相關(guān)申請的交叉引用

本申請與在2015年12月29日提交的名稱為“apparatusforpowerregulatorwithmultipleinputsandassociatedmethods”(代理人案號(hào)為sila370)的美國專利申請系列號(hào)14/983,420有關(guān)，并且通過引用將其全部內(nèi)容合并于此以用于所有目的。

本公開總體涉及功率轉(zhuǎn)換裝置及方法。更具體地，本公開涉及用于從多個(gè)源提供經(jīng)調(diào)節(jié)的功率的裝置及相關(guān)方法。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的發(fā)展，日益增多的電路元件被集成到器件(諸如集成電路(ic))中。此外，越來越多的器件(諸如，ic)或子系統(tǒng)被集成到產(chǎn)品中。隨著諸如物聯(lián)網(wǎng)(iot)、便攜式或移動(dòng)產(chǎn)品(諸如移動(dòng)電話、智能電話以及類似產(chǎn)品)的發(fā)展，預(yù)計(jì)該趨勢將繼續(xù)。

越來越多的電路元件、器件、子系統(tǒng)等還導(dǎo)致包括這些組件的產(chǎn)品所使用的功率架構(gòu)的類型的相應(yīng)復(fù)雜性。在一些應(yīng)用中，產(chǎn)品利用各種類型的電源(諸如電池電源、交流干線或其他源)來操作。通常，調(diào)節(jié)器被用于從單個(gè)輸入電壓為產(chǎn)品提供功率，并且沒有被優(yōu)化以便為各種操作模式提供合適的輸出電流，即其在一個(gè)或多個(gè)操作模式(具有相應(yīng)的輸出電流)中比在為電源設(shè)計(jì)的模式(具有相應(yīng)的輸出電流)中具有較小的效率。換句話說，其具有過大的電流開銷，以致于其在對應(yīng)于相對大范圍的輸出電流的各種操作模式中不是實(shí)用且有效的調(diào)節(jié)功率源。

本節(jié)中的描述和任意相應(yīng)的(多個(gè))附圖被包括在內(nèi)作為背景信息內(nèi)容。本節(jié)中的內(nèi)容不應(yīng)該被認(rèn)為是承認(rèn)這些內(nèi)容構(gòu)成本專利申請的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

用于功率供應(yīng)架構(gòu)和方案的各種裝置及相關(guān)方法是可預(yù)期的。根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例，一種裝置包括集成電路(ic)。該ic包括功率控制器，該功率控制器包括調(diào)節(jié)器和控制器。該調(diào)節(jié)器接收多個(gè)輸入電壓并提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓。該控制器控制調(diào)節(jié)器根據(jù)多個(gè)輸入電壓生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓。該功率控制器從一組任意輸入電壓向集成在ic中的負(fù)載提供電力。該組任意輸入電壓包括所述多個(gè)輸入電壓。

根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例，一種裝置包括mcu，該mcu包括功率控制器。該功率控制器包括調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器接收多個(gè)輸入電壓并提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓。該功率控制器進(jìn)一步包括控制器以控制調(diào)節(jié)器根據(jù)多個(gè)輸入電壓生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓。該功率控制器對mcu中的電路系統(tǒng)的供電進(jìn)行排序以便使mcu的核心電路上電。

根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例，一種向ic中的電路系統(tǒng)提供功率的方法包括在調(diào)節(jié)器中接收多個(gè)輸入電壓，以及控制調(diào)節(jié)器根據(jù)多個(gè)輸入電壓生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓。該方法進(jìn)一步包括從一組任意輸入電壓向集成在ic中的負(fù)載提供電力，該組任意輸入電壓包含所述多個(gè)輸入電壓。

附圖說明

附圖僅圖示說明示例實(shí)施例并且因此不應(yīng)被視為限制本申請或權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到所公開的概念能夠使他們找到等效的實(shí)施例。在附圖中，用于不止一個(gè)附圖中的相同數(shù)字標(biāo)識(shí)指示相同、相似或等效的功能、組件或模塊。

圖1根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例說明用于從多個(gè)輸入源提供功率的電路布置。

圖2根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例描繪用于從多個(gè)輸入源提供功率的電路布置。

圖3根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例示出用于從多個(gè)輸入源提供功率的電路布置。

圖4根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例描繪用于從多個(gè)輸入源提供功率的過程的流程圖。

圖5根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例說明用于多輸入調(diào)節(jié)器的電路布置。

圖6根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例描繪用于多輸入調(diào)節(jié)器的電路布置。

圖7根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例說明用于多輸入調(diào)節(jié)器的電路布置。

圖8根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例示出用于功率復(fù)用的電路布置。

圖9根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例說明用于從具有電池充電能力的多個(gè)輸入源提供功率的電路布置。

圖10根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例描繪用于從具有電池充電能力的多個(gè)輸入源提供功率的電路布置。

圖11根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例示出用于從多個(gè)輸入源向電路系統(tǒng)提供功率的電路布置。

圖12根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例說明從多個(gè)輸入源向電路系統(tǒng)提供功率的過程的流程圖。

圖13根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例描繪用于從多個(gè)輸入源提供功率并控制功率的供應(yīng)的電路布置。

圖14-圖16根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例示出用于從多個(gè)源向負(fù)載(或電路系統(tǒng)或多個(gè)負(fù)載)提供功率的流程圖。

圖17說明存在任意調(diào)節(jié)器輸入電壓和輸出電壓的情況下支持調(diào)節(jié)器功率堆疊的正常操作的電路布置。

圖18-圖21根據(jù)示例實(shí)施例描繪用于通過使用具有比電源電壓更低的最大電壓的晶體管從源向負(fù)載提供功率的電路布置。

圖22根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例示出包括mcu的電路布置。

具體實(shí)施方式

所公開的概念總體涉及電子裝置中的功率架構(gòu)電路系統(tǒng)，其包括根據(jù)各種方案使用多個(gè)輸入或功率源來提供經(jīng)調(diào)節(jié)的功率的電路及相關(guān)方法。示例性實(shí)施例根據(jù)一個(gè)或多個(gè)功率供應(yīng)方案或曲線輪廓(profile)提供了用于從多個(gè)源向一個(gè)或多個(gè)負(fù)載提供經(jīng)調(diào)節(jié)的功率的裝置及相關(guān)方法，包括如下文詳細(xì)描述的用于提供功率的一個(gè)或多個(gè)電壓的排序、對控制信號(hào)進(jìn)行排序并將其供應(yīng)給電路系統(tǒng)的各個(gè)模塊等。

本公開的一個(gè)方面涉及諸如通過經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓從多個(gè)輸入源(例如，多個(gè)輸入電壓或電壓源)向負(fù)載或電路或一系列電路提供功率。圖1根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例說明用于如此做的電路布置10。

電路布置10包括集成電路(ic)13。ic13包括調(diào)節(jié)器或調(diào)節(jié)器電路或功率轉(zhuǎn)換器16。調(diào)節(jié)器16接收來自一組輸入的功率。在示出的示例中，這些輸入構(gòu)成一組m個(gè)輸入電壓vregi0到vregim。調(diào)節(jié)器16向負(fù)載或電路(在圖1中標(biāo)注為“其他電路系統(tǒng)”19)提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。

調(diào)節(jié)器16包括一組n個(gè)電壓調(diào)節(jié)器25a-25n。電壓調(diào)節(jié)器25a-25n接收該組m個(gè)輸入電壓vregi0-vregim。電壓調(diào)節(jié)器25a-25n向功率復(fù)用器(mux)28提供相應(yīng)的一組經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓25a1-25n1。

功率mux28提供功率多路復(fù)用或?qū)β蔬M(jìn)行多路復(fù)用，諸如電壓25a1-25n1。響應(yīng)于經(jīng)由鏈路2228從控制器22提供的一組選擇信號(hào)，功率mux28提供電壓25a1-25n1中的一個(gè)作為其輸出電壓。換句話說，在控制器22的控制下，功率mux28向其他電路系統(tǒng)19提供電壓25a1-25n1中的一個(gè)作為經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。

調(diào)節(jié)器25a-25n在控制器22的控制或監(jiān)管下操作?？刂破?2分別經(jīng)由鏈路22a-22n耦合到調(diào)節(jié)器25a-25n?？刂破?2經(jīng)由鏈路22a-22n向調(diào)節(jié)器25a-25n提供控制信息或信號(hào)?？刂破?2控制電壓調(diào)節(jié)器25a-25n的操作的一個(gè)或多個(gè)方面。如上所述，電壓調(diào)節(jié)器25a-25b被耦合到一組m個(gè)輸入電壓vregi0-vregim。在控制器22的控制下，該組電壓調(diào)節(jié)器25a-25n中的一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸入電壓vregi0-vregim中的一個(gè)，以便向其他電路系統(tǒng)19提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。以此方式，電壓調(diào)節(jié)器25a-25n并且因此調(diào)節(jié)器16接收多個(gè)輸入電壓vregi0-vregim并提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。

控制器22的控制類型取決于許多因素，諸如所使用的調(diào)節(jié)器的類型、負(fù)載(其他電路系統(tǒng)19)的類型、可用技術(shù)、成本、復(fù)雜度、設(shè)計(jì)和/或性能規(guī)范等等。由控制器22控制的變量或參數(shù)的示例包括電壓調(diào)節(jié)器25a-25n中的一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器的(多個(gè))輸出電壓水平、電壓調(diào)節(jié)器25a-25n中的一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器的(多個(gè))輸出電流水平(例如，電流極限)、電壓調(diào)節(jié)器25a-25n中的一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器的(多個(gè))輸出電壓的調(diào)節(jié)程度等。

在一些實(shí)施例中，控制器22經(jīng)由鏈路22a-22n從電壓調(diào)節(jié)器25a-25n中的一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器接收狀態(tài)信息。狀態(tài)信息(諸如信號(hào))的類型和數(shù)量取決于許多因素，諸如所使用的調(diào)節(jié)器的類型、負(fù)載(其他電路系統(tǒng)19)的類型、可用技術(shù)、成本、復(fù)雜度、設(shè)計(jì)和/或性能規(guī)范等等。狀態(tài)信號(hào)或信息的示例包括電壓調(diào)節(jié)器25a-25n中的一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器的(多個(gè))實(shí)際輸出電壓水平、電壓調(diào)節(jié)器25a-25n中的一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器的(多個(gè))實(shí)際輸出電流水平、電壓調(diào)節(jié)器25a-25n中的一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器的功耗或溫度水平等。

在示例實(shí)施例中，諸如圖1中的實(shí)施例，其他電路系統(tǒng)19中可以包括各種電路系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，其他電路系統(tǒng)19可以根據(jù)需要包括各種電路、器件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)、晶體管模塊、電路模塊等等。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，其他電路系統(tǒng)19中的電路系統(tǒng)的質(zhì)量和數(shù)量取決于諸如其他電路系統(tǒng)19和/或ic13(或其他系統(tǒng)、子系統(tǒng)、ic13外部的電路系統(tǒng)模塊)的期望功能或規(guī)定功能的因素。

其他電路系統(tǒng)19中的模擬或混合信號(hào)電路系統(tǒng)的示例包括偏置電路、解耦電路、耦合電路、供電電路、電流鏡、電流源和/或電壓源、濾波器、放大器、轉(zhuǎn)換器(例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac))、信號(hào)處理電路(例如乘法器)、檢測器等等。其他電路系統(tǒng)19中的數(shù)字電路系統(tǒng)的示例包括組合邏輯(例如邏輯門、加法器、減法器、乘法器)、時(shí)序邏輯(觸發(fā)器、鎖存器)、標(biāo)準(zhǔn)單元或定制邏輯電路等?？梢员话ㄔ谄渌娐废到y(tǒng)19中的數(shù)字功能模塊的示例根據(jù)需要包括處理器、中央處理單元(cpu)、mcu模塊/電路/子系統(tǒng)、算術(shù)邏輯單元(alu)、數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)或?qū)嵤ヾsp功能的電路系統(tǒng)(諸如濾波器)、延遲模塊等等。

