CN104850210B - 一种电源门控电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电源门控电路，用于在片上系统的供电电路中实现快速电压跟踪。本发明实施例电源门控电路包括：电压输出模块和电压控制模块；所述电压输出模块用于输出供电电压V_o；所述电压输出模块包括：电源和至少两个开关；所述至少两个开关用于将所述电源输出的电源电压V_DD调制为负载所需的供电电压V_o；所述电压控制模块包括：第一信号调制单元；所述第一信号调制单元用于根据脉宽调制频率F_sw生成第一控制信号，所述第一控制信号为经脉宽调制的多相位控制信号；所述电压输出模块用于向负载输出所述供电电压V_o；所述电压控制模块用于向所述至少两个开关输出电压控制信号，所述电压控制信号包括所述第一控制信号。

Description

一种电源门控电路

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种电源门控电路。

背景技术

随着半导体集成电路工艺技术的发展，电路功耗问题成了困扰散热、封装和便携的难题，并且，片上系统(SoC，System on Chip)系统的功耗在未来不断的增长。

动态电压频率调整(DVFS，Dynamic Voltage and frequency scaling)技术是一种最有效的节能方法。如今，多核中央处理器(CPU，Central Processing Unit)架构应用应成为主流。同时，每个CPU核的低功耗技术应用也是变成普遍的DVFS的技术，为了将低功耗技术推动到另一个精细化的层面，片上电源供电要求日益趋向于，精细化，多供电电压域，快速响应等特点。

以前的供电电源都被默认为片外，由于工艺和集成封装能力的问题，随着工艺技术以及封装技术的提高，供电电源越来越多的被集中到片上。除此之外，片上电源的供电系统，不仅从以前的单一电压输出，到如今的多个电压域，来满足不同的片上系统的供电需求。

另外，随着应用场景不同，片上供电需求也随之变化。在半导体工艺进入到28nm技术节点，马上要跨入14nm/16nm技术节点时，在集成度越高，以及供电电压越低的前提下，对片上电源供电需求更趋向于快速电压跟踪，以便于更好的靠精细化DVFS，以及进一步降低片上系统功耗。

如图1所示，传统的电源门控(power gating)技术框架图。主要包括两部分组成，开关(Switches)和控制单元(Controller)。负载(Load)的供电由开关输出，而控制单元完成对开关的开启或关断控制。开关的个数不受限制，可因具体的应用场景而制定。同时，开关的连接方式也不受限制，可以是全部并联的形式于电源V_DD和负载两端，也可以是串联并联结合的方式，或串联的方式。具体来说，开关可以是常用的功率开关管(powerswitches)，也可以是传统的互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal OxideSemiconductor)工艺下的晶体管，也可以是，在电源门控技术中使用最频繁的多阈值电压CMOS。而控制电路根据外部输入的参考电压V_ref输出相应的开关控制信号“Sw_1，Sw_2，....，Sw_n”给相应的开关。

电源门控技术开关的实现方式大多都采用多阈值电压(MTCMOS Multi-ThresholdCMOS)，以减小开关的静态功耗。当负载工作时，电源门控则关闭，负载工作电压为其所需电压。当负载不工作时，电源门控开启，从而使得负载的供电低于正常电压。当负载的应用不同时，如负载是内存时，电源门控开启还可以将负载供电电压调制到其所需的电压值(如，维持内存数据不丢失的最低电压值)。

由于实际应用需求，如负载为处理器时，需要的电源门控的频率增加，如2GHz主频的处理器，需要电源门控的响应时间理论上要达到纳秒级或十纳秒级，从而使得动态调压调频技术能更好的动态降低功耗，且满足性能需求。同时，对负载的电压供电需求，从单一的工作电压和低于阈值电压两者之间拓宽到了更多电压域，也即是说，一般的芯片供电技术会涉及到负载的正常工作电压或者使负载不工作低于阈值电压的供电。但是随着半导体工艺的进步，芯片在不同供电电压之下，其性能可以在不同状态下进行切换，从而满足不同应用场景，不同工作模式下的需求。并且，由于负载受更方面因素的影响如工艺不确定性(process variation)，温度影响，及电源波动等，负载的供电电压实时的需要作出改变。

