电容器的有效电荷和针对置于耦合至轨的低压差调整器(LDO)之后的解耦电容器的有效电荷的示例。图2是根据本公开的一实施例的功率分配网络(PDN)调节器的框图。图3示出了根据本公开的一实施例的针对耦合至高压轨的电容器的有效电荷的示例。图4示出了根据本公开的一实施例的在没有下降斜率限制器(DSL)的情况下的纹波和在具有DSL的情况下的纹波的示例。图5示出了根据本公开的一实施例的在没有过冲斜率限制器(OSL)的情况下的纹波和在具有OSL的情况下的纹波的示例。图6示出了根据本公开的一实施例的一示例，其中PDN调节器将涌入电流提供至片上电路。图7示出了根据本公开的一实施例的PDN调节器的示例，该PDN调节器针对多个电源轨中的每一个电源轨包括单独的DSL和单独的OSL。图8示出了根据本公开的一实施例的DSL的实现。图9示出了根据本公开的一实施例的OSL的实现。图10是根据本公开的一实施例的用于调节电源轨的方法的流程图。详细描述以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实
践本文中所描述的概念的仅有的配置。本详细描述包括具体细节以便提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出众所周知的结构和组件以避免湮没此类概念。功率分配网络(PDN)被用于从片外电源(例如，功率管理集成电路(PMIC))向片上系统(SoC)中的各种电路分配功率。PDN可采用电源选通以节省电力，其中PDN选择性地将SoC中活跃的电路连接至电源，而将SoC中不活跃的电路从电源断开。这防止了从不活跃的(例如，空闲的)电路的功率漏泄，由此省电。PDN在将SoC连接至片外电源(例如，PMIC)的引线中通常具有大电感。例如，该电感可包括板电感、封装电感等。当电源轨上的负载突变(例如，由于电源选通引起)时，该电感在电源轨上引发纹波。当电源轨上的电压降低(例如，低于0.9V)且SoC的负载增加(例如，由于更高的集成引起)时，纹波效应变得如此严重以至于其极大地影响了耦合至电源轨的数字电路的操作。例如，纹波效应可在SoC和/或存储器单元中导致逻辑错误，从而翻转SoC中的状态。因此，希望减少纹波效应。减少纹波效应的一种方法是将片上解耦电容器直接连接至电源轨。然而，制造大的片上电容器是非常昂贵的。此外，电容器的电荷存储容量的仅一小部分能被用于减少纹波效应。这可以参照图1来展示。在图1的示例中，电源轨上的供电电压约为1.0V，而电源轨上可容许的最大电压降约为△V，该电压降比1.0V小得多(例如，0.1V或更少)。存储在解耦电容器(在图1中标记为CAP)上的总电荷约等于C·V，其中C是电容器的电容而V是供电电压(例如，在图1中为1.0V)。然而，该电荷的仅约等于C·△V的一小部分(称为有效电荷)可用于减少电源轨上的纹波效应。换言之，电容器的电荷存储容量的仅一小部分(称为有效电容)可用于减少纹波效应。如图1中所示，该有效电荷(阴影区域)只构成了存储在解耦电容器上的总电荷的一小部分。减少纹波效应的另一种方法是将片上解耦电容器放置在耦合至电源轨的片上低压差调整器(LDO)后面。在此方法中，解耦电容器被连接到更高的电
压(例如，1.2V)且通过LDO向电源轨提供电荷以减少纹波效应。与先前的方法(如图1中所示)相比，此方法中的有效电荷更大，但由于LDO中的能量损耗，有效电荷大得不多。与先前的两种方法相比，本公开的实施例显著增加了用于减少纹波效应的电容器的有效电容，如以下进一步讨论的那样。图2示出了根据本公开的一实施例的PDN调节器205。该PDN调节器205可被集成在具有电源轨230的芯片200上，该电源轨230连接到片外PMIC 250用于从PMIC 250向该芯片上的各种电路(未在图2中示出)供电。将PMIC250连接到电源轨230的引线可包括电感(例如，板电感和/或封装电感)，当电源轨上的负载改变(例如，由于电源选通引起)时，该电感在电源轨230上产生纹波。PDN调节器205包括耦合在高压轨210与地之间的片上电容器215。高压轨210具有比用于从PMIC 250向芯片上的各种电路(未在图2中示出)供电的电源轨230更高的电压。例如，高压轨210可具有约2.4V的标称电压，而电源轨230可具有约1.0V的供电电压。一般而言，高压轨210可具有比电源轨230的供电电压至少高50％的电压。