在示例實(shí)施例中，控制器22可以包括電路系統(tǒng)的各種類型和電路系統(tǒng)模塊。在一些實(shí)施例中，控制器可以包括邏輯電路系統(tǒng)(組合邏輯和/或時(shí)序邏輯)、有限狀態(tài)機(jī)(fsm)、處理器電路或執(zhí)行各種操作(諸如上述操作)的其他電路系統(tǒng)。

此外，控制器22的功能可以以各種方式實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，專業(yè)的或?qū)Ｓ玫挠布梢杂糜趯?shí)施控制器22的功能。在一些實(shí)施例中，可以使用在通用或?qū)Ｓ糜布线\(yùn)行的軟件。在一些實(shí)施例中，可以使用固件(例如，在mcu中的硬件上運(yùn)行的固件)。在一些實(shí)施例中還可以使用前述技術(shù)的組合來實(shí)施控制器22的功能。

如上所述，鏈路22a-22n和2228被用于交流信息，諸如控制信息/信號(hào)、狀態(tài)信息/信號(hào)等。在示例實(shí)施例中，鏈路22a-22n和2228可以構(gòu)成耦合機(jī)構(gòu)，諸如總線、ic中的一組導(dǎo)體或半導(dǎo)體或跡線等等。

盡管一般來說調(diào)節(jié)器16(并且具體來說電壓調(diào)節(jié)器25a-25n)在上文被描述為電壓調(diào)節(jié)器，但是可以使用其他類型/配置的調(diào)節(jié)器。其他類型的調(diào)節(jié)器的示例包括電流調(diào)節(jié)器(從輸入電壓/電流生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流)、電壓和電流調(diào)節(jié)器(從輸入電壓/電流生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流和輸出電壓)等。在一些實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器25a-25n中的一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)成低壓差(ldo)電壓調(diào)節(jié)器(例如，小于300mv的壓差)。通常，調(diào)節(jié)器的類型和/或數(shù)量的選擇取決于諸如設(shè)計(jì)和性能規(guī)范(例如，其他電路系統(tǒng)19中的電路的類型)、成本、復(fù)雜性、可用技術(shù)等因素。

針對圖1中的電路布置10的各種替代實(shí)施例是可預(yù)期的。在下文描述一些替代實(shí)施例。圖2根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例描繪用于從多個(gè)輸入源提供功率的電路布置30。電路布置30與電路布置10(見圖1)類似。然而，不同于使用m個(gè)輸入電壓，調(diào)節(jié)器16接收兩個(gè)輸入電壓(標(biāo)記為vregi0和vregi1)，并且另外使用三個(gè)電壓調(diào)節(jié)器(分別標(biāo)記為25a-25c)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在其他實(shí)施例中可以根據(jù)需要使用其他數(shù)量(而不是兩個(gè))的輸入電壓和/或其他數(shù)量(而不是三個(gè))的電壓調(diào)節(jié)器。

電壓調(diào)節(jié)器25a-25c提供不同水平的輸出電流，例如，這些輸出電流可以對應(yīng)于ic13的相應(yīng)操作模式。作為示例，電壓調(diào)節(jié)器25a可以提供相對高水平的輸出電流，對應(yīng)于負(fù)載(諸如其他電路系統(tǒng)19)的相對高消耗(highdrain，hd)。因此在示例實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器25a對應(yīng)于hd模式或者是hdldo電壓調(diào)節(jié)器并向其他電路系統(tǒng)19提供相對高的輸出電流(例如，200ma)。

電壓調(diào)節(jié)器25b-25c提供逐漸小水平的輸出電流。更具體地，電壓調(diào)節(jié)器25b提供比電壓調(diào)節(jié)器25a更低的輸出電流。該更低的輸出電流可以對應(yīng)于負(fù)載(諸如其他電路系統(tǒng)19)的低消耗(ld)。因此，在示例實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器25b對應(yīng)于ld模式或者是ldldo電壓調(diào)節(jié)器并向其他電路系統(tǒng)19提供相對低的輸出電流(例如，200na)。電壓調(diào)節(jié)器25c提供比電壓調(diào)節(jié)器25b更低的輸出電流。更低的輸出電流可以對應(yīng)于負(fù)載(諸如其他電路系統(tǒng)19)的超低消耗(uld)。因此，在示例實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器25c對應(yīng)于uld模式或者是uldldo電壓調(diào)節(jié)器并向其他電路系統(tǒng)19提供相對低的輸出電流(例如，20na)。

調(diào)節(jié)器16的操作模式(即分別對應(yīng)于電壓調(diào)節(jié)器25a-25c的hd、ld和uld模式)通?？梢詫?yīng)于ic13的操作模式，或特別對應(yīng)于其他電路系統(tǒng)19的操作模式。例如，在一些實(shí)施例中，ic13可以包括高級(jí)精簡指令集機(jī)器(arm)處理器(例如，其他電路系統(tǒng)19包括arm處理器)。在該實(shí)施例中，hd、ld和uld操作模式分別對應(yīng)于arm處理器的正常模式(完全性能或“能量模式0”)、低功率模式(較低性能(例如，較低的時(shí)鐘速率和/或較少的啟動(dòng)或有效外設(shè))或“能量模式2”)以及超低功率或深度睡眠模式(處理器不運(yùn)行，但足夠的功率被供應(yīng)給存儲(chǔ)器以保持其內(nèi)容，或“能量模式4”)。

通過使用電壓調(diào)節(jié)器25a-25c中輸出電流水平適用于(或被優(yōu)化用于)給定的操作模式的一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，操作效率(例如，功耗、低功率操作等)被改善。改善的效率進(jìn)而允許多變的操作(例如，結(jié)合圖3所描述)、更長的操作、減少能量使用、減少成本、減少熱生成等。

參考圖2，電路布置30還省略了功率mux。更具體地，不是使用功率mux，電壓調(diào)節(jié)器25a-25n的輸出25a1-25n1被耦合在一起以提供經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓vrego。在示出的實(shí)施例中，通過將輸出結(jié)合在一起而耦合輸出25a1-25n1導(dǎo)致有效的“點(diǎn)”連接或有線or連接。因此，通過啟動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器25a-25n之一來驅(qū)動(dòng)vrego，該特殊電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸入電壓(vregi0或vregi1)以生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。

圖3根據(jù)另一示例實(shí)施例示出用于從多個(gè)輸入源提供功率的電路布置40。電路布置40與電路布置30(見圖2)類似。然而，不同于使用m個(gè)輸入電壓，調(diào)節(jié)器16接收兩個(gè)輸入電壓(標(biāo)記為vbus和vbatt(而不是vregi0和vregi1))，并且另外使用三個(gè)電壓調(diào)節(jié)器(分別標(biāo)記為25a-25c)。電壓vbus和vbatt構(gòu)成兩個(gè)輸入電壓源。電壓vbus指的是具有特定電壓的總線，諸如具有5伏特(5v)電壓的通用串行總線(usb)。電壓vbatt指的是電池電壓(例如，4.2v)，即在ic13外部向調(diào)節(jié)器16提供電壓的電池。電壓調(diào)節(jié)器25a-25c調(diào)節(jié)vbus或vbatt電壓以提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego，vrego可以具有期望的電壓，諸如3.3v。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在其他實(shí)施例中，可以根據(jù)需要使用其他數(shù)量(而不是兩個(gè))的輸入電壓和/或其他數(shù)量(而不是三個(gè))的電壓調(diào)節(jié)器。

其他電路系統(tǒng)19可以構(gòu)成移動(dòng)設(shè)備，諸如蜂窩電話。在這種情況下，其他電路系統(tǒng)19可以包括電話中的一些或全部器件和/或電路系統(tǒng)。示例包括dsp、mcu、音頻電路系統(tǒng)和器件、視頻或圖像電路系統(tǒng)或器件(包括觸摸屏、控制電路系統(tǒng)、接口電路系統(tǒng)、小鍵盤等)。電池電壓(vbatt)和另一個(gè)外部電源(vbus等)構(gòu)成ic13的兩個(gè)輸入電壓。ic13使用調(diào)節(jié)器16來調(diào)節(jié)輸入電壓并向其他電路系統(tǒng)19的各個(gè)部分(諸如上面所描述的那些部分)提供經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓vrego。取決于其他電路系統(tǒng)19(或其他電路系統(tǒng)19的一些部分)和/或ic13的各種操作模式，電壓調(diào)節(jié)器25a-25c之一提供經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓vrego。

再次參考圖3，電路布置40進(jìn)一步包括用于保護(hù)各種電路模塊中(諸如在一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器25a-25c中)的晶體管的措施。考慮關(guān)于示例實(shí)施例描述的vbus具有5伏特電平的情況作為示例。假設(shè)由于各種原因，諸如可用于制造ic13的特定半導(dǎo)體技術(shù)，在一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器25a-25c中使用的晶體管不能承受vbus電壓水平。更具體地，假設(shè)電壓調(diào)節(jié)器25a-25c使用可以承受最大3伏特電壓例如作為最大漏-源電壓(vds)的3伏特晶體管(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體(mos)場效應(yīng)晶體管(fet)或mosfet)。出于各種原因，諸如成本和/或芯片面積，ic13包括兩種類型的晶體管，即一種類型的晶體管具有1伏特(1v)的最大vds，并且另一種類型的晶體管具有3伏特的最大vds。

在這種情況下，電壓調(diào)節(jié)器25a-25c中的一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器(具體地說是使用3伏特晶體管的任意電壓調(diào)節(jié)器)可以使用共源共柵配置(下文更詳細(xì)描述)而不是單個(gè)晶體管。共源共柵配置使用兩個(gè)晶體管，其中一個(gè)提供該共源共柵配置所代替的單個(gè)晶體管的功能，例如由控制器22或其他控制電路系統(tǒng)控制的ldo電壓調(diào)節(jié)器中的傳輸晶體管(passtransistor)。共源共柵配置中的其他晶體管通常用適當(dāng)?shù)臇艠O電壓偏置。偏置電路43為共源共柵配置提供合適的(多個(gè))偏置電壓。

更具體地，偏置電路43提供共源共柵偏置電壓pcas_vbus，該共源共柵偏置電壓pcas_vbus被供應(yīng)給耦合到vbus并調(diào)節(jié)vbus以提供經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓vrego的電壓調(diào)節(jié)器25a-25c中的共源共柵配置。偏置電路43還提供共源共柵偏置電壓pcas_vbatt，該共源共柵偏置電壓pcas_vbatt被供應(yīng)給耦合到vbus并調(diào)節(jié)vbus以提供經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓vrego的電壓調(diào)節(jié)器25a-25c中的共源共柵配置。在一些實(shí)施例中，pcas_vbus和pcas_vbatt構(gòu)成例如低于電源電壓(例如，5v)固定量(例如，3v)的固定電壓。

圖4根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例描繪了從多個(gè)輸入源提供功率的過程的流程圖50。更具體地，流程圖50對應(yīng)于圖3中的電路布置。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，通過進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模_的概念可以延伸到其他數(shù)量的輸入電壓和/或電壓調(diào)節(jié)器(參見圖1-圖2)。

