CN109417294B - 用于配电网络的自适应功率复用 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种集成电路(IC)，用于与配电网络进行自适应功率复用。在示例方面中，该集成电路包括：第一功率轨；第二功率轨；以及负载功率轨。该集成电路还包括：多个功率复用器区块；以及功率复用器控制电路系统。该多个功率复用器区块以链式布置被串联耦合，并且被配置为共同执行功率复用操作。每个功率复用器区块被配置为在将该负载功率轨耦合至该第一功率轨与将该负载功率轨耦合至该第二功率轨之间进行切换。该功率复用器控制电路系统被配置为控制电流的方向，以防止在该功率复用操作期间该第一功率轨与该第二功率轨之间的交叉传导。

Description

用于配电网络的自适应功率复用

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年6月30日提交的美国非临时申请第15/199,567号的优先权和权益，其全部内容通过引用的方式并入本文，犹如下面对其进行了完整的阐述并且用于所有适用的目的。

技术领域

本公开总体上涉及利用在电子设备中使用的集成电路(IC)的功率管理，并且更具体地，涉及使得能够将用于电路的电源切换到较低的电压电平以降低由该电路引起的功耗。

背景技术

在电子设备的设计中，由电子设备引起的功耗是越来越重要的因素。从全球的角度来看，由于大型企业数据中心以及个人计算设备的普遍存在，电子设备的能耗占总能耗的很大百分比。因此，环境问题促使人们努力减少电子设备所消耗的功率，以帮助保护地球的资源。从个人的角度来看，较少的功耗转化为较低的能量费用。此外，许多个人计算设备是便携式的并且由电池供电。便携式电池供电的电子设备所消耗的能量越少，便携式设备就可以在不对电池再充电的情况下进行越长的操作。较低的能耗还使得能够使用较小的电池以及采用较薄的形状因子，这意味着可以使设备更便携或者更通用。因此，便携式电子设备的普及也促使人们努力降低电子设备的功耗。

如果电子设备被耦合至电源并且被接通，则该电子设备消耗功率。这对于整个电子设备是如此，但是对于电子设备的单独的部件也是如此。因此，如果使电子设备的部件掉电，那么即使其它部件保持上电，功耗也会降低。可以使电子设备的整个分立组件(诸如整个集成电路(IC)或者显示屏)掉电。备选地，同样可以使分立组件的选定部件掉电。例如，可以选择性地使不同的处理实体或集成电路芯片的电路块(诸如，集成电路芯片的核心)掉电某一时间段以减少能耗。

因此，可以使集成电路的一部分(诸如，核心)掉电，以减少功率使用并且延长电池寿命。可以通过将核心与电源去耦或关断电源来使核心掉电。此外，可以通过降低供应至核心的电压来使核心掉电。用于向集成电路的核心提供较低电压电平的一种方法被称为动态电压缩放(dynamic voltage scaling，DVS)。利用动态电压缩放，可以通过在降低的利用率期间降低供电电压、并且然后提高供电电压以满足更高的利用率需求，来管理核心的功率使用。

因此，使用动态电压缩放作为利用集成电路的功率管理技术可以降低电子设备的功耗。不幸的是，实施动态电压缩放具有挑战性。例如，实施动态电压缩放会不利地影响集成电路的核心的性能水平，特别是在进行电压电平转换期间。在用于核心的电压电平转换期间，处理吞吐量会变慢，并且数据会被破坏。这些问题阻碍了动态电压缩放的部署，并且因此妨碍了实现动态电压缩放的全部功率节省益处。

发明内容

在示例方面中，公开了一种集成电路。该集成电路包括第一功率轨、第二功率轨、以及负载功率轨。该集成电路还包括多个功率复用器区块、以及功率复用器控制电路系统。多个功率复用器区块以链式布置被串联耦合、并且被配置为共同执行功率复用操作。每个功率复用器区块被配置为：在将负载功率轨耦合至第一功率轨与将负载功率轨耦合至第二功率轨之间进行切换。功率复用器控制电路系统被配置为：控制电流的方向，以防止在功率复用操作期间第一功率轨与第二功率轨之间的交叉传导。

在示例方面中，公开了一种集成电路。该集成电路包括第一功率轨、第二功率轨、以及负载功率轨。该集成电路还包括多个功率复用器区块，该多个功率复用器区块以链式布置被串联耦合。多个功率复用器区块被配置为执行功率复用操作，该功率复用操作包括：在将负载功率轨耦合至第一功率轨与将负载功率轨耦合至第二功率轨之间进行切换。功率复用操作包括重叠阶段，在该重叠阶段中，第一功率轨和第二功率轨两者被耦合至负载功率轨。该集成电路进一步包括：用于通过控制电流的方向来防止在功率复用操作的重叠阶段期间第一功率轨与第二功率轨之间的交叉传导的部件。

在示例方面中，公开了一种用于与配电网络进行自适应功率复用的方法。该方法包括：经由沿着电路负载耦合至负载功率轨的部分而分布的多个第一开关电路，从第一功率轨向负载功率轨提供功率。该方法还包括：基于包括第一功率轨的第一电压与第二功率轨的第二电压的比较，来生成相对电压信号。此外，该方法包括：实施具有多个阶段的功率轨转换进程，以从第一功率轨转换为第二功率轨。在多个阶段中的至少一个阶段期间，功率轨转换进程需要基于相对电压信号来控制电流的方向。该方法进一步包括：经由沿着电路负载的该部分而分布的多个第二开关电路，从第二功率轨向负载功率轨提供功率。

在示例方面中，公开了一种集成电路。该集成电路包括第一功率轨、第二功率轨、以及负载功率轨。第一功率轨被配置为被保持在第一电压，而第二功率轨被配置为被保持在第二电压。该集成电路还包括具有四个开关的功率复用器区块。第一大型双态开关被耦合在第一功率轨与负载功率轨之间。第一小型三态开关也被耦合在第一功率轨与负载功率轨之间，其中第一小型三态开关能够处于单向状态，以允许从第一功率轨至负载功率轨的单向电流、并且阻止从负载功率轨至第一功率轨的单向电流。第二大型双态开关被耦合在第二功率轨与负载功率轨之间。第二小型三态开关也被耦合在第二功率轨与负载功率轨之间，其中第二小型三态开关能够处于单向状态，以允许从第二功率轨至负载功率轨的单向电流、并且阻止从负载功率轨至第二功率轨的单向电流。该集成电路进一步包括功率复用器控制电路系统，该功率复用器控制电路系统被配置为：在功率复用操作期间基于包括第一电压与第二电压的比较，将第一小型三态开关或第二小型三态开关置于单向状态，以在将负载功率轨耦合至第一功率轨与将负载功率轨耦合至第二功率轨之间进行切换。

附图说明

图1图示了包括多个功率复用器区块(功率复用区块)和电路负载的集成电路的示例部分。

图2图示了多个功率复用器区块的示例链式布置，该多个功率复用器区块包括被耦合至功率轨的第一和第二开关电路以及功率复用器控制电路系统。

图3图示了功率复用控制电路系统和相关联的功率复用控制信号的示例。

图4图示了用于功率复用器区块的示例功率复用控制接口和布置。

图5图示了功率复用器区块的第一示例，其中利用多个开关(包括大型双态开关和小型三态开关)来实现第一和第二开关电路。

图6图示了功率复用器区块的第二示例，其中利用多个开关来实现第一和第二开关电路。

图7图示了功率复用器区块的第二示例，其中利用处于晶体管级的多个开关来实现第一和第二开关电路。

图8图示了处于晶体管级的小型三态开关的示例。

图9图示了用于比目的地电源具有更低电压电平的起始电源的示例功率轨转换进程的第一部分。

图10图示了用于比目的地电源具有更低电压电平的起始电源的示例功率轨转换进程的第二部分。

图11图示了用于比目的地电源具有更高电压电平的起始电源的示例功率轨转换进程的第一部分。

图12图示了用于比目的地电源具有更高电压电平的起始电源的示例功率轨转换进程的第二部分。

图13是图示了用于与配电网络进行自适应功率复用的示例进程的流程图。

图14图示了包括具有多个核心的集成电路的示例电子设备。

具体实施方式

对电子设备进行功率管理需要控制集成电路(IC)随时间或者瞬时消耗的能量的量。如果使集成电路完全掉电，则在未使用期间，能耗会减少到零或接近零。在利用率较低或为了保留一些存储数据时，可以使集成电路掉电至较低的电压电平以降低功耗。而且，如果无法使集成电路作为整体掉电，则可以使一个或多个部分或者核心彼此独立地掉电。

示例功率管理技术是功率复用。功率复用可以被利用以在集成电路的操作期间提供功率减小机会。利用功率复用，集成电路部分(诸如，核心)从被供电一个电压电平切换到被供电另一电压电平。通常，如果在较低的电压电平下操作集成电路的给定核心，则该集成电路的给定核心消耗较少的能量。因此，可以通过将核心切换到较低的电压电平来降低集成电路的功耗。

在示例上下文中，图形处理单元(GPU)结合存储图形数据的高速缓冲存储器进行操作。如果包括GPU的集成电路芯片在改变屏幕上的显示之前等待附加数据或用户输入，则可以将与GPU相对应的核心完全掉电。然而，如果随后要使用存储的图形数据，则不能使高速缓冲存储器完全掉电，因为如果从高速缓冲存储器去除功率，那么图形数据会丢失。然而，可以使GPU的高速缓冲存储器的供电电压降低至足以维持图形数据、但是可能不足以使高速缓冲存储器能够执行令人满意的储存/检索操作的水平。当使GPU完全掉电时，该降低的供电电压水平仍然减少了由高速缓冲存储器所消耗的功率。用于降低高速缓冲存储器的供电电压的一种方法是：使用功率复用技术，来将包括高速缓冲存储器的核心从被保持在一个电压电平的一个功率轨切换为被保持在另一较低电压电平的另一功率轨。

