電源管理集成電路的內(nèi)部補償?shù)闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明涉及電源管理集成電路的內(nèi)部補償，并且公開了一種穩(wěn)壓器集成電路，其包括：控制電路，其驅(qū)動至少一個電源開關(guān)以在耦接到至少一個電源開關(guān)的電感器/電容器（LC）電路的輸出端處提供穩(wěn)定電壓；誤差放大器，其具有耦接到表示穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號的第一輸入端和耦接到參考信號的第二輸入端；和補償網(wǎng)絡，其耦接到所述誤差放大器的輸出端且被配置來提供補償電壓。補償網(wǎng)絡包括至少一個數(shù)字化可編程電阻器陣列和至少一個數(shù)字化可編程電容器陣列。每個陣列提供多個用戶可選擇組件值?？刂齐娐钒ū慌渲脕砘谘a償電壓調(diào)制輸入電壓的脈沖調(diào)制器。
【專利說明】電源管理集成電路的內(nèi)部補償
[0001]相關(guān)申請交叉參考
[0002]本申請是2013 年 3 月 27 日提交的命名為 “INTERNAL COMPENSAT1N FOR POWERMANAGEMENT INTEGRATED CIRCUITS”的美國專利申請第13/851，624號的接續(xù)案且要求2013年 3 月 15 日提交的命名為 “INTERNAL COMPENSAT1N FOR POWER MANAGEMENT INTEGRATEDCIRCUITS”的美國臨時專利申請第61/798，579號的優(yōu)先權(quán)，所述申請是通過引用并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本申請涉及穩(wěn)壓器集成電路。
[0004]發(fā)明背景
[0005]切換模式電源管理電路通常使用控制回路以調(diào)節(jié)切換頻率和/或脈沖寬度以將輸出電壓維持在規(guī)定值內(nèi)?？刂苹芈沸枰囟ㄔ鲆婧拖辔惶匦砸詽M足負載的所希望精確度和響應時間或其它變化。通常使用外部組件設(shè)置增益和相位特性。為了適當?shù)貙o定電路設(shè)置控制回路響應，在選擇補償值時通常需要進行某種試錯法?，F(xiàn)代的表面貼裝組件可能難以移除和更換，從而使得設(shè)置變慢又昂貴。
[0006]概述
[0007]在一個實施方案中，提供了一種多相穩(wěn)壓器集成電路。多相穩(wěn)壓器集成電路包括控制電路，其驅(qū)動至少兩個電源開關(guān)以在至少兩個電感器/電容器(LC)電路的共同輸出端處提供穩(wěn)定電壓，每個LC電路耦接到各自電源開關(guān)。多相穩(wěn)壓器集成電路也包括誤差放大器，其具有耦接到表示穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號的第一輸入端和耦接到參考信號的第二輸入端；和內(nèi)部補償網(wǎng)絡，其耦接到誤差放大器的輸出端且被配置來提供補償電壓。內(nèi)部補償網(wǎng)絡包括一個或多個數(shù)字化可編程電阻器陣列和一個或多個數(shù)字化可編程電容器陣列，每個陣列提供多個用戶可選擇組件值。所述一個或多個數(shù)字化可編程電容器陣列中的至少一個被配置來基于多相穩(wěn)壓器的若干有效相位的變化來動態(tài)地改變各自數(shù)字化可編程電容器陣列的電容值?？刂齐娐钒ū慌渲脕砘谘a償電壓來穩(wěn)定輸出電壓的脈沖調(diào)制器。
[0008]在一個實施方案中，提供了一種系統(tǒng)。系統(tǒng)包括電源，其被配置來提供電壓信號；多相穩(wěn)壓器，其被配置來穩(wěn)定來自電源的電壓信號；和負載，其耦接到穩(wěn)壓器以接收穩(wěn)定電壓信號。多相穩(wěn)壓器包括集成電路，其包括差分放大器，所述差分放大器被配置來基于參考電壓和表不多相穩(wěn)壓器的輸出端處的穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號的比較來輸出電壓差。集成電路也包括補償網(wǎng)絡，其耦接到差分放大器的輸出端且被配置來提供用于穩(wěn)定輸出電壓的補償電壓。補償網(wǎng)絡包括至少一個數(shù)字化可編程電阻器陣列和至少一個數(shù)字化可編程電容器陣列。每個陣列提供多個用戶可選擇組件值以設(shè)置增益和相位特性。所述一個或多個數(shù)字化可編程電容器陣列中的至少一個被配置來基于多相穩(wěn)壓器的若干有效相位的變化來動態(tài)地改變各自數(shù)字化可編程電容器陣列的電容值。
[0009]在一個實施方案中，提供了一種從多相穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定輸出電壓的方法。方法包括比較參考電壓與表示集成電路中的差分放大器中的穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號以產(chǎn)生電壓差和基于電壓差在集成電路中的補償網(wǎng)絡中產(chǎn)生補償電壓。補償網(wǎng)絡包括至少一個數(shù)字化可編程電阻器陣列和一個或多個數(shù)字化可編程電容器陣列，每個陣列提供多個用戶可選擇組件值以設(shè)置增益和相位特性。方法也包括使用集成電路中的脈沖調(diào)制器基于補償電壓來穩(wěn)定輸出電壓；響應于負載狀況或操作模式的變化而改變多相穩(wěn)壓器的若干有效相位；和基于多相穩(wěn)壓器的所述若干有效相位的變化來動態(tài)地改變所述一個或多個數(shù)字化可編程電容器陣列中的至少一個的電容值。
[0010]附圖簡述
[0011]在了解到附圖只描繪示例性實施方案且因此不應被認為范圍有所限制之后，將通過使用附圖運用額外特殊性和細節(jié)來描述示例性實施方案，其中:
[0012]圖1是示例性系統(tǒng)的一個實施方案的方框圖。
[0013]圖2是耦接到輸出濾波器的示例性穩(wěn)壓器集成電路的一個實施方案的方框圖。
[0014]圖3是耦接到輸出濾波器的示例性穩(wěn)壓器集成電路的一個實施方案的電路圖。
[0015]圖4是電阻器陣列的示例性放大電路的一個實施方案的電路圖。
[0016]圖5是電容器陣列的示例性放大電路的一個實施方案的電路圖。
[0017]圖6是電容器陣列的另一示例性放大電路的一個實施方案的電路圖。
[0018]圖7是描繪經(jīng)由多個開關(guān)串聯(lián)耦接的多個電阻器的電路圖。
[0019]圖8是描繪經(jīng)由多個開關(guān)串聯(lián)耦接的多個電容器的電路圖。
[0020]圖9是示例性監(jiān)管控制回路的一個實施方案的電路圖。
[0021]圖10是示例性電容器陣列的另一實施方案的電路圖。
[0022]根據(jù)慣例，各個所描述的特征并未按比例繪制，且被繪制來強調(diào)與示例性實施方案有關(guān)的特定特征。
[0023]附圖中的主要組件的參考數(shù)字清單
[0024]Al 誤差放大器
[0025]A2 電容乘法器
[0026]A3 緩沖放大器
[0027]Cl 電容器陣列
[0028]C2 電容器陣列
[0029]C3 電容器陣列
[0030]Mla 電流鏡
[0031]Mlb 電流鏡
[0032]Rl 電阻器陣列
[0033]R2 電阻器陣列
[0034]R3 電阻器陣列
[0035]100 系統(tǒng)
[0036]101 集成電路(IC)
[0037]103 電源
[0038]104 輸出濾波器
[0039]105 負載
[0040]106 內(nèi)部補償網(wǎng)絡
[0041]201集成電路(IC)
[0042]202調(diào)制器
[0043]204輸出濾波器
[0044]206內(nèi)部補償網(wǎng)絡
[0045]208控制器
[0046]210輸入端
[0047]212邏輯電路
[0048]214存儲器
[0049]301集成電路(IC)
[0050]302調(diào)制器
[0051]304輸出濾波器
[0052]306內(nèi)部補償網(wǎng)絡
[0053]311脈寬調(diào)制器(PWM)比較器
[0054]313振蕩器
[0055]315-1驅(qū)動器
[0056]315-2驅(qū)動器
[0057]317-1晶體管
[0058]317-2晶體管
[0059]720-1電阻器
[0060]720-N電阻器
[0061]722-1開關(guān)
[0062]722-N開關(guān)
[0063]824-1電容器
[0064]824-N電容器
[0065]826-1開關(guān)
[0066]826-N開關(guān)
[0067]900回路
[0068]930比較器
[0069]932濾波器
[0070]934低通濾波器(LPF)
[0071]936轉(zhuǎn)變器
[0072]1000電容器陣列
[0073]1002連接點
[0074]1004緩沖器
[0075]1006-1開關(guān)
[0076]1006-N開關(guān)
[0077]詳述
[0078]在下列詳細描述中，參考形成本描述的部分且其中通過示出特定說明性實施方案而示出的附圖。然而，應了解，可以使用其它實施方案且可以做出邏輯、機械和電改變。此夕卜，附圖和說明書中陳述的方法并未被解釋成限制其中可以執(zhí)行個別步驟的次序。因此下列詳細描述并無限制之意。
[0079]圖1是使用具有內(nèi)部模擬補償網(wǎng)絡106的穩(wěn)壓器集成電路(IC)1l的系統(tǒng)100的一個實施方案的方框圖。如本文所使用，術(shù)語“內(nèi)部”是指位于集成電路內(nèi)部的組件而不是通過引腳或輸入端耦接到集成電路的外部組件。系統(tǒng)100還包括電源103、輸出濾波器104和負載105。負載105經(jīng)由穩(wěn)壓器IClOl和輸出濾波器104從電源103汲取電力。例如，負載105可被實施為(但不限于)以下一個或多個:處理器(例如，微處理器、數(shù)字信號處理器、嵌入式處理器等)、顯示裝置(發(fā)光二極管或LED顯示器、陰極射線管或CRT顯示器、液晶顯示器或IXD等)、存儲器裝置(例如，常規(guī)硬盤、電可擦除可編程ROM或EEPR0M、快閃存儲器等)或本領(lǐng)域一般技術(shù)人員已知的其它可應用周邊裝置。此外，電源103可被實施為(但不限于)常規(guī)的交流(AC)轉(zhuǎn)直流(DC)電源或電池。
[0080]如下文更詳細描述，內(nèi)部補償網(wǎng)絡106被配置來使用戶能夠經(jīng)由集成電路上的輸入而方便地微調(diào)補償網(wǎng)絡的性能。例如，因為在常規(guī)的穩(wěn)壓器中具有外部補償網(wǎng)絡，所以用戶能夠微調(diào)性能且無需焊接或重新焊接外部組件。然而，本文中描述的內(nèi)部補償網(wǎng)絡106仍然實現(xiàn)類似于常規(guī)外部補償網(wǎng)絡的配置/微調(diào)能力。以此方式，與外部補償網(wǎng)絡相比，內(nèi)部補償網(wǎng)絡106減小切換穩(wěn)壓器的外部組件的數(shù)量和調(diào)諧性能所涉及的時間和復雜度。
[0081]圖2是耦接到輸出濾波器204的穩(wěn)壓器IC201的一個示例性實施方案的高層級方框圖。穩(wěn)壓器IC201包括調(diào)制器202、參考電壓Vref、具有內(nèi)部模擬補償網(wǎng)絡206的誤差放大器和數(shù)字控制器208。輸出濾波器204是在IC的外部。調(diào)制器接收輸入電壓Vin和控制電壓Vcomp。注意，為了論述這個實例，調(diào)制器202包括電源開關(guān)以在2個輸入電平Vin與接地之間切換Vmod。如下文更詳細描述,部分基于Vcomp,調(diào)制器202調(diào)整施加于Vmod的Vin和接地的頻率和占空比。然后由輸出濾波器204對調(diào)制電壓Vmod進行濾波以抑制Vmod信號中的交流(AC)噪音。穩(wěn)壓器IC201的輸出電壓Vout是被濾波的Vmod信號。
