CN104169834B - 用于使用跟踪来支持ddr端接的负载开关控制器的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种电源控制器件可生成用于控制电源的操作的控制信号。可使这些控制信号中的至少一个参考内部提供的参考电压或外部提供的参考电压。附加控制信号控制可连接到该些电源的负载开关的操作以提供次电源。负载开关可按渐进的方式以依赖于它们所连接到的电源的速率来调节。负载开关的输出可被监视以发现与它们所连接到的电源相关的过电压和电压不足状况。

Description

用于使用跟踪来支持DDR端接的负载开关控制器的方法和 装置
相关申请的交叉引用
本公开要求于2012年3月15日提交的美国临时申请No.61/611,414的优先权，该临时申请的内容出于所有目的通过援引整体纳入于此。
本公开涉及于2013年2月25日提交的美国申请No.13/776,274，该申请的内容出于所有目的通过援引整体纳入于此。
技术领域
本申请涉及功率控制方法和装置。
背景技术
除非在本文中另外指示，本章节中所描述的方法对于本申请中的权利要求不是现有技术并且不因包含在本章节中而被承认为现有技术。
随着各类电子设备的复杂度和能量效率要求由于管制要求和消费者需求而增加，常规的电子电源开关却仍然明显没有变化。对于需要具有斜率控制、复杂定序、以及输出监视的复杂且专用的电源开关的昂贵的高端电子组件(其中成本不是目标且空间约束可能是次要考虑(如果不是第三考虑的话))而言，存在着利用昂贵且大型的自定义组件的各种定制系统。图1示出了常规笔记本计算机电源架构的框图。
如图所示，这样的电源架构包括大量材料，它们时常与重大成本相关联。在这样的电源管理系统中不仅存在对许多低压差调节器(LDO)的需求，还存在对许多其他不同的电源集成电路(IC)(如CPU调节器、双芯片组调节器、双DDR调节器等)的需求。因为所需的电源管理IC的复杂度和数量，这样的系统需要外部微控制器或软件使用许多通用输入/输出(GPIO)引脚和印刷电路板(PCB)迹线来控制该系统，所有这些都对PCB并且最终对包括该电源管理系统的设备的增加的占用面积大小作出贡献。
发明内容
一种电源控制器件包括用于生成主电源控制信号以控制相应电源的操作的控制器电路。内部电压参考发生器向每一控制器电路提供可编程参考电压水平。控制器电路中的至少一个可被配置成选择性地使用外部提供的电压参考代替内部提供的参考电压水平。
该电源控制器件还可包括用于生成次电源控制信号以控制连接到主电源的相应负载开关的操作的电路。负载开关的转换速率可由次电源控制信号基于存储在电源控制器件中的用于操作主电源的参考电压来控制。
主电源控制信号和次电源控制信号的定序可根据电源控制器件中存储的配置数据来控制。
监视电路可被提供以监视主电源和负载开关的电压水平。监视电路可以用信号通知过电压和电压不足状况。监视电路可被用来将主电源控制信号和次电源控制信号的定序进行同步。
以下详细描述和附图提供对本公开的本质和优点的更好理解。
附图说明
图1解说电子电路中的电源的常规配置。
图2解说使用根据本公开的电源控制器件的电源配置。
图2A解说可被用来访问配置数据的示例GUI。
图3解说根据本公开的特定实施例的电源控制器件的一些细节。
图4A和4B解说图3的电源控制器件中的主电源控制器的细节。
图4C解说具有可选择参考电压的主电源控制器的细节。
图5解说由图3的电源控制器件控制的功率级的示例。
图5A解说用于DDR操作的配置。
图6解说图3的电源控制器件中的次电源控制器的实施例。
图6A示出次电源控制器304a的细节。
图7解说图6A的次电源控制器的操作的时序图。
图8解说用于监视由主电源控制器控制的功率的监视电路的实施例。
图9解说用于监视由次电源控制器控制的功率的监视电路的实施例。
图10解说用于监视由另一主电源控制器控制的功率的监视电路的实施例。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明目的阐述了众多示例和具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，本领域技术人员将显而易见的是，在权利要求书中表达的本公开可单独地或与下文描述的其他特征相组合地包括这些示例中的一些或全部特征，并且还可包括在本文描述的特征和概念的修改和等效方案。
图2示出根据本公开的原理的电源控制器件100的高级框图。电源控制器件100被示为配置在典型的电源控制应用中。电源控制器件100可接收输入电压VIN，在一些实施例中VIN可以是4.5V到28V。I2C接口可被提供以允许编程系统控制和监视。例如，图2A解说允许用户(例如，设计者)向电源控制器件100输入配置数据和其他操作数据的图形用户界面(GUI)的示例。GUI软件可以经由I2C接口与电源控制器件100通信以读出存储在电源控制器件中的数据并将用户提供的数据储存到电源控制器件中。
电源控制器件100可包括用于系统控制和监视的控制输入引脚和状态输出引脚。电源控制器件100可以控制用于各种电子装置的电源202a、202b、202c、202d。例如，图2中示出的示例示出了计算机的各组件，如DDR RAM、ASIC芯片组以及高级图形处理器(AGP)。