通常，对于功率复用，在多个功率轨之间对电路负载进行复用，其中一个功率轨被保持在比一个或多个其它功率轨的电压电平低的电压电平。使用一个或多个功率复用器区块，来完成在多个不同的功率轨之间的复用。利用两个功率轨，例如，每个功率复用器区块包括两个开关(诸如，两个开关晶体管)，其中每个开关被耦合至该两个功率轨中的一个功率轨。功率复用操作需要在有序切换过程中使用两个开关晶体管、来将电路负载与一个功率轨断开连接并且将该电路负载连接至另一功率轨。如本领域的技术人员将了解的，如果电路负载占用集成电路芯片的较大面积，则在芯片上的不同物理位置处分布多个功率复用器区块，以满足电流-电阻(IR)下降要求、并且向芯片的不同区域输送功率。

采用分布式功率复用器区块确实使得能够在两个不同的功率轨之间进行切换以改变电压电平、并且因此降低在集成电路的较大区域上的功耗。不幸的是，涉及分布式功率复用器区块的功率复用场景引入了多个竞争问题。首先，两个不同的功率轨之间的交叉传导导致了浪费能量的不必要的功耗。例如，在不承担处于任意电压的两个不同功率轨之间发生短路电流的风险的情况下，无法同时导通被耦合至该两个不同功率轨的两个不同开关晶体管，特别是在该两个不同开关晶体管彼此接近(诸如，通过成为同一功率复用器区块的一部分)的情况下。如果被耦合至两个不同功率轨的两个开关晶体管都导通，则电流可以从电压较高的功率轨通过开关晶体管中的一个开关晶体管流到负载功率轨的公共节点。电流从该公共节点继续流过另一开关晶体管而到达电压较低的功率轨。如果短路电流状况持续，则短路电流会汲取大量功率。此外，短路电流可能十分强，以致危害开关晶体管的可靠性或甚至可行性。

关于功率复用操作的第二个竞争问题，无法同时使分布式功率复用器区块被耦合至两个不同功率轨的开关晶体管都关断某一延长的时间段。如果使晶体管中的所有晶体管同时关断，则电路负载不再接收功率。因此，负载电流对负载的固有电容进行放电引起电路负载产生不期望的电压下降。这种放电危害被存储在电路负载中的任何数据的保留，并且可能对进行中的处理工作造成损害。第三，如果电路负载在电源复用操作期间继续进行处理，则电路负载继续依赖于周期性时钟信号。因此，将电路负载与两个功率轨断开连接是不明智的，因为无法在没有提供某一量的功率的情况下将时钟脉冲可靠地分布在电路负载周围。

第四，功率复用操作可以包括与起始功率轨有关的断开连接部分和与目的地功率轨有关的连接部分。连接部分会导致目的地功率轨发生电压下降。多个开关晶体管被耦合至给定功率轨，并且在多个功率复用器区块处被分布在电路负载周围。如果多个开关晶体管中的全部开关晶体管或仅仅过多开关晶体管被同时导通，则过多的电流从给定功率轨流入电路负载中，这导致电压轨上的电压电平下降。电压下降导致同样被耦合至功率轨的其它核心错误地运行。处理这四个竞争问题中的多个问题(特别是在较大的物理区域上)是具有挑战性的。

这四个问题可以被重申为交叉传导问题(第一个问题)、非传导问题(第二个和第三个问题)、以及由于电流涌入而引起的过度传导问题(第四个问题)。为了至少部分地解决这些问题，本文描述了一种涉及具有多个阶段的功率轨转换进程的功率复用操作。功率轨转换进程需要将电路负载从起始功率轨切换到目的地功率轨。相关联的功率复用器控制电路系统包括在功率复用操作期间控制电流的方向的能力。因此，功率复用器控制电路系统在功率轨转换进程期间制定重叠阶段，在该重叠阶段中，电路负载可以同时从多个功率轨接收功率而不会具有产生可感知的交叉传导电流的风险，从而使得能够连续提供功率。此外，阶段包括：沿着一连串功率复用器区块进行顺序切换，以逐渐地从目的地功率轨汲取越来越多量的电流来管理电流涌入。

在一个或多个示例实施例中，多个功率复用器区块沿着电路负载的至少一侧被分布。电路负载被耦合至负载功率轨，并且可以被复用到被保持在不同电压电平的不同功率轨。功率复用控制电路系统和多个功率复用器区块共同执行功率复用操作。功率复用控制电路系统包括用以确定哪个功率轨具有较低电压电平的比较器，以基于指示功率轨具有相对较低的电压电平的信号来适应功率复用操作。

多个功率复用器区块中的每个功率复用器区块包括被耦合在第一功率轨与负载功率轨之间的第一开关电路，以及被耦合在第二功率轨与负载功率轨之间的第二开关电路。每个功率复用器区块还包括用以控制第一切换电路和第二切换电路的操作的区块控制电路。第一开关电路和第二开关电路中的至少一个开关电路在功率复用操作期间连续提供功率，使得即使在功率复用操作期间将周期性时钟信号施加于电路负载，也不会危害电路的正确操作。为了抵消在目的地功率轨上的潜在电压下降，通过按顺序激活沿着链式系列的多个功率复用器区块而被耦合至目的地功率轨的开关电路来管理电流涌入。

功率复用器区块的每个切换电路可以被置于选自关断模式、导通模式和单向模式的电流模式。开关电路在关断模式中双向阻断电流，但是在导通模式中双向使能电流。在单向电流流动模式中，开关电路允许单向电流，但是阻止双向电流。为了防止两个不同功率轨之间发生可感知的短路电流状况，通过选择性地激活单向电流流动模式来控制电流的方向。如果第一开关电路和第二开关电路同时允许电流，则区块控制电路将两个开关电路中的一个开关电路置于单向模式，以防止电流流向耦合有该开关电路的对应功率轨。例如，区块控制电路将被耦合至如由比较器确定的、具有较低电压电平的功率轨的开关电路置于单向电流模式，以防止电流流向较低电压的功率轨。

在一些实施方式中，每个开关电路包括并联耦合的大型开关和小型开关。该小型开关在操作上被实现为使用可选择性地按照二极管配置连接的晶体管的二极管型设备。如果开关电路被耦合至较低电压功率轨，则小型开关可以作为二极管被激活，而大型开关被关断以将开关电路置于允许单向电流的单向模式。被设置在多个功率复用器区块两端的第一开关电路或第二开关电路的小型开关按照顺序方式被置于导通状态或单向状态，以在功率轨转换进程期间沿着电路负载逐渐地提供功率。随着电路负载从目的地功率轨吸收越来越多量的电流，这管理了潜在的电流涌入。在小型开关目的地已经进入针对目的地功率轨的导通状态之后，功率复用控制电路系统导通用于目的地功率轨的大型开关，以使更大的电流能够流入电路负载中以便进行持续的功率输送。

按照这些方式，本文描述的各种实施方式解决了上面所阐述的四个问题。更具体地，示例功率复用操作使用具有控制电流的方向的能力的功率复用器区块来对抗交叉传导问题。通过使用允许单向电流但是阻止双向电流的开关设备来防止可感知的交叉传导，功率轨转换进程可以在功率复用操作期间连续地提供至少某一量的功率以处理非传导问题。此外，功率轨转换进程的阶段在链式系列的功率复用器区块上顺序地将电路负载耦合至目的地功率轨，以逐渐从目的地功率轨汲取越来越多量的电流。这种增量耦合改善了电流涌入以解决过度传导问题。

图1图示了集成电路100的示例部分，该示例部分包括多个功率复用器区块110-1至110-10(或多个功率复用区块)以及电路负载108。如图所示，集成电路100包括三个功率轨：第一功率轨102(PR1)、第二功率轨104(PR2)和负载功率轨106(PRL)。集成电路100还包括电路负载108、固有电容112和磁头开关(head switch)114，其中磁头开关114包括十个功率复用器区块110-1至110-10。电路负载108可以与集成电路100的核心或电路块相对应。固有电容112表示由用于构造电路负载108的电路设备的架构或材料产生的电容效应。例如，金属线和晶体管通常具有或产生固有电容。虽然在图1中将固有电容112图示为整体块，但是固有电容112实际上跨电路负载108的电路区域分布。

第一功率轨102和第二功率轨104通过功率管理集成电路116(PMIC)而被保持在不同的电压。功率管理集成电路116可以是集成电路100的一部分或与集成电路100分开。换句话说，功率管理集成电路116可以位于相同的或不同的集成电路芯片上。功率管理集成电路116被实施为电压源，该电压源用以通过电压转换或调节来将电压118供应至处于指定电压电平的功率轨。一个或多个功率轨形成的配电网络120(PDN)的至少一部分，该配电网络120向集成电路100周围的不同位置和各种电路系统分配功率。配电网络120可以包括功率管理集成电路116。

通常，磁头开关被连接在用作电压源的功率轨与执行数字处理的电路负载之间以提供某个功能。对于集成电路100，磁头开关114被连接在第一功率轨102与电路负载108之间以及第二功率轨104与电路负载108之间。可以通过使用例如利用n阱或n衬底技术形成的p沟道或p型金属氧化物半导体(PMOS)器件(诸如，p型场效应晶体管(PFET))来实施磁头开关114。磁头开关114可以被实现为全局分布式磁头开关(GDHS)或块磁头开关(BHS)。

磁头开关114包括多个功率复用器区块110-1至110-10。具体地，十个功率复用器区块110-1、110-2、110-3、110-4、110-5、110-6、110-7、110-8、110-9和110-10被示出为分布在电路负载108周围。然而，磁头开关114可以包括不同数目的功率复用器区块110。多个功率复用器区块110-1至110-10以特定布局被至少部分地设置在电路负载108周围(诸如，沿着电路负载108的一侧或两侧或更多侧)，以促进均匀地跨电路负载108提供功率。然而，备选地，可以实施其它功率复用器区块布局。虽然多个功率复用器区块110-1至110-10中的一些区块被示出为与至少一个其它功率复用器区块110在物理上相邻，但是备选地，两个或更多个功率复用器区块110可以以间隔开的布置来设置。