再次參考圖4，在53處確定操作模式(hd、ld、uld等)。在56處確定hd操作是否是期望的。如果是，則在62處，對應(yīng)于hd操作模式的電壓調(diào)節(jié)器(25a，調(diào)節(jié)器1)被使用或啟動(dòng)或激活。如果不是，則在59處，確定ld操作是否是期望的。如果是，則在65處，對應(yīng)于ld操作模式的電壓調(diào)節(jié)器(25b，調(diào)節(jié)器2)被使用或啟動(dòng)或激活。如果不是，則在68處，對應(yīng)于uld操作模式的電壓調(diào)節(jié)器(25c，調(diào)節(jié)器3)被使用或啟動(dòng)或激活。

在71處，確定操作模式的變化是否是期望的。操作模式的變化可能由各種源導(dǎo)致或期望。例如，中斷可能導(dǎo)致處理器從ld或uld模式恢復(fù)，ic13的用戶可以做出導(dǎo)致模式變化(例如，從ld或uld到hd)的動(dòng)作等。如果期望或?qū)е虏僮髂Ｊ降淖兓?，則控制返回到53以確定應(yīng)該使用哪種操作模式(代替目前的操作模式，即在62、65或68處啟動(dòng)或使用或激活的模式)。否則，繼續(xù)處理。作為可替代方案，在一些實(shí)施例中，控制可能返回到71處以等待期望操作模式變化的指示。

本公開的一個(gè)方面涉及用于調(diào)節(jié)器16中的電壓調(diào)節(jié)器的電路布置。圖5-圖7根據(jù)示例實(shí)施例提供用于上述hd、ld和uld電壓調(diào)節(jié)器的電路布置。

圖5根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例說明用于多輸入hd電壓調(diào)節(jié)器的電路布置85。電路布置85包括兩個(gè)相似的(或相同的)共源共柵配置，其分別包括被耦合以接收vbus和vbatt的晶體管88a-88b和91a-91b。通過接通并控制晶體管88a-88b，電壓調(diào)節(jié)器25a調(diào)節(jié)輸入電壓vbus以生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。相反地，通過接通并控制晶體管91a-91b，電壓調(diào)節(jié)器25a調(diào)節(jié)輸入電壓vbatt以生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。電路布置85進(jìn)一步包括分別耦合到晶體管88a和91a的兩個(gè)二極管接法晶體管94和133。因此，晶體管94和晶體管88a具有相同的柵-源電壓。類似地，晶體管133和晶體管91a具有相同的柵-源電壓。

在控制器22的控制下，通過解復(fù)用器(demux)103提供晶體管88a和91a的柵極電壓。提供到晶體管88a和91a的柵極電壓的demux103的輸出信號(hào)分別對應(yīng)于vbus或vbatt的調(diào)節(jié)。因此，通過使用demux103，控制器22可以使通過晶體管121提供的誤差放大器127的輸出控制晶體管88a或91a(其分別對應(yīng)于vbus或vbatt的調(diào)節(jié))，從而提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。

在控制器22的控制下，通過mux106提供demux103的輸入信號(hào)。由晶體管121和開關(guān)118提供mux106的輸入信號(hào)。晶體管121由誤差放大器127驅(qū)動(dòng)。誤差放大器127比較由電壓源130提供的參考電壓(標(biāo)記為“vref”)與由包括電阻器109和電阻器112的電阻分壓器提供的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego的縮小版。因此，電阻器109、電阻器112、誤差放大器127、晶體管121、mux106、demux103以及晶體管88a-88b或晶體管91a-91b構(gòu)成對輸出電壓vrego進(jìn)行調(diào)節(jié)的負(fù)反饋環(huán)。

通過將晶體管88a的柵極提升到vbus電壓水平，可以關(guān)斷來自vbus的調(diào)節(jié)。來自vbus的調(diào)節(jié)可以由控制mux106和demux103的控制器22來執(zhí)行，使得通過晶體管121提供的誤差放大器127的輸出電壓被耦合到晶體管88a的柵極。相反地，通過將晶體管91a的柵極提升到vbatt電壓水平，可以關(guān)斷來自vbatt的調(diào)節(jié)。來自vbatt的調(diào)節(jié)可以由控制mux106和demux103的控制器22來執(zhí)行，使得通過晶體管121提供的誤差放大器127的輸出電壓被耦合到晶體管91a的柵極。因此，電壓調(diào)節(jié)器25a可以從輸入電壓vbus或從輸入電壓vbatt提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。

電容器97a-97b、開關(guān)100a-100b、開關(guān)118、電流源115以及比較器124被用于控制經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego的轉(zhuǎn)換速率。更具體地，在典型的使用方案中，經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego驅(qū)動(dòng)通常使用在其他電路系統(tǒng)19(未示出)中的旁路電容器(未示出)，即由電壓調(diào)節(jié)器25a驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。為了以有限的轉(zhuǎn)換速率對旁路電容器初始充電以限制從選擇的電源汲取的電流，當(dāng)由電阻器109和電阻器112提供的vrego的縮小版低于vref時(shí)，比較器124導(dǎo)致開關(guān)118閉合?？刂破?2(或比較器124)也停用晶體管94和/或晶體管133，并且導(dǎo)致開關(guān)100a或開關(guān)100b閉合，其取決于vbus或vbatt的哪個(gè)調(diào)節(jié)是期望的(即晶體管88a-88b或晶體管91a-91b是否分別被用于調(diào)節(jié)vbus或vbatt以生成vrego)。

來自電流源115的電流(在控制器22的控制下)通過mux106和demux103被路由以便對電容器97a或電容器97b充電，其取決于vbus或vbatt的哪個(gè)調(diào)節(jié)是期望的。一旦vrego上升到使得其縮放版本超出vref的水平，則比較器124導(dǎo)致開關(guān)118打開，并且控制器22(或比較器124)也導(dǎo)致開關(guān)100a-100b打開。此時(shí)，控制器22激活包括誤差放大器127和晶體管121的負(fù)反饋環(huán)以控制晶體管94、88a和88b或晶體管133、91a和91b，其取決于vbus或vbatt的哪個(gè)調(diào)節(jié)是期望的。

如上所述，晶體管88b和晶體管91b被用在共源共柵配置中以分別對晶體管88a和91a提供保護(hù)。換句話說，從每個(gè)輸入電壓(vbus和vbatt)到輸出(vrego)的功率路徑由具有相對低(例如，3v)的最大操作電壓的兩個(gè)共源共柵耦合的晶體管組成。在示出的實(shí)施例中，晶體管88a-88b和91a-91b構(gòu)成p溝道m(xù)osfet。晶體管88b和91b的n阱(或主體或本體)由控制器22通過分別提供信號(hào)88b1和91b1來動(dòng)態(tài)切換。當(dāng)輸入電壓(vbus或vbatt)下降至低于電壓調(diào)節(jié)器25a的輸出電壓vrego時(shí)，信號(hào)88b1和91b1被切換或調(diào)整或控制為具有防止(源區(qū)和主體區(qū)之間或漏區(qū)和主體區(qū)之間的)寄生二極管傳導(dǎo)的水平。

在一些實(shí)施例中，如果用于生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego的輸入電壓(vbus或vbatt)下降至低于閾值(例如，vrego減去壓差)，則控制器22促使根據(jù)其他輸入電壓(例如，從根據(jù)vbus的調(diào)節(jié)切換到根據(jù)vbatt的調(diào)節(jié)，或反之亦然，其取決于兩個(gè)輸入電壓中哪個(gè)先前正被用于提供輸出電壓)。在一些實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器25a包括旁路模式。具體地，如果兩個(gè)輸入電壓都下降至低于閾值(例如，vrego減去壓差)，則控制器22促使晶體管88a-88b或晶體管91a-91b完全接通，因此旁通/繞開負(fù)反饋控制環(huán)，并將輸入電壓(vbus或vbatt，其取決于哪個(gè)更高)耦合到電壓調(diào)節(jié)器輸出電壓。以此方式，輸出電壓被提供為使得其更接近目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出電壓vrego(或者保持接近目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出電壓vrego達(dá)更長的一段時(shí)間)。作為替代方案，并不自動(dòng)地使用旁路模式，而是可以手動(dòng)地使用旁路模式，例如，通過ic13的用戶來使用，或者通過檢測vbus和/或vbatt電壓具有低于晶體管的安全操作電壓(諸如在某些實(shí)施例中為3v)或期望的或給定的閾值的電路(控制器、處理器等)來使用。開啟旁路模式將關(guān)斷控制環(huán)并通過將功率路徑中合適的晶體管(例如，88a-88b、91a-91b等)的柵極拉到接地電勢(因此上述3v電平)來開啟這些晶體管。

圖6根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例描繪用于多輸入ld電壓調(diào)節(jié)器25b的電路布置140。電路布置140包括兩個(gè)相似的(或相同的)共源共柵配置，其分別包括被耦合以接收vbus和vbatt的晶體管156a-156b和150a-150b。通過打開并控制晶體管156a-156b，電壓調(diào)節(jié)器25b調(diào)節(jié)輸入電壓vbus以生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。相反地，通過打開并控制晶體管150a-150b，電壓調(diào)節(jié)器25b調(diào)節(jié)輸入電壓vbatt以生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。電路布置140進(jìn)一步包括分別耦合到晶體管156a和150a的兩個(gè)二極管接法晶體管162和153。因此，晶體管162和晶體管156a具有相同的柵-源電壓。類似地，晶體管153和晶體管150a也具有相同的柵-源電壓。

在控制器22的控制下，通過demux103(類似于圖5中的demux103)提供晶體管156a和150a的柵極電壓。再次參考圖6，提供給晶體管156a和150a的柵極電壓的demux103的輸出信號(hào)分別對應(yīng)于vbus或vbatt的調(diào)節(jié)。因此，通過使用demux103，控制器22可以促使通過晶體管121提供的誤差放大器127的輸出來控制分別對應(yīng)于vbus或vbatt的調(diào)節(jié)的晶體管156a或150a，從而提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。

晶體管121由誤差放大器127驅(qū)動(dòng)。誤差放大器127比較由電壓源130提供的參考電壓(標(biāo)記為“vref”)與經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。因此，誤差放大器127、晶體管121、demux103和晶體管156a-156b或晶體管150a-150b構(gòu)成調(diào)節(jié)輸出電壓vrego的負(fù)反饋環(huán)。

可以通過將晶體管156a的柵極提升到vbus電壓水平來關(guān)斷根據(jù)vbus的調(diào)節(jié)?？梢酝ㄟ^控制器22控制demux103以使得經(jīng)由晶體管121提供的誤差放大器127的輸出電壓被耦合到晶體管156a的柵極，由此執(zhí)行根據(jù)vbus的調(diào)節(jié)。相反地，可以通過將晶體管150a的柵極提升到vbatt電壓水平來關(guān)斷根據(jù)vbatt的調(diào)節(jié)?？梢酝ㄟ^控制器22控制demux103以使得經(jīng)由晶體管121提供的誤差放大器127的輸出電壓被耦合到晶體管150a的柵極，由此執(zhí)行根據(jù)vbatt的調(diào)節(jié)。因此，電壓調(diào)節(jié)器25b可以根據(jù)輸入電壓vbus或根據(jù)輸入電壓vbatt提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。

