本發(fā)明的各方面通?？傮w上涉及電壓調(diào)節(jié)，并且更具體地涉及一種用以調(diào)節(jié)電壓的低壓差電壓調(diào)節(jié)器與開關(guān)模式電源的電容耦合并聯(lián)組合。

背景技術(shù)：

諸如移動(dòng)電話等高級(jí)電子設(shè)備的很多功能在片上系統(tǒng)(soc)集成電路中實(shí)現(xiàn)。soc消耗隨著其執(zhí)行的操作的數(shù)目和種類而改變的電流。在電流或功率方面對元件的描述在通過相應(yīng)的電壓進(jìn)行縮放之后是可互換的。所執(zhí)行的操作可以快速改變，例如幾納秒。電流消耗的變化可能很大，例如幾安培。這導(dǎo)致可能以干擾soc的操作的大的電流時(shí)間導(dǎo)數(shù)(di/dt)。

配電網(wǎng)絡(luò)向soc供應(yīng)功率，例如作為電壓源。soc可以封裝在可以安裝在諸如印刷電路板等互連基底上的集成電路封裝件中，用于與包括例如電源和電池在內(nèi)的其他部件的連接。配電網(wǎng)絡(luò)包括通過印刷電路板和集成電路封裝件實(shí)現(xiàn)的連接。配電網(wǎng)絡(luò)的連接可以具有大的寄生電感。該電感與大的電流時(shí)間導(dǎo)數(shù)組合可能會(huì)在供應(yīng)給soc的電壓中引起電源電壓的大的尖峰狀下降，也稱為下降。下降可能太大而到妨礙設(shè)備的正常操作。

供應(yīng)給soc的電壓電平通常增加(其可以稱為保護(hù)帶)電壓降的量，因此“下降后的”電壓足以實(shí)現(xiàn)soc的正常操作。對電壓電平設(shè)置保護(hù)帶增加了功耗，并且是不期望的，例如，由于溫度的升高和電池持續(xù)時(shí)間的減少。一些現(xiàn)有的系統(tǒng)已經(jīng)嘗試降低電壓降，例如通過降低配電網(wǎng)絡(luò)中的電感或者在soc上或附近添加去耦合電容器。例如，可以在pdn的布線期間添加外部陸側(cè)電容器(lsc)和嵌入式無源基底(eps)電容器。增加的去耦合電容器可能只會(huì)稍微降低電壓降。另外，它們的尺寸和成本可能令人望而卻步。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面，提供了一種混合并聯(lián)電源，其包括：第一電源，連接到電源軌并且被配置為經(jīng)由電源軌向負(fù)載設(shè)備供應(yīng)電流，第一電源還被配置為將電源軌調(diào)節(jié)到第一目標(biāo)電壓電平；耦合電容器，具有耦合到電源軌的第一端子；以及電壓調(diào)節(jié)器，耦合到耦合電容器的第二端子，電壓調(diào)節(jié)器被配置為將電源軌調(diào)節(jié)到第二目標(biāo)電壓電平。

在一個(gè)方面，提供了一種用于向負(fù)載設(shè)備供電的方法。該方法包括：經(jīng)由電源軌以第一目標(biāo)電壓電平從電源向負(fù)載設(shè)備供應(yīng)電流；以及經(jīng)由耦合電容器以第二目標(biāo)電壓電平從電壓調(diào)節(jié)器向負(fù)載設(shè)備供應(yīng)電流。

在一個(gè)方面，提供了一種混合并聯(lián)電源，其包括：用于供應(yīng)功率的第一裝置，連接到電源軌并且被配置為經(jīng)由電源軌以第一目標(biāo)電壓電平向負(fù)載設(shè)備供應(yīng)電流；耦合電容器，具有耦合到電源軌的第一端子；用于調(diào)節(jié)電壓的裝置，耦合到耦合電容器的第二端子并且被配置為將電源軌調(diào)節(jié)到第二目標(biāo)電壓電平。

從以下通過舉例的方式說明本發(fā)明的各方面的描述中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是顯而易見的。

附圖說明

關(guān)于其結(jié)構(gòu)和操作的本發(fā)明的細(xì)節(jié)可以通過研究附圖來收集，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分，并且在附圖中：

圖1是配電網(wǎng)絡(luò)的模型的示意圖；

圖2是時(shí)域中的配電網(wǎng)絡(luò)的下降特性的曲線圖；

圖3是頻域中的配電網(wǎng)絡(luò)的阻抗的曲線圖；

圖4是開關(guān)模式電源和低壓差電壓調(diào)節(jié)器的頻率響應(yīng)的曲線圖；

圖5是根據(jù)當(dāng)前公開的實(shí)施例的具有電容耦合的混合并聯(lián)電源的電子系統(tǒng)的功能框圖；

圖6是根據(jù)當(dāng)前公開的實(shí)施例的具有電容耦合的混合并聯(lián)電源的電子系統(tǒng)的功能框圖；

圖7是根據(jù)當(dāng)前公開的實(shí)施例的具有電容耦合的混合并聯(lián)電源的電子系統(tǒng)的功能框圖；

圖8是根據(jù)當(dāng)前公開的實(shí)施例的混合并聯(lián)電源的下降特性的時(shí)域曲線圖；以及

圖9是根據(jù)當(dāng)前公開的實(shí)施例的向電子設(shè)備供電的過程的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述旨在作為各種配置的描述，并不旨在表示可以實(shí)踐本文中所描述的概念的唯一配置。詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)，目的是提供對各種概念的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐這些概念。在某些情況下，以簡化的形式示出了眾所周知的結(jié)構(gòu)和部件，以避免模糊這些概念。

