具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電子電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是涉及一種具有負(fù)載最小能量消耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)功能的降壓式穩(wěn)壓電路。本發(fā)明由Buck功率變換器和邏輯控制電路構(gòu)成；所述Buck功率變換器由PMOS管MP、二極管D、電感L和電容C構(gòu)成；其中，MP的源極接直流偏置電壓Vin，其漏極接二極管D的負(fù)極，其漏極通過電感L后接負(fù)載，其漏極還依次通過電感L和電容C后接地；二極管D的正極接負(fù)載。本發(fā)明的有益效果為，可以很好的滿足數(shù)字集成電路對(duì)調(diào)頻調(diào)壓、低壓和低功耗的要求。本發(fā)明尤其適用于降壓式穩(wěn)壓電路。
【專利說明】具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是涉及一種具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)的發(fā)展數(shù)字集成電路(如片上系統(tǒng)SoC、中央處理器CPU和數(shù)字信號(hào)處理器DSP)的集成度越來越高，由于功耗、散熱和應(yīng)用對(duì)象的變化，越來越趨向于低壓低功耗，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)要求可以在不同頻率和電壓下工作。當(dāng)前低功耗技術(shù)中的最小能量點(diǎn)追蹤技術(shù)和自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)可以很好地改善數(shù)字芯片的上述問題。最小能量點(diǎn)追蹤技術(shù)可以根據(jù)數(shù)字集成電路在不同電壓下的能耗自動(dòng)地追蹤數(shù)字集成電路功耗最低時(shí)的工作電壓；自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)根據(jù)數(shù)字集成電路的不同工作頻率自適應(yīng)地搜索到該頻率下數(shù)字集成電路正常工作時(shí)的最小電壓。
[0003]其中最小能量點(diǎn)追蹤技術(shù)是根據(jù)數(shù)字集成電路在不同電壓下工作時(shí)能耗Et存在一個(gè)最小點(diǎn)。數(shù)字集成電路功耗Et包括兩部分:動(dòng)態(tài)功耗Ed和靜態(tài)功耗Es。動(dòng)態(tài)功耗是由數(shù)字集成電路在工作時(shí)(高地電平轉(zhuǎn)換或是開關(guān)動(dòng)作)對(duì)等效負(fù)載電容充放電引起的，Ed = KNCJdd2,其中K是數(shù)字集成電路的活動(dòng)因子，N是完成給定任務(wù)需要工作的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)，C是數(shù)字集成電路的等效負(fù)載電容，Vdd是數(shù)字集成電路的工作電壓；靜態(tài)功耗是由數(shù)字集成電路的各種漏電機(jī)制引起的，Es = NTmIJdd,其中是數(shù)字集成電路的等效漏電流，Tm是數(shù)字集成電路工作的時(shí)鐘周期。由動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗的表達(dá)式知，當(dāng)工作電壓升高時(shí)，數(shù)字集成電路完成給定任務(wù)的動(dòng)態(tài)能耗增加；但是Vdd升高使Tm減小，減小的Tm會(huì)引起漏電能耗減小。所以數(shù)字集成電路工作時(shí)總的能耗存在最小點(diǎn)，當(dāng)數(shù)字集成電路工作在該最小點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓時(shí)，完成任務(wù)給定的任務(wù)能耗最小。最小能量點(diǎn)追蹤技術(shù)可以自動(dòng)追蹤最小能量消耗點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓。
[0004]自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)根據(jù)數(shù)字集成電路工作頻率的不同自適應(yīng)的搜索到該頻率下數(shù)字集成電路正常工作時(shí)的最小電壓。現(xiàn)有的很多電子部件，如CPU和DSP都可以在不同時(shí)鐘頻率下工作。當(dāng)數(shù)字集成電路工作在高頻時(shí)，集成電路功耗的主要部分是門電路的開關(guān)功耗，門電路的開關(guān)功耗P = fCV2，門電路的開關(guān)功耗與電路工作的頻率成正比，與電路的工作電壓的平方成正比。當(dāng)數(shù)字集成電路完成一個(gè)給定的任務(wù)時(shí),數(shù)字集成電路完成任務(wù)所需要的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)是確定的，只降低數(shù)字集成電路的工作頻率而不改變工作的電壓，完成該任務(wù)消耗的總能量是不變的。但是當(dāng)工作頻率固定時(shí)，適當(dāng)?shù)慕档蛿?shù)字集成電路的工作電壓，根據(jù)門電路的功耗的表達(dá)式，其完成任務(wù)消耗的能量會(huì)明顯降低。根據(jù)不同地工藝偏差、溫度和數(shù)字集成電路工作頻率實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)其供電電壓，使其能量消耗最小的方法即是自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)。
