[发明专利]用于集成无电容低压差(LDO)电压调节器的数字辅助调节

说明书

优先权申请

本申请要求2013年3月15日提交的名为“用于集成无电容低压差(LDO)电压调节器的数字辅助调节”的美国专利申请序列号13/843,121的优先权，所述美国专利申请以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明的实施例大体上涉及电压调节的方面，并且更确切地说涉及用于集成无电容低压差(LDO)电压调节器的数字辅助调节。

背景技术

许多便携式产品(例如蜂窝电话、膝上型计算机、个人数据助理(PDA)等等)利用执行程序(例如通信和多媒体程序)的处理系统。用于此类产品的处理系统可以包含多个处理器、包含用于存储指令和数据的多层级高速缓冲存储器和存储器的复杂存储器系统、控制器、例如通信接口的外围装置和配置(例如)在单芯片上的固定功能逻辑块。同时，便携式产品具有呈电池形式的受限的能量来源，所述电池常常需要支持由处理系统进行的高性能操作和随着功能性增加而越来越大的存储器容量。此类问题扩展到也开发有有效设计以通过减少的总能量消耗进行操作的个人计算机产品。

在此类便携式系统中，一或多个低压差(LDO)电压调节器，亦称为LDO调节器通常嵌入在电源管理芯片上以调节在一或多个芯片上的电路的电压。多个LDO调节器的每一LDO调节器都用于调节在特定功率域中的电路的电压。并且，每一功率域都可能经历在广泛范围的频率内变化的广泛范围的负载。举例来说，在具有集成功能(例如视频俘获、调制解调器功能)和用户接口的便携式蜂窝电话装置中，处理器的时钟频率根据手头的任务经调节以最佳化电力使用。由于任务根据电话使用而变化，所以LDO调节器必须作出响应的负载始终在变化并且可能取决于各种芯片上功能的程序使用而以高频变化。

例如在将电路(例如数字信号处理器电路)从休眠状态唤醒时，与变化的负载相关联的特定问题是电压下冲，其中电路的供电电压降到低于操作电压电平。如果电压降足够大，那么电路可以经历不正确操作，例如通过改变操作的现存状态。一种解决这一问题的途径是在LDO调节器的输出端上使用较大外部电容器以稳定其电压。因此，在具有目标电路的功率域中嵌入LDO调节器需要用于较大外部电容器的外部引脚。并且，对于LDO调节器的有效操作，所述外部引脚需要具有低电感、难以实现的封装和设计需求。较大电感将阻碍电流并且导致电压下冲，其可能使系统不具有功能。由于阻抗等于电感(L)×dI/dt，即电流变化速率，较大阻抗限制从外部电容流动到芯片上的电流。一旦来自芯片上电容的电荷耗尽到其不被填充并且负载电流不由LDO调节器(由于受限的带宽)或由外部电容(由于较大引线电感)供应的程度，处理器供应即降到低于所需电平，其可能导致电路时序误差和因此功能性误差。

举例来说，图1说明现有技术低压差(LDO)调节器子系统100。LDO调节器子系统100包含嵌入在系统芯片102中的LDO调节器104，其具有具负载电流(I_负载)106的电路。LDO调节器V负载108的电压输出被带到具有封装引脚电感112的系统芯片封装的封装引脚110，所述封装引脚电感通常在2毫微亨(nano Henry)(nH)到20nH范围内，但优选地应该被设计成小于0.3nH。封装引脚110连接到外部电容器(C_外部)114上。取决于负载电流(I_负载)106，C_外部114通常在2微法(micro Farad)(μF)到20μF范围内。因此，具有多个具有嵌入LDO调节器的功率域的芯片将需要多个引脚，每一引脚(例如封装引脚110)都具有优选地小于0.3nH的低电感，以及用于多个电容器的板上空间，每一所述板上空间例如在2μF到20μF范围内。

发明内容

在其若干方面中，本发明认识到，需要提供用于嵌入电压调节的更有效的方法和设备以减小或解决在负载变化时发生的下冲电压问题。为此，本发明的一个实施例阐述一种用于低压差调节的方法。数/模转换器(DAC)响应于由系统电路供应的提前通知信号而经启用，其中所述提前通知信号指示需要增加的电流的负载变化将在预定时间段后开始。由DAC提供的电流与由低压差(LDO)调节器提供的电流合并以供应系统电路，其中系统电路的电压下冲被减小或去除，如下文进一步阐述。