圖1是配電網(wǎng)絡(luò)(pdn)的模型的示意圖。pdn可以分成與管芯域105、封裝件域110、電源域112和電路板域115相對應(yīng)的互連域。每個(gè)pdn互連域包括形成該區(qū)域的特征阻抗的電阻、電容和電感的相應(yīng)組合。電阻、電容和電感可以被稱為寄生元件。這些寄生元件可以被聚集成存在于安裝在pdn互連域內(nèi)的部件之間的等效的電阻、電容和電感分量值。例如，電路板域115可以由于在電源域112中從電池165向電源170傳導(dǎo)電流而貢獻(xiàn)串聯(lián)電感。pdn互連域內(nèi)的部件可以具有與pdn互連域的寄生元件電交互的等效的電阻、電容和電感值。

在圖1的pdn模型中，電路板域115包括可以跨越互連基底的互連跡線每單位長度而聚集的電路板平面間電容125?；ミB跡線還貢獻(xiàn)跡線的每單位長度而聚集的電路板等效串聯(lián)電阻120和電路板等效串聯(lián)電感(l-pcb)130。

電池等效阻抗包括串聯(lián)在電池165與電路板域115的寄生元件之間的等效電池輸出電阻175。電源域112中的電源170通過等效電池輸出電阻175、電路板等效串聯(lián)電阻120和電路板等效串聯(lián)電感130從電池165接收功率。電源170包括等效電源輸出電阻180。電源的其他阻抗可能被集總成包括串聯(lián)電感、電阻和電容的等效電源輸出阻抗185。電源域電感190對在電源170與封裝件域110之間的布線跡線中遇到的電感進(jìn)行建模。

以類似于電路板域115的方式，封裝件域110包括封裝件平面間電容135、封裝件等效串聯(lián)電感140和封裝件等效串聯(lián)電阻145。這些寄生元件中的每個(gè)以pdn穿過封裝件域110的每單位長度而聚集。管芯域105通過等效負(fù)載阻抗150和開關(guān)等效負(fù)載阻抗155來建模。等效負(fù)載阻抗150表示不切換的soc的部分(其從配電網(wǎng)絡(luò)的角度被稱為負(fù)載)和/或處于連續(xù)或備用操作的soc電路的部分。開關(guān)等效負(fù)載阻抗155表示根據(jù)soc的特定操作被激活或去激活的soc電路的部分。開關(guān)160用符號(hào)表示開關(guān)等效負(fù)載阻抗155的開關(guān)活動(dòng)。

圖2是時(shí)域中的配電網(wǎng)絡(luò)的下降特性的曲線圖。將參考圖1的pdn來描述下降特性，但是在其他系統(tǒng)中也發(fā)生類似的效應(yīng)。曲線圖示出了在管芯域105中的soc處的電源電壓215。曲線圖的y軸是電壓，并且曲線圖的x軸是時(shí)間。最初，soc經(jīng)由電源170從電池165汲取低水平的電流。在時(shí)間250，soc切換到汲取高水平的電流。低水平的電流通過開關(guān)160在負(fù)載模型中斷開來建模，并且高水平的電流通過開關(guān)160閉合來建模。最初，電源電壓215(在負(fù)載處)處于額定電壓電平。在時(shí)間250，由負(fù)載汲取的電流迅速增加。電流的這種增加通過流過電路板域115、封裝件域110、電源域112和管芯域105的來自電池165的附加電流來滿足。該路徑中的電感導(dǎo)致電源電壓215的尖峰狀下降205。尖峰狀下降205可能導(dǎo)致電源電壓215下降到低于用于soc的正常操作的最低電平。例如，在一些系統(tǒng)中，對于在4ns時(shí)間幀內(nèi)發(fā)生的2.3安培負(fù)載電流瞬變，下降特性210可能與電源電壓215的18-30％的下降一樣多。

圖3是頻域中的配電網(wǎng)絡(luò)的阻抗的曲線圖。將參考圖1的配電網(wǎng)絡(luò)來描述該曲線圖；然而，其他網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致類似的阻抗。曲線圖示出了與由相應(yīng)的pdn互連域中的寄生元件形成的相應(yīng)的阻抗相對應(yīng)的若干阻抗峰值。第一阻抗峰值305對應(yīng)于管芯域105中的限流阻抗。第一阻抗峰值305可以主要與由管芯上的pdn路徑的部分所看到的頻率相關(guān)阻抗相關(guān)聯(lián)。第一阻抗峰值305可以具有大約100mhz的中心頻率，并且可以是最大阻抗峰值。第二阻抗峰值310對應(yīng)于由當(dāng)pdn被布線通過封裝件域110時(shí)形成的寄生元件產(chǎn)生的限流阻抗。第二阻抗峰值310可以具有約2mhz的中心頻率。第三阻抗峰值315對應(yīng)于由電路板域115中的寄生元件引起的限流阻抗。第三阻抗峰值315可以具有約100-200khz的中心頻率。當(dāng)soc電流的變化發(fā)生在阻抗峰值的頻率處或附近時(shí)，電壓降的影響增加。

