[發明專利]具有動態自適應負載線的DC-DC轉換器

有效

• 申請號: 201810998768.0
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109428488B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: F·奧迦洛;M·庫勒爾
• 申請（專利權）人: 蘋果公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/14
• 代理公司: 11038 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 周衡威

本發明題為“具有動態自適應負載線的DC?DC轉換器”。本發明描述了為一個或多個部件的瞬時負載有效地生成穩定輸出的系統、設備和方法。在各種實施方案中，功率轉換器包括兩個反饋回路以將穩定性和等效輸出電阻分開，這允許增加帶寬。第一回路包括補償器，該補償器接收放大器的輸出電流。此外，第一轉換器和第一電流鏡基于放大器的輸出電流生成目標電流。多個降壓轉換器基于目標電流生成輸出電壓，該輸出電壓通過電阻器返回到放大器。第二回路包括具有一階串聯RC濾波器的第二轉換器，以減小所述第二回路的響應時間。第二電流鏡接收來自第二轉換器的電流，并且生成動態自適應反饋電流，該動態自適應反饋電流流過第一回路中的電阻器。

技術領域

本文所述的實施方案涉及集成電路領域，更具體地講涉及為一個或多個部件的瞬時負載有效地生成穩定輸出。

背景技術

計算系統諸如半導體芯片包括多個部件，每個部件都能夠處理數據。多個部件包括接口和功能塊或單元。在各種實施方案中，多個部件是片上系統(SOC)、多芯片模塊(MCM)或印刷電路板之一上的單個管芯。例如，部件是在中央處理單元(CPU)中具有一個或多個內核的通用處理器、在圖形處理單元(GPU)和數字信號處理器(DSP)中具有一個或多個內核的高度并行數據架構處理器、顯示控制器、音頻處理部件、聯網部件、外圍設備接口控制器和存儲器控制器等。

計算系統內的控制邏輯部件諸如電力管理單元決定不同部件的一個或多個操作狀態。操作狀態包括電源電壓和操作時鐘頻率。時鐘生成電路在一個或多個指定的不同頻率生成不同的時鐘信號，而配電網絡提供一個或多個指定的不同電源電壓。該片上網絡使用電源和調節電路生成指定的不同電源電壓以供功能單元內的設備使用。此外，該網絡依賴于一對片上層，其中一個電壓層(金屬層)專用于電源電壓，另一個接地層(金屬層)專用于接地值。

目標輸出電壓隨著操作模式隨時間推移而改變，并且給定操作模式下的工作需求隨著時間推移而改變一個或多個部件。當部件中的設備從電源和接地層吸收電流時，電流需求的變化創建電流電阻(IR)下降和瞬時電壓降兩者。盡管電壓變化的持續時間可能是暫時性，但電壓變化導致引起變化的設備和相鄰設備的不可靠行為。此外，對于移動設備，電池提供的電壓值隨著存儲能量的消耗而降低。

鑒于以上所述，需要用于為一個或多個部件的瞬時負載有效地生成穩定輸出的方法和機制。

發明內容

預期管理為一個或多個部件的瞬時負載有效地生成穩定輸出的操作模式的系統和方法。在各種實施方案中，功率轉換器接收輸入電壓，并且在輸出電容器上為一個或多個部件生成輸出電壓。在一些實施方案中，多個部件是片上系統(SOC)之一上的單個管芯。功率轉換器包括用于基于差分電壓輸入輸送輸出電流的放大器。在各種實施方案中，功率轉換器包括在放大器的兩個輸入之一終止的兩個反饋回路。兩個反饋回路將功率轉換器的穩定性和等效輸出電阻分開，這允許增加功率轉換器的帶寬。兩個反饋回路中的第一回路提供功率轉換器的等效輸出電阻。兩個反饋回路中的第二回路為功率轉換器提供穩定性。通過將等效輸出電阻和穩定性分開，分別成為功率轉換器的獨立參數。

在實施方案中，功率轉換器包括跨導運算放大器(OTA)和包括補償器的第一反饋回路。在各種實施方案中，補償器可以是兩種類型之一。在實施方案中，補償器可以是第一種類型，所述類型提供原點極點、一個零點、一個高頻極點以及達到90度的相位提升，以抵消傳遞函數中包含的一些增益和相位。例如，第一種類型的補償器可以是II型補償器，提供兩個極點和一個零點，以及兩個極點和一個零點的位置，并且另外相位提升達到90度。或者，補償器可以是第二種類型，提供兩個極點、兩個零點和大于90度的相位提升。例如，第二種類型的補償器可以是III型補償器。