CN105375536B - 磁电源耦合到集成电路模块 - Google Patents

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Abstract

公开了磁电源耦合系统。集成电路模块包括集成电路裸片和次级绕组，次级绕组配置为基于磁通量生成感应交流电流。初级绕组在集成电流模块外部、靠近集成电路模块并耦合到主电源，主电源与生成磁通量的交流电流相对应。感应交流电流被转换为处于为集成电路裸片供电的电压等级的直流电流。

Description

磁电源耦合到集成电路模块
优先权的要求
本申请要求于2014年8月7日提交的、题为“MAGNETIC POWER COUPLING TO APROCESSOR MODULE”的62/034,725号(代理人案号为NVIDP1075+)美国临时申请的权益，其全部内容通过援引并入本文。
技术领域
本发明涉及集成电路，并且更具体地，涉及用于为集成电路供电的技术。
背景技术
常规处理器诸如中央处理单元(CPU)和图形处理单元(GPU)要求高电流、低电压电源。典型的处理器可要求提供高达150安培(A)的电流和低于1伏特(V)电压的电源。将高电流低电压电源接入封装处理器集成电路的封装或模块在电力上造成若干问题，包括在电力上将开关稳压器耦合到模块的电线(例如制造在印刷电路板上的迹线)中的电压降(即IR压降)，以及将电力从模块路由到集成电路裸片(die)的配电网络的电感所引起的高电源阻抗。
在数据中心，处理器电力典型地由480VAC(伏特交流电流)三相电发起，其逐步降低到240VAC或120VAC，并且随后经由开关稳压器逐步降低到12VDC，之后通过第二开关稳压器逐步降低到处理器供电电压(例如3.3VDC等)。三阶段逐步降压过程导致严重的损耗。然而，直接从高电压电源(例如480VAC，240VAC或120VAC)转换由于与处理高电压导体相关联的绝缘、隔离和蠕变要求而存在问题。因此，存在用于解决这些问题和/或与现有技术相关联的其他问题的需求。
发明内容
公开了磁电源耦合系统。集成电路模块包括集成电路裸片和次级绕组，次级绕组配置为响应于交流磁通量生成感应交流电流。初级绕组在集成电流模块外部、靠近集成电路模块并耦合到主电源，主电源与生成磁通量的交流电流相对应。感应交流电流被转换为处于为集成电路裸片供电的电压等级的直流电流。
附图说明
图1A示出了根据一个实施例的、用于为集成电路提供电力的方法100的流程图；
图1B示出了根据一个实施例的磁电源耦合系统；
图2A、2B和2C示出了根据一个实施例的、图1B的磁电源耦合系统的横截面图；
图2D和2E示出了根据一个实施例的、图2A、2B和2C的PCB；
图2F示出了根据一个实施例的、具有在PCB中实现的初级绕组的图1B的磁电源耦合系统的横截面图。
图3A示出了根据一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级全桥逆变器和次级全桥整流器；
图3B示出了根据一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级半桥逆变器和次级全桥整流器；
图3C示出了根据另一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级回扫转换器和次级整流器；
图3D示出了根据另一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级回扫转换器和另一个次级整流器；
图4A示出了根据另一个实施例的多相磁电源耦合系统；
图4B示出了根据一个实施例的、图1B的磁电源耦合系统的横截面图；
图4C示出了根据一个实施例的、图4B的无载PCB 410；
图4D示出了根据一个实施例的、图4B的PCB的横截面图；以及
图5示出了各先前实施例的各架构和/或功能性可以在其中实现的示例性系统。
具体实施方式
可以通过将电源磁耦合到集成电路模块来缓解与常规处理器电源相关联的低电压高电流配电问题和用于直接转换所要求的处理高电压信号的问题。在下面描述的上下文中，集成电路模块是包含集成电路裸片和变压器的至少一部分的封装。交流电流应用到变压器的初级绕组，以感应出与包括在集成电路模块中的变压器的次级绕组接近的变化的磁场。变化的磁通量感应出次级绕组中的交流电流，并且交流电流经由整流器转换为DC(直流电流)电压，并且在需要时逐步降低到集成电路裸片的供电电压。
