CN105549671B - 用于改善稳压器效用的系统和装置以及相关方法 - Google Patents

用于改善稳压器效用的系统和装置以及相关方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及用于改进稳压器效用的系统和装置以及相关方法。一种集成电路(IC)包括由第一电源电压供电的第一电路和由第二电源电压供电的第二电路。该第二电源电压具有比该第一电源电压低的电平。该IC进一步包括功率管理电路。该功率管理电路包括开关模式DC‑DC稳压器，该稳压器以一种预定义的配置耦合到该IC的多个管脚。该功率管理电路提供该第一和第二电源电压以便以一种默认的配置对该IC上电而无需知道该预定义的配置。

Description

用于改善稳压器效用的系统和装置以及相关方法
技术领域
本公开总体上涉及改进的电压或功率稳压器，并且更具体地涉及用于具有改进效用的稳压器的装置以及相关方法。
背景技术
电子器件(诸如图1中示出的集成电路(IC)103)通常包括从相对高DC电源电压(例如，3V)操作的电路106(标记为“HV电路”)。IC 103还包括从较低的DC电源电压(例如，1V)(即，低于相对高DC电源电压)操作的电路109(标记为“LV电路”)。
为了适应这种电路，IC 103包括内部线性稳压器112以便从高压电源(3V，如电池115所提供的)生成低压电源(1V)。线性稳压器112驱动1V电源轨，包括到外部电容器118的管脚。
经常，到HV电路106的实际电源电压高于将支持给定的性能规范的电平。例如，尽管HV电路106可仅具有2V的最小工作电源电压，但是其可由3V电源供电。假设HV电路106独立于电源电压消耗大约相同的电源电流，则HV电路106比必须的消耗大约多50％的功率。类似地，线性稳压器112消耗LV电路109所消耗的大约两倍的功率。
为了降低图1中的IC中的过量功耗，图2中的IC 103并入开关模式DC-DC稳压器121以便将较高电源电压降低到更接近该电路所实际要求的最小电压的电平。例如，基于电感器的开关模式DC-DC稳压器121(使用电感器124结合电容器118A)在图2的布置中用于将3V的电池115电压降低到适合针对HV电路106的2V电平。
开关模式DC-DC稳压器能够提供比典型的线性稳压器高得多的功率传送效率。使用线性稳压器来将电池电压从3V降低到针对HV电路106的2V将对从电池消耗的功率具有相对小的影响，并且具有比如说90％效率的开关模式DC-DC稳压器121将电池功率损失降低大约26％。
在图2的IC 103中，开关模式DC-DC稳压器121用于生成由HV电路106和线性稳压器112两者所使用的HV电压(2V)，该线性稳压器生成LV电压。通过降低到线性稳压器112的电源电压，开关模式DC-DC稳压器121相对于图1中的布置降低了线性稳压器112中的功率损耗。然而，图2中的线性稳压器112仍浪费与LV电路109所消耗的大约相同量的功率(相比于图1中的LV电路109浪费所消耗的功率的两倍)。
降低线性稳压器112所损耗的功率的一种方式是进一步降低其输入电压。然而，鉴于图2的电路布置，假设开关模式DC-DC稳压器121所生成的2V电压由HV电路106的最小工作电压限制，开关模式DC-DC稳压器121输出电压不能被进一步降低。
图3中示出的一种替代布置使用开关模式DC-DC稳压器121来直接从电池115为LV电路109供电，即，保持直接从外部电池115为HV电路106供电。在这种布置中，开关模式DC-DC稳压器121为LV电路109生成1V电压，而HV电路106直接从3V电池115操作。尽管HV电路106所消耗的功率不受益于使用开关模式DC-DC稳压器121，但是线性稳压器的功率损耗(如图1至图2所示)被消除并且由开关模式DC-DC稳压器121的更小的功率损耗所替代。
取决于HV电路106和LV电路109的相对功耗及其工作电源电压，某些IC可能更多地受益于图2中示出的布置，而其他IC可能更多地受益于图3中示出的布置。例如，如果HV电路的功耗比LV电路的功耗大得多，则使用开关模式DC-DC稳压器121为HV电路106生成电压提供更大的益处，因为HV电路106中所节省的功率将超过图3中的布置的潜在功率节省。相反地，假设由于提供给HV电路106的更大的电源电压导致消除线性稳压器112所节省的功率将超过HV电路106中的功率损耗，如果LV电路109所消耗的功率占主导，则图3中的布置将提供更大的益处。
发明内容
