CN101675521B - 阻抗可变的栅控去耦合单元 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供一种控制包括电源轨和接地轨的功率系统中的噪声的系统。该系统包括：MOS晶体管，与去耦合电容器串行耦合于电源轨与接地轨之间；以及电感封装连接，与MOS晶体管和去耦合电容器并行耦合到电源轨。MOS晶体管、去耦合电容器和电感封装连接的组合形成谐振电路。在操作期间，该系统确定在电源轨上的Vdd信号中是否有噪声。基于存在于Vdd信号中的噪声，该系统调节MOS晶体管的阻抗以减少谐振电路在兴趣频率(ω兴趣)附近的频率范围中的噪声而不造成在其它频率的切换噪声的不必要增加。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及电路。具体而言，本发明的实施例涉及阻抗可变的栅控去耦合单元的设计。
背景技术
集成电路技术的近来发展已经使设计者能够在半导体芯片上建立包括数字和模拟电路二者的复杂集成电路。“片上系统”(SOC)是这样一种集成电路，该集成电路包括使SOC能够执行广泛的各种功能的不同类型的电路。例如，SOC可以包括控制器、处理器、图形和音频处理器、收发器、联网设备、通信电路、存储器和其它类型的电路。这些功能性能力使SOC能够用于诸如蜂窝电话、个人数字助理、嵌入式系统、便携式计算机、媒体播放器、桌面型计算机、家用电子设备和电器、设备控制器之类的设备和许多其它设备中。
一般而言，SOC(以及实质上所有其它类型的半导体芯片)包括电源轨(rail)(惯称为Vdd)和接地轨(惯称为Vss)，这些轨通过电感封装连接从SOC单独地耦合到印刷电路板(PCB)功率平面以提供用于SOC的电源(和接地)。片上去耦合电容器常常耦合于电源轨与接地轨之间以滤除Vdd信号中的非所需高频噪声。(注意将电源轨上的信号称为“Vdd信号”。)视应用而定，去耦合电容器可以是金属-氧化物-硅(MOS)去耦合电容器、金属-绝缘体-金属(MIM)电容器、变容器(varactor)或者其它形式的去耦合电容器。例如，图1呈现了典型MOS去耦合电容器100的电路图。
遗憾的是，与Vdd的电感封装连接和片上去耦合电容器这一并行组合建立了一个谐振LC电路，该谐振LC电路在谐振频率(ω谐振)附近的频率范围中可以为高阻抗。因而，没有从Vdd信号中过滤在ω谐振附近的频率范围中的噪声。视应用而定，这一频率范围可以包括从ω谐振的数Hz内到ω谐振的数kHz、MHz或者GHz内的频率。
为了补救这一问题，一些设计者已经提出布置与去耦合电容器串行的耗散元件，比如定值电阻器。图2呈现了与MOS电容器200串行的电阻器202的电路图。遗憾的是，在消除ω谐振附近的噪声之时，这一技术可能减少去耦合电容器控制Vdd信号中在其它频率范围中的噪声的效率。在相关开发中，一些设计者已经提出添加与去耦合电容器串行的MOS晶体管以使系统能够在无需去耦合电容器时禁用通向去耦合电容器的电路路径。遗憾的是，在这些系统中的MOS晶体管为“导通”或者“截止”，而在MOS晶体管为导通的情况中，系统仍然可能经历在ω谐振附近的过量噪声。
因此，需要的是一种不受上述问题困扰的去耦合机制。
发明内容
本发明的实施例提供一种用于控制包括电源轨和接地轨的电源系统中的噪声的系统。该系统包括：(1)去耦合电容器，具有耦合到接地轨的第一引线；(2)MOS晶体管，与去耦合电容器串行耦合，其中MOS晶体管的源极耦合到电源轨，而MOS晶体管的漏极耦合到去耦合电容器上的第二引线；以及(3)电感封装连接，耦合到电源轨。MOS晶体管和去耦合电容器被配置成与电感封装连接并行，由此形成谐振电路。此外，该系统还包括：控制电路，其输入耦合到电源轨而其输出耦合到MOS晶体管的栅极。在操作期间，控制电路确定Vdd信号中的噪声。控制电路被配置成基于Vdd信号中的噪声来调节向MOS晶体管的栅极施加的电压，由此改变MOS晶体管的阻抗以减少谐振电路在兴趣频率(ω兴趣)附近的频率范围中的噪声而不造成在其它频率的切换噪声的不必要增加。注意，兴趣频率可以定义为电路可能经历Vdd信号中的噪声时的频率。例如，兴趣频率可以是谐振LC电路的谐振频率(ω谐振)或者在电路的操作频率(ω操作)附近的频率。
在本发明的一些实施例中，控制电路包括：(1)噪声感测机构，配置成监视Vdd信号并且输出至少一个信号，该至少一个信号代表Vdd信号在至少一个频率范围中的噪声；以及(2)确定机构，配置成从噪声感测机构接收至少一个信号并且调节向MOS晶体管的栅极施加的电压。