比較器124比較輸出電壓vrego(或其縮放版本)與參考電壓vref。如果輸出電壓vrego(或其縮放版本)下降至低于參考電壓vref，則比較器124在其輸出中提供警告或狀態(tài)信號(hào)，即其指示輸出電壓的過低或低于閾值的或特定的或期望的水平。在示出的實(shí)施例中，比較器124向電壓調(diào)節(jié)器25b外部的電路系統(tǒng)(例如，控制電路、處理器(諸如mcu)等)提供警告或狀態(tài)信號(hào)?？商娲?，比較器124根據(jù)需要向控制器22提供警告或狀態(tài)信號(hào)。在這種情況下，控制器22可以將vbus的調(diào)節(jié)切換到vbatt的調(diào)節(jié)(或反之亦然)或者使用或啟動(dòng)旁路模式(下文描述)，以便嘗試修正或改正電壓調(diào)節(jié)器25b的輸出電壓的過低或低于閾值的水平。

如上所述，晶體管156b和晶體管150b被用在共源共柵配置中以分別對晶體管156a和150a提供保護(hù)。換句話說，從每個(gè)輸入電壓(vbus和vbatt)到輸出(vrego)的功率路徑由具有相對低(例如，3v)的最大操作電壓的兩個(gè)共源共柵耦合的晶體管組成。在示出的實(shí)施例中，晶體管156a-156b和150a-150b構(gòu)成p溝道m(xù)osfet。晶體管156b和150b的n阱(或主體或本體)由控制器22通過分別提供信號(hào)156b1和150b1來動(dòng)態(tài)切換。當(dāng)輸入電壓(vbus或vbatt)下降至低于電壓調(diào)節(jié)器25b的輸出電壓vrego時(shí)，信號(hào)156b1和150b1被切換或調(diào)整或控制為具有防止(源區(qū)和主體區(qū)之間或漏區(qū)和主體區(qū)之間的)寄生二極管傳導(dǎo)的水平。

在一些實(shí)施例中，如果用于生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego的輸入電壓(vbus或vbatt)下降至低于閾值(例如，vrego減去壓差)，則控制器22導(dǎo)致來自其他輸入電壓的調(diào)節(jié)(例如，如上所述從根據(jù)vbus的調(diào)節(jié)切換到根據(jù)vbatt的調(diào)節(jié)，或反之亦然，其取決于兩個(gè)輸入電壓中哪個(gè)被用于提供輸出電壓)。在一些實(shí)施例中，類似于上述的電壓調(diào)節(jié)器25a，電壓調(diào)節(jié)器25b包括旁路模式。具體地，如果兩個(gè)輸入電壓都下降至低于閾值(例如，vrego減去壓差)，則控制器22促使晶體管156a-156b或晶體管150a-150b完全接通，因此旁通/繞開負(fù)反饋控制環(huán)，并將輸入電壓(vbus或vbatt，其取決于哪個(gè)更高)耦合到電壓調(diào)節(jié)器輸出電壓。以此方式，輸出電壓被提供為使得其更接近目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出電壓vrego(或者保持接近目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出電壓vrego達(dá)更長的一段時(shí)間)。作為替代方案，并不自動(dòng)地使用旁路模式，而是可以手動(dòng)地使用旁路模式，例如，通過ic13的用戶來使用，或者通過檢測vbus和/或vbatt電壓具有低于晶體管的安全操作電壓(諸如在某些實(shí)施例中為3v)或期望的或給定的閾值的電路(控制器、處理器等)來使用。開啟旁路模式將關(guān)斷控制環(huán)并通過將功率路徑中合適的晶體管(例如，156a-156b，150a-150b等)的柵極拉到接地電勢(因此上述3v電平)來開啟這些晶體管。

圖7根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例說明用于多輸入uld電壓調(diào)節(jié)器25c的電路布置170?？傮w上，電壓調(diào)節(jié)器25c接收并緩沖電壓ncas_all并且將得到的電壓提供為輸出電壓vrego。實(shí)際上，ncas_all電壓充當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器25c的參考電壓。注意，圖7中示出的示例實(shí)施例不像圖5和圖6中分別示出的電壓調(diào)節(jié)器25a和25b的示例實(shí)施例一樣使用負(fù)反饋環(huán)來提供調(diào)節(jié)。

再次參考圖7，電路布置170包括晶體管176a和173a，晶體管176a和173a的漏極分別接收輸入電壓vbus和vbatt。晶體管176a和173a的柵極由電壓ncas_all驅(qū)動(dòng)。因此，晶體管176a和173的源極分別具有大體上等于ncas_all電壓減去晶體管的各自閾值電壓的電壓。實(shí)際上，如果任一輸入電壓(vbus或vbatt)大于ncas_all電壓分別減去晶體管176a或晶體管173a的閾值電壓，則輸出電壓vrego被限制為晶體管176a或晶體管173a的源極處的電壓(如下所述，其取決于根據(jù)vbus或根據(jù)vbatt中哪個(gè)的調(diào)節(jié)是期望的或由控制器22導(dǎo)致的)。

晶體管176b-176c的堆疊將晶體管176a的源極耦合到電壓調(diào)節(jié)器25c的輸出端，即提供輸出電壓vrego的節(jié)點(diǎn)。因此，接通晶體管176b-176c將導(dǎo)致晶體管176a的源極處的電壓呈現(xiàn)為電壓調(diào)節(jié)器25c的輸出電壓vrego。類似地，晶體管173b-173c的堆疊將晶體管173a的源極耦合到電壓調(diào)節(jié)器25c的輸出端。因此，接通晶體管173b-173c將導(dǎo)致晶體管173a的源極處的電壓呈現(xiàn)為電壓調(diào)節(jié)器25c的輸出電壓vrego。

控制器22通過信號(hào)176b2和176c2驅(qū)動(dòng)晶體管176b-176c的柵極以分別接通或關(guān)斷晶體管176b-176c。類似地，控制器22通過信號(hào)173b2和173c2驅(qū)動(dòng)晶體管173b-173c的柵極以分別接通或關(guān)斷晶體管173b-173c。為了從輸入電壓vbus提供輸出電壓vrego，控制器22接通晶體管176b-176c并關(guān)斷晶體管173b-173c。相反地，為了從輸入電壓vbatt提供輸出電壓vrego，控制器22接通晶體管173b-173c并關(guān)斷晶體管176b-176c。使用兩個(gè)晶體管(即176b-176c或173b-173c)代替一個(gè)晶體管將導(dǎo)致晶體管的寄生二極管表現(xiàn)為背對背(back-to-back)的配置并且有助于避免穿過這些二極管的寄生傳導(dǎo)路徑。

在示出的實(shí)施例中，晶體管173b-173c和176b-176c構(gòu)成p溝道m(xù)osfet。晶體管173b-173c和176b-176c的n阱(或主體或本體)由控制器22通過分別提供信號(hào)173b1、173c1、176b1和176c1來動(dòng)態(tài)切換。當(dāng)輸入電壓(vbus或vbatt)下降至低于電壓調(diào)節(jié)器25c的輸出電壓vrego時(shí)，信號(hào)173b1、173c1、176b1和176c1被切換或調(diào)整或控制為具有防止(源區(qū)和主體區(qū)之間或漏區(qū)和主體區(qū)之間的)寄生二極管傳導(dǎo)的水平。作為可替代方案，在一些實(shí)施例中，晶體管176c的本體被耦合到經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego，并且晶體管176b的本體被耦合到176a和176b之間的公共網(wǎng)絡(luò)(類似的布置被用于晶體管173c和173b)。當(dāng)vbus或vbatt具有低于vrego的水平并且對應(yīng)的功率路徑未被選擇或啟動(dòng)或使用時(shí)，“內(nèi)-外”本體連接或耦合防止來自vrego的反向傳導(dǎo)。如果功率路徑被選擇，vrego通過p型mos(pmos)晶體管最終放電降至(ncas_all-vtn)，其中vtn表示n溝道晶體管閾值電壓(例如，針對晶體管176a、173a等)。

本公開的一個(gè)方面涉及提供功率多路復(fù)用或功率mux。圖8根據(jù)一個(gè)實(shí)例實(shí)施例示出用于功率多路復(fù)用的電路布置185。電路布置185示出以共源共柵布置耦合的晶體管191a-191b。晶體管191a的柵極由電壓調(diào)節(jié)控制信號(hào)(例如，上述負(fù)反饋控制信號(hào))驅(qū)動(dòng)。如所描述的，晶體管191b的柵極由來自偏置電路43的合適的共源共柵信號(hào)驅(qū)動(dòng)以便保護(hù)晶體管191a。

晶體管188被耦合在晶體管191a和調(diào)節(jié)器輸入電壓(例如，vregi0或vregi1(或vbus或vbatt))之間?？刂破?2驅(qū)動(dòng)晶體管188的柵極以便接通或關(guān)斷晶體管188。通過關(guān)斷晶體管188，控制器22將晶體管191a-191b與調(diào)節(jié)器輸入電壓隔離，因此中斷來自輸入電壓或源的電流。結(jié)果，其他調(diào)節(jié)器(未示出)可以驅(qū)動(dòng)并調(diào)節(jié)輸出電壓vrego。相反地，如上所述，通過接通晶體管188并驅(qū)動(dòng)晶體管191a的柵極，控制器22促使晶體管191a(與共源共柵晶體管191b合作)驅(qū)動(dòng)并調(diào)節(jié)輸出電壓vrego。因此，添加晶體管188允許功率多路復(fù)用(例如，功率mux28(見圖1)的功能)的規(guī)定。

再次參考圖8，電路布置185可以根據(jù)需要被應(yīng)用于各種電壓調(diào)制器。例如，為了將功率多路復(fù)用應(yīng)用于圖5中的調(diào)節(jié)器25a，電路布置185的一個(gè)實(shí)例被用在由晶體管88a-88b代替晶體管191a-191b的調(diào)節(jié)器中，并且電路布置185的另一個(gè)實(shí)例被用在由晶體管91a-91b代替晶體管191a-191b的調(diào)節(jié)器中。類似地，為了將功率多路復(fù)用應(yīng)用于圖6中的調(diào)節(jié)器25b，電路布置185的一個(gè)實(shí)例被用在由晶體管150a-150b代替晶體管191a-191b的調(diào)節(jié)器中，并且電路布置185的另一個(gè)實(shí)例被用在由晶體管156a-156b代替晶體管191a-191b的調(diào)節(jié)器中。如上所述，合適的控制信號(hào)(例如，來自負(fù)反饋環(huán))和偏置信號(hào)(例如，pcas_vbus或pcas_vbatt)可以被應(yīng)用到共源共柵堆疊中的晶體管。

在圖7中的電壓調(diào)節(jié)器25c的情況下，可以通過使用控制器22將合適的信號(hào)施加到晶體管173b、173c、176b和176c的柵極來應(yīng)用功率多路復(fù)用。更具體地，在圖7的電壓調(diào)節(jié)器25c中，晶體管173a和176a構(gòu)成n溝道m(xù)osfets。通過將晶體管176b和176c的柵極接到ncas_all(而不是接地)，控制器22可以導(dǎo)致晶體管176a關(guān)斷。類似地，通過將晶體管173b的柵極接到其源極并且將晶體管173c的柵極接到其漏極(而不是接地)，控制器22可以導(dǎo)致晶體管173a關(guān)斷。如此做分別將輸入電壓vbus和vbatt與電壓調(diào)節(jié)器25c的輸出隔離。結(jié)果，其他調(diào)節(jié)器(未示出)可以驅(qū)動(dòng)并調(diào)節(jié)輸出電壓vrego。相反地，如上所述，通過將參考電壓ncas_all施加到晶體管173a或晶體管176a的柵極，控制器22允許相應(yīng)的晶體管(分別與晶體管173b-173c或176b-176c的堆疊協(xié)作)驅(qū)動(dòng)并調(diào)節(jié)輸出電壓vrego。

