用于可重配置的DICKSONSTAR开关式电容器电压调节器的装置、系统和方法制造方法及图纸

公开了用于可重配置的DICKSON STAR开关式电容器电压调节器的装置、系统和方法，其可以通过在各种模式之间进行重新配置来支持多个转换比。可重配置的Dickson Star SC调节器被设计为通过跨多个操作模式(跨多个转换比)重用电容器和开关来减少冗余电容器的数量。本公开还示出了混合(例如，两级)电压调节器。两级)电压调节器。两级)电压调节器。

【技术实现步骤摘要】
用于可重配置的DICKSON STAR开关式电容器电压调节器的装置、系统和方法
[0001]本申请是申请号为“201780037808.9”，申请日为“2017年4月14日”，专利技术名称为“用于可重配置的DICKSON STAR开关式电容器电压调节器的装置、系统和方法”的中国专利技术申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]母案申请根据35 U.S.C.
§
119(e)要求于2016年4月18日提交的题为“RECONFIGURABLE DICKSON STAR SWITCHED CAPACITOR VOLTAGE REGULATOR”的美国临时申请号62/324,091的较早提交日期的权益，所述申请通过引用以其整体而被并入本文。
[0004]关于联邦政府资助的研究或开发的声明
[0005]此专利技术是在国家科学基金会(NSF)授予的1353640和1519788的政府支持下完成的。政府拥有本专利技术中的某些权利。


[0006]本公开涉及用于提供可重配置的Dickson Star开关式电容器电压调节器和/或提供混合(例如，两级)电压调节器的装置、系统和方法。

技术介绍

[0007]存在对于减小电子系统的尺寸的强烈需求。尺寸减小在空间宝贵的电子产品中是特别期望的，而在被置于大数据中心中的服务器中也是期望的，因为在固定的空间资产中挤入尽可能多的服务器是重要的。
[0008]电子系统中最大组件中的一个包括电压调节器(也称为功率调节器)。功率调节器通常包括用于将电压递送到集成芯片的大量庞大的片外组件，包括处理器、存储器设备(例如，动态读取存取存储器(DRAM))、射频(RF)芯片、WiFi组合芯片和功率放大器。因此，期望的是减小电子系统中的电压调节器的尺寸。
[0009]功率调节器包括半导体芯片，诸如DC
‑
DC调节器芯片，其将功率从功率源(例如，电池)递送到输出负载。输出负载可以包括电子设备中的各种集成芯片(例如，应用处理器、DRAM、NAND闪存)。为了高效地递送功率，电压调节器可以使用“降压(buck)”拓扑。这样的调节器被称为降压调节器。降压调节器使用电感器将电荷从功率源传递至输出负载。降压调节器可以使用功率开关以将电感器与多个电压中的一个连接/断开，从而提供作为多个电压的加权平均的输出电压。降压调节器可以通过控制电感器耦合到多个电压中的一个的时间量来调整输出电压。
[0010]不幸地，降压调节器不适用于高度集成的电子系统。特别是在功率转换比高时并且在输出负载消耗的电流量高时，降压调节器的转换效率取决于电感器的尺寸。因为电感器可占据大面积且庞大而无法集成在芯片上或封装上，所以现有的降压调节器通常使用大量片外电感器组件。此策略通常需要印刷电路板上的大面积，这转而增加了电子设备的尺寸。随着移动片上系统(SoC)变得更加复杂并且需要由电压调节器递送越来越大量的电压
域，挑战加剧。