[0005]在現(xiàn)有的低功耗技術(shù)中，最小能量點(diǎn)追蹤技術(shù)在追蹤數(shù)字負(fù)載的最小能耗點(diǎn)時(shí)會(huì)改變負(fù)載的工作頻率；自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)可以保證負(fù)載在某一固定頻率下正常工作的前提下，通過調(diào)節(jié)Buck變換器的輸出電壓使數(shù)字負(fù)載的能耗降低，但是該工作電壓不一定是負(fù)載在該固定頻率下正常工作時(shí)的最小能耗電壓。本發(fā)明具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路則是對(duì)最小能量點(diǎn)追蹤技術(shù)和自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)的結(jié)合，可以使負(fù)載在固定頻率下正常工作時(shí)，追蹤到負(fù)載的最小能耗點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的，就是針對(duì)上述問題，提出一種具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路。該調(diào)節(jié)電路能夠自適應(yīng)的降壓搜尋負(fù)載在給定的頻率下正常工作時(shí)的最小工作電壓，在該電壓的基礎(chǔ)上追蹤負(fù)載最小能量消耗的電壓點(diǎn)。采用延遲線擬合負(fù)載的關(guān)鍵路徑，以負(fù)載工作的時(shí)鐘信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)能否通過延遲線作為自適應(yīng)調(diào)壓信號(hào)，搜尋到該工作時(shí)鐘頻率下負(fù)載能夠正常工作的最低電壓。在該最低電壓的基礎(chǔ)上，利用負(fù)載在亞閾值和超閾值下特有的能量消耗曲線，通過控制降壓式穩(wěn)壓電路的輸出電壓以及功率管的導(dǎo)通時(shí)間使功率管每次導(dǎo)通輸出到負(fù)載的能量相同，通過檢測(cè)和比較負(fù)載在不同的輸出電壓下工作時(shí)，功率管在一定時(shí)間內(nèi)的導(dǎo)通次數(shù)，根據(jù)比較結(jié)果實(shí)現(xiàn)追蹤負(fù)載最小能量消耗點(diǎn)電壓的功能。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案，具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路，包括Buck功率變換器和邏輯控制電路；
[0008]所述Buck功率變換器由PMOS管MP、二極管D、電感L和電容C構(gòu)成；其中，MP的源極接直流偏置電壓Vin，其漏極接二極管D的負(fù)極，其漏極通過電感L后接負(fù)載，其漏極還依次通過電感L和電容C后接地；二極管D的正極接地；
[0009]所述邏輯控制電路包括動(dòng)態(tài)比較器、數(shù)控振蕩器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)字邏輯控制模塊、導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊；其中，動(dòng)態(tài)比較器同相輸入端接BUCK功率變換器的輸出端電壓VO，其反相輸入端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端，其輸出端接分別導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊的第一輸入端和數(shù)字邏輯控制模塊的第一輸入端；；數(shù)控振蕩器產(chǎn)數(shù)字邏輯控制模塊的時(shí)鐘信號(hào)端接外部時(shí)鐘信號(hào)，其電源輸入端接BUCK功率變換器的輸出端電壓V0，其第一輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊、第二輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端；導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊的輸出接MP的柵極。
[0010]具體的，所述數(shù)字邏輯控制模塊包括自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊、最小能耗點(diǎn)模塊、數(shù)據(jù)選擇器、可逆計(jì)數(shù)器和存儲(chǔ)器；其中，自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊的電源輸入端接BUCK功率變換器的輸出端電壓V0，其時(shí)鐘信號(hào)端接外部時(shí)鐘信號(hào)，其輸入端接可逆計(jì)數(shù)器的第一輸出端；最小能耗點(diǎn)模塊的時(shí)鐘信號(hào)端分別接外部時(shí)鐘信號(hào)、其第一輸入端接動(dòng)態(tài)比較器的輸出端，其第二輸入端接可逆計(jì)數(shù)器的第一輸出端；數(shù)據(jù)選擇器的第一輸入端接自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊的輸出端，其第二輸入端接最小能耗點(diǎn)模塊的輸出端，其第三輸入端接可逆計(jì)數(shù)器的第一輸出端，其輸出端接可逆計(jì)數(shù)器的輸入端；；存儲(chǔ)器的輸入接可逆計(jì)數(shù)器的第二輸出端，其第一輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊、第二輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端。