在一些实施例中，电源控制100可包括一个或多个DC-DC电源控制器102a、102b、102c、102d。DC-DC电源控制器102a-102d(诸如步进降低转换器、低压差调节器等)可以生成用于控制电源202a-202d的操作的控制信号。例如，在一实施例中，DC-DC电源控制器102a-102c可以是用于buck转换器的控制器，且DC-DC电源控制器102d可以是用于低压差(LDO)调节器的控制器。在其他实施例中，可以提供DC-DC电源控制器的其他配置。
在一些实施例中，电源控制器件100可包括一个或多个负载开关控制器104a、104b、104c、104d。负载开关控制器104a-104d可以生成用于控制连接到电源202a-202d的负载开关204a、204b、204c、204d的操作的控制信号。负载开关204a-204d可包括N沟道MOSFET器件，但可以采用其他负载开关设计。
如可在图2中看到的，DC-DC电源控制器102a-102d可以生成用于控制电源的操作来产生通过程序调节的输出电压的控制信号。例如，在一些实施例中，电源可以产生范围在0.5V到5.0V的输出电压，但在其他实施例中，其他电源可被设计成产生其他电压水平。
负载开关204a-204d可以从电源202a-202d的电压输出中“抽头”以用作其他器件的附加电源。例如，在图2所示的示例中，负载开关204a和204d从电源202a的电压输出中抽头。负载开关204b从电源202b中抽头，而负载开关204c从电源202c中抽头。可以明白，在一般情况下，设计者可按照他们的特定设计所要求地连接任何负载开关204a-204d来从任何电源202a-202d中抽头出功率。每一电源202a-202d可被配置成输出一定范围的电压水平内的特定电压水平。根据本公开的原理，电源控制器件100可以提供合适的控制信号来控制连接到负载开关204a-204d的电源202a-202d的任何配置的操作，图2解说了一个这样的配置的示例。
如本文所使用的，术语“主电源”将指的是由DC-DC电源控制器102a-102d控制的电源，例如电源202a-202d。DC-DC电源控制器102a-102d可因此被称为“主电源控制器”。同样，术语“次电源”将指的是负载开关(例如，204a-204d)或等效器件。负载开关控制器104a-104d可因此被称为“次电源控制器”。
为了解释本公开的各方面，现在参考图3中示出的说明性实施例。该附图示出了根据本公开的被实现在SMB109数字电源控制芯片中的电源控制器件300的内部框图，该器件由本受让人的完全拥有的子公司制造和销售。电源控制器件300可包括主电源控制器302a、302b、302c，它们生成用于控制相应主电源的操作的控制信号。在一些实施例中，主电源包括buck转换器。主电源控制器302a-302c中的每一个的引脚输出可包括以下各项：
BST#-用于连接到引导电容器的引导输入
DRVH#，DRVL#-相应高侧和低侧开关输出
SW#-用于连接到输出电感器的高侧的开关节点
CSH#，CSL#-相应高侧和低侧电流感测输入
FB#-到PWM控制器的电压反馈输入
COMP#-频率补偿输入
其中“#”对于主电源控制器302a而言是“0”，对于主电源控制器302b而言是“1”，而对于主电源控制器302c而言是“2”。
电源控制器件300还可包括主电源控制器302d，它生成用于控制LDO调节器的操作的控制信号，LDO调节器可担当另一种主电源。主电源控制器302d的引脚输出包括LDODRV以及LDOFB，LDODRV将控制信号输出到LDO调节器的功率级，LDOFB是到LDO调节器的LDO控制器部分的反馈电压。
电源控制器件300可包括产生用于控制相应负载开关的操作的相应负载开关控制信号EXTSEQ0、EXTSEQ1、EXTSEQ2、EXTSEQ3的次电源控制器304a、304d、304c、304d。次电源控制器304a-304d可被包括在模块304中。
根据本公开的原理，次电源控制器304a-304d可以提供由负载开关控制信号EXTSEQ0、EXTSEQ1、EXTSEQ2、EXTSEQ3控制的负载开关的转换速率控制和定序控制。通过控制负载开关的转换速率，来自负载开关的功率可按渐进的方式而非步进的方式被开启，从而降低主电源和由负载开关驱动的负载两者中的电流浪涌的影响。定序控制允许负载开关按任何所需次序开启，从而提供电子系统的受控上电。定序控制可包括将主电源控制器302a-302d的操作与次电源控制器304a-304d的操作进行同步。
电压参考块306可以分别向主电源控制器302a-302d提供参考电压Vref0、Vref1、Vref2、Vref3。因此，例如，Vref0担当主电源控制器302a的参考电压，Vref1担当主电源控制器302b的参考电压，以此类推。电压参考块306可被编程以针对每一参考电压Vref0、Vref1、Vref2、Vref3提供一定范围内的不同的电压水平。例如，在一特定实施例中，电压参考块306可以针对Vref0、Vref1、Vref2以及Vref3中的每一个以9.8mV为步幅输出从0.5V到2.5V范围内的电压水平。
在一些实施例中，电源控制器件300可包括VTT配置块306a以接受外部提供的VTT参考电压(例如，经由EN2/VTTFB引脚提供)以用于双数据率(DDR)存储器操作。
系统控制逻辑322可包括用于监视并控制电源控制器件300的各操作的控制逻辑(逻辑门、固件、软件等)。如下文将解释的，系统控制逻辑322可断言用于协调电源控制器件300的操作的各控制信号。
