用于集成無電容低壓差(ldo)電壓調(diào)節(jié)器的數(shù)字輔助調(diào)節(jié)的制作方法
【專利說明】用于集成無電容低壓差(LDO)電壓調(diào)節(jié)器的數(shù)字輔助調(diào)節(jié)
[0001]優(yōu)先權(quán)串請
[0002]本申請要求2013年3月15日提交的名為“用于集成無電容低壓差(LDO)電壓調(diào)節(jié)器的數(shù)字輔助調(diào)節(jié)”的美國專利申請序列號13/843，121的優(yōu)先權(quán)，所述美國專利申請以全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及電壓調(diào)節(jié)的方面，并且更確切地說涉及用于集成無電容低壓差(LCO)電壓調(diào)節(jié)器的數(shù)字輔助調(diào)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0004]許多便攜式產(chǎn)品(例如蜂窩電話、膝上型計(jì)算機(jī)、個人數(shù)據(jù)助理(PDA)等等)利用執(zhí)行程序(例如通信和多媒體程序)的處理系統(tǒng)。用于此類產(chǎn)品的處理系統(tǒng)可以包含多個處理器、包含用于存儲指令和數(shù)據(jù)的多層級高速緩沖存儲器和存儲器的復(fù)雜存儲器系統(tǒng)、控制器、例如通信接口的外圍裝置和配置(例如)在單芯片上的固定功能邏輯塊。同時，便攜式產(chǎn)品具有呈電池形式的受限的能量來源，所述電池常常需要支持由處理系統(tǒng)進(jìn)行的高性能操作和隨著功能性增加而越來越大的存儲器容量。此類問題擴(kuò)展到也開發(fā)有有效設(shè)計(jì)以通過減少的總能量消耗進(jìn)行操作的個人計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。
[0005]在此類便攜式系統(tǒng)中，一或多個低壓差(LDO)電壓調(diào)節(jié)器，亦稱為LDO調(diào)節(jié)器通常嵌入在電源管理芯片上以調(diào)節(jié)在一或多個芯片上的電路的電壓。多個LDO調(diào)節(jié)器的每一LDO調(diào)節(jié)器都用于調(diào)節(jié)在特定功率域中的電路的電壓。并且，每一功率域都可能經(jīng)歷在廣泛范圍的頻率內(nèi)變化的廣泛范圍的負(fù)載。舉例來說，在具有集成功能(例如視頻俘獲、調(diào)制解調(diào)器功能)和用戶接口的便攜式蜂窩電話裝置中，處理器的時鐘頻率根據(jù)手頭的任務(wù)經(jīng)調(diào)節(jié)以最佳化電力使用。由于任務(wù)根據(jù)電話使用而變化，所以LDO調(diào)節(jié)器必須作出響應(yīng)的負(fù)載始終在變化并且可能取決于各種芯片上功能的程序使用而以高頻變化。
[0006]例如在將電路(例如數(shù)字信號處理器電路)從休眠狀態(tài)喚醒時，與變化的負(fù)載相關(guān)聯(lián)的特定問題是電壓下沖，其中電路的供電電壓降到低于操作電壓電平。如果電壓降足夠大，那么電路可以經(jīng)歷不正確操作，例如通過改變操作的現(xiàn)存狀態(tài)。一種解決這一問題的途徑是在LDO調(diào)節(jié)器的輸出端上使用較大外部電容器以穩(wěn)定其電壓。因此，在具有目標(biāo)電路的功率域中嵌入LDO調(diào)節(jié)器需要用于較大外部電容器的外部引腳。并且，對于LDO調(diào)節(jié)器的有效操作，所述外部引腳需要具有低電感、難以實(shí)現(xiàn)的封裝和設(shè)計(jì)需求。較大電感將阻礙電流并且導(dǎo)致電壓下沖，其可能使系統(tǒng)不具有功能。由于阻抗等于電感(L) Xdl/dt，即電流變化速率，較大阻抗限制從外部電容流動到芯片上的電流。一旦來自芯片上電容的電荷耗盡到其不被填充并且負(fù)載電流不由LDO調(diào)節(jié)器(由于受限的帶寬)或由外部電容(由于較大引線電感)供應(yīng)的程度，處理器供應(yīng)即降到低于所需電平，其可能導(dǎo)致電路時序誤差和因此功能性誤差。
