用于改善穩(wěn)壓器效用的系統(tǒng)和裝置以及相關(guān)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及改進(jìn)的電壓或功率穩(wěn)壓器，并且更具體地涉及用于具有改進(jìn)效用的穩(wěn)壓器的裝置以及相關(guān)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子器件(諸如圖1中示出的集成電路(IC) 103)通常包括從相對(duì)高DC電源電壓(例如，3V)操作的電路106 (標(biāo)記為“HV電路”)ο IC 103還包括從較低的DC電源電壓(例如，IV)(即，低于相對(duì)高DC電源電壓)操作的電路109 (標(biāo)記為“LV電路”)。
[0003]為了適應(yīng)這種電路，IC 103包括內(nèi)部線性穩(wěn)壓器112以便從高壓電源(3V，如電池115所提供的)生成低壓電源(IV)。線性穩(wěn)壓器112驅(qū)動(dòng)IV電源軌，包括到外部電容器118的管腳。
[0004]經(jīng)常，到HV電路106的實(shí)際電源電壓高于將支持給定的性能規(guī)范的電平。例如，盡管HV電路106可僅具有2V的最小工作電源電壓，但是其可由3V電源供電。假設(shè)HV電路106獨(dú)立于電源電壓消耗大約相同的電源電流，則HV電路106比必須的消耗大約多50%的功率。類似地，線性穩(wěn)壓器112消耗LV電路109所消耗的大約兩倍的功率。
[0005]為了降低圖1中的IC中的過(guò)量功耗，圖2中的IC 103并入開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121以便將較高電源電壓降低到更接近該電路所實(shí)際要求的最小電壓的電平。例如，基于電感器的開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121 (使用電感器124結(jié)合電容器118A)在圖2的布置中用于將3V的電池115電壓降低到適合針對(duì)HV電路106的2V電平。
[0006]開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器能夠提供比典型的線性穩(wěn)壓器高得多的功率傳送效率。使用線性穩(wěn)壓器來(lái)將電池電壓從3V降低到針對(duì)HV電路106的2V將對(duì)從電池消耗的功率具有相對(duì)小的影響，并且具有比如說(shuō)90%效率的開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121將電池功率損失降低大約26%。
[0007]在圖2的IC 103中，開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121用于生成由HV電路106和線性穩(wěn)壓器112兩者所使用的HV電壓(2V)，該線性穩(wěn)壓器生成LV電壓。通過(guò)降低到線性穩(wěn)壓器112的電源電壓，開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121相對(duì)于圖1中的布置降低了線性穩(wěn)壓器112中的功率損耗。然而，圖2中的線性穩(wěn)壓器112仍浪費(fèi)與LV電路109所消耗的大約相同量的功率(相比于圖1中的LV電路109浪費(fèi)所消耗的功率的兩倍)。
[0008]降低線性穩(wěn)壓器112所損耗的功率的一種方式是進(jìn)一步降低其輸入電壓。然而，鑒于圖2的電路布置，假設(shè)開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121所生成的2V電壓由HV電路106的最小工作電壓限制，開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121輸出電壓不能被進(jìn)一步降低。
[0009]圖3中示出的一種替代布置使用開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121來(lái)直接從電池115為L(zhǎng)V電路109供電，S卩，保持直接從外部電池115為HV電路106供電。在這種布置中，開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121為L(zhǎng)V電路109生成IV電壓，而HV電路106直接從3V電池115操作。盡管HV電路106所消耗的功率不受益于使用開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121，但是線性穩(wěn)壓器的功率損耗(如圖1至圖2所示)被消除并且由開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121的更小的功率損耗所替代。
[0010]取決于HV電路106和LV電路109的相對(duì)功耗及其工作電源電壓，某些IC可能更多地受益于圖2中示出的布置，而其他IC可能更多地受益于圖3中示出的布置。例如，如果HV電路的功耗比LV電路的功耗大得多，則使用開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器121為HV電路106生成電壓提供更大的益處，因?yàn)镠V電路106中所節(jié)省的功率將超過(guò)圖3中的布置的潛在功率節(jié)省。相反地，假設(shè)由于提供給HV電路106的更大的電源電壓導(dǎo)致消除線性穩(wěn)壓器112所節(jié)省的功率將超過(guò)HV電路106中的功率損耗，如果LV電路109所消耗的功率占主導(dǎo)，則圖3中的布置將提供更大的益處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)一個(gè)不例性實(shí)施例，一種IC包括由第一電源電壓供電的第一電路和由第二電源電壓供電的第二電路。該第二電源電壓具有比該第一電源電壓更低的電平。該IC進(jìn)一步包括功率管理電路。該功率管理電路包括開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器耦合到處于預(yù)定義配置中的該IC的多個(gè)管腳。該功率管理電路提供該第一和第二電源電壓以便對(duì)處于默認(rèn)配置中的該IC上電而無(wú)需知道該預(yù)定義配置。
[0012]根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，公開了一種向IC中的電路供電的方法。該IC中的該電路包括:由第一電源電壓供電的第一電路和由第二電源電壓供電的第二電路，其中，該第二電源電壓具有低于該第一電源電壓的電平，以及開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器耦合到處于預(yù)定義配置中的該IC的多個(gè)管腳。該方法包括提供該第一和第二電源電壓以便對(duì)處于默認(rèn)配置中的該IC上電而無(wú)需知道該預(yù)定義配置。
[0013]根據(jù)另一個(gè)不例性實(shí)施例，一種IC包括由第一電源電壓供電的第一電路和由第二電源電壓供電的第二電路。該第二電源電壓具有比該第一電源電壓更低的電平。該IC進(jìn)一步包括功率管理電路。該功率管理電路包括開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器。取決于該第一和第二電路的相對(duì)功耗:(a)該第一電路選擇性地由外部電源或該開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器供電，以及(b)該第二電路選擇性地由該開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器或該線性穩(wěn)壓器供電。