圖1的系統(tǒng)包括在電池165與負(fù)載設(shè)備之間的電源170，以提供電壓調(diào)節(jié)并且避免下降特性。電源170可以是開關(guān)模式電源(smps)，并且根據(jù)smps的調(diào)節(jié)能力以可用的電源電壓調(diào)節(jié)程度向負(fù)載設(shè)備提供功率。smps可以在與負(fù)載設(shè)備的單獨(dú)的管芯上的電路板域115內(nèi)實(shí)現(xiàn)，并且通過電路板互連層向soc管芯(管芯域105中的負(fù)載設(shè)備)提供功率。smps從電池165接收功率。電池165通過電路板連接到smps。smps通過由通過電路板域115和封裝件域110的互連路徑引入的寄生元件而耦合到管芯。這些互連路徑寄生元件對應(yīng)于上述的封裝件平面間電容135、封裝件等效串聯(lián)電感140、封裝件等效串聯(lián)電阻145和電源域電感190。

圖4是開關(guān)模式電源(smps)和低壓差電壓調(diào)節(jié)器(ldo)的頻率響應(yīng)的曲線圖。曲線圖包括相對于頻率繪制的smps頻率響應(yīng)405和ldo頻率響應(yīng)425。smps頻率響應(yīng)405和ldo頻率響應(yīng)425在圖4中在輸出功率方面進(jìn)行繪制。也可以使用其他度量，例如電流。頻率響應(yīng)在低頻處通常平坦，然后在較高頻率處下降。smps頻率響應(yīng)405可以被描述為具有smps角頻率410(在角頻率410處，功率衰減3db(或因子2))和對應(yīng)的smps帶寬415。類似地，ldo頻率響應(yīng)425可以被描述為具有l(wèi)do角頻率430和對應(yīng)的ldo帶寬435。

示例性smps可以具有約2mhz的帶寬。通常，smps帶寬415可以在smps時(shí)鐘頻率的大約五分之一處發(fā)生。這種帶寬不足以用于smps供應(yīng)可能在soc中發(fā)生的快速變化的功率需求。然而，smps適合于以高的效率來供應(yīng)相對大量的電流。例如，smps可以能夠以大約85％的效率來供應(yīng)3.0a。

示例性ldo可以具有約600mhz的帶寬。該帶寬比smps帶寬更適合用于提供可能在soc中發(fā)生的快速變化的功率需求。然而，ldo的效率低于smps。例如，接收1.2v輸入電源電壓并且產(chǎn)生0.9v輸出的ldo將具有小于75％的效率。

圖5是根據(jù)當(dāng)前公開的實(shí)施例的包括電容耦合的混合并聯(lián)電源的電子系統(tǒng)的功能框圖。系統(tǒng)使用混合并聯(lián)電源為負(fù)載設(shè)備560提供功率?；旌喜⒙?lián)電源將電源(例如，開關(guān)模式電源)與電壓調(diào)節(jié)器(例如，低壓差電壓調(diào)節(jié)器)電容性地耦合?；旌喜⒙?lián)電源結(jié)合了開關(guān)模式電源和低壓差電壓調(diào)節(jié)器的有利特征?；旌喜⒙?lián)電源是功率有效的，并且可以向電流需求快速變化的負(fù)載設(shè)備(諸如智能電話soc)供應(yīng)穩(wěn)定的電壓。

混合并聯(lián)電源包括與電壓調(diào)節(jié)器(“l(fā)do”)510并聯(lián)連接的第一電源(“smps1”)505。第一電源505向電源軌520供電。第一電源505用于將電源軌520調(diào)節(jié)到第一目標(biāo)電壓電平，例如0.9v。第一目標(biāo)電壓電平可以是例如使用控制寄存器可配置的。第一電源505從第一電源端子545接收功率(例如，經(jīng)由電路板515上的連接而連接到圖1的系統(tǒng)中的電池165)。第一電源505能夠以高的效率向電源軌520供電。第一電源505可以是開關(guān)模式電源(smps)。

電壓調(diào)節(jié)器510還經(jīng)由耦合電容器575向電源軌520供電。電壓調(diào)節(jié)器510用于將電源軌520調(diào)節(jié)到第二目標(biāo)電壓電平。第二目標(biāo)電壓電平可以是例如使用控制寄存器可配置的。電壓調(diào)節(jié)器510具有連接到第二電源端子540的輸入端，電壓調(diào)節(jié)器510從第二電源端子540接收功率。電壓調(diào)節(jié)器510具有連接到耦合電容器575的第一端子的輸出端。耦合電容器575的第二端子連接到電源軌520。電壓調(diào)節(jié)器510能夠以高頻響應(yīng)特性向電源軌520提供電流。電壓調(diào)節(jié)器510可以是低壓差電壓調(diào)節(jié)器(ldo)。ldo可以以低余量(輸入電壓與輸出電壓之間的差值)來操作，例如，調(diào)節(jié)1.2v的輸入以產(chǎn)生0.9v的輸出。