存储器324可以存储各配置参数，包括构成电源控制器件300的各内部组件的修整数据。存储器324可以存储用户提供的定义主电源控制器302a-302d和次电源控制器304a-304d的配置的配置数据。例如，存储器324可以存储设置每一参考电压Vref0、Vref1、Vref2以及Vref3的电压水平的数据。存储器324可包括将每一次电源控制器304a-304d与连接到该次电源控制器的主电源控制器302a-302d进行关联的数据。例如，暂时参考图2，负载开关204a和204c从电源202a抽头功率。存储器324可因此存储数据，以指示负载开关控制器104a和104c与DC-DC电源控制器102a相关联。可被存储在存储器324中的其他配置数据可包括转换速率信息、定序信息等，这将在下文进一步描述。
振荡器326可以生成系统控制逻辑322需要用来生成定时和控制信号的各种频率和定时相关时钟信号。在一些实施例中，例如，振荡器326可以生成用于相应主电源控制器302a-302c中的电流控制环路的斜坡电压Θ0、Θ1、Θ2。
现在参考图4A，描述了主电源控制器302a的附加细节。将理解，主电源控制器302b和302c具有类似设计。主电源控制器302d在图4B中描述。继续参考图4A，如以上解释的，在一些实施例中，相应主电源控制器302a-302c控制的主电源可以是buck转换器。因此，图4A中示出的主电源控制器302a构成buck转换器的反馈控制级。图5示出了主电源控制器302a可控制其操作的buck转换器的功率级502的示例。功率级502可包括开关电路502a、502b，电感器502c以及输出电容器502d。开关电路502a、502b的开关可以是N沟道MOSFET。
主电源控制器302a可包括输出开关控制信号DRVH0的高侧驱动器402a和输出开关控制信号DRVL0的低侧驱动器402b。“0”标号指的是构成主电源控制器302a的组件；同样，主电源控制器302b和302c的组件将分别用“1”和“2”来标明。开关控制信号DRVH0、DRVL0可用来驱动图5中示出的开关电路502a、502b。电流感测放大器404感测馈送到PWM发生器406的电感电流。来自振荡器326的斜坡电压Θ0馈送到SR触发器408。感测到的电感电流与斜坡电压Θ0一起构成主电源控制器302a的电流控制环路。
功率级502所生成的输出电压VOUT经由引脚FB0馈送回误差放大器410并且与电压参考块306提供的参考电压Vref0进行比较。这创建了根据参考电压Vref0来设置功率级502的输出电压的控制环路。
如上文解释的，电压参考块306可输出范围从0.5V到2.5V的电压水平。参考图5，如果从功率级502中省去分压电阻器504，则馈送回误差放大器410的电压是VOUT。因此，主电源控制器302a将驱动开关电路502a、502b以维持VOUT＝Vref0，从而产生范围从0.5V到2.5V的电压。这一配置可被称为“低电压”模式操作。
另一方面，如果提供了分压电阻器504以使得在FB0处达到1/2的分压率，则馈送回误差放大器410的电压是1/2VOUT。因此，主电源控制器302a将驱动开关以维持1/2VOUT＝Vref0，或即VOUT＝2×Vref0。为了解说，例如，VOUT可被控制以通过将Vref0编程在1.0V-2.0V的范围内并采用具有1/2分压率的分压电阻器504来产生范围从2.0V到4.0V的电压。这一配置可被称为“高电压”模式操作。存储器326可包括针对每一主电源控制器302a-302c指示该主电源控制器被配置成用于低电压还是高电压操作的数据。在一些实施例中，高电压模式操作可被定义为控制主电源来生成范围为2.5V-5.0V的VOUT电压水平，这可使用提供1/2分压率的分压电阻器504并将电压参考块306编程为输出1.25V-2.5V范围内的Vref#电压水平来达到。
死区时间控制电路412通过防止驱动器402a和402b将两个开关MOSFET同时开启来确保预防跨开关电路502a、502b的‘击穿’。
现在参考图4B，主电源控制器302d构成LDO调节器的LDO控制器部分。主电源控制器302d可包括用于产生控制信号LDODRV的组合LDO放大器和驱动器422。LDO放大器422从电压参考块306接收参考电压Vref3以控制包括通过元件424的功率级来维持参考Vref3的输出电压水平VOUT。在一些实施例中，例如，通过元件424可以是N沟道MOSFET。
图5示出负载开关的典型配置，它通过从主电源抽头功率而被配置为次电源。该附图示出连接到功率级502的输出VOUT的两个负载开关512、514。在所示示例中，负载开关512、514由相应负载开关控制信号EXTSEQ2和EXTSEQ3来控制。在负载开关控制信号EXTSEQ2和EXTSEQ3开启相应负载开关512和514时，功率从buck转换器(主电源)的功率级502被抽头出来并且被提供给连接到负载开关的负载(未示出)。讨论现在将转向次电源控制器304a-304d的描述，它们生成负载开关控制信号EXTSEQ0、EXTSEQ1、EXTSEQ2以及EXTSEQ3。
在一些实施例中，电源控制器件300可包括可被配置成支持双倍数据速率(DDR)存储器设备的主电源控制器。被称为VDDQ的供电电压对核、I/O以及包括DDR存储器的逻辑供电。根据DDR存储器设备的当前标准，VDDQ可被设置成2.5V、1.8V或1.5V。DDR标准要求提供逻辑高(“1”)和逻辑低(“0”)之间的阈值的参考电压VTT。参考电压VTT通常被指定为处于从0.49×VDDQ到0.51×VDDQ的范围内，并且应当适应供电电压VDDQ的变化。
因此，参考图4C，在电源控制器件300的一特定实施例中，电源控制器302c可被配置成用于DDR应用。电源控制器件302c可被用来生成参考电压VTT，该参考电压VTT随后可被DDR存储器设备使用。