传统的电源门控电路仅是对开关在时间点上进行控制，无法实现快速的电压跟踪，不能满足在实际应用中，动态电压频率调整以及动态调压技术的需求。

发明内容

本发明实施例提供了一种电源门控电路，用于在片上系统的供电电路中实现快速电压跟踪。

本发明实施例第一方面提供的电源门控电路，包括：

电压输出模块和电压控制模块；

所述电压输出模块包括：电源和至少两个开关；所述至少两个开关用于将所述电源输出的电源电压(V_DD)调制为负载所需的供电电压(V_o)；

所述电压控制模块包括：第一信号调制单元；所述第一信号调制单元用于根据脉宽调制频率(F_sw)生成第一控制信号，所述第一控制信号为经脉宽调制的多相位控制信号；

所述电压输出模块用于向负载输出所述供电电压(V_o)；所述电压控制模块用于向所述至少两个开关输出电压控制信号，所述电压控制信号包括所述第一控制信号，所述第一控制信号通过在高电平和低电平之间的切换，控制所述至少两个开关中相应开关的导通或关断，且所述第一控制信号在所述高电平或所述低电平其中一种电平信号的持续时间，表示所述至少两个开关中相应开关的导通时间或关断时间。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，

所述开关包括：P沟道金属氧化半导体PMOS晶体管，N沟道金属氧化半导体NMOS晶体管，或多阈值电压MTCMOS晶体管；

所述至少两个开关的连接关系包括：串联关系，并联关系或串并联关系。

结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，

当所述至少两个开关中存在串联关系的开关时，一个所述第一控制信号用于控制一组串联关系的开关；

和/或，

当所述至少两个开关中存在并联关系的开关时，N个所述第一控制信号用于分别控制N组开关，所述N组开关相互为并联关系，所述N为大于一的整数，并且在N个所述第一控制信号的控制下，所述N组开关的导通时间之间存在相位差。

结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，

所述电压控制模块还包括：电压检测单元；所述电压检测单元用于检测所述电压输出模块输出的供电电压(V_o)；

所述第一信号调制单元还用于根据脉宽调制频率(F_sw)，参考电压(V_ref)以及所述供电电压(V_o)生成经脉宽调制的第一控制信号。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述第一信号调制单元，包括：

第一运算放大器，振荡发生器和脉宽调制比较器；

所述第一运算放大器用于对所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)做差值运算；

所述振荡发生器用于根据所述脉宽调制频率(F_sw)生成周期性波形信号；

所述脉宽调制比较器用于将所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)的差值，与所述周期性波形信号做比较，生成所述第一控制信号。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述第一信号调制单元，包括：

模数转换器，数字比较器，数字振荡发生器，数字脉宽调制控制器和第一存储器；

所述模数转换器用于将输入的所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)转换为数字信号；

所述数字比较器用于对转换为数字信号的所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)做差值运算；

所述数字振荡发生器用于根据所述脉宽调制频率(F_sw)生成周期性波形信号；

所述数字脉宽调制控制器用于将所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)的差值，与所述周期性波形信号做比较，得到信号比较结果，并在所述第一存储器存储的控制信号查找表中查找与所述信号比较结果相对应的第一控制信号；

所述第一存储器用于存储第一信号查找表，所述第一信号查找表中记载了所述信号比较结果与所述第一控制信号的对应关系。

结合第一方面，在第六种可能的实现方式中，所述第一信号调制单元，包括：

振荡发生器和延时单元；

所述振荡发生器根据所述脉宽调制频率(F_sw)生成周期性波形信号；

所述延时单元用于对所述周期性波形信号做相位延时，得到所述第一控制信号。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述电压控制模块还包括：第二信号调制单元和选通单元；