在實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器510以ab類電流模式輸出來操作。這樣的電路可以具有高的帶寬，例如600mhz。當(dāng)電源軌520上的電壓低于第二目標(biāo)電壓電平時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器510的ab類電流模式輸出經(jīng)由耦合電容器575向電源軌520(例如，向負(fù)載設(shè)備560)源送電流，當(dāng)電源軌520上的電壓高于第二目標(biāo)電壓電平時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器510的ab類電流模式輸出經(jīng)由耦合電容器575從電源軌520吸收電流。電壓調(diào)節(jié)器510通過耦合電容器575與第一電源505電容性地隔離。由耦合電容器575提供的電容性隔離可以通過防止電壓調(diào)節(jié)器510和第一電源505的不同輸出電平之間的連接來保持混合并聯(lián)電源的穩(wěn)定性。根據(jù)某些示例性實(shí)施例，耦合電容器575可以為約100nf。此外，系統(tǒng)可以可靠地使用具有大的(例如，500ph)串聯(lián)電感的耦合電容器來操作。

第一電源505和電壓調(diào)節(jié)器510操作以調(diào)節(jié)電源軌520的電壓電平。該電壓調(diào)節(jié)可以被理解為監(jiān)測電源軌520的電壓電平，并且當(dāng)電壓電平不同于相應(yīng)的目標(biāo)電壓電平時(shí)，改變驅(qū)動(dòng)電源軌520的電路的操作，使得電壓電平朝向目標(biāo)電壓電平移動(dòng)。電源軌520的電壓電平可以由于負(fù)載設(shè)備560的電流需求的變化以及混合并聯(lián)電源的響應(yīng)的限制而變化，例如由于第一電源505和電壓調(diào)節(jié)器510的輸出阻抗以及第一電源505和電壓調(diào)節(jié)器510的響應(yīng)時(shí)間。

電壓調(diào)節(jié)器510將電源軌520調(diào)節(jié)到的第二目標(biāo)電壓電平可以與第一電源505將電源軌520調(diào)節(jié)到的第一目標(biāo)電壓電平不同。第二目標(biāo)電壓電平可以例如是小于第一目標(biāo)電壓電平的偏移電壓。例如，在其中第一目標(biāo)電壓電平為0.9v的混合并聯(lián)電源中，第二目標(biāo)電壓電平可以為0.88v。在這種布置中，第一電源505可以通過電壓調(diào)節(jié)器510響應(yīng)于電源軌520上的電壓的變化而快速地供應(yīng)或吸收電流來供應(yīng)由負(fù)載設(shè)備560消耗的大部分電流。

圖5的混合并聯(lián)電源包括經(jīng)由第二電源端子540向電壓調(diào)節(jié)器510供電的第二電源(“smps2”)530。第二電源530用于將第一電源端子545驅(qū)動(dòng)到第三目標(biāo)電壓電平。例如，可以選擇第三目標(biāo)電壓電平以允許電壓調(diào)節(jié)器510的有效操作。第三目標(biāo)電壓電平也可以是系統(tǒng)中的其他部件使用的電平。當(dāng)電源軌520上的標(biāo)稱電平為0.9v時(shí)，第三目標(biāo)電壓電平可以是例如1.2v。第二電源530能夠以高的效率向電壓調(diào)節(jié)器510供電。第二電源530從第一電源端子545接收功率。第二電源530可以是開關(guān)模式電源。

電壓調(diào)節(jié)器510和負(fù)載設(shè)備560可以在第一管芯(“管芯1”)525上制造。由于電壓調(diào)節(jié)器510和負(fù)載設(shè)備560一起定位，所以電壓調(diào)節(jié)器510與負(fù)載設(shè)備560之間的寄生阻抗很小。電源軌520的部分也可以在第一管芯525上制造。耦合電容器575可以在第一管芯525上或者在第一管芯525外部(例如，在電路板515或者容納第一管芯525的集成電路封裝件上)或者管芯上和外部電容器的組合上制造。板和封裝件寄生阻抗基本上不會(huì)損害電壓調(diào)節(jié)器510、耦合電容器575和負(fù)載設(shè)備560之間的連接。

在圖5的實(shí)施例中，第一管芯525包括連接到第二電源端子540的管芯上電容器550，第二電源端子540向電壓調(diào)節(jié)器510供電。管芯上電容器550可以被稱為旁路電容器。管芯上電容器550可以以高頻響應(yīng)特性向電壓調(diào)節(jié)器510供應(yīng)電流。管芯上電容器550支持電壓調(diào)節(jié)器510以高頻響應(yīng)特性向負(fù)載設(shè)備560供應(yīng)電流，并且有助于減小當(dāng)負(fù)載設(shè)備560的電流需求迅速變化時(shí)以其他方式在電源軌520上發(fā)生的下降特性。與電源軌520相比，由于第二電源端子540的電壓較高，因此管芯上電容器550比電源軌520上的電容器存儲(chǔ)更多的電荷。因此，電壓調(diào)節(jié)器510和第一電源505的并聯(lián)組合可以在沒有(或具有少量)另外的電容(諸如大容量電容器、外部電容器、陸側(cè)電容器或嵌入式無源基底(eps)電容器)的情況下操作。根據(jù)某些示例性實(shí)施例，管芯上電容器550可以為約220nf。

替代地，管芯上電容器550可以在第一管芯525外部制造，例如在電路板或集成電路封裝件、或者管芯和外部電容器的組合上。管芯、封裝件或電路板上的管芯上電容器550和耦合電容器575的提供可以根據(jù)相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)的相對成本和性能來確定。這些成本可以包括電容器、互連和封裝件引腳的成本。配電網(wǎng)絡(luò)的性能通常隨著更靠近負(fù)載設(shè)備的電容而改善。