[0007]舉例來說，圖1說明現(xiàn)有技術(shù)低壓差(LDO)調(diào)節(jié)器子系統(tǒng)100。LDO調(diào)節(jié)器子系統(tǒng)100包含嵌入在系統(tǒng)芯片102中的LDO調(diào)節(jié)器104，其具有具負(fù)載電流(I.) 106的電路。LDO調(diào)節(jié)器V負(fù)載108的電壓輸出被帶到具有封裝引腳電感112的系統(tǒng)芯片封裝的封裝引腳110，所述封裝引腳電感通常在2毫微亨(nano Henry) (nH)到20nH范圍內(nèi)，但優(yōu)選地應(yīng)該被設(shè)計(jì)成小于0.3nH0封裝引腳110連接到外部電容器) 114上。取決于負(fù)載電流(I負(fù)載)106，C外部114通常在2微法(micro Farad) ( μ F)到20 μ F范圍內(nèi)。因此，具有多個具有嵌入LDO調(diào)節(jié)器的功率域的芯片將需要多個引腳，每一引腳(例如封裝引腳110)都具有優(yōu)選地小于0.3ηΗ的低電感，以及用于多個電容器的板上空間，每一所述板上空間例如在2yF到20 μF范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在其若干方面中，本發(fā)明認(rèn)識到，需要提供用于嵌入電壓調(diào)節(jié)的更有效的方法和設(shè)備以減小或解決在負(fù)載變化時發(fā)生的下沖電壓問題。為此，本發(fā)明的一個實(shí)施例闡述一種用于低壓差調(diào)節(jié)的方法。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)響應(yīng)于由系統(tǒng)電路供應(yīng)的提前通知信號而經(jīng)啟用，其中所述提前通知信號指示需要增加的電流的負(fù)載變化將在預(yù)定時間段后開始。由DAC提供的電流與由低壓差(LDO)調(diào)節(jié)器提供的電流合并以供應(yīng)系統(tǒng)電路，其中系統(tǒng)電路的電壓下沖被減小或去除，如下文進(jìn)一步闡述。
[0009]另一個實(shí)施例闡述一種用于低壓差調(diào)節(jié)的設(shè)備。低壓差(LDO)調(diào)節(jié)器經(jīng)配置以提供電壓和電流的線性調(diào)節(jié)。數(shù)字輔助調(diào)節(jié)器耦合到LDO調(diào)節(jié)器并且經(jīng)配置以提供電壓和電流的數(shù)字輔助調(diào)節(jié)。系統(tǒng)電路耦合到數(shù)字輔助調(diào)節(jié)器并且耦合到LDO調(diào)節(jié)器以接收供電電壓和電流。系統(tǒng)電路具有提前通知電路，其經(jīng)配置以適時地通知數(shù)字輔助調(diào)節(jié)器即將發(fā)生的負(fù)載變化以使得數(shù)字輔助調(diào)節(jié)器向所述系統(tǒng)電路供應(yīng)所述負(fù)載變化所要求的電流。
[0010]另一個實(shí)施例闡述一種用于系統(tǒng)輔助低壓差調(diào)節(jié)的設(shè)備。具有提前通知電路的系統(tǒng)電路經(jīng)配置以產(chǎn)生表示負(fù)載變化將在預(yù)定時間段后發(fā)生的提前通知信號。低壓差(LDO)調(diào)節(jié)器經(jīng)配置以用于提供系統(tǒng)電路的電壓和電流的線性調(diào)節(jié)，所述電壓和電流耦合到系統(tǒng)電路以接收提前通知信號并且在負(fù)載變化時間期間響應(yīng)于提前通知信號擴(kuò)展LDO調(diào)節(jié)器的帶寬。
[0011]另一個實(shí)施例闡述一種經(jīng)編碼有計(jì)算機(jī)可讀程序數(shù)據(jù)和代碼的計(jì)算機(jī)可讀非暫時性媒體。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)響應(yīng)于由系統(tǒng)電路供應(yīng)的提前通知信號而經(jīng)啟用，其中所述提前通知信號指示需要增加的電流的負(fù)載變化將在預(yù)定時間段后開始。由DAC提供的電流與由低壓差(LDO)調(diào)節(jié)器提供的電流合并以供應(yīng)系統(tǒng)電路，其中系統(tǒng)電路的電壓下沖被減小或去除。