虽然在图1中未明确图示，但是第一功率轨102和第二功率轨104都被耦合至每个功率复用器区块110。每个功率复用器区块110被进一步耦合至负载功率轨106，并且该负载功率轨106被耦合至电路负载108。对于集成电路100，第一功率轨102和第二功率轨104被配置为经由使用多个功率复用器区块110-1至110-10的磁头开关114，向负载功率轨106供应功率并且因此向电路负载108供应功率。在操作中，每个功率复用器区块110被配置为从使用第一功率轨102切换为使用第二功率轨104，并且反之亦然，以经由负载功率轨106来向电路负载108供应功率。在图2中示出了多个功率复用器区块的布置，以及功率复用器控制电路系统和功率复用器控制信号。

图2图示了多个功率复用器区块110-1至110-10的示例链式布置200，以及功率复用器控制电路系统210，每个功率复用器区块包括被耦合至功率轨的第一开关电路和第二开关电路。在图1中描绘的十个功率复用器区块当中，针对链式布置200明确示出了三个功率复用器区块110-8、110-9和110-10。图2还描绘了第一功率轨102、第二功率轨104、负载功率轨106、电路负载108和固有电容112。图2添加了第一电压202(V1)、第二电压204(V2)、负载电压206(VL)、功率复用器控制信号208(功率复用控制信号)和功率复用器控制电路系统210(功率复用控制电路系统)。

每个功率复用器区块110被描绘为包括第一开关电路212和第二开关电路214。第一功率轨102被保持在第一电压202，而第二功率轨104被保持在第二电压204。例如，第一电源或功率调节器(未示出)在第一功率轨102上维持第一电压202，而第二电源或功率调节器(未示出)在第二功率轨104上维持第二电压204。备选地，联合的电源或功率调节器(诸如，图1的功率管理集成电路116)提供这两种电压。负载功率轨106可以被保持在负载电压206。例如，如果功率复用器区块中的一个或多个功率复用器区块将第一功率轨102连接至负载功率轨106，则负载功率轨106可以被保持在第一电压202，并且如果一个或多个功率复用器区块将第二功率轨104连接至负载功率轨106，则负载功率轨106可以被保持在第二电压204。

对于具有链式布置的示例实施例，至少从控制信号传播的角度来看，多个功率复用器区块110-1至110-10被串联耦合。串联中的终止功率复用器区块(功率复用器区块110-10)在本文中被称为“最后”功率复用器区块。因此，功率复用器区块110-9被称为“倒数第二个”功率复用器区块，以及功率复用器区块110-8被称为“倒数第三个”功率复用器区块。如图所示，功率复用器区块110-8、110-9和110-10中的每一个区块被耦合至第一功率轨102和第二功率轨104两者。功率复用器区块110-8、110-9和110-10中的每一个区块还被耦合至负载功率轨106。负载功率轨106被耦合至电路负载108，该电路负载108包括固有电容112。每个第一开关电路212被耦合在第一功率轨102与负载功率轨106之间，而每个第二开关电路214被耦合在第二功率轨104与负载功率轨106之间。

功率复用器控制信号208和功率复用器控制电路系统210被描绘为云形状，以表示信号和电路系统分别跨多个功率复用器区块110-1至110-10分布。功率复用器控制电路系统210的一部分可以被设置在每个功率复用器区块110的内部。此外或备选地，功率复用器电路系统210的一部分可以被设置在多个功率复用器区块110-1至110-10的外部，诸如在多个功率复用器区块110-1至110-10之间或之中，以传播功率复用器控制信号208的一个或多个信号。参照图3来描述功率复用器控制电路系统210和功率复用器控制信号208的示例方面。

在示例操作中，功率复用器控制电路系统210使多个功率复用器区块110-1至110-10从起始功率轨切换为目的地功率轨，以执行功率复用操作。例如，功率复用器控制电路系统210可以使功率复用器区块110-1至110-10从将负载功率轨106耦合至第一功率轨102切换为将负载功率轨106耦合至第二功率轨104，或者反之亦然。通常，可以通过使每个第二开关电路214置于允许电流按照从(图1的)“第一个”功率复用器区块110-1开始并且继续至最后功率复用器区块110-10的顺序流动的模式，来至少部分地按顺序执行该电源切换。如果使用一个或多个晶体管来实施开关电路，则被关断的晶体管与阻断电流的断开开关相对应，而被导通的晶体管与使能电流的闭合开关相对应。

沿着链式布置200从一个功率复用器区块110到连续的功率复用器区块110顺序地执行针对功率复用操作的功率轨切换。粗虚线箭头216指示从左到右的功率轨切换的顺序进展。在最后功率复用器区块110-10处，沿着链式布置200的功率复用操作的进展方向如粗虚实线箭头218指示的那样反转。粗实线箭头220表示从右到左的反向中的功率轨切换的顺序进展。更一般地，功率复用器控制电路系统210实施功率轨转换进程，参照图9至图12来描述该功率轨转换进程的示例。

在一些实施方式中，第一开关电路212和第二开关电路214中的每一个开关电路能够处于以下三种电流模式中的一种电流模式：导通模式、关断模式和单向模式。在关断电流模式下，开关电路双向阻断电流。在导通电流模式下，开关电路使能双向电流。在单向电流模式下，开关电路允许单向电流。如果电路负载108通过第一功率轨102而被供电，则多个第一开关电路212处于导通电流模式，而多个第二开关电路214处于关断电流模式。另一方面，如果电路负载108通过第二功率轨104被供电，则多个第一开关电路212处于关断电流模式，而多个第二开关电路214处于导通电流模式。第一开关电路212和第二开关电路214使功率复用器控制电路系统210能够在电源轨与负载功率轨106之间建立不同的电流模式。

在示例功率轨切换场景中，假设电路负载108通过第一功率轨102被供电并且功率复用器控制电路系统210正在管理功率复用操作以切换功率轨，使得电路负载108通过第二功率轨104被供电。最初，多个第一开关电路212处于导通电流模式，而多个第二开关电路214处于关断电流模式。功率复用器控制电路系统210使第一开关电路212或第二开关电路214处于单向电流模式，以允许单向电流但阻止双向电流。例如，将被耦合至具有较低电压的功率轨的开关电路置于单向电流模式，以防止功率轨之间的交叉传导。此处，假设第一电压202低于第二电压204。在这种情况下，将多个第一开关电路212置于单向电流模式，以允许从第一功率轨102至负载功率轨106的单向电流、但是阻止从负载功率轨106至第一功率轨102的单向电流。

在将多个第一开关电路212置于单向电流模式以防止第一功率轨102与第二功率轨104之间的交叉传导之后，功率复用器控制电路系统210将多个第二开关电路214置于导通电流模式。在该重叠阶段期间，可以通过第一功率轨102或第二功率轨104来向负载功率轨106供应功率。沿着链式布置200顺序地执行针对多个第二开关电路214的导通电流模式的激活，以逐渐地从第二功率轨104汲取越来越多量的电流。在将多个第二开关电路214置于导通电流模式之后，功率复用器控制电路系统210将多个第一开关电路212置于关断电流模式。

通过在多个第二开关电路214中激活导通电流模式之前将多个第一开关电路212置于单向电流模式，防止了功率轨之间的交叉传导。按照该示例方式，不允许可感知的短路电流在第一功率轨102与第二功率轨104之间流动。换句话说，如果第一电压202大于第二电压204，则不允许短路电流从第一功率轨102流到第二功率轨104，或者如果第二电压204大于第一电压202，则不允许短路电流从第二功率轨104流到第一功率轨102。此外，通过针对多个第二开关电路214顺序地激活导通电流模式，递增地向电路负载108供应功率，使得至少减少了沿着第二功率轨104发生的不期望的电压下降的大小。

图3图示了功率复用控制电路系统210和相关联的功率复用控制信号208的示例。如图所示，功率复用器控制电路系统210包括比较器302、始终导通(always-on)电压生成器306、区块控制电路310、区块间信号传播电路系统320和控制信号管理器312。功率复用器控制信号208包括启动功率轨转换信号314、相对电压信号304、使能第一电压大型开关信号316、使能第二电压大型开关信号318和继续功率轨转换信号322(CPRT)。

在示例实施例中，比较器302、始终导通电压生成器306和控制信号管理器312可以按照各自一个实例来实现，并且可以与多个功率复用器区块共享。另一方面，区块控制电路310被包括有每个功率复用器区块110。因此，(图2的)多个功率复用器区块的链式布置200包括多个区块控制电路310。区块间信号传播电路系统320分布在多个功率复用器区块中单独的功率复用器区块内或单独的功率复用器区块之间。

比较器302被耦合至第一功率轨102和第二功率轨104，以分别接收第一电压202和第二电压204。比较器302执行包括第一功率轨102的第一电压202和第二功率轨104的第二电压204的比较，以确定哪个电压相对地大于或小于另一电压。比较器输出指示第一功率轨102的第一电压202与第二功率轨104的第二电压204之间的电压差(诸如，哪个电压小于或大于另一电压)的相对电压信号304。该相对电压信号304被馈送至始终导通电压生成器306并且被路由至控制信号管理器312。

始终导通电压生成器306使用相对电压信号304来确定第一功率轨102的第一电压202或第二功率轨104的第二电压204是否更大。始终导通电压生成器306使用两个电压中更大的电压来将始终导通电压生成器306的电路系统供电。备选地，始终导通电压生成器306可以由来自另一电压源或功率轨(未示出)获得的恒定的或单独的始终导通电压来供电。如本文使用的，术语“始终导通”是相对于由第一功率轨102和第二功率轨104提供的电压而言，由第一功率轨102和第二功率轨104提供的电压经历动态电压缩放实施所产生的电压变化。然而，从集成电路的更高角度来看，“始终导通”电压还可以作为与更大的核心或一组核心相关的功率崩溃事件的一部分而被减少或切断。基于相对电压信号304，始终导通电压生成器306将两个电压中较高的电压作为始终导通电压308(VAON)转发至多个功率复用器区块110-1至110-10。