根据一个示例性实施例，一种IC包括由第一电源电压供电的第一电路和由第二电源电压供电的第二电路。该第二电源电压具有比该第一电源电压更低的电平。该IC进一步包括功率管理电路。该功率管理电路包括开关模式DC-DC稳压器，该稳压器耦合到处于预定义配置中的该IC的多个管脚。该功率管理电路提供该第一和第二电源电压以便对处于默认配置中的该IC上电而无需知道该预定义配置。
根据另一个示例性实施例，公开了一种向IC中的电路供电的方法。该IC中的该电路包括：由第一电源电压供电的第一电路和由第二电源电压供电的第二电路，其中，该第二电源电压具有低于该第一电源电压的电平，以及开关模式DC-DC稳压器，该稳压器耦合到处于预定义配置中的该IC的多个管脚。该方法包括提供该第一和第二电源电压以便对处于默认配置中的该IC上电而无需知道该预定义配置。
根据另一个示例性实施例，一种IC包括由第一电源电压供电的第一电路和由第二电源电压供电的第二电路。该第二电源电压具有比该第一电源电压更低的电平。该IC进一步包括功率管理电路。该功率管理电路包括开关模式DC-DC稳压器和线性稳压器。取决于该第一和第二电路的相对功耗：(a)该第一电路选择性地由外部电源或该开关模式DC-DC稳压器供电，以及(b)该第二电路选择性地由该开关模式DC-DC稳压器或该线性稳压器供电。
附图说明
附图仅示出了示例性实施例并且因此不应当被认为限制本申请或权利要求书的范围。本领域技术人员将认识到，所公开的概念可应用于其他等效的实施例。在附图中，在多于一个附图中使用的相同的标记指示符指示相同的、相似的或等效的功能、组件或块。
图1示出了为IC中的电路供电的常规布置。
图2示出了为IC中的电路供电的另一种常规布置。
图3示出了为IC中的电路供电的附加常规布置。
图4描绘了根据一个示例性实施例的IC。
图5示出了根据一个示例性实施例的包括功率管理电路的IC。
图6描绘了根据一个示例性实施例的为IC供电的电路布置。
图7示出了根据另一个示例性实施例的为IC供电的电路布置。
图8示出了根据一个示例性实施例的用于动态利用或配置开关模式稳压器的电路布置。
具体实施方式
所公开的概念总体上涉及具有改进效用的稳压器。更具体地，所公开的概念提供了用于改善提供功率效率益处的内部功率稳压器(诸如DC-DC开关稳压器)的效用的装置和方法。
示例性实施例提供了若干优势或益处。例如，在示例性实施例中，稳压器(例如，开关模式DC-DC稳压器)可用于为高电压功率管脚或电路或较低电压功率管脚或电路供电，并且仍提供启动设备(诸如IC)的能力而无需如何或者甚至是否将稳压器耦合到这种设备的先验知识(在启动或上电时)。
作为另一个示例，示例性实施例适应IC中的HV和LV电路的相对功耗改变。更具体地，示例性实施例允许动态地降低设备(诸如IC)中的功耗，其中，HV和LV电路的相对功耗改变相对大的程度，这取决于IC的应用或其在给定的时间执行的任务。
通过示例而非限制，通用微控制器单元(MCU)可能包含HV模拟或混合信号电路，诸如模数转换器(ADC)、模拟比较器、振荡器、锁相环(PLL)、参考生成器等等。此外，示例MCU可能包含数字LV电路，诸如微处理器(一个或更多个)、处理器(一个或更多个)、定时器、串行接口、数学或浮点或算术处理引擎等等。
取决于MCU的配置(例如，经由固件、用户程序等等)，可能针对给定示例应用，启用任何数量的模拟功能，因此引起HV功耗从微瓦特变化到多毫瓦特。类似地，任何数量的数字功能可能被启用并且可能致使数字逻辑以从千赫兹变化到数百兆赫兹或更高的时钟频率操作，因此致使LV电路的功耗根据不同应用广泛地变化。
换言之，即使对于相同的IC设计，可能有益的是，在某些应用中使用开关模式DC-DC稳压器为HV电路供电(以及经由附加线性稳压器为LV电路供电，如以下更详细描述的)，并且在其他应用中从开关模式DC-DC稳压器为LV电路供电。在其他应用中，由于成本或电磁干扰(EMI)因素，可能根本不使用开关模式DC-DC稳压器。
示例性实施例能够适应这种情况。更具体地，在示例性实施例中，IC包括开关模式DC-DC稳压器，该稳压器经由处于预定义配置中的IC的多个管脚耦合到IC外部的电路或组件。提供了各种技术使得可用不同的外部配置为IC供电，并且仍具有在功能性默认的配置中上电的能力而无需知道开关模式DC-DC稳压器如何外部地耦合到IC的、与IC的HV和LV电路相对应的功率管脚，即，无需知道该预定义配置。
不是针对一种配置或另一种配置简单固定开关模式DC-DC稳压器的启动行为，示例性实施例提供了适应各种电路配置的技术。例如，如果开关模式DC-DC稳压器总是在开关模式DC-DC稳压器为LV电路供电的情况下开始调节到比如说2V，那么LV电路可因过量电源电压而被损坏。
