[發明專利]片上電源電壓調整

有效

• 申請號: 200810215740.1
• 申請日: 2008-09-09
• 公開（公告）號: CN101414783A
• 公開（公告）日: 2009-04-22
• 發明（設計）人: S·潘特;D·T·布勞夫
• 申請（專利權）人: 密執安大學評議會
• 主分類號: H02M3/04
• 分類號: H02M3/04;H02M1/14;H01L27/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張雪梅;王小衡

技術領域

本發明涉及集成電路領域。尤其是，本發明涉及用于調整集成電路 的電源電壓的片上機制。

背景技術

越來越較的工藝幾何結構及越來越快速的時鐘頻率的使用，加劇了 集成電路內電感性(Ldi/dt)電源噪聲，這影響了電源輸送網絡的穩健性。 電感性電源噪聲還被不盡理想的功率減小技術，如動態電壓縮放系統中 的功率/時鐘門控及頻率步進進一步惡化。傳統上用于抑制電感性電源噪 聲的片上被動退耦電容，由于其面積及泄漏功率額外負擔，已變得越來 越不足。因此，已提出若干電路技術，以針對負載/電流中的突發浪涌主 動調整電源。此已提出的技術遭遇各種不足，諸如分配有限電荷、僅適 合于諧振抑制，或需要額外的高電壓源。這些技術的實例可在如下文獻 中找到：Ang等人的“使用開關退耦電容器的片上電壓調節器(An?on-chip? voltage?regulator?using?switched?decoupling?capacitors)”，發表于ISSCC文 摘技術白皮書(ISSCC?Dig?Tech.Pagers)2000年第438-439頁；Xu等人 的“使用帶限主動阻尼的片內電源諧振抑制(On-die?supply-resonance? suppression?using?band-limited?active?damping)”，發表于ISCC文摘技術 白皮書2007年第268-269頁；及Nakamura等人的“一種用于消除納秒 級電源噪聲的使用高電壓源線的管芯上噪聲消除器(An?on-chip?noise? canceller?with?high?voltage?supply?lines?for?nanosecond-range?power?supply? noise)”，發表于超大規模集成電路電路論文集(Symp.VLSI?Circuits)2007 年第124-125頁。

發明內容

從本發明一個方面來看，提供一集成電路，包括：

處理電路；

分別耦接到所述處理電路的第一電源軌道及第二電源軌道，電源電 壓差的電源通過所述第一電源軌道及所述第二電源軌道被供應到所述 處理電路的；及

電壓調整電路，其被耦接至該第一電源軌道及該第二電源軌道，以 調整所述電源電壓差；其中

所述電壓調整電路包括：

具有耦接到所述第一電源軌道的第一端，及第二端的供電調整電容 器；

開關電路，耦接到所述第二端、所述第二電源軌道及第三電源軌道， 以便選擇性將所述第二端耦接到所述第二電源軌道與所述第三電源軌 道之一，使得：

(i)當所述第二端耦接到所述第二電源軌道時，電荷在所述電容器內 累積；及

(ii)當所述第二端耦接到所述第三電源軌道時，將累積在所述電容器 內的所述電荷提供到所述第一電源軌道；及

電壓差感測電路，其耦接到所述第一電源軌道及所述第二電源軌道 以感測所述電源電壓差，所述電壓差感測電路對下降到低于欠沖閾值電 平(undershoot?threshold?level)的所述電源電壓差作出響應，以控制所述 開關電路將所述第二端耦接到所述第三電源軌道，以便針對欠沖調整所 述電源電壓差。

本技術提供一種主動電路，用于檢測及抑制由于大瞬時電流(large? current?transients)，以及由于處于諧振頻率的電流激發所造成的超過閾值 的電源電壓欠沖和過沖。欠沖時，在所述供電調整電容器內累積的電荷 被至少部分地泵入該電網中。此電容器可于所述電路的標稱電壓 (nominal?voltage)下充電，藉此避免對任何高壓供電的需要，并使得具有 集成電路的標稱氧化物厚度的退耦電容及開關晶體管的使用更容易。當 所述退耦電容未主動將電荷泵送入電網中時，其充當一提供一定程度電 源電壓平滑功能的被動退耦電容器。

為了解決電壓過沖，該電壓調整電路可具有一附加負載裝置，其可 被開關，以便當感測到電壓過沖事件時連接第一電源軌道及第二電源軌 道。

盡管與該電容器關聯使用的開關電路可采用各種不同形式，但可方 便地以如下形式提供：第一晶體管將第二端耦接到第三電源軌道且藉由 電壓差感測電路開關，其中第二晶體管將第二端耦接到第二電源軌道且 藉由電壓差感測電路進行開關。