本專利申請案大體上涉及集成電路，且更確切地說涉及一種用在芯片上，為分布式負(fù)載提供快速響應(yīng)電源的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在移動顯示類型的產(chǎn)品中，數(shù)字運算核心所需的大電流與其長條形的布局特性對芯片電源軌設(shè)計產(chǎn)生嚴(yán)格的要求。顯示驅(qū)動器應(yīng)用電路中的高電阻ito往往會使置于外部的輸出電容器不能有效對負(fù)載瞬態(tài)過程去耦。另外，傳統(tǒng)分布式架構(gòu)中的每個調(diào)節(jié)器由于不同的布局位置產(chǎn)生偏移特性，所述偏移特性增加了調(diào)節(jié)器對小電流到大電流的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)時間。

圖1是一種具有能在芯片上提供電源的顯示驅(qū)動器的常用電子顯示屏系統(tǒng)。參考圖1，顯示驅(qū)動器芯片101連接到電子顯示屏103以驅(qū)動所需顯示圖像。在移動電話等移動裝置中，該連接通常通過玻璃片上芯片(chip-on-glass)技術(shù)直接連接。因此，如圖1中所示，驅(qū)動器芯片101被設(shè)計成較長且較窄以便將顯示屏面積減到最少。顯示屏玻璃上常用的導(dǎo)電材料是氧化銦錫(ito)。ito可以制成涂覆在玻璃襯底上的透明導(dǎo)電薄膜。ito通常用于顯示器技術(shù)，例如液晶顯示器(lcd)、有機發(fā)光二極管(oled)顯示器，以及用于觸摸面板技術(shù)中。但ito的電阻性相對較大。ito材料的薄層電阻比驅(qū)動器芯片中的金屬連接高得多(超過10倍)。

參考圖1，數(shù)字運算核心105是在驅(qū)動器芯片101中具有相同的電源電壓vdd的數(shù)字電路的集合。通過外部電源vpower109，驅(qū)動器芯片中的電壓調(diào)節(jié)器107將vdd電壓傳遞給數(shù)字運算核心105。vpower電壓高于vdd。取決于顯示屏技術(shù)、大小和分辨率，在完全工作狀態(tài)下的數(shù)字運算核心的電流消耗可能為數(shù)百ma。vdd電流并不穩(wěn)定。當(dāng)顯示器從關(guān)掉轉(zhuǎn)換到開啟時，vdd電流可在幾納秒中從<0.1ma跳變到高達數(shù)百ma。盡管vdd電流在波動，但數(shù)字運算核心需要穩(wěn)定的電源電壓vdd以便恰當(dāng)?shù)夭僮?。?jīng)由ito連接到vdd的外部電容器111用于維持vdd穩(wěn)定性。由于現(xiàn)代移動電子裝置中的較大且較高分辨率的顯示屏的電流消耗增加，ito連接113的高電阻降低了外部電容器111維持vdd穩(wěn)定性的效果。因此，需要具有超快響應(yīng)的分布式的芯片上的電源提供系統(tǒng)來解決所述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本專利申請案涉及一種用于芯片上的電源提供系統(tǒng)。系統(tǒng)包括：多個局部電壓調(diào)節(jié)器，每個局部調(diào)節(jié)器包括第一輸入、第二輸入以及一輸出；一個跨導(dǎo)放大器與所述局部電壓調(diào)節(jié)器相連接且經(jīng)配置后以驅(qū)動所述局部電壓調(diào)節(jié)器，跨導(dǎo)放大器包括第一輸入、第二輸入以及一輸出；一參考電壓源以及多個晶體管。所述跨導(dǎo)放大器的所述輸出連接到每個局部電壓調(diào)節(jié)器的所述第一輸入；所述跨導(dǎo)放大器的所述第一輸入連接到所述參考電壓源。每個局部電壓調(diào)節(jié)器的所述第一輸入通過第一電容器接地；每個局部電壓調(diào)節(jié)器的所述輸出相對應(yīng)地連接到每個晶體管的柵極；每個晶體管的源極或漏極連接到負(fù)載及連接到所述局部電壓調(diào)節(jié)器的所述第二輸入，并通過由多個金屬布線電阻組合成的表示金屬布線電阻的第一電阻器連接到其他晶體管，并且同時通過rc網(wǎng)絡(luò)接地。rc網(wǎng)絡(luò)中的分接點連接到所述跨導(dǎo)放大器的所述第二輸入。

