CN100576130C - 电源管理系统 - Google Patents

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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Abstract

集成电路(103)具有多个集成电路部分(111，113和115)，其中多个集成电路部分的每一个接收多个电压的相应电压。选择电路(127和123)选择多个电压的被选电压，以及提供被选电压的示数以调整到集成电路的电源电压。在一个实施例中，该示数可以对应于与被选电压成比例的模拟信号，例如处在被选电压或处在小于或大于被选电压的电压。在一个实施例中，被选电压对应于多个电压的最大电压，这可以根据多个电压的测定或根据设置多个电压的多个电压电平表示字来选择。电源系统(105)，连接到集成电路，可以用来接收被选电压的示数并根据该示数调整电源电压。

Description

电源管理系统
技术领域
本发明一般涉及集成电路，并且特别涉及用于集成电路的电源管理系统。
背景技术
集成电路利用电源来操作。对一些集成电路，集成电路的不同电路部分具有不同的电压操作要求。例如，可以对集成电路的不同电路部分按不同电压电平来加电。对这些集成电路的一些，期望在操作期间能改变对不同电路部分的每一个所供给电能的电压，以便提高集成电路的整体电能效率，和/或减少集成电路的热输出。
通过一些系统，期望降低供给集成电路的电能电压和供给集成电路的不同电路部分的电压之间的差值，以便提高集成电路的电能效率。然而，因为供给不同电路部分的电压可以在操作期间改变，因此集成电路的电源的电压必须足够高，以满足对不同电路部分的任何一个供给最大可能电压。这样，要满足该最大电压需求可能会降低集成电路的电能效率。
因此希望有一种具有改进电能效率的、用于电子系统的电源管理系统。
附图说明
通过参考附图，可以更好地理解本发明，并且对本领域的技术人员来说，其多个目的、特征和优点将变得显而易见。
图1是根据本发明的电子系统的实施例的框图。
图2是根据本发明的电子系统的另一实施例的框图。
在不同图中使用相同的标记来表示相同的零件，除非另外特别指出。
具体实施方式
下文阐述用于实施本发明的模式的详细描述。说明书用来示例说明本发明，并且不应当视为限制。
图1是根据本发明的电子系统的框图。电子系统101包括集成电路103，用于执行电子系统的操作。在一个实施例中，系统101是手持蜂窝电话，以及集成电路103是基带ICU(集成电路单元)芯片，包括调制解调器电路，诸如数字信号处理器(DSP)和微控制器单元(MCU)。在其他实施例中，电子系统101是计算机系统，诸如例如个人数字助理(PDA)或膝上型计算机，其中集成电路103是中央处理单元芯片。在一个实施例中，集成电路103实现CMOS技术。
如图1所示，集成电路103包括三个集成电路部分，分别从集成电路的电压调节器以稳定电压对其提供电能。集成电路部分A 111从调节器A 117以电压VA接收电能，集成电路部分B 113从调节器B 119以电压VB接收电能，以及集成电路部分C 115从调节器C 121以电压VC接收电能。在所示的实施例中，集成电路部分A 111是集成电路103的核心处理单元。在一个实施例中，电路部分(111，113和115)的每一个表示独立的电压-频率段。在一个实施例中，集成电路A 111包括MCU，电路部分B 113包括DSP，以及电路部分C 115包括存储器。
集成电路103经管脚141从电源系统105以电源电压(VDD)接收操作电能。在其他实施例中，集成电路103的电源输入可以包括在集成电路103中内部连接在一起的多个管脚。如稍后所述，集成电路103包括电路，用于从VA、VB和VC的一个选择电压，以及将该电压的示数作为输出提供给电源系统105以便调整VDD的电压。