在本发明的一些实施例中，噪声感测机构被配置成输出Vdd信号中的噪声在ω兴趣附近的预定频率范围中的当前表示和Vdd信号中的噪声在Vdd信号的至少一个其它频率范围中的当前幅度。在这些实施例中，确定机构被配置成通过比较Vdd信号中的噪声在ω兴趣附近的预定频率范围中的当前幅度与Vdd信号中的噪声在ω兴趣附近的预定频率范围中的至少一个先前幅度，并且通过比较噪声在Vdd信号的至少一个其它频率范围中的当前幅度与噪声在Vdd信号的至少一个其它频率范围中的至少一个先前幅度来确定MOS晶体管的阻抗改变。
在本发明的一些实施例中，噪声感测机构被配置成将Vdd信号中的总噪声功率下变频转换成DC信号并且输出DC信号。在这些实施例中，确定机构被配置成通过比较DC信号的当前值与DC信号的至少一个先前值来确定Vdd信号中的噪声。
在本发明的一些实施例中，噪声感测机构被配置成检测Vdd信号的至少一个频率范围的幅度中的当前峰值并且输出当前峰值。。在这些实施例中，确定机构被配置成通过比较Vdd信号的至少一个频率范围的幅度中的当前峰值与先前峰值来确定MOS晶体管的阻抗。
在本发明的一些实施例中，当输出Vdd信号中的噪声在给定频率范围中的当前幅度时，噪声感测机构被配置成对Vdd信号中的噪声进行两次或者更多次采样并且计算当前幅度的值，该值代表Vdd信号中的噪声的两次或者更多次采样。例如，噪声感测机构可以计算累计值、平均值或者另一值。
在本发明的一些实施例中，控制电路被配置成增加MOS晶体管的阻抗以减少在ω兴趣附近的频率范围中的噪声或者减少MOS晶体管的阻抗以减少在其它频率的切换噪声。
在本发明的一些实施例中，去耦合电容器是金属-氧化物-硅(MOS)电容器、金属-绝缘体-金属(MIM)电容器或者变容器。
在去耦合电容器是MOS晶体管的本发明一些实施例中，MOS晶体管是NMOS，而去耦合电容器是PMOS。在去耦合电容器是MOS晶体管的本发明其它实施例中，MOS晶体管是PMOS，而去耦合电容器是NMOS。
在本发明的一些实施例中，MOS晶体管被配置成在线性区域中操作，其中向MOS晶体管的栅极施加的电压的改变产生MOS晶体管的阻抗成比例的改变。
本发明的实施例提供一种控制包括电源轨和接地轨的功率系统中的噪声的系统，其中去耦合电容器的第一引线耦合到接地轨，MOS晶体管与去耦合电容器串行耦合，MOS晶体管的源极耦合到电源轨，而MOS晶体管的漏极耦合到去耦合电容器上的第二引线，并且电感封装连接耦合到电源轨，并且其中MOS晶体管和去耦合电容器被配置成与电感封装连接并行，由此形成谐振电路。该系统通过确定在电源轨上的Vdd信号中是否有噪声来启动。然后基于Vdd信号中的噪声，该系统调节向MOS晶体管的栅极施加的电压，由此改变MOS晶体管的阻抗以减少谐振电路在ω兴趣附近的频率范围中的噪声而不造成在其它频率的切换噪声的不必要增加。
本发明的实施例提供一种用于控制包括电源轨和接地轨的功率系统中的噪声的半导体芯片。该SOC包括：(1)一组电路，耦合于电源轨与接地轨之间，其中电源轨和接地轨提供用于该组电路的电源和接地；(2)去耦合电容器，具有耦合到接地轨的第一引线；(3)MOS晶体管，与去耦合电容器串行耦合，其中MOS晶体管的源极耦合到电源轨，而MOS晶体管的漏极耦合到去耦合电容器的第二引线；以及(4)电感封装连接，耦合到电源轨。MOS晶体管和去耦合电容器被配置成与电感封装连接并行，由此形成谐振电路。此外，该系统包括：控制电路，其输入耦合到电源轨而其输出耦合到MOS晶体管的栅极。在操作期间，控制电路监视Vdd信号中的噪声。控制电路被配置成基于Vdd信号中的噪声来调节向MOS晶体管的栅极施加的电压，由此改变MOS晶体管的阻抗以减少谐振电路在ω兴趣附近的频率范围中的噪声而不造成在其它频率的切换噪声的不必要增加。
附图说明
图1呈现了典型MOS去耦合电容器的电路图。
图2呈现了与MOS电容器串行的电阻器的电路图。
图3呈现了对根据本发明实施例的示例性片上系统(SOC)进行图示的框图。
图4呈现了根据本发明实施例的阻抗可变的去耦合电容器单元的电路图。
图5呈现了对根据本发明实施例的原始阻抗和调节的阻抗进行图示的曲线图。
图6呈现了根据本发明实施例的控制电路的框图。
图7呈现了对根据本发明实施例的耦合到Vdd信号的阻抗可变的去耦合电容器单元中一连串MOS晶体管阻抗调节的效果进行图示的曲线图。