所述第二信号调制单元用于根据所述供电电压(V_o)生成第二控制信号，所述电压控制信号还包括所述第二控制信号；

所述选通单元用于根据模式指示信号，在所述第一控制信号和第二控制信号中选择其中之一作为向所述至少两个开关输出的电压控制信号。

结合第一方面第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述电压控制模块还包括：驱动单元；

所述驱动单元用于增强所述选通单元输出的电压控制信号。

结合第一方面第七种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，所述第二信号调制单元，包括：第二运算放大器；

所述第二运算放大器用于对所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)做差值运算，将差值运算的结果作为所述第二控制信号输出。

结合第一方面第七种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，所述第二信号调制单元，包括：

模数转换器，数字比较器，数字脉宽调制控制器和第二存储器；

所述模数转换器用于将输入的所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)转换为数字信号；

所述数字比较器用于对转换为数字信号的所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)做差值运算；

所述数字脉宽调制控制器用于根据所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)的差值运算结果，在所述第二存储器存储的第二信号查找表中查找与所述差值运算结果相对应的第二控制信号；

所述第二存储器用于存储第二信号查找表，所述第二信号查找表中记载了所述信号比较结果与所述第二控制信号的对应关系。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

在本发明实施例中，电源门控电路的第一信号调制单元可以根据脉宽调制频率生成经脉宽调制的第一控制信号，通过该第一控制信号对电压输出模块输出供电电压进行快速的响应控制。其中，由于第一控制信号是经脉宽调制的，且信号间是相互间相的，而间相下的多相位脉宽调制信号在频域下的速度相当于非间相控制信号速度的多倍(如，一个主频为1Mhz的16相位脉宽调制信号的响应速度要比单个非多相位的1Mhz控制信号下的响应速度要快)，因此，提高电源门控电路的系统带宽，控制系统的带宽越宽，能通过它的高频信号就越多，控制系统的反应速度也就越快；并且，多相位对开关进行控制可以使得门控电路在其带宽下的频率段内对信号的增益提高，提高了电源的完整性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术电源门控电路的一个示意图；

图2是本发明实施例电源门控电路的一个示意图；

图3是本发明实施例电源门控电路的另一个示意图；

图4是本发明实施例电源门控电路的另一个示意图；

图5是本发明实施例电源门控电路的另一个示意图；

图6是本发明实施例电源门控电路的另一个示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参阅图2，本发明实施例中电源门控电路的一个实施例包括：

电压输出模块10和电压控制模块20；

所述电压输出模块10包括：电源11和至少两个开关12；所述至少两个开关12用于将所述电源11输出的电源电压V_DD调制为负载所需的供电电压V_o；

所述电压控制模块20包括：第一信号调制单元；所述第一信号调制单元用于根据脉宽调制频率F_sw生成第一控制信号，所述第一控制信号为经脉宽调制的多相位控制信号；实际应用当中，所述脉宽调制频率的频率大小可以根据实际需求设置。

所述电压输出模块20用于向负载输出所述供电电压V_o；所述电压控制模块用于向所述至少两个开关12输出电压控制信号，所述电压控制信号包括所述第一控制信号，所述第一控制信号通过在高电平和低电平之间的切换，控制所述至少两个开关中相应开关的导通或关断，且所述第一控制信号在所述高电平或所述低电平其中一种电平信号的持续时间，表示所述至少两个开关中相应开关的导通时间或关断时间。

具体的，若所述开关属于低电平导通开关，则当所述第一信号处于高电平时，所述开关关断，当所述第一信号处于低电平时，所述开关导通。若所述开关属于高电平导通开关，则当所述第一信号处于低电平时，所述开关关断，当所述第一信号处于高电平时，所述开关导通。

所述开关包括：P沟道金属氧化半导体(PMOS，positive channel Metal OxideSemiconductor)晶体管，N沟道金属氧化半导体(NMOS，Negative channel Mental OxideSemiconductor)晶体管，或多阈值电压MTCMOS晶体管；