所述負(fù)載可以是驅(qū)動器芯片的數(shù)字運算核心。所述rc網(wǎng)絡(luò)可以包括串聯(lián)連接的所述第一電阻器、至少一個由ito電阻連接而成的第二電阻器以及第二電容器。所述參考電壓源可以為直流恒壓源。

所述跨導(dǎo)放大器可以具有在50到90db范圍內(nèi)的電壓增益和在1到4mhz范圍內(nèi)的帶寬。每個局部電壓調(diào)節(jié)器可以具有在15到18db范圍內(nèi)的電壓增益和在16到38mhz范圍內(nèi)的帶寬。所述晶體管可以是pmos晶體管。

所述參考電壓源可以經(jīng)配置以對在所述跨導(dǎo)放大器的所述第一輸入處的電壓進行調(diào)整，使得在所述每個晶體管的所述源極或所述漏極處的電壓在可預(yù)測的電流負(fù)載跳變之前增加預(yù)定量；并且在所述每個晶體管的源極或漏極處的電壓的波動被解決之后取消所述經(jīng)配置的調(diào)整。

附圖說明

圖1圖示具有提供芯片上的電源的常規(guī)系統(tǒng)的電子顯示屏。

圖2是圖示根據(jù)本專利申請案的實施例的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)的示意性電路圖。

圖3是圖示根據(jù)本專利申請案的另一實施例的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)的示意性電路圖。

圖4是圖示根據(jù)本專利申請案的又一實施例的用來設(shè)計用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)的方法的流程圖。

圖5示出根據(jù)本申請案的實施例的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)以及 常規(guī)系統(tǒng)的模擬結(jié)果。

圖6示出根據(jù)本申請案的實施例的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)以及常規(guī)系統(tǒng)的模擬結(jié)果。

圖7a和7b示出根據(jù)本申請案的實施例的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)(圖7a)以及常規(guī)系統(tǒng)(圖7b)的模擬結(jié)果。

圖8示出根據(jù)本申請案的實施例的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)的模擬結(jié)果。

圖9示出根據(jù)本申請案的實施例的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)(其中在晶體管的源極或漏極處的電壓在可預(yù)測的電流負(fù)載跳變之前增加預(yù)定量)以及沒有此預(yù)定量的電壓增加的系統(tǒng)的模擬結(jié)果。

具體實施方式

在以下描述的優(yōu)選實施例，現(xiàn)將詳細(xì)地描述在本專利申請案中揭示的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)的示例性實施例，但對于相關(guān)領(lǐng)域非常熟練的人員，為簡單起見，可以不示出對于理解這系統(tǒng)的一些并非特別重要的特征。

此外，應(yīng)理解，在本專利申請案中揭示的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)不限于下文描述的精確實施例，且在不脫離保護的精神或范圍的情況下，可以由對于相關(guān)領(lǐng)域非常熟練的技術(shù)人員實現(xiàn)對所述精確實施例的各種改變和修改。例如，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，不同說明性實施例的元件和/或特征可以與彼此組合和/或替代彼此。

圖2是圖示根據(jù)本專利申請案的實施例的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)的示意性電路圖。參考圖2，所述系統(tǒng)包含局部電壓調(diào)節(jié)器(u1)201、跨導(dǎo)放大器203(u0)、以及晶體管(q1)202。跨導(dǎo)放大器203(u0)與局部電壓調(diào)節(jié)器201相連接且經(jīng)配置以驅(qū)動局部電壓調(diào)節(jié)器(u1)。

局部電壓調(diào)節(jié)器201包含第一輸入、第二輸入以及一輸出?？鐚?dǎo)放大器203包含第一輸入、第二輸入以及一輸出?？鐚?dǎo)放大器203的輸出連接到局部電壓調(diào)節(jié)器201的第一輸入，且被稱作vcomp。局部電壓調(diào)節(jié)器201的第一輸入還通過電容器207接地。局部電壓調(diào)節(jié)器201的輸出連接到晶體管202的柵極。晶體管202的源極或漏極206連接到負(fù)載204、及連接到局部電壓調(diào)節(jié)器201的第二輸入、以及通過由金屬布線電阻形成的第一電阻器209連接到跨導(dǎo)放大器203的第二輸入、并且通過rc網(wǎng)絡(luò)接地。

在此實施例中，負(fù)載204是驅(qū)動器芯片的數(shù)字運算核心。rc網(wǎng)絡(luò)包含串聯(lián)連接的第一電阻器209、由至少一個ito電阻連接而成的第二電阻器211以及外部vdd電容器213。跨導(dǎo)放大器203的第一輸入連接到參考電壓源vref。在此實施例中，參考電壓 源經(jīng)配置以對在跨導(dǎo)放大器203的第一輸入處的電壓進行調(diào)整，使得在晶體管202的源極或漏極206處的電壓在可預(yù)測的電流負(fù)載跳變之前增加預(yù)定量；并且在所述晶體管202的源極或漏極206處的電壓的波動被解決之后取消所述經(jīng)配置的調(diào)整。