图4C示出图3中解说的VTT配置块306a的细节。在一些实施例中，VTT配置块306a可包括由信号DDROPT控制的两个双掷开关432、434。DDROPT信号可以基于存储在存储器324中的数据值。例如，系统控制逻辑322可以读取存储器324并根据从存储器读出的数据来断言DDROPT。在一些实施例中，DDROPT信号可经由SDA引脚(图3)从I2C通信接口实时设置。
开关432在电压参考块306的Vref2输出与经由输入引脚ENV2/VTTFB在外部提供的电压水平之间进行选择。开关432的输出(Vref2A)馈送到构成电源控制器302c的误差放大器410。开关434在经由输入引脚ENV2/VTTFB来外部提供的电压水平与接地电势(经由接地电阻R)之间进行选择。
如果电源控制器302c未被配置成与DDR存储器设备一起使用，则DDROPT信号可被解除断言(例如，逻辑LO)。因此，开关432、434可被操作到它们的“0”位置。电压参考块306的可编程Vref2输出将经由开关432馈送到误差放大器410。内部信号EN2A将经由开关434连接到ENV2/VTTFB引脚，该引脚可绑定到外部提供的逻辑HI。信号EN2A可以由电路(例如，系统控制逻辑322)使用来了解电源控制器302c正根据内部生成的Vref2工作。例如，在一些实施例中，系统控制逻辑322可以执行常规“软启动”序列来打开buck转换器，由此参考电压Vref2从0V渐进地斜升到其最终值。
如果电源控制器302c被配置成与DDR存储器设备一起使用，则例如如上所述，DDROPT信号可被断言(例如，逻辑HI)。开关432、434可根据DDROPT信号被操作到它们的“1”位置。ENV2/VTTFB引脚将连接到处于0.49×VDDQ到0.51×VDDQ的范围内的外部提供的参考电压。这一外部提供的参考电压将经由开关432馈送到误差放大器410，从而提供正确的参考电压来用于生成VTT。
在一些实施例中，电源控制器302a-302c可按两个普遍已知的操作模式之一来操作它们各自相应的功率级：连续导电模式或间断导电模式(可被称为“脉冲跳跃”模式)。然而，在电源控制器302c被配置成用于DDR模式时，电源控制器应当按连续导电模式被操作来产生VTT。因此，在一些实施例中，在DDROPT信号被断言时，EN2A信号可经由开关434连接到逻辑LO。系统控制逻辑322可通过约束电源控制器302c只在连续导电模式中操作来对EN2A信号被断言为LO进行响应。
图5A解说典型的DDR模式配置，其使用电源控制器(例如，302b)来产生VDDQ并将基于VDDQ的参考电压馈送到电源控制器302c以产生VTT。功率级522提供VDDQ。可通过对电压参考块306进行编程以生成用于Vref1的适当电平的方式，来将VDDQ的电压水平设为2.5V、1.8V或1.5V。分压网络524提供可连接到ENV2/VTTFB引脚的VDDQ二分压输出(1/2×VDDQ)。功率级542可由电源控制器302c控制以提供参考了从功率级302b产生的1/2×VDDQ的VTT。
参考图6，模块304可包括转换速率单元602，它提供两个输出级：1×输出和2×输出。转换速率单元602的每一输出馈送到控制单元604a、604b、604c、604d，控制单元604a、604b、604c、604d生成相应负载开关控制信号EXTSEQ0、EXTSEQ1、EXTSEQ2、EXTSEQ3。每一次电源控制器304a-304d因此可包括结合相应控制单元604a-604d来操作的转换速率单元602。
转换速率单元602从系统控制逻辑322接收各种信号。例如，时钟信号CLKSRC#向转换速率单元602提供时间基础。系统控制逻辑322可为每个活动的次电源控制器304a-304d断言分开的时钟信号CLKSRC#。系统控制逻辑322还断言与活动的次电源控制器304a-304d相对应的启用信号SRCEN0、SRCEN1、SRCEN2、SRCEN3。
模式选择器606选择与每一主电源控制器302a-302c相对应的模式指示符HVO0、HVO1、HVO2。模式指示符指示对应的主电源控制器302a-302d在高电压模式(例如，输出2.5V-5.0V)还是低电压模式(例如，输出0.5V-2.5V)中操作。系统控制逻辑322断言位ICHI00和ICHI01以标识主电源控制器302a-302c之一。例如，'00'b可以与主电源控制器302a相关联并且因此选择HVO0，'01'b可以与主电源控制器302b相关联并且因此选择HVO1，而'10'b可以与主电源控制器302c相关联并且因此选择HVO2。在一些实施例中，模式选择器606可以是多路复用器(例如，4:1多路复用器),该多路复用器取决于哪一/哪些次电源控制器304a-304d是活动的以及哪一主电源控制器302a-302c与该(些)活动的次电源控制器相关联，向控制单元604a-604d中的每一个输出模式指示符HVO0、HVO1或HVO2之一。
控制单元604a-604d各自具有对应的启用信号(例如，ENA_SRC0)和禁用信号(例如，EOSRC0)，系统控制逻辑322可断言这些信号来协调转换速率单元602的操作。
图6A示出转换速率单元602和控制单元604a的细节，它们合起来作为次电源控制器304a工作。控制单元604b-604d是类似地构造的。次电源控制器304b包括转换速率单元602和控制单元604b的组合，次电源控制器304c包括转换速率单元602和控制单元604c的组合，以此类推。