功率复用器控制电路系统210将始终导通电压308分布至多个功率复用器区块的(图2的)链式布置200。始终导通电压308用于向每个功率复用器区块110处的区块控制电路310供电。关于第一开关电路212和第二开关电路214，参照图3来进一步描述区块控制电路310的操作。

在每个功率复用器区块110之间，区块间信号传播电路系统320传播继续功率轨转换信号322。区块间信号传播电路系统320还可以传播功率复用器控制信号208中的一个或多个其它信号。例如，控制信号管理器312可以经由区块间信号传播电路系统320而将相对电压信号304分布至每个功率复用器区块110的区块控制电路310。

控制信号管理器312还负责向功率复用器区块提供其它信号以控制功率复用操作。例如，启动功率轨转换信号314在第一功率复用器区块110-1处开始功率轨转换进程，以经由负载功率轨来切换哪个功率轨被耦合至电路负载。启动功率轨转换信号314还可以用作功率轨选择信号以指示或识别用于功率轨转换进程的目的地功率轨，特别是在超过两个不同的电源轨可以被耦合至负载功率轨106的情况下。备选地，控制信号管理器312可以发送分开的功率轨选择信号(未示出)。

使能第一电压大型开关信号316被断言为使能第一开关电路212的大型开关的激活、或导通第一开关电路212的大型开关，该第一开关电路212被耦合到被保持在第一电压202的第一功率轨102。使能第二电压大型开关信号318被断言为使能第二开关电路214的大型开关的激活、或导通第二开关电路214的大型开关，该第二开关电路214被耦合到被保持在第二电压204的第二功率轨104。参照图5至图7来描述大型开关的示例。控制信号管理器312在如参照图9至图12描述的功率轨转换进程期间、在适当的时间处断言这些信号。

图4在400处总体图示了用于功率复用器区块110的示例功率复用控制接口和布置。所图示的功率复用器区块110表示按照多个功率复用器区块的链式布置200的功率复用器区块。功率复用器区块110包括第一开关电路212、第二开关电路214和区块控制电路310。第一开关电路212被耦合在第一功率轨102与负载功率轨106之间。第二开关电路214被耦合在第二功率轨104与负载功率轨106之间。

区块控制电路310能够分别经由控制信号402和控制信号404来控制第一开关电路212和第二开关电路214的操作。例如，区块控制电路310可以将第一开关电路212和第二开关电路214置于电流模式，诸如导通、关断或单向电流模式。区块控制电路310被实现为组合电路系统或状态机，该组合电路系统或状态机响应于功率复用器控制信号208而将第一切换电路212和第二切换电路214置于适当的电流模式、以便实施功率轨转换进程(例如，图9至图12所示)。例如，区块控制电路310可以被实施为自定时电路系统，该自定时电路系统独立于周期性时钟信号进行操作。

区块控制电路310从功率复用器控制电路系统210的集中控制电路系统接收功率复用器控制信号208和始终导通电压308中的一个或多个。功率复用器控制信号208包括相对电压信号304。基于该相对电压信号304，区块控制电路310知道第一开关电路212和第二开关电路214中的哪一个开关电路将要在单向电流模式中被激活。

区块间信号传播电路系统320可以包括金属接线、缓冲器和其它电路系统，以在沿着功率复用器区块的链式布置的连续功率复用器区块之间传播控制信号。经由区块间信号传播电路系统320，区块控制电路310还接收并且随后转发继续功率轨转换信号322。更具体地，从左到右，区块控制电路310从链中紧接在前面的功率复用器区块接收传入的继续功率轨转换信号322-1(In-CPRT)。响应于传入的继续功率轨转换信号322-1，区块控制电路310执行功率轨转换进程的当前阶段。在基于区块控制电路310的自定时电路系统的定时处完成当前阶段之后，区块控制电路310向链中紧接在后的复用器区块输出继续功率轨转换信号322-2(Out-CPRT)。如果顺序执行功率复用操作的阶段是从右到左进行，则传入的继续功率轨转换信号322-1从右侧到达，而传出的继续功率轨转换信号322-2被转发到左侧。

图5图示了功率复用器区块110的第一示例，其中利用多个开关(包括大型双态开关和小型三态开关)来实现第一开关电路212和第二开关电路214。功率复用器区块110还被示出为包括区块控制电路310。该区块控制电路310接收功率复用器控制信号208，并且由始终导通电压308来供电。该始终导通电压308可以由图3的始终导通电压生成器306提供，或者可以从分开的始终导通电源接收。第一开关电路212被耦合在第一功率轨102与负载功率轨106之间，而第二开关电路214被耦合在第二功率轨104与负载功率轨106之间。

在一个或多个示例实施例中，第一开关电路212包括第一三态开关和第一双态开关，而第二开关电路214包括第二三态开关和第二双态开关。更具体地，第一开关电路212包括第一小型三态开关502和第一大型双态开关506。该第一小型三态开关502和第一大型双态开关506被耦合在彼此并联的第一功率轨102与负载功率轨106之间。第二开关电路214包括第二小型三态开关504和第二大型双态开关508。该第二小型三态开关504和第二大型双态开关508彼此并联耦合在第二功率轨104与负载功率轨106之间。

两个大型开关在物理上大于两个小型开关。大型开关能够比小型开关传导更大的电流。仅作为示例，在物理尺寸或电流传导容量方面，大型开关可以大4至20倍。小型开关与大型开关之间的不同尺寸可以被采用以提供不同量的电流(诸如，低电流至高电流)，以逐渐地将电流引入到被切换到不同功率轨的电路负载。该技术与参照图7进一步描述的少量晶体管vs其余晶体管(a few versus rest transistor)实施方式类似。

功率复用器区块110的第一切换电路212和第二切换电路214通过根据上面描述的三种电流模式进行操作来参与功率轨转换进程，该三种电流模式是导通模式、关断模式和单向模式。在图5中图示的开关通过进入以下三种电流状态中的一种电流状态来支持这三种电流模式：关断状态、导通状态和单向状态。在关断电流状态下，开关双向阻断两个功率轨之间的电流。在导通电流状态下，开关使能两个功率轨之间的电流。在单向电流状态下，开关允许从一个功率轨至另一功率轨的单向电流，但是反之是不允许的。

第一大型双态开关506和第二大型双态开关508各自能够进入以下两种电流状态：导通状态和关断状态。第一小型三态开关502和第二小型三态开关504各自能够进入以下三种电流状态：导通状态、关断状态和单向状态。在一些实施方式中，分别利用至少一个二极管连接的晶体管来实现第一小型三态开关502和第二小型三态开关504，该至少一个二极管连接的晶体管可配置为选择性地操作为允许单向电流的二极管以建立单向电流状态。

区块控制电路310确定各个开关在哪种状态下进行操作。区块控制电路310分别经由控制信号402-1和控制信号402-2来控制第一小型三态开关502和第一大型双态开关506。区块控制电路310分别经由控制信号404-1和控制信号404-2来控制第二小型三态开关504和第二大型双态开关508。区块控制电路310基于(图3的)相对电压信号304来控制第一小型三态开关502和第二小型三态开关504的状态。例如，在功率轨转换进程期间，区块控制电路310激活被耦合至具有较低电压的功率轨的小型三态开关的单向状态。

针对在第二电压204的电压电平小于第一电压202的电压电平时、将被耦合至负载功率轨106的电路负载从第一功率轨102切换为第二功率轨104来描述示例功率轨转换进程。在初始阶段，第一小型三态开关502和第一大型双态开关506都处于导通状态，而第二小型三态开关504和第二大型双态开关508都处于关断状态。在第一阶段中，区块控制电路310将第一开关电路212的第一大型双态开关506转变到关断状态，并且将第二开关电路214的第二小型三态开关504转变到单向状态。

在该示例中，该第一阶段是重叠阶段，在该重叠阶段中，可以从第一功率轨102经由第一小型三态开关502向负载功率轨106提供功率，以及从第二功率轨104经由第二小型三态开关504向负载功率轨106提供功率。通过激活第二小型三态开关504的单向状态，来防止第一功率轨102与第二功率轨104之间的交叉传导，该第二小型三态开关504被耦合到被保持在两个电压中的较低电压的第二功率轨104。换句话说，通过区块控制电路310来控制电流方向，因为第二小型三态开关504的单向状态允许电流从第二功率轨104流到负载功率轨106、但是阻止电流从负载功率轨106流到第二功率轨104。

在第二阶段中，区块控制电路310将第一小型三态开关502从导通状态转变为关断状态。此时，负载功率轨106可以经由处于单向状态的第二小型三态开关504来从第二功率轨104接收电流。在第三阶段中，区块控制电路310将第二小型三态开关504从单向状态转变为导通状态。为了增加可用于电路负载的电流，区块控制电路310在功率轨转换进程的第四阶段中将第二大型双态开关508从关断状态转变为导通状态。还参照图9至图12来描述示例功率轨转换进程的另外的方面。

图6图示了功率复用器区块110的第二示例，其中利用多个开关来实现第一开关电路212和第二开关电路214。图6的功率复用器区块110与图5的功率复用器区块110相似。然而，第一小型双态开关602被并入第一开关电路212中，而第二小型双态开关604被并入第二开关电路214中。第一小型双态开关602和第一小型三态开关502串联耦合在第一功率轨102与负载功率轨106之间，其中第一小型双态开关602被耦合至第一功率轨102。第二小型双态开关604和第二小型三态开关504串联耦合在第二功率轨104与负载功率轨106之间，其中第二小型双态开关604被耦合至第二功率轨104。

在示例实施方式中，第一小型双态开关602和第二小型双态开关604可以被置于导通电流状态或关断电流状态。区块控制电路310利用控制信号402-3来控制第一小型双态开关602的状态，并且利用控制信号404-3来控制第二小型双态开关604的状态。如果第一小型三态开关502处于导通电流状态或处于单向电流状态，则区块控制电路310将第一小型双态开关602置于导通电流状态。另一方面，如果第一小型三态开关502处于关断电流状态，则区块控制电路310将第一小型双态开关602置于关断电流状态。类似地，如果第二小型三态开关504处于导通电流状态或处于单向电流状态，则区块控制电路310将第二小型双态开关604置于导通电流状态。然而，如果第二小型三态开关504处于关断电流状态，则区块控制电路310将第二小型双态开关604置于关断电流状态。