[0011]具體的，所述自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊包括延遲檢測(cè)模塊和計(jì)數(shù)器，延遲檢測(cè)模塊的時(shí)鐘信號(hào)端接外部時(shí)鐘信號(hào)，其電源輸入端接BUCK功率變換器的輸出端電壓V0，其輸入端接動(dòng)態(tài)比較器的輸出端；計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)端接時(shí)外部鐘信號(hào)，其第一輸入端接動(dòng)態(tài)比較器的輸出端，其第二輸入端接延遲檢測(cè)模塊的輸出端，其輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的第一輸入端。
[0012]具體的，所述最小能耗點(diǎn)模塊由第一計(jì)數(shù)器1、第二計(jì)數(shù)器2、比較器和寄存器組成；其中第一計(jì)數(shù)器I的時(shí)鐘信號(hào)端接外部時(shí)鐘信號(hào)，其輸入端接動(dòng)態(tài)比較器的輸出端，其輸出端接第二計(jì)數(shù)器2的第一輸入端；第二計(jì)數(shù)器2的電源端接BUCK功率變換器的輸出端電壓VO,其第二輸入端接動(dòng)態(tài)比較器的輸出端,其輸出端接寄存器的輸入端；寄存器的輸出端接比較器的第一輸入端，其第二輸入端第二接計(jì)數(shù)器2的輸出端，其輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的第二輸入端。
[0013]本發(fā)明的有益效果為，可以很好的滿足數(shù)字集成電路對(duì)調(diào)頻調(diào)壓、低壓和低功耗的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路的邏輯結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2是數(shù)字邏輯控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是最小能耗點(diǎn)|吳塊的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0018]圖5是最小能量消耗點(diǎn)追蹤算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路由BUCK功率變換器和邏輯控制電路構(gòu)成。
[0021]所述Buck功率變換器由PMOS管MP、二極管D、電感L和電容C構(gòu)成；其中，MP的源極接直流偏置電壓Vin，其漏極接二極管D的負(fù)極，其漏極通過電感L后接負(fù)載，其漏極還依次通過電感L和電容C后接地；二極管D的正極接地。
[0022]所述邏輯控制電路包括動(dòng)態(tài)比較器、數(shù)控振蕩器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)字邏輯控制模塊、導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊；Buck功率變換器的輸出電壓Vo和數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的基準(zhǔn)電壓同時(shí)加到動(dòng)態(tài)比較器同相輸入端和反相輸入端；數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)加到動(dòng)態(tài)比較器和數(shù)字控制邏輯模塊；動(dòng)態(tài)比較器在時(shí)鐘信號(hào)的控制下將Buck功率變換器的輸出電壓Vo和數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，比較器的輸出信號(hào)Do分別施加到數(shù)字邏輯控制模塊和導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊；同時(shí)比較器的輸出信號(hào)Do作為Buck功率變換器工作的時(shí)鐘信號(hào)，其頻率也是功率管的開關(guān)頻率，外部系統(tǒng)施加的時(shí)鐘信號(hào)是外部系統(tǒng)要求負(fù)載工作的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)加到數(shù)字邏輯控制模塊；所述的數(shù)字邏輯控制模塊具有兩個(gè)輸出信號(hào)，一個(gè)輸出信號(hào)PT加到導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊產(chǎn)生不同的占空比控制信號(hào)PG，另一個(gè)輸出信號(hào)DT輸入到數(shù)模轉(zhuǎn)換器以控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生不同的基準(zhǔn)電壓；導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的導(dǎo)通時(shí)間控制信號(hào)PG作為Buck功率變換器中功率PMOS管MP的柵控信號(hào)接Buck功率變換器中功率PMOS管MP的柵極，控制功率PMOS管MP的導(dǎo)通時(shí)間。