[0082]使用內(nèi)部補償網(wǎng)絡206將輸出電壓Vout的檢測電壓比例供應給誤差放大器。基于Vref與Vout之間的關(guān)系產(chǎn)生反饋信號Vcomp。誤差放大器(其具有內(nèi)部補償網(wǎng)絡206)還可以基于所探測的電流將Vcomp調(diào)整為Vout (這些附圖中未示出)。以此方式，誤差放大器(其具有內(nèi)部補償網(wǎng)絡206)提供控制回路以調(diào)整調(diào)制器202的切換頻率和/或脈沖寬度以將輸出電壓Vout維持在其目標穩(wěn)定值。補償網(wǎng)絡206可使用特定增益和相位特性而選擇地配置以滿足負載的所希望精確度和響應時間或其它變化。
[0083]特別地說，數(shù)字控制器208將開關(guān)控制信號提供給內(nèi)部補償網(wǎng)絡206的開關(guān)以設(shè)置內(nèi)部補償網(wǎng)絡的可變組件(例如，電阻器和電容器)的值。此外，數(shù)字控制器208可將控制信號提供給內(nèi)部補償網(wǎng)絡206以設(shè)置值，通過設(shè)置值來調(diào)整負載電流Idroop的副本。負載電流的調(diào)整副本是用來規(guī)定其中輸出電壓減小固定比而達到負載電流的有源電壓定位。在突然施加或釋放負載的狀況下，這輔助將Vout維持在最小和最大限制內(nèi)。
[0084]如下文更詳細描述，內(nèi)部補償網(wǎng)絡206包括可變組件，諸如(但不限于)電阻器和電容器的陣列，其可被導通和關(guān)斷以調(diào)整內(nèi)部補償網(wǎng)絡206的電阻值和電容值。其它可變組件可包括(例如)具有用戶配置放大值的放大器。穩(wěn)壓器IC201包括使數(shù)字控制器208能夠?qū)⒖刂菩盘柼峁┙o特定組件(諸如數(shù)控開關(guān))以修改內(nèi)部補償網(wǎng)絡206中的值的地址和數(shù)據(jù)總線。
[0085]數(shù)字控制器208包括接口或輸入端210以從用戶接收輸入。例如，用戶可經(jīng)由輸入端210輸入內(nèi)部補償網(wǎng)絡206的特定電阻和/或電容值，接口或輸入端210可包括串聯(lián)或并聯(lián)數(shù)字接口。數(shù)字控制器208中的邏輯電路212可以輸出命令信號以基于用戶輸入修改內(nèi)部補償網(wǎng)絡206的可變值。因此，用戶可經(jīng)由輸入端210和邏輯電路212將不同值寫入到存儲器214中，然后調(diào)整各自組件的值。存儲器214可以包括非易失性存儲器或一次性可編程(OTP)存儲器，諸如(但不限于)電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、EPR0M、快閃、可編程熔絲等。以此方式，當給穩(wěn)壓器IC201通電時可以自動地加載值。替代地或除了存儲值以外，在操作期間可通過數(shù)字輸入端210修改內(nèi)部補償網(wǎng)絡206的可變值。因此，經(jīng)由接口 210，在測試期間可通過數(shù)字編程或在設(shè)置期間或在穩(wěn)壓器IC201的操作期間通過用戶改變內(nèi)部補償。
[0086]圖3是耦接到輸出濾波器304的示例性穩(wěn)壓器IC301的一個實施方案的電路圖。圖3中的示例性穩(wěn)壓器IC301包括調(diào)制器302和具有可編程內(nèi)部模擬補償網(wǎng)絡306的誤差放大器。應了解，誤差放大器耦接到內(nèi)部可編程模擬補償網(wǎng)絡。然而，為了解釋目的，本文中在適當位置將誤差放大器和內(nèi)部可編程模擬補償網(wǎng)絡描述為單個單元。因此，名稱“內(nèi)部補償網(wǎng)絡306”將包括下文中的誤差放大器Al。此外，為了解釋目的，圖3中沒有描繪數(shù)字控制器。然而，應了解，數(shù)字控制器可如上文關(guān)于圖2描述般耦接到內(nèi)部補償網(wǎng)絡306。
[0087]如圖3中示出，將輸出電壓Vout提供給內(nèi)部補償網(wǎng)絡306中的誤差或差分放大器Al的第一輸入端。參考電壓Vref還被供應給誤差放大器Al的第二輸入端。誤差放大器Al基于參考電壓Vref和輸出電壓Vout的比較產(chǎn)生電壓差Vdiff。在這個實施方案中，電壓差Vref與局部接地Vg有關(guān)。局部接地Vg產(chǎn)生于單個輸入電源(諸如+5V)與接地之間。因此，局部接地Vg消除在這個實施方案中對+和-輸入電源二者的需要，且電壓信號可在局部接地Vg周圍的兩個極性中擺動。
[0088]在可變電阻器陣列Rl和電容器陣列C3與另一電阻器陣列R3的串聯(lián)組合的兩端施加電壓差Vdiff。負載電流Idroop的調(diào)整且反相副本也被施加于Vdiff。通過電流鏡Mla和Mlb反相且調(diào)整誤差放大器Al外部的電流(其還驅(qū)動Rl、C3至R3和Idroop)以驅(qū)動無緩沖的Vcomp (在本文中還被稱作Cub)。Cub還被連接到另一電容器陣列Cl、具有電容乘法器A2的額外電容器陣列C2與電阻器陣列R2的串聯(lián)組合和電壓緩沖放大器A3的輸入端。緩沖放大器A3具有預定增益，諸如(但不限于)單位增益，且被使用使得沒有在緩沖放大器A3的兩端施加調(diào)制器或其它負載的阻抗且沒有改變內(nèi)部補償組件(諸如Cl或R2和C2)的阻抗。