另一方面，如果开关模式DC-DC稳压器总是开始调节到比如说1V，那么HV电路可能具有不充分的电源电压，因此潜在地阻止IC正确地工作。示例性实施例克服了这种缺点，如以下更详细描述的，而不使用IC的附加管脚。注意，可能使用到IC的输入/输出(I/O)输入来配置开关模式DC-DC稳压器，但是这样做将使用附加管脚，这在具有相对少的管脚计数的IC中是缺点。
示例性实施例提供了用于支持一系列开关模式DC-DC稳压器配置而不限制IC启动和执行例如与给定的应用相关联的固件、用户程序或代码等等的能力的技术。图4描绘了根据一个示例性实施例的IC 203。
IC 203可包括各种电路，诸如从相对低电源电压操作的电路，被标记为“LV电路”212。IC 203还可包括从相对高电源电压(比LV电路212的电源电压高)操作的HV电路209。
例如，在MCU的情况下，MCU可能包括能够在较高电源电压下操作的模拟电路(包括在HV电路209中)，例如，因为它们是使用高压晶体管和其他组件设计的。HV电路209还可包括被设计成用于在较高电压下操作的数字电路，诸如使用高压晶体管设计的数字电路。MCU还可能包括使用低压晶体管设计的并且因此在较低电源电压下操作的数字电路(包括在LV电路212中)。
不管LV电路212和HV电路209的精确类型和性质如何，IC 203包括功率管理电路206。如以下更详细描述的，功率管理电路206从外部(位于IC 203外部)源240(诸如电压源)接收功率并且向LV电路212和HV电路209提供功率。
功率管理电路206还耦合到外部组件或电路元件，如以下详细描述的。组件或元件的类型、数量和配置以及它们如何耦合到功率管理电路206总体上取决于用于向IC 203提供功率的配置。
IC 203可能包括各种其他电路，诸如振荡器/看门狗定时器243、上电复位(POR)电路246、控制器249、掉电(brownout)检测器252等等。在初始上电时，POR电路146可保持IC203处于复位条件，直到获得适当的电源电压电平(例如，经由功率管理电路206提供的)。一旦POR电路246释放了复位条件，各种事件可能在IC 203内发生，诸如启动振荡器/看门狗定时器243。
振荡器/看门狗定时器243中的振荡器提供可由IC 203中的各种电路块用作例如时钟信号的信号。在某些实施例中，振荡器可以是时钟振荡器。在某些实施例中，振荡器可以是在实时时钟(RTC)电路中使用的振荡器。在另外其他实施例中，根据需要，可使用多于一个振荡器。
根据需要，例如当使用IC 203的资源运行的程序进入无意状态(例如，“悬置”)时，振荡器/看门狗定时器243中的看门狗定时器提供看门狗定时器功能。在某些实施例中，看门狗定时器可运行以便将功率管理电路206返回到已知状态，诸如预设状态或POR状态。
控制器249可能控制IC 203内的各种功能。例如，响应于固件或用户程序指令或代码，控制器249可能经由功率管理电路206控制电源布置的功能和/或配置。
掉电检测器252提供IC的外部(和/或内部)电压电源的掉电失效保护。当一个或更多个电源电压下降到指定的电平之下时，其将电源电平(或者电源电平的缩放版本)与参考信号(例如带隙参考电路所提供的电压)进行比较，以及向控制器249和/或功率管理电路206发出信号。
注意，根据需要，IC 203中示出的电路块中的一个或更多个可组合为一个电路。例如，可能在功率管理电路206中实现控制器249的功能。作为另一个示例，根据需要，可能在功率管理电路206中实现掉电检测器252和/或POR电路246的功能。
进一步注意，图4仅示出了IC 203的架构和电路的一个示例。因此，IC 203可包括比图4示出的电路块更少的和/或不同的电路块。相反地，IC 203可包括比图4的示例性实施例中更多的和/或不同的电路块。
图5示出了根据一个示例性实施例的包括功率管理电路206的IC203。注意，在示例性实施例中，IC 203可包括其他电路块，诸如振荡器/看门狗定时器243、POR电路246、控制器249、掉电检测器252等等。
还注意，图5示出了功率管理电路206的通用架构。换言之，如以下详细描述的，功率管理电路206可被配置成用于通过使用外部组件等等执行期望的功能。
更具体地，功率管理电路206可经由一组管脚或类似的耦合机构耦合到IC 203外部的电路和/或组件。在图5的示例性实施例中，功率管理电路206可经由被标记为“DCDCIN”、“DCDCSW”、“VDDHV”和“VDDLV”的管脚或耦合点耦合到IC 203外部的电路和/或组件。
功率管理电路206包括开关模式DC-DC稳压器221，该稳压器经由DCDCIN管脚或耦合点耦合以便例如从外部电源(例如，见图4中的电压源240)接收输入电压。参照图5，开关模式DC-DC稳压器221可经由DCDCSW管脚或耦合点耦合到外部组件或电路。这种组件的示例包括电感器、电容器等等。