[0023]如圖2所示，所述數(shù)字邏輯控制模塊在外部施加時(shí)鐘信號(hào)CLK下，檢測(cè)外接負(fù)載在其時(shí)鐘信號(hào)CLK下，在Buck功率變換器輸出電壓為Vo時(shí)能否正常工作，據(jù)此自適應(yīng)的搜尋在負(fù)載時(shí)鐘信號(hào)CLK下負(fù)載能正常工作的最小電壓Vomin。在此Buck功率變化器輸出的最小電壓Vomin下，數(shù)字邏輯控制模塊對(duì)負(fù)載工作M個(gè)周期時(shí)間內(nèi)Buck功率變換器中PMOS功率管MP導(dǎo)通的周期個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，并且與上一個(gè)輸出電壓Vomin下負(fù)載工作M個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)Buck功率變換器中PMOS功率管MP導(dǎo)通的周期個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果來追蹤在負(fù)載時(shí)鐘信號(hào)CLK下負(fù)載最小能量消耗點(diǎn)的電壓；數(shù)字邏輯控制模塊輸出的不同控制信號(hào)PT對(duì)應(yīng)著Buck功率變換器中功率PMOS管MP不同的導(dǎo)通時(shí)間；數(shù)字邏輯控制模塊輸出的不同控制信號(hào)DT對(duì)應(yīng)著數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出不同的基準(zhǔn)電壓VKEF。
[0024]所述數(shù)字邏輯控制模塊包括自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊、最小能耗點(diǎn)模塊、數(shù)據(jù)選擇器、可逆計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器。Buck功率變換器的輸出電壓Vo、外部系統(tǒng)施加的時(shí)鐘信號(hào)CLK和可逆計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)Co同時(shí)施加到自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊，自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊在Co為低電平時(shí)開始判斷外接負(fù)載Load在此時(shí)的Buck功率變換器的輸出電壓Vo下能否正常工作，同時(shí)其輸出信號(hào)施加到數(shù)據(jù)選擇器；外部系統(tǒng)施加時(shí)鐘信號(hào)CLK、動(dòng)態(tài)比較器的輸出信號(hào)Do、可逆比計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)Co同時(shí)施加到最小能耗點(diǎn)模塊，最小能耗點(diǎn)模塊在Co為高電平時(shí)開始工作，檢測(cè)外接負(fù)載在時(shí)鐘信號(hào)CLK下，對(duì)外接負(fù)載在Buck功率變換器不同的輸出電壓Vo下工作M個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)Buck功率變換器中的功率PMOS管MP的導(dǎo)通周期個(gè)數(shù)(也就是對(duì)比較器的輸出信號(hào)Co)相比較，輸出比較結(jié)果cmp_reSult到數(shù)據(jù)選擇器；數(shù)據(jù)選擇器在可逆計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)Co的作用下對(duì)最小能耗點(diǎn)模塊的輸出信號(hào)cmp_reSult和自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊的輸出信號(hào)avS_out進(jìn)行選擇，當(dāng)Co為低電平時(shí)選擇自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊的輸出信號(hào)avs_0Ut作為輸出信號(hào)mUX_0Ut施加到可逆計(jì)數(shù)器；可逆計(jì)數(shù)器根據(jù)mux_out的值將輸出信號(hào)a加I或是減1，同時(shí)輸出Co的值為高電平或是低電平，可逆計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)Co同時(shí)施加到自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊、最小能耗點(diǎn)模塊和數(shù)據(jù)選擇器，可逆計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)a施加到存儲(chǔ)器模塊；存儲(chǔ)器根據(jù)可逆計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)a的不同輸出不同的控制信號(hào)DT和PT。
