可以在闭环电压调节器内使用功率门晶体管的缩小尺寸复制件来测量由非复制件功率门中的晶体管输送的平均电流。所测得的电流被与已知的基准电流进行比较，并且反馈回路被用来修改功率门晶体管和复制件功率门晶体管的栅极偏置。改进的电流感测功率门复制件方案可以包括：测量来自功率门的小复制件的电流，并通过将复制件电流乘以启用的功率门的尺寸与复制件的尺寸的比率来推算总电流。通过复制件的电流，其与等效功率门器件中的电流基本匹配，可以在模拟总线上得以收集并通过已知电阻器传导以生成电压，该电压决定了功率门器件的估计电流。计电流。计电流。
【技术实现步骤摘要】
数字电压调节器电流感测和调节
[0001]本文描述的实施例一般地涉及数字电压调节器电路。
技术介绍
[0002]数控功率门(Power Gate,PG)可以被用于提供片上线性电压调节。然而，当功率门器件以数字方式从关断(OFF)切换到完全导通(ON)时，它们可能会导致电压调节器遭受一些缺陷。这些挑战可能包括难以跨工作点保持回路稳定性、晶体管可靠性降低和高压差下的自热问题，或者会导致输入电力传输网络崩溃的无界快速瞬态电流阶跃。由电压调节器提供的功率管理特征也可能受到其电流传感器精度的影响。然而，电压调节器电流感测通常对工艺非常敏感。工艺中的变化可能会导致不准确性和可重复性问题，并且在功率、速度和准确性之间通常存在巨大权衡。
[0003]片上电压调节器通常需要准确电流传感器以为了产品安全(即，过流保护)，诸如为了支持优化功率和性能的片上系统(SOC)功率管理目标。负载电流传统上是一个难以测量的参数，因为电力输送网络中的电流可能是不均匀的并且因为电流流过电网中的未知电阻。当电流流过电压调节器内的功率门时，功率门两端的电压降可以用于推断由该调节器正在输送的电流。然而，因为片上传感器和功率门本身的工艺和电压变化，并且因为在某些情况下功率门上的电压降可能非常小，所以测量功率门电流存在挑战。这些变化和小信号限制了仪表放大器测量功率门的压降并根据测量值推算电流的能力。
技术实现思路
[0004]根据本申请的一方面，提供一种数字线性电压调节器装置，包括：功率门阵列，功率门阵列生成初始功率门电压；功率门复制件电路，功率门复制件电路耦合到功率门阵列，生成初始复制件电压；以及调节电路，调节电路耦合到功率门阵列并耦合到功率门复制件电路，调节电路基于初始功率门电压和初始复制件电压来生成经调节的复制件电压；功率门阵列基于经调节的复制件电压来生成经调节的功率门电压。
[0005]根据本申请的一方面，提供一种数字线性电压调节器执行的方法，包括：在功率门阵列处生成初始功率门电压；在耦合到功率门阵列的功率门复制件电路处生成初始复制件电压；在调节电路处生成经调节的复制件电压，调节电路耦合到功率门阵列并耦合到功率门复制件电路，经调节的复制件电压是基于初始功率门电压和初始复制件电压而生成的；并且在功率门阵列处基于经调节的复制件电压生成经调节的功率门电压。
[0006]根据本申请的一方面，提供一种数字线性电压调节器设备，包括：功率门阵列；功率门复制件电路，功率门复制件电路耦合到功率门阵列；以及调节电路，调节电路耦合到功率门阵列并耦合到功率门复制件电路；功率门阵列基于在调节电路处生成的经调节的复制件电压来生成经调节的功率门电压。
附图说明
[0007]在附图(这些附图不一定按比例绘制)中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的组件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似组件的不同实例。在附图的图中以示例而非限制的方式示出了一些实施例，其中：
[0008]图1是图示根据实施例的功率门复制件(replica)电路的电路图。
[0009]图2是图示根据实施例的功率门复制件控制的控制循环流程图200。
[0010]图3是图示根据实施例的修改的功率门复制件电路的电路图。
[0011]图4是图示根据实施例的数字功率门调节器的响应曲线图400。
[0012]图5是图示根据实施例的晶体管鳍自热(FiSH)的温度图500。
[0013]图6A
‑
6C是图示根据实施例的对电力输送的益处的电路图600。
[0014]图7是图示根据实施例的电流感测数字电压调节器的电路图。
[0015]图8A
‑
8B是图示根据实施例的数字电压调节器(DLVR)平面图的框图。
[0016]图9是图示根据实施例的复制件电路的电路图。
[0017]图10是图示根据实施例的电流传感器模拟输出的曲线图。
[0018]图11是图示根据实施例的遥测读数(telemetry reading)的曲线图，并示出了使用上面的作为片下(off
‑
die)加载单元的测得负载电流的函数的I
out
表达式所计算的总输出电流。
[0019]图12是图示根据实施例的PMOS源极跟随器调节电路的电路图。
[0020]图13是图示根据实施例的修改的Cherry
‑
Hooper放大器的电路图。
[0021]图14是图示根据实施例的NMOS源极跟随器调节电路的电路图。
[0022]图15是图示根据实施例的移位电压电路的电路图。
[0023]图16是图示根据实施例的瞬态响应的曲线图。
[0024]图17A
‑
17B是根据实施例的电压调节条件网格。
[0025]图18是图示根据实施例的方法的流程图。
[0026]图19是根据实施例的计算设备的框图。
具体实施方式