注意，在示例性实施例中，开关模式DC-DC稳压器221可具有各种拓扑结构，这取决于各种因素，诸如针对外部组件或电路的给定应用、成本、类型和/或大小等等的性能和设计规范。在某些实施例中，开关模式DC-DC稳压器221可以是降压(step-down或buck)稳压器。在某些实施例中，开关模式DC-DC稳压器221可以是同步降压稳压器。根据需要，在其他实施例中设想了其他可能性，例如Cuk稳压器或基于电荷泵的稳压器。
此外，开关模式DC-DC稳压器221可使用各种控制方案，如本领域技术人员将理解的。通常，开关模式DC-DC稳压器221可使用脉宽调制(PWM)以便调制一个或更多个开关控制信号的脉宽，如本领域技术人员将理解的。在某些实施例中，开关模式DC-DC稳压器221可使用电压模式PWM控制。在其他实施例中，开关模式DC-DC稳压器221可使用电流模式PWM控制。根据需要，设想了其他控制和稳压器变化，例如谐振拓扑结构和相关联的控制电路。
在所示出的实施例中，开关模式DC-DC稳压器221包括IC 203内的稳压器的有源组件(例如，控制器、功率开关等等)。有助于开关模式DC-DC稳压器221的操作的其他组件(诸如无源组件(电感器、电容器))可位于IC 203外部并且经由DCDCSW管脚或耦合点耦合到开关模式DC-DC稳压器221。
功率管理电路206包括耦合在开关模式DC-DC稳压器221的输入电源(DCDCIN)和VDDHV(针对HV电路209的电源管脚或耦合点)之间的旁路开关227。开关227允许将DCDCIN处的电压选择性地施加到VDDHV，即，将DCDCIN处的电压提供给HV电路209。
开关模式DC-DC稳压器221通常具有感测电压(例如，开关模式DC-DC稳压器221的输出电压)并且将该电压与参考电压进行比较以便生成误差信号的感测电路(未示出)。该误差信号通常用于生成用于开关模式DC-DC稳压器221的控制信号，例如PWM信号。
功率管理电路206包括允许将两个电压之一用作到开关模式DC-DC稳压器221的感测电压输入的多路复用器(MUX)224。具体地，MUX224允许选择用于HV电路209的电源电压(VDDHV)或者用于LV电路212的电源电压(VDDLV)。选择感测电压可在功率管理电路206中的电路(未示出)的控制下或者在控制器249的控制下发生(见图4)。
再次参照图5，功率管理电路206还包括线性稳压器218。线性稳压器218从VDDHV接收其输入电压。线性稳压器218的输出经由开关215耦合到VDDLV。因此，取决于开关215的状态，线性稳压器218的输出电压驱动VDDLV。开关215的状态可通过功率管理电路206中的电路(未示出)的控制或者由控制器249控制(见图4)。
参照图5，根据需要，线性稳压器218可具有各种拓扑结构和电路布置，并且如本领域技术人员将理解的。例如，在某些实施例中，线性稳压器218可构成低压差(LDO)线性稳压器。通常，线性稳压器218的拓扑结构和特性的选择取决于设计和性能规范，例如，输入和输出电压(或输入输出差)、所调节的功率量、可用的制造技术等等。
不管线性稳压器218和开关模式DC-DC稳压器221的拓扑结构和特性的准确选择如何，当在DCDCIN处施加功率时，即在启动或上电时，电路诸如POR电路246(见图4)将IC 203置于默认或初始状态。在默认状态下：(1)启用旁路开关227，以便将DCDCIN耦合到VDDHV；(2)启用线性稳压器218(并且开关215闭合)，致使其在VDDLV生成电源电压；以及(3)禁用开关模式DC-DC稳压器221，致使其DCDCSW输出处于高阻抗状态。
如以下详细描述的，默认状态允许IC成功地上电，不管开关模式DC-DC稳压器221和IC的功率管脚(VDDHV、VDDLV)和/或外部组件(诸如以下详细描述的电感器和电容器)之间的外部连接如何。换言之，功率管理电路206或对其进行控制的电路(功率管理电路206中的电路(未示出)的这种控制或控制器249(见图4))例如响应于固件或用户程序指令或代码将IC 203置于使得其可成功地或适当地上电的状态，而无需知道如何最后或后续地配置功率管理电路206。
注意，在示例性实施例中，可以用各种方式实现旁路开关227，如本领域技术人员将理解的。例如，在某些实施例中，旁路开关227可以是功率多路复用或切换网络的一部分。
类似地，用于选择性地将线性稳压器218耦合到VDDLV的开关215可被实现为位于线性稳压器218外部的开关，如图5的示例性实施例所示。在其他示例性实施例中，开关215可通过线性稳压器218将其输出置于相对高阻抗或禁用状态下的能力来实现，例如通过适当偏置线性稳压器218中的通道元件或晶体管。