图8呈现了对根据本发明实施例的对Vdd信号中的噪声进行控制的过程进行图示的流程图。
具体实施方式
给出以下描述以使本领域技术人员能够实现和利用本发明，并且在特定应用及其要求的背景中提供该描述。公开的实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且这里限定的一般原理可以适用于其它实施例和应用而不脱离本发明的精神实质和范围。因此，本发明并不限于所示实施例而是将被赋予与权利要求一致的最广范围。
概述
本发明的实施例提供一种阻抗可变的去耦合电容器单元，该单元可以用来减少许多不同类型的半导体芯片中的功率系统噪声，诸如“片上系统”(SOC)、处理器、专用集成电路(ASIC)或者包括集成电路的另一类半导体芯片中的功率系统噪声。
阻抗可变的去耦合电容器单元包括与去耦合电容器串行耦合的MOS晶体管，其中该串行对耦合于半导体芯片上的Vdd信号与Vss信号之间。通过调节阻抗可变的去耦合电容器单元内的MOS晶体管的阻抗，这些实施例可以改变由与一组电感封装连接并行的去耦合电容器形成的谐振LC电路的阻抗，由此减少Vdd信号中在兴趣频率(ω兴趣)附近的噪声。注意兴趣频率可以定义为电路可能经历Vdd信号中的噪声时的频率。例如，兴趣频率可以是电路的谐振频率(ω谐 振)或者在电路的操作频率(ω操作)附近的频率。
在本发明的实施例中，控制MOS晶体管的阻抗的控制电路监视Vdd信号中的噪声。监视电路改变MOS晶体管的阻抗，以使Vdd信号中的当前被监视噪声与在MOS晶体管的先前阻抗调节时检测到的噪声相比为最小。
在本发明的一些实施例中，当监视Vdd信号上的噪声时，控制电路监视Vdd信号中的在多个频率范围中的噪声。在这些实施例中，控制电路可以调节MOS晶体管的阻抗以使一个或者多个频率范围中的噪声最小。例如，控制电路可以监视在ω兴趣附近的频率范围中的噪声和在ω备用附近的另一频率范围中的噪声。根据半导体芯片和其中使用半导体芯片的系统，在ω兴趣附近的频率范围可以包括从ω兴趣的数Hz内到ω兴趣的数kHz、MHz或者GHz内的频率。
在一个替代实施例中，控制电路通过将所有噪声下变频转换成直流(DC)(例如使用二极管)来监视总噪声。
在本发明的实施例中，控制电路包括模拟电路。然而在替代实施例中，控制电路的一些或者全部包括数字电路。
片上系统
图3呈现了对根据本发明实施例的示例性片上系统(SOC)300进行图示的框图。SOC 300包括电路302和304以及阻抗可变的去耦合电容器单元301。SOC 300也包括具有用于向电路302和304供应电源(和接地)的电源轨(即Vdd信号)和接地轨(即Vss信号)的封装系统。
应该注意的是，虽然在SOC 300的上下文中描述了本发明的实施例，但是在替代实施例中阻抗可变的去耦合电容器单元301可以与不同类型的半导体芯片一起使用。例如，阻抗可变的去耦合电容器单元301可以用于处理器、逻辑芯片、存储器芯片、ASIC、模拟芯片和其它类型的半导体芯片中。此外，虽然使用Vdd信号中的噪声来描述本发明的实施例，但是本发明的实施例可以用来利用相同原理来减少其它形式的信号噪声。
SOC(比如SOC 300)一般用于电子设备中，诸如蜂窝电话、个人数字助理、嵌入式系统、便携计算机、媒体播放器、电子游戏系统、桌面型计算机、家用电子设备和电器、设备控制器和其它设备。根据SOC 300既定用于的设备，电路302和304可以包括执行不同功能的数字和/或模拟电路。例如，电路302和304可以包括控制器、处理器、图形和音频处理器、收发器、联网设备、通信电路、存储器、检测器、逻辑电路、RF发送器电路、显示驱动器、全球位置传感器(GPS)电路、数字信号处理器、加密电路、模拟电路和其它电路。
在本发明的一些实施例中，SOC 300包括可以用来减少功率消耗的电路，比如栅控功率和/或时钟分布系统(未示出)。在这些实施例中，当SOC 300的一部分电路未使用时，SOC 300可以防止未使用的电路汲取功率或者用作为时钟分发系统上的负载。例如，SOC300可以包括用以向电路302阻断Vdd信号的功率栅控电路。因此在操作期间，电路302可以从空闲状态切换到活跃状态，这可能造成Vdd信号的电压波动。
阻抗可变的去耦合电容器单元301耦合于Vdd与Vss之间以从Vdd信号过滤噪声。就内部而言，阻抗可变的去耦合电容器单元301包括串行的去耦合电容器404(见图4)和MOS晶体管402以及从MOS晶体管402的栅极连接耦合到外部控制电路406的信号。注意，去耦合电容器404可以是金属-氧化物-硅(MOS)去耦合电容器、金属-绝缘体-金属(MiM)电容器、变容器或者另一形式的去耦合电容器。