[0027]本文描述的电压调节器为功率门器件面临的技术问题提供了技术方案。在基于数控功率门的闭环电压调节器中，功率门晶体管的缩小尺寸复制件用于测量在真实(例如，非复制件)功率门晶体管中的晶体管输送的平均电流。所测得的电流与已知的基准电流进行比较，并且反馈回路被用来修改功率门晶体管和复制件功率门晶体管的栅极偏置。功率门晶体管导通以达到每个支路的已知恒定电流。这种使用功率门复制件来控制功率门的每个支路的电流提供了改进的性能，并解决了与无界瞬态输入电流、晶体管自热和回路稳定性相关的问题。限制电流降低了对电力输送网络的金属资源和容量要求。限制电流还可以降低或消除晶体管将超过自热限制的可能性，即使在较大压差的情况下也能如此降低。此外，由于功率门的每比特电流的幅度在压差范围内是稳定的，因此控制回路的设计被显著地简化。
[0028]这些功率门复制件方案提供了各种优点。与基于输出电压切换到迟滞控制的方案(其中迟滞控制因为功率门的输入电压未被良好地控制而不能保证回路将会是稳定的)相
比，功率门复制件方案提供了改进的回路稳定性。与依赖码轮换(code rotation)来避免违反自热限制的方案(其中码轮换增加了复杂性并增加了切换电流损耗)相比，功率门复制件方案提供了改进的可靠性并减少了自热。与依赖于器件堆叠和栅极电压偏置来避免单个器件超过自热可靠性限制的方案(这些方案偏置了栅极电压但不将功率门中的电流限制到已知值)相比，功率门复制件方案提供了改进的可靠性并减少了自热。通过调节功率门阵列内每个支路的电流，当负载电流保持恒定而压差被清除了时，恒定数量的功率门器件将保持导通(ON)，其中每个导通支路中的功率损耗随着压差增加而线性增加。与未经调节的功率电路(其中未经调节的电流将导致更少的功率门导通，因为压差随着保持导通的器件中的功率二次方增加而增加)相比，这提供了改进的性能。
[0029]功率门复制件方案可以用于以对工艺和温度稳健的方式来改进电压调节器中的电流感测的性能。此改进的电流感测功率门复制件方本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种数字线性电压调节器装置，包括：功率门阵列，所述功率门阵列生成初始功率门电压；功率门复制件电路，所述功率门复制件电路耦合到所述功率门阵列，生成初始复制件电压；以及调节电路，所述调节电路耦合到所述功率门阵列并耦合到所述功率门复制件电路，所述调节电路基于所述初始功率门电压和所述初始复制件电压来生成经调节的复制件电压；所述功率门阵列基于所述经调节的复制件电压来生成经调节的功率门电压。2.根据权利要求1所述的装置，其中：所述功率门复制件电路包括第一晶体管和耦合到所述第一晶体管的第二晶体管；并且所述调节电路包括第一放大器电路和耦合到所述第一放大器电路的第三晶体管。3.根据权利要求2所述的装置，还包括：第二放大器电路，所述第二放大器电路基于所述经调节的复制件电压来生成经电流调节的电压；以及第三放大器电路和输出级，所述第三放大器电路和输出级基于所述经电流调节的电压来生成经缓冲的电压；所述功率门阵列进一步基于所述经缓冲的电压来生成所述经调节的功率门电压。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一放大器电路和所述第三晶体管生成所述经调节的复制件电压包括：将所述初始复制件电压调节为等于所述初始功率门电压。5.根据权利要求3所述的装置，还包括修整电流基准，所述修整电流基准生成基准电压，所述第二放大器电路进一步基于所述基准电压来生成所述经电流调节的电压。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二放大器电路生成所述经电流调节的电压包括：调整所述第一晶体管的第一栅极电压以将所述经调节的复制件电压调节为等于所述基准电压。7.根据权利要求3所述的装置，其中，所述功率门阵列包括第四晶体管，所述第四晶体管接收来自所述第三放大器电路和输出级的所述经缓冲的电压。8.根据权利要求2所述的装置，还包括模数转换器，所述模数转换器基于所述经调节的复制件电压来生成经调节的数字电压信号。9.根据权利要求2所述的装置，还包括乘法器电路，所述乘法器电路用于：接收启用的功率门尺寸与功率门复制件尺寸的复制件比率；并且基于所述复制件比率来生成总调节器电流数字值。10.根据权利要求2所述的装置，其中，所述功率门复制件电路还包括复制件多路复用器，该复制件多路复用器耦合到所述第一晶体管，所述复制件多路复用器通过将所述第一晶体管的第一栅极电压拉到输入电源电压来可逆地禁用所述功率门复制件电路。11.根据权利要求2所述的装置，还包括级联放大器电路，所述级联放大器电路包括级联的n沟道金属氧化物半导体NMOS晶体管，所述级联放大器电路基于来自导电地耦合在所述第一晶体管和所述第二晶体管之间的复制件节点的复制件节点电压来生成级联电压，所述功率门阵列进一步基于所述级联电压来生成所述经调节的功率门电压。12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述级联放大器电路在所述复制件节点电压下降到低于电源电压时对所述经调节的功率门电压进行调节。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述级联放大器电路包括修改的Cherry
‑
Hooper放大器电路。1...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆士，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：
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