具有“高增益和低帶寬”特性(典型的電壓增益：50到90db，帶寬：1到4mhz)的跨導(dǎo)放大器203(u0)通過到vcomp的主要反饋路徑205經(jīng)配置以確定vdd的直流電壓電平，并且提供一個穩(wěn)定的vdd電壓。

另一方面，局部電壓調(diào)節(jié)器201(u1)具有“低增益和高帶寬”特性(典型的電壓增益：15到18db，帶寬：16到38mhz)以用于調(diào)節(jié)相對于vcomp的局部vdd電壓，并且能夠達至與常規(guī)系統(tǒng)相比快得多的瞬態(tài)響應(yīng)時間。

局部電壓調(diào)節(jié)器201的電壓增益(配置為全反饋)以近似10倍進行調(diào)節(jié)以確保pmos功率裝置q1(即，晶體管202)始終接通以便響應(yīng)于核心邏輯(即，數(shù)字運算核心204)的負(fù)載狀況。功率vdd的金屬布線將不影響此性能。

局部電壓調(diào)節(jié)器201可以位于靠近或遠離跨導(dǎo)放大器203的任何位置處。這允許將局部電壓調(diào)節(jié)器201放置在其中存在最極端的負(fù)載狀況的位置處。

如圖2中所圖示的基本架構(gòu)可以擴展為允許由一個主要跨導(dǎo)放大器驅(qū)動多個局部電壓調(diào)節(jié)器。圖3是圖示根據(jù)本專利申請案的另一實施例的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)的示意性電路圖。參考圖3，所述系統(tǒng)包含多個局部電壓調(diào)節(jié)器301、跨導(dǎo)放大器303、以及多個晶體管302?？鐚?dǎo)放大器303與多個局部電壓調(diào)節(jié)器301相連接且經(jīng)配置以驅(qū)動多個局部電壓調(diào)節(jié)器301。

每個局部電壓調(diào)節(jié)器301包含第一輸入、第二輸入以及輸出?？鐚?dǎo)放大器303包含第一輸入、第二輸入以及輸出。跨導(dǎo)放大器303的輸出連接到每個局部電壓調(diào)節(jié)器301的第一輸入，且被稱作vcomp。每個局部電壓調(diào)節(jié)器301的第一輸入還通過電容器306接地。每個局部電壓調(diào)節(jié)器301的輸出相對應(yīng)地連接到每個晶體管302的柵極。每個晶體管302的源極或漏極304連接到負(fù)載307、連接到局部電壓調(diào)節(jié)器301的第二輸入、通過由多個金屬布線電阻組合成的第一電阻器309與其他晶體管連接，并且通過rc網(wǎng)絡(luò)接地。rc網(wǎng)絡(luò)中的分接點305連接到跨導(dǎo)放大器303的第二輸入。

在此實施例中，負(fù)載307是驅(qū)動器芯片的數(shù)字運算核心。rc網(wǎng)絡(luò)包含串聯(lián)連接的第一電阻器309、至少一個由ito電阻連接而成的第二電阻器311以及外部vdd電容器313?？鐚?dǎo)放大器303的第一輸入連接到參考電壓源vref。在此實施例中，參考電壓源經(jīng)配置以對在跨導(dǎo)放大器303的第一輸入處的電壓進行調(diào)整，使得在每個晶體管302的源極或漏極304處的電壓在可預(yù)測的電流負(fù)載跳變之前增加預(yù)定量；并且在所述每個 晶體管302的源極或漏極304處的電壓的波動被解決之后取消所述經(jīng)配置的調(diào)整。

在此實施例中，每個局部電壓調(diào)節(jié)器301經(jīng)配置以處理在其局部點處的負(fù)載，并且由此對負(fù)載的局部改變提供快得多的響應(yīng)?！癲c”vdd調(diào)節(jié)僅需要從vdd到vcomp的一個反饋分接點305。由于局部電壓調(diào)節(jié)器301的低增益特性，所有所述局部電壓調(diào)節(jié)器都在小電流期間(參考圖7a)導(dǎo)電，且它們具有高帶寬(即，快速響應(yīng))。當(dāng)突然上升的階躍負(fù)載發(fā)生時(例如在模式改變期間)，因為所有的局部電壓調(diào)節(jié)器301已經(jīng)在導(dǎo)電，所以它們能夠非常快速地響應(yīng)以捕捉到負(fù)載階躍，并且提供局部“vdd”，使得整體vdd將不會下降太多(以1.2v為最低，參考圖5)。