第一電源505和第二電源530可以在第二管芯(“管芯2”)535上制造。將電壓調(diào)節(jié)器510與負(fù)載設(shè)備560在第一管芯525上組合并且將第一電源505與第二電源530在第二管芯上組合可以允許使用針對部件的特定要求而選擇的制造工藝來制造各種部件。例如，電壓調(diào)節(jié)器510和負(fù)載設(shè)備560可以使用高密度互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)工藝來制造，cmos工藝允許很多功能由負(fù)載設(shè)備560來提供，并且第一電源505和和第二電源530可以使用允許高效率功率供應(yīng)的高功率工藝來制造。第一管芯525和第二管芯535可以(直接地或者使用集成電路封裝件)安裝在諸如電路板515等互連基底上。在實(shí)施例中，第二管芯535可以是功率管理集成電路(pmic)。

使用混合并聯(lián)電源的系統(tǒng)可以比使用smps、ldo或串聯(lián)smps-ldo組合的系統(tǒng)更加功率有效。用于示例實(shí)現(xiàn)的混合并聯(lián)電源的效率約為76％。混合并聯(lián)電源還可以通過允許較小的電壓保護(hù)帶來降低系統(tǒng)功率。這在其中功率與電壓平方成比例的系統(tǒng)(諸如cmossoc)中特別有價(jià)值。具有電壓調(diào)節(jié)器510和負(fù)載設(shè)備560的soc也可以具有減少的數(shù)目的引腳，這是由于例如減少了電源軌520上的去耦合電容器的使用。

ldo和smps的并聯(lián)組合結(jié)合了各個(gè)電路的特性以有效地供應(yīng)功率，同時(shí)減少由快速負(fù)載電流變化引起的電壓降。通常，smps可以被視為在供應(yīng)負(fù)載設(shè)備的穩(wěn)態(tài)電流需求時(shí)被涉及。以這種方式，負(fù)載設(shè)備的相對大的電流需求以smps的高效率來提供。通常，ldo可以被視為在響應(yīng)于負(fù)載電流的變化來向負(fù)載設(shè)備供應(yīng)電流時(shí)被涉及，負(fù)載電流的變化可以以其他方式導(dǎo)致大的電壓降。也就是說，ldo對電源電壓的下降迅速做出反應(yīng)，并且向負(fù)載設(shè)備供應(yīng)電流，直到smps能夠做出反應(yīng)。ldo的高帶寬使得混合并聯(lián)電源能夠及時(shí)地提供足夠的電流，從而大大降低了下降特性。此外，ldo和smps的并聯(lián)組合可以允許使用簡化的smps，例如，具有較少相位的smps。

圖6是根據(jù)當(dāng)前公開的實(shí)施例的具有電容耦合的混合并聯(lián)電源的電子系統(tǒng)的功能框圖。圖6的混合并聯(lián)電源總體上對應(yīng)于圖5的系統(tǒng)中的混合并聯(lián)電源。因此，圖6的系統(tǒng)的描述可以省略與圖5的系統(tǒng)共同的細(xì)節(jié)。圖6的系統(tǒng)包括向負(fù)載設(shè)備560供電的第一電源505和經(jīng)由耦合電容器575向負(fù)載設(shè)備560供電的電壓調(diào)節(jié)器510(從第二電源530接收功率)。負(fù)載設(shè)備560(其可用是包括處理器和其他電路的soc)用等效負(fù)載阻抗675a和開關(guān)等效負(fù)載阻抗675b來建模。

電壓調(diào)節(jié)器510包括運(yùn)算放大器610、耦合電容器575、參考轉(zhuǎn)換器(“dac”)620和帶隙源625。參考轉(zhuǎn)換器620和帶隙源625組合以產(chǎn)生參考電壓，參考電壓設(shè)置電壓調(diào)節(jié)器510向電源軌520供電的第二目標(biāo)電壓電平。帶隙源625產(chǎn)生幾乎恒定的參考輸出電壓(例如，隨著過程、電源電壓和溫度小于1％的變化)。在實(shí)施例中，帶隙源625產(chǎn)生處于子帶隙電平(例如，0.64v)的參考輸出電壓。參考轉(zhuǎn)換器620對來自帶隙源625的參考輸出電壓進(jìn)行縮放以產(chǎn)生參考電壓。例如，參考轉(zhuǎn)換器620可以將來自帶隙源625的0.64v的參考輸出電壓縮放11/8以產(chǎn)生0.88v的參考電壓。參考轉(zhuǎn)換器620可以是數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)。參考轉(zhuǎn)換器620可以接收用以配置參考電壓的數(shù)字輸入。數(shù)字輸入可以用于調(diào)節(jié)第二目標(biāo)電壓電平。