所述至少两个开关的连接关系包括：串联关系，并联关系或串并联关系。

当所述至少两个开关中存在串联关系的开关时，一个所述第一控制信号用于控制一组串联关系的开关；

和/或，

当所述至少两个开关中存在并联关系的开关时，N个所述第一控制信号用于分别控制N组开关，所述N组开关相互为并联关系，所述N为大于一的整数，并且在N个所述第一控制信号的控制下，所述N组开关的导通时间之间存在相位差。在实际应用中，所述第一信号调制单元可以同时产生N个第一控制信号，并通过所述N个所述第一控制信号分别控制N组开关的导通或关断时间。

在本发明实施例中，负载的供电由开关输出，由电压控制模块20完成对开关的开启或关断控制。开关的个数不受限制，可因具体的应用场景而制定。同时，开关的连接方式也不受限制，可以是全部并联的形式于电源V_DD和负载两端，也可以是串联并联结合的方式，或串联的方式。具体来说，开关可以是常用的功率开关管(power switches)，也可以是传统的CMOS工艺下的晶体管，也可以是，在电源门控技术中使用最频繁的多阈值电压CMOS。

在实际应用中，本发明实施例还可以添加了内部反馈环，即从负载端的电压传感器(Vsensor)测得的电压值直接传递给了控制器，请参阅图3，本发明实施例中电源门控电路的一个实施例包括：

电压输出模块10和电压控制模块20；

所述电压输出模块10包括：电源11和至少两个开关12；

所述电压控制模块20包括：第一信号调制单元21和电压检测单元22；所述电压检测单元用于检测所述电压输出模块输出的供电电压V_o；

进一步的，所述第一信号调制单元还用于根据脉宽调制频率F_sw，参考电压V_ref以及所述供电电压V_o生成经脉宽调制的第一控制信号。

具体的，在实际应用中，所述第一信号调制单元21的一种实现方式可以包括：

第一运算放大器211，振荡发生器212和脉宽调制比较器213；

所述第一运算放大器211用于对所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o做差值运算；

所述振荡发生器212用于根据所述脉宽调制频率F_sw生成周期性波形信号；具体的，所述周期性波形信号为波形相间的信号，如锯齿波信号或矩形波信号。所述周期性波形信号的频率和幅度可以根据实际应用来配置参数。对于多相的所述周期性波形信号而言，各周期性信号之间是相位相间的，具有相同的相位差。

所述脉宽调制比较器213用于将所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o的差值，与所述周期性波形信号做比较，生成所述第一控制信号。

示例性的，所述第一控制信号可以为多相位的脉冲宽度调制(PWM，Pulse WidthModulation)信号，两两所述第一控制信号之间的相位相间。

在图3中，“Sw_1，Sw_2，....，Sw_n”表示各个开关分别对应的所述电压控制信号；所述S_mode表示模式指示信号，所述Ramp表示锯齿波信号。

在本发明实施例中，电源V_DD通过开关的开启或关断的控制，从而将负载所需的供电电压传送给负载，而电压控制模块20则是开关的开启或关断的控制模块。为了更快的响应负载的电压调整需求，负载端的电压检测单元(Vsensor)将负载的实时电压V_o即时反馈给电压控制模块20。第一运算放大器211对所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o做差值运算，再由所述脉宽调制比较器213将所述参考电压V_ref和所述供电电呀V_o的差值，与所述振荡发生器生成的周期性波形信号做比较，生成所述第一控制信号。由多相位的第一控制信号分别对各个开关进行控制，以调整供电电压V_o。

下面对本发明实施例中的电源门控电路是如何实现快速电压跟踪进行描述：

快速电压跟踪(quick respond to sudden line and load changes)指的是，如果输出或输入有变化时，使得输出V_o尽量跟需要的输出一样。比如，输入电压短时间内从1V变化到0.95V，或者V_o由于干扰从1V变化到0.95V，但是需要的输出电压V_o始终都是1V。