本公開的另一方面涉及除功率調(diào)節(jié)外還提供電池充電功能。更具體地，如上所述，在一些實(shí)施例中，電池向調(diào)節(jié)器16提供輸入電壓(表示為vbatt)。在一些實(shí)施例中，ic13可以包括電池充電器以便根據(jù)需要對提供vbatt的電池充電。以此方式，ic13提供與電壓或功率調(diào)節(jié)集成在一起的附加電池充電功能，因此增加ic13的功能和靈活性。

圖9根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例說明具有電池充電能力的用于從多個(gè)輸入源提供功率的電路布置200。總體上，電路布置200類似于圖3中示出的實(shí)施例。再次參考圖9，電路布置200另外包括集成在ic13中的電池充電器203。電池充電器203被耦合到ic13外部的電池206。電池充電器203接收輸入電壓vbus并生成在輸出203a處提供給電池206的電池充電信號(hào)。如上所述，電池206向電壓調(diào)節(jié)器25a-25c提供輸入電壓vbatt。

如上所述，如果vbus的電流容量允許，則電池充電器203可以對電池206充電，同時(shí)電壓調(diào)節(jié)器25a-25c生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。然而，如果輸入電壓vbus的源缺乏足夠的容量，則由電池充電器203汲取以便對電池206充電的電流和/或由電壓調(diào)節(jié)器25a-25c汲取的電流可以被降低或被限制以避免輸入電壓vbus的源過載。

在一些實(shí)施例中，不是通過使用vbus作為輸入電壓來對電池206充電，而是電池充電器203可以使用vrego作為其輸入電壓。圖10根據(jù)包括該配置的一個(gè)示例實(shí)施例來描繪電路布置210?？紤]到vbatt通常低于vrego(即使對于充電電池而言)，電池充電器203使用升壓電路(例如，電壓增倍器或開關(guān)模式步進(jìn)升壓轉(zhuǎn)換器)以便在輸出203a處生成充電信號(hào)。該配置可以適合于使用相當(dāng)小量的電流例如在超長時(shí)間周期內(nèi)對電池充電的情況。

各種電路、配置以及控制方案可以用于電池充電器203。一些示例包括在2015年12月27日提交的題為“apparatusfordigitalbatterychargerandassociatedmethods”(代理人案號(hào)sila366)的共同擁有的美國專利申請?zhí)?4/979,514以及在2015年12月27日提交的題為“apparatusforpowerpathbatterychargerandassociatedmethods”(代理人案號(hào)sila372)的共同擁有的美國專利申請?zhí)?4/979,516公開的裝置和相關(guān)方法，這些申請通過引用合并于此以用于所有目的。各種電池充電模式、簡況或方法在示例實(shí)施例中是可預(yù)期的，諸如恒定電壓、恒定電流、預(yù)充電、浮動(dòng)充電等。

本公開的另一方面涉及將功率從多個(gè)輸入或源(例如，如上所述，使用具有多個(gè)輸入的一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器)提供到一個(gè)或多個(gè)負(fù)載的功率架構(gòu)和控制方案。圖11根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例示出用于將功率從多個(gè)輸入源提供到電路系統(tǒng)的電路布置220。在示出的實(shí)施例中，負(fù)載或其他電路系統(tǒng)19被耦合以接收來自外部源的功率，即經(jīng)由提供輸入或供電電壓vext的電壓源來耦合。通過開關(guān)s0，其他電路系統(tǒng)19還可以被耦合以接收供電電壓vrego。

注意，在示例實(shí)施例中，開關(guān)s0可以有各種形式。例如，在一些實(shí)施例中，開關(guān)s0可以構(gòu)成放置在ic13安裝于其上的印刷電路板(pcb)上的跨接線或其他鏈路或耦合機(jī)構(gòu)(即開關(guān)s0在ic13外部，不像圖11示出的那樣)。在一些實(shí)施例中，開關(guān)s0可以構(gòu)成在ic13外部的機(jī)械開關(guān)(繼電器(可以由控制器22或其他裝置控制)、單刀單擲開關(guān)等)。在一些實(shí)施例中，開關(guān)s0可以構(gòu)成電子開關(guān)，例如，包括在或集成在ic13中的晶體管、熔斷器、反熔斷器等。在這種情況下，開關(guān)s0可以根據(jù)需要由控制器22控制、在制造和測試期間設(shè)置、在使用ic13期間(例如通過配置寄存器)設(shè)置、通過使用非易失性存儲(chǔ)器(例如，在例如mcu中所使用的閃存)來配置等。在一些實(shí)施例中，開關(guān)s0被用作用戶的設(shè)計(jì)中的硬線供電連接替代物的指示。根據(jù)需要，這種指示可以以各種方式實(shí)現(xiàn)，諸如pcb跡線(或沒有跡線，即無耦合)、省略開關(guān)s0并將vcore耦合到vrego、省略開關(guān)s0但不將vcore耦合到vrego等。

如上所述，調(diào)節(jié)器16(其通?？梢园妷赫{(diào)節(jié)器25a-25n(未示出))接收一組輸入電壓vregi0-vregim并提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓。如上所述，控制器22接收輸入電壓vext的樣本并控制調(diào)節(jié)器16的操作。如上所述，vext被耦合以便向其他電路系統(tǒng)19提供功率。依據(jù)開關(guān)s0的位置，調(diào)節(jié)器16被選擇性地耦合以便向其他電路系統(tǒng)19提供功率。在任意給定的時(shí)間，諸如當(dāng)功率首次被施加到ic13時(shí)，控制器22可以恰當(dāng)?shù)貙κ┘拥狡渌娐废到y(tǒng)19的功率進(jìn)行排序以便有助于其他電路系統(tǒng)19正確地上電。

如下面所詳細(xì)描述的，電路布置220提供從輸入電壓(例如，vregi0和vregi1)向ic13供電的能力，其中輸入電壓通常太高(例如，5v)而不能直接向ic13內(nèi)的電路系統(tǒng)(諸如其他電路系統(tǒng)19)供電。調(diào)節(jié)器16逐步降壓(例如，至3v)并調(diào)節(jié)輸入電壓以生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego，該調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego被用于向其他電路系統(tǒng)19供電?？商娲兀琲c13通過控制器22可以由獨(dú)立的或外部的輸入電壓或源vext供電。在這種情況下，經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego可以被獨(dú)立地使用，例如向不同于其他電路系統(tǒng)19的負(fù)載提供功率、向ic13外部的負(fù)載或電路提供功率等。此外，當(dāng)vext被用于向其他電路系統(tǒng)19供應(yīng)功率時(shí)，可以不使用輸入電壓(例如，vregi0和vregi1)。

如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的，ic13內(nèi)的電路系統(tǒng)提供引導(dǎo)(bootstrap)來自多個(gè)輸入源或輸入電壓的功率供應(yīng)或功率源的能力，并且決定哪個(gè)輸入源或輸入電壓用于使ic13中的各種電路系統(tǒng)(諸如其他電路系統(tǒng)19)上電。ic13中的電路系統(tǒng)(諸如其他電路系統(tǒng)19)還可以控制其使用的哪個(gè)輸入源或輸入電壓例如跳過使用調(diào)節(jié)器16的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego并使用vext來代替。

因此，該功率架構(gòu)(用于向ic13中的各種電路(諸如其他電路系統(tǒng)19)提供功率的電路系統(tǒng))適用于各種情況，諸如當(dāng)輸入電壓或輸入源可能存在或不存在或者在不同的時(shí)間和/或以不同的水平提供等。該功率架構(gòu)為ic13中的各種電路(諸如其他電路系統(tǒng)19)提供連貫的上電序列。此外，該功率架構(gòu)為ic13提供多路復(fù)用(功率mux)其自身電源的能力。該功率架構(gòu)還支持使用具有比輸入源或輸入電壓中至少一個(gè)更低的最大操作電壓的晶體管。該功率架構(gòu)統(tǒng)一了各種輸入源或輸入電壓的使用。該功率架構(gòu)提供并使用用于連貫控制調(diào)節(jié)器16和ic13中的其他電路系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)，以便以連貫的方式向ic13中的電路提供功率。以安全的啟動(dòng)序列(例如，功率電路系統(tǒng)、調(diào)節(jié)器16、其他電路系統(tǒng)19等的正確引導(dǎo)/自舉(bootstrapping))自動(dòng)運(yùn)行的能力為ic13提供了穩(wěn)健且靈活的功率架構(gòu)，該功率架構(gòu)在一些實(shí)施例中可以構(gòu)成片上系統(tǒng)以便利用各種可能的輸入源或電壓或電源來操作。

圖12根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例示出用于從多個(gè)輸入源向電路系統(tǒng)提供功率的過程的流程圖230。在233處，確定哪個(gè)輸入源(或哪些輸入源)(例如，vregi0、vregi1、vext等)適合于用作功率供給，以便初始對電路系統(tǒng)供電或引導(dǎo)電路系統(tǒng)。例如，確定哪個(gè)輸入源(或哪些輸入源)適合于向諸如控制器22(未示出)的電路系統(tǒng)(其進(jìn)而有助于其他電路系統(tǒng)19(未示出)的上電)提供功率。在236處，提供合適的控制信號(hào)以促進(jìn)從所確定的源供應(yīng)功率。在239處，確定哪個(gè)輸入源(或哪些輸入源)(例如，vregi0、vregi1、vext等)適合于用作功率供給，以便對一個(gè)或多個(gè)負(fù)載(例如，其他電路系統(tǒng)19)初始供電。在242處，功率和/或控制信號(hào)被提供給一個(gè)或多個(gè)負(fù)載(例如，其他電路系統(tǒng)19)。該過程和相關(guān)裝置以及電路布置的細(xì)節(jié)在下面進(jìn)一步描述。

圖13根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例描繪用于從多個(gè)輸入源向一個(gè)或多個(gè)電路提供功率并控制功率供應(yīng)的電路布置250。因此，電路布置250實(shí)際上包括在ic13中的功率控制器(如下所述，包括各種模塊)，其從多個(gè)輸入源向一個(gè)或多個(gè)電路(例如，上述的其他電路系統(tǒng)19)提供功率。該功率控制器提供各種功能，諸如從任意輸入電壓(例如，任意電壓值、作為時(shí)間的函數(shù)的任意電壓值)或多個(gè)輸入電壓向一個(gè)或多個(gè)電路供電、為功率控制器中的電路系統(tǒng)(例如，下面描述的控制器22、電平位移器等)進(jìn)行正確的供電排序以便使一個(gè)或多個(gè)電路(例如，上述其他電路系統(tǒng)19)正確地上電、對功率控制器中的各個(gè)電路進(jìn)行功率的引導(dǎo)并且最終對一個(gè)或多個(gè)電路(例如，上述其他電路系統(tǒng)19)進(jìn)行功率的引導(dǎo)等。在根據(jù)圖13中示出的實(shí)施例的電路布置250中，調(diào)節(jié)器16接收兩個(gè)功率或輸入電壓vregi0和vregi1。在一些實(shí)施例中，如上所述，vregi0和vregi1可以分別對應(yīng)于vbus和vbatt。其他類型和/或數(shù)量的輸入電壓或輸入源可以根據(jù)需要被施加到調(diào)節(jié)器16。控制器22包括分別提供控制信號(hào)和接收狀態(tài)信號(hào)的兩個(gè)模塊或電路(標(biāo)記為“控制”和“狀態(tài)”)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在可替代的實(shí)施例中可以使用其他布置。