[0089]內(nèi)部補償網(wǎng)絡306的電容器陣列C1、C2、C3的選定值和電阻器陣列R1、R2、R3的選定值設(shè)置切換穩(wěn)壓器的控制回路的增益和相位特性。換句話說，每個陣列提供可能可編程組件值的范圍且用戶選擇陣列的各自值以設(shè)置所希望的增益和相位特性。此外，其它組件可能影響相位和/或增益。例如，電流鏡Mla和Mlb可以具有增益，且在一些實施方案中，電流放大器A2包括電容器陣列C2以乘以電容器陣列C2的值。
[0090]這個實施方案中的每個陣列包括具有不同值且可基于接收自數(shù)字控制器的控制信號而導通和關(guān)斷的多個類似組件。例如，圖7描繪了經(jīng)由多個數(shù)控單刀雙擲開關(guān)722-1、…、、722-N串聯(lián)耦接的多個電阻器720-1、…、720-N。以此方式，可獨立于其它電阻器720導通和關(guān)斷每個電阻器720。類似地，圖8描繪了經(jīng)由多個數(shù)控單刀雙擲開關(guān)826-1、…、、826-N串聯(lián)耦接的多個電容器824-1、…、824-N。應了解，只通過舉例提供且不限制圖7和圖8中示出的切換配置。特別地說，應了解，在其它實施方案中可使用其它切換配置和/或其它類型的開關(guān)。此外，應了解，電阻器可并聯(lián)或串聯(lián)耦接在給定陣列中且電容器可并聯(lián)或串聯(lián)耦接在給定陣列中。
[0091]在一些實施方案中，將各自陣列中的每個可選擇組件(例如，電阻器或電容器)設(shè)置成比具有下一個較低值的組件高恒定百分比。例如，可實施具有各自電阻值為1000hms、I100hmsU210hmsU331hms等的電阻器的電阻器陣列。因此，在這個實施方案中，使用10%的標稱步長值。使用恒定步長值百分比有助于實現(xiàn)實際值對所希望的值的恒定精確度。
[0092]返回到圖3，補償電壓Vcomp從內(nèi)部補償網(wǎng)絡306輸出且輸入到脈寬調(diào)制(PWM)t匕較器311的第一輸入端。將來自振蕩器313的信號Λ Vosc提供給PWM比較器311的第二輸入端。PWM比較器311基于Vcomp與Λ Vosc的比較輸出控制驅(qū)動器315-1和315-2的信號。驅(qū)動器315-1和315-2中的每個然后基于來自PWM比較器311的信號導通和關(guān)斷各自晶體管317-1或317-2。如本領(lǐng)域一般技術(shù)人員已知，導通和關(guān)斷各自晶體管317-1和317-2調(diào)制輸入電壓Vin。在開關(guān)節(jié)點處輸出調(diào)制電壓Vmod且其通過輸出濾波器304。
[0093]特別地說，輸出濾波器304包括輸出電感器LO和輸出電容器CO。圖3中還示出了輸出電感器LO的直流(DC)電阻(DCR)和輸出電容器CO的總等效串聯(lián)電阻(ESR)。輸出濾波器304的輸出是穩(wěn)定輸出電壓Vout，其如上文關(guān)于圖1描述般提供給電子電路或其它負載。應了解，只通過舉例提供圖3中示出的電路且在其它實施方案中可使用調(diào)制器302(例如，電流模式控制、滯后變頻控制、PFM控制等)、輸出濾波器304和/或內(nèi)部可編程模擬補償網(wǎng)絡306的其它電路配置。
[0094]例如，在一些實方案中，包括額外組件以乘以通過電阻器陣列Rl的電流。特別地說，電阻器陣列Rl由于使用給定Idroop設(shè)置Vout的DC精確度而可能需要高于其它組件的精確度和比其它組件更精細的步長。因此，在一些實施方案中，電阻器陣列Rl包括相對較大的電阻器陣列。在其它實施方案中，如圖4中示出，通過使用另一放大器A4和可變電流鏡M2a/M2b補充電阻器陣列Rl來減小電阻器陣列Rl中的電阻器的數(shù)量。即，在圖4中，由接收電壓差Vdiff作為輸入的獨立放大器A4驅(qū)動電阻器陣列R1。在電流鏡M2a和M2b連接到無緩沖的COMP、Cub之前，通過電阻器陣列Rl的電流乘以電流鏡M2a和M2b。增加M2a和M2b的增益實際上降低電阻器陣列Rl的需要值。例如，為了實現(xiàn)電阻器陣列Rl的有效值具有280個步長，M2a和M2b可被給定7個增益步長，且電阻器陣列Rl可具有40個電阻器值步長(與具有280個電阻器值步長的電阻器陣列Rl相比)。
[0095]此外，在一些實施方案中，希望將電容器陣列C2鉗位在其正常操作點附近的電壓。例如，當突然釋放關(guān)于Vout的負載時,所存儲的電感器能量可以將Vout推動到穩(wěn)定點之上。誤差放大器Al將壓低Vcomp以試圖切斷PWM動作，前提是Vout保持為高。這將電容器陣列C2充電到低于正常操作的值。電阻器陣列R2和電容器陣列C2 —般具有相對較長的時間常數(shù)。因此，當Vout再次降低且控制回路將再次產(chǎn)生PWM時，Vcomp恢復到其標準操作點可能耗費一段時間(Vout可產(chǎn)生不希望的下降)。因此，在一些實施方案中，包括電壓鉗位以將電容器陣列C2鉗位到其標準操作點附近的電壓，因此可減小或消除Vout的下降。
[0096]此外，當穩(wěn)壓器改變模式時(諸如從不連續(xù)改變成繼續(xù)導電模式)，因此PWM寬度可能也必須突然改變。如果并非如此，那么Vout可以下降或突然增加。在一些實施方案中，通過改變Cub電壓完成突然的PWM寬度改變。特別地說，在一些實施方案中，必要時可增加或移除電容器陣列C2上的電壓。所移除或增加的量可能是已知負載電流和系統(tǒng)特性的計算值。在其它實施方案中，所移除或增加的量可能是給定模式改變的預設(shè)增加。
[0097]此外，在一些實施方案中，電容器陣列C2是內(nèi)部補償網(wǎng)絡306中的最大電容器陣列。因此，電容器陣列C2可能需要額外乘法運算以實現(xiàn)所希望的值。圖5和圖6示出了用于提供額外乘法運算以實現(xiàn)電容器陣列C2的所希望的值的各自方案。圖5描繪了其中電容器陣列C2耦接到放大器A5且電容器陣列C2的有效值乘以電流鏡5a和5b的電流增益的電流乘法器。在圖6中，電阻器陣列R2的部分被分成兩個并聯(lián)有效電阻器R2a至C2和R2b至由電壓緩沖放大器A6緩沖的C2電壓。電容器陣列C2的有效電容與實際電容的比例是1+R2a的有效值對R2b的有效值的比例。R2a和R2b的值可變以乘以電容器陣列C2的有效范圍。圖6中示出的有效電阻值Rx是R2a與R2b的并聯(lián)組合。
