CN101036102B - 对向集成电路供电的并联连接调压器的控制 - Google Patents

对向集成电路供电的并联连接调压器的控制 Download PDF

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Abstract

一种装置包括被控制以提供与基准电压相匹配的输出电压的第一调压器。该装置还包括与第一调压器的输出相耦合并且被控制以使得从第一调压器输出的电流最小的第二调压器。

Description

对向集成电路供电的并联连接调压器的控制
背景
诸如微处理器之类的集成电路(IC)的电源需求通常经由调压器(VR)提供。然而，在IC用调压器的设计中存在相矛盾的目标。一方面，热设计电流(TDC)规范要求VR内一定程度的效率。另一方面，瞬变负载线(LL)规范要求VR的快速响应时间。因为VR内的快速响应时间通常以效率为代价，所以通常无法同时优化VR的效率和响应时间。
已经提出了双VR解决方案，但是双VR的控制装置过分复杂而且不能令人满意。
附图简述
图1是根据某些实施例提供的以便为IC供电的双调压器的概念性示意图。
图2是比较图1的双VR与常规VR的模拟电压波形的图示。
图3是比较图1的双VR的组成部分与常规VR的模拟电流波形的图示。
图4是根据某些实施例的系统的平面图。
图5是可以作为系统的其他实施例的一部分的IC封装的示意性平面图。
详细描述
图1是根据某些实施例提供的以便为IC(未在图1中示出)供电的双调压器10的概念性示意图。在某些实施例中，IC可以是常规的微处理器。
双调压器10可以包括具备相对较快的响应的第一调压器12，以及具备较慢响应的第二调压器14。第一调压器12和第二调压器14可彼此并联耦合以向IC提供已调电源。
第一调压器12包括允许该第一调压器12具备快速响应时间的控制装置16和电路18。电路18接收已调或未调电源输入(例如，额定12伏)。在某些实施例中，第一调压器12可以是开关转换器，在此情况下电路18可包括振荡器以及一个或多个功率晶体管(都没有单独示出)。根据开关转换器的常规布局，振荡器可以由控制装置16控制并且可以进而控制功率晶体管。振荡器的开关频率和/或其他参数可以被优化以满足用于IC的瞬变LL规范。
电路18可以经由电感器22耦合至双VR10的输出端20。一个电容器24(或一个以上电容器)耦合在输出端20和地之间。输出端20耦合到IC并用作IC用的已调电源。
用于第一调压器12的控制装置16被示为带反馈的运算放大器，但是也可以提供其他装置。该控制装置可以耦合至双VR10的输出端20以接收该双VR的输出电压作为反馈信号。第一调压器12的控制装置16还接收来自IC的基准电压信号(通常被称为“VID”)作为其另一输入。于是，该VID信号就代表基准电压，并且控制装置16将双VR 10的输出电压与该基准电压进行比较。第一调压器12被控制以提供与该基准电压相匹配的输出电压。在第一调压器12是开关转换器的实施例中，控制装置16控制第一调压器12的占空比以使双VR10输出电压与该基准电压相匹配。
在其他实施例中，第一调压器12可以被配置为线性转换器，在此情况下可以省略电感器22并且在要求第一调压器12在其输出处具备负向电流时可在电路18内提供用于开关接地的装置。
第二调压器14包括控制装置26和电路28，它们使得第二调压器14具备比第一调压器12更慢的响应时间。电路28接收与第一调压器12的电路18相同的已调或未调电源输入。第二调压器12可以是开关转换器(例如，“降压”转换器(buckconverer))，于是电路28可以包括振荡器以及一个或多个功率晶体管(都没有单独示出)。振荡器可以由控制装置26控制并且还可以进而控制功率晶体管。振荡器的开关频率和/或其他参数可以被优化以使得第二调压器14更具供电效率。假设第一调压器12也是开关转换器，则第二调压器14的开关频率可以比第一调压器12的开关频率更慢。