參考圖3，數(shù)字運算核心307內(nèi)部未利用的空間用填充單元(fillercell)填滿。這些填充單元可以是連接到vdd電源并接地的電容器。由于數(shù)字運算核心307的長且窄的形狀，未使用的空間的比率比正方形形狀的比率高。

參考圖6(其在下文將得到更詳細(xì)描述)，利用一定量的填充單元，例如利用1到5nf的電容，所述系統(tǒng)在不使用外部vdd電容器的情況下仍是穩(wěn)定的。vdd從1.5v降低到1.1v且在大約0.1微秒內(nèi)恢復(fù)。

圖4是圖示根據(jù)本專利申請案的又一個實施例的用來設(shè)計用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)的方法的流程圖。參考圖4，所述方法包含：

1.準(zhǔn)備初始輸入，所述初始輸入包含：描述數(shù)字電路的數(shù)字運算核心網(wǎng)表，包含用于數(shù)字電路的基礎(chǔ)構(gòu)建模塊的隨時可用的標(biāo)準(zhǔn)單元庫，可為物理約束、電氣約束和時序約束的布局約束(步驟401)；基于選定晶片工藝界定的適當(dāng)?shù)碾娫窜夒妷恨D(zhuǎn)換速率(電源軌上的電壓波動的速率)(步驟403)；

2.使用適當(dāng)?shù)膃da工具放置標(biāo)準(zhǔn)單元且對其布線(步驟405)；此過程使用標(biāo)準(zhǔn)單元構(gòu)建模塊產(chǎn)生數(shù)字運算核心的布局；

3.在數(shù)字運算核心內(nèi)添加填充電容器以減少電源軌電壓波動(步驟407)；

4.使用適當(dāng)?shù)膃da工具執(zhí)行動態(tài)功率估計(步驟409)；這將提供對每個控制節(jié)點(即，每個局部電壓調(diào)節(jié)器的反饋分接點)處的電流分布和電壓波動的觀察；

5.檢查在每個控制節(jié)點處的電源軌轉(zhuǎn)換速率是否低于界定值(步驟411)；如果是，轉(zhuǎn)至設(shè)計低增益高帶寬的局部電壓調(diào)節(jié)器(步驟413)；如果否，調(diào)整布局約束(步驟415)且回到步驟405；

6.設(shè)計局部電壓調(diào)節(jié)器以支持界定的轉(zhuǎn)換速率(步驟413)；換句話說，局部電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)該足夠快速地響應(yīng)，使得在每個控制節(jié)點處的電壓降在標(biāo)準(zhǔn)單元可接受的電平內(nèi)；以及

7.設(shè)計跨導(dǎo)放大器以具有在界定的轉(zhuǎn)換速率的20％之下的轉(zhuǎn)換速率(步驟417)；這將允許跨導(dǎo)放大器僅響應(yīng)于達到平均數(shù)的電源軌電壓(而非瞬時電源軌電壓波動)。

應(yīng)注意，在此實施例中，相對較慢響應(yīng)的跨導(dǎo)放大器加上相對較快響應(yīng)的局部電壓調(diào)節(jié)器的組合可以確保穩(wěn)定的電源(即，沒有過沖或振蕩)。

圖5示出根據(jù)本申請案的實施例的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)以及常規(guī)系統(tǒng)的模擬結(jié)果。參考圖5，示出此實施例的系統(tǒng)的vdd性能(曲線501)和常規(guī)系統(tǒng)的vdd性能(曲線503)。在模擬中，負(fù)載條件是15ns周期的0到350ma的脈沖負(fù)載。填充電容是5nf，vdd輸出電容是2.2uf。

圖6示出根據(jù)本申請案的實施例的用于為分布式負(fù)載在芯片上提供電源的系統(tǒng)以及常規(guī)系統(tǒng)的模擬結(jié)果。參考圖6，示出此實施例的系統(tǒng)的vdd性能(曲線601)和常規(guī)系統(tǒng)的vdd性能(曲線603)。在模擬中，負(fù)載條件是15ns周期的0到350ma的脈沖負(fù)載。填充電容是5nf。在此模擬中不存在vdd輸出電容。