图1A示出了根据一个实施例的、用于为集成电路提供电力的方法100的流程图。虽然结合图1B、2A-2F、3A-3D、4A-4E和图5的系统来描述方法100，但是本领域普通技术人员将理解，实施方法100的任何系统均在本发明的实施例的范围内。
在一个实施例中，磁电源耦合系统配置为实施方法100。磁电源耦合系统可以电耦合到集成电路裸片以为集成电路裸片提供电力。在步骤105，提供包括集成电路裸片和次级绕组的集成电路模块，所述次级绕组配置为基于磁通量生成感应交流电流。
在步骤110，初级绕组在集成电路模块外部、靠近集成电路模块并且耦合到与生成磁通量的交流电流相对应的主电源。磁通量在初级绕组和次级绕组的磁芯中生成。虽然变压器自身的绕组是电感器，但是在下面描述的上下文中，绕组按照其容量被引用为变压器的元件(即芯上的孤立绕组)，并且不引用为电感器。主电源与第一电压等级和第一电流相对应并且可以是高电压低电流电源。在一个实施例中，第一电压等级是高电压等级，并且第一电流是小电流。功率是第一电流和第一电压的乘积。磁芯的第一部分是初级电感器的元件，并且与集成电路模块是分离的。磁芯的第二部分是次级电感器的元件，并且包括在集成电路模块中。
在一个实施例中，磁芯的第一部分是初级芯，其由C型磁性材料块(例如铁氧体)形成，所述C型磁性材料块具有卷绕初级芯的至少一部分的初级绕组。在下面描述的上下文中，第一电流是流经初级绕组的交流电流(AC)，生成磁通量，并且磁通量响应于交流电流而变化。在一个实施例中，AC电流是频率在100kHz到1MHz之间的方波。在下面描述的上下文中，初级芯和初级绕组形成初级电感器。初级电感器可以起到包括磁芯的高电压初级变压器的作用。
在一个实施例中，磁芯的第二部分是次级芯，其由另一个C型磁性材料块形成，所述另一个C型磁性材料块具有卷绕在次级芯的至少一部分的次级绕组。在一个实施例中，初级芯的对立两端在物理上耦合到次级芯的对立两端。在下面描述的上下文中，次级芯和次级绕组形成次级电感器。次级电感器可以运起到包括磁芯的低电压次级变压器的作用。
在步骤115，将感应交流电流转换为第二电压等级上的直流电流，以为集成电路裸片供电。通过改变磁通量在次级绕组中感应出交流电流，并且将感应电流转换为第二电流以为集成电路裸片供电。将通过磁通量在次级绕组中感应出的AC电压转换为第二电压等级上的DC电压，以为集成电路裸片供电。在一个实施例中，为集成电路裸片供电的第二电压等级低于与主电源相对应的DC电压等级。在一个实施例中，感应电流和为集成电路裸片供电的第二电流均大于与主电源相对应的第一电流。
第二电压和第二电流与供应给集成电路的电力相对应，并且可以是低电压高电流电源。在一个实施例中，第二电压等级是用于集成电路的供电电压，诸如Vdd。在一个实施例中，整流器电路配置为接收感应电流和感应电压，并且生成第二电流和第二电压等级。在一个实施例中，整流器电路包括在封装中并且通过滤波电路耦合到集成电路裸片。在一个实施例中，整流器电路是采用MOSFET实现的“同步整流器”。
现在将关于不同实施例的各可选功能性/架构来阐述更多示例性的信息，根据用户的期望可以在先前实施例的上下文中实现或不实现所述功能性/架构。应特别注意的是，下面的信息出于示例性的目的而阐述并且其不应被认为是以任何方式进行限制。例如，下面特征中的任何一个可以可选地合并，排除或无需排除所述的其他特征。
图1B示出了根据一个实施例的磁电源耦合系统130。磁电源耦合系统130包括初级绕组135和通过磁路磁耦合到初级绕组135的集成电路模块155。由初级绕组135所产生的磁通量160流经磁路。在一个实施例中，初级绕组135替换为初级电感器，所述初级电感器包括初级绕组和磁芯的第一部分，所述磁芯的第一部分是形成初级芯的一块磁性材料。
集成电路模块155包括次级绕组140、整流器电路145、电感器148、以及集成电路裸片150。在一个实施例中，次级绕组140替换为次级电感器，所述次级电感器包括次级绕组和磁芯的第二部分，所述磁芯的第二部分是形成次级芯的一块磁性材料。在一个实施例中，采用次级绕组140卷绕次级芯的至少一部分，以形成变压器的低电压次级绕组。