本发明实施例中的电源门控电路实现快速电压跟踪体现在三个方面：

一、响应的速度；

在本发明实施例中，由于第一控制信号为经脉宽调制的多相位控制信号，且该第一控制信号具体可以分为多个控制信号，分别对应各个开关，每个控制信号在相位上是相间的，也即是说，如果该第一控制信号控制的是4个并联的开关，这些控制信号的相位差是360/4＝90°，如果是8个并联，则是360/8＝45°，以此类推；这种多相位的控制方式使得门控电路中的的系统带宽提高(在自动控制系统中，带宽反映了控制系统的响应速度，控制系统的带宽越宽，能通过它的高频信号就越多，输入信号(如，V_ref)和输出信号(如，V_o)的形状就越接近，控制系统的反应速度也就越快)。

二、输出电压准确度；

如，理想输出V_o应该是1V，但是没有任何干扰的情况下，输出还是0.95V，这是由于电源控制单元自身的问题，也即是输出电压准确度不高。该专利技术，要解决的就是这类问题。

三、输出电压低纹波(lower ripples)；

单位时间内输出电压的平均值|V_o|应该是要跟V_ref(需要输出的电压值)最接近的。但在实际应用中，所有的输出电压都会存在纹波。纹波越大则月偏离V_ref，反之，越接近。

在实际应用中，把第二和第三点归为电源完整性(power Integrity)。在本发明实施例中，多相位对开关进行控制可以使得门控电路在其带宽下的频率段内对信号的增益提高，从而使得对供电电压输出的控制幅度和控制精度提高，使得供电电压的输出更加的精确；并且，多相位的控制也可以使得不同相位间的波纹相互抵消，使电压V_o的平均值|V_o|跟V_ref更接近的。

进一步的，在实际应用中，对于同一负载，电源V_DD的大小决定了芯片整体功耗的一部分，以及供电传输的热损耗。由于电源V_DD从外部电源经供电电源网(power grids)传送至芯片内部，电源V_DD透过中间的传导过程中由于芯片封装，板间或芯片间的寄生电容及寄生电阻会产生热损耗，这部分热损耗是在负载自身损耗之外的功耗。该热损耗的大体计算方式为P_ohmic＝I²R，其中I为所传送的电流，R为等效的电阻值。当电阻值固定不变时，电流大小取决了热损耗大小。在目标功率不变的情况之下，如果V_DD电压值越大，则供电传送的电流则越小，从而降低热损耗。

在本发明实施例中，由于多相位的控制使得控制电路中对供电电压输出的控制幅度和控制精度都得到了提高，在实际应用当中对负载电压V_o界定时，能够降低V_o的最小电压；因此，可以在设置较高电源电压V_DD的同时，将负载的最小供电电压最大限度的降低，且不影响负载的任何功能，从而实现功耗的降低。

在实际应用中，所述第一信号调制单元还可以通过数字电路的方式实现，请参阅图4，本发明实施例中电源门控电路的一个实施例包括：

电压输出模块10和电压控制模块20；

所述电压输出模块10包括：电源11和至少两个开关12；

所述电压控制模块20包括：第一信号调制单元21和电压检测单元22；所述电压检测单元用于检测所述电压输出模块输出的供电电压V_o；

进一步的，所述第一信号调制单元还用于根据脉宽调制频率F_sw，参考电压V_ref以及所述供电电压V_o生成经脉宽调制的第一控制信号。

具体的，在实际应用中，所述第一信号调制单元21的数字电路实现方式可以包括：

模数转换器221，数字比较器222，数字振荡发生器223，数字脉宽调制控制器224和第一存储器225；

所述模数转换器221用于将输入的所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o转换为数字信号；

所述数字比较器222用于对转换为数字信号的所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o做差值运算；

所述数字振荡发生器223用于根据所述脉宽调制频率F_sw生成周期性波形信号；具体的，所述数字振荡发生器223可以由系统中的任意一个信号发生器实现，如，通过系统时钟模拟实现所述周期性波形信号。所述脉宽调制频率可以为数字信号，也可以为模拟信号。