[0025]如圖3所示，所述自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊包括延遲檢測(cè)模塊和計(jì)數(shù)器。延遲檢測(cè)模塊中的延遲鏈長度與外接負(fù)載的關(guān)鍵路徑長度相同，以便延遲檢測(cè)模塊中的延遲鏈對(duì)負(fù)載的關(guān)鍵路徑進(jìn)行擬合。延遲檢測(cè)模塊在外部施加的時(shí)鐘信號(hào)CLK下，檢測(cè)此時(shí)Buck功率變換器的輸出電壓Vo能否使延遲檢測(cè)模塊中的延遲鏈正常工作，可以正常工作延時(shí)檢測(cè)模塊輸出信號(hào)out_delay為高電平,否則為低電平,延時(shí)檢測(cè)模塊的輸出信號(hào)out_delay施加到計(jì)數(shù)器；可逆計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)Co和時(shí)鐘信號(hào)CLK同時(shí)施加到計(jì)數(shù)器，當(dāng)可逆計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)Co為低電平時(shí)開始對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值N時(shí)將延遲檢測(cè)模塊的輸出信號(hào)out_delay作為自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊的輸出信號(hào)avs_out。
[0026]如圖4所示，所述最小能耗點(diǎn)模塊由計(jì)數(shù)器1、計(jì)數(shù)器2、比較器和寄存器組成。外部系統(tǒng)施加的時(shí)鐘信號(hào)CLK和可逆計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)Co同時(shí)施加到計(jì)數(shù)器1，計(jì)數(shù)器I在可逆計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)Co為高電平時(shí)開始對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值M時(shí)停止計(jì)數(shù)同時(shí)輸出信號(hào)out_cntl到計(jì)數(shù)器2 ;計(jì)數(shù)器2在Co為高電平時(shí)開始對(duì)動(dòng)態(tài)比較器的輸出信號(hào)Do計(jì)數(shù)，當(dāng)信號(hào)out_cntl到來時(shí)停止計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)結(jié)果cmp_b施加到寄存器和比較器；寄存器的輸出信號(hào)cmp_a也施加到比較器，比較器將cmp_a和cmp_b相比較，輸出比較結(jié)果cmp_reSult ;在每次比較器比較結(jié)束時(shí)，寄存器內(nèi)寄存的內(nèi)容更新為計(jì)數(shù)器2的輸出信號(hào)cmp_b。
[0027]所述自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊，通過改變延遲檢測(cè)模塊中延遲鏈的長度，可以對(duì)不同的外接負(fù)載的關(guān)鍵路徑擬合，使具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路對(duì)于不同的負(fù)載，通過自適應(yīng)電壓模塊輸出的調(diào)壓信號(hào)avS_out經(jīng)過可逆計(jì)數(shù)器和存儲(chǔ)器的邏輯變化輸出控制信號(hào)DT和PT，自適應(yīng)的搜尋到負(fù)載在時(shí)鐘信號(hào)CLK下正常工作的最小電壓Vo，以此電壓為起點(diǎn)，通過最小能耗點(diǎn)模塊來追蹤負(fù)載在時(shí)鐘信號(hào)CLK下正常工作的最小能量消耗點(diǎn)電壓Vo。
[0028]所述的具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路，當(dāng)數(shù)字負(fù)載的時(shí)鐘信號(hào)CLK發(fā)生改變時(shí)，該調(diào)節(jié)電路通過自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊、可逆計(jì)數(shù)器以及存儲(chǔ)器自適應(yīng)地搜尋到負(fù)載在時(shí)鐘信號(hào)CLK下正常工作的最小電壓Vo，以此電壓為起點(diǎn)，通過最小能耗點(diǎn)模塊、可逆計(jì)數(shù)器以及存儲(chǔ)器模塊來追蹤負(fù)載在時(shí)鐘信號(hào)CLK下正常工作的最小能量消耗點(diǎn)電壓Vo。
[0029]下面介紹MEPT算法實(shí)現(xiàn)模塊工作的基本原理。Buck功率變換器的能量平衡模型為
[0030]AEm = A Ee+ Δ Ec+ Δ El (I)
[0031]其中，Λ EinS—個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電源提供給Buck輸入端的能量、Λ Ek為一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)負(fù)載消耗的能量、為一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電容儲(chǔ)能的變化量、為一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感儲(chǔ)能的變化量。在DCM模式下ΛΕ。和Λ Ej亙?yōu)榱?。而在具有?fù)載最小能量消耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)功能的降壓式穩(wěn)壓電路的負(fù)載工作M個(gè)周期內(nèi)，如果Buck功率變換器工作了 K個(gè)時(shí)鐘周期，其中輸入能量η個(gè)，跨過m個(gè)周期。那么如果忽略電容消耗的能量，負(fù)載消耗的能量就等于η個(gè)周期一共輸入的能量。式(I)經(jīng)過變化得:
【權(quán)利要求】