电路28可以经由电感器30耦合至双VR10的输出端20。
用于第二调压器14的控制装置26被示为带反馈的运算放大器，但是也可以提供其他装置。来自第一调压器12的电路18的输出电流被采样或检测以提供指示第一调压器12的输出电流的信号。第二调压器14的控制装置26耦合至第一调压器12的电路18的输出以接收第一调压器12的输出电流电平作为反馈信号。第二调压器14的控制装置26的另一输入接地。因此，第二调压器就被控制以使得从第一调压器输出的电流最小。第二调压器14的控制装置26控制第二调压器14的占空比以使第一调压器12的输出电流保持尽可能接近零。
在操作中，响应时间相对较慢且效率相对较高的第二调压器14提供用于IC的静态负载电流的大部分。响应时间相对较快的第一调压器12提供响应于IC负载变化所需的瞬变电流尖脉冲。因为第二调压器14用来使得由第一调压器12提供的电流源最小，所以就使得第一调压器12的相对较低的效率的影响最小，并使得双调压器10作为一整体具备高效率。同时，双调压器10依靠第一调压器12的快速响应而能够具备对负载变化的快速响应。
图2是比较双VR10与常规VR(未示出)的模拟电压波形的图示。在图2中，轨迹40是双VR10的模拟电压波形，而轨迹42是常规单VR的模拟电压波形。注意到轨迹40的波峰与轨迹42的基本匹配，这表明双VR10在电源电压的尖脉冲和下降方面的性能与常规VR的性能基本匹配。
图3是比较第一调压器12、第二调压器14与前图所示的常规VR的模拟电流波形的图示。在图3中，轨迹50是第一调压器12的模拟电流波形；轨迹52是第二调压器14的模拟电流波形；而轨迹54是常规VR的模拟电流波形。从轨迹52中可注意到，第二调压器14提供连续电流中的大部分。如轨迹50所示，第一调压器12提供带有高di/dt(即，高电流变化率)的瞬变电流尖脉冲。相比之下，常规VR必须同时提供高连续电流和瞬变电流尖脉冲，并且以效率为代价实现以上目标。
图4是根据某些实施例的系统60的平面图。系统60包括双VR10、IC62、主板64、存储器66以及(未调的)电源68。系统60可包括台式计算平台的各个组件，而存储器66则可包括用于存储数据的任何种类的存储器，诸如单倍数据速率随机存取存储器、双倍数据速率随机存取存储器或者可编程只读存储器。IC62在某些实施例中可以是常规微处理器。存储器66耦合至IC62以便向IC62提供数据和/或程序指令。
双VR10可以经由数据信号路径70耦合至IC62。双VR10(尤其是图1中的第一VR12)可以经由数据信号路径70接收来自IC62的VID信号。还存在将IC62耦合至双VR10的电源信号连接72。双VR10经由该电源信号连接72向IC62供应已调电源。
电源68可向VR12的电路18以及VR14的电路28提供上述未调输入。
在某些实施例中，双VR和/或其组成调压器之一(VR12和/或VR14)可以直接由主板64支承或者可以位于由主板64支承的VR模块(未单独示出)中。在某些实施例中，VR12和14中的一个或两个可由IC封装80(图5)支承。例如，第一VR12可以如图5所示由IC封装80支承。虽然未在图5中示出，但是应该理解IC62也可以包含在IC封装80内，并且该IC封装80可由主板64支承(见图4，图5中未示出)。
在此描述的若干实施例仅出于举例说明的目的。在此描述的各个特征无需被同时使用，并且这些特征中的任何一个或多个都可以被结合在单个实施例中。因此，本领域普通技术人员将从该描述中认识到也可以用各种修改和变化来实现其它实施例。