包括与小型三态开关中的每个小型三态开关串联的附加小型双态开关可以减少泄漏电流。例如，当第一小型三态开关502进入关断电流状态时，包括与第一小型三态开关502串联的第一小型双态开关602减少了来自第一小型三态开关502的泄漏电流。该泄漏电流减少能力通过对图7的描述而更加显而易见，图7描绘了如利用一个或多个晶体管实现的各种开关。

图7图示了(图6的)功率复用器区块110的第二示例，其中第一切换电路212和第二切换电路214被描绘为具有由至少一个晶体管实现的多个开关。对于该第二示例实施方式，使用至少一个PFET来实现功率复用器区块110的每个开关。第一小型三态开关502被实施为第一小型晶体管，诸如，PFET 702；第一大型双态开关506被实施为第一大型晶体管，诸如，PFET 706；以及第一小型双态开关602被实施为另一小型晶体管，诸如，PFET 710。第二小型三态开关504被实施为第二小型晶体管，诸如，PFET 704；第二大型双态开关508被实施为第二大型晶体管，诸如，PFET 708；以及第二小型双态开关604被实施为又一小型晶体管，诸如，PFET 712。

在一个或多个实施例中，PFET 706和PFET 708在物理上大于PFET 702、PFET 710、PFET 704和PFET 712。因此，PFET 706和PFET 708可以比其它四个PFET传导更多的电流。因此，PFET 706和PFET 708在图7中被描绘为更大。在图7中，为了视觉清楚起见，省略了用于从区块控制电路310至不同开关的控制信号的附图标记。然而，控制信号如图所示被路由至PFET 706、PFET 710、PFET 708和PFET 712中的每一个PFET的栅极端子。在PFET的栅极端子处的低电压导通晶体管，而在PFET的栅极端子处的高电压关断晶体管。

功率复用器区块110与在“其余”晶体管之前导通“少量”晶体管的电源技术类似地进行操作。在少量晶体管vs其余晶体管方案中，首先导通少量晶体管以允许电流以相对较低的速度流入电路负载，以降低在功率轨上发生可感知的电压下降的可能性。在电流已经稳定之后或在某一时间段之后，导通其余晶体管以增加所供应的功率的总体电流容量。根据功率复用器区块110，小型开关与“少量”晶体管相对应，而大型开关与“其余”晶体管相对应。因此，在下面参照图9至图12描述的示例功率轨转换进程中，在大型开关之前导通小型开关。

用于实现功率复用器区块110的开关的晶体管是PFET。如果功率复用器区块110-1至110-10的(图2所示)链式布置200被实施为被耦合在电源轨与电路负载108之间以产生虚拟功率轨的磁头开关114，则利用PFET来实现开关。然而，备选地，功率复用器区块110-1至110-10的链式布置200可以被实施为被耦合在电路负载108与接地功率轨之间以产生虚拟接地轨的脚踏开关(foot switch)(未示出)。可以通过使用例如利用p阱或p衬底技术形成的n沟道或n型金属氧化物半导体(NMOS)器件(诸如，n型场效应晶体管(NFET))来实施该脚踏开关。因此，在脚踏开关实施方式中，可以利用一个或多个NFET来实现功率复用器区块110的开关。此外，可以利用其它晶体管类型(诸如，双极结型晶体管(BJT))来实现开关。

第一小型三态开关502被实施为以二极管配置连接的PFET 702、或二极管连接的晶体管。第二小型三态开关504被实施为同样以二极管配置连接的PFET 704、或二极管连接的晶体管。在金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的情况下，例如可以通过将栅极耦合至漏极来以二极管配置连接晶体管。在高级别下，区块控制电路310可以将PFET 702或PFET 704置于二极管连接的配置，以通过选择性地闭合开关以将对应的PFET的相应栅极端子耦合至负载功率轨106来激活单向电流状态。参照图8来描述用于第一小型三态开关502和第二小型三态开关504的二极管连接的晶体管实施方式的示例的另外的方面。参照图9至图12来描述用于激活两个晶体管的二极管配置以实现单向电流状态的示例定时。

图8在800处总体图示了晶体管级的小型三态开关808的示例。图8描绘了电源轨802、小型双态开关804、节点818、小型三态开关808、节点820和虚拟功率轨806。小型双态开关804被耦合在电源轨802与节点818之间。小型三态开关808被耦合在节点818与节点820之间。节点820与虚拟功率轨806位于同一位置。参照之前的附图(诸如，图6)，电源轨802、小型双态开关804、小型三态开关808和虚拟功率轨806可以分别与用于第一开关电路212的第一功率轨102、第一小型双态开关602、第一小型三态开关502和负载功率轨106相对应。备选地，电源轨802、小型双态开关804、小型三态开关808和虚拟功率轨806可以分别与用于第二开关电路214的第二功率轨104、第二小型双态开关604、第二小型三态状态开关504和负载功率轨106相对应。

如图所示，小型三态开关808包括以下四个晶体管：PFET 810、PFET 812、NFET 814和PFET 816。PFET 810和NFET 814并联耦合在节点818与节点820之间。PFET 810和NFET814能够被选择性地或可切换地连接到二极管配置中。为了实现选择性，PFET 812被耦合在PFET 810的栅极端子与节点820之间，该节点820与PFET 810的漏极相对应。同样，PFET 816被耦合在NFET 814的栅极端子与节点818之间，该节点818与NFET 814的漏极相对应。

同样参照图6，在小型三态开关808中指示的各种信号与用于第一开关电路212的第一小型三态开关502的控制信号402-1和用于第二开关电路214的第二小型三态开关504的控制信号404-1相对应。导通/关断状态信号_反(OOS#)是导通/关断状态信号(OOS)的补码并且被耦合至NFET 814的栅极端子。单向状态信号(OWS)被耦合至PFET 812的栅极端子和PFET 816的栅极端子。

可以基于施加至晶体管中的每个晶体管的栅极端子的电压来导通或关断晶体管中的每个晶体管。对于PFET，低电压导通晶体管，而高电压关断晶体管。相反，对于NFET，高电压导通晶体管，而低电压关断晶体管。为了激活小型三态开关808的单向电流状态，区块控制电路310通过导通PFET 812和PFET 816来将PFET 810和NFET 814切换到二极管连接的模式。为此，区块控制电路310在PFET 812和PFET 816的栅极端子处驱动低的单向状态信号(OWS)，以导通PFET 812和PFET 816。

为了去激活小型三态开关808的单向电流状态，区块控制电路310在PFET 812和PFET 816的栅极端子处驱动高的单向状态信号(OWS)，以关断PFET 812和PFET 816。如果PFET 812和PFET 816被关断，则小型三态开关808可以进入导通电流状态或关断电流状态。为了将小型三态开关808置于导通电流状态，区块控制电路310驱动低的导通/关断状态信号(OOS)并且因此驱动高的导通/关断状态信号_反(OOS#)，以分别导通PFET 810和NFET814。为了将小型三态开关808置于关断电流状态，区块控制电路310驱动高的导通/关断状态信号(OOS)并且因此驱动低的导通/关断状态信号_反(OOS#)，以分别关断PFET 810和NFET 814。因此，所图示的小型三态开关808是具有以下三种状态的开关的示例实施方式：导通电流状态、关断电流状态和单向电流状态。

图9至图12图示了起始功率轨与目的地功率轨之间的两个示例功率轨转换进程。图9和图10图示了比目的地电源具有更低电压电平的起始电源的示例功率轨转换进程900。图11和图12图示了比目的地电源具有更高电压电平的起始电源的示例功率轨转换进程1100。每个功率轨转换进程包括多个阶段，其中每个阶段由多个功率复用器区块110-1至110-10的水平行来表示，该多个功率复用器区块110-1至110-10以链式布置耦合在一起。如图所示，每个功率轨转换进程具有5个阶段：初始阶段、第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段。这五个阶段分别由t₀、t₁、t₂、t₃和t₄表示。

(图2的)功率复用器控制电路系统210通过将一个或多个开关从一个电流状态转变为另一电流状态，来将多个第一开关电路212或多个第二开关电路214从一个电流模式转变为另一电流模式。参照在图9中描绘的初始阶段(t₀)中的功率复用器区块110-1，每个功率复用器区块110包括第一大型双态开关506、第一小型三态开关502、第二小型三态开关504和第二大型双态开关508。为了视觉清楚起见，仅在每个阶段中的功率复用器区块110-1处包括这些附图标记。第一大型双态开关506和第一小型三态开关502被描绘为被耦合至具有起始电压(V_O)的起始功率轨。第二小型三态开关504和第二大型双态开关508被描绘为被耦合至具有目的地电压(V_D)的目的地功率轨。

每个开关被示出为处于以下三种电流状态中的一种电流状态：导通状态、关断状态和单向状态。导通电流状态由闭合开关表示。关断电流状态由断开开关表示。单向电流状态由二极管表示，该二极管远离起始功率轨或远离目的地功率轨向下指向，并且因此指向为电路负载提供虚拟电压(V_V)的虚拟功率轨。因此，单向电流状态允许电流从起始功率轨或从目的地功率轨流到虚拟功率轨，并且阻止电流从虚拟功率轨流到起始功率轨或目的地功率轨。

图9和图10分别图示了比目的地电源具有更低电压电平的起始电源的示例功率轨转换进程900的第一部分900-1和第二部分900-2。在起始功率轨被耦合至虚拟功率轨的初始阶段(t₀)中，第一大型双态开关506和第一小型三态开关502处于导通电流状态。第二小型三态开关504和第二大型双态开关508都处于关断电流状态。由于起始电源比目的地电源具有更低的电压电平，因此，在功率轨转换进程900期间，第一小型三态开关502将要被置于单向电流状态。