转换速率单元602包括用于以由传入时钟信号CLKSRC0所设置的速率生成脉冲的单触发电路(one-shot)。该单触发电路操作非重叠(NOL)开关来以时钟信号CLKSRC0设置的速率对电容器Csrc充电。跨电容器Csrc连接的接地开关将该电容器维持在放电状态，直至系统控制逻辑322断言启用信号SRCEN0为止。电容器电压VCSRC馈送到缓冲器612。缓冲器612可包括配置成具有增益因子2的非反相放大器的运算放大器。缓冲器612的输出可被称为“2×输出”以反映该运算放大器的2×增益。另一输出(称为“1×输出”)是从电阻分压器反馈网络取得的，并且具有单位增益。
控制单元604a包括输出负载开关控制信号EXTSEQ0的输出驱动器622，在一些实施例中，输出驱动器622可以是MOSFET器件。输出驱动器622可通过闭合三个开关624、626以及628中的任一个而被开启。开关624将缓冲器612的1×输出连接到输出驱动器622的栅极。开关626将缓冲器612的2×输出连接到输出驱动器622的栅极。开关628将VDDH连接到输出驱动器622的栅极，在一些实施例中，VDDH可以是10V。信号ENA_SRC0和EOSRC0连同来自模式选择器606的模式指示符HVO0、HVO1或HVO2根据逻辑632来控制开关624-628的闭合和断开。
现在将结合图7的时序图来解释图6A中示出的次电源控制器304a的操作。一般而言，根据本公开的原理，转换速率单元604生成可控制负载开关610的转换速率的负载开关控制信号EXTSEQ0。这允许负载开关610按渐进的方式被开启到由该负载开关连接到的主电源决定的最终输出电压水平。在负载开关610已达到其最终输出电压水平后，次电源控制器304a可以将该负载开关维持在开启状态，直至到了要关断的时间(例如，在掉电操作期间)为止。
参考图7，在系统控制逻辑322准备好启用次电源控制器302a时，它将断言时钟信号CLKSRC0，时钟信号CLKSRC0将设置负载开关610的转换速率。例如，存储器324可以存储表示每一次电源控制器304a-304d的转换速率的数据。该数据可由系统控制逻辑322用来生成合适的时钟信号CLKSRC#。
断言时钟信号CLKSRC0将启动该单触发电路运行。然而，电容器CSRC将直至系统控制逻辑322断言SRCEN0才被充电。系统控制逻辑322可以根据与次电源控制器304a相关联的主电源控制器302a-302c来设置模式选择器606上的ICHI00和ICHI01位。相关联的主电源控制器的高电压模式指示符HVO#将通过模式选择器606馈送到逻辑632。
在图7的时刻A，系统控制逻辑322可断言ENA_SRC0和SRCEN0(EOSRC0此时被解除断言)。取决于高电压模式指示符HVO#，输出驱动器622将经由开关624被连接到1×输出或经由开关626被连接到2×输出。例如，如果HVO#指示符指示高电压操作，则输出驱动器622将连接到2×输出。本公开的这一方面将在下文更详细地讨论。
在单触发电路对电容器Csrc充电时，电容器电压VCSRC以阶梯的方式增加并且开始驱动输出驱动器622；由于开环控制，可能存在等待时间。负载开关控制信号EXTSEQ0将渐进地增加，从而提供负载开关610的转换速率控制并渐进地开启负载开关。如在图7中可看到的，负载开关610的电压输出VLSW0开始与VCSRC的阶梯上升相呼应地斜升(转换)。
在本公开的特定实施例中，系统控制逻辑322计数了时钟信号CLKSRC0的357次脉动，并且在该时间段中使VCSRC从0V斜升到3.5V。这可通过正确地设计单触发电路TON的脉冲宽度来达成。当然，将明白，这些设计参数因本公开的特定实施例而异，并且可以使用其他值。在图7的时刻B，在最后的脉动已被计数时，系统控制逻辑322断言信号EOSRC0以指定转换速率控制的结束。在EOSRC0被断言时，逻辑632将使得开关624和626被断开，并且闭合开关628。开关628将驱动器622拉到VDDH，VDDH是足以完全开启输出驱动器622的电压水平(例如，10V)，输出驱动器622进而完全开启负载开关610。
在时刻C，关断负载开关610的时刻到了，系统控制逻辑322可以解除断言ENA_SRC0。这将断开开关628并且因而关断输出驱动器622。
现在将描述转换速率单元602在低电压模式期间与在高电压模式操作期间的操作。之前提到主电源控制器302a-302c可在范围为0.5V-2.5V的低电压模式中操作。因此参考图6A，在低电压模式中，负载开关610的漏极将最高连接到VOUT＝2.5V，这是在低电压模式中负载开关连接到的主电源的最高输出电压。如上文解释的，系统控制逻辑322操作转换速率单元602以将VCSRC从0V斜升到3.5V。如上文解释的，在低电压模式操作中，输出驱动器622由缓冲器612的1×输出(它将在0V-3.5V之间变化)来驱动。同样，考虑到输出驱动器622和负载开关的电压阈值Vth，负载开关610将由EXTSEQ0驱动到大约3.5V。通过使EXTSEQ0斜升到约3.5V，转换速率单元604可以确保负载开关610将被转换到主电源在低电压模式中在系统控制逻辑断言信号EOSRC0时(例如，图7的时刻B)所产生的任何输出电压。
参考图7，例如，该时序图示出其中负载开关610连接到被配置成输出1.2V电压水平(即，低电压模式)的主电源的示例。在时刻D，在输出驱动器622被开关628上拉到VDDH的时刻B之前，负载开关610的输出电压已转换到1.2V。