Claims (20)

1.一种用于控制调压器的装置，包括：
第一调压器，它被控制以提供与基准电压相匹配的输出电压；以及
耦合至所述第一调压器的输出的第二调压器，它被控制以使得从所述第一调压器输出的电流最小，所述第二调压器包括运算放大控制电路，所述运算放大控制电路包括被耦合至所述第一调压器以接收第一调压器的输出电流电平作为反馈信号的第一输入和被接地的第二输入，所述运算放大控制电路用于对在第一输入接收到的所述输出电流电平和与第二输入相耦合的地电势进行比较。
2.如权利要求1所述的用于控制调压器的装置，其特征在于，所述第一调压器包括第一开关转换器，而所述第二调压器包括第二开关转换器。
3.如权利要求2所述的用于控制调压器的装置，其特征在于，所述第一开关转换器具有第一开关频率，而所述第二开关转换器具有比所述第一开关频率更慢的第二开关频率。
4.如权利要求1所述的用于控制调压器的装置，其特征在于，所述第一调压器包括线性转换器，而所述第二调压器包括开关转换器。
5.如权利要求1所述的用于控制调压器的装置，其特征在于，所述调压器中的至少一个由主板支承以向所述主板上的集成电路提供已调电源。
6.如权利要求1所述的用于控制调压器的装置，其特征在于，所述调压器中的至少一个由集成电路的封装支承以向所述集成电路提供已调电源。
7.如权利要求1所述的用于控制调压器的装置，其特征在于，所述第一和第二调压器彼此并联耦合以向集成电路提供已调电源。
8.如权利要求7所述的用于控制调压器的装置，其特征在于，所述集成电路是微处理器。
9.一种用于控制调压器的方法，包括：
控制第一调压器以提供与基准电压相匹配的输出电压；以及
控制第二调压器以使得从所述第一调压器输出的电流最小，所述第二调压器包括运算放大控制电路，所述运算放大控制电路包括被耦合以接收第一调压器的输出电流电平作为反馈信号的第一输入和被接地的第二输入，所述运算放大控制电路用于对在第一输入接收到的所述输出电流电平和与第二输入相耦合的地电势进行比较。
10.如权利要求9所述的用于控制调压器的方法，其特征在于，所述第一调压器包括第一开关转换器，而所述第二调压器包括第二开关转换器。
11.如权利要求10所述的用于控制调压器的方法，其特征在于，所述第一开关转换器具有第一开关频率，而所述第二开关转换器具有比所述第一开关频率更慢的第二开关频率。
12.如权利要求9所述的用于控制调压器的方法，其特征在于，所述第一调压器包括线性转换器，而所述第二调压器包括开关转换器。
13.如权利要求9所述的用于控制调压器的方法，其特征在于，所述调压器中的至少一个由主板支承以向所述主板上的集成电路提供已调电源。
14.如权利要求9所述的用于控制调压器的方法，其特征在于，所述调压器中的至少一个由集成电路的封装支承以向所述集成电路提供已调电源。
15.如权利要求9所述的用于控制调压器的方法，其特征在于，所述第一和第二调压器彼此并联耦合以向集成电路提供已调电源。
16.如权利要求15所述的用于控制调压器的方法，其特征在于，所述集成电路是微处理器。
17.一种用于控制调压器的系统，包括：
微处理器；
第一调压器，它耦合至所述微处理器以向所述微处理器提供与基准电压相匹配的电源电压；
第二调压器，它与所述第一调压器并联地耦合至所述微处理器并且被控制以使得从所述第一调压器输出的电流最小，所述第二调压器包括运算放大控制电路，所述运算放大控制电路包括被耦合以接收第一调压器的输出电流电平作为反馈信号的第一输入以及被接地的第二输入，所述运算放大控制电路用于对在第一输入接收到的所述输出电流电平和与第二输入相耦合的地电势进行比较；以及
耦合至所述微处理器的双倍速率存储器。
18.如权利要求17所述的用于控制调压器的系统，其特征在于，所述第一调压器包括第一开关转换器，而所述第二调压器包括第二开关转换器。
19.如权利要求18所述的用于控制调压器的系统，其特征在于，所述第一开关转换器具有第一开关频率，而所述第二开关转换器具有比所述第一开关频率更慢的第二开关频率。
20.如权利要求17所述的用于控制调压器的系统，其特征在于，所述第一调压器包括线性转换器，而所述第二调压器包括开关转换器。
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