基于Vdd信号中的噪声，控制电路406调节与MOS晶体管402的栅极连接耦合的信号的电压值以调节MOS晶体管402的阻抗，由此改变谐振电路的阻抗。例如，控制电路406可以增加MOS晶体管402的阻抗以减少谐振电路在兴趣频率(ω兴趣)附近的频率范围中的总阻抗，或者可以减少MOS晶体管402的阻抗以减少谐振电路在一个或者多个其它频率的阻抗。注意ω兴趣可以定义为电路可能经历Vdd信号中的噪声的频率。例如，兴趣频率可以是电路的谐振频率(ω谐 振)或者在电路的操作频率(ω操作)附近的频率。此外，应该注意的是，视SOC和应用而定，在ω兴趣附近的频率范围可以包括从ω谐振的数Hz内到ω兴趣的数kHz、MHz或者GHz内的频率。
虽然公开了本发明的包括一个阻抗可变的去耦合电容器单元301的实施例，但是SOC 300可以包括任何数目的阻抗可变的去耦合电容器单元301。例如，SOC 300可以包括数以百计或者数以千计的阻抗可变的去耦合电容器单元301。此外，一个控制电路406可以同时控制多个阻抗可变的去耦合电容器单元301中的MOS晶体管402。在这一情况下，每个阻抗可变的去耦合电容器单元301包括MOS晶体管402和去耦合电容器404的串行对，但是一个控制电路406同时调节多个阻抗可变的去耦合电容器单元301中的MOS晶体管402的阻抗。
电路
图4呈现了根据本发明实施例的阻抗可变的去耦合电容器单元301的电路图。这一阻抗可变的去耦合电容器单元301包括MOS晶体管402和去耦合电容器404。注意去耦合电容器404可以是MOS去耦合电容器、MiM电容器、变容器或者另一形式的去耦合电容器。
在本发明的实施例中，MOS晶体管402可以是这样的PMOS器件，其栅极连接耦合到控制电路406、漏极连接耦合到去耦合电容器404而源极连接耦合到Vdd信号。在操作期间，MOS晶体管402在晶体管的电流-电压特征曲线的三极管(或线性)区域中工作。在线性区域中，可以通过变化栅极与源极电压之差来控制MOS晶体管402的阻抗。因此，假设MOS晶体管402是PMOS器件，控制电路406可以减少MOS晶体管402的栅极连接上的电压(以与MOS晶体管402的源极连接耦合的电压Vdd为参照)，以减少MOS晶体管402的阻抗。
调节MOS晶体管402的阻抗改变由与SOC 300的封装电感并行的MOS晶体管402和去耦合电容器404这一串行组合建立的谐振电路的阻尼常数。随着阻尼常数增加，谐振电路在ω兴趣附近的频率范围中的阻抗减少，从而促成Vdd信号在ω兴趣附近的频率范围中噪声更少。然而，随着MOS晶体管402的阻抗增加，谐振电路在ω兴趣附近的频率范围外的频率处的阻抗也增加。这可能增加Vdd信号在这些频率处的切换噪声。因此，本发明的实施例监视两个或者更多兴趣频带中的噪声并且动态地调节MOS晶体管402的阻抗，以使Vdd信号在一个频率范围中的噪声最小并且同时也控制Vdd信号在其它频率处的噪声。因此，控制电路406可以确定MOS晶体管402的阻抗以使一个或者多个兴趣频带中的噪声最小。
在去耦合电容器404是MOS器件的本发明一些实施例中，MOS晶体管402是NMOS器件，而去耦合电容器404是PMOS器件。在去耦合电容器404是MOS器件的本发明其它实施例中，MOS晶体管402是PMOS器件，而去耦合到电容器404是NMOS器件。
图5呈现了对根据本发明实施例的原始阻抗和调节的阻抗进行图示的曲线图。如在“原始阻抗”的绘图中的尖峰所示，起初阻抗中有与在ω兴趣附近的频率范围对应的尖峰。如上所述，控制电路406检测到与在ω兴趣附近的阻抗中的尖峰关联的噪声尖峰并且进行对MOS晶体管402的阻抗调节。在阻抗调节之后，有效阻抗在ω兴趣附近更低。然而，在其它频率的阻抗随着对阻抗的调节而增加。
由于在给定频率存在的噪声数量与在该频率处的阻抗有关，所以为减少ω兴趣附近的噪声而进行阻抗调节导致了Vdd信号中的噪声在ω兴趣附近的频率范围外的频率范围的增加。因而，本发明的一些实施例监视多于一个的频率范围中的噪声并且平衡在ω兴趣附近的频率范围中的噪声减少与在一个或者多个其它频率范围中的噪声增加。
控制电路
图6呈现了根据本发明实施例的控制电路406的框图。控制电路406包括噪声感测机构602和确定机构604。一般而言，控制电路406以Vdd信号作为输入并且输出用以控制MOS晶体管402的阻抗的调节信号。