如所示，在示例性实施例中，可以用各种方式使用和配置功率管理电路206。例如，功率管理电路206可被配置成向IC提供充足的功率，不管外部开关模式DC-DC稳压器配置(耦合到外部组件的)如何，由此允许IC适当地或成功地上电，并且执行固件、用户程序等等，或者执行针对给定应用的期望的任务。
图6描绘了根据一个示例性实施例的用于向IC 203提供功率的电路布置。在本实施例中，开关模式DC-DC稳压器221外部地耦合到电感器260和电容器263(例如，旁路或解耦或滤波电容器)，以便经由VDDHV管脚或耦合点向HV电路209提供功率。
如上所述，当在DCDCIN处施加功率时，DCDCSW输出具有高阻抗状态，并且启用旁路开关227以便从源240向VDDHV(即针对HV电路209的电源)提供功率。此外，启用线性稳压器218(例如，闭合开关215)，致使其向VDDLV(即针对LV电路212的电源)提供功率。结果是，IC203被适当地上电，并且可开始执行固件、用户程序等等或者执行针对给定应用的期望的任务。
在初始上电之后，固件、用户程序或代码或其他源(例如，从位于IC 203外部的主机或源接收的指令或配置)通常执行以下步骤：(1)将开关模式DC-DC稳压器221配置为(通过为MUX 224提供适当的选择信号)感测VDDHV电源电平；(2)将开关模式DC-DC稳压器221配置成生成所期望的VDDHV电源电平(例如，2V)；以及(3)启用开关模式DC-DC稳压器221并且禁用旁路开关227。结果是，根据针对应用的需要，开关模式DC-DC稳压器221向HV电路209提供功率。
图7示出了根据另一个示例性实施例的用于向IC提供功率的电路布置。在本实施例中，开关模式DC-DC稳压器221外部地耦合以便允许其经由VDDLV管脚或耦合点向LV电路212提供功率。更具体地，电感器260(总体开关模式稳压器拓扑结构的一部分)将DCDCSW管脚耦合到VDDLV管脚。此外，电容器266也耦合到VDDLV管脚以便完成总体开关模式稳压器拓扑结构。
类似于图6的实施例，在图7的实施例中，DCDCSW管脚初始地具有高阻抗状态。类似地，启用(闭合)旁路开关227。然而，注意，旁路开关227的状态在本实施例很大程度上是不相关的，因为其被在外部有效地短路。具体地，外部电源240(例如，3V电池)为DCDCIN管脚和VDDHV管脚两者供电。
鉴于DCDCSW的初始高阻抗状态，该管脚与电感器260的耦合对IC203上电的能力具有很少或没有影响。VDDHV管脚从外部源340上电，因此向HV电路209和线性稳压器218提供功率。启用线性稳压器218(并且闭合开关215)，并且因此向LV电路212提供功率。结果是，IC203被适当地上电，并且可开始执行固件、用户程序等等或者执行针对该应用的期望的任务。
在初始上电之后，固件、用户程序或代码或其他源(例如，从位于IC 203外部的主机或源接收的指令或配置)通常执行以下步骤：(1)将开关模式DC-DC稳压器221配置为(通过向MUX 224提供适当的选择信号)感测VDDLV信号；(2)将开关模式DC-DC稳压器221配置成生成所期望的VDDLV电压(例如，1V)；(3)启用开关模式DC-DC稳压器221；以及(4)禁用线性稳压器218(和/或断开开关215)。因此，根据针对应用的需要，开关模式DC-DC稳压器221向LV电路212提供功率。
在使用开关模式DC-DC稳压器221不是令人满意的应用中(例如，为了避免电感器成本、为了避免EMI等等)，可省略电感器。因此，在这种情况下，与开关模式DC-DC稳压器221相关联的DCDCSW管脚将通常保持不耦合到其他组件或电路。这种应用将类似于图7中示出的配置，除了从该电路移除电感器260之外。
在这种情况中，鉴于DCDCSW管脚的默认高阻抗状态，IC 203以与上述相对于图7描述的方式相同的方式上电。通常，针对这种应用，固件、用户程序或代码在配置功率管理电路206时不采取进一步的步骤，因为向IC 203提供功率的默认(初始)上电状态将通常等效于应用的功率规范。
注意，示例性实施例提供允许IC以预定的状态上电并且然后执行固件、用户程序或代码，而不管哪一个所支持的或具体的开关模式DC-DC稳压器被应用到外部功率连接件的技术。例如，示例性实施例可允许上电，而不管DC-DC是否被外部地配置成用于驱动VDDHV、VDDLV或都不驱动，例如未用于或用于为附加的或不相关的内部或外部电路供电(可能需要到MUX 224的附加感测输入端以便感测附加电源连接件)。该属性允许IC(诸如通用MCU)针对大范围的应用使用常见的硬件设计而无需指示用于给定应用的功率配置的专用管脚。