此外，不失一般性，電路布置250中的其他電路系統(tǒng)19被表示為“核心”，例如，處理器(例如，在mcu中)、處理器中的核心電路系統(tǒng)、mcu等等，其可以是運(yùn)行的固件、軟件等，并且具有相應(yīng)的外部電源或電壓輸入vcore(等效于上述vext)。當(dāng)reset_n＝0時(shí)，核心19處于空閑狀態(tài)。然而，當(dāng)rsset_n＝1時(shí)，核心19運(yùn)行或操作。在這種狀態(tài)下，核心19向控制器22輸出調(diào)節(jié)器控制，以便基于經(jīng)由控制器接收的調(diào)節(jié)器狀態(tài)輸入來設(shè)置或控制調(diào)節(jié)器16的操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在可替代的實(shí)施例中可以根據(jù)需要使用其他類型的電路系統(tǒng)(通常為“其他電路系統(tǒng)”)來代替核心19。

電路布置250包括一些功率域：上電復(fù)位電壓(vpor)(下面描述)域253、最大電壓vmax(下面描述)域256、調(diào)節(jié)器或vregi0/vregi1域259以及vcore域262。各種功率域通過使電壓水平不同或有可能不同而使用或被上電。一些電平移位器(標(biāo)記為ls0、ls1、ls2和ls3)在各種域之間提供合適的電平移位以便有助于將功率域彼此耦合并且用于各種功率域中的電路系統(tǒng)以使其彼此通信、工作或協(xié)作。在示出的實(shí)施例中，電平移位器ls0和ls1構(gòu)成差分電平移位器，其中in+和in-是來自ic13的任意功率域的差分?jǐn)?shù)字輸入。當(dāng)in+＝0并且in-＝1時(shí)，out＝0，而當(dāng)in+＝1并且in-＝0時(shí)，out＝vmax(下面描述)。

在示出的實(shí)施例中，電平移位器ls2和ls3構(gòu)成具有隔離物的電平移位器組。信號(hào)in是來自任意功率域的數(shù)字輸入。當(dāng)iso_n＝0時(shí)，輸出處于復(fù)位狀態(tài)，其與輸入無關(guān)。電平移位器ls2的復(fù)位狀態(tài)指示調(diào)節(jié)器16未上電。電平移位器ls3的復(fù)位狀態(tài)指示核心19未上電并且以默認(rèn)模式(例如，使用vregi0和vregi1中的一個(gè))開始vrego的電壓調(diào)節(jié)。相反地，當(dāng)iso_n＝1時(shí)，如果in＝0，則out＝0，反之，如果in＝1，則out＝vmax。

如上所述，調(diào)節(jié)器16可以包括多個(gè)調(diào)節(jié)器，這些調(diào)節(jié)器具有從多個(gè)輸入電壓(例如，vergi0和vregi1)提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓(例如，vrego)的能力。在電路布置250中，輸入電壓vregi0和vregi1分別驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器16的輸入vin0和vin1。調(diào)節(jié)器16還接收復(fù)位輸入(reset_n)和來自控制器22的控制輸入，并經(jīng)由電平移位器ls2向控制器22提供狀態(tài)輸出。當(dāng)reset_n＝0時(shí)，調(diào)節(jié)器16的vout處于高阻抗?fàn)顟B(tài)(例如，如果開關(guān)s0打開，則允許vrego浮動(dòng)，或者如果開關(guān)s0關(guān)閉，則允許vcore確定vrego的狀態(tài))。當(dāng)reset_n＝1時(shí)，由控制輸入確定調(diào)節(jié)器16的行為。更具體地，調(diào)節(jié)器16可以被禁用以使得vout處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，或調(diào)節(jié)器16可以處于電壓調(diào)節(jié)模式以使得從vin0或vin1汲取功率以驅(qū)動(dòng)vout至特定電壓或期望電壓或目標(biāo)電壓。

最大(max)電路265接收施加到調(diào)節(jié)器16的輸入vin0和vin1的電壓作為輸入。作為回應(yīng)，max電路265提供兩個(gè)輸入電壓中的較大者作為輸出電壓vpor(上電復(fù)位電壓)。換句話說，vout＝max(vin0，vin1)，其中“max”表示函數(shù)的數(shù)學(xué)最大值或較大者。max電路268類似地操作，但是具有分別由vregi0、vregi1和vcore驅(qū)動(dòng)的三個(gè)輸入vin0、vin1和vin2。max電路268向控制器22提供三個(gè)輸入電壓中的最大者作為電壓vamx。因此，vout＝max(vin0，vin1，vin2)。電壓vmax向控制器22中的電路系統(tǒng)(諸如示出的控制模塊和狀態(tài)模塊)提供功率(即，作為功率供應(yīng)或供應(yīng)電壓)。在電路布置250(通常和ic13)的所有功率方案中，通過vmax功率域256供電將導(dǎo)致來自控制器22的控制信號(hào)和在控制器22中接收的狀態(tài)信號(hào)在上電的所有階段中是連貫的。由于ic13通過vregi0和/或vregi1供電或者通過vcore供電，因此當(dāng)ic13被供電時(shí)，電壓vmax被供電或者是可用的。由于vmax功率域256包括調(diào)節(jié)器16的控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)，因此當(dāng)ic13被供電時(shí)，控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)是連貫的(或有效的或可用的)。在示例性實(shí)施例中，max電路265和max電路268可以以各種方式實(shí)施。例如，max電路265和/或max電路268可以使用多個(gè)(等于max電路的輸入的數(shù)量)二極管來實(shí)施，其中輸入電壓被施加到二極管的陽極(或陰極)，而陰極(陽極)被耦合在一起以提供輸出電壓。作為另一個(gè)示例，max電路265和/或max電路268可以使用比較器來實(shí)施，這些比較器比較輸入電壓的水平并提供最大的輸入電壓作為max電路的輸出電壓。

vpor功率域包括por1模塊，并且vcore功率域262包括por2模塊。por1模塊和por2模塊通過分別提供輸出信號(hào)por_reg和por_core來指示相應(yīng)功率域中的電壓供應(yīng)的存在(用以供應(yīng)功率的有效電壓或可用的電壓)。輸出信號(hào)por_reg和por_core通過電平移位器ls0和ls1被提供到vmax功率域256。結(jié)果，ic13(更確切的是核心19)的供電狀態(tài)是已知的。當(dāng)不存在原始供應(yīng)(電平移位器的輸入信號(hào)起源于的功率域的供應(yīng))時(shí)，分別來自vregi0/vregi1和vcore的低功率偏置(由下面描述的bias1模塊和bias2模塊提供)被用于提供電平位移器的校正操作。

如上所述，來自核心19的控制信號(hào)被電平移位到vmax功率域256中以使得調(diào)節(jié)器16一直具有連貫的控制信號(hào)。為了進(jìn)一步加強(qiáng)連貫性，核心por信號(hào)被用于將(通過電平移位器ls3)調(diào)節(jié)器控制信號(hào)與核心19隔離直到核心19具有用于正確操作的充足供應(yīng)電壓。類似地，調(diào)節(jié)器16狀態(tài)信號(hào)被電平移位到vmax功率域256中以使得核心19一直具有調(diào)節(jié)器16的連貫狀態(tài)(連貫的狀態(tài)信號(hào))。為了進(jìn)一步加強(qiáng)連貫性，por1模塊(在vpor功率域253中)被用于(通過電平移位器ls2)隔離狀態(tài)信號(hào)與調(diào)節(jié)器16直到調(diào)節(jié)器16具有用于正確操作的充足供應(yīng)電壓。

電壓vpor作為供應(yīng)電壓(標(biāo)記為“vdd”)驅(qū)動(dòng)bias1模塊和por1模塊。類似地，電壓vcore驅(qū)動(dòng)bias2模塊和por2模塊。bias1模塊和bias2模塊構(gòu)成低功率偏置電路。輸出(標(biāo)記為“out”)通過電流源上拉到輸入電源(vdd)提供相對低的電流(例如，na水平)。bias1模塊和bias2模塊中的電流源分別設(shè)置電平移位器ls0和ls1的默認(rèn)狀態(tài)。bias2模塊和por2模塊中的電流源在相關(guān)聯(lián)的上電復(fù)位(por)觸發(fā)之前是有效的。por1模塊和por2模塊使用相關(guān)聯(lián)的por閾值以在輸出(標(biāo)記為“out”)處生成por信號(hào)。por1模塊和por2模塊生成por輸出信號(hào)如下：當(dāng)(vdd＜por閾值)時(shí)，out＝0。相反地，當(dāng)(vdd≥por閾值)時(shí)，out＝vdd。

bias1模塊生成輸出信號(hào)ipor，該輸出信號(hào)ipor驅(qū)動(dòng)ls1的輸入并且還被施加到晶體管mn1的漏極。類似地，bias2模塊生成輸出信號(hào)icore，該輸出信號(hào)icore驅(qū)動(dòng)電平移位器ls0的輸入并且還被施加到晶體管mn0的漏極。por1模塊和por2模塊生成各自的輸出信號(hào)por_reg和por_core。信號(hào)por_reg驅(qū)動(dòng)電平移位器ls0的輸入以及晶體管mn0的柵極。相反地，信號(hào)por_core驅(qū)動(dòng)電平移位器ls1的輸入以及晶體管mn1的柵極。電平移位器ls0的輸出信號(hào)por_reg_vmax驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器16的輸入reset_n和ls2的iso_n輸入。電平移位器ls1的輸出信號(hào)por_core_vmax驅(qū)動(dòng)核心19的輸入reset_n和ls3的iso_n輸入。

圖14-圖16示出電路布置250中示出的示例實(shí)施例的操作的流程圖。圖14示出開關(guān)s0閉合并且從輸入電壓vregi0和/或輸入電壓vregi1對ic13供電的情況。當(dāng)電壓被施加到vregi0和/或vregi1時(shí)(即，源向vregi0提供電壓和/或源向vregi1提供電壓)，在281處，被耦合到vpor的bias1模塊將晶體管mn1的漏極上拉到vpor，這導(dǎo)致por_core_vmax＝0(電平移位器ls1的輸出信號(hào))，并且電平移位器ls3將控制器22中的控制模塊與來自核心19的信號(hào)隔離。提供給控制器22的控制信號(hào)被保持在復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)(vpor＞por閾值時(shí))，在284處，por1模塊觸發(fā)，即por_reg＝vpor。晶體管mn0的漏極被拉到0，電平移位器ls0的輸出por_reg_vmax具有電壓vmax，并且電平移位器ls2將調(diào)節(jié)器16的輸出狀態(tài)信號(hào)傳到控制器22中的狀態(tài)模塊。調(diào)節(jié)器16開始對節(jié)點(diǎn)vrego充電(例如，對耦合到該節(jié)點(diǎn)的寄生或旁路電容充電)，并從對應(yīng)于輸入電壓vregi0和vregi1中的較大者的源中汲取功率。

當(dāng)(vcore＞por閾值)時(shí)，在287處，por2模塊觸發(fā)，即por_core＝vocre。晶體管mn1的漏極被拉到0，電平移位器ls1的輸出por_core_vmax具有電壓vmax，并且電平移位器ls3將核心19的輸出傳遞到控制器22中的控制模塊。結(jié)果，核心19可以控制調(diào)節(jié)器16并且還監(jiān)控調(diào)節(jié)器16的狀態(tài)。