整流器电路145电耦合到次级绕组140，并且可以整体或部分地集成在集成电路裸片150中。集成电路裸片150可以安装在封装衬底上，并且装入器件封装中以产生集成电路模块155，所述器件封装还包括以下中的一个或多个：整流器电路145、电感器148、以及次级绕组140的至少一部分。在一个实施例中，次级绕组140和次级芯的至少一部分包括在集成电路模块内。次级芯的剩余部分(即对立两端)可以伸出到集成电路模块165的器件封装的外部。
整流器电路145配置为将次级绕组140中感应出的电流和电压转换为将提供给集成电路裸片150的第二电流和第二电压等级。器件封装可以电耦合到PCB。在一个实施例中，电感器148可以省略。
图2A示出了根据一个实施例的、图1B的磁电源耦合系统130的横截面图。次级芯220和次级绕组215起到变压器的低电压次级绕组的作用。图1B中示出的集成电路模块155包括集成电路裸片150，并且还可以包括封装衬底205、次级芯220和次级绕组215。在一个实施例中，通过将U或C型磁性材料块压焊到封装衬底205的背面来将变压器的磁芯的第二部分集成到集成电路模块155中作为次级芯220。一片铜带可以缠过(run over)U或C型磁性材料块以为次级传感器提供次级绕组215。次级绕组215在铜带的对立两端电耦合到封装衬底205，以将电流和电压提供给集成电路模块155。电流和电压通过磁通量在次级绕组215中感应得出。磁路通过初级芯225和初级绕组230完成，初级芯225和初级绕组230起到变压器的高电压初级电感器的作用以生成磁通量。
在一个实施例中，初级芯225是穿透PCB 210到封装衬底205下面的U或C型磁性材料块。在一个实施例中，PCB 210是低电压PCB。在一个实施例中，初级芯225形成自两个L型磁性材料块，以促进在初级芯225周围安装线轴。在其他实施例中，由初级芯225和次级芯220所形成的磁芯的形状可以与图2A中示出的“梨子”形状不同。例如，磁芯的形状可以是矩形、椭圆形、或任何其他闭环形状。初级芯225和/或次级芯220的周长可以沿着各自芯的长度而改变。例如，次级芯220的周长在接近次级绕组215处可以较小。类似地，初级芯225的周长可以随着自穿过PCB 210的对立两端的距离的增大而增大。磁芯的磁阻随着芯的横截面积的增大而减小，磁阻R＝l/μA，其中l是线路的长度，μ是材料的磁导率，并且A是横截面积。
集成电路模块155可以通过常规手段电耦合到PCB 210，如电耦合222所示出的。示范性电耦合机制包括锡球、连接器、插座等等，其可以将封装衬底205连接到PCB 210，以连接两者之间的信号。初级芯225配置为穿过PCB 210中的一个或多个开口，并且物理地耦合到次级芯220。在一个实施例中，经由机械弹簧或夹钳来保持初级芯225与次级芯220相倚，以将初级芯225物理地耦合到次级芯220并形成磁路。在一个实施例中，使用焊料或胶将初级芯225物理地耦合到次级芯220。在一个实施例中，高电压信号与初级绕组230相关联，低电压信号与次级绕组215相关联。
在一个实施例中，PCB 210或集成电路模块155均不携载高电压信号。事实上，在一个实施例中，从PCB 210到集成电路模块155不存在电力连接，而是通过穿过磁路的磁通量对集成电路模块155磁性地提供电力，所述磁通量感应出次级绕组中的电流和电压。
磁电源耦合系统130可以完全消除与初级电感器和集成电路模块155之间的配电相关联的所有电压降(即IR损耗)。第二电压等级和第二电流提供低电压高电流直流电流(DC)电力，其通过整流器电路145直接在集成电路模块155上产生。因此，在一个实施例中，没有必要向集成电路模块155传输低供电电压，并且不存在来自低供电电压配送的电压降。与将AC高电压低电流电源转换为DC低电压高电流电源(即孤立的高压逐步降低转换器)用于由集成电路裸片150使用的常规实现方案相比，磁元件的数目可以减小，因为转换仅需要单个阶段而不是三个阶段。
图2B示出了根据一个实施例的、图1B的磁电源耦合系统130的另一横截面图。图2B中所示出的横截面图与图1A中所示出的横截面图相比，围绕垂直轴旋转了90度。如图2B所示，U或C型磁性材料块耦合到封装衬底205的背面以形成次级芯220，一片铜带放置在U或C型磁性材料块上。铜带形成次级绕组215并且在铜带的相对两端处电连接到封装衬底205，以将感应电流和电压提供给集成电路模块155。电流和电压通过在磁芯中生成的磁通量在次级绕组215中感应得出。磁路通过初级芯225而完成。初级绕组230卷绕在初级芯上，并且起到变压器的高电压初级绕组的作用。