圖7a和7b示出根據(jù)本申請案的實施例的用于為分布式負(fù)載在芯片上提供電源的系統(tǒng)以及常規(guī)系統(tǒng)的模擬結(jié)果。在模擬中，負(fù)載條件是15ns周期的0到350ma的脈沖負(fù)載。填充電容是5nf，vdd輸出電容是2.2uf。參考圖7a，在此實施例中，在點701處，當(dāng)發(fā)生突然上升的階躍負(fù)載時，因為所有的局部電壓調(diào)節(jié)器301已經(jīng)在導(dǎo)電，所以它們可以非?？焖俚仨憫?yīng)以捕捉到負(fù)載階躍且提供局部“vdd”，因此整體vdd將不會下降太多。相比而言，參考點703，在常規(guī)系統(tǒng)(圖7b)的情況下，當(dāng)發(fā)生突然上升的階躍負(fù)載時，已關(guān)閉的調(diào)節(jié)器需要較長時間重新接通以捕捉到負(fù)載階躍，且因此將發(fā)生嚴(yán)重的“vdd”電壓突降。

參考點705，在此實施例中，由于局部電壓調(diào)節(jié)器301的低增益特性，所有所述局部電壓調(diào)節(jié)器都在小電流期間導(dǎo)電。相比而言，在常規(guī)系統(tǒng)的情況下，參考點707，由于不平衡的運行狀況和電壓調(diào)節(jié)器的高增益特性，僅在最高電壓調(diào)節(jié)點處的一個調(diào)節(jié)器將被采用且導(dǎo)電，而所有其它調(diào)節(jié)器都被關(guān)閉。

圖8示出根據(jù)本申請案的實施例的用于芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)的模擬結(jié)果。在模擬中，負(fù)載條件是15ns周期的0到175ma的脈沖負(fù)載。填充電容是5nf，vdd輸出電容是2.2uf。在此實施例中，vref電壓經(jīng)調(diào)整使得控制信號boost將目標(biāo)vdd電壓電平從1.5v升高到1.65v。也稱為過驅(qū)動模式(overdrive)，此類模式在可預(yù)測的電流負(fù)載跳變之前被啟用，且在由所述跳變導(dǎo)致的vdd電壓波動解決之后被停用。vdd電壓突降以1.5v電壓電平為最低，所述電壓電平確保數(shù)字運算核心能在安全范圍內(nèi)操作。參考圖8，boost信號在負(fù)載電流的突然增加之前約3us時提高且在所 述突然增加之后持續(xù)63us。在點801處，在瞬態(tài)負(fù)載出現(xiàn)之前，啟用過驅(qū)動模式以將輸出vdd電壓從1.50v升高到1.65v。在點803處，在瞬態(tài)負(fù)載出現(xiàn)之后，下降的vdd電壓將處于較高電平處以確保數(shù)字運算核心能在安全范圍內(nèi)操作。

圖9示出根據(jù)本申請案的實施例的用在芯片上，為分布式負(fù)載提供電源的系統(tǒng)以及常規(guī)系統(tǒng)的模擬結(jié)果。在模擬中，負(fù)載條件是15ns周期的0到175ma的脈沖負(fù)載。填充電容是5nf，vdd輸出電容是2.2uf。參考圖9，在啟用過驅(qū)動特征的實施例的系統(tǒng)的曲線901中，在點903處，所述過驅(qū)動特征在瞬態(tài)負(fù)載出現(xiàn)之前將輸出vdd電壓升高到較高電平，使得vdd的最低點將維持在所需的1.35v之上。在曲線905中，在不啟用過驅(qū)動特征的情況下，在點907處，vdd在1.35v之下。

通過上述實施例提供的用在芯片上，為分布式負(fù)載提供快速響應(yīng)電源的系統(tǒng)包含應(yīng)用于移動顯示裝置的集成電路(芯片)，所述集成電路具有跨導(dǎo)放大器和局部電壓調(diào)節(jié)器。所述系統(tǒng)具有超快響應(yīng)特點，可容易地擴展以支持廣泛分布的布局放置，并且可以用于有效地處理在更大功率要求的數(shù)字運算核心的電源軌的不同點處不斷增加的負(fù)載分布，而不受實際布局形狀所局限。利用此拓?fù)浜推涑祉憫?yīng)特點，嵌入在數(shù)字運算核心中的可實行量的片上填充單元足以有利于穩(wěn)定性和去耦。因此，由上述實施例提供的方案可以免去外部輸出電容器和高阻ito的使用。

盡管已經(jīng)特定參考本專利申請案的多個實施例示出且描述本專利申請案，但應(yīng)注意在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進行各種其它變化或修改。