调节器117、119和121经管脚141分别从电源系统105接收电能，并且以电压VDD把该电能转换成所期望的输出电压(VA、VB或VC)，用于它的各个电路部分(电路部分A、电路部分B和电路部分C)。调节器117、119和121分别包括输入端(input)，用于从寄存器125接收控制信号(CA、CB和CC)，所述控制信号用于设置调节器输出的电压。控制信号CA、CB和CC是电压电平指示字(indicator)，表示对接收该控制信号的调节器的所期望的输出电压。通过用由调节器接收的控制信号(CA、CB或CC)所指示的电压，设置每个调节器(117，119和121)的输出电压(VA，VB和VC)。在一些实施例中，调节器117、119和121是线性调节器。在其他实施例中，可以用诸如例如MOSFET的开关设备来实现块117、119和121。
在集成电路103的操作期间，核心电路部分A 111通过经总线120将控制值写入寄存器125，可以单独地调整调节器117、119和121的输出的电压(VA，VB或VC)。因此，核心电路部分A 111能控制供给电路部分111、113和115的电能的电压以便增加集成电路103的电能效率。在一个实施例中，寄存器125是核心电路部分A 111的部分。
集成电路103包括电路，用于从VA、VB和VC的一个选择电压，以及将该电压的示数作为输出提供给电源系统105以便调整VDD的电压。在图1的实施例中，逻辑电路127从寄存器125接收控制信号CA、CB和CC并且基于这些控制信号，将特定状态的复用器控制信号128提供给复用器123。将调节器117、119和121的每一个输出输入到复用器123。基于复用器控制信号128的状态，复用器123在其输出端将调节器117、119或121的输出电压中的一个经管脚143提供给电源系统105。
在一个实施例中，按照控制信号CA、CB和CC所指示的，逻辑电路127基于三个调节器117、119和121中哪一个输出的电压是最高电压，来选择提供给电源系统105的调节器输出电压(VA，VB或VC)。例如，如果控制信号CA指示1.0V，控制信号CB指示0.8伏，以及控制信号CC指示1.2伏，逻辑电路127将复用器控制信号128设置到某个状态，以便控制复用器123将调节器121的输出的电压VC提供给电源系统105，在图1中表示为“Vmax”。
在所示的实施例中，按控制信号CA、CB和CC所指示的，电源系统105利用Vmax将电压VDD调整到足够高的电平，以满足VA、VB或VC的最高电压的需求。电源系统105使VDD比Vmax的电压(VA、VB或VC中的最大一个)高出一个偏移电压(Voff)。在一个例子中，如果Vmax等于1.0V和Voff为0.4，那么VDD等于1.4。在一个实施例中，Voff对应于调节器117、119和121的任何一个的两端最小压降的最大值。调节器两端的最小压降为其输入端(VDD)和其输出端(VA，VB，VC)间的最小压降，其中，调节器仍然是可操作的。通过一些线性调节器，最小压降可以具有与几百毫伏一样低的范围。
提供足够高的电源电压(即VDD)，来满足计划提供最大电压的集成电路的调节器的输入电压需求，可以使得即使在集成电路的操作期间集成电路的部分的电压需求发生改变，也能向集成电路提供最低可能VDD。对于一些实施例，可以调整Voff以便考虑系统101的其他压降或其他操作。在集成电路的操作期间提供最低可能VDD，可以使系统101按提高的电能效率操作。
此外，把所选择的供给集成电路部分的电压示数提供给电源系统，可以提供对电路部分供给电压的更精确的、实时的反馈，用于调整电源电压(VDD)。
电源系统105包括转换器131，用于将来自电池107的电能(其处于电压Vbatt)转换成处于VDD的稳定电能。在一个实施例中，转换器131包括具有补偿(buck)结构的开关调节器。转换器131具有输出端，以便向比较器133的输入端提供等于VDD-Voff的电压。比较器133的第二输入端接收Vmax。比较器133在其输出端将控制信号(控制)提供给转换器131，以便基于VDD-Voff与Vmax的比较，调整VDD。在一个实施例中，如果VDD-Voff大于Vmax，比较器133的输出是处于高电压的离散信号，以及如果Vmax大于VDD-Voff，比较器133的输出是处于低电压的离散信号。
在一个实施例中，在转换器131中硬件实现Voff的值。在其他实施例中，不管在系统101的组装期间，还是在某些实施例中，在系统101操作期间，经转换器131的编程输入端(未示出)，可对Voff编程。在所示的实施例中，电源系统105实现为集成电路。但在其他实施例中，也可以用单独的组件实现电源系统105。对其他实施例，电源系统105可以包括其他调节器(未示出)和电源管理电路(未示出)，用于向系统101的其他电路(未示出)提供电能，以及包括与电源管理无关的电路(未示出)。而且，在其他实施例中，可以将电源系统105配置成从其他类型的电源例如AC电源或太阳能源接收电能。