图2C示出了根据一个实施例的、图1B的磁电源耦合系统130的另一横截面图。如图2C所示，U或C型磁性材料块耦合到封装衬底205的背面形成次级芯220，放置在U或C型磁性材料块上的那片铜带至少部分地凹进到封装衬底255中。物理地耦合到初级芯225的次级芯225的相对两端可从包含集成电路模块155的器件封装伸出。集成电路模块155可以包括集成电路裸片150、封装衬底255、次级绕组215和次级芯220的至少一部分。
如结合图3A-3D所进一步描述的，由初级芯225、初级绕组230、次级芯220和次级绕组215所形成的变压器可以在电耦合到初级绕组230的逆变器电路配置中使用。选择初级绕组230和次级绕组215之间的绕组比，以便在初级绕组135处的电压是与主电源(例如120VAC、240VAC、480VAC)相关联的高电压等级时，感应电压是更容易由整流器电路145转换为DC电压等级的低电压等级(例如2VAC等)。在一个实施例中，主电源频率是500KHz。当跨初级绕组230应用AC电压时，交流电流流经初级绕组230，并且低电压等级(例如标称2VAC)跨次级绕组215而感应得出。在(如图2A、2B和2C所示的)次级电感器的次级绕组215采用单匝，初级绕组230中所要求的匝数(针对具有1.4x峰值电压的120VAC、240VAC或480VAC分别)是60、120或240。与全桥逆变器电路所使用的匝数相比，针对半桥逆变器电路配置的匝数减半。在一个实施例中，第二片铜带越过附加磁性材料块以形成存储电感器L1，诸如图1B中所示出的存储电感器148。
图2D示出了根据一个实施例的、可替代图2A、2B和2C的PCB 210使用的PCB 260。用于将次级芯220物理地耦合到初级芯225的两个孔240穿过PCB 260。初级绕组235实现为PCB260上的导电迹线，如通过概念上的初级绕组232所示出的，每个螺旋在相对方向(例如顺时针方向和逆时针方向)上围绕孔240。导电迹线提供电连接，第一电流通过该电连接流动。
图2E示出了根据一个实施例的、图2D的PCB 260。PCB 260上形成初级绕组235的迹线表现为圆而非螺旋。每个圆的缺口是迹线路由穿过至PCB 260的下一个更深层的地方。假定每匝占据PCB 260的单层，PCB 260中的层数可限制初级绕组230中的匝数。
图2F示出了根据一个实施例的、具有在PCB 260中实现的初级绕组235的图1B的磁电源耦合系统的横截面图。初级绕组235的匝是PCB 260中的迹线。如图2F所示，形成次级芯220的U或C型磁性材料块至少部分地凹进到封装衬底255中，放置在U或C型磁性材料块上的那片铜带也至少部分地凹进到封装衬底255中。类似地，初级绕组235凹进到PCB 260中。
图3A示出了根据一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级全桥逆变器和次级全桥整流器的一相。次级全桥整流器320可以实现为图1B中所示出的整流器电路145。集成电路300实现为图1B中所示出的集成电路裸片150。在一个实施例中，集成电路300是处理器电路。在一个实施例中，L1是图1B中所示出的存储电感器148。
两个初级全桥逆变器310可以包括在图1B中所示出的磁通量源135中，在其中每个初级全桥逆变器310是两同步相位之一，用来在初级绕组135处产生交流电流和电压。两相中的每个可提供的电流量有限，所以每相提供一半的电流和一半的电压。每相包括专用变压器。在一个实施例中，两相中的每个接收与主电源相对应的480VAC 155mA输入，并产生与用于集成电路裸片150的电源相对应的1VDC 75A输出。在一个实施例中，三相整流器电路和存储电容器配置在主电源和VIN之间。在另一个实施例中，三相功率因数校正电路配置在主电源和VIN之间。