所述数字脉宽调制控制器224用于将所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o的差值，与所述周期性波形信号做比较，得到信号比较结果，并在所述第一存储器存储的控制信号查找表中查找与所述信号比较结果相对应的第一控制信号；

所述第一存储器225用于存储第一信号查找表，所述第一信号查找表中记载了所述信号比较结果与所述第一控制信号的对应关系。

在本发明实施例中，若电压检测单元(Vsensor)测的电压值不是数字信号，则模数转换器221将输入的所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o转换为数字信号；可选的，若电压检测单元测的电压值数字信号，则本发明实施例可以不需要模数转换器221。接着，所述数字比较器(digital comparator)222对转换为数字信号的所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o做差值运算；所述数字脉宽调制控制器(digital PWM controller)224将所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o的差值，与所述数字振荡发生器223生成的周期性波形信号做比较，得到信号比较结果，并在所述第一存储器225存储的控制信号查找表中查找与所述信号比较结果相对应的第一控制信号。

在实际应用中，在不需要将供电电压V_o的反馈参与到生成控制开关信号的场景中，所述第一信号调制单元还可以其它方式实现，请参阅图5，本发明实施例中电源门控电路的一个实施例包括：

电压输出模块10和电压控制模块20；

所述电压输出模块10包括：电源11和至少两个开关12；

所述电压控制模块20包括：第一信号调制单元21和电压检测单元22；

具体的，在实际应用中，所述第一信号调制单元21的一种方式可以包括：

振荡发生器231和延时单元232；

所述振荡发生器231根据所述脉宽调制频率F_sw生成周期性波形信号；具体的，所述周期性波形信号为多相位的周期性波形信号。

所述延时单元232用于对所述周期性波形信号做相位延时，得到所述第一控制信号。

在本发明实施例中，电源门控电路有需求将负载进行低电压管理，也即是说，负载工作频率已经改变，(如负载的时钟降低到某一低频率)。相应的，负载的供电电压，也需要作出相对应的改变，(如供电电压降低到某一水平)。这时候负载所需的工作时钟和工作电压都是系统所预先配置好的，而负载就运行在该配置下即可。本发明实施例的目的是为了降低直接供电电压V_o。如，传统的供电电压V_o需要1V使得负载在系统时钟1Ghz下正常运行，而这种技术下的供电电压可能只要0.95V。

本发明实施例中，多相位的控制信号使得电源门框系统在单位时间内过流能力提高，则降低了负载所需的供电电压值。

在实际应用中，电压控制模块中还可以有其它信号调制单元，与第一信号调制单元共同实现对各个开关的控制，请参阅图3，本发明实施例中电源门控电路的一个实施例包括：

所述电压控制模块还包括：第二信号调制单元24和选通单元23；

所述第二信号调制单元24用于根据所述供电电压V_o生成第二控制信号，所述电压控制信号还包括所述第二控制信号；所述第二控制信号用于对所述至少两个开关进行时间点上的控制。

所述选通单元23用于根据模式指示信号，在所述第一控制信号和第二控制信号中选择其中之一作为向所述至少两个开关输出的电压控制信号。

所述模式指示信号为选择信号，即选择使能信号，在模式指示信号不同赋值情况下，所述开关可以由不同的Mode生成的电压控制信号控制。

进一步的，所述电压控制模块还包括：驱动单元25；所述驱动单元25用于增强所述选通单元输出的电压控制信号。

在第二信号调制单元的处理过程中，从负载端通过电压检测单元采集的电压值V_o与参考电压值V_ref进行比较，产生差值之后，再将差值通过驱动单元(Driver)交给开关，直接控制开关的开启或关断，或者当开关工作在线性工作区间，可以进行相应的压控栅源极控制，即通过改变栅源极V_gs电压大小而改变开关的等效电阻大小，从而调节负载端的电压大小。或者，V_o与V_ref的差值通过进一步调节之后，再产生相对应的开关控制信号。