技术实现思路

[0011]所公开主题的一些实施例包括电压调节器，用于将输入端子处的输入电压调节到输出端子处的输出电压。调节器包括电容器矩阵，其具有第一电容器子矩阵和第二电容器子矩阵。调节器还包括开关矩阵，其具有第一开关子矩阵、第二开关子矩阵、第三开关子矩阵、第四开关子矩阵和第五开关子矩阵。第一电容器子矩阵中的电容器通过第一开关子矩阵中的相关联开关而被耦合到输出端子，并且还通过第二开关子矩阵中的相关联开关而被耦合到接地端子。第二电容器子矩阵中的电容器通过第三开关子矩阵中的相关联开关而被耦合到输出端子，并且还通过第四开关子矩阵中的相关联开关而被耦合到接地端子。而且，第五开关子矩阵具有串联布置在输入端子和输出端子之间的N个开关，并且第五开关子矩阵中的每个开关被连接到第一电容器子矩阵中的相关联电容器和第二电容器子矩阵中的相关联电容器。接通第五开关子矩阵中最靠近输入端子的K个开关以重新配置电压调节器来提供(N
‑
K)：1的转换比，其中K是小于N的非负值。
[0012]在本文公开的一个或多个实施例中，开关矩阵被配置为在保持K个开关接通的同时以预定占空比在第一配置和第二配置之间交替，以便以(N
‑
K)：1的转换比将输入电压调节为输出电压。
[0013]在本文公开的一个或多个实施例中，K个开关中的一个被配置为使被连接到K个开关中的所述一个的第一电容器子矩阵中的一个电容器和第二电容器子矩阵中的一个电容器并联。
[0014]在本文公开的一个或多个实施例中，第二开关矩阵中耦接到第一电容器子矩阵中的所述一个电容器的第一开关和第四开关矩阵中耦接到第二电容器子矩阵中的所述一个电容器的第二开关使用相同开关信号来控制。
[0015]在本文公开的一个或多个实施例中，第一开关矩阵中耦合到第一电容器子矩阵中的所述一个电容器的第一开关和第三开关矩阵中耦合到第二电容器子矩阵中的所述一个电容器的第二开关使用相同开关信号来控制。
[0016]在本文公开的一个或多个实施例中，K为零。
[0017]在本文公开的一个或多个实施例中，K是N
‑
1。
[0018]在本文公开的一个或多个实施例中，K是0与N
‑
1范围内的值。
[0019]在本文公开的一个或多个实施例中，第五开关子矩阵中的开关数量是N。
[0020]所公开主题的一些实施例包括电压调节器，用于将输入端子处的输入电压调节到输出端子处的输出电压。调节器包括电容器矩阵，其具有第一电容器子矩阵和第二电容器子矩阵。调节器还包括开关矩阵，其具有第一开关子矩阵、第二开关子矩阵和第三开关子矩阵。第一开关子矩阵中的一个开关被耦合到第一电容器子矩阵中的两个相关联电容器。第二开关子矩阵中的一个开关被耦合到第二电容器子矩阵中的两个相关联电容器。第三开关子矩阵具有串联布置在输入端子和输出端子之间的N个开关，并且第三开关子矩阵中的每个开关被连接到第一电容器子矩阵中的相关联电容器和第二电容子矩阵中的相关联电容器。第一开关子矩阵和第二开关子矩阵中最靠近输入端子的K个开关(不包括第一开关子矩阵中被连接到输入端子的顶部开关)被接通以重新配置电压调节器来提供(N
‑
K)：1的转换
比，其中K是小于N的非负值。
[0021]在本文公开的一个或多个实施例中，第三开关子矩阵中的K个开关(不包括第三开关子矩阵中被连接到输入端子的顶部开关)被断开以重新配置电压调节器来提供(N
‑
K)：1的转换比。
[0022]在本文公开的一个或多个实施例中，开关矩阵被配置为在保持第三开关子矩阵中的K个开关接通的同时以预定占空比在第一配置和第二配置之间交替，以便以(N
‑
K)：1的转换比将输入电压调节到输出电压。
[0023]在本文公开的一个或多个实施例中，当K是奇数时，第三开关子矩阵中的顶部开关在第一配置和第二配置中均被断开，并且其中当K是偶数时，第一开关子矩阵中的顶部开关在第一配置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将输入端子(202)处的输入电压调节到输出端子(208)处的输出电压的电压调节器，所述调节器包括：多个开关(224、226、228、804)，其串联连接在所述输入端子和所述输出端子之间，其中所述多个开关包括：第一开关(224)，其具有第一侧和第二侧，其中所述第一开关的第一侧被连接到所述输出端子；第二开关(226)，其具有第一侧和第二侧，其中所述第二开关的第一侧被连接到所述第一开关的第二侧；第三开关(228)，其具有第一侧和第二侧，其中所述第三开关的第一侧被连接到所述第二开关的第二侧；第一对开关(218、216)，其串联连接在所述输出端子和接地节点(210)之间，其中所述第一对开关包括在所述第一对开关之间的中间节点；第二对开关(220、222)，其串联连接在所述