圖15示出開關(guān)s0打開、輸出電壓vrego從輸入電壓vregi0和/或輸入電壓vregi1供電并且vcore被耦合到外部源的情況。如果電壓被施加到vcore，則在303a處，耦合到vcore的bias2模塊將晶體管mn0的漏極上拉到vcore，這導(dǎo)致por_reg_vmax＝0(電平移位器ls0的輸出信號(hào))，并且電平移位器ls2將控制器22中的狀態(tài)模塊與調(diào)節(jié)器16的狀態(tài)輸出信號(hào)隔離。提供給控制器22的狀態(tài)信號(hào)被保持在復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)(vcore＞por閾值)時(shí)，在306a處，por2模塊觸發(fā)，即por_core＝vcore。晶體管mn1的漏極被拉到0，電平移位器ls1的輸出por_core_vmax具有電壓vmax，并且電平移位器ls3將核心19的輸出傳遞到控制器22中的控制模塊。然后核心19可以控制調(diào)節(jié)器16并且還監(jiān)控調(diào)節(jié)器16的狀態(tài)。

當(dāng)通過vregi0和/或vregi1施加電壓并且(vpor＞por閾值)時(shí)，在309a處，por1模塊觸發(fā)，即por_reg＝vpor。晶體管mn0的漏極被拉到0，電平移位器ls0的輸出por_reg_vmax具有電壓vmax，并且電平移位器ls2將調(diào)節(jié)器16的輸出狀態(tài)信號(hào)傳遞到控制器22中的狀態(tài)模塊。調(diào)節(jié)器16根據(jù)來自核心19的控制信號(hào)開始對節(jié)點(diǎn)vrego充電(例如，對耦合到該節(jié)點(diǎn)的寄生或旁路電容器充電)，并從對應(yīng)于輸入電壓vregi0或vregi1中的較大者的源中汲取功率。

相反地，如果電壓被施加到vregi0和/或vregi1(即，源將電壓提供給vregi0和/或源將電壓提供給vergi1)，則在303b處，耦合到vpor的bias1模塊將晶體管mn1的漏極上拉到vpor，導(dǎo)致por_core_vmax＝0(電平移位器ls1的輸出信號(hào))，并且電平移位器ls3將控制器22中的控制模塊與來自核心19的信號(hào)隔離。提供給控制器22的控制信號(hào)被保持在復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)(vpor＞por閾值)時(shí)，在306b處，por1模塊觸發(fā)，即por_reg＝vpor。晶體管mn0的漏極被拉到0，電平移位器ls0的輸出por_reg_vmax具有電壓vmax，并且電平移位器ls2將調(diào)節(jié)器16的輸出狀態(tài)信號(hào)傳遞到控制器22中的狀態(tài)模塊。調(diào)節(jié)器16開始對節(jié)點(diǎn)vrego充電，并從對應(yīng)于輸入電壓vregi0和vregi1中的較大者的源中汲取功率。

如果電壓被施加到vcore并且(vcore＞por閾值)，則在309b處，por2模塊觸發(fā)，即por_core＝vcore。晶體管mn1的漏極被拉到0，電平移位器ls1的輸出por_core_max具有電壓vmax，并且電平移位器ls3將核心19的控制輸出信號(hào)傳遞到控制器22中的控制模塊。然后核心19可以控制調(diào)節(jié)器16并且還監(jiān)控調(diào)節(jié)器16的狀態(tài)。

圖16示出開關(guān)s0閉合、vcore被耦合到外部源以便對核心19供電并且調(diào)節(jié)器16不用于向核心19(或ic13中的其他電路)提供功率的情況。在這種情況下，在331處，耦合到vcore的bias2模塊將晶體管mn0的漏極上拉到vcore，導(dǎo)致por_reg_vmax＝0(電平移位器ls0的輸出信號(hào))，并且電平移位器ls2將控制器22中的狀態(tài)模塊與調(diào)節(jié)器16的狀態(tài)輸出信號(hào)隔離。提供給控制器22的狀態(tài)信號(hào)被保持在復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)(vcore＞por閾值)時(shí)，在334處，por2模塊觸發(fā)，即por_core＝vcore。晶體管mn1的漏極被拉到0，電平移位器ls1的輸出por_core_max具有電壓vmax，并且電平移位器ls3將核心19的控制輸出信號(hào)傳遞到控制器22中的控制模塊。然后核心19可以控制調(diào)節(jié)器16并且還監(jiān)控調(diào)節(jié)器16的狀態(tài)。

本公開的另一方面涉及確定輸入電壓(例如，vregi0和vregi1)和經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego的相關(guān)水平以便正確地控制傳輸晶體管和功率堆疊(結(jié)合圖3、圖5和圖6在上面描述的共源共柵配置)。圖17示出在存在任意調(diào)節(jié)器輸入電壓和輸出電壓(例如，任意電壓值、根據(jù)時(shí)間的函數(shù)的任意電壓值等)情況下支持調(diào)節(jié)器功率堆疊的正確操作的電路布置350。更具體地，電路布置350示出兩個(gè)輸入電壓vregi0和vregi1，其分別通過vregi0功率堆疊353和vregi1功率堆疊356向vrego提供功率。功率堆疊353和356可以被用在調(diào)節(jié)器16中，例如，用在電壓調(diào)節(jié)器25a(見圖5)和/或電壓調(diào)節(jié)器25b(見圖6)中。當(dāng)功率堆疊353和356各自的功率路徑是有效的或被啟動(dòng)時(shí)(即來自vregi0或vregi1的調(diào)節(jié)分別是被選擇的或期望的)，功率堆疊353和356將功率傳送到節(jié)點(diǎn)vregi0。因此，在任意給定的時(shí)間，功率堆疊353或功率堆疊356是有效的或被啟動(dòng)。

vregi0功率堆疊353包括以共源共柵配置耦合的晶體管ma0和mb0。如上所述，晶體管ma0由電壓調(diào)節(jié)器(25a、25b等)控制環(huán)驅(qū)動(dòng)。如上所述，晶體管mb0被適當(dāng)?shù)仄靡员銥榫w管ma0提供電壓保護(hù)。類似地，vregi1功率堆疊356包括以共源共柵配置耦合的晶體管ma1和mb1。如上所述，晶體管ma1由電壓調(diào)節(jié)器(25a、25b等)控制環(huán)驅(qū)動(dòng)。如上所述，晶體管mb1被適當(dāng)?shù)仄靡员銥榫w管ma1提供電壓保護(hù)。比較器359比較輸出電壓vrego和輸入電壓vregi0以生成輸出信號(hào)vrego_gt0。比較器362比較輸出電壓vrego和輸入電壓vregi1以生成輸出信號(hào)vrego_gt1。

比較器輸出信號(hào)vrego_gt0和vrego_gt1(通過未示出的控制電路系統(tǒng)/邏輯電路系統(tǒng))被用于正確地將晶體管ma0-ma1和mb0-mb1的柵極與晶體管mb0-mb1的本體或主體適當(dāng)?shù)伛詈弦员苊怆娫粗g(例如，vregi0和vregi1之間等)的不需要的傳導(dǎo)。作為一個(gè)示例，如果(vrego＞vregi0)，則信號(hào)vg_mb0和vb_mb0被耦合到vrego以便避免電流在vregi0和vrego之間傳導(dǎo)。如上所述，在這種情況下，信號(hào)vg_ma1、vg_mb1和vb_mb1由控制器22控制以調(diào)節(jié)輸入電壓vregi1，從而生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。作為另一個(gè)示例，如果(vrego＞vregi1)，則信號(hào)vg_mb1和vb_mb1被耦合到vrego以便避免電流在vregi1和vrego之間傳導(dǎo)。如上所述，在這種情況下，信號(hào)vg_ma0、vg_mb0和vb_mb0由控制器22控制以調(diào)節(jié)輸入電壓vregi0，從而生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓vrego。

本公開的另一個(gè)方面涉及根據(jù)示例實(shí)施例通過使用具有比功率源的電壓低的最大電壓的晶體管從源向負(fù)載提供功率。如上所述，在一些實(shí)施例中，共源共柵配置被用在調(diào)節(jié)器16中(更具體地，用在電壓調(diào)節(jié)器25a、25b等中)以提供保護(hù)，防止電壓高于作為傳輸晶體管(passtransistors)或在電壓調(diào)節(jié)器的功率堆疊中使用的晶體管的最大操作電壓。圖18-圖21說明用于ic13中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或電路系統(tǒng)以支持該共源共柵配置的正確操作的電路布置。更具體地，圖18和圖20說明用于生成偏置共源共柵晶體管的偏置信號(hào)的電路布置，而圖19和圖21描繪偏置信號(hào)在各種共源共柵配置中的使用。注意，不失一般性并為了便于概念的陳述，圖18-圖21中示出的示例性實(shí)施例假設(shè)vregi0和vregi1電平為5v，并且vrego電平為3v。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，通過對圖18-圖21中電路布置進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，可以使用其他?shù)量的輸入電壓、其他輸入電壓水平和/或其他輸出電壓。

參考圖18，電路布置375示出從vpor供電的電流源381，電流源381向負(fù)載384(例如，若干二極管接法的mosfet的堆疊)提供電流incas以在負(fù)載384兩端建立3v電壓。3v和vpor中的較小者被提供給max電路387的一個(gè)輸入(vin0)。vcore被施加到max電路387的第二輸入(vin1)。max電路387的輸出(out)提供max電路387的輸入處的電壓中的較大者作為偏置信號(hào)ncas_all。實(shí)際上，偏置信號(hào)ncas_all被生成為具有超過接地電勢大約3v的水平。圖19示出偏置信號(hào)ncas_all在電路布置400中的使用。電路布置400包括n型mos(nmos)共源共柵電路403，該nmos共源共柵電路403包括晶體管m0(例如，由施加到其柵極的信號(hào)控制的傳輸晶體管或其他晶體管)以及共源共柵晶體管m1。更具體地，偏置信號(hào)ncas_all被施加到晶體管m1的柵極。被施加到晶體管m0的柵極的信號(hào)可以從0v(接地電勢)到偏置信號(hào)ncas_all的電平變化。

圖20示出電路布置420，其示出分別從vregi0和vregi1供電的電流源426和429。電流源426和429中的每一個(gè)從負(fù)載384汲取電流ipcas，因此在相應(yīng)的供應(yīng)電壓(vregi0或vregi1)和耦合到相應(yīng)電流源的負(fù)載384的節(jié)點(diǎn)之間建立大約3v電壓。因此偏置信號(hào)或電壓pcas_vregi0在電流源429的兩端建立，pcas_vregi0是接地電勢和(vregi0-3v)中的較大者。類似地，偏置信號(hào)或電壓pcas_vregi1在電流源426的兩端建立，pcas_vregi0是接地電勢和(vregi1-3v)中的較大者。實(shí)際上，偏置信號(hào)pcas_vregi0和pcas_vregi1被生成以便具有分別低于輸入電壓vregi0和vregi1大致3v的電平。圖21示出偏置信號(hào)pcas_vregi0和pcas_vregi1在電路布置440中的使用。電路布置440包括一對pmos共源共柵電路443。

共源共柵電路443包括共源共柵配置，該共源共柵配置包括被耦合以接收來自輸入電壓vregi0的功率的晶體管m2(例如，由施加到其柵極的信號(hào)控制的傳輸晶體管或其他晶體管)以及共源共柵晶體管m3。偏置信號(hào)pcas_vregi0被施加到晶體管m3的柵極。被施加到晶體管m2的柵極的控制信號(hào)可以從偏置信號(hào)pcas_vregi0的電平到輸入電壓vregi0變化。包括晶體管m2和m3的共源共柵配置可以構(gòu)成(或類似于)例如包括晶體管88a-88b(見圖5)或晶體管156a-156b(見圖6)的共源共柵配置。共源共柵電路443還包括共源共柵配置，該共源共柵配置包括被耦合以接收來自輸入電壓vregi1的功率的晶體管m4(例如，由施加到其柵極的信號(hào)控制的傳輸晶體管或其他晶體管)以及共源共柵晶體管m5。偏置信號(hào)pcas_vregi1被施加到晶體管m5的柵極。被施加到晶體管m2的柵極的控制信號(hào)可以從偏置信號(hào)pcas_vregi1的電平到輸入電壓vregi1變化。包括晶體管m4和m5的共源共柵配置可以構(gòu)成(或類似于)例如包括晶體管91a-91b(見圖5)或晶體管153a-153b(見圖6)的共源共柵配置。