在一个实施例中，初级全桥逆变器310在输入VIN处接受主电源，并在初级电感器T1中产生磁通量160。当跨电感器T1存在电压时生成磁通量。磁通量160感应出AC电压和电流，其与次级电感器T2相关联并由整流器电路145接收。在一个实施例中，次级全桥整流器320响应于磁通量160产生1VDC的输出电压等级VOUT和75A的输出电流IOUT。电感器L1和电容器C1是平滑感应电压以产生稳定VOUT的滤波电路。VOUT是第二电压等级，并且IOUT是第二电流，其分别基于感应电压和电流而生成。变压器(例如T1和T2)分割为集成到集成电路模块155中的次级电感器T2的次级芯，和实现在高电压模块上物理地耦合到次级芯的初级电感器T1的初级芯。
初级全桥逆变器310使用四个高电压(例如高达600伏特或更高)功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)M1、M2、M3和M4来驱动初级绕组230。按照如下顺序驱动晶体管：使能晶体管M2和M4以跨初级绕组230应用第一电压等级VIN(例如480伏特)，然后禁用晶体管M2和M4并且使能晶体管M1和M4以跨初级绕组230采用零伏特空转第一电流通过初级绕组230。随后禁用晶体管M4并且使能晶体管M3(M1仍然使能)以跨初级绕组230应用相反方向的第一电压(例如-480伏特)。最后，禁用晶体管M1和M3并且使能晶体管M2和M3以空转第一电流以另一方向通过初级绕组230。第一电流交替方向通过初级绕组230并在磁芯中产生磁通量160。在一个实施例中，由T1和T2形成的变压器具有240:1的匝比，初级绕组230上240匝，次级绕组215上1匝。因此，当+/-480伏特的第一电压应用到初级绕组230时，+/-2V的感应电压跨次级绕组215随之出现。
对初级全桥逆变器310中的晶体管对进行使能和禁用的开关事件可以是耗费时间的，这样，在一对晶体管被使能和打开之前，另一对晶体管被禁用并且关闭。在仅一个晶体管使能或没有晶体管使能时的死区时间允许第一电流对开关节点充电或放电，因此下一个使能转变在跨被使能的晶体管为零电压时而发生。例如，在从M2和M4转变到M1和M4时，M2在M1被使能之前禁用。M1的漏极放电，允许M1在被使能时跨M1为零电压而打开。采用跨晶体管为零电压进行开关减小了由于开关而造成的功率损耗。
感应电压由包括晶体管M5、M6、M7和M8的次级全桥整流器320整流。在一个实施例中，晶体管M5、M6、M7和M8是低电压平面MOSFET。因此，晶体管M5、M6、M7和M8可以随集成电路300一起集成到集成电路裸片150上。
当初级全桥逆变器310的晶体管M2和M4使能时，晶体管M6和M8使能(并且晶体管M5和M7禁用)以将感应电压等级(例如+2伏特)应用到电感器L1。类似地，当晶体管M1和M3使能时，晶体管M5和M7使能(并且晶体管M6和M8禁用)以也将感应电压等级(例如+2伏特)应用到电感器L1。注意，虽然T2处的电压极性交替，但是L1处的电压由于控制晶体管M5、M6、M7和M8的信号而是正极。每当晶体管M1和M4使能或者晶体管M2和M3使能时，所有四个晶体管M5、M6、M7和M8使能，以在变压器短路时提供围绕通过L1和滤波电容器C1的环的低阻抗路径。
次级全桥整流器320的输出电压受控于第一电压等级(例如+/-480伏特脉冲)的交替极性脉冲的调节宽度，所述第一电压等级的交替极性脉冲通过控制晶体管M1、M2、M3和M4以跨T1交替极性而生成。第二电流IOUT被提供到集成电路300。控制器可以包括为初级全桥逆变器310的一部分。信号从集成电路模块155传送到控制器以检测跨电容器C1的VOUT，并且信号从控制器传送到集成电路模块155以同步使能和禁用晶体管M5、M6、M7和M8的驱动信号。
如果T1和T2之间不要求隔离，则可以在初级全桥逆变器310和次级全桥整流器320之间共享公共地电压。在一个实施例中，控制器单元配置为针对驻留在系统的初级侧的晶体管生成控制信号，控制信号在初级全桥逆变器310和次级全桥整流器320之间传送可以经由低电压连接器进行路由。如果T1和T2之间要求隔离，则在次级全桥整流器320和初级全桥逆变器310之间传送的控制信号可以光耦合或磁耦合。当T1和T2被隔离，次级全桥整流器320和初级全桥逆变器310的低电源(例如，地)可以处于不同的电压等级。