[0098]在一些實施方案中，使用第二監(jiān)管控制回路以調(diào)整上文關(guān)于圖3論述的主控制回路。監(jiān)管控制回路可用來說明與放大器(例如，Al或A4)中的電壓偏差相關(guān)聯(lián)的不精確度和/或電流鏡比例或偏差的不精確度的原因。圖9中示出了一個示例性監(jiān)管控制回路。回路900依賴于精確度比較器930以針對所希望的Vout (圖9中的Vref)核對Vout的樣品。特別地說，電壓Vout的樣品通過另一電阻器陣列(標記為Rl陣列2)和抗混疊濾波器932。比較器930的輸出通過用以使監(jiān)管回路維持穩(wěn)定的數(shù)字低通濾波器(LPF)934和數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器936。雖然這個實施方案中使用數(shù)字LPF934，但是應了解，其它實施方案中可使用模擬濾波器，諸如電阻器/電容器(RC)低通濾波器。轉(zhuǎn)換器936的電流輸出調(diào)整Cub中的電流偏差。
[0099]當輸出電壓沒有改變時可使用監(jiān)管回路。例如，輸出電壓可能由于負載變化、所請求電壓Vref變化、操作模式變化(諸如連續(xù)導電變化為不連續(xù)導電)或多相穩(wěn)壓器中的有效相位的數(shù)量變化而經(jīng)歷改變。如果輸出電壓正發(fā)生改變，那么通常不會啟用監(jiān)管回路900。如果輸出電壓沒有經(jīng)歷改變，那么可啟用監(jiān)管回路900以解釋如上所述的不精確度的原因。
[0100]應注意，上文論述的內(nèi)部模擬補償網(wǎng)絡的電容值由于寄生(內(nèi)部模擬補償網(wǎng)絡連接到外部引腳以進行測試)而失真。因此，在一些實施方案中，集成電路中包括內(nèi)部測試設(shè)備/電路系統(tǒng)。例如，使用內(nèi)部傳輸門極開關(guān)(未示出)，COMP緩沖器A3的Cub可用來緩沖任何內(nèi)部信號且可連接到外部引腳?？僧a(chǎn)生內(nèi)部電流以核對各個陣列的電阻器和電容器值，且傳輸門極開關(guān)可用來使組件與正常配置斷開和反而連接到正常配置以進行測試。例如，在一個實施方案中，為了測試圖3中的電容器陣列Cl，電容器陣列Cl和緩沖器A3的輸入端可與所有其它組件斷開。然后緩沖器A3可被連接到外部引腳，且一內(nèi)部上拉電流可施加于電容器陣列Cl以觀察外部引腳上的上升時間。類似地，上拉電流本身可在斷開其它所有一切的情況下通過直接連接到外部引腳而加以校準。
[0101]圖10是示例性電容器陣列1000的另一實施方案的電路圖。電容器陣列1000包括多個電容器(Ca...、Cx)和多個開關(guān)1006-Ρ..、1006-Ν。有時候希望動態(tài)改變補償電容器值。例如，多相轉(zhuǎn)換器響應于負載增加、負載降低或操作模式的所請求變化而改變有效相位的數(shù)量。通過使用開關(guān)1006-1…、1006-Ν將電容器Cb…、Cx連接到共同電容器連接點1002或使電容器Cb...、Cx與共同電容器連接點1002斷開來改變電容器值。對于先前未連接的電容器來說，其在連接時處于已連接電容器的電壓是有利的。以此方式，最近連接的電容器不會造成電流流入或流出電容器連接點1002。
[0102]因此，在示例性陣列1000中，使用緩沖器1004驅(qū)動可能經(jīng)歷值動態(tài)改變的未連接或未使用的電容器以使已使用的電容器具有相等電壓。單刀雙擲開關(guān)1006-1…、1006-N是用來切換共同連接點1002與緩沖器1004的輸出端之間的電容器Cb…、Cx。
[0103]示例性實施方案
[0104]實例I包括穩(wěn)壓器集成電路，其包括:控制電路，其驅(qū)動至少兩個電源開關(guān)以在耦接到至少一個電源開關(guān)的電感器/電容器(LC)電路的輸出端處提供穩(wěn)定電壓；誤差放大器，其具有耦接到表示穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號的第一輸入端和耦接到參考信號的第二輸入端；和內(nèi)部補償網(wǎng)絡，其耦接到誤差放大器的輸出端且被配置來提供補償電壓；其中內(nèi)部補償網(wǎng)絡包括至少一個數(shù)字化可編程電阻器陣列和至少一個數(shù)字化可編程電容器陣列，每個陣列提供多個用戶可選擇組件值；其中控制電路包括被配置來基于補償電壓來調(diào)制輸入電壓的脈沖調(diào)制器。
[0105]實例2包括實例I的穩(wěn)壓器集成電路，其還包括數(shù)字控制器，數(shù)字控制器包括:輸入端，其被配置來接收指示用戶輸入的信號；和邏輯電路，其被配置來控制補償網(wǎng)絡以基于所接收的信號選擇由至少一個電阻器陣列和至少一個電容器陣列提供的各自組件值。
[0106]實例3包括實例2的穩(wěn)壓器集成電路，其中至少一個電阻器陣列包括多個電阻器，每個具有各自值；和多個開關(guān)；其中至少一個電容器陣列包括多個電容器，每個具有各自值；和多個開關(guān)；且其中每個陣列中的多個開關(guān)受邏輯電路控制。