本公開的另一方面涉及使用上面描述的功率控制方案和電壓調(diào)節(jié)技術(shù)向mcu中的各個(gè)電路系統(tǒng)供電。圖22根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例描繪包括集成在ic中的mcu505的電路布置500。mcu505包括使用鏈路560相互通信的多個(gè)模塊(例如，(多個(gè))處理器565、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器605、i/o電路系統(tǒng)585等)。在示例性實(shí)施例中，鏈路560可以構(gòu)成耦合機(jī)構(gòu)，諸如總線、用于傳播信息(諸如數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)信息等等)的一組導(dǎo)體或半導(dǎo)體。

mcu505可以包括耦合到一個(gè)或多個(gè)處理器565、時(shí)鐘電路系統(tǒng)570和功率管理電路系統(tǒng)或pmu580的鏈路560。在一些實(shí)施例中，(多個(gè))處理器565可以包括用于提供計(jì)算功能的電路系統(tǒng)或模塊，諸如中央處理單元(cpu)、運(yùn)算邏輯單元(alu)等等。在一些實(shí)施例中，附加的或可替代的(多個(gè))處理器565可以包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)。dsp可以根據(jù)需要提供各種信號(hào)處理功能，諸如運(yùn)算功能、濾波、延遲模塊等等。時(shí)鐘電路系統(tǒng)575可以生成促進(jìn)或控制mcu505中的一個(gè)或多個(gè)模塊的操作的正時(shí)的一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘電路系統(tǒng)575還可以控制使用鏈路560的操作的正時(shí)。在一些實(shí)施例中，時(shí)鐘電路系統(tǒng)575可以通過鏈路560向mcu505中的其他模塊提供一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。

在一些實(shí)施例中，pmu580可以針對電路的一些部分或電路的全部組件來降低裝置(例如mcu505)的時(shí)鐘速度、關(guān)閉時(shí)鐘、降低功率、關(guān)閉功率或進(jìn)行上述操作的任意組合。此外，pmu580可以響應(yīng)于從未激活狀態(tài)到有效狀態(tài)的轉(zhuǎn)變(諸如當(dāng)(多個(gè))處理器565從低功率或閑置或睡眠狀態(tài)向正常操作狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變時(shí))而打開時(shí)鐘、增加時(shí)鐘速率、打開功率(例如，如上所述使用控制器22)、增大功率或進(jìn)行上述操作的任意組合、支持各種處理器功率模式(例如，如上所述)等。在示出的實(shí)施例中，pmu580包括控制器22。如上文所詳細(xì)描述，控制器22耦合并控制電池充電器13(如果使用)和調(diào)節(jié)器16。注意，在一些實(shí)施例中，電池充電器13和/或調(diào)節(jié)器16可以根據(jù)需要被包括在pmu580中。在示出的示例實(shí)施例中，開關(guān)s0將vcore耦合到vrego。其他實(shí)施例中的其他布置是可預(yù)期的，諸如本文中描述的那些布置。如上所述，電池充電器203(如果使用)可以以可替代的配置進(jìn)行耦合。負(fù)載(上面表示為其他電路系統(tǒng)19)可以包括或可以構(gòu)成mcu505中的一些或全部電路系統(tǒng)(除了有助于向mcu505中的其他電路提供功率的控制器22、調(diào)節(jié)器16和電池充電器203之外)、mcu505外部的一個(gè)或多個(gè)電路等。此外，注意電路布置250可以包括開關(guān)s0(未示出；見圖11和圖13)，根據(jù)需要開關(guān)s0在mcu505內(nèi)部或在mcu505外部。此外，在一些實(shí)施例中，電路布置250(例如，如上所述的功率控制器)可以被用在mcu505中，而不使用pmu508。

再次參考圖8，鏈路560可以通過串行接口595耦合到一個(gè)或多個(gè)電路600。通過串行接口595，耦合到鏈路560的一個(gè)或多個(gè)電路可以與電路600通信。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，電路600可以使用一個(gè)或多個(gè)串行協(xié)議(例如，smbus、i²c、spi等等)進(jìn)行通信。鏈路560可以通過i/o電路系統(tǒng)585耦合到一個(gè)或多個(gè)外圍設(shè)備590。通過i/o電路系統(tǒng)585，一個(gè)或多個(gè)外圍設(shè)備590可以耦合到鏈路560并且因此可以與耦合到鏈路560的其他模塊(例如，(多個(gè))處理器365、存儲(chǔ)器電路625等)通信。在示例性實(shí)施例中，外圍設(shè)備590可以包括各種電路系統(tǒng)、模塊等等。示例包括i/o設(shè)備(小鍵盤、鍵盤、揚(yáng)聲器、顯示設(shè)備、在儲(chǔ)設(shè)備、計(jì)時(shí)器等)。注意在一些實(shí)施例中，一些外圍設(shè)備590可以在mcu505的外部。示例包括小鍵盤、揚(yáng)聲器等等。在一些實(shí)施例中，關(guān)于一些外圍設(shè)備，i/o電路系統(tǒng)585可以被繞過。在這種實(shí)施例中，一些外圍設(shè)備590可以在不使用i/o電路系統(tǒng)585的情況下耦合到鏈路560并與鏈路560通信。注意在一些實(shí)施例中，如上所述，這種外圍設(shè)備可以在mcu505的外部。

鏈路560可以通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器605耦合到模擬電路系統(tǒng)620。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器405可以包括一個(gè)或多個(gè)adc605b和/或一個(gè)或多個(gè)dac605a。adc615接收來自模擬電路系統(tǒng)620的(多個(gè))模擬信號(hào)，并將所述(多個(gè))模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式，然后將其傳送到耦合到鏈路560的一個(gè)或多個(gè)模塊。模擬電路系統(tǒng)620可以包括提供和/或接收模擬信號(hào)的各種各樣的電路系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，示例包括傳感器、換能器等等。在一些實(shí)施例中，模擬電路系統(tǒng)620可以與mcu505外部的電路系統(tǒng)通信以根據(jù)需要形成更復(fù)雜的系統(tǒng)、子系統(tǒng)、控制模塊以及信息處理模塊?？刂齐娐废到y(tǒng)570耦合到鏈路560。因此，控制電路系統(tǒng)570可以與耦合到鏈路560的各個(gè)模塊通信和/或控制這些模塊的操作。此外，控制電路系統(tǒng)570可以有助于耦合到鏈路560的各個(gè)模塊之間的通信或協(xié)作。在一些實(shí)施例中，控制電路系統(tǒng)570可以初始化或響應(yīng)復(fù)位操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，復(fù)位操作可以導(dǎo)致mcu505中耦合到鏈路560的一個(gè)或多個(gè)模塊等的復(fù)位。例如，控制電路系統(tǒng)570可以導(dǎo)致pmu580(并且因此控制器22)復(fù)位到初始狀態(tài)。pmu580(更具體地，電路布置250)可以向mcu505的核心電路系統(tǒng)提供復(fù)位信號(hào)。對應(yīng)于圖13中的核心19的mcu505的核心電路系統(tǒng)可以包括圖22中的電路系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)模塊，諸如(多個(gè))處理器565、時(shí)鐘電路系統(tǒng)575、存儲(chǔ)器電路系統(tǒng)625等。

在一個(gè)示例實(shí)施例中，控制電路系統(tǒng)570可以包括電路系統(tǒng)的各種類型和模塊，類似于上述的控制器22。再次參考圖22，在一些實(shí)施例中，控制電路系統(tǒng)570可以根據(jù)需要包括邏輯電路系統(tǒng)、fsm或執(zhí)行各種操作(諸如上述操作)的其他電路系統(tǒng)。通信電路系統(tǒng)640耦合到鏈路560并且還耦合到在mcu505外部的電路系統(tǒng)或模塊(未示出)。通過通信電路系統(tǒng)640，耦合到鏈路560(或者一般來說mcu505)的各種模塊可以通過一個(gè)或多個(gè)通信協(xié)議與外部電路系統(tǒng)或模塊(未示出)通信。示例包括usb、以太網(wǎng)等等。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在示例性實(shí)施例中，依據(jù)諸如給定應(yīng)用的規(guī)范等因素，可以使用其他通信協(xié)議。

如上所述，存儲(chǔ)器電路625耦合到鏈路560。因此，存儲(chǔ)器電路625可以與耦合到鏈路560的一個(gè)或多個(gè)模塊(諸如，(多個(gè))處理器365、控制電路系統(tǒng)570、i/o電路系統(tǒng)585等)通信。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，存儲(chǔ)器電路625為mcu505中的各種信息或數(shù)據(jù)(諸如，操作數(shù)、標(biāo)記、數(shù)據(jù)、指令等等)提供存儲(chǔ)。根據(jù)需要，存儲(chǔ)器電路625可以支持各種協(xié)議，諸如，雙倍數(shù)據(jù)速率(ddr)、ddr2、ddr3等等。在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器讀操作和/或?qū)懖僮魃婕笆褂胢cu505中的一個(gè)或多個(gè)模塊(諸如處理器565)。直接存儲(chǔ)器訪問(dma)布置(未示出)允許在一些情況中增強(qiáng)存儲(chǔ)器操作的性能。更具體地，dma(未示出)提供用于直接在數(shù)據(jù)的源或目的地和存儲(chǔ)器電路625之間執(zhí)行存儲(chǔ)器讀和寫操作的機(jī)制，而不通過諸如處理器565的模塊。

盡管上述描述涉及mcu，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，根據(jù)需要通過做出合適的修改，可以將公開的概念有效地應(yīng)用到各種類型的電子電路系統(tǒng)或ic(例如，ic13)中。此類電路系統(tǒng)或ic的示例包括混合信號(hào)ic、處理器、cpu、微處理器、存儲(chǔ)器控制器、i/o控制器、信號(hào)處理器、dsp等等。

參考附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將注意示出的各種模塊可以主要描繪概念性的功能和信號(hào)流。實(shí)際電路實(shí)施方式可以包含或可以不包含各種功能模塊的獨(dú)立可識(shí)別的硬件并且可以使用或可以不使用示出的特殊電路。例如，根據(jù)需要，可以將各種模塊的功能組合到一個(gè)電路模塊中。此外，根據(jù)需要，可以在若干電路模塊中實(shí)現(xiàn)單個(gè)模塊的功能。電路實(shí)施方式的選擇取決于各種因素，諸如給定實(shí)施方式的特殊設(shè)計(jì)和性能規(guī)格。除了本公開中的實(shí)施例，其他修改和可替代的實(shí)施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，本公開根據(jù)示例性實(shí)施例教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施本公開的概念的方式，并且其僅被解釋為是說明性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在適用的情況下，附圖可以按比例繪制或可以不按比例繪制。

示出的和描述的特殊形式和實(shí)施例僅構(gòu)成示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不背離本公開的范圍的情況下對部件的形狀、尺寸以及布置做出各種改變。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以用等效元件代替說明的和描述的元件。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不背離本公開的范圍的情況下獨(dú)立于其他特征的使用而使用所公開概念的某些特征。