一种双环控制自适应电压调节方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电子电路技术，具体的说是涉及一种双环控制自适应电压调节方法及装置。本发明专利技术所述的双环控制自适应电压调节方法，主要为：根据负载的工作频率，设置输出电压目标值，启动电压粗调环路对基准电压进行粗调，所述粗调环路对基准电压以较大间隔值进行快速调节，并实时对电压调节器的输出电压进行采样，通过比较器判断电压采样值是否达到预设的粗调目标电压范围，达到目标电压范围后，启动电压精调环路对基准电压进行精调，使自适应电压调节电路的输出电压稳定在输出电压目标值。本发明专利技术的有益效果为，具有调压速度快的优点，并可以使输出电压在满足负载正常工作的情况下最低。本发明专利技术尤其适用于自适应电压调节器。

【技术实现步骤摘要】
—种双环控制自适应电压调节方法及装置
[0001 ] 本专利技术涉及电子电路技术，具体的说是涉及一种双环控制自适应电压调节方法及>J-U ρ?α装直。
技术介绍
近年来，随着半导体工艺的不断发展，器件的特征尺寸越来越小，集成电路在规模、运行速度和功耗等方面都有较大的提升，使得我们能够在一块芯片上把多块芯片集成在同一芯片(SoC)，在减少芯片的占用面积和电子系统体积的同时提升系统的性能，极大地推动了便携式电子设备的发展。对于便携式消费类电子产品评价的最重要的一个标准是其耗电量的大小或者待机时间的长短，但由于电池技术的发展速度严重滞后于系统能耗需求的增长速度，使得仅仅增加电池的电量或提高功率变换的效率越来越不能满足芯片集成规模与速度日益提升对电能的需要。很多复杂的电子部件，如中央处理器(CPU)和数字信号处理器(DSP)，都能在不同的时钟频率下工作。高频工作的数字电路中，门电路的开关功耗是功耗的主要组成部分，开关功耗与工作频率成正比，与工作电压的平方成正比。对于给定的工作任务，CPU或DSP完成任务所需的时钟周期个数是确定的，只降低CPU或DSP的工作频率而不改变其工作电压，完成此任务消耗的总能量是不变的。而在工作频率固定时，适当降低CPU或DSP的电源电压，其消耗的能量将明显减小。根据不同的工艺偏差、温度和负载工作频率实时自适应地调节负载供电电压，使其能量消耗最小化，这种低功耗方法称为自适应电压调节(AVS，Adaptive Voltage Scaling)。现有的自适应电压调节方法主要有以下几种。l)Mukti Barai等人利用ADC、DPID、DPWM构成控制环路做成自适应DC-DC变换器(见文献“Dual-Mode Multiple-BandDigital Controller for High-Frequency DC-DC Converter，，，Power Electronics, IEEETransactions on Volume24, Issue3, March2009Page (s): 752-766),但此法需要数字环路补偿；2)Shidhartha Das等人根据电压调节过程中负载电路(CPU或DSP)的运行出错率来调节电压，同时用错误校正机制来纠正错误来实现自适应电压调节(见文献“Razor I1:1nSitu Error Detection and Correction for PVT and SER Tolerance，，，Solid-StateCircuits, IEEE Journal of Volume44, Issuel, Jan.2009Page (s): 32-48),但此法实现复杂，且系统纠错耗费时间。3) Dae Woon Kang等人基于有限状态机设计了全数字的不需要PID补偿的自适应Buck功率变换器(见文献“A High-Efficiency Fully DigitalSynchronous Buck Converter Power Delivery System Based on a Finite-StateMachine，，，Very Large Scale Integration(VLSI)Systems, IEEE Transactions on Volume 14，I ssue3，March2006Page (s): 229-240 )，但其电路实现较本专利技术所述方法更为复杂。本专利技术中，电压的调压过程是先对输出电压进行粗调，当输出电压调节到接近目标值时再进行精调。粗调可以提高调压的速度，精调可以使最终的输出电压更低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是针对上述问题，提出一种双环控制自适应电压调节方法及装置。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种双环控制自适应电压调节方法，其特征在于，包括以下步骤:a.根据负载的工作频率,设置输出电压目标值；b.启动电压粗调环路对基准电压进行粗调，所述粗调环路对基准电压以较大间隔值进行快速调节，并实时对电压调节器的输出电压进行采样，通过比较器判断电压采样值是否达到预设的粗调目标电压范围，若是，则进入步骤C，若否，则重复步骤b ;c.