在第一阶段(t₁)中，将第一大型双态开关506转变到关断电流状态，并且将第一小型三态开关502转变到单向电流状态。第一阶段从左到右进行，其中每个功率复用器区块110中的区块控制电路310在跨链式布置的单轮中执行这两个转换。备选地，可以采用两轮。在最后功率复用器区块110-10处，在区块控制电路310将第一大型双态开关506转变到关断电流状态并且将第一小型三态开关502转换到单向电流状态之后，开始第二阶段(t₂)。

如在图9的右下角指示的，第二阶段在最后功率复用器区块110-10处开始，并且按照从右到左的相反方向继续进行。上面还参照图2的粗虚实线箭头218讨论了该方向反向。在第二阶段中，将第二小型三态开关504转变到导通电流状态。参照图10，针对第二阶段(t₂)示出了功率复用器区块的完整链式布置。将第二小型三态开关504转换到导通电流状态从“最后”功率复用器区块110-10开始进行，并且在“第一个”功率复用器区块110-1处结束。顺序地执行第二阶段，使得通过经由虚拟功率轨而递增地增加流到电路负载的电流，来管理来自目的地功率轨的电流涌入。在示例功率轨转换进程900中，第二阶段是重叠阶段，在该重叠阶段中，电路负载由来自起始功率轨和目的地功率轨两者流动的电流被供电。然而，第一小型三态开关502的单向电流状态防止了起始功率轨与目的地功率轨之间的交叉传导。

在再次反转方向以从左到右进行的第三阶段(t₃)中，将第一小型三态开关502转变到关断电流状态。可以顺序地或者按照完全或部分并行的方式来执行多个功率复用器区块110-1至110-10的第一小型三态开关502的转换。在第四阶段(t₄)中，功率复用器控制电路系统210将每个功率复用器区块110中的第二大型双态开关508转变到导通电流状态。第四阶段可以通过以顺序方式将第三阶段的方向反转来从右到左进行，以进一步管理来自大型开关的电流涌入。备选地，可以通过至少部分地同时执行转换来加速第二大型双态开关508的导通。

图11和图12分别图示了比目的地电源具有更高电压电平的起始电源的示例功率轨转换进程1100的第一部分1100-1和第二部分1100-2。在初始阶段(t₀)中，第一大型双态开关506和第一小型三态开关502处于导通电流状态。第二小型三态开关504和第二大型双态开关508都处于关断电流状态。由于目的地电源比起始电源具有更低的电压电平，因此在功率轨转换进程1100期间，第二小型三态开关504将要被置于单向电流状态。

在第一阶段(t₁)中，将第一大型双态开关506转变到关断电流状态，并且将第二小型三态开关504转变到单向电流状态。第一阶段从左到右进行，其中区块控制电路310在单轮中对这两个开关执行转换。至少顺序地执行第二小型三态开关504的转换，以管理电流涌入并且保护目的地功率轨免于发生可感知的电压下降。在示例功率轨转换进程1100中，第一阶段是重叠阶段，在该重叠阶段中，电路负载由来自起始功率轨和目的地功率轨两者流动的电流而被供电。然而，第二小型三态开关504的单向电流状态防止了起始功率轨与目的地功率轨之间的交叉传导。

在第二阶段(t₂)中，将第一小型三态开关502转变到关断电流状态。可以顺序地或者按照完全或部分并行的方式来执行多个功率复用器区块110-1至110-10的第一小型三态开关502的转换。在一个示例中，区块控制电路310用以执行转换的操作在第一功率复用器区块110-1处开始、并且在最后功率复用器区块110-10处结束。如在图11的右下角指示的，最后功率复用器区块110-10执行第二阶段的转换，并且然后执行第三阶段(t₃)的转换以反转功率轨转换进程的方向。在图12的右上角，第二部分1100-2描绘了第二小型三态开关504从单向电流状态转换为导通电流状态以开始第三阶段。

在第三阶段中，在每个功率复用器区块中从右到左将第二小型三态开关504转变到导通电流状态。在第四阶段(t₄)中，功率复用器控制电路系统210将每个功率复用器区块110中的第二大型双态开关508转变到导通电流状态，以向电路负载提供更多的电流。第四阶段可以通过以顺序方式反转第三阶段的方向来从左到右进行，以进一步管理由于大型开关的更大尺寸而引起的电流涌入。备选地，可以通过至少部分地同时执行转换来加速第二大型双态开关508的导通。

上面按照特定的相继顺序描述了示例功率轨转换进程900和1100的阶段。然而，可以按照具有不同方向的相继顺序或按照非相继顺序来执行给定阶段。此外，针对被转变的每个开关类型而不是针对多个开关类型的组合通道，可以通过使用沿着功率复用器区块的链式布置的单独的轮来执行给定阶段。

图13是图示了用于与配电网络进行自适应功率复用的示例过程1300的流程图。按照指定可以执行的操作的一组框1302至1310的形式来描述过程1300。然而，操作不必限于在图13中示出的或在本文中描述的顺序，因为可以按照备选顺序或按照完全或部分重叠的方式来实施操作。由所图示的过程1300的框表示的操作可以由集成电路(诸如，图1的集成电路100或图14的集成电路1410)来执行，下面描述了这一点。更具体地，过程1300的操作可以由多个功率复用器区块110-1至110-10的链式布置200结合图2的功率复用器控制电路系统210来执行。

在框1302中，经由沿着被耦合至负载功率轨的电路负载的一部分而分布的多个第一开关电路，从第一功率轨向负载功率轨供应功率。例如，集成电路100可以经由沿着被耦合至负载功率轨106的电路负载108的一部分而分布的多个第一开关电路212，从第一功率轨102向负载功率轨106供应功率。例如，电流可以经由处于导通电流模式的多个第一开关电路212，从第一功率轨102流到负载功率轨106。在给定第一开关电路212内，第一小型三态开关502和第一大型双态开关506都可以在最初处于导通电流状态。

在框1304中，基于包括第一功率轨的第一电压和第二功率轨的第二电压的比较来生成相对电压信号。例如，集成电路100可以基于包括第一功率轨102的第一电压202和第二功率轨104的第二电压204的比较来生成相对电压信号304。该比较可以由比较器302执行，该比较器302接收第一电压202和第二电压204作为输入，并且产生相对电压信号304作为输出，该相对电压信号304指示第一电压202与第二电压204之间的电压差，诸如，表示哪个电压小于或大于另一电压的布尔值。

在框1306中，实施具有多个阶段的功率轨转换过程，以从第一功率轨转换为第二功率轨。例如，集成电路100可以实施具有多个阶段(t₀至t₄)的功率轨转换进程900或1100，以从第一功率轨102转换为第二功率轨104。为此，功率复用器控制电路系统210可以控制多个第一开关电路212和多个第二开关电路214的电流模式。功率复用器控制电路系统210可以在单独的开关的级别下按照有序的方式来引导每个第一开关电路212将第一功率轨102与负载功率轨106断开连接，并且引导每个第二开关电路214将每个第二功率轨104连接至负载功率轨106。可以通过进行跨多个第一开关电路212和多个第二开关电路214的链式布置的重复轮，来完成功率轨转换，以通过转变形成开关电路的单独的开关的电流状态来为开关电路建立不同的电流模式。

实施功率轨转换过程包括：在框1308中，在多个阶段中的至少一个阶段期间基于相对电压信号来控制电流的方向。例如，集成电路100可以在多个阶段(t₀至t₄)中的至少一个阶段期间，基于相对电压信号304来控制电流的方向(例如，流动至给定功率轨或从给定功率轨流动)。功率复用器控制电路系统210可以制定重叠阶段，在该重叠阶段中，电流可以通过使用被置于单向电流状态的至少一个开关来引导电流流向负载功率轨106，从第一功率轨102和第二功率轨104两者流到负载功率轨106。基于相对电压信号304确定了哪个开关电路具有待被置于单向电流状态的开关，使得防止电流在第一功率轨102与第二功率轨104之间流向具有较低电压的电源轨。如果第一电压202小于第二电压204，例如，可以在导通多个第二开关电路214的同时，将每个第一开关电路212的第一小型三态开关502置于单向电流状态。

在框1310中，经由沿着电路负载的一部分而分布的多个第二开关电路，从第二功率轨向负载功率轨提供功率。例如，集成电路100可以经由沿着电路负载108的一部分而分布的多个第二开关电路214，从第二功率轨104向负载功率轨106提供功率。电流可以经由处于导通电流模式的多个第二开关电路214来从第二功率轨104流到负载功率轨106，作为功率轨转换过程900或1100的结果。为了充分地向电路负载108供应电流，在每个第二开关电路214内，最终可以在导通电流状态中激活第二小型三态开关504和第二大型双态开关508。

图14描绘了包括具有多个核心的集成电路(IC)1410的示例电子设备1402。如图所示，除了集成电路1410之外，电子设备1402还包括天线1404、收发器1406和用户输入/输出(I/O)接口1408。图示的集成电路1410或其核心的示例包括：微处理器1412、图形处理单元(GPU)1414、存储器阵列1416和调制解调器1418。在一个或多个实施例中，如本文描述的功率管理技术可以由集成电路1410实施。

电子设备1402可以是移动设备或电池供电的设备，或者被设计为由电网供电的固定设备。电子设备1402的示例包括：服务器计算机、网络交换机或路由器、数据中心片、个人计算机、台式计算机、笔记本或膝上型计算机、平板计算机、智能电话、娱乐设备或可穿戴计算设备(诸如，智能手表、智能眼镜或一件衣服)。电子设备1402还可以是具有嵌入式电子器件的设备或该设备的一部分。具有嵌入式电子产品的电子设备1402的示例包括乘用车辆、工业设备、冰箱或其它家用电器、无人机或其它无人驾驶飞行器(UAV)或动力工具。