在本发明实施例中，第一信号调制单元和第二信号调制单元共同根据所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o分别生成第一控制信号和第二控制信号。根据实际需要选通单元23会接收到片上系统发送的模式指示信号，选通单元23根据模式指示信号，在所述第一控制信号和第二控制信号中选择其中之一作为向所述至少两个开关输出的电压控制信号。在实际应用中，若开关所需的控制功率较高，则可以通过驱动单元25放大所述电压控制信号后，再传输给所述开关。

由于不同应用场景下，负载的等效电阻不同，且负载电流不同。为此，所有开关在不同场景下的等效电阻的需求不同。示例性的，在某一应用下，负载电流为1A，负载电阻为1欧姆，则此时负载的所需供电电压为1V。若所有开关的等效电阻为0.25欧姆，则此时的V_DD至少应该为1.25V。由于在实际应用当中，V_DD达不到这个伏值，则可以考虑改变开关的拓扑结构，也即是，在本发明实施例中，各个开关的连接方式，不仅仅可以是多个开关并联，也可以是开关串并联。而改变开关的拓扑结构和数量，则可以使用第一信号调制单元和第二信号调制单元的输出信号来控制不同开关。目的是为满足开关等效电阻和电流的要求(这种情况，负载没有划分开区间。所有的开关都并联在负载的供电电压输入端)。

另外，由于开关控制的不同负载，某些负载在一时间段内适合第二信号调制单元的调压模式，而某些负载在同一时间段内适合第一信号调制单元的调压模式。为此，对于某些应用可以采用第二信号调制单元控制一些负载，而另一些负载则由第一信号调制单元控制。(这种情况，负载划分为不同区间，不同区间由不同开关控制。)

在模拟电路的实现场景中，所述第二信号调制单元，包括：第二运算放大器241；所述第二运算放大器241用于对所述参考电压V_ref和所述供电电压Vo做差值运算，将差值运算的结果作为所述第二控制信号输出。

在数字电路的场实现景中，请参考图6，所述第二信号调制单元24，包括：

模数转换器242，数字比较器243，数字脉宽调制控制器244和第二存储器245；

所述模数转换器242用于将输入的所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o转换为数字信号；

所述数字比较器243用于对转换为数字信号的所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o做差值运算；

所述数字脉宽调制控制器244用于根据所述参考电压V_ref和所述供电电压V_o的差值运算结果，在所述第二存储器存储的第二信号查找表中查找与所述差值运算结果相对应的第二控制信号；

所述第二存储器245用于存储第二信号查找表，所述第二信号查找表中记载了所述信号比较结果与所述第二控制信号的对应关系。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种电源门控电路，其特征在于，包括：

电压输出模块和电压控制模块；

所述电压输出模块包括：电源和至少两个开关；所述至少两个开关用于将所述电源输出的电源电压(V_DD)调制为负载所需的供电电压(V_o)；

所述电压控制模块包括：第一信号调制单元；所述第一信号调制单元用于根据脉宽调制频率(F_sw)生成第一控制信号，所述第一控制信号为经脉宽调制的多相位控制信号；

所述电压输出模块用于向负载输出所述供电电压(V_o)；所述电压控制模块用于向所述至少两个开关输出电压控制信号，所述电压控制信号包括所述第一控制信号，所述第一控制信号通过在高电平和低电平之间的切换，控制所述至少两个开关中相应开关的导通或关断，且所述第一控制信号在所述高电平或所述低电平其中一种电平信号的持续时间，表示所述至少两个开关中相应开关的导通时间或关断时间。