如上所述，所公开的技术允许以降低IC 203针对具体应用所消耗的功率的方式利用内部稳压器(诸如开关模式DC-DC稳压器221)。具体地，根据示例性实施例的IC能够启动并执行应用固件、用户程序或代码，而不管开关模式DC-DC稳压器221如何外部地耦合(例如，耦合到VDDHV、VDDLV、DCDCSW)。
该属性允许取决于HV电路209和LV电路212所消耗的功率比选择开关模式DC-DC稳压器221的外部耦合。然而，某些应用可更改IC随着时间变化的功率曲线(或者用户可能希望更改IC的功率曲线)。
例如，在MCU上运行的固件可在某些操作期间以相对高的时钟速率下操作其数字逻辑，但是在其他操作期间以较低的时钟速率操作其数字逻辑。取决于应用或MCU以何种模式操作，时钟频率的改变可致使总体IC功耗的主要部分在HV电路209和LV电路212之间偏移。
在这种情况下，总体上讲，使用固定利用的开关模式DC-DC稳压器在应用的寿命期间可能无法提供最低的平均功耗。本公开的方面涉及通过允许开关模式DC-DC稳压器221的动态利用或配置解决这种情况。
图8示出了根据一个示例性实施例的基于IC 203的操作状态提供开关模式DC-DC稳压器的动态利用或配置的电路布置，如上所述。图8中的实施例包括以上结合图5至图7讨论的某些电路和块并且还包括附加电路。
具体地，图8中的示例性实施例包括耦合在线性稳压器218和开关215两端的稳压器旁路开关276。图8中的实施例还通常包括功率MUX273，其耦合到DCDCIN和VDDHV管脚并且还耦合到HV电路209。注意，不是使用功率MUX，而是根据需要，可以通过使用例如若干个晶体管使用双掷开关。
图8的实施例通常使用外部地耦合的开关模式DC-DC稳压器221提供HV电路209的电源电压，即VDDHV。当在HV电路209的功耗占主导的模式下操作时(例如，HV电路209的功耗超过LV电路209的功耗)，该实施例类似于图6中示出的实施例操作。
此外，在图8的实施例中，功率MUX 273由例如控制器249或功率管理电路206中的控制电路控制，以便从VDDHV管脚(即，从开关模式DC-DC稳压器221的输出)为HV电路209供电。再次参照图8，此外，断开稳压器旁路开关276，即，其不绕过线性稳压器218。
因此，开关模式DC-DC稳压器221在IC 203的这种操作模式中向HV电路209提供功率。线性稳压器218向LV电路212提供功率。
当IC 203在LV电路212的功耗占主导的模式下操作时(例如，LV电路209的功耗超过HV电路209的功耗)，可改变或重新配置开关模式DC-DC稳压器221的利用。具体地，在这种情况下，固件、用户程序或代码可采取以下步骤：(1)控制功率MUX 273从DCDCIN管脚处存在的电压(或者适合用于为HV电路209供电的某个其他可用的电源)为HV电路209供电；(2)将开关模式DC-DC稳压器221的输出降低到适合为LV电路212提供功率的电平(例如，1V)；以及(3)闭合稳压器旁路开关276并且禁用线性稳压器218。
类似于图7，开关模式DC-DC稳压器221后续向LV电路212提供功率，而HV电路209直接从另一个源操作，例如从外部源240。
注意，在功率MUX 273和稳压器旁路开关276两端发生某一电压降。在某些实施例中，开关模式DC-DC稳压器221的输出电压可被设置为比VDDLV电平大以便补偿附加电压降。实现这种特征的一种方式是使用MUX 224从而使得开关模式DC-DC稳压器221感测VDDLV电平而不是VDDHV电平。
在某些实施例中，稳压器旁路开关276可被并入线性稳压器218中。例如，稳压器旁路开关276还可用作线性稳压器218中的串联或通道元件或器件。当线性稳压器218被绕过时，串联器件可被直接启用，或者线性稳压器218可被强制在其压差模式下操作。
在某些实施例中，开关模式DC-DC稳压器221可调节到足够高以便允许线性稳压器218维持调节的电压(与绕过并禁用线性稳压器218或将其强制到压差状态下相反)。例如，可能令人期望的是，允许线性稳压器218继续调节以便减小在耦合到VDDLV电源的VDDHV处的DC-DC感应切换纹波的量。由于当调节时线性稳压器通常具有更好的噪声抑制(与在压差或旁路模式下操作相反)，使用DC-DC稳压器生成恰好在线性稳压器218的压差电压处或之上的电压节省功率并且降低VDDLV处的电源噪声。
在示例性实施例中设想本公开范围内的许多变化。例如，在某些实施例中，开关模式DC-DC稳压器221的上电状态可用于感测VDDLV电平并且启用稳压器。在这种情况下，开关模式DC-DC稳压器221和线性稳压器218两者应当被设计为不具有汇流(sink)相对显著量的电流的能力。