PDN调节器205还包括耦合在高压轨210与电源轨230之间的下降斜率限制器(DSL)220、以及耦合在电源轨230与地之间的过冲斜率限制器(OSL)240。DSL 220与OSL 240在下文中更详细地讨论。与上文讨论的先前两种方法相比，片上电容器215的有效电荷大得多(例如，高5～10倍)这是因为片上电容器215连接至高压轨210，而有效电荷与高压轨210和电源轨230之间相对较大的电压差成比例。这可以参照图3来展示，图3示出与图1所示的先前两种方法相比片上电容器215的有效电荷的示例。如图3中所示，对于给定的电容器大小，片上电容器215的有效电荷(阴影区域)比先前两种方法的电容器的有效电荷显著更大。因为电容器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源电路，包括：耦合至高压轨的电容器；以及耦合在所述高压轨和电源轨之间的下降斜率限制器(DSL)，其中所述DSL被配置成检测所述电源轨上的向下电压斜率，以及基于检测到的向下电压斜率来控制从所述高压轨通过所述DSL至所述电源轨的电流流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.07 US 14/175,9221.一种电源电路，包括：耦合至高压轨的电容器；以及耦合在所述高压轨和电源轨之间的下降斜率限制器(DSL)，其中所述DSL被配置成检测所述电源轨上的向下电压斜率，以及基于检测到的向下电压斜率来控制从所述高压轨通过所述DSL至所述电源轨的电流流动。2.如权利要求1所述的电源电路，其中所述高压轨处于比所述电源轨至少高50％的电压。3.如权利要求1所述的电源电路，其中所述DSL被配置成通过以下方式控制所述电流流动：如果所述检测到的向下电压斜率的幅值低于斜率阈值，则阻止所述电流流动，而如果所述检测到的向下电压斜率的幅值超过所述斜率阈值，则允许所述电流流动。4.如权利要求3所述的电源电路，其中在所述DSL允许所述电流流动的时间期间，所述DSL被配置成控制通过所述DSL的电流流动，使得所述检测到的向下电压斜率的幅值约被限于所述斜率阈值。5.如权利要求1所述的电源电路，其中所述DSL包括：耦合至所述电源轨的斜率检测电路，其中所述斜率检测电路被配置成检测所述电源轨上的所述向下电压斜率，以及基于所述检测到的向下电压斜率来输出斜率信号；耦合在所述高压轨和所述电源轨之间的功率晶体管；以及控制电路，所述控制电路被配置成将来自所述斜率检测电路的所述斜率信号和斜率阈值信号作比较，以及基于所述比较来控制所述功率晶体管的导电率。6.如权利要求5所述的电源电路，其中所述功率晶体管包括场效应晶体管(FET)，并且所述控制电路被配置成通过控制所述功率晶体管的栅极电压来控制所述功率晶体管的导电率。7.如权利要求1所述的电源电路，进一步包括耦合在所述电源轨和地之间的过冲斜率限制器(OSL)，其中所述OSL被配置成检测所述电源轨上的向上电压斜率，以及基于检测到的向上电压斜率来控制从所述电源轨通过所述OSL至地的电流流动。8.如权利要求7所述的电源电路，其中所述OSL被配置成通过以下方式控制从所述电源轨至地的电流流动：如果所述检测到的向上电压斜率低于斜率阈值，则阻止从所述电源轨至地的电流流动，而如果所述检测到的向上电压斜率超过所述斜率阈值，则允许从所述电源轨至地的电流流动。9.如权利要求8所述的电源电路，其中在所述OSL允许从所述电源轨至地的电流流动的时间期间，所述OSL被配置成控制从所述电源轨通过所述OSL至地的电流流动，使得所述检测到的向上电压斜率约被限于所述斜率阈值。10.如权利要求1所述的电源电路，其中所述电源电路被集成在单个芯片上。11.如权利要求10所述的电源电路，进一步包括耦合在所述电源轨和所述芯片上的电路之间的头开关，其中所述头开关被配置成对所述芯片上的所述电路进行电源选通。12.一种用于调节电源轨的方法，包括：检测所述电源轨上的向下电压斜率；以及基于检测到的向下电压斜率来控制从高压轨至所述电源轨的电流流动，其中电容器被耦合至所述高压轨。13.如权利要求12所述的方法，其中所述高压轨处于比所述电源轨至少高50％的电压。14.如权利要求12所述的方法，其中控制电流流动进一步包括：如果所述检测到的向下电压斜率的幅值低于斜率...

【专利技术属性】
技术研发人员：Q·李，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US