[0107]實例4包括實例I至3中任一項的穩(wěn)壓器集成電路，其中誤差放大器被配置來基于參考電壓與反饋信號的比較輸出電壓差；其中補償網(wǎng)絡包括:第一電流鏡和第二電流鏡，其被配置來調(diào)整并反相自誤差放大器的電流輸出，所調(diào)整且反相的電流驅(qū)動無緩沖的補償電壓；第一電阻器陣列；第二電阻器陣列和第一電容器陣列的第一串聯(lián)組合，在第一電阻器陣列和第一串聯(lián)組合的兩端施加電壓差；第二電容器陣列；第三電阻器陣列和第三電容器陣列的第二串聯(lián)組合，第二電容器陣列和第二串聯(lián)組合被耦接以接收無緩沖的補償電壓；和電壓緩沖放大器，其具有被耦接以接收無緩沖的補償電壓的輸入端和將補償電壓提供給脈沖調(diào)制器的輸出端；其中第一電阻器陣列、第二電阻器陣列、第三電阻器陣列、第一電容器陣列、第二電容器陣列和第三電容器陣列的各自組件值設(shè)置增益和相位特性。
[0108]實例5包括實例4的穩(wěn)壓器集成電路，其中第三電容器陣列被鉗位到預定電壓電平。
[0109]實例6包括實例4至5中任一項的穩(wěn)壓器集成電路，其還包括耦接到第三電容器陣列以乘以第三電容器陣列的有效電容值的電流乘法器。
[0110]實例7包括實例6的穩(wěn)壓器集成電路，其中電流乘法器包括具有耦接到第三電容器陣列的第一端的輸入端和耦接到第三電容器陣列的第二端的輸出端的電流乘法器。
[0111]實例8包括實例4至7中任一項的穩(wěn)壓器集成電路，其還包括:放大器，其耦接在第一電阻器與誤差放大器的輸出端之間；和第三電流鏡和第四電流鏡，其被耦接到放大器且被配置來乘以通過第一電阻器陣列的電路。
[0112]實例9包括實例4至8中任一項的穩(wěn)壓器集成電路，其中相對于局部接地的電壓差是由誤差放大器產(chǎn)生；局部接地是產(chǎn)生于單個輸入電源與接地之間。
[0113]實例10包括實例I至9中任一項的穩(wěn)壓器集成電路，其中多個電阻器陣列中的至少一個電阻器陣列或多個電容器陣列中的至少一個電容器陣列中的多個用戶可選擇值中的每個被設(shè)置成比下一個較低值高恒定百分比。
[0114]實例11包括一種系統(tǒng)，其包括:電源，其被配置來提供電壓信號；穩(wěn)壓器，其被配置來穩(wěn)定來自電源的電壓信號；和負載，其耦接到穩(wěn)壓器以接收穩(wěn)定電壓信號；其中穩(wěn)壓器包括集成電路，集成電路包括:脈沖調(diào)制器，其被配置來基于補償電壓調(diào)制輸入電壓?’差分放大器，其被配置來基于參考電壓和表不電感器/電容器(LC)電路的輸出端處的穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號的比較輸出電壓差；和補償網(wǎng)絡，其耦接到差分放大器的輸出端且被配置來提供補償電壓；其中補償網(wǎng)絡包括至少一個數(shù)字化可編程電阻器陣列和至少一個數(shù)字化可編程電容器陣列，每個陣列提供多個用戶可選擇組件值以設(shè)置增益和相位特性。
[0115]實例12包括實例11的系統(tǒng)，其中集成電路還包括:數(shù)字控制器，其具有被配置來接收指示用戶輸入的信號的輸入端，數(shù)字控制器還包括邏輯電路，其被配置來控制補償網(wǎng)絡以基于所接收的信號選擇由至少一個電阻器陣列和至少一個電容器陣列提供的各自組件值。
[0116]實例13包括實例12的系統(tǒng)，其中至少一個電阻器陣列包括多個電阻器；其中至少一個電容器陣列包括多個電容器；其中至少一個電阻器陣列還包括響應于邏輯電路的多個開關(guān)；且其中至少一個電容器陣列還包括響應于邏輯電路的多個開關(guān)。
[0117]實例14包括實例11至13中任一項的系統(tǒng),其中補償網(wǎng)絡包括:第一電流鏡和第二電流鏡，其被配置來調(diào)整并反相自差分放大器的電流輸出，所調(diào)整且反相的電流驅(qū)動無緩沖的補償電壓；第一電阻器陣列，其具有多個電阻器和多個開關(guān)；第二電阻器陣列和第一電容器陣列的第一串聯(lián)組合，在第一電阻器陣列和第一串聯(lián)組合的兩端施加電壓差；第二電容器陣列，其具有多個電容器和多個開關(guān)；第三電阻器陣列和第三電容器陣列的第二串聯(lián)組合，第二電容器陣列和第二串聯(lián)組合被耦接以接收無緩沖的補償電壓；和緩沖器，其具有被耦接以接收無緩沖的補償電壓的輸入端和提供所述補償電壓的輸出端；其中第二電阻器陣列和第三電阻器陣列中的每個包括多個電阻器和多個開關(guān)；其中第一電容器陣列和第三電容器陣列每個包括多個電容器和多個開關(guān)；其中由第一電阻器陣列、第二電阻器陣列、第三電阻器陣列、第一電容器陣列、第二電容器陣列和第三電容器陣列提供的各自用戶可選擇組件值設(shè)置增益和相位特性。
[0118]實例15包括實例14的系統(tǒng)，其還包括:電流放大器，其具有耦接到第三電容器陣列的第一端的輸入端和耦接到第三電容器陣列的第二端的輸出端。
[0119]實例16包括實例14至15中任一項的系統(tǒng)，其還包括:放大器，其耦接在第一電阻器陣列與差分放大器的輸出端之間；和第三電流鏡和第四電流鏡，其被耦接到放大器且被配置來乘以通過第一電阻器陣列的電流。
[0120]實例17包括實例14至16中任一項的系統(tǒng)，其中第一、第二和第三電阻器陣列中的至少一個中的電阻器中的每個被設(shè)置成比具有下一個較低值的電阻器高恒定百分比；且第一、第二和第三電容器陣列中的至少一個中的電容器中的每個被設(shè)置成比具有下一個較低值的電容器高恒定百分比。
[0121]實例18包括實例11至17中任一項的系統(tǒng)，其中相對于局部接地的電壓差是由差分放大器產(chǎn)生；局部接地是產(chǎn)生于單個輸入電源與接地之間。
[0122]實例19包括一種提供穩(wěn)定輸出電壓的方法,所述方法包括:比較參考電壓與表不集成電路中的差分放大器中的穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號以產(chǎn)生電壓差；基于電壓差在集成電路中的補償網(wǎng)絡中產(chǎn)生補償電壓，補償網(wǎng)絡包括至少一個數(shù)字化可編程電阻器陣列和一個或多個數(shù)字化可編程電容器陣列，每個陣列提供多個用戶可選擇組件值以設(shè)置增益和相位特性；和使用集成電路中的脈沖調(diào)制器基于補償電壓調(diào)制輸入電壓。