对于具有无线能力的电子设备，电子设备1402包括被耦合至收发器1406的天线1404，以使得能够接收或传输一个或多个无线信号。集成电路1410可以被耦合至收发器1406，以使集成电路1410能够访问接收到的无线信号或者提供要经由天线1404进行传输的无线信号。如图所示的电子设备1402还包括至少一个用户I/O接口1408。该用户I/O接口1408的示例包括：键盘、鼠标、麦克风、触敏屏幕、相机、加速度计、触觉机构、扬声器、显示屏幕或投影仪。

集成电路1410可以包括：例如，微处理器1412、GPU 1414、存储器阵列1416、调制解调器1418等的一个或多个实例。微处理器1412可以用作中央处理单元(CPU)或其它通用处理器。一些微处理器包括可以被单独地上电或掉电的不同部件(诸如，多个处理核心)。GPU1414可以特别适于处理视觉相关数据以供显示。如果视觉相关数据没有被渲染或以其它方式处理，则GPU 1414可以被完全或部分掉电。存储器阵列1416存储用于微处理器1412或GPU 1414的数据。用于存储器阵列1416的存储器的示例类型包括随机存取存储器(RAM)(诸如，动态RAM(DRAM)或静态RAM(SRAM))；闪速存储器；等等。如果程序没有访问存储在存储器中的数据，则存储器阵列1416可以整体或逐块地被掉电。调制解调器1418对信号进行解调以提取编码信息，或者对信号进行调制以将信息编码到信号中。如果没有信息要从入站通信进行解码或针对出站通信进行编码，则可以使调制解调器1418闲置以降低功耗。集成电路1410可以包括除了示出的那些部件之外的附加或备选部件，诸如，I/O接口、传感器(诸如，加速度计)、收发器或接收器链的另一部分、定制的或硬编码的处理器(诸如，专用集成电路(ASIC))等等。

集成电路1410还可以包括片上系统(SOC)。SOC可以集成足够数目的不同类型的组件，以使SOC能够至少主要地如笔记本计算机、移动电话或使用一个芯片的其它电子装置一样提供计算功能。SOC的组件或通常的集成电路1410可以被称为核心或电路块。根据本文中所描述的技术，如果未使用SOC的核心或电路块，则可以使SOC的核心或电路块掉电，诸如，通过经历功率崩溃、或者将该核心或电路块复用到具有较低电压电平的功率轨上。除了在图14中图示的那些组件之外，核心或电路块的示例还包括：电压调节器、主存储器或高速缓冲存储器块、存储器控制器、通用处理器、加密处理器、视频或图像处理器、矢量处理器、无线电、接口或通信子系统、无线控制器或显示控制器。这些核心或电路块中的任何一个(诸如，处理核心或GPU核心)可以进一步包括多个内部核心或电路块。

除非上下文另有规定，否则在本文中使用词语“或”可以被认为是使用“包容性或”、或者允许包括或应用通过词语“或”连接的一个或多个项的术语(例如，短语“A或B”可以被解释为仅允许“A”、仅允许“B”或允许“A”和“B”两者)。进一步地，在附图中表示的项以及在本文中讨论的术语可以指示一个或多个项或术语，并且因此可以在本书面描述中互换地引用项和术语的单数或复数形式。最后，虽然已经用特定于结构特征或方法操作的语言描述了主题，但是要明白，随附权利要求书中所限定的主题不必限于上面所描述的具体特征或操作，包括不必限于布置特征的组织或执行操作的顺序。

Claims (21)

1.一种集成电路，包括：

第一功率轨；

第二功率轨；

负载功率轨；

多个功率复用器区块，所述多个功率复用器区块以链式布置被串联耦合，并且被配置为共同执行功率复用操作，每个功率复用器区块被配置为：在将所述负载功率轨耦合至所述第一功率轨与将所述负载功率轨耦合至所述第二功率轨之间进行切换；以及

功率复用器控制电路系统，所述功率复用器控制电路系统被配置为控制电流的方向，以防止在所述功率复用操作期间所述第一功率轨与所述第二功率轨之间的交叉传导；

其中所述多个功率复用器区块中的每个功率复用器区块包括：

第一开关电路，所述第一开关电路被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间，所述第一开关电路被配置为将所述第一功率轨连接至所述负载功率轨、或者将所述第一功率轨与所述负载功率轨断开连接；以及

第二开关电路，所述第二开关电路被耦合在所述第二功率轨与所述负载功率轨之间，所述第二开关电路被配置为将所述第二功率轨连接至所述负载功率轨、或者将所述第二功率轨与所述负载功率轨断开连接，以及

其中所述第一开关电路包括被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间的第一三态开关，所述第一三态开关被配置为选择性地进入关断状态、导通状态和单向状态，所述关断状态用以双向阻断所述第一功率轨与所述负载功率轨之间的电流，所述导通状态用以使能所述第一功率轨与所述负载功率轨之间的双向电流，所述单向状态用以允许从所述第一功率轨至所述负载功率轨的单向电流、并且阻止从所述负载功率轨至所述第一功率轨的单向电流。

2.根据权利要求1所述的集成电路，进一步包括：

电路负载，所述电路负载被耦合至所述负载功率轨，

其中所述功率复用器控制电路系统被进一步配置为：将所述负载功率轨至所述第一功率轨的所述耦合和所述负载功率轨至所述第二功率轨的所述耦合进行重叠，以在所述功率复用操作期间，经由所述第一功率轨或所述第二功率轨中的至少一个功率轨来连续地向所述电路负载提供功率。

3.根据权利要求1所述的集成电路，进一步包括：

比较器，所述比较器被耦合至所述第一功率轨和所述第二功率轨，所述比较器被配置为基于所述第一功率轨的第一电压和所述第二功率轨的第二电压来产生相对电压信号，

其中所述功率复用器控制电路系统被进一步配置为基于所述相对电压信号来执行所述功率复用操作。

4.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述第一三态开关包括二极管连接的晶体管，所述二极管连接的晶体管可配置为被选择性地操作为允许单向电流的二极管。

5.根据权利要求1所述的集成电路，其中：

所述第一三态开关包括第一小型三态开关；以及

所述第一开关电路进一步包括第一大型双态开关，所述第一大型双态开关与所述第一小型三态开关并联耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间，所述第一大型双态开关被配置为选择性地进入所述关断状态和所述导通状态，所述关断状态用以双向阻断所述第一功率轨与所述负载功率轨之间的电流，所述导通状态用以使能所述第一功率轨与所述负载功率轨之间的双向电流，

其中所述第一大型双态开关在物理上大于所述第一小型三态开关，并且被配置为传导更大的电流。

6.根据权利要求1所述的集成电路，其中：

所述第一三态开关包括第一小型三态开关；以及

所述第一开关电路进一步包括第一小型双态开关，所述第一小型双态开关与所述第一小型三态开关串联耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间，

其中所述第一小型双态开关被配置为减小所述第一小型三态开关的泄漏电流。

7.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述功率复用器控制电路系统包括：

多个区块控制电路，相应的区块控制电路被耦合在每个相应的功率复用器区块的所述第一开关电路与所述第二开关电路之间，每个相应的区块控制电路被配置为：基于指示所述第一功率轨的第一电压与所述第二功率轨的第二电压之间的电压差的相对电压信号，在功率轨转换进程期间，将所述第一开关电路和所述第二开关电路置于不同的电流模式。

8.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述功率复用器控制电路系统包括区块间信号传播电路系统，所述区块间信号传播电路系统被配置为：将来自所述多个功率复用器区块中的一个功率复用器区块的继续功率轨转换信号转发至沿着所述链式布置的连续功率复用器区块，使得功率复用操作的连接部分沿着所述链式布置顺序地进行。

9.一种集成电路，包括：

第一功率轨；

第二功率轨；

负载功率轨；

多个功率复用器区块，所述多个功率复用器区块以链式布置被串联耦合，并且被配置为共同执行功率复用操作，每个功率复用器区块被配置为：在将所述负载功率轨耦合至所述第一功率轨与将所述负载功率轨耦合至所述第二功率轨之间进行切换；以及

功率复用器控制电路系统，所述功率复用器控制电路系统被配置为控制电流的方向，以防止在所述功率复用操作期间所述第一功率轨与所述第二功率轨之间的交叉传导，其中所述多个功率复用器区块中的每个功率复用器区块包括：

第一开关电路，所述第一开关电路被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间，所述第一开关电路被配置为将所述第一功率轨连接至所述负载功率轨、或者将所述第一功率轨与所述负载功率轨断开连接；以及

第二开关电路，所述第二开关电路被耦合在所述第二功率轨与所述负载功率轨之间，所述第二开关电路被配置为将所述第二功率轨连接至所述负载功率轨、或者将所述第二功率轨与所述负载功率轨断开连接，以及

其中所述第一开关电路和所述第二开关电路都被配置为根据三个电流模式进行操作，所述三个电流模式包括：用以双向阻断电流的关断模式、用以使能双向电流的导通模式、以及用以允许单向电流的单向模式，其中所述功率复用器控制电路系统被配置为控制所述功率复用操作的功率轨转换进程，使得：(1)如果所述第一功率轨的第一电压小于所述第二功率轨的第二电压，在所述功率轨转换进程的重叠阶段期间，所述第一开关电路被置于用以允许单向电流的所述单向模式，并且所述第二开关电路被置于用以使能双向电流的所述导通模式；以及(2)如果所述第二电压小于所述第一电压，在所述功率轨转换进程的所述重叠阶段期间，所述第二开关电路被置于用以允许单向电流的所述单向模式，并且所述第一开关电路被置于用以使能双向电流的所述导通模式。

10.一种集成电路，包括：

第一功率轨；

第二功率轨；

负载功率轨；

多个功率复用器区块，所述多个功率复用器区块以链式布置被串联耦合，并且被配置为执行功率复用操作，所述功率复用操作包括：在将所述负载功率轨耦合至所述第一功率轨与将所述负载功率轨耦合至所述第二功率轨之间进行切换，所述功率复用操作包括重叠阶段，在所述重叠阶段中，所述第一功率轨和所述第二功率轨都被耦合至所述负载功率轨；以及

