DE102014014690A1

DE102014014690A1 - Spannungsregler

Info

Publication number: DE102014014690A1
Application number: DE102014014690.1A
Authority: DE
Inventors: c/o Dialog Semiconducto Gambetta Pietro Gabriele
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2034-10-03
Also published as: US9477252B2; DE102014014690B4; US20160098057A1

Abstract

Ein Spannungsregler (100) weist auf: einen Ausgangsknoten (130), der eine Ausgangsspannung für eine Last (110) vorsieht; Stromerfassungsmittel (150) zum Erfassen eines Ausgangsstroms, der an dem Ausgangsknoten (130) fließt; Spannungsbereitstellungsmittel zum Vorsehen einer digitalen Repräsentation der Ausgangsspannung oder einer Eingangsspannung an den Spannungsregler (100); Ausgangsleistungsbestimmungsmittel (200) mit einer digital steuerbaren variablen Widerstandsschaltung (210), die die digitale Spannungsrepräsentation von dem Spannungsbereitstellungsmittel empfängt und einen Widerstand abhängig davon erzeugt, wobei die variable Widerstandsschaltung (210) mit dem Stromerfassungsmittel (150