另一方面，如果负载开关610连接到的主电源被配置成用于高电压模式操作，则主电源的输出电压可以在2.5V-5.0V的范围中操作。如上文解释的，输出驱动器622将在高电压模式中由缓冲器612的2×输出来驱动，因为模式指示符将指示高电压模式操作。2×输出的输出电压范围将是0.0V-7.0V。因此，负载开关控制信号EXTSEQ0将斜升到约7.0V，这确保负载开关610将被转换到主电源在高电压模式中在系统控制逻辑断言信号EOSRC0的时刻(例如，图7中的时刻B)产生的任何输出电压。
本公开的一方面是序列控制。根据本公开，系统控制逻辑322可以控制对主电源控制器302a-302d和次电源控制器304a-304d(在此更方便地统称为“通道”)的定序。存储器324可以存储可被系统控制逻辑322用来指示启用各通道的次序的数据。一般而言，各通道可以按适于给定设计的任何次序来启用。另外，一个或多个通道可以同时启用。当然，将明白，次电源控制器应当只在其相关联的主电源控制器先前已被启用之后才被启用，以确保由该次电源控制器控制的负载开关在该负载开关开启时有功率输出。
以下表示通道激活序列的说明性示例，其中Pi表示第i个主电源控制器且可以是主电源控制器302a-302d中的任何一个。类似地，Si表示每一序列中的第i个次电源控制器，且可以是次电源控制器304a-304d中的任一个。
P1,P2,P3,P4,S1,S2,S3,S4–在此，主电源控制器首先被按序启用，随后次电源控制器被按序启用。
P1,S1,P2,[S2,S3],P3,S4,P4–在此，主电源控制器P1被首先启用，此后是次电源控制器S1，再后是另一主电源控制器P2，以此类推。括号记号指示次电源控制器S2和S3被同时启用。在S1使用来自P1的功率、S2和S3使用来自P2的功率且S4使用来自P3的功率的情况下，这一序列示例可以是适当的。注意，P4不与任何次电源控制器相关联。
P1,[S1,S2],P2,S3–这一序列解说了并非所有电源控制器都要被启用，示出了只有主电源控制器中的两个以及次电源控制器中的三个被激活。例如，该设计可只使用两个主电源和三个次电源。
本公开的一方面是同步操作。根据本公开，系统控制逻辑322可以同步一序列通道的激活，以控制何时启用该序列中的后续通道。系统控制逻辑322可被编程(使用存储在存储器324中的配置数据)以使用多个同步触发器中的任一个。在一些实施例中，触发器可以是时间延迟。例如，系统控制逻辑322可被编程以在激活一个通道之后在激活该序列中的下一通道之前延迟某一时段。
在其他实施例中，系统控制逻辑322可以使用电源控制器件300上的一个或多个引脚来接收外部生成的信号作为触发器。如下文将描述的，电压监视电路可被提供以检测过电压和电压不足状况。在启动期间，系统逻辑322可以使用电压不足信号作为触发器来决定何时启用该序列中的下一通道。例如，系统控制逻辑322可以在当前通道的电压不足状况被解除断言时或者一段时间已过去之后启用后续通道。
在又一些其他实施例中，触发器可以是I2C总线(SDA引脚，图3)上的通信。例如，电源控制器件300外部的逻辑可以通过I2C总线向系统控制逻辑322传递触发消息。
本公开的一方面是过电压和电压不足检测。在一些实施例中，电源控制器件300可以提供对与由相应主电源控制器302a-302d和次电源控制器304a-340d控制的主电源和次电源中的每一个有关的过电压和电压不足状况的监视。电源控制器件300可包括用于监视过电压和电压不足状况的监视电路。在发生任何一种状况时，PGOOD引脚(图3)可被解除断言。PGOOD引脚可由电源控制器件300外部的逻辑使用来确定已发生过电压或电压不足状况。
图8解说可以与主电源控制器302a-302d一起使用的监视电路800的实施例。在一些实施例中，向每一主电源控制器302a-302d提供监视电路800的实例。该附图示出主电源控制器302b的监视电路800，如信号线标记中的“1”标记所指示的。向其他主电源控制器中的每一个提供了类似的监视电路。
输入引脚CSL1连接到由主电源控制器302b控制的主电源(例如，buck转换器的功率级，参见图5)的输出VOUT。比较器部分802将VOUT对照与主电源控制器302b相关联的(来自电压参考块306)参考电压Vref1进行比较。
电压参考块306的输出电压范围是0.5V-2.5V。因此，Vref1将是0.5V和2.5V之间的某一值。之前提及每一主电源可以在高电压模式(例如，2.5V-5.0V)或低电压模式(例如，0.5V-2.5V)中操作。因此，根据本公开，取决于主电源在高电压模式还是低电压模式中操作(如模式指示符HVO1确定的)，开关804将CSL1或1/2×CSL1(经由分压器806)馈送到比较器部分802。
比较器部分802可包括过电压(OV)比较器和电压不足(UV)比较器。OV和UV比较器从电压参考块306将Vref1接收到它们相应的非反相和反相输入上。VTHOV1是用于过电压确定的可编程阈值。VTHUV1是用于电压不足确定的可编程阈值。在一些实施例中，存储器324可存储可被用来确定VTHOV1和VTHUV1的阈值数据。例如，存储器324可以存储百分比值，使得VTHOV1被确定为Vref1的百分比且VTHUV1确定为Vref1的百分比。
取决于模式指示符HVO1，OV比较器将Vref1与量(VOUT-VTHOV1)或量(1/2VOUT-VTHOV1)进行比较，并在Vref1小于被比较的量的情况下断言信号OV_CH1以指示过电压状况。取决于模式指示符HVO1，UV比较器将Vref1与量(VOUT+VTHUV1)或量(1/2 VOUT+VTHUV1)进行比较，并在Vref1大于被比较的量的情况下断言信号UV_CH1以指示电压不足状况。