控制电路406以如下方式工作。首先，Vdd信号输入到噪声感测机构602中。在本发明的一些实施例中，噪声感测机构602包括用以从Vdd信号过滤一个或者多个频率范围的一个或者多个滤波机构。例如，噪声感测机构可以包括低通滤波器和/或使在ω兴趣附近的频率通过的带通滤波器。在本发明的替代实施例中，噪声感测机构602包括检测Vdd信号中的峰值的峰值检测机构。在本发明的其它替代实施例中，噪声感测机构602包括将噪声信号下变频转换成DC的下变频转换机构(例如二极管)。
为求简洁，在以下段落中描述本发明的如下实施例，其中噪声感测机构602使用滤波机构以向确定机构604提供来自Vdd信号的低通滤波信号和带通滤波信号(针对在ω兴趣附近的频率范围)。然而，上述其它实施例以基本上相同的方式工作(即这些实施例确定Vdd信号中的噪声并且相应地调节阻抗可变的去耦合电容器单元301的阻抗)。
噪声感测机构602使得从Vdd信号过滤出的针对ω兴趣附近的频率范围的带通信号和低通信号通过，到达确定机构604。在确定机构604内，控制器比较低通信号与带通信号的当前值以确定信号之间的差。基于该差，确定机构604可以改变用以增加或者减少MOS晶体管402(见图4)的阻抗的调节信号。例如，确定机构604可以增加MOS晶体管402的阻抗以减少谐振电路在ω兴趣附近的频率范围中的总阻抗或者可以减少MOS晶体管402的阻抗以减少谐振电路在低频率(和在ω兴趣附近的频率范围外的其它频率)处的阻抗。注意，ω兴趣可以定义为电路可能经历Vdd信号中的噪声时的频率。例如，兴趣频率可以是电路的谐振频率(ω谐振)或者在电路的操作频率(ω操作)附近的频率。此外应该注意的是，视SOC和应用而定，在ω兴趣附近的频率范围可以包括从ω兴趣的数Hz内到ω兴趣的数kHz、MHz或者GHz内的频率。
在本发明的一些实施例中，噪声感测机构602输出Vdd信号中的噪声在ω兴趣附近的预定频率范围中的当前幅度和噪声在Vdd信号的至少一个其它频率范围的当前幅度。在这些实施例中，确定机构604通过以下来确定用以向MOS晶体管的栅极施加的电压：比较Vdd信号中的噪声在ω兴趣附近的预定频率范围中的当前幅度与Vdd信号中的噪声在ω兴趣附近的预定频率范围中的至少一个先前幅度，以及比较噪声在Vdd信号的至少一个其它频率范围中的当前幅度与噪声在Vdd信号的至少一个其它频率范围中的至少一个先前幅度。
在本发明的一些实施例中，确定机构604保持预定数目的先前阻抗调节及其相关联噪声值的记录。当确定是否改变调节信号(即调节MOS晶体管402的阻抗)时，确定机构604将当前阻抗和噪声值与一个或者多个在先阻抗和噪声值进行比较。使用在先值，确定机构604可以迭代地进行对阻抗的调节，直至在ω兴趣附近的噪声和低频噪声得以平衡(即以对其它噪声信号的影响为参照来调节各噪声信号)。
在本发明的一些实施例中，确定机构604是输出如下信号的运算放大器(op amp)，该信号反映带通信号与低通信号之差的量值。
在本发明的一些实施例中，确定机构604没有持续地进行噪声电平确定。代之以基于某一预定事件来进行确定(并且因此进行对MOS晶体管402的阻抗调节)。例如，确定机构604可以在周期性的基础上(即每毫秒、秒、分钟等)自动地进行比较。另一方面，确定机构604可以不进行比较，直至一个或者多个条件关于Vdd信号为真为止。例如，确定机构604可以在Vdd信号中的噪声已经达到相对于在先噪声峰值的新峰值时进行比较。
MOS晶体管阻抗调节绘图
图7呈现了对根据本发明实施例的耦合到Vdd信号的阻抗可变的去耦合电容器单元301中一连串MOS晶体管阻抗调节的效果进行图示的曲线图。注意出于示例目的，仅描述一个阻抗可变的去耦合电容器单元301，但是两个或者更多阻抗可变的去耦合电容器单元301可以利用相同原理耦合到Vdd信号以过滤噪声。
在图7中，上方的绘图是Vdd信号，中间的绘图是SOC 300中的示例切换噪声，而下方的绘图是MOS晶体管阻抗控制信号。图7包括影响Vdd信号的一连串“切换事件”或者噪声脉冲(例如由于向电源轨施加大负载，这可能造成Vdd信号振荡)。在上方的绘图中用数字(1、2等)标记每个切换事件。
