基于观测器的电压调节电路系统技术方案

本文所述的各种具体实施涉及一种设备，该设备具有功率级，该功率级基于输入信号和控制信号来提供输出信号和第一反馈信号。该设备可具有数字级，该数字级具有数字电路系统，该数字电路系统基于该数字电路系统的使用该输出信号的操作活动来提供第二反馈信号。该设备可具有控制级，该控制级基于该输入信号、该第一反馈信号和该第二反馈信号来提供该控制信号。反馈信号和该第二反馈信号来提供该控制信号。反馈信号和该第二反馈信号来提供该控制信号。

【技术实现步骤摘要】
基于观测器的电压调节电路系统

技术介绍

[0001]本节旨在提供与理解本文所述的各种技术相关的信息。如本节的标题所暗示的，这是对相关技术的讨论，绝不应当暗示其是现有技术。一般来讲，相关技术可被认为是或可不被认为是现有技术。因此，应当理解，本节中的任何陈述均应按此意义来理解，并且不作为对现有技术的任何认可。
[0002]在现代电路设计中，数字电路系统的性能通常取决于供电电压、工艺变化和/或温度。为高性能数字电路供电通常需要尽管线路和负载条件变化仍能够生成所需的供电电压的专用功率管理电路。因此，还需要稳压器具有良好的负载瞬态性能，以在操作期间在快速和较大瞬态负载下尽可能地维持数字电路的供电电压恒定。一般来讲，通常已知中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)和加速器在电源供应方面具有挑战性负载。常规的功率转换器依赖于高带宽、高增益、闭环控制电路来将转换器的输出阻抗保持为最小，这可能允许操作中出现最小瞬态下降，从而导致数字电路具有减小的电压裕度，进而实现整个数字系统的更好能量效率。然而，即使在一些现代稳压器设计中有所改进，为高性能数字电路系统供电对于大多数操作应用来说都是低效且高度复杂的。因此，需要改进现代电路设计中的电压调节。
附图说明
[0003]本文参考附图描述了各种技术的具体实施。然而，应当理解，附图仅示出了本文所述的各种具体实施，并且不旨在限制本文所述的各种技术的实施方案。
[0004]图1示出了根据本文所述的具体实施的基于观测器的电压调节电路系统的图示。
[0005]图2示出了根据本文所述的具体实施的基于观测器的电压调节电路系统的图示。
[0006]图3示出了根据本文所述的具体实施的基于观测器的电压调节电路系统的图示。
具体实施方式
[0007]本文所述的各种具体实施涉及用于通过物理设计实现基于观测器的电压调节方案和技术的控制回路电路系统。例如，本文所述的各种具体实施在中央处理单元(CPU)的功率源的控制回路中实现观测器路径，该CPU使用由与CPU相关联的活动预测器提供的反馈信号。稳压器的瞬态性能随着负载的瞬态下降的显著减小而得到极大改善。在各种场景中，数字处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)或类似部件通常需要专用功率源结构。利用数字处理器、CPU、GPU等的操作活动的预测知识，本文所述的各种具体实施使用活动因子作为提前若干周期预测CPU的活动因子在实时情况下可以是什么的反馈信号。稳压器随后使用此活动因子信息为电路供电，这允许减小电压裕度，从而得到CPU的较高工作频率或较低工作功率。
[0008]本文中所述的各种具体实施使用CPU活动因子预测器来改进为CPU供电的稳压器的瞬态性能。如本文所详述，将活动预测器输出并反馈到功率转换器的控制电路系统，并且控制电路系统能够使用参考输入连同经调节的输出电压、输入电压和活动预测器来为数字
电路系统(例如，CPU、GPU或类似部件)供应经调节的电压供应。
[0009]本文将参考图1至图3详细描述电压调节方案和技术的各种具体实施。
[0010]图1示出了根据本文所述的各种具体实施的基于观测器的电压调节电路系统104的图示100。
[0011]在各种具体实施中，电压调节电路系统104可指具有各种集成电路(IC)部件的系统或设备，这些IC部件被布置和联接在一起作为提供物理电路设计和相关结构的部分的组装件或一些组合。在一些情况下，一种将电压调节电路系统104设计、提供和制造为集成系统或设备的方法可利用本文所述的各种IC电路部件来实现，以便由此实现与其相关联的各种神经网络方案和技术。电压调节电路系统104可与各种基于观测器的计算电路系统和相关部件集成在单个芯片上，并且电压调节电路系统104可在用于车辆、电子、移动和物联网(IoT)应用(包括遥感器节点)的各种嵌入式系统中实现。
[0012]如图1所示，基于观测器的电压调节电路系统104可以是具有多个级的设备，包括例如功率级110、控制级114和数字级118。功率级110可联接在控制级114与数字级118之间。控制级114和功率级110可联接在输入电压信号(Vin)与地(Vss,Gnd)之间，并且数字级118可联接在输出信号(例如，输出电流Iout)与地(Vss,Gnd)之间。控制级114可接收多个信号，诸如例如输入电压信号(Vin)、参考电压信号(Vref)、第一反馈信号(fb1,Vout)和第二反馈信号(fb2,a*)。控制级114可基于输入信号(Vin,Vref,fb1,fb2)中的一或多者生成控制信号(dctrl)并将其提供给功率级110。功率级110可包括被配置为从控制级114接收控制信号(dctrl)并随后基于控制信号(dctrl)来提供输出信号(Iout)和第一反馈信号(fb1,Vout)的稳压器电路系统。数字级118可包括被配置为从功率级110接收输出信号(Iout)并随后将第二反馈信号(fb2,a*)提供给控制级114的数字电路系统。