200ns和400ns的时间延迟提供了在噪声环境情况下的信号延迟，其中可存在微小的电压波动。出于类似原因，OV和UV比较器可包括滞后(例如，25mV)以允许可造成OV_CH1和UV_CH1扰动的微小电压波动。
OV复位比较器和OV 25mV比较器的操作不依赖于Vref1或模式指示符HVO1并且因此将不讨论。
图8所示出的监视电路用于监视由电源控制器302b控制的功率级的输出电压。向电源控制器302c提供了类似电路，并且操作是相同的。然而，回忆图4C，取决于DDR模式是否在实行中，电压参考Vref2可以是电压参考块306的输出或者可以是外部提供的电平。因此，电源控制器302c的监视电路的比较器部分802将自动接收正确参考电压Vref2以用于检测过电压或电压不足状况。
图9解说可以与次电源控制器304a-304d一起使用的监视电路900的实施例。在一些实施例中，向每一次电源控制器304a-304d提供监视电路900的实例。该附图示出次电源控制器304a的监视电路900，如信号线标记中的“0”标记所指示的。向其他次电源控制器中的每一个提供了类似的监视电路。
输入引脚SEQFB0连接到由次电源控制器304b控制的次电源的输出VOUT；例如，负载开关910。比较器部分902将VOUT对照与次电源控制器304a相关联的(来自电压参考块306)参考电压进行比较。参考电压基于由与次电源控制器304a相关联的主电源控制器控制的电源的输出电压。
开关904将SEQFB0或1/2×SEQFB0(经由分压器906)馈送到比较器部分902。与次电源控制器304a相关联的主电源可以在高电压模式(例如，2.5V-5.0V)或低电压模式(例如，0.5V-2.5V)中操作。然而，如上文解释的，电压参考块306中的每一电压(Vref[0-2])的输出电压范围是0.5V-2.5V。因此，如果相关联的主电源在高电压模式中操作，则开关904由与该主电源相对应的模式指示符HVO#来操作以将1/2×SEQFB0馈送到比较器部分904。
因为次电源控制器304a可以与主电源控制器302a-302c中的任一个相关联，所以电压参考选择器908a可以被提供以选择与该次电源控制器所关联的主电源控制器相对应的参考电压。模式选择器908b可被提供以选择相关联的主电源控制器的对应的模式指示符。
回忆图4C，电源控制器302c可以在DDR模式中操作，在这种情况下，参考电压Vref2是外部提供的电压水平而非来自电压参考块306。这在图9中由标记“VREF2A”来反映，从而指示电压参考选择器908a可在非DDR模式中接收来自电压参考块306的Vref2，或在DDR模式中接收来自外部提供的源的Vref2。
VTHOVLSW0是用于过电压确定的可编程阈值。VTHUVLSW0是用于电压不足确定的可编程阈值。在一些实施例中，存储器324可存储可被用来确定VTHOVLSW0和VTHUVLSW0的阈值参数。例如，存储器324可以存储百分比值，使得VTHOVLSW0被确定为电压参考选择器908a所选择的参考电压的百分比，且VTHUVLSW0被确定为所选择的参考电压的百分比。
图9中的OV比较器和UV比较器的操作与在图8中描述的相同。
图10解说可以与主电源控制器302d(即，低压差控制器)一起使用的监视电路1000的实施例。输入引脚LDOFB连接到由主电源控制器302d控制的功率级1010的输出VOUT。比较器部分1002对照来自电压参考块306的参考电压Vref3来比较VOUT。图10中的OV比较器和UV比较器的操作与在图8中描述的相同。
以上描述解说了本公开的各实施例连同特定实施例的各方面可被如何实现的示例。以上示例不应被认为是唯一实施例，并且被呈现来解说所附权利要求所定义的特定实施例的灵活性和优点。基于以上公开和所附权利要求书，其他安排、实施例、实现、以及等效方案可被采用而不背离权利要求书所定义的本公开的范围。

Claims (24)

1.一种电路，包括：
具有多个参考电压输出的参考电压发生器，每一参考电压输出具有可选择的电压水平；
多个主电源控制器，每一主电源控制器被连接成从所述参考电压发生器的所述参考电压输出之一接收参考电压水平，每一主电源控制器操作以生成高侧开关控制信号和低侧开关控制信号，所述高侧和低侧开关控制信号控制功率级的开关电路的操作以产生参考了所述参考电压水平的输出电压；以及
选择器电路，所述选择器电路具有连接成接收来自所述参考电压发生器的第一参考电压输出的第一输入、用于连接到外部提供的电压水平的第二输入、以及连接到第一主电源控制器的参考电压输出，其中所述第一主电源控制器能选择性地参考所述第一参考电压输出或所述外部提供的电压水平。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括存储器，其中所述选择器电路还包括能接收来自所述存储器的数据的选择器输入。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括通信端口，其中所述选择器电路还包括能接收来自所述通信端口的数据的选择器输入。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括多个次电源控制器，每一次电源控制器与所述主电源控制器之一相关联，每一次电源控制器操作来生成负载开关控制信号，所述负载开关控制信号能控制负载开关以按可选择的转换速率产生参考了与所述每一次电源控制器相关联的主电源控制器的参考电压水平的输出电压。