在时间零，MOS晶体管阻抗控制信号设置成0V，从而得到跨接MOS晶体管402的很低的阻抗。因而，与SOC 300的电感封装连接和去耦合电容器404这一并行组合建立在ω兴趣(在本例中ω兴趣是ω谐 振)附近的频率范围中为高阻抗的谐振LC电路。当第一切换事件发生(在Vdd信号上的第一噪声脉冲)时，在ω兴趣附近的频率范围外遇到少量切换噪声，但是在Vdd信号上可见在ω兴趣处明显的“振铃”噪声(表示为正弦波)(见切换事件1)。
注意，切换噪声脉冲起初包含多个噪声频率，这些噪声频率其中之一在ω兴趣附近的频率范围中。然而，其它频率由去耦合电容器单元过滤，从而在Vdd信号上留下在ω兴趣附近的噪声。
控制电路406确定在第一切换事件期间在ω兴趣附近的噪声大而切换噪声小。作为响应，如下方的绘图中所示，控制电路406在时间20nS处将去往MOS晶体管402的控制信号增加至3V。MOS晶体管402在3V时的阻抗大大高于在先设置。
如下方绘图所示，当切换事件2发生时，由于MOS晶体管402的阻抗增加，所以Vdd信号受在ω兴趣的振铃噪声影响明显更少。然而，阻抗增加导致Vdd信号中的大切换噪声尖峰。
如下方的绘图所示，由于在ω兴趣附近的噪声小而切换噪声明显，所以在时间40nS处，控制电路406将去往MOS晶体管402的控制信号减小至1V。MOS晶体管402在1V时的阻抗低于在先设置。
当切换事件3发生时，由于MOS晶体管402的阻抗减少，所以Vdd信号更多地受到在ω兴趣的振铃噪声影响。然而，切换噪声尖峰明显地减少。
如下方绘图中所示，由于在ω兴趣附近的噪声更大而切换噪声更小，所以控制电路406在时间60nS处将去往MOS晶体管402的控制信号增加至2V。MOS晶体管402在2V时的阻抗增加。
当切换事件4出现时，由于MOS晶体管402的阻抗增加，所以Vdd信号更少地受到在ω兴趣的振铃噪声影响。然而，切换噪声尖峰增加。
在切换事件5和切换事件6期间，控制电路406持续调节MOS晶体管402的阻抗。
在多次这样的调节之后，控制电路406确定使用哪个阻抗值。当进行确定时，控制电路406使用一个或者多个预定标准。例如，如果在ω兴趣附近的噪声是唯一考虑，则可以针对控制信号选择在切换事件2期间使用的设置(3V)，这导致用于MOS晶体管402的大阻抗。如果希望在ω兴趣附近的噪声与切换噪声之间进行权衡，则可以选择在切换事件3或者切换事件6期间使用的设置(1V)。
过程
图8呈现了对根据本发明实施例的控制Vdd信号中的噪声的过程进行图示的流程图。
该过程在系统确定在Vdd信号中是否有噪声时开始(步骤800)。当进行这一确定时，本发明的一些实施例比较Vdd信号的第一频率范围的幅度与Vdd信号的第二频率范围的幅度，并且确定Vdd信号中的当前噪声如何与先前噪声值做比较。其它实施例将总噪声信号下变频转换成DC值(例如，使用二极管)并且在与在先DC值的比较中监视DC值。更多其它实施例对Vdd信号进行峰值检测以检测噪声。
基于确定的Vdd信号中的噪声，系统调节向MOS晶体管402(见图4)的栅极施加的电压以改变MOS晶体管402的阻抗(步骤802)。例如，控制电路406可以增加MOS晶体管402的阻抗以减少谐振电路在ω兴趣附近的频率范围中的总阻抗，或者可以减少MOS晶体管402的阻抗以减少谐振电路在一个或者多个其它频率的阻抗。
仅出于示例和描述目的给出了前文对本发明实施例的描述。这些实施例并非旨在穷举本发明或者使本发明限于公开的形式。因而，许多修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。此外，上述公开并非旨在限制本发明。本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (25)
1.一种用于控制包括电源轨和接地轨的功率系统中的噪声的装置，包括：
去耦合电容器，具有耦合到所述接地轨的第一引线；
MOS晶体管，耦合到所述去耦合电容器，其中所述MOS晶体管的源极耦合到所述电源轨，而所述MOS晶体管的漏极耦合到所述去耦合电容器上的第二引线；
电感封装连接，耦合到所述电源轨，其中所述MOS晶体管和所述去耦合电容器被配置成与所述电感封装连接并行，由此形成谐振电路；以及
控制电路，其输入耦合到所述电源轨而其输出耦合到所述MOS晶体管的栅极，其中所述控制电路被配置成确定Vdd信号中的噪声；
其中所述控制电路基于所述Vdd信号中的所述噪声来调节向所述MOS晶体管的栅极施加的电压，由此改变所述MOS晶体管的阻抗以减少所述谐振电路在兴趣频率附近的频率范围中的噪声，而不造成在其它频率的切换噪声的不必要增加，其中所述控制电路包括：