启动电压精调环路对基准电压进行精调，所述精调环路对基准电压以较小间隔值进行高精度调节，使自适应电压调节电路的输出电压稳定在输出电压目标值。本专利技术总的技术方案，提供一种基于双环(粗调环路和精调环路)控制的自适应电压调节方法，调压时，先将精调电路关闭，通过频率一电压(f 一 V)关系曲线先将其输出电压预调节到一个初始值附近，此时粗调响应速度较快，当粗调值达到所需值附近的一个范围(Vref-ΔV, Vref+AV)内时，开启精调电路。精调电路包含延迟线检测模块以及对应的控制模块，调压时结合延迟检测进行反馈控制，从而将输出电压进一步减低。进一步的，所述粗调的具体方法为:通过对负载的预估算以及设定的频率电压关系，给数字模拟转换器初始控制码以产生初始基准电压，利用该基准电压通过反馈环路对自适应电压调节电路的输出电压进行调节。进一步的，所述精调的具体方法为:通过信号发生器接收来根据频率电压关系产生的控制码，并产生振荡信号，将该振荡信号同时供给时钟计数模块和延迟线检测模块，时钟计数模块用于统计在一定时间内信号发生器产生频率信号的周期个数；振荡信号通过延迟线检测模块后的延迟信号作为使能信号对高电平计数，并通过错误计数模块统计该计数结果；通过数字比较器模块比较时钟计数模块和错误计数模块的统计结果，并将比较的结果通过校正模块产生相应的新的控制字，利用新的控制字来精确调节数字模拟转换器的输出电压。在本方案中，延迟线检测模块是数字负载的关键路径的复制，精调时，通过检测测试信号在延迟线检测模块中的传输延迟，由此确定该输出电压下负载能否正常工作，通过精调DC-DC的基准电压来达到精调其输出电压的目的，保证数字负载在给定的工作时钟频率下工作电压最低，有效地降低数字负载的功耗。一种双环控制自适应电压调节装置，包括自适应电压调节电路，其特征在于，还包括粗调环路、精调环路、频率电压查找模块、D触发器、第一比较器、第二比较器、延迟单元、逻辑或门和逻辑与门，所述粗调环路包括采样电路、数字模拟转换器、环路控制模块和驱动及死区控制模块，所述精调环路包括信号发生器、延迟线检测模块、时钟计数模块、错误计数模块、数字比较器和校正模块；采样电路连接自适应电压调节电路的输出电压、环路控制模块、第一比较器的反向输入端和第二比较器的同向输入端，第一比较器和第二比较器的输出端分别连接逻辑与门的两个输入端；数字模拟转换器分别与频率电压查找模块、校正模块和环路控制模块连接，驱动及死区控制模块连接自适应电压调节电路和环路控制模块；校正模块连接D触发器的输出端、逻辑与门的输出端、数字比较器和数字模拟转换器；数字比较器连接外部时钟信号、错误计数模块、时钟计数模块和校正模块；延迟单元连接外部时钟信号和逻辑或门的一个输入端，逻辑或门的另一个输入端连接D触发器的输出端、输出端连接时钟计数模块和错误计数模块；延迟线检测模块连接自适应电压调节电路的输出电压、错误计数模块和信号发生器，信号发生器与频率电压查找模块和时钟计数模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双环控制自适应电压调节方法，其特征在于，包括以下步骤：a.根据负载的工作频率，设置输出电压目标值；b.启动电压粗调环路对基准电压进行粗调，所述粗调环路对基准电压以较大间隔值进行快速调节，并实时对电压调节器的输出电压进行采样，通过比较器判断电压采样值是否达到预设的粗调目标电压范围，若是，则进入步骤c，若否，则重复步骤b；c.启动电压精调环路对基准电压进行精调，所述精调环路对基准电压以较小间隔值进行高精度调节，使自适应电压调节电路的输出电压稳定在输出电压目标值。

【技术特征摘要】
1.一种双环控制自适应电压调节方法，其特征在于，包括以下步骤: a.根据负载的工作频率，设置输出电压目标值； b.启动电压粗调环路对基准电压进行粗调，所述粗调环路对基准电压以较大间隔值进行快速调节，并实时对电压调节器的输出电压进行采样，通过比较器判断电压采样值是否达到预设的粗调目标电压范围，若是，则进入步骤C，若否，则重复步骤b ; c.启动电压精调环路对基准电压进行精调，所述精调环路对基准电压以较小间隔值进行高精度调节，使自适应电压调节电路的输出电压稳定在输出电压目标值。2.根据权利要求1所述的一种双环控制自适应电压调节方法，其特征在于，所述粗调的具体方法为: 通过对负载的预估算以及设定的频率电压关系，给数字模拟转换器初始控制码以产生初始基准电压，利用该基准电压通过反馈环路对自适应电压调节电路的输出电压进行调节。3.根据权利要求1或2所述的一种双环控制自适应电压调节方法，其特征在于，所述精调的具体方法为: 通过信号发生器接收来自根据频率电压关系产生的控制码，并产生振荡信号，将该振荡信号同时供给时钟计数模块和延迟线检测模块，时钟计数模块用于统计在一定时间内信号发生器产生频率信号的周期个数； 振荡信号通过延迟线检测模块后的延迟信号作为使能信号对高电平计数，并通过错误计数模块统计该计数结果； 通过数字比较器模块比较时钟计数模块和错误计数模...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗萍，彭宣霖，李航标，付松林，刘磊，甄少伟，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：