[0123]實例20包括實例19的方法，其還包括:基于集成電路中的數(shù)字電路處接收的用戶輸入經(jīng)由數(shù)字控制器為每個陣列選擇組件值。
[0124]雖然本文中已示出并描述了特定實施方案，但是本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應明白，對于所示出的特定實施方案來說，意圖實現(xiàn)相同目的的任何配置可以被替代。例如，在一些實施方案中可使用切換電容器網(wǎng)絡以模擬電阻器。因此，顯然希望本發(fā)明只受限于權(quán)利要求和其等效物。
【權(quán)利要求】
1.一種多相穩(wěn)壓器集成電路,其包括: 控制電路，其驅(qū)動至少兩個電源開關(guān)以在至少兩個電感器/電容器(LC)電路的共同輸出端處提供穩(wěn)定電壓，每個LC電路耦接到各自電源開關(guān)； 誤差放大器，其具有耦接到表示所述穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號的第一輸入端和耦接到參考信號的第二輸入端；和 內(nèi)部補償網(wǎng)絡，其耦接到所述誤差放大器的輸出端且被配置來提供補償電壓； 其中所述內(nèi)部補償網(wǎng) 絡包括一個或多個數(shù)字化可編程電阻器陣列和一個或多個數(shù)字化可編程電容器陣列，每個陣列提供多個用戶可選擇組件值； 其中所述一個或多個數(shù)字化可編程電容器陣列中的至少一個被配置來基于所述多相穩(wěn)壓器的若干有效相位的變化來動態(tài)地改變所述各自數(shù)字化可編程電容器陣列的電容值； 其中所述控制電路包括被配置來基于所述補償電壓來穩(wěn)定所述輸出電壓的脈沖調(diào)制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相穩(wěn)壓器集成電路，其中被配置來基于所述若干有效相位的變化來改變所述電容值的所述至少一個數(shù)字化可編程電容器陣列包括: 多個電容器； 多個開關(guān)，所述多個開關(guān)中的每個耦接到所述多個電容器中的各自電容器； 共同連接點；和 緩沖器； 其中所述多個開關(guān)中的每個被配置來切換所述共同連接點與所述緩沖器之間的所述各自電容器； 其中耦接到所述共同連接點的每個電容器促成所述至少一個數(shù)字化可編程電容器陣列的所述電容值；且 其中所述緩沖器被配置來將耦接到所述緩沖器的每個電容器驅(qū)動到與耦接到所述共同連接點的每個電容器相同的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相穩(wěn)壓器集成電路，其還包括電流乘法器，其耦接到所述一個或多個電容器陣列中的各自電容器陣列以乘以所述各自電容器陣列的有效電容值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相穩(wěn)壓器集成電路，其中所述電流乘法器包括: 放大器，其具有耦接到參考電壓的輸入端和耦接到所述各自電容器陣列的一端的輸出端；和 耦接到所述放大器的第一電流鏡和第二電流鏡，其中所述各自電容器陣列的所述有效電容值乘以耦接到所述放大器的所述第一電流鏡和所述第二電流鏡的電流增益。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相穩(wěn)壓器集成電路，其中所述電流乘法器包括電壓緩沖放大器，所述電壓緩沖放大器耦接到被分成兩個并聯(lián)有效電阻器的所述電阻器陣列中的各自電阻器陣列和所述各自電容器陣列使得所述各自電容器陣列的所述有效電容值是所述兩個并聯(lián)有效電阻器的有效值的函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多相穩(wěn)壓器集成電路，其中所述兩個并聯(lián)有效電阻器中的每個的所述有效值是可變的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相穩(wěn)壓器集成電路，其還包括數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器包括: 輸入端，其被配置來接收指示所述多相穩(wěn)壓器的常規(guī)操作期間的用戶輸入的信號；和邏輯電路，其被配置來在所述多相穩(wěn)壓器的常規(guī)操作期間控制所述補償網(wǎng)絡以基于所述接收的信號選擇由所述至少一個電阻器陣列和所述至少一個電容器陣列提供的各自組件值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓器集成電路，其中所述誤差放大器被配置來基于所述參考電壓與所述反饋信號的比較來輸出電壓差； 其中所述補償網(wǎng)絡包括: 第一電流鏡和第二電流鏡，其被配置來調(diào)整并反相自所述誤差放大器的電流輸出，所述調(diào)整且反相的電流驅(qū)動無緩沖的補償電壓； 第一電阻器陣列； 第二電阻器陣列和第一電容器陣列的第一串聯(lián)組合，把所述電壓差施加到所述第一電阻器陣列和所述第一串聯(lián)組合的兩端； 第二電容器陣列； 第三電阻器陣列和第三電容器陣列的第二串聯(lián)組合，所述第二電容器陣列和所述第二串聯(lián)組合被耦接以接收所述無緩沖的補償電壓；和 電壓緩沖放大器，其具有被耦接以接收所述無緩沖的補償電壓的輸入端和將所述補償電壓提供給所述脈沖調(diào)制器的輸出端； 其中所述第一電阻器陣列、第二電阻器陣列、第三電阻器陣列、第一電容器陣列、第二電容器陣列和第三電容器陣列的各自組件值設(shè)置增益和相位特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的穩(wěn)壓器集成電路，其還包括: 放大器，其耦接在所述第一電阻器陣列與所述誤差放大器的所述輸出端之間；和第三電流鏡和第四電流鏡，其耦接到所述放大器且被配置來乘以通過所述第一電阻器陣列的電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓器集成電路，其中所述多個電阻器陣列中的至少一個電阻器陣列或所述多個電容器陣列中的至少一個電容器陣列中的所述多個用戶可選擇值中的每個被設(shè)置成比下一個較低值高恒定百分比。