图3B示出了根据一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级半桥逆变器315和次级全桥整流器320。两个初级半桥逆变器315可以包括在图1B中所示出的磁通量源135中，在其中每个初级半桥逆变器315和变压器是两个同步相位之一，用来在初级绕组135处产生交流电流和AC电压。在初级半桥逆变器315中，电容器C3和电阻器R3配置为相互并联并替代初级全桥逆变器310中的晶体管M3。类似地，电容器C4和电阻器R4配置为相互并联并替代初级全桥逆变器310中的晶体管M4。电阻器R3和R4之间的节点处的电压维持在VIN电压等级的大约一半。
按照以下顺序驱动晶体管：使能晶体管M2以将第一电压等级VIN/2(例如+240伏特)应用到R3和R4之间的节点。跨初级绕组230的AC电压是VIN–VIN/2。随后禁用晶体管M2以空转第一电流通过初级绕组230，随着磁场消散和在T2中感应出电流，跨初级绕组230的电压降低到零伏特。随后使能晶体管M1以跨初级绕组230应用相反方向的第一电压等级VIN/2–GND(例如-240伏特)。最后，禁用晶体管M1以空转第一电流以另一方向通过初级绕组230。第一电流交替通过初级绕组230的方向并在磁芯中产生磁通量160，并且感应电压跨次级绕组215出现。
图3C示出了根据另一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级回扫逆变器330和次级整流器340。在初级回扫逆变器330中，包括在初级全桥逆变器310中的晶体管M1、M2、M3和M4被晶体管M10和耗能元件325(即吸收电路(snubber))所替代。在一个实施例中，晶体管M10是功率MOSFET。使能晶体管M10以对初级电感器T1的磁化电感充电。随后禁用晶体管M10，并且存储在T1中的磁通量在晶体管M10被禁用时通过次级电感器T2而放电，感应出通过T2的电流和跨T2的电压。当M10禁用时，存储在变压器的漏电感中的能量通过耗能元件325而消散。
与次级全桥整流器320相比，电感器L1从次级整流器340中省略，并且晶体管M5、M6、M7和M8被晶体管M9所替代。当晶体管M10禁用时晶体管M9使能，当晶体管M10使能时晶体管M9禁用。晶体管M9所固有的体二极管342指示磁通量160感应出的电流的方向。电感器L1可以从次级整流器340中省略，因为变压器的磁化电感起到存储电感器的作用。
图3D示出了根据另一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级回扫转换器335和次级整流器340。在初级回扫转换器335中，包括在初级全桥逆变器310中的晶体管M1、M2、M3和M4被晶体管M11和M12以及二极管336和338所替代。在一个实施例中，晶体管M11和M12是功率MOSFET。使能晶体管M11和M12以对初级电感器T1充电。随后禁用晶体管M11和M12。流经T1的电流生成与磁通量160相对应的磁场。在M11和M12使能时发展出的磁通量在晶体管M11和M12禁用时通过次级电感器T2而放电，改变跨T1的电压并感应出通过T2的电流和跨T2的电压。
当晶体管M11和M12禁用时次级整流器340中的晶体管M9使能，当晶体管M11和M2使能时M9禁用。当晶体管M11和M12禁用时，漏电感通过二极管336和338从初级电感器T1移除。二极管336和338配置为将变压器的漏电感中所存储的能量返回到电源。在另一个实施例中，初级回扫逆变器335被正激逆变器电路所替代。
多相磁电源耦合系统可以通过使用多个逆变器和整流器对以及相对应的变压器而实现。图4A示出了根据另一个实施例的多相磁电源耦合系统400。与每个初级逆变器430和次级整流器420相对应的变压器在四个不同的相位之一期间操作，以为集成电路300提供第二电压和第二电流。在一个实施例中，以交错的方式驱动每个相位以最小化Vin中的脉动。注意，多个相位可以使用变压器的公共“返回桥臂”，只要每个相位具有其自己的“输入”桥臂，以确保来自一个相位的磁通量与来自其他相位绕组的相隔离。
四个初级逆变器430生成磁通量460，磁通量460在四相位之一期间在各自的次级整流器420中感应出电流和电压。初级逆变器430和次级整流器420可以各自实现为初级全桥逆变器310和次级全桥整流器320、初级半桥逆变器315和次级全桥整流器320、初级回扫逆变器330和次级整流器340、以及初级回扫逆变器335和次级整流器340。