【附圖說(shuō)明】
[0014]附圖僅示出了示例性實(shí)施例并且因此不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限制本申請(qǐng)或權(quán)利要求書的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，所公開的概念可應(yīng)用于其他等效的實(shí)施例。在附圖中，在多于一個(gè)附圖中使用的相同的標(biāo)記指示符指示相同的、相似的或等效的功能、組件或塊。
[0015]圖1示出了為IC中的電路供電的常規(guī)布置。
[0016]圖2示出了為IC中的電路供電的另一種常規(guī)布置。
[0017]圖3示出了為IC中的電路供電的附加常規(guī)布置。
[0018]圖4描繪了根據(jù)一個(gè)不例性實(shí)施例的1C。
[0019]圖5示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的包括功率管理電路的1C。
[0020]圖6描繪了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的為IC供電的電路布置。
[0021]圖7示出了根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的為IC供電的電路布置。
[0022]圖8示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的用于動(dòng)態(tài)利用或配置開關(guān)模式穩(wěn)壓器的電路布置。
【具體實(shí)施方式】
[0023]所公開的概念總體上涉及具有改進(jìn)效用的穩(wěn)壓器。更具體地，所公開的概念提供了用于改善提供功率效率益處的內(nèi)部功率穩(wěn)壓器(諸如DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器)的效用的裝置和方法。
[0024]示例性實(shí)施例提供了若干優(yōu)勢(shì)或益處。例如，在示例性實(shí)施例中，穩(wěn)壓器(例如，開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器)可用于為高電壓功率管腳或電路或較低電壓功率管腳或電路供電，并且仍提供啟動(dòng)設(shè)備(諸如IC)的能力而無(wú)需如何或者甚至是否將穩(wěn)壓器耦合到這種設(shè)備的先驗(yàn)知識(shí)(在啟動(dòng)或上電時(shí))。
[0025]作為另一個(gè)示例，示例性實(shí)施例適應(yīng)IC中的HV和LV電路的相對(duì)功耗改變。更具體地，示例性實(shí)施例允許動(dòng)態(tài)地降低設(shè)備(諸如IC)中的功耗，其中，HV和LV電路的相對(duì)功耗改變相對(duì)大的程度，這取決于IC的應(yīng)用或其在給定的時(shí)間執(zhí)行的任務(wù)。
[0026]通過(guò)示例而非限制，通用微控制器單元(MCU)可能包含HV模擬或混合信號(hào)電路，諸如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、模擬比較器、振蕩器、鎖相環(huán)(PLL)、參考生成器等等。此外，示例MCU可能包含數(shù)字LV電路，諸如微處理器(一個(gè)或更多個(gè))、處理器(一個(gè)或更多個(gè))、定時(shí)器、串行接口、數(shù)學(xué)或浮點(diǎn)或算術(shù)處理引擎等等。
[0027]取決于MCU的配置(例如，經(jīng)由固件、用戶程序等等)，可能針對(duì)給定示例應(yīng)用，啟用任何數(shù)量的模擬功能，因此引起HV功耗從微瓦特變化到多毫瓦特。類似地，任何數(shù)量的數(shù)字功能可能被啟用并且可能致使數(shù)字邏輯以從千赫茲變化到數(shù)百兆赫茲或更高的時(shí)鐘頻率操作，因此致使LV電路的功耗根據(jù)不同應(yīng)用廣泛地變化。
[0028]換言之，即使對(duì)于相同的IC設(shè)計(jì)，可能有益的是，在某些應(yīng)用中使用開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器為HV電路供電(以及經(jīng)由附加線性穩(wěn)壓器為L(zhǎng)V電路供電，如以下更詳細(xì)描述的)，并且在其他應(yīng)用中從開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器為L(zhǎng)V電路供電。在其他應(yīng)用中，由于成本或電磁干擾(EMI)因素，可能根本不使用開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器。
[0029]示例性實(shí)施例能夠適應(yīng)這種情況。更具體地，在示例性實(shí)施例中，IC包括開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器經(jīng)由處于預(yù)定義配置中的IC的多個(gè)管腳耦合到IC外部的電路或組件。提供了各種技術(shù)使得可用不同的外部配置為IC供電，并且仍具有在功能性默認(rèn)的配置中上電的能力而無(wú)需知道開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器如何外部地耦合到IC的、與IC的HV和LV電路相對(duì)應(yīng)的功率管腳，即，無(wú)需知道該預(yù)定義配置。
[0030]不是針對(duì)一種配置或另一種配置簡(jiǎn)單固定開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器的啟動(dòng)行為，示例性實(shí)施例提供了適應(yīng)各種電路配置的技術(shù)。例如，如果開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器總是在開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器為L(zhǎng)V電路供電的情況下開始調(diào)節(jié)到比如說(shuō)2V，那么LV電路可因過(guò)量電源電壓而被損壞。
[0031]另一方面，如果開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器總是開始調(diào)節(jié)到比如說(shuō)IV，那么HV電路可能具有不充分的電源電壓，因此潛在地阻止IC正確地工作。示例性實(shí)施例克服了這種缺點(diǎn)，如以下更詳細(xì)描述的，而不使用IC的附加管腳。注意，可能使用到IC的輸入/輸出(I/O)輸入來(lái)配置開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器，但是這樣做將使用附加管腳，這在具有相對(duì)少的管腳計(jì)數(shù)的IC中是缺點(diǎn)。
[0032]示例性實(shí)施例提供了用于支持一系列開關(guān)模式DC-DC穩(wěn)壓器配置而不限制IC啟動(dòng)和執(zhí)行例如與給定的應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的固件、用戶程序或代碼