用于通过控制电流的方向来防止在所述功率复用操作的所述重叠阶段期间所述第一功率轨与所述第二功率轨之间的交叉传导的部件；

用于通过制定重叠阶段来在所述功率复用操作期间在所述第一功率轨与所述第二功率轨之间进行转换的部件，在所述重叠阶段中，电流能够从所述第一功率轨和所述第二功率轨两者流到所述负载功率轨，以及其中：

所述第一功率轨的第一电压小于所述第二功率轨的第二电压；以及

用于防止所述第一功率轨与所述第二功率轨之间的交叉传导的所述部件包括：

用于作为所述功率复用操作的重叠阶段的一部分、将在所述多个功率复用器区块中的每个功率复用器区块中的第一开关电路置于单向模式的部件，所述单向模式用以允许从所述第一功率轨至所述负载功率轨的单向电流、并且阻止从所述负载功率轨至所述第一功率轨的单向电流；以及

用于将每个功率复用器区块中的第二开关电路置于导通模式的部件，所述导通模式用以使能所述第二功率轨与所述负载功率轨之间的双向电流。

11.根据权利要求10所述的集成电路，其中所述多个功率复用器区块中的每个功率复用器区块包括：

第一部件，所述第一部件用于在所述功率复用操作期间在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间建立电流模式；以及

第二部件，所述第二部件用于在所述功率复用操作期间在所述第二功率轨与所述负载功率轨之间建立电流模式。

12.根据权利要求11所述的集成电路，其中：

用于建立所述电流模式的所述第一部件包括第一三态部件，所述第一三态部件用于进入选自导通状态、关断状态和单向状态的电流状态，所述单向状态被配置为将电流从所述第一功率轨引导至所述负载功率轨；以及

用于建立所述电流模式的所述第二部件包括第二三态部件，所述第二三态部件用于进入选自导通状态、关断状态和单向状态的电流状态，所述单向状态被配置为将电流从所述第二功率轨引导至所述负载功率轨。

13.根据权利要求10所述的集成电路，进一步包括：

电路负载，所述电路负载被耦合至所述负载功率轨；以及

用于在所述功率复用操作期间经由所述第一功率轨或所述第二功率轨中的至少一个功率轨来连续地向所述电路负载提供功率的部件。

14.根据权利要求10所述的集成电路，其中：

对于所述功率复用操作的功率轨转换进程，所述第一功率轨包括起始功率轨，并且所述第二功率轨包括目的地功率轨；以及

用于在所述第一功率轨与所述第二功率轨之间进行转换的所述部件包括：用于沿着所述多个功率复用器区块的所述链式布置来顺序地将所述负载功率轨连接至所述第二功率轨的部件。

15.一种用于与配电网络进行自适应功率复用的方法，所述方法包括：

经由多个第一开关电路，向负载功率轨提供来自第一功率轨的功率，所述多个第一开关电路沿着耦合至所述负载功率轨的电路负载的一部分分布；

经由沿着所述电路负载的一部分分布的多个第二开关电路，向所述负载功率轨提供来自第二功率轨的功率；

基于包括所述第一功率轨的第一电压和所述第二功率轨的第二电压的比较，生成相对电压信号；

实施具有多个阶段的功率轨转换进程，以从所述第一功率轨转换到所述第二功率轨，包括在所述多个阶段中的至少一个阶段期间、基于所述相对电压信号来控制电流的方向；

其中所述实施所述功率轨转换进程包括：

如果所述相对电压信号指示所述第一电压小于所述第二电压，

在所述功率轨转换进程的第一阶段中，将所述多个第一开关电路从导通电流模式转变为单向电流模式，所述单向电流流动模式允许从所述第一功率轨至所述负载功率轨的单向电流、并且阻止从所述负载功率轨至所述第一功率轨的单向电流；

在所述功率轨转换进程的第二阶段中，将多个第二开关电路从关断电流模式转变为所述导通电流模式；以及

在所述功率轨转换进程的第三阶段中，将所述多个第一开关电路从所述单向电流模式转变为所述关断电流模式；其中，所述多个第一开关电路包括第一大型双态开关以及与所述第一大型双态开关并联耦合的第一小型三态开关，且

其中所述在所述第一阶段中将所述多个第一开关电路从所述导通电流模式转变为所述单向电流模式包括：

将所述第一大型双态开关置于关断状态，所述关断状态用以双向阻断所述多个第一开关电路中的每个第一开关电路中的电流；以及

将所述第一小型三态开关置于单向状态，所述单向状态用以允许所述多个第一开关电路中的每个第一开关电路中的单向电流。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述在所述第三阶段中将所述多个第一开关电路从所述单向电流模式转变为所述关断电流模式包括：将所述第一小型三态开关置于所述关断状态，所述关断状态用以双向阻断所述多个第一开关电路中的每个第一开关电路中的电流。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述在所述第二阶段中将所述多个第二开关电路从所述关断电流模式转变为所述导通电流模式包括：沿着多个功率复用器区块的链式布置、以相继顺序将所述多个第二开关电路从所述关断电流模式转变为所述导通电流模式，每个功率复用器区块分别包括所述多个第二开关电路中的一个第二开关电路。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多个第二开关电路包括第二大型双态开关以及与所述第二大型双态开关并联耦合的第二小型三态开关，且其中：

所述在所述第二阶段中将所述多个第二开关电路从所述关断电流模式转变为所述导通电流模式包括：将所述第二小型三态开关置于导通状态，所述导通状态用以使能所述多个第二开关电路中的每个第二开关电路中的双向电流；以及

所述实施所述功率轨转换进程进一步包括：在所述功率轨转换进程的第四阶段中，在所述多个第二开关电路中的每个第二开关电路中，将所述第二大型双态开关置于导通状态，以增大双向电流。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述实施所述功率轨转换进程包括：

如果所述相对电压信号指示所述第二电压小于所述第一电压，

在所述功率轨转换进程的第一阶段中，将所述多个第二开关电路从关断电流模式转变为单向电流模式，所述单向电流模式允许从所述第二功率轨至所述负载功率轨的单向电流、并且阻止从所述负载功率轨至所述第二功率轨的单向电流；

在所述功率轨转换进程的第二阶段中，将所述多个第一开关电路从导通电流模式转变为所述关断电流模式；以及

在所述功率轨转换进程的第三阶段中，将所述多个第二开关电路从所述单向电流模式转变为所述导通电流模式。

20.一种集成电路，包括：

第一功率轨，所述第一功率轨被配置为被保持在第一电压；

第二功率轨，所述第二功率轨被配置为被保持在第二电压；

负载功率轨；

功率复用器区块，包括：

第一大型双态开关，所述第一大型双态开关被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间；

第一小型三态开关，所述第一小型三态开关被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间，所述第一小型三态开关能够处于单向状态，所述单向状态用以允许从所述第一功率轨至所述负载功率轨的单向电流、并且阻止从所述负载功率轨至所述第一功率轨的单向电流；

第二大型双态开关，所述第二大型双态开关被耦合在所述第二功率轨与所述负载功率轨之间；以及

第二小型三态开关，所述第二小型三态开关被耦合在所述第二功率轨与所述负载功率轨之间，所述第二小型三态开关能够处于所述单向状态，所述单向状态用以允许从所述第二功率轨至所述负载功率轨的单向电流、并且阻止从所述负载功率轨至所述第二功率轨的单向电流；以及

功率复用器控制电路系统，所述功率复用器控制电路系统被配置为：在功率复用操作期间，基于包括所述第一电压和所述第二电压的比较，来将所述第一小型三态开关或所述第二小型三态开关置于所述单向状态，以在将所述负载功率轨耦合至所述第一功率轨与将所述负载功率轨耦合至所述第二功率轨之间进行切换，其中：

所述第一大型双态开关包括第一大型晶体管；

所述第一小型三态开关包括以二极管配置被连接的第一小型晶体管，所述第一大型晶体管在物理上大于所述第一小型晶体管；

所述第二大型双态开关包括第二大型晶体管；以及

所述第二小型三态开关包括以二极管配置被连接的第二小型晶体管，所述第二大型晶体管在物理上大于所述第二小型晶体管。

21.一种集成电路，包括：

第一功率轨，所述第一功率轨被配置为被保持在第一电压；

第二功率轨，所述第二功率轨被配置为被保持在第二电压；

负载功率轨；

功率复用器区块，包括：

第一大型双态开关，所述第一大型双态开关被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间；

第一小型三态开关，所述第一小型三态开关被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间，所述第一小型三态开关能够处于单向状态，所述单向状态用以允许从所述第一功率轨至所述负载功率轨的单向电流、并且阻止从所述负载功率轨至所述第一功率轨的单向电流；

第二大型双态开关，所述第二大型双态开关被耦合在所述第二功率轨与所述负载功率轨之间；以及

第二小型三态开关，所述第二小型三态开关被耦合在所述第二功率轨与所述负载功率轨之间，所述第二小型三态开关能够处于所述单向状态，所述单向状态用以允许从所述第二功率轨至所述负载功率轨的单向电流、并且阻止从所述负载功率轨至所述第二功率轨的单向电流；以及

功率复用器控制电路系统，所述功率复用器控制电路系统配置为：

在功率复用操作期间，基于包括所述第一电压和所述第二电压的比较，来将所述第一小型三态开关或所述第二小型三态开关置于所述单向状态，以在将所述负载功率轨耦合至所述第一功率轨与将所述负载功率轨耦合至所述第二功率轨之间进行切换，

其中所述功率复用器控制电路系统还配置为：

跨多个功率复用器区块的链式布置来实施功率轨转换进程；

在所述功率轨转换进程期间，经由所述第一功率轨或所述第二功率轨中的至少一个功率轨来连续地向被耦合至所述负载功率轨的电路负载提供功率；以及

基于所述比较来使所述第一小型三态开关或所述第二小型三态开关处于所述单向状态，从而防止在所述功率轨转换进程期间所述第一功率轨与所述第二功率轨之间的交叉传导。

Images