噪声感测机构，被配置成监视所述Vdd信号并且输出所述Vdd信号中的所述噪声在兴趣频率附近的预定频率范围中的当前幅度和所述噪声在所述Vdd信号的至少一个其它频率范围的当前幅度；以及
确定机构，被配置成通过以下来确定向所述MOS晶体管的栅极施加的电压：比较所述Vdd信号中的所述噪声在兴趣频率附近的所述预定频率范围中的当前幅度与所述Vdd信号中的所述噪声在兴趣频率附近的所述预定频率范围中的至少一个先前幅度，以及比较所述噪声在所述Vdd信号的至少一个其它频率范围中的当前幅度与所述噪声在所述Vdd信号的至少一个其它频率范围中的至少一个先前幅度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中当输出所述Vdd信号中的在给定频率范围中的所述噪声的当前幅度时，所述噪声感测机构被配置成对所述Vdd信号中的所述噪声进行两次或者更多次采样，并且计算代表所述Vdd信号中的所述噪声的所述两次或者更多次采样的当前幅度的值。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述噪声感测机构被配置成将所述Vdd信号下变频转换成DC信号并且输出所述DC信号；并且
其中所述确定机构被配置成通过比较所述DC信号的当前值与所述DC信号的至少一个先前值来确定向所述MOS晶体管的栅极施加的电压。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述噪声感测机构被配置成检测所述Vdd信号的至少一个频率范围的幅度中的当前峰值并且输出当前峰值；并且
其中所述确定机构被配置成通过比较所述Vdd信号的所述至少一个频率范围的幅度中的当前峰值与先前峰值来确定用以向所述MOS晶体管的栅极施加的电压。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制电路被配置成：
增加所述MOS晶体管的阻抗以减少在兴趣频率附近的频率范围中的所述噪声；或者
减少所述MOS晶体管的阻抗以减少在其它频率的切换噪声。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述去耦合电容器是金属-氧化物-硅(MOS)电容器、金属-绝缘体-金属(MIM)电容器或者变容器。
7.根据权利要求6所述的装置，其中如果所述去耦合电容器是MOS电容器，则所述MOS晶体管是NMOS而所述去耦合电容器是PMOS，或者所述MOS晶体管是PMOS而所述去耦合电容器是NMOS。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述MOS晶体管被配置成在线性区域中操作，其中向所述MOS晶体管的栅极施加的电压的改变产生所述MOS晶体管的阻抗成比例的改变。
9.根据权利要求1所述的装置，其中兴趣频率是谐振频率或者操作频率之一。
10.一种用于控制包括电源轨和接地轨的功率系统中的噪声的半导体芯片，包括：
一组电路，耦合于所述电源轨与所述接地轨之间，其中所述电源轨和所述接地轨提供用于所述一组电路的电源；
去耦合电容器，具有耦合到所述接地轨的第一引线；
MOS晶体管，耦合到所述去耦合电容器，其中所述MOS晶体管的源极耦合到所述电源轨，而所述MOS晶体管的漏极耦合到所述去耦合电容器上的第二引线；
电感封装连接，耦合到所述电源轨，其中所述MOS晶体管和所述去耦合电容器被配置成与所述电感封装连接并行，由此形成谐振电路；以及
控制电路，其输入耦合到所述电源轨而其输出耦合到所述MOS晶体管的栅极，其中所述控制电路被配置成确定Vdd信号中的噪声；
其中所述控制电路基于所述Vdd信号中的所述噪声来调节向所述MOS晶体管的栅极施加的电压，由此改变所述MOS晶体管的阻抗以减少所述谐振电路在兴趣频率附近的频率范围中的噪声，而不造成在其它频率的切换噪声的不必要增加，所述控制电路包括：
噪声感测机构，被配置成监视所述Vdd信号并且输出所述Vdd信号中的所述噪声在兴趣频率附近的预定频率范围中的当前幅度和所述噪声在所述Vdd信号的至少一个其它频率范围的当前幅度；以及
确定机构，被配置成通过以下来确定用以向所述MOS晶体管的栅极施加的电压：比较所述Vdd信号中的所述噪声在兴趣频率附近的所述预定频率范围中的当前幅度与所述Vdd信号中的所述噪声在兴趣频率附近的所述预定频率范围中的至少一个先前幅度，以及比较所述噪声在所述Vdd信号的至少一个其它频率范围中的当前幅度与所述噪声在所述Vdd信号的至少一个其它频率范围中的至少一个先前幅度来确定向所述MOS晶体管的栅极施加的电压。