1.具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路，包括Buck功率變換器和邏輯控制電路； 所述Buck功率變換器由PMOS管MP、二極管D、電感L和電容C構(gòu)成；其中，MP的源極接直流偏置電壓Vin，其漏極接二極管D的負(fù)極，其漏極通過電感L后接負(fù)載，其漏極還依次通過電感L和電容C后接地；二極管D的正極接地； 所述邏輯控制電路包括動(dòng)態(tài)比較器、數(shù)控振蕩器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)字邏輯控制模塊、導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊；其中，動(dòng)態(tài)比較器同相輸入端接Buck功率變換器的輸出端電壓V0，其反相輸入端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端，其輸出端接分別導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊的第一輸入端和數(shù)字邏輯控制模塊的第一輸入端；數(shù)控振蕩器產(chǎn)數(shù)字邏輯控制模塊的時(shí)鐘信號(hào)端接外部時(shí)鐘信號(hào)，其電源輸入端接BUCK功率變換器的輸出端電壓V0，其第一輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊、第二輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端；導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊的輸出接MP的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路，其特征在于，所述數(shù)字邏輯控制模塊包括自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊、最小能耗點(diǎn)模塊、數(shù)據(jù)選擇器、可逆計(jì)數(shù)器和存儲(chǔ)器；其中，自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊的電源輸入端接Buck功率變換器的輸出端電壓V0，其時(shí)鐘信號(hào)端接外部時(shí)鐘信號(hào)，其輸入端接可逆計(jì)數(shù)器的第一輸出端；最小能耗點(diǎn)模塊的時(shí)鐘信號(hào)端分別接外部時(shí)鐘信號(hào)、其第一輸入端接動(dòng)態(tài)比較器的輸出端，其第二輸入端接可逆計(jì)數(shù)器的第一輸出端；數(shù)據(jù)選擇器的第一輸入端接自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊的輸出端，其第二輸入端接最小能耗點(diǎn)模塊的輸出端，其第三輸入端接可逆計(jì)數(shù)器的第一輸出端，其輸出端接可逆計(jì)數(shù)器的輸入端；；存儲(chǔ)器的輸入接可逆計(jì)數(shù)器的第二輸出端，其第一輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊、第二輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路，其特征在于，所述自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊包括延遲檢測(cè)模塊和計(jì)數(shù)器，延遲檢測(cè)模塊的時(shí)鐘信號(hào)端接外部時(shí)鐘信號(hào)，其電源輸入端接Buck功率變換器的輸出端電壓V0，其輸入端接動(dòng)態(tài)比較器的輸出端；計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)端接時(shí)外部鐘信號(hào)，其第一輸入端接動(dòng)態(tài)比較器的輸出端，其第二輸入端接延遲檢測(cè)模塊的輸出端，其輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的第一輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有負(fù)載最小能耗點(diǎn)追蹤的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路，其特征在于，所述最小能耗點(diǎn)模塊由第一計(jì)數(shù)器(I)、第二計(jì)數(shù)器(2)、比較器和寄存器組成；其中第一計(jì)數(shù)器(I)的時(shí)鐘信號(hào)端接外部時(shí)鐘信號(hào)，其輸入端接動(dòng)態(tài)比較器的輸出端，其輸出端接第二計(jì)數(shù)器(2)的第一輸入端；第二計(jì)數(shù)器(2)的電源端接BUCK功率變換器的輸出端電壓V0，其第二輸入端接動(dòng)態(tài)比較器的輸出端，其輸出端接寄存器的輸入端；寄存器的輸出端接比較器的第一輸入端，其第二輸入端第二接計(jì)數(shù)器(2)的輸出端，其輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的第二輸入端。
【文檔編號(hào)】H02M3/156GK104038063SQ201410299520
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】羅萍, 王東俊, 孫建勇, 白春蕾, 陳劍洛, 彭宣霖, 李航標(biāo) 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)