图4B示出了根据一个实施例的、图1B的磁电源耦合系统的横截面图。包括在(如图3A-3D中所示出的)整流器电路145中的滤波电容器C1可以实现为电容器阵列410，在其中电容器并联耦合并且位于封装衬底205上。与集成电路裸片150相比，电容器阵列410位于封装衬底的相对侧上。图1B中所示出的集成电路模块155可以包括集成电路裸片150、封装衬底205、电容器阵列410、次级绕组215、以及次级芯220的至少一部分。集成电路模块155电耦合到PCB 410。PCB 410可以替代图2A-2C中所示出的PCB 210和图2D-2F中所示的PCB 260。
图4C示出了根据一个实施例的、图4B的无载PCB 410。电容器阵列410所占据的在封装衬底205下面的PCB 410上的区域是电容器阵列足迹405。PCB 410可以包括单个孔或一对孔用于将次级芯220耦合到初级芯225用于每个小变压器，在其中小变压器的集合形成用于多相之一的各变压器。在一个实施例中，变压器集合的一部分(例如一对)可以实现图4A中所示出的磁电源耦合系统400的一相。
图4D示出了根据一个实施例的、图4B的PCB 410的横截面图。横截面图是处于穿过次级芯220切割的平面，在其中次级绕组215电耦合到封装衬底205。每个小变压器的次级芯220耦合到位于PCB 410的下侧的各自的初级芯225。变压器集合的一部分可以实现图4A中所示出的磁电源耦合系统400的一相。
图5示出了各先前实施例的各架构和/或功能性可以在其中实现的示例性系统500。如所示的，提供了系统500，其至少包括一个连接到通信总线502的中央处理器501。通信总线502可以使用任何合适的协议来实现，诸如PCI(外围组件互连)，PCI-Express，AGP(加速图形端口)、超传输、或任何其他总线或点对点通信协议。系统500还包括主存储器504。控制逻辑(软件)和数据存储在主存储器504中，主存储器504可以采取随机存取存储器(RAM)的形式。
系统500还包括输入设备512、图形处理器506以及显示器508，所述显示器508即常规CRT(阴极射线管)、LCD(液晶显示器)、LED(发光二极管)、等离子显示器等等。可从输入设备512例如键盘、鼠标、触摸板、扩音器等接收用户输入。在一个实施例中，图形处理器506可包括多个着色器模块、光栅化模块等。前述模块中的每一个实际上可布置于单个半导体平台上以形成图形处理单元(GPU)。
在本描述中，单个半导体平台可以指单独一个的基于半导体的集成电路或芯片。应注意的是，术语单个半导体平台还可以指具有增强的连通性的多芯片模块，其仿真片上操作，并通过利用常规中央处理单元(CPU)和总线实现方案做出实质的改进。当然，各模块还可根据用户的期望分开地或以半导体平台的各种组合来布置。
系统500还可包括二级存储510。二级存储510包括例如硬盘驱动器和/或表示软盘驱动器、磁带驱动器、压缩光盘驱动器、数字通用光盘(DVD)驱动器、记录设备、通用串行总线(USB)闪存的可移动存储驱动器。可移动存储驱动器以公知的方式从可移动存储单元读取和/或写入到可移动存储单元。
计算机程序或计算机控制逻辑算法可存储在主存储器504和/或二级存储510中。这类计算机程序当被执行时使得系统500能够实施各种功能。存储器504、存储510和/或任何其他存储是计算机可读介质的可能的示例。
在一个实施例中，可在以下内容的上下文中实现各先前示图的架构和/或功能性：中央处理器501、图形处理器506、能够具有中央处理器501和图形处理器506二者的能力的至少一部分的集成电路(未示出)、芯片集(即设计为作为用于实施相关功能的单元来工作和出售的集成电路组等)和/或用于该问题的任何其他集成电路。
还有就是，可在以下内容的上下文中实现各先前示图的架构和/或功能性：通用计算机系统、电路板系统、专用于娱乐目的的游戏机系统、特定于应用的系统和/或任何其他所期望的系统。例如，系统500可采取台式计算机、膝上型计算机、服务器、工作站、游戏机、嵌入式系统和/或任何其他类型的逻辑的形式。还有就是，系统500可采取各种其他设备的形式，包括但不限于个人数字助理(PDA)设备、移动电话设备、电视机等。