在替代實(shí)施例中，由電壓調(diào)節(jié)器510使用的第二目標(biāo)電壓電平通過由參考電平模塊產(chǎn)生的參考電平來設(shè)置。參考電平模塊可以通過對電源軌520進(jìn)行縮放和低通濾波來供應(yīng)參考電壓。以相對于電源軌520上的平均電平的縮放電平來設(shè)置第二目標(biāo)電壓電平可以避免對第一和第二目標(biāo)電壓電平之間的失配的關(guān)注。然后，當(dāng)電源軌520下降到參考電壓以下時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器510經(jīng)由耦合電容器575向負(fù)載設(shè)備560供應(yīng)電流。參考電平模塊可以例如使用(相對于電源軌520的電平的第二目標(biāo)電壓電平的)15/16的縮放因子。濾波量可以例如基于第一電源505的帶寬來選擇。參考電平模塊可以包括與用以提供濾波的電容器耦合的用以提供縮放的電阻分壓器。電阻分壓器可以是可變的，使得可以調(diào)節(jié)縮放量。濾波也可以是可調(diào)節(jié)的。

運(yùn)算放大器610具有耦合到耦合電容器575的第一端子的輸出端。耦合電容器575的第二端子耦合到電源軌520。耦合電容器575可以例如使用晶體管柵極電容來制造。另外地或替代地，可用使用其他電容器結(jié)構(gòu)。此外，管芯、封裝件和電路板電容器上的組合可以根據(jù)相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)的相對成本和性能來選擇。這些成本可以包括電容器、互連和封裝件引腳的成本。配電網(wǎng)絡(luò)的性能通常隨著電容更靠近負(fù)載設(shè)備560和運(yùn)算放大器610而改善。

運(yùn)算放大器610的非反相輸入端(“+”)連接到來自參考轉(zhuǎn)換器620的參考電壓并且其反相輸入端(“-”)耦合到電源軌520。運(yùn)算放大器610的反相輸入端可以直接耦合到電源軌520，或者可以經(jīng)由反饋設(shè)備655耦合到電源軌520。在圖6所示的實(shí)施例中，低通濾波器從電源軌520向運(yùn)算放大器610提供反饋。低通濾波器向運(yùn)算放大器610提供電源軌520的電壓的低通濾波版本。低通濾波器濾波器可以被實(shí)現(xiàn)為具有電阻電容網(wǎng)絡(luò)，如圖6所示。

備選地，反饋設(shè)備655可以利用高通濾波器。在這種實(shí)現(xiàn)中，電壓調(diào)節(jié)器510可以響應(yīng)于電源軌520上的電壓的高頻變化(諸如由于負(fù)載設(shè)備560的電流需求的快速變化而產(chǎn)生的下降)來向負(fù)載設(shè)備560供應(yīng)電流。在示例實(shí)施例中，高通濾波器包括耦合在電源軌520與運(yùn)算放大器610的反相輸入端之間的電容器和耦合在運(yùn)算放大器610的輸入端之間的電阻器。第二目標(biāo)電壓電平可以被設(shè)置為例如運(yùn)算放大器610的輸出范圍的中點(diǎn)。高通濾波器的頻率響應(yīng)可以例如基于第一電源505的響應(yīng)特性來選擇。

反饋設(shè)備655的特性可以被布置為調(diào)諧電壓調(diào)節(jié)器510的功率調(diào)節(jié)響應(yīng)并且提供對下降事件的特定響應(yīng)。電源軌520上的電壓可以具有時(shí)變電壓分量，其可以被概念化為在第一目標(biāo)電壓電平之上的信號(hào)。反饋設(shè)備655可以例如濾除出現(xiàn)在電源軌520上的高頻分量或低頻分量，并且將其余分量傳送到運(yùn)算放大器610的反相輸入端。反饋設(shè)備655可以有效地改變電壓調(diào)節(jié)器510的帶寬。

運(yùn)算放大器610可以是ab類運(yùn)算放大器，例如ab類跨導(dǎo)運(yùn)算放大器(ota)。也可以使用其他類型的運(yùn)算放大器，例如具有電壓模式輸出的放大器?？鐚?dǎo)運(yùn)算放大器可以具有高的帶寬，使得電壓調(diào)節(jié)器510可以以高頻響應(yīng)特性向電源軌520提供電流。另外，ab類ota可以使用標(biāo)準(zhǔn)邏輯晶體管來制造，而不需要特殊的器件或器件制造技術(shù)。電壓調(diào)節(jié)器510還可以具有低的靜態(tài)電流，并且因此有助于整個(gè)系統(tǒng)的功率降低。ldo也可以在少量的管芯區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

運(yùn)算放大器610的輸出基于反相和非反相輸入端之間的電壓差來源送或吸收電流。從運(yùn)算放大器610的輸出端通過耦合電容器575到電源軌520、經(jīng)由反饋設(shè)備655回到運(yùn)算放大器610的反相輸入端的反饋回路允許電壓調(diào)節(jié)器510調(diào)節(jié)電源軌520的電平。

圖6的系統(tǒng)包括管芯上電容器550和第二電容器650，第二電容器650位于容納soc的封裝件605中并且連接到電壓調(diào)節(jié)器510的輸入端。第二電容器650和管芯上電容器550的值可以基于例如成本、性能和尺寸來選擇。在示例實(shí)施例中，第二電容器650的電容可以比管芯上電容器550的電容的大近似200倍。例如，第二電容器650的電容可以是200nf，管芯上電容器550的電容可以是1nf。在一些實(shí)施例中，另外的電容器可以位于電路板515上并且連接到電壓調(diào)節(jié)器510的輸入端。

在一些實(shí)施例中，位于第一管芯525中的軌道電容器680連接到電源軌520。軌道電容器680可以與管芯上電容器550組合操作，以在下降事件期間向負(fù)載設(shè)備560提供電流。也可以使用在電路板515、封裝件605、第一管芯525上或其他位置的電容器的其他組合。

