[发明专利]具有动态自适应负载线的DC-DC转换器

说明书

本发明题为“具有动态自适应负载线的DC‑DC转换器”。本发明描述了为一个或多个部件的瞬时负载有效地生成稳定输出的系统、设备和方法。在各种实施方案中，功率转换器包括两个反馈回路以将稳定性和等效输出电阻分开，这允许增加带宽。第一回路包括补偿器，该补偿器接收放大器的输出电流。此外，第一转换器和第一电流镜基于放大器的输出电流生成目标电流。多个降压转换器基于目标电流生成输出电压，该输出电压通过电阻器返回到放大器。第二回路包括具有一阶串联RC滤波器的第二转换器，以减小所述第二回路的响应时间。第二电流镜接收来自第二转换器的电流，并且生成动态自适应反馈电流，该动态自适应反馈电流流过第一回路中的电阻器。

技术领域

本文所述的实施方案涉及集成电路领域，更具体地讲涉及为一个或多个部件的瞬时负载有效地生成稳定输出。

背景技术

计算系统诸如半导体芯片包括多个部件，每个部件都能够处理数据。多个部件包括接口和功能块或单元。在各种实施方案中，多个部件是片上系统(SOC)、多芯片模块(MCM)或印刷电路板之一上的单个管芯。例如，部件是在中央处理单元(CPU)中具有一个或多个内核的通用处理器、在图形处理单元(GPU)和数字信号处理器(DSP)中具有一个或多个内核的高度并行数据架构处理器、显示控制器、音频处理部件、联网部件、外围设备接口控制器和存储器控制器等。

计算系统内的控制逻辑部件诸如电力管理单元决定不同部件的一个或多个操作状态。操作状态包括电源电压和操作时钟频率。时钟生成电路在一个或多个指定的不同频率生成不同的时钟信号，而配电网络提供一个或多个指定的不同电源电压。该片上网络使用电源和调节电路生成指定的不同电源电压以供功能单元内的设备使用。此外，该网络依赖于一对片上层，其中一个电压层(金属层)专用于电源电压，另一个接地层(金属层)专用于接地值。

目标输出电压随着操作模式随时间推移而改变，并且给定操作模式下的工作需求随着时间推移而改变一个或多个部件。当部件中的设备从电源和接地层吸收电流时，电流需求的变化创建电流电阻(IR)下降和瞬时电压降两者。尽管电压变化的持续时间可能是暂时性，但电压变化导致引起变化的设备和相邻设备的不可靠行为。此外，对于移动设备，电池提供的电压值随着存储能量的消耗而降低。

鉴于以上所述，需要用于为一个或多个部件的瞬时负载有效地生成稳定输出的方法和机制。

发明内容

预期管理为一个或多个部件的瞬时负载有效地生成稳定输出的操作模式的系统和方法。在各种实施方案中，功率转换器接收输入电压，并且在输出电容器上为一个或多个部件生成输出电压。在一些实施方案中，多个部件是片上系统(SOC)之一上的单个管芯。功率转换器包括用于基于差分电压输入输送输出电流的放大器。在各种实施方案中，功率转换器包括在放大器的两个输入之一终止的两个反馈回路。两个反馈回路将功率转换器的稳定性和等效输出电阻分开，这允许增加功率转换器的带宽。两个反馈回路中的第一回路提供功率转换器的等效输出电阻。两个反馈回路中的第二回路为功率转换器提供稳定性。通过将等效输出电阻和稳定性分开，分别成为功率转换器的独立参数。

在实施方案中，功率转换器包括跨导运算放大器(OTA)和包括补偿器的第一反馈回路。在各种实施方案中，补偿器可以是两种类型之一。在实施方案中，补偿器可以是第一种类型，所述类型提供原点极点、一个零点、一个高频极点以及达到90度的相位提升，以抵消传递函数中包含的一些增益和相位。例如，第一种类型的补偿器可以是II型补偿器，提供两个极点和一个零点，以及两个极点和一个零点的位置，并且另外相位提升达到90度。或者，补偿器可以是第二种类型，提供两个极点、两个零点和大于90度的相位提升。例如，第二种类型的补偿器可以是III型补偿器。