2.根据所述权利要求1所述的电源门控电路，其特征在于，

所述开关包括：P沟道金属氧化半导体PMOS晶体管，N沟道金属氧化半导体NMOS晶体管，或多阈值电压MTCMOS晶体管；

所述至少两个开关的连接关系包括：串联关系，并联关系或串并联关系。

3.根据所述权利要求1或2所述的电源门控电路，其特征在于，

当所述至少两个开关中存在串联关系的开关时，一个所述第一控制信号用于控制一组串联关系的开关；

和/或，

当所述至少两个开关中存在并联关系的开关时，N个所述第一控制信号用于分别控制N组开关，所述N组开关相互为并联关系，所述N为大于一的整数，并且在N个所述第一控制信号的控制下，所述N组开关的导通时间之间存在相位差。

4.根据所述权利要求1所述的电源门控电路，其特征在于，

所述电压控制模块还包括：电压检测单元；所述电压检测单元用于检测所述电压输出模块输出的供电电压(V_o)；

所述第一信号调制单元还用于根据脉宽调制频率(F_sw)，参考电压(V_ref)以及所述供电电压(V_o)生成经脉宽调制的第一控制信号。

5.根据所述权利要求4所述的电源门控电路，其特征在于，所述第一信号调制单元，包括：

第一运算放大器，振荡发生器和脉宽调制比较器；

所述第一运算放大器用于对所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)做差值运算；

所述振荡发生器用于根据所述脉宽调制频率(F_sw)生成周期性波形信号；

所述脉宽调制比较器用于将所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)的差值，与所述周期性波形信号做比较，生成所述第一控制信号。

6.根据所述权利要求4所述的电源门控电路，其特征在于，所述第一信号调制单元，包括：

模数转换器，数字比较器，数字振荡发生器，数字脉宽调制控制器和第一存储器；

所述模数转换器用于将输入的所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)转换为数字信号；

所述数字比较器用于对转换为数字信号的所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)做差值运算；

所述数字振荡发生器用于根据所述脉宽调制频率(F_sw)生成周期性波形信号；

所述数字脉宽调制控制器用于将所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)的差值，与所述周期性波形信号做比较，得到信号比较结果，并在所述第一存储器存储的控制信号查找表中查找与所述信号比较结果相对应的第一控制信号；

所述第一存储器用于存储第一信号查找表，所述第一信号查找表中记载了所述信号比较结果与所述第一控制信号的对应关系。

7.根据所述权利要求1所述的电源门控电路，其特征在于，所述第一信号调制单元，包括：

振荡发生器和延时单元；

所述振荡发生器根据所述脉宽调制频率(F_sw)生成周期性波形信号；

所述延时单元用于对所述周期性波形信号做相位延时，得到所述第一控制信号。

8.根据所述权利要求6所述的电源门控电路，其特征在于，所述电压控制模块还包括：第二信号调制单元和选通单元；

所述第二信号调制单元用于根据所述供电电压(V_o)生成第二控制信号，所述电压控制信号还包括所述第二控制信号；

所述选通单元用于根据模式指示信号，在所述第一控制信号和第二控制信号中选择其中之一作为向所述至少两个开关输出的电压控制信号。

9.根据所述权利要求8所述的电源门控电路，其特征在于，所述电压控制模块还包括：驱动单元；

所述驱动单元用于增强所述选通单元输出的电压控制信号。

10.根据所述权利要求8所述的电源门控电路，其特征在于，所述第二信号调制单元，包括：第二运算放大器；

所述第二运算放大器用于对所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)做差值运算，将差值运算的结果作为所述第二控制信号输出。

11.根据所述权利要求8所述的电源门控电路，其特征在于，所述第二信号调制单元，包括：

模数转换器，数字比较器，数字脉宽调制控制器和第二存储器；

所述模数转换器用于将输入的所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)转换为数字信号；

所述数字比较器用于对转换为数字信号的所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)做差值运算；

所述数字脉宽调制控制器用于根据所述参考电压(V_ref)和所述供电电压(V_o)的差值运算结果，在所述第二存储器存储的第二信号查找表中查找与所述差值运算结果相对应的第二控制信号；

所述第二存储器用于存储第二信号查找表，所述第二信号查找表中记载了所述信号比较结果与所述第二控制信号的对应关系。