使用動態(tài)電路基準的片上電源發(fā)生器的制造方法
【專利說明】使用動態(tài)電路基準的片上電源發(fā)生器
[0001] 優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請要求于2013年5月17日提交的、題為"基于動態(tài)電路基準的片上電源發(fā)生 器"的相關(guān)美國臨時專利申請NO. 61/824, 924的優(yōu)先權(quán)，并且該美國臨時專利申請以引用方 式與本申請相結(jié)合。
【背景技術(shù)】
[0003] 某些模擬電路需要多于一個的電源輸入。通常，除了數(shù)字電源（例如，大部分是 I. 0V)以外，還需要另外的較高的電源。這些電路的一個示例是熱傳感器電路，其可能除了 1.0 V的數(shù)字電源以外還需要I. 25V的模擬電源。隨著SoC(片上系統(tǒng)）或處理器芯片減少 模擬電路的數(shù)量的趨勢正變得流行，較少的模擬電壓源是可用的。模擬電路的性能取決于 靜態(tài)模擬電源。用于為模擬電路提供靜態(tài)模擬電源的一種方法是為模擬電路提供專用的電 源凸塊，即，每個模擬電路可具有其自己專用的模擬電源的源。為每個單獨的模擬部件提供 外部電源凸塊是非常昂貴的。
【附圖說明】
[0004] 根據(jù)下面給出的詳細描述并根據(jù)本公開內(nèi)容的各個實施例的附圖，將更本充分理 解公開內(nèi)容的實施例，然而，這些實施例并非用來將本公開內(nèi)容限制到具體實施例，而是僅 用于解釋和理解。
[0005] 圖1例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例的使用動態(tài)基準的電源發(fā)生器的高層 架構(gòu)。
[0006] 圖2例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例的使用動態(tài)基準的用于熱傳感器的電 源發(fā)生器的架構(gòu)。
[0007] 圖3例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例的用于電源發(fā)生器的電荷栗。
[0008] 圖4例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例的低壓差（LDO)電壓調(diào)節(jié)器（VR)和基 準發(fā)生器的架構(gòu)。
[0009] 圖5例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例的用于熱傳感器的感測級和 sigma-delta模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（SD-ADC)的架構(gòu)。
[0010] 圖6例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例的用于對SD-ADC的輸出進行濾波的邏 輯單元。
[0011] 圖7例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例的用于校正基準電壓并用于測量溫度 的方法。
[0012] 圖8是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例的具有使用用于熱傳感器和/或鎖相環(huán)的動 態(tài)基準的電源發(fā)生器的系統(tǒng)。
[0013] 圖9是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例的、具有使用動態(tài)基準的電源發(fā)生器的智能 設(shè)備或計算機系統(tǒng)或SoC(片上系統(tǒng)）。
【具體實施方式】
[0014] 實施例描述了使用數(shù)字電源產(chǎn)生模擬電壓的具有相對高的功率效率的裝置。實施 例的一個技術(shù)效果是其減少或消除了對模擬電源凸塊的需求。在一個實施例中，動態(tài)的、自 校準的帶隙電路用于在所供應(yīng)的模擬電壓中獲得精度。實施例描述了使用動態(tài)基準來針對 負載調(diào)節(jié)電源的電源發(fā)生器。在一個實施例中，由電荷栗接收數(shù)字電源（即，IV，在這里也 被稱為第一電源），電荷栗產(chǎn)生較高的電源（即，2. 0V，在這里也被稱為第二電源），隨后由 電壓調(diào)節(jié)器對該較高的電源進行調(diào)節(jié)，電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的模擬電源（例如，1.25V， 在這里也被稱為第三電源）。在一個實施例中，將經(jīng)調(diào)節(jié)模擬電源提供給電壓感測模塊和負 載（例如，熱傳感器、鎖相環(huán)（PLL)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC)，等等）。在一個實施例中，根據(jù) 電壓感測模塊和/或負載的改變情形來動態(tài)調(diào)節(jié)用于電壓調(diào)節(jié)器的基準電壓。
[0015] 在以下實施例中，熱傳感器被用作為平行耦合到負載的電壓感測模塊。在其它實 施例中，其它模擬電路可以被用作為電壓感測模塊。例如，ADC可以被用作為電壓感測模塊。 在一個實施例中，動態(tài)自校準帶隙電路用于在不使用專用模擬電源凸塊的情況下獲得高度 精確（例如，小于3%的跨越過程、電壓的變化、以及溫度變化）的模擬電源。在一個實施例 中，電源發(fā)生器與電壓感測模塊的電路完全集成，以形成反饋電路，該反饋電路在允許電壓 感測模塊針對其目的進行作用的同時調(diào)節(jié)電源。在一個實施例中，電源發(fā)生器基于與具有 動態(tài)帶隙基準的熱傳感器西格瑪-德爾塔（sigma-delta)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（SD-ADC)集成 的開關(guān)電容器電荷栗，以便為熱傳感器（即，電壓感測模塊）提供精確的模擬電源。在一個 實施例中，SD-ADC使用由熱傳感器的感測級供應(yīng)的動態(tài)帶隙電壓來對其自己的電源（即， 第二電源）進行米樣。
