智能电压调节技术、电压调节器及电压调节方法技术

本发明专利技术涉及电压调节技术。在一些实施例中，电压调节器配置为基于参考电压调节输出电压。电压调节器包括模数转换器、编码器、解码器和功率级。模数转换器接收参考电压和电压调节器的输出电压并且提供数字误差信号。编码器耦合至模数转换器输出并且配置为基于数字误差信号的当前值、多个预定系数和数字误差信号的多个先前值来提供多位数字控制信号。解码器耦合至编码器并且配置为基于多位数字控制信号生成多个控制信号。功率级包括多个功率单元，该多个功率单元耦合至供电电源并且分别接收多个控制信号。本发明专利技术还提供了电压调节方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及半导体
，更具体地，涉及电压调节器和电压调节方法。
技术介绍
现代芯片上系统(SoC)设计致力于降低制造成本和功耗。智能功率输送网络起着降低制造成本和功耗的作用。SoC电路通常包括集成在单个芯片上的不同器件功能的若干子系统，其中，在不同的电压域和电流域下对这些子系统供电。为了使用诸如智能手机的电池的单个供电电源对那些子系统供电，需要电压调节器。电压调节器将供电电压转换为一种或多种目标操作电压。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本专利技术的一方面，提供了一种电压调节器，用于基于参考电压调节输出电压，所述电压调节器包括：模数转换器，配置为基于所述参考电压和反馈路径上的反馈电压提供数字误差信号；编码器，耦合至所述模数转换器的输出并且配置为基于所述数字误差信号的当前值、多个预定系数和所述数字误差信号的多个先前值提供多位数字控制信号；解码器，耦合至所述编码器并且配置为基于所述多位数字控制信号生成多个控制信号；以及功率级，包括多个功率单元，所述多个功率单元耦合至DC供电电源并且分别接收所述多个控制信号，其中，所述功率单元具有耦合在一起的相应的功率单元输出以基于所述多个控制信号来共同生成输出电压。根据本专利技术的又一方面，提供了一种电压调节器，包括：比较器，配置为接收并且比较预定参考电压与来自所述电压调节器的输出的反馈电压并且生成数字误差信号；编码器，布置在所述比较器之后并且配置为生成多位数字控制信号，所述编码器配置为将所述数字误差信号乘以第一预定系数并且减去乘以多个预定系数的多个延时的数字误差信号之和，其中，所述延时的数字误差信号通过先前时钟周期生成并且分别存储在多个寄存器中；解码器，布置在所述编码器之后并且配置为接收所述多位数字控制信号以及生成多个控制信号；以及功率级，包括由所述多个控制信号分别控制的多个功率单元，所述多个功率单元的输出一起耦合至所述电压调节器的输出以根据所述多个控制信号来生成输出电压。根据本专利技术的又一方面，提供了一种电压调节方法，包括：比较电压调节器的第一输出电压与参考电压以生成第一数字误差信号；通过从先前时钟周期生成的多个延时的数字误差信号和多个系数来对所述第一数字误差信号进行编码以生成当前编码值；将所述当前编码值解码为多个控制信号；根据所述控制信号生成第二输出电压；以及馈送所述第二输出电压以用于与所述参考电压比较的第二周期。附图说明图1是根据一些实施例的电压调节器的框图。图2是根据一些实施例的示出电压调节器的框图。图3提供了图2的电压调节器的一些实施例的工作实例以作为具有在一百个连续的时钟周期期间的电压调节器的各个节点处的值的表格。图4A至图4B是根据一些实施例的与图3的工作实例一致的曲线图。图5是根据一些实施例的示出电压调节方法的流程图。具体实施方式本文中参照附图来进行描述，其中，在通篇描述中，类似的参考标号通常用于表示类似的元件，并且其中各种结构无需按照比例绘制。在以下描述中，出于解释目的，为了方便理解而阐述了许多具体细节。然而，本领域的技术人员应该理解，通过较低程度的这些具体细节也可以实施本文所描述的一个或多个方面对于而言。在其他例子中，以框图形式示出已知的结构和器件以方便理解。将电压调节器设计为甚至在动态操作条件以后，使用诸如电池的供电电源来生成并且维持输出电压，其中，该输出电压基本跟踪参考电压。例如，电压调节器可以将1.2伏(V)的初始DC供电电压(如，由智能手机电池或耦合至智能手机电池的预调节器所提供的)转换为适合于对智能手机内的集成电路(IC)芯片供电的0.8V的输出电压。为了限制可能的损害并且将IC芯片保持为在期望的范围内操作，0.8V的输出电压应该随时间变化而恒定。然而，由于动态操作条件，诸如IC芯片的电流要求的变化、温度的变化、电池的DC供电电压的变化等，所以输出电压表现出不期望的波动。因此，电压调节器的响应并不是在很多方面一直都表现优异。