圖6還示出了互連寄生元件665a、665b，其表示在第一電源505與電源軌520以及第二電源530與電壓調(diào)節(jié)器510之間進(jìn)行各種電連接時(shí)遇到的無功元件。互連寄生元件665a、665b被示出為在第一管芯525與第二管芯535之間的電路板515的區(qū)域中?；ミB寄生元件665a、665b可以是表示跨越第一管芯525與第二管芯535之間的電連接遇到的等效阻抗的電阻器、電容器和電感器的組合。

圖7是根據(jù)當(dāng)前公開的實(shí)施例的具有電容耦合的混合并聯(lián)電源的電子系統(tǒng)的功能框圖。圖7的混合并聯(lián)電源類似于圖6的系統(tǒng)中的混合并聯(lián)電源。因此，圖7的系統(tǒng)的描述省略了與圖6的系統(tǒng)共同的細(xì)節(jié)。

圖7的電容耦合的混合并聯(lián)電源包括用以向第一電源505供應(yīng)控制信號(hào)的pmic控制模塊705。pmic控制模塊705還可以向第二電源530供應(yīng)控制信號(hào)。pmic控制模塊705可以以各種方式來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)谝浑娫?05被布置為接收數(shù)字控制信號(hào)時(shí)，pmic控制模塊705以數(shù)字形式供應(yīng)控制信號(hào)。例如，pmic控制模塊705可以使用例如串行協(xié)議來向第一電源505發(fā)信號(hào)通知第一目標(biāo)電壓電平。pmic控制模塊705可以開環(huán)發(fā)信號(hào)通知第一目標(biāo)電壓電平。備選地，pmic控制模塊705可以通過例如比較電源軌520的相對電平與來自帶隙源625的參考輸出電壓來閉環(huán)發(fā)信號(hào)通知第一目標(biāo)電壓電平。

備選地，當(dāng)?shù)谝浑娫?05被布置為接收模擬控制信號(hào)時(shí)，pmic控制模塊705以模擬形式供應(yīng)控制信號(hào)。pmic控制模塊705可以通過以第一目標(biāo)電壓電平或第一目標(biāo)電壓電平的縮放版本供應(yīng)控制信號(hào)來向第一電源505開環(huán)發(fā)信號(hào)通知第一目標(biāo)電壓電平。備選地，pmic控制模塊705可以通過例如比較電源軌520的相對電平與來自帶隙源625的參考輸出電壓來閉環(huán)發(fā)信號(hào)通知第一目標(biāo)電壓電平。第一電源505可以利用閉環(huán)控制信號(hào)以產(chǎn)生由電源軌520上的第一電源505生成的電壓的對應(yīng)變化。

在示例閉環(huán)模擬實(shí)施例中，pmic控制模塊705包括第二運(yùn)算放大器，第二運(yùn)算放大器具有向第一電源505提供控制信號(hào)的輸出端。第二運(yùn)算放大器的非反相輸入端連接到電源參考電壓。第二運(yùn)算放大器的反相輸入端連接到電源軌520。電源參考電壓設(shè)置第一電源505向電源軌520供電的第一目標(biāo)電壓電平。電源參考電壓由第二參考電壓轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生，第二參考電壓轉(zhuǎn)換器對來自帶隙源625的參考輸出電壓進(jìn)行縮放以產(chǎn)生電源參考電壓。例如，第二參考轉(zhuǎn)換器可以將來自帶隙源625的0.64v的參考輸出電壓縮放45/32，以產(chǎn)生0.9v的電源參考電壓。第二參考轉(zhuǎn)換器可以是直流(dc)轉(zhuǎn)換器，其也稱為dc-dc轉(zhuǎn)換器。第二參考轉(zhuǎn)換器可以接收用以調(diào)節(jié)電源參考電壓的電平的數(shù)字輸入。

圖8是根據(jù)當(dāng)前公開的實(shí)施例的使用混合并聯(lián)電源的系統(tǒng)中的下降特性的時(shí)域曲線圖。曲線圖示出了圖5-7的混合并聯(lián)電源的操作。類似于圖2的曲線圖，圖8的曲線圖示出了在時(shí)間850處的電流的快速變化的示例。圖8的曲線圖描繪了負(fù)載設(shè)備560的負(fù)載電流805和電源軌520的電源電壓810。在時(shí)間850之前，負(fù)載電流805為1.25a。在時(shí)間850處，負(fù)載電流805迅速增加到3.55a。

除了在時(shí)間850處的負(fù)載設(shè)備的電流需求的步驟之外，負(fù)載電流805的小的變化例如在負(fù)載設(shè)備560中的處理器中執(zhí)行不同的計(jì)算時(shí)發(fā)生。負(fù)載電流805的這些小的變化在電源電壓810中引起紋波(小的變化，例如4mv)。電源電壓中的紋波可以處于高于第一電源505的帶寬的頻率。然后，第一電源505將基于電源電壓的經(jīng)低通濾波的平均值來向電源軌520供應(yīng)電流。然而，電源電壓中的紋波可能處于位于電壓調(diào)節(jié)器510的帶寬內(nèi)的頻率。然后，電壓調(diào)節(jié)器510將向電源軌520供應(yīng)電流，以降低紋波的幅度。