11.根据权利要求10所述的半导体芯片，其中当输出所述Vdd信号中的在给定频率范围中的所述噪声的当前幅度时，所述噪声感测机构被配置成对所述Vdd信号中的所述噪声进行两次或者更多次采样，并且计算代表所述Vdd信号中的所述噪声的所述两次或者更多次采样的值。
12.根据权利要求10所述的半导体芯片，其中所述噪声感测机构被配置成将所述Vdd信号下变频转换成DC信号并且输出所述DC信号；并且
其中所述确定机构被配置成通过比较所述DC信号的当前值与所述DC信号的至少一个先前值来确定向所述MOS晶体管的栅极施加的电压。
13.根据权利要求10所述的半导体芯片，其中所述噪声感测机构被配置成检测所述Vdd信号的至少一个频率范围的幅度中的当前峰值并且输出当前峰值；并且
其中所述确定机构被配置成通过比较所述Vdd信号的所述至少一个频率范围的幅度中的当前峰值与先前峰值来确定用以向所述MOS晶体管的栅极施加的电压。
14.根据权利要求10所述的半导体芯片，其中所述控制电路被配置成：
增加所述MOS晶体管的阻抗以减少在兴趣频率附近的频率范围中的所述噪声；或者
减少所述MOS晶体管的阻抗以减少在其它频率的切换噪声。
15.根据权利要求10所述的半导体芯片，其中所述去耦合电容器是金属-氧化物-硅(MOS)电容器、金属-绝缘体-金属(MIM)电容器或者变容器。
16.根据权利要求15所述的半导体芯片，其中如果所述去耦合电容器是MOS电容器，则所述MOS晶体管是NMOS而所述去耦合电容器是PMOS，或者所述MOS晶体管是PMOS而所述去耦合电容器是NMOS。
17.根据权利要求10所述的半导体芯片，其中所述MOS晶体管被配置成在线性区域中操作，其中向所述MOS晶体管的栅极施加的电压的改变产生所述MOS晶体管的阻抗成比例的改变。
18.根据权利要求10所述的半导体芯片，其中兴趣频率是谐振频率或者操作频率之一。
19.一种用于控制功率系统中的噪声的方法，所述功率系统包括：耦合到电感封装连接的电源轨；接地轨；MOS晶体管；以及去耦合电容器，其中所述MOS晶体管的源极耦合到所述电源轨，而所述MOS晶体管的漏极通过所述去耦合电容器耦合到所述接地轨，并且其中所述MOS晶体管和所述去耦合电容器与所述电感封装连接并行，由此形成谐振电路，所述方法包括：
通过以下来检测所述电源轨上的Vdd信号中的噪声：
比较所述Vdd信号中的所述噪声在兴趣频率附近的预定频率范围中的当前幅度与所述Vdd信号中的所述噪声在兴趣频率附近的预定频率范围中的至少一个先前幅度；并且
比较所述Vdd信号中的所述噪声在至少一个其它频率范围的当前幅度与所述Vdd信号中的所述噪声在至少一个其它频率范围的至少一个先前幅度；以及
基于检测到的所述Vdd信号中的噪声来调节向所述MOS晶体管的栅极施加的电压，由此改变所述MOS晶体管的阻抗以减少所述谐振电路在兴趣频率附近的频率范围中的噪声，而不造成在其它频率的切换噪声的不必要增加。
20.根据权利要求19所述的方法，其中比较所述Vdd信号中的所述噪声在给定频率范围中的当前幅度包括对所述Vdd信号中在所述频率范围中的所述噪声进行两次或者更多次采样，并且计算代表所述Vdd信号中在所述频率范围中的所述噪声的所述两次或者更多次采样的值。
21.根据权利要求19所述的方法，其中检测所述Vdd信号中的噪声包括：
将所述Vdd信号下变频转换成DC信号；并且
比较所述DC信号的当前值与所述DC信号的至少一个先前值。
22.根据权利要求19所述的方法，其中检测所述Vdd信号中的噪声包括：
检测所述Vdd信号的至少一个频率范围的幅度中的当前峰值；并且
比较所述Vdd信号的所述至少一个频率范围的幅度中的当前峰值与先前峰值。
23.根据权利要求19所述的方法，其中改变所述MOS晶体管的阻抗包括：
增加所述MOS晶体管的阻抗以减少在兴趣频率附近的频率范围中的噪声；或者
减少所述MOS晶体管的阻抗以减少在其它频率的切换噪声。
24.根据权利要求19所述的方法，其中所述方法还包括在线性区域中操作所述MOS晶体管，其中向所述MOS晶体管的栅极施加的电压的改变产生所述MOS晶体管的阻抗成比例的改变。
25.根据权利要求19所述的方法，其中兴趣频率是谐振频率或者操作频率之一。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant |