利用時(shí)鐘頻率前饋控制的改進(jìn)型無電容電壓調(diào)節(jié)器的制造方法
【專利說明】利用時(shí)鐘頻率前饋控制的改進(jìn)型無電容電壓調(diào)節(jié)器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)案為2013年3月14日申請(qǐng)的第61/784，737號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的轉(zhuǎn)換且主張第61/784，737號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)，出于全部目的，所述臨時(shí)申請(qǐng)案的全文特此以引用方式并入本文中，就如同在本文中全面陳述一樣。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及電壓調(diào)節(jié)器，且特定來說，涉及改進(jìn)型無電容電壓調(diào)節(jié)器。
【背景技術(shù)】
[0004]電壓調(diào)節(jié)器為經(jīng)設(shè)計(jì)以無論輸入或負(fù)荷條件如何都維持恒定電壓輸出的電路。
[0005]圖1為說明常規(guī)調(diào)節(jié)器的圖式。調(diào)節(jié)器100在跨導(dǎo)放大器104中比較參考電壓102與來自輸出108的反饋電壓以產(chǎn)生電流，其接著通過電流鏡106倍增以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輸出108的電流。
[0006]時(shí)鐘切換對(duì)此類調(diào)節(jié)器造成較大負(fù)荷瞬變，太快而使得其無法響應(yīng)。舉例來說，在時(shí)鐘切換時(shí)，電流需求可在4ns內(nèi)從75 μ A達(dá)到75mA。在15nF負(fù)荷的情況下，這產(chǎn)生5mV/ns的供電改變。然而，典型調(diào)節(jié)器最多將僅具有約10mV裕量。
[0007]盡管外部電容器可用以提供充分電荷以賦予調(diào)節(jié)器時(shí)間，但歸因于寄生，其僅足夠用于相對(duì)較小瞬變。此外，在集成電路環(huán)境中，外部電容器在招致具有管理后果(regulatory consequence)的裝配問題的同時(shí)，用掉珍貴的引腳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]可通過根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)及方法在較大程度上克服現(xiàn)有技術(shù)中的這些及其它缺點(diǎn)。
[0009]如描述的實(shí)施例涉及芯片上無電容電壓調(diào)節(jié)器，其是穩(wěn)定的且快速響應(yīng)于負(fù)荷瞬變。實(shí)施例利用對(duì)瞬時(shí)數(shù)字時(shí)鐘頻率的了解以預(yù)測(cè)負(fù)荷改變。實(shí)施例通過將負(fù)荷的時(shí)鐘頻率及(可選擇地)功率耗散電容提供給無電容電壓調(diào)節(jié)器而減少其響應(yīng)時(shí)間。
[0010]一種根據(jù)實(shí)施例的用于控制輸出裝置的電壓調(diào)節(jié)器包含:誤差放大器；受控電導(dǎo)輸出裝置；及負(fù)荷預(yù)測(cè)電路；其中誤差放大器的輸出及負(fù)荷預(yù)測(cè)電路的輸出經(jīng)求和以控制輸出裝置。在一些實(shí)施例中，負(fù)荷預(yù)測(cè)電路為頻率/電流轉(zhuǎn)換器。在一些實(shí)施例中，頻率/電流轉(zhuǎn)換器按下列等式實(shí)施活動(dòng)因子Kact:
[0011]Il0AD — I LEAK+Idyn
[0012]其中
[0013]I1ad為負(fù)荷所需的電流；
[0014]1_為負(fù)荷所需的泄漏電流(獨(dú)立于其它已知因子)；及
[0015]Idyn為動(dòng)態(tài)電流且通過I dyn= (K act*Vdd*Cpd*Fclk)給出，其中
[0016]Kact為負(fù)荷的活動(dòng)因子(隨操作條件(例如，睡眠模式)變動(dòng));
[0017]Vdd為供應(yīng)到負(fù)荷的電壓；
[0018]Cpd為負(fù)荷的所謂的“功率耗散電容”特性(通常不變動(dòng))；
[0019]Fm為驅(qū)動(dòng)負(fù)荷的時(shí)鐘的頻率。
[0020]在一些實(shí)施例中，誤差放大器包括具有低增益高速度路徑及高增益低速度路徑的跨導(dǎo)放大器。在一些實(shí)施例中，負(fù)荷預(yù)測(cè)電路包括通過屏蔽電路縮放的多個(gè)頻率/電流轉(zhuǎn)換器。在一些實(shí)施例中，負(fù)荷預(yù)測(cè)電路包含跨阻抗裝置以產(chǎn)生輸出電壓。
[0021]一些實(shí)施例可包含集成電路，其包含此電壓調(diào)節(jié)器。其它實(shí)施例可包含一種用于產(chǎn)生此電壓調(diào)節(jié)器的方法。眾多其它實(shí)施例也是可行的。
[0022]當(dāng)結(jié)合下文描述及附圖考慮時(shí)，將更好地了解及理解本發(fā)明的這些及其它方面。然而，應(yīng)理解，盡管指示本發(fā)明的各種實(shí)施例及其眾多特定細(xì)節(jié)，但是下文描述是通過說明而非限制方式給出。在不背離本發(fā)明的精神的情況下，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出許多取代、修改、添加及/或再布置，且本發(fā)明包含全部此類取代、修改、添加及/或再布置。
【附圖說明】
[0023]通過參考附圖，將更好地理解本發(fā)明且所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見本發(fā)明的眾多目的、特征及優(yōu)勢(shì)。在不同圖式中使用的相同參考符號(hào)指示相似或相同項(xiàng)目。
[0024]圖1說明示范性電壓調(diào)節(jié)器。
[0025]圖2說明根據(jù)實(shí)施例的電壓調(diào)節(jié)器。
[0026]圖3A到3C說明根據(jù)實(shí)施例的電壓調(diào)節(jié)器的組件。
[0027]圖4說明根據(jù)實(shí)施例的電壓調(diào)節(jié)器。
【具體實(shí)施方式】
[0028]通過參考附圖中說明及下文描述中詳細(xì)描述的示范性及因此非限制性實(shí)施例更全面解釋本發(fā)明及其各種特征及優(yōu)勢(shì)細(xì)節(jié)?？墒÷砸阎幊碳夹g(shù)、計(jì)算機(jī)軟件、硬件、操作平臺(tái)及協(xié)議的描述以避免以不必要的細(xì)節(jié)模糊本發(fā)明。然而，應(yīng)理解，詳細(xì)描述及特定實(shí)例盡管指示優(yōu)選實(shí)施例，但僅通過說明而非限制方式給出。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明將顯而易見在本發(fā)明基本概念的精神及/或范圍之內(nèi)的各種取代、修改、添加及/或再布置。
[0029]如本文中使用，用語(yǔ)“包括(comprises/comprising)”、“包含(includes/including) ”、“具有(has/having) ”或其任何變動(dòng)希望涵蓋非排他性包含。舉例來說，包括元件列表的過程、產(chǎn)品、物品或設(shè)備并非必須僅限于所述元件，而可包含未明確列出的或此過程、過程、物品或設(shè)備固有的其它元件。此外，除非有明確的相反陳述，否則，“或”指包含性“或”且不指排他性“或”。舉例來說，條件A或B由以下任何一者滿足:A為真(或存在)且B為假(或不存在)，A為假(或不存在)且B為真(或存在)，及A及B均為真(或存在)。
[0030]另外，本文給出的任何實(shí)例或說明不應(yīng)以任何方式被視為限制其所用于的任一或多個(gè)用語(yǔ)、其所用于的任一或多個(gè)用語(yǔ)的極限或表達(dá)其所用于的任一或多個(gè)用語(yǔ)的定義。相反地，這些實(shí)例或說明應(yīng)被視為關(guān)于一個(gè)特定實(shí)施例的描述及僅具說明性。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將明白這些實(shí)例或說明所用于的任一或多個(gè)用語(yǔ)包含可或可不隨其給出或在本說明書的其它處給出的其它實(shí)施例以及其實(shí)施方案及調(diào)適，且全部此類實(shí)施例希望包含在所述一或多個(gè)用語(yǔ)的范圍內(nèi)。指定此類非限制實(shí)例及說明的語(yǔ)言包含(但不限于):“舉例來說”、“例如”、“在一個(gè)實(shí)施例中”及其類似物。
[0031]現(xiàn)參考圖式且特定來說參考圖2，展示根據(jù)實(shí)施例的實(shí)例芯片上無電容電壓調(diào)節(jié)器的圖式且所述調(diào)節(jié)器通常通過參考數(shù)字200識(shí)別。圖2的調(diào)節(jié)器200在跨導(dǎo)放大器204中比較參考電壓202與來自輸出208的反饋電壓以產(chǎn)生電流，所述電流接著通過電流鏡206倍增以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輸出208的電流。
[0032]另外，根據(jù)實(shí)施例的調(diào)節(jié)器200包含負(fù)荷212的時(shí)鐘，其驅(qū)動(dòng)頻率/電流轉(zhuǎn)換器210。所得電流214添加到跨導(dǎo)放大器204的輸出以驅(qū)動(dòng)電流鏡206及因此驅(qū)動(dòng)輸出208。由消除負(fù)荷處的時(shí)鐘頻率中的改變與在系統(tǒng)電壓中因此導(dǎo)致的改變之間的延遲產(chǎn)生所得性能改進(jìn)。
[0033]頻率/電流轉(zhuǎn)換器210模仿負(fù)荷函數(shù)，S卩，調(diào)節(jié)器將需要提供的大約負(fù)荷。例如，經(jīng)典CMOS負(fù)荷將需要以下電流:
[0034]Il0AD — I LEAK+Idyn其中
[0035]Ilmd為負(fù)荷所需的電流；
[0036]1_為負(fù)荷所需的泄漏電流(獨(dú)立于其它已知因子)；及
[0037]Idyn為動(dòng)態(tài)電流且通過I dyn= (K act*Vdd*Cpd*Fclk)給出，其中
[0038]Kact為負(fù)荷的活動(dòng)因子(隨操作條件(例如，睡眠模式)變動(dòng));
[0039]Vdd為供應(yīng)到負(fù)荷的電壓；
[0040]Cpd為負(fù)荷的所謂的“功率耗散電容”特性(通常不變動(dòng))；
[0041]Fm為驅(qū)動(dòng)負(fù)荷的時(shí)鐘的頻率。
[0042]即，在一些實(shí)施例中，頻率/電流轉(zhuǎn)換器210對(duì)因子Idyn建模。應(yīng)了解，可相似地模仿(或建模)其它負(fù)荷函數(shù)。預(yù)測(cè)器及誤差放大器的輸出經(jīng)求和且控制輸出裝置。
[0043]在一些實(shí)施例中，跨導(dǎo)誤差放大器實(shí)施有兩個(gè)路徑:包括差分N溝道晶體管的低增益、高速