进一步地，虽然未示出，但系统500可耦合到网络(例如电信网络、局域网(LAN)、无线网、诸如互联网的广域网(WAN)、点对点网络、电缆网络等等)用于通信目的。
虽然上文已描述了各实施例，但应理解的是它们通过仅示例而非限制的方式加以呈现。因此，优选实施例的宽度和范围不应被上文所述的示例性实施例中的任何一个所限制，而应仅根据下面的权利要求和其等同物来加以限定。

Claims (17)

1.一种将磁电源耦合到集成电路模块的方法，包括：
提供集成电路模块，所述集成电路模块包括集成电路裸片和次级绕组，所述次级绕组配置为基于磁通量生成感应交流电流；
提供初级绕组，所述初级绕组在所述集成电路模块的外部、靠近所述集成电路模块并耦合到主电源，所述主电源与生成所述磁通量的交流电流相对应；以及
将所述感应交流电流转换为处于为所述集成电路裸片供电的电压等级的直流电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电压等级低于所述主电源的电压等级。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括全桥逆变器电路，所述全桥逆变器电路耦合到所述初级绕组并且配置为生成所述交流电流，所述交流电流为生成所述磁通量的交流电流。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述初级绕组包括制造为印刷电路板的一部分的迹线。
5.根据权利要求1所述的方法，其中初级电感器包括磁芯的第一部分和所述初级绕组，并且次级电感器包括所述磁芯的第二部分和所述次级绕组。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述磁芯的所述第一部分物理地耦合到所述磁芯的所述第二部分。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述次级绕组包括穿过所述磁芯的所述第二部分的单个绕组。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述磁芯的所述第二部分至少部分地凹进到封装衬底中，所述集成电路裸片安装在所述封装衬底上。
9.根据权利要求1所述的方法，其中耦合到所述次级绕组的整流器电路配置为将所述感应交流电流转换为处于为所述集成电路裸片供电的所述电压等级的所述直流电流。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括耦合在所述整流器电路和所述集成电路裸片之间的电感器。
11.一种磁电源耦合系统，包括：
集成电路模块，所述集成电路模块包括：
集成电路裸片；以及
次级绕组，所述次级绕组配置为基于磁通量生成感应交流电流，其中所述感应交流电流被转换为处于为所述集成电路裸片供电的电压等级的直流电流；以及
初级绕组，所述初级绕组在所述集成电路模块的外部、靠近所述集成电路模块并耦合到主电源，所述主电源与生成所述磁通量的交流电流相对应。
12.根据权利要求11所述的磁电源耦合系统，进一步包括整流器电路，所述整流器电路耦合到所述次级绕组并且配置为将所述感应交流电流转换为处于所述电压等级的所述直流电流。
13.根据权利要求11所述的磁电源耦合系统，其中所述电压等级低于所述主电源的电压等级。
14.根据权利要求11所述的磁电源耦合系统，进一步包括全桥逆变器电路，所述全桥逆变器电路耦合到所述初级绕组并且配置为生成所述交流电流，所述交流电流为生成所述磁通量的交流电流。
15.根据权利要求11所述的磁电源耦合系统，其中初级电感器包括磁芯的第一部分和所述初级绕组，并且次级电感器包括所述磁芯的第二部分和所述次级绕组。
16.一种集成电路模块，所述集成电路模块包括：
集成电路裸片；以及
次级绕组，所述次级绕组配置为基于磁通量生成感应交流电流，其中所述磁通量由在集成电流模块外部并耦合到与交流电流相对应的主电源的初级绕组生成；以及
整流器电路，所述整流器电路配置为将所述感应交流电流转换为处于为所述集成电路裸片供电的电压等级的直流电流。
17.根据权利要求16所述的集成电路模块，其中所述电压等级低于所述主电源的电压等级。
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