例如，考虑开关模式DC-DC稳压器221能够在不连续导通模式下操作的情况，其中不支持显著负载电流的汇流。类似地，线性稳压器218可使用高侧功率晶体管(例如，p型金属氧化物半导体(PMOS)或PNP双极性晶体管)，由此防止其汇流显著量的电流。
如果IC被配置为如图7所示并且开关模式DC-DC稳压器221和线性稳压器218都不能汇流显著大量的电流，VDDLV电源的电压电平将由具有更高的调节目标电压的稳压器控制。开关模式DC-DC稳压器221和线性稳压器218的调节目标电压可有意地或者由于正常的制造变化而不同。
无论如何，为本示例性实施例指示的大约1V的特定VDDLV电平将被提供给LV电路211，由此允许IC上电并执行固件、用户程序或代码。如果IC被配置为如图6所示，假设稳压器不能汇流相当量的电流，那么VDDHV电源将仍由旁路开关227拉到DCDCIN，并且开关模式DC-DC稳压器221将不明显地影响VDDHV电源的电平。
在开关模式DC-DC稳压器221不能汇流显著量的电流的其他实施例中，开关模式DC-DC稳压器221可在其感测VDDHV电平的状态下上电并且尝试调节到小于源240所提供的最小预期电压的某个电压。与上述实施例类似，如果旁路开关227也被启用，则VDDHV电源电平将在本示例中被拉到3V，由此根据需要允许IC 203上电。如前，假如开关模式DC-DC稳压器221将不具有从VDDHV电源汇流相当的电流的能力，则其将不干扰IC的上电。
尽管在附图中示出的示例性实施例具有单个VDDHV和VDDLV电源，但是所公开的技术可应用于具有多个HV和/或LV功率管脚或电源的IC。HV电源管脚中的一个或更多个可耦合到开关模式DC-DC稳压器221，而其他HV电源管脚可保持耦合到源240(或者另一个电源)。类似地，LV功率管脚中的一个或更多个可耦合到开关模式DC-DC稳压器221，而其他保持由一个或更多个内部(或外部)稳压器或源上电。在某些实施例中，IC可能包括多个开关模式DC-DC稳压器，其中，根据需要，每个开关模式DC-DC稳压器可生成不同的(或类似的)HV或LV电源电压。
此外，某些实施例可从主电源(例如，电池)提供多个电源管脚。例如，开关模式DC-DC稳压器221可经由一个或更多个输入功率管脚接收功率，而旁路开关227可耦合到一个或更多个不同的功率管脚。这可能是令人期望的，例如以便帮助在从通过旁路开关227直接耦合到高电压电源的切换期间防止或减小在DC-DC功率输入端处生成的噪声。
在附图中示出的示例性实施例中，与开关模式DC-DC稳压器221相关联的组件被示出为驻留在IC 203外部(例如，在图6至图8中，电感器260和电容器263和266被示出为位于IC 203外部的组件)。然而，在其他实施例中，这些组件中的某些可能被集成到IC 203中或与其一起封装。
具体地，取决于诸如应用、成本目标、可用技术、规范(诸如可允许的EMI)以及开关模式DC-DC稳压器221的切换频率等因素，与开关模式DC-DC稳压器221和/或线性稳压器218相关联的这种组件中的某些或全部可集成在IC 203中。例如，通过相对高的切换频率和相对低的功率电平，电感器和/或电容器可能集成在IC 203中，因为开关模式DC-DC稳压器221的切换频率通常是指示电感器和/或电容器的值的一个因素。
参照附图，本领域技术人员将注意到，所示出的各个块可能主要描绘概念性功能和信号流。实际电路实现方式可能包含或可能不包含用于各个功能块的独立可标识的硬件并且可能使用或可能不使用所示出的具体电路。例如，根据需要，可将各个块的功能组合到一个电路块中。此外，根据需要，可在若干个电路块中实现单个块的功能。电路实现方式的选择取决于各种因素，诸如针对给定的实现方式的具体的设计和性能规范。除在此描述的那些实施例之外的其他修改和可替代实施例将对本领域技术人员而言是明显的。相应地，本描述教导本领域技术人员执行所公开的概念的方式并且应当被解释为仅仅是说明性的。
所示出和描述的形式和实施例应当被认为是说明性实施例。本领域技术人员可对各部件的形状、大小和布置做出各种改变而不背离本文档中所公开的概念的范围。例如，本领域技术人员可用等效的元件替换在此示出并描述的元件。而且，本领域技术人员可独立于其他特征使用来使用所公开的概念的某些特征，而不背离所公开的概念的范围。

Claims (20)

1.一种集成电路即IC，包括：
由第一电源电压供电的第一电路；
由第二电源电压供电的第二电路，该第二电源电压具有低于该第一电源电压的电平；以及