本专利技术涉及智能电压调节技术。在一些实施例中，本专利技术涉及配置为使用编码器的电压调节系统。编码器配置为接收误差信号并且基于该误差信号提供多位控制信号，其中该误差信号基于参考电压和反馈电压的比较结果。在一些实施例中，通过将误差信号的当前值乘以第一预定系数来生成多位控制信号以提供第一结果，并且从第一结果中减去乘以其他各预定系数的多个误差信号的先前值。采用解码器来将多位控制信号转换为用于共同生成输出电压的多个控制信号。通过使用这种方法，由电压调节器所提供的输出电压能够在较宽的操作范围内更精确地跟踪参考电压。图1是根据一些实施例的电压调节器100的框图。电压调节器100具有第一输入端101、第二输入端103和输出端105，其中，在第一输入端上接收参考电压Vref，在第二输入端上接收DC供电电压VDC，在输出端上生成调节的输出电压Vout并且馈送至负载120。反馈路径116提供反馈信号Vfb，使得电压调节器以Vout在动态操作条件(诸如，负载120的变化、VDC的变化、温度的变化等)期间精确地跟踪参考电压Vref的方式由DC供电电压VDC生成输出电压Vout。电压调节器100包括比较器102、编码器110、解码器112和功率级114。比较器102包括第一比较器输入104a和第二比较器输入104b，其中，第一比较器输入配置为接收参考电压Vref，并且第二比较器输入配置为接收反馈电压Vfb。反馈路径116将功率级114的输出耦合至第二比较器输入104b。比较器102比较参考电压Vref和反馈电压Vfb并且生成比较结果作为数字误差信号107。编码器110耦合至比较器102的输出并且配置为基于数字误差信号107的当前值和数字误差信号107的多个先前值来提供多位数字控制信号111。多位数字控制信号111包含控制信息，该控制信息以倾向于最小化反馈电压Vfb和参考电压Vref之间的差值的方式导致功率级114的变化。通过这种方式，Vout基本跟踪Vref。在一些实施例中，编码器110通过将当前数字误差信号107乘以第一预定系数来将最大权重赋予数字误差信号107的当前值，并且通过将数字误差信号的先前值乘以比第一预定系数小的其他相应的预定系数来将较小的权重赋予数字误差信号的先前值。在一些实施例中，与数字误差信号107的先前值对应的预定系数可以根据其相应的延时而单调递减，所以数字误差信号107中的越早的值就具有越小的系数(即，更小的权重)，而数字误差信号的越新的值就具有越大的系数(即，更大的权重)。解码器112具有耦合至编码器110的输出的解码器输入，并且该解码器配置为基于多位数字控制信号111生成多个控制信号113。通过多条控制线124a至124n将控制信号113馈送(feed)至功率级114。功率级114包括多个功率单元122a至122n，该多个功率单元耦合至DC供电电压VDC并且经由多条控制线124a至124n分别接收多个控制信号113。因此，第一功率单元122a经由第一控制线124a耦合至解码器112；第二功率单元122b经由第二控制线124b耦合至解码器112等。功率单元122a至122n的输出共同耦合在输出端105处，因此通过功率单元输送的功率集中于输出端105。在操作期间，不管动态操作条件变化如何，控制信号113本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压调节器，用于基于参考电压调节输出电压，所述电压调节器包括：模数转换器，配置为基于所述参考电压和反馈路径上的反馈电压提供数字误差信号；编码器，耦合至所述模数转换器的输出并且配置为基于所述数字误差信号的当前值、多个预定系数和所述数字误差信号的多个先前值提供多位数字控制信号；解码器，耦合至所述编码器并且配置为基于所述多位数字控制信号生成多个控制信号；以及功率级，包括多个功率单元，所述多个功率单元耦合至DC供电电源并且分别接收所述多个控制信号，其中，所述功率单元具有耦合在一起的相应的功率单元输出以基于所述多个控制信号来共同生成输出电压。

【技术特征摘要】
2015.09.01 US 62/212,874;2016.07.08 US 15/205,1581.一种电压调节器，用于基于参考电压调节输出电压，所述电压调节器包括：模数转换器，配置为基于所述参考电压和反馈路径上的反馈电压提供数字误差信号；编码器，耦合至所述模数转换器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪若鹏，阿伦·罗思，艾瑞克·苏恩，阿伦·德雷克，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71