[0012]另一個實(shí)施例闡述一種用于低壓差調(diào)節(jié)的設(shè)備。利用裝置以用于電壓和電流的數(shù)字輔助調(diào)節(jié)。利用裝置以用于線性調(diào)節(jié)耦合到數(shù)字調(diào)節(jié)裝置的電壓和電流并且所述裝置經(jīng)配置以與數(shù)字調(diào)節(jié)裝置結(jié)合操作。利用裝置以用于向數(shù)字調(diào)節(jié)裝置適時地提供即將發(fā)生的負(fù)載變化的提前通知以向負(fù)載變化所要求的系統(tǒng)電路供應(yīng)電流。
[0013]另一個實(shí)施例闡述一種用于系統(tǒng)輔助低壓差調(diào)節(jié)的設(shè)備。利用裝置以產(chǎn)生表示負(fù)載變化將在預(yù)定時間段后發(fā)生的提前通知信號。利用裝置以接收提前通知信號并且在負(fù)載變化時間期間響應(yīng)于提前通知信號擴(kuò)展LDO調(diào)節(jié)器的帶寬。
[0014]應(yīng)理解，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員從以下詳細(xì)描述將容易明白本發(fā)明的其它實(shí)施例，其中借助于說明來示出和描述本發(fā)明的各種實(shí)施例。將認(rèn)識到，本發(fā)明能夠在都不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下具有其它和不同實(shí)施例并且其若干細(xì)節(jié)能夠在各種其它方面加以修改。因此，附圖和【具體實(shí)施方式】應(yīng)被視為本質(zhì)上是說明性的而不是限制性的。
【附圖說明】
[0015]在附圖中作為實(shí)例而非作為限制說明本發(fā)明的各種方面，其中:
[0016]圖1說明現(xiàn)有技術(shù)低壓差調(diào)節(jié)器子系統(tǒng)；
[0017]圖2說明數(shù)字輔助LDO調(diào)節(jié)器子系統(tǒng)；
[0018]圖3是說明數(shù)字輔助LDO調(diào)節(jié)器的操作的時序圖；
[0019]圖4說明示范性系統(tǒng)輔助LDO調(diào)節(jié)器；并且
[0020]圖5說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的利用示范性數(shù)字輔助LDO調(diào)節(jié)器的便攜式裝置的特定實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下文結(jié)合附圖闡述的【具體實(shí)施方式】打算作為對本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例的描述，并且并不打算表示其中可以實(shí)踐本發(fā)明的唯一實(shí)施例?！揪唧w實(shí)施方式】包含出于提供對本發(fā)明的透徹理解的目的的具體細(xì)節(jié)。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明。在一些情況下，以框圖形式示出眾所周知的結(jié)構(gòu)和組件以便避免混淆本發(fā)明的概念。
[0022]為了解決封裝引腳需要、用于外部較大電容器的板上空間、電壓下沖等等的問題，如圖2中示出利用不同途徑以提供電壓調(diào)節(jié)。圖2說明示范性數(shù)字輔助LDO調(diào)節(jié)器子系統(tǒng)200，其將數(shù)字輔助調(diào)節(jié)器203與嵌入在系統(tǒng)芯片202中的LDO調(diào)節(jié)器205組合。數(shù)字輔助調(diào)節(jié)器203包含數(shù)字控制器20