功率管理电路，包括开关模式DC-DC稳压器，该DC-DC稳压器耦合到处于预定义配置中的该IC的多个管脚，其中，该功率管理电路提供该第一电源电压和第二电源电压以便对处于默认配置中的该IC上电而无需知道该预定义配置。
2.根据权利要求1所述的IC，其中，在该默认配置中，耦合到该IC的输入管脚的外部电源选择性地耦合以便提供该第一电源电压，该IC中的线性稳压器选择性地耦合以便提供该第二电源电压，并且该开关模式DC-DC稳压器被禁用。
3.根据权利要求2所述的IC，其中，在该IC上电之后，该开关模式DC-DC稳压器被配置成用于感测该第一电源电压；该开关模式DC-DC稳压器被配置成用于提供该第一电源电压；并且该开关模式DC-DC稳压器被启用。
4.根据权利要求2所述的IC，其中，在该IC上电之后，该开关模式DC-DC稳压器被配置成用于感测该第二电源电压；该开关模式DC-DC稳压器被配置成用于提供该第二电源电压；并且该开关模式DC-DC稳压器被启用。
5.根据权利要求1所述的IC，其中，该第一电路包括模拟或混合信号电路。
6.根据权利要求5所述的IC，其中，该第二电路包括数字电路。
7.根据权利要求1所述的IC，进一步包括上电复位电路即POR电路以便对处于该默认配置中的该IC上电。
8.根据权利要求2所述的IC，其中，该开关模式DC-DC稳压器包括降压稳压器，并且其中，该线性稳压器包括低压差线性稳压器即LDO稳压器。
9.一种为集成电路即IC中的电路供电的方法，该IC中的该电路包括：由第一电源电压供电的第一电路和由第二电源电压供电的第二电路，该第二电源电压具有低于该第一电源电压的电平，以及开关模式DC-DC稳压器，该开关模式DC-DC稳压器耦合到处于预定义配置中的该IC的多个管脚，该方法包括提供该第一电源电压和第二电源电压以便对处于默认配置中的该IC上电而无需知道该预定义配置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，提供该第一电源电压和第二电源电压以对处于默认配置中的该IC上电进一步包括：
选择性地耦合外部电源以便提供该第一电源电压，该外部电源耦合到该IC的输入管脚；
选择性地耦合该IC中的线性稳压器以便提供该第二电源电压；以及
禁用该开关模式DC-DC稳压器。
11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在该IC上电之后：
将该开关模式DC-DC稳压器配置为感测该第一电源电压；
将该开关模式DC-DC稳压器配置为提供该第一电源电压；以及
启用该开关模式DC-DC稳压器。
12.根据权利要求9所述的方法，其中在该IC上电之后：
将该开关模式DC-DC稳压器配置为感测该第二电源电压；
将该开关模式DC-DC稳压器配置为提供该第二电源电压；以及
启用该开关模式DC-DC稳压器。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，该第一电路包括模拟或混合信号电路；并且其中，该第二电路包括数字电路。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，该开关模式DC-DC稳压器包括降压稳压器，并且其中，该线性稳压器包括低压差线性稳压器即LDO稳压器。
15.一种集成电路即IC，包括：
由第一电源电压供电的第一电路；
由第二电源电压供电的第二电路，该第二电源电压具有低于该第一电源电压的电平；以及
功率管理电路，包括开关模式DC-DC稳压器和线性稳压器，其中，取决于该第一电路和第二电路的相对功耗：(a)该第一电路选择性地由外部电源或该开关模式DC-DC稳压器供电，以及(b)该第二电路选择性地由该开关模式DC-DC稳压器或该线性稳压器供电。
16.根据权利要求15所述的IC，其中，为了降低总体功耗，该第一电路由该开关模式DC-DC稳压器供电，而该第二电路由该线性稳压器供电。
17.根据权利要求15所述的IC，其中，为了降低总体共同的功耗，该第一电路由该外部电源供电，而该第二电路由该开关模式DC-DC稳压器供电。
18.根据权利要求15所述的IC，其中，取决于该第一电路和第二电路的该相对功耗动态地更改该开关模式DC-DC稳压器的利用。
19.根据权利要求15所述的IC，其中，该第一电路包括模拟或混合信号电路；并且其中，该第二电路包括数字电路。
20.根据权利要求15所述的IC，其中，该开关模式DC-DC稳压器包括降压稳压器，并且其中，该线性稳压器包括低压差线性稳压器即LDO稳压器。
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