[0013]在一些具体实施中，功率级110可被配置为基于输入电压信号(Vin)和控制信号(dctrl)来生成并提供输出信号(Iout)和第一反馈信号(Vout,fb1)。数字级118可包括数字电路系统118，其被配置为基于数字电路系统118的使用输出信号(Iout)的操作活动来提供第二反馈信号(fb2,a*)。此外，控制级114可被配置为基于输入电压信号(Vin)、第一反馈信号(fb1,Vout)和第二反馈信号(fb2,a*)来提供控制信号(dctrl)。第一反馈信号(fb1,Vout)可指由功率级110生成并直接提供给控制级114的基于输出功率的电压信号。输出信号(Iout)可指由功率级110生成并直接提供给数字级118的数字电路系统的基于输出功率的电流信号。第二反馈信号(fb2,a*)可指由数字级118基于数字电路系统的使用输出信号(Iout)的操作活动生成并提供的基于活动因子的控制电压信号。此外，基于活动因子的控制电压信号具有活动因子(*a)，其预测性地测量数字电路系统的操作活动，以便提供与数字电路系统的操作活动相关联的切换次数的估计。
[0014]在一些具体实施中，控制级114可被配置为接收参考信号(Vref)并基于输入信号(Vin)、参考信号(Vref)、第一反馈信号(fb1,Vout)和第二反馈信号(fb2,a*)将控制信号(dctrl)提供给功率级110。控制级114可直接联接到功率级110以便将控制信号(dctrl)提供给功率级110。输入信号(Vin)可指输入电压信号，并且参考信号(Vref)可指参考电压信号。
[0015]在一些具体实施中，功率级110可被配置为作为稳压器操作，稳压器提供一个或一个以上或多个经调节的输出信号作为包括第一反馈信号(fb1,Vout)的输出。控制级114可
包括信号合并电路系统，其从功率级110接收第一反馈信号(fb1,Vout)，从数字级118接收第二反馈信号(fb2,a*)，并随后合并第一反馈信号(fb1,Vout)和第二反馈信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，包括：功率级，所述功率级基于输入信号和控制信号来提供输出信号和第一反馈信号；数字级，所述数字级具有数字电路系统，所述数字电路系统基于所述数字电路系统的使用所述输出信号的操作活动来提供第二反馈信号；以及控制级，所述控制级基于所述输入信号、所述第一反馈信号和所述第二反馈信号来提供所述控制信号。2.根据权利要求1所述的设备，其中：所述第一反馈信号是指由所述功率级生成并直接提供给所述控制级的基于输出功率的电压信号，并且所述输出信号是指由所述功率级生成并直接提供给所述数字级的所述数字电路系统的基于输出功率的电流信号。3.根据权利要求1所述的设备，其中：所述第二反馈信号是指由所述数字级基于所述数字电路系统的使用所述输出信号的所述操作活动生成并提供的基于活动因子的控制电压信号。4.根据权利要求3所述的设备，其中：所述基于活动因子的控制电压信号具有活动因子，所述活动因子预测性地测量所述数字电路系统的所述操作活动，以便提供与所述数字电路系统的所述操作活动相关联的切换次数的估计。5.根据权利要求1所述的设备，其中：所述控制级接收参考信号并基于所述输入信号、所述参考信号、所述第一反馈信号和所述第二反馈信号将所述控制信号提供给所述功率级，所述控制级直接联接到所述功率级以便将所述控制信号提供给所述功率级，并且所述输入信号是指输入电压信号，并且所述参考信号是指参考电压信号。6.根据权利要求1所述的设备，其中：所述功率级提供多个经调节的输出信号作为包括所述第一反馈信号的输出，并且所述控制级包括信号合并电路系统，所述信号合并电路系统从所述功率级接收所述第一反馈信号，从所述数字级接收所述第二反馈信号，并随后合并所述第一反馈信号和所述第二反馈信号，从而生成所述控制信号并将其直接提供给所述功率级。7.根据权利要求1所述的设备，其中：所述功率级包括电压调节电路系统，所述电压调节电路系统从所述控制级接收所述控制信号并随后经由第一反馈回路路径将所述第一反馈信号提供给所述控制级，并且所述功率级联接在所述控制级与所述数字级之间，使得所述电压调节电路系统直接从所述控制级接收所述控制信号并随后将所述输出信号直接提供给所述数字电路系统。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述第一反馈回路路径是标准回路路径，所述标准回路路径被配置为将所述第一反馈信号作为由所述功率级生成并提供的基于输出功率的电压信号直接提供给所述控制级。9.根据权利要求1所述的设备，其中：所述数字级包括数字电路系统，所述数字电路系统从所述功率级接收所述输出信号并随后经由第二反馈回路路径将所述第二反馈信号提供给所述控制级，并且
所述数字级联接到所述功率级和所述控制级，使得所述数字电路系统直接从所述功率级接收所述输出信号并随后将所述第二反馈信号直接提供给所述控制电路系统。10.根据权利要求9所述的设备，其中所述第二反馈回路路径是观测器回路路径，所述观测器回路路径被配置为将所述第二反馈信号作为由所述数字级基于所述数字电路系统的使用所述输出信号的所述操作活动生成并提供的基于活动因子的信号直接提供给所述控制级。11.根据权利要求1所述的设备，其中所述数字电路系统包括具有处理器、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)和图形处理单元(GPU)中的至少一者的处理电路系统。12.一种设备，包括：第一控制电路系统，所述第一控制电路系统从电压调节电路系统接收第一反馈信号并基于所述第一反馈信号来提供第一控制信号；第二控制电路系统，所述第二控制电路系统从数字电路系统接收第二反馈信号并基于所述第二反馈信号来提供第二控制信...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：Arm有限公司，
类型：发明
国别省市：