[0016] 在下文描述中，探討了大量細節(jié)，以提供對本發(fā)明實施例的更透徹的解釋。然而， 對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實施本發(fā)明的實施例是顯而易 見的。在其它實例中，以方框圖的形式而不是以細節(jié)的形式來示出公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，以避 免使本發(fā)明的實施例難以理解。
[0017] 注意，在實施例的對應(yīng)附圖中，用線來表示信號。一些線較粗，以表示更多構(gòu)成的 信號路徑（constituent signal path)，和/或一些線的一個或多個末端具有箭頭，以表示 主要信息流向。這些表示不是想要進行限制。事實上，結(jié)合一個或多個示例性實施例使用 這些線有助于更容易地理解電路或邏輯單元。任何所代表的信號（由設(shè)計需求或偏好所決 定）實際上可以包括可以在任意一個方向傳送的并且可以以任何適當類型的信號方案實 現(xiàn)的一個或多個信號。
[0018] 貫穿整個說明書，以及在權(quán)利要求書中，術(shù)語"連接"表示在沒有任何中間設(shè)備的 情況下所連接的物體之間的直接電氣連接。術(shù)語"耦合"表示所連接的物體之間的直接電 氣連接或通過一個或多個無源或有源的中間設(shè)備的間接連接。術(shù)語"電路"表示被設(shè)置為 彼此配合以提供所期望的功能的一個或多個無源和/或有源部件。術(shù)語"信號"表示至少 一個電流信號、電壓信號或數(shù)據(jù)/時鐘信號。"一個"，"一種"及"所述"的含義包括復數(shù)的 引用。"在……中"的含義包括"在……內(nèi)"和"在……上"。
[0019] 術(shù)語"縮放"通常指的是將設(shè)計（原理圖及布局）從一種工藝技術(shù)轉(zhuǎn)換為另一種 工藝技術(shù)。術(shù)語"縮放"通常也指的是在同一個工藝節(jié)點內(nèi)將布局和設(shè)備的尺寸縮小。術(shù) 語"縮放"還可以指的是相對于另一個參數(shù)（例如電源水平）對信號頻率的調(diào)節(jié)（例如，減 緩）。術(shù)語"基本上"、"接近"、"近似"、"附近"、以及"大約"通常指的是在目標值的+/-20% 以內(nèi)。
[0020] 除非另外規(guī)定，否則使用序數(shù)形容詞"第一"、"第二"及"第三"等來描述共同的對 象，僅表示指代相同對象的不同實例，而并不是要暗示這樣描述的對象必須采用給定的順 序，無論是時間地、空間地、排序地或任何其它方式。
[0021] 出于實施例的目的，晶體管是金屬氧化物半導體（MOS)晶體管，其包括漏極端子、 源極端子、柵極端子以及體端子。晶體管也包括三柵級晶體管和鰭式場效應(yīng)晶體管、圓柱體 全包圍柵晶體管（Gate All Around Cylindrical Transistor)或其它實現(xiàn)晶體管功能性 的器件（例如碳納米管或自旋電子器件）。源極端子和漏極端子可以是相同的端子并且在 本文中互換地進行使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情 況下使用其它晶體管，例如雙極結(jié)型晶體管一BJT PNP/NPN、BiCMOS、CMOS、eFET等。術(shù)語 "麗"表示η型晶體管（如NMOS、NPN BJT等）并且術(shù)語"MP"表示p型晶體管（如PM0S、 PNP BJT 等）。
[0022] 圖1例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例的使用動態(tài)基準的電源發(fā)生器的高層 架構(gòu)100。在一個實施例中，架構(gòu)100包括電荷栗101、電壓調(diào)節(jié)器102、基準發(fā)生器103、以 及電壓感測模塊104 (例如，熱傳感器、ADC等等）、以及負載105。
[0023] 在一個實施例中，電荷栗101接收第一電源并使用第一電源產(chǎn)生較高的第二電 源。例如，電荷栗101接收IV的低數(shù)字電源作為第一電源并使用開關(guān)電容器對該第一電源 進行栗送，以產(chǎn)生I. 5V或2. OV的較高的未調(diào)節(jié)的第二電源。參照圖3描述了電荷栗101 的示例性實施例。
[0024] 返回來參考圖1，在一個實施例中，電壓調(diào)節(jié)器102接收第二電源作為輸入電源并 針對電壓感測模塊104產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的第三電源。在一個實施例中，電壓調(diào)節(jié)器102將基準 電壓Vref與第三電源的經(jīng)過分壓的電壓進行比較，以便對第三電源進行調(diào)節(jié)。在一個實施 例中，電壓調(diào)節(jié)器102是低壓差（LDO)電壓調(diào)節(jié)器。在其它實施例中，可以使用其它類型的 電壓調(diào)節(jié)器。參照圖4描述了電壓調(diào)節(jié)器102的示例性實施例。
[0025] 返回來參考圖1，在一個實施例中，基準發(fā)生器103根據(jù)Vref_C〇d e向電壓調(diào)節(jié)器 102提供Vref。在一個實施例中，Vref_C〇de是調(diào)芐基準發(fā)生器103的電阻器（或者晶體 管）的電阻的數(shù)字代碼。在一個實施例中，V