图2表示根据本发明的电子系统的另一实施例。电子系统201与图1的电子系统101类似，只是根据调节器(217、219和221)的输出端的测定电压(VA，VB，VC)，来选择由复用器223向电源系统205提供的调节器输出电压(VA，VB，或VC)。在图2中，模拟电路227包括连接到调节器217、219或221的输出端的输入端。根据在调节器217、219和221的输出端测定的电压，模拟电路227将复用器控制信号228设置到某个状态，以便选择调节器217、219和221的输出电压的一个以便在复用器223的输出端提供给电源系统205。在所示的实施例中，模拟电路227测定VA、VB或VC的哪一个是最高电压并把复用器223设置在某个状态，以便将VA、VB或VC的最高电压Vmax提供给电源系统205。
本领域的技术人员能够理解，根据这里的说明，可以对图1-2和在此所述的实施例做出几种改变。例如，尽管在图1和2中，提供给电源系统(105和205)的电压(Vmax)是模拟信号。可以修改图1和2的系统以便提供所选择的调节器117、119和121的输出电压的电压数字信号。例如，在图1中，模数转换器可位于复用器123的输出端。在另一实施例中，Vmax可以处于与所选择的调节器117、119和121的输出电压的电压成比例的、和小于或大于所选择的调节器117、119和121的输出电压的电压。其他实施例可以包括电路，用于从不同于图1和2所示三个电压的多个电压中进行选择。
在本发明的一个方面中，一种集成电路包括：输入端，以便按电源电压接收电能；以及多个集成电路部分，每个接收多个电压的相应电压。该集成电路还包括选择电路，选择多个电压中被选中的一个，并提供多个电压中所选择的一个的示数，以便调整电源电压。
在本发明的另一方面中，一种电子系统包括：集成电路，具有输入端，以便按电源电压接收电能；多个集成电路部分，每个接收多个电压的相应电压；以及选择电路，选择多个电压中被选中的一个，并提供多个电压中所选择的一个的示数。该电子系统还包括连接到所述集成电路的电源系统，所述电源系统基于由选择电路提供的多个电压中所选择的一个的示数来调整电源电压。
在本发明的另一方面，用于管理电子系统中的电源的方法包括：以电源电压加电集成电路，以及对该集成电路的多个集成电路部分的每个集成电路部分提供多个电压的相应电压。该方法还包括选择多个电压中被选中的一个，以及使用多个电压的所述被选中的一个来调整电源电压。
尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，本领域的技术人员能够理解，根据这里的说明，在不背离本发明及其更宽方面的前提下，可以做出进一步的改变和改进，因此，落入本发明的实际精神和范围内的所有这些改变和改进都包含在本发明权利要求的范围内。

Claims (30)

1.一种集成电路，包括：
输入端，按电源电压接收电能；
多个集成电路部分，分别接收多个电压中的相应电压；
选择电路，选择多个电压的被选中一个，以及提供所述多个电压中被选中一个的示数，以便调整电源电压。
2.如权利要求1所述的集成电路，其中，所述选择电路根据所述多个电压的至少一部分的测定来选择所述多个电压的被选中一个。
3.如权利要求2所述的集成电路，其中，所述多个电压的所述被选中一个对应于从所述多个电压的所述部分测定的最大电压。
4.如权利要求1所述的集成电路，进一步包括：
存储电路，用于存储用来设置所述多个电压的每一个的多个电压电平指示字，并且其中，所述选择电路根据所述多个电压电平指示字，选择所述多个电压的被选中一个。
5.如权利要求4所述的集成电路，其中，所述选择电路确定所述多个电压电平指示字中的哪一个表示所述多个电压的最大电压，以及其中，所述多个电压的被选中一个对应于指示最大电压的所述多个电压电平指示字中的一个。
6.如权利要求1所述的集成电路，进一步包括：
多个电压调节器，每个都具有接收电源电压的输入端和提供多个电压的相应一个的输出端。