在時(shí)間850之前，電源電壓810處于例如0.9v的額定電壓電平。在時(shí)間850處，負(fù)載電流的快速增加在電源電壓810中導(dǎo)致下降特性825。電壓調(diào)節(jié)器510的高頻響應(yīng)允許其快速增加被供應(yīng)給負(fù)載設(shè)備560的電流以減小下降特性825的幅度。由電壓調(diào)節(jié)器510通過耦合電容器575提供給負(fù)載的電流符合電壓電流關(guān)系：由于耦合電容器兩端的電壓變化可能遠(yuǎn)大于電壓降的幅度(由于電壓調(diào)節(jié)器510的輸出的變化)，所以與類似尺寸的旁路電容器(例如，耦合在電源軌520與接地參考之間)相比，耦合電容器575可以向負(fù)載提供大得多的電流。

對于負(fù)載電流的2.3a/5ns步長變化，示例系統(tǒng)具有小于7％的所得到的下降特性。上述裝置和系統(tǒng)涉及在管芯上的負(fù)載設(shè)備處的電源電壓的尖峰狀降低方面定義的下降特性。在其中負(fù)載設(shè)備的電流需求迅速降低的某些電路情況下，可以實(shí)現(xiàn)類似的效應(yīng)，但是具有正向尖峰。本文中公開的電容耦合的混合并聯(lián)電源可以通過電壓調(diào)節(jié)器510經(jīng)由耦合電容器575從電源軌520吸收電流來減小電源電平中的正向尖峰。

圖9是根據(jù)當(dāng)前公開的實(shí)施例的用于向電子設(shè)備供電的過程的流程圖。將參照圖5的系統(tǒng)來描述該過程；然而，該過程的各種實(shí)施例可以應(yīng)用于任何合適的裝置。

在框905中，該過程經(jīng)由電源軌以第一目標(biāo)電壓電平從電源向負(fù)載設(shè)備供應(yīng)電流。在框905中，使用諸如開關(guān)模式電源等高效電源。例如，第一電源505可以將電源軌520調(diào)節(jié)到第一目標(biāo)電壓電平，以向負(fù)載設(shè)備560供應(yīng)電流。

在框915中，該過程經(jīng)由耦合電容器以第二目標(biāo)電壓電平從電壓調(diào)節(jié)器向負(fù)載設(shè)備供應(yīng)電流。所供應(yīng)的電流可以是負(fù)的，例如當(dāng)電源軌520的電平高于期望的調(diào)節(jié)電平時(shí)。在框915中，使用諸如低壓差電壓調(diào)節(jié)器等具有高頻響應(yīng)特性的電壓調(diào)節(jié)器。例如，電壓調(diào)節(jié)器510可以將電源軌520調(diào)節(jié)到第二電源電壓電平，以向負(fù)載設(shè)備560供應(yīng)電流。第一目標(biāo)電壓電平和第二目標(biāo)電壓電平可以相同或不同，并且可以是可配置的。該過程可以通過以下方式來生成第一目標(biāo)電壓電平和第二目標(biāo)電壓電平：基于帶隙源生成參考輸出電壓，并且然后基于第一數(shù)字輸入和參考輸出電壓生成第二目標(biāo)電壓電平，并且基于第二數(shù)字輸入和參考輸出電壓生成第一目標(biāo)電壓電平。

圖9的過程可以例如通過添加或改變框來修改。另外，可以同時(shí)執(zhí)行框。

盡管以上針對特定實(shí)施例描述了本發(fā)明的特征，但是很多變化是可能的。例如，可以使用包括處理不同類型的晶體管的其他制造工藝來形成電容耦合的混合并聯(lián)電源。此外，混合并聯(lián)電源可以使用不同類型的電壓調(diào)節(jié)器和不同類型的電源。此外，混合并聯(lián)電源可以具有不同數(shù)目的電源和電壓調(diào)節(jié)器。在另一變型中，電壓調(diào)節(jié)器510可以從提供電壓調(diào)節(jié)中被切斷并且去除。在另一變型中，soc上包括低功率保持電壓調(diào)節(jié)器，以便在備用模式期間使用。另外，各種實(shí)施例的特征可以按照與上述不同的組合來組合。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，結(jié)合本文中公開的實(shí)施例描述的各種說明性框和模塊可以以各種形式來實(shí)現(xiàn)。上面已經(jīng)一般地在其功能方面描述了一些框和模塊。這種功能如何實(shí)現(xiàn)取決于對整個(gè)系統(tǒng)施加的設(shè)計(jì)約束。技術(shù)人員可以針對每個(gè)特定應(yīng)用以不同的方式實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)決定不應(yīng)當(dāng)被解釋為導(dǎo)致偏離本發(fā)明的范圍。此外，功能在模塊、框或步驟中分組是為了易于描述。在不脫離本發(fā)明的情況下，可以將特定功能或步驟從一個(gè)模塊或框移動(dòng)或者跨模塊或框分布。

所公開的實(shí)施例的以上描述被提供以使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的，并且在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本文中所描述的一般原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施例。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本文中給出的描述和附圖表示本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例，并且因此代表本發(fā)明廣泛考慮的主題。還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的范圍完全涵蓋對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可能變得顯而易見的其他實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍因此受到除了所附權(quán)利要求之外的限制。