输出端子和所述接地节点之间，其中所述第二对开关包括在所述第二对开关之间的中间节点；第三对开关(1004、1002)，其串联连接在所述输出端子和所述接地节点之间，其中所述第三对开关包括在所述第三对开关之间的中间节点；第一电容器(204)，其具有第一侧和第二侧，其中所述第一电容器的第一侧被连接到所述第一对开关的中间节点，并且其中所述第一电容器的第二侧被连接到所述第一开关的第二侧；第二电容器(206)，其具有第一侧和第二侧，其中所述第二电容器的第一侧被连接到所述第二对开关的中间节点，并且其中所述第二电容器的第二侧被连接到所述第二开关的第二侧；第三电容器(802)，其具有第一侧和第二侧，其中所述第三电容器的第一侧被连接到所述第三对开关的中间节点，并且其中所述第三电容器的第二侧被连接到所述第三开关的第二侧。2.根据权利要求1所述的电压调节器，其中：所述多个开关还包括第四开关(804)，其具有第一侧和第二侧，其中所述第四开关的第一侧被连接到所述第三开关的第二侧，并且其中所述第四开关的第二侧被连接到所述输入端子；所述第一对开关包括第五开关(216)，其具有被连接到接地节点的第一侧，以及被连接到所述第一对开关的中间节点的第二侧；所述第一对开关包括第六开关(218)，其具有被连接到所述第一对开关的中间节点的第一侧，以及被连接到所述输出端子的第二侧；所述第二对开关包括第七开关(222)，其具有被连接到所述接地节点的第一侧，以及被连接到所述第二对开关的中间节点的第二侧；所述第二对开关包括第八开关(220)，其具有被连接到所述第二对开关的中间节点的第一侧，以及被连接到所述输出端子的第二侧；所述第三对开关包括第九开关(1002)，其具有被连接到接地节点的第一侧，以及被连接到所述第三对开关的中间节点的第二侧；以及
所述第三对开关包括第十开关(1004)，其具有被连接到所述第三对开关的中间节点的第一侧，以及被连接到所述输出端子的第二侧。3.根据权利要求2所述的电压调节器，其中：在第一状态和第二状态之间切换的电压调节器的第一配置期间；在所述第一配置的第一状态下：第一开关是断开的；第二开关是闭合的；第三开关是断开的；第四开关是闭合的；第五开关是断开的；第六开关是闭合的；第七开关是闭合的；第八开关是断开的；第九开关是断开的；和第十开关是闭合的；以及在所述第一配置的第二状态下：第一开关是闭合的；第二开关是断开的；第三开关是闭合的；第四开关是断开的；第五开关是闭合的；第六开关是断开的；第七开关是断开的；第八开关是闭合的；第九开关是闭合的；和第十开关是断开的。4.根据权利要求3所述的电压调节器，其中：在第一状态和第二状态之间切换的所述电压调节器的第二配置期间；在所述第二配置的第一状态下：第一开关是断开的；第二开关是闭合的；第三开关是闭合的；第四开关是断开的；第五开关是断开的；第六开关是闭合的；第七开关是闭合的；第八开关是断开的；第九开关是闭合的；和第十开关是断开的；以及
在所述第二配置的第二状态下：第一开关是闭合的；第二开关是断开的；第三开关是闭合的；第四开关是闭合的；第五开关是闭合的；第六开关是断开的；第七开关是断开的；第八开关是闭合的；第九开关是断开的；和第十开关是闭合的。5.根据权利要求4所述的电压调节器，其中：在第一状态和第二状态之间切换的所述电压调节器的第三配置期间；在所述第三配置的第一状态下：第一开关是断开的；第二开关是闭合的；第三开关是闭合的；第四开关是闭合的；第五开关是断开的；第六开关是闭合的；第七开关是断开的；第八开关是闭合的；第九开关是断开的；和第十开关是闭合的；以及在所述第三配置的第二状态下：第一开关是闭合的；第二开关是闭合的；第三开关是闭合的；第四开关是断开的；第五开关是闭合的；第六开关是断开的；第七开关是闭合的；第八开关是断开的；第九开关是闭合的；和第十开关是断开的。6.根据权利要求5所述的电压调节器，其中：在第一状态和第二状态之间切换的所述电压调节器的第四配置期间；在所述第四配置的第一状态下：第一开关是断开的；
第二开关是闭合的；第三开关是闭合的；第四开关是闭合的；第五开关是闭合的；第六开关是断开的；第七开关是闭合的；第八开关是断开的；第九开关是闭合的；和第十开关是断开的；以及在所述第四配置的第二状态下：第一开关是闭合的；第二开关是闭合的；第三开关是闭合的；第四开关是断开的；第五开关是闭合的；第六开关是断开的；第七开关是闭合的；第八开关是断开的；第九开关是闭合的；和...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔贝托，
申请(专利权)人：莱恩半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：