11.一種系統(tǒng)，其包括: 電源，其被配置來提供電壓信號； 多相穩(wěn)壓器，其被配置來穩(wěn)定來自所述電源的所述電壓信號；和 負載，其耦接到所述穩(wěn)壓器以接收穩(wěn)定電壓信號； 其中所述多相穩(wěn)壓器包括集成電路，所述集成電路包括: 差分放大器，其被配置來基于參考電壓和表不所述多相穩(wěn)壓器的輸出端處的穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號的比較來輸出電壓差；和 補償網(wǎng)絡，其耦接到所述差分放大器的輸出端且被配置來提供用于穩(wěn)定所述輸出電壓的補償電壓； 其中所述補償網(wǎng)絡包括至少一個數(shù)字化可編程電阻器陣列和至少一個數(shù)字化可編程電容器陣列，每個陣列提供多個用戶可選擇組件值以設(shè)置增益和相位特性； 其中所述一個或多個數(shù)字化可編程電容器陣列中的至少一個被配置來基于所述多相穩(wěn)壓器的若干有效相位的變化來動態(tài)地改變所述各自數(shù)字化可編程電容器陣列的電容值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中被配置來基于所述若干有效相位的變化來改變所述電容值的所述至少一個數(shù)字化可編程電容器陣列包括: 多個電容器； 多個開關(guān)，所述多個開關(guān)中的每個耦接到所述多個電容器中的各自電容器； 共同連接點；和 緩沖器； 其中所述多個開關(guān)中的每個被配置來切換所述共同連接點與所述緩沖器之間的所述各自電容器； 其中耦接到所述共同連接點的每個電容器促成所述至少一個數(shù)字化可編程電容器陣列的所述電容值；且 其中所述緩沖器被配置來將耦接到所述緩沖器的每個電容器驅(qū)動到與耦接到所述共同連接點的每個電容器相同的電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述多相穩(wěn)壓器還包括電流乘法器，所述電流乘法器耦接到所述一個或多個電容器陣列中的各自電容器陣列以乘以所述各自電容器陣列的有效電容值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述電流乘法器包括: 放大器，其具有耦接到參考電壓的輸入端和耦接到所述各自電容器陣列的一端的輸出端；和 耦接到所述放大器的第一電流鏡和第二電流鏡，其中所述各自電容器陣列的所述有效電容值乘以耦接到所述放大器的所述第一電流鏡和所述第二電流鏡的電流增益。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述電流乘法器包括電壓緩沖放大器，所述電壓緩沖放大器耦接到被分成兩個并聯(lián)有效電阻器的所述電阻器陣列中的各自電阻器陣列和所述各自電容器陣列使得所述各自電容器陣列的所述有效電容值是所述兩個并聯(lián)有效電阻器的有效值的函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述兩個并聯(lián)有效電阻器中的每個的所述有效值是可變的。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述多相穩(wěn)壓器的所述集成電路還包括:數(shù)字控制器，其具有被配置來接收指示用戶輸入的信號的輸入端，所述數(shù)字控制器還包括邏輯電路，所述邏輯電路被配置來控制所述補償網(wǎng)絡以基于所述接收的信號選擇由所述至少一個數(shù)字化可編程電阻器陣列和所述至少一個數(shù)字化可編程電容器陣列提供的各自組件值。
18.—種從多相穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定輸出電壓的方法,所述方法包括:比較參考電壓與表示集成電路中差分放大器中的穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號以產(chǎn)生電壓差； 基于所述電壓差在所述集成電路中的補償網(wǎng)絡中產(chǎn)生補償電壓，所述補償網(wǎng)絡包括至少一個數(shù)字化可編程電阻器陣列和一個或多個數(shù)字化可編程電容器陣列，每個陣列提供多個用戶可選擇組件值以設(shè)置增益和相位特性； 使用所述集成電路中的脈沖調(diào)制器基于所述補償電壓來穩(wěn)定所述輸出電壓；響應于負載狀況或操作模式的變化而改變所述多相穩(wěn)壓器的若干有效相位；和基于所述多相穩(wěn)壓器的所述若干有效相位的變化來動態(tài)地改變所述一個或多個數(shù)字化可編程電容器陣列中的至少一個的電容值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其還包括: 經(jīng)由所述集成電路中的數(shù)字控制器基于所述數(shù)字控制器處接收的用戶輸入為每個陣列選擇組件值。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其還包括: 使用電流 乘法器乘以每個各自電容器陣列的有效電容值。
【文檔編號】H02M3/157GK104052282SQ201410092975
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】R·H·愛沙姆 申請人:英特賽爾美國有限公司