5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，还包括操作来产生转换信号的转换速率控制器，每一次电源控制器包括选择性地连接到所述转换信号并由所述转换信号控制以产生所述负载开关控制信号的驱动器。
6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述驱动器还选择性地由恒定电压电位控制以产生所述负载开关控制信号。
7.如权利要求5所述的电路，其特征在于，还包括控制所述转换速率控制器的工作频率的时钟信号，所述时钟信号能依赖于连接所述转换速率控制器的次电源控制器来选择。
8.如权利要求4所述的电路，其特征在于，还包括其中存储有关联数据的存储器，所述关联数据阐明每一次电源控制器与所述主电源控制器之一之间的关联。
9.如权利要求4所述的电路，其特征在于，还包括操作来产生用于根据可选择的次序启用所述次电源控制器以生成负载开关控制信号的控制信号的控制逻辑。
10.如权利要求9所述的电路，其特征在于，所述控制逻辑还操作来产生时钟信号，所述时钟信号控制与已被启用的次电源控制器相关联的转换速率。
11.如权利要求4所述的电路，其特征在于，由所述次电源控制器中的一个次电源控制器控制的负载开关连接到由主电源控制器控制的功率级，所述主电源控制器与所述次电源控制器中的所述一个次电源控制器相关联。
12.一种集成电路器件，包括：
用于生成用来控制多个相应电源的操作的多个主电源控制信号的第一电路装置；
用于生成用来控制连接到所述电源的多个相应负载开关的操作的多个负载开关控制信号的第二电路装置；
用于生成转换速率控制信号的第三电路装置，所述第二电路装置包括用于选择性地连接到所述第三电路装置的输出以使用所述转换速率控制信号生成负载开关控制信号的连接装置；
第四电路装置，用于存储：
与每一电源相关联的指示所述第一电路装置是在高电压模式还是低电压模式中操作所述每一电源的模式指示符；以及
指示电源与负载开关之间的关联的关联信息；以及
用于在内部生成的参考电压水平或外部提供的电压水平之间进行选择的第五电路装置，其中第一主电源控制信号是基于所述第五电路装置所选择的电压水平来生成的。
13.如权利要求12所述的集成电路器件，其特征在于，所述第五电路装置基于所述第四电路装置中存储的数据在所述内部生成的参考电压水平和所述外部提供的电压水平之间进行选择。
14.如权利要求12所述的集成电路器件，其特征在于，还包括通信端口，其中所述第五电路装置基于从所述通信端口接收到的数据在所述内部生成的参考电压水平和所述外部提供的电压水平之间进行选择。
15.如权利要求12所述的集成电路器件，其特征在于，所述第三电路装置生成针对第一负载开关的转换速率控制信号，用于以基于与所述第一负载开关相关联的电源的模式指示符确定的速率来转换所述第一负载开关的输出。
16.如权利要求12所述的集成电路器件，其特征在于，所述第一电路装置包括多个主电源控制器电路，每一主电源控制器电路生成对应的主电源控制信号。
17.如权利要求12所述的集成电路器件，其特征在于，所述第二电路装置包括多个控制电路，每一控制电路生成对应的负载开关控制信号。
18.如权利要求12所述的集成电路器件，其特征在于，还包括用于生成参考电压的参考电压发生器，所述第一电路装置使用所述参考电压来控制所述电源以根据所述参考电压产生输出电压。
19.如权利要求18所述的集成电路器件，其特征在于，还包括监视电路，所述监视电路用于监视由所述第二电路装置控制的负载开关的电压水平以基于来自所述负载开关连接到的参考电压发生器的参考电压来检测电压不足和过电压状况。
20.如权利要求12所述的集成电路器件，其特征在于，所述第四电路装置存储与每一负载开关相对应的转换速率参数，其中所述第三电路装置生成第一转换速率控制信号，所述第一转换速率控制信号是使用与由所述第一转换速率控制信号控制的负载开关相对应的转换速率参数来生成的。
21.一种电路中的方法，包括：
将指示与多个电源相关联的多个参考电压水平的配置数据存储在所述电路中；
在所述电路内生成多个主控制信号来根据所述电源的对应参考电压水平操作所述电源以输出对应的电压水平；以及
在所述电路内生成多个次控制信号以操作连接到主电源的负载开关，其中所述次控制信号根据存储在所述电路中的与每一负载开关电路连接到的所述主电源相对应的参考电压水平来控制所述每一负载开关的转换速率，
其中生成第一主控制信号包括在内部生成的参考电压水平和外部提供的电压水平之间进行选择以生成所述第一主控制信号。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括使用所述主控制信号来控制连接到所述电路的电源以及使用所述次控制信号来控制连接到所述电路的负载开关。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括将指示生成所述主控制信号和所述次控制信号的序列的配置数据存储在所述电路中。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括监视所述负载开关的输出电压水平并使用存储在所述电路中的参考电压水平以基于所述负载开关的输出电压水平与所储存的参考电压水平的比较来触发电压不足信号或过电压信号。
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