7.如权利要求6所述的集成电路，其中，所述多个电压调节器的每一个具有压降，并且根据所述压降和所述多个电压的被选中一个来调整电源电压。
8.如权利要求1所述的集成电路，其中，所述多个电压的被选中一个对应于所述多个电压的最大电压。
9.如权利要求1所述的集成电路，进一步包括：
多个开关设备，每个都具有所连接的用来接收电源电压的第一电流电极，以及所连接的用来提供所述多个电压的相应一个的第二电流电极。
10.如权利要求1所述的集成电路，其中，向所述集成电路之外的电源系统提供所述多个电压的被选中一个的示数，所述电源系统根据所述多个电压的被选中一个的示数来调整所述电源电压。
11.如权利要求1所述的集成电路，其中，所述示数是具有与所述多个电压的被选中一个成比例的电压的模拟信号。
12.如权利要求11所述的集成电路，其中，所述多个电压的被选中一个的示数是所述多个电压的被选中一个。
13.如权利要求1所述的集成电路，进一步包括：
复用器电路，具有用于接收所述多个电压的多个输入端和用于提供所述多个电压的被选中一个的输出端。
14.一种电子系统，包括：
集成电路，具有：输入端，按电源电压接收电能；多个集成电路部分，分别接收多个电压的相应电压；以及选择电路，选择所述多个电压的被选中一个，并且提供所述多个电压的被选中一个的示数；以及
电源系统，连接到所述集成电路，其中，所述电源系统根据由所述选择电路提供的多个电压的被选中一个的示数来调整电源电压。
15.如权利要求14所述的电子系统，其中，所述选择电路根据所述多个电压的至少一部分的测定来选择所述多个电压的被选中一个。
16.如权利要求15所述的电子系统，其中，所述多个电压的被选中一个对应于从所述多个电压的所述部分测定的最大电压。
17.如权利要求14所述的电子系统，进一步包括：
存储电路，存储用来设置多个电压的每一个的多个电压电平指示字，并且其中，所述选择电路根据所述多个电压电平指示字，选择所述多个电压的被选中一个。
18.如权利要求17所述的电子系统，其中，所述选择电路确定所述多个电压电平指示字的哪一个指示所述多个电压的最大电压，并且其中，所述多个电压的被选中一个对应于所述指示最大电压的多个电压电平指示字中的一个。
19.如权利要求14所述的电子系统，其中，所述电源系统进一步包括：
比较电路，根据所述电源电压，将所述多个电压的被选中一个的示数与基准电压进行比较，并输出控制信号；以及
转换器，具有提供电源电压的输出端，其中，所述转换器根据所述控制信号调整所述电源电压。
20.如权利要求14所述的电子系统，其中，所述多个电压的被选中一个的示数是与所述多个电压的被选中一个成比例的电压的模拟信号。
21.如权利要求20所述的电子系统，其中，所述多个电压的被选中一个的示数是所述多个电压的被选中一个。
22.如权利要求21所述的电子系统，其中，所述模拟信号的电压处于所述多个电压的被选中一个。
23.如权利要求14所述的电子系统，其特征在于，所述多个电压的被选中一个对应于所述多个电压的最大电压。
24.一种手持电子设备，包括如权利要求14所述的电子系统。
25.一种用于管理电子系统中的电源的方法，包括：
按电源电压加电集成电路；
对所述集成电路的多个集成电路部分的每个集成电路部分提供多个电压的相应电压；
选择所述多个电压的被选中一个；以及
使用所述多个电压的被选中一个来调整电源电压。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述多个电压的被选中一个对应于所述多个电压的最大电压。
27.如权利要求25所述的方法，其中，所述多个电压的被选中一个对应于指示所述多个电压的最大电压的电压电平指示字。
28.如权利要求27所述的方法，其中，指示最大电压的所述电压电平指示字是多个电压电平指示字中的一个，并且其中，所述多个电压电平指示字的每个电压电平指示字设置所述多个电压的电压。
29.如权利要求27所述的方法，进一步包括：
根据所述电源电压，将所述多个电压的被选中一个与基准电压进行比较；以及
响应比较，调整电源电压。
30.如权利要求25所述的方法，其中，提供相应的电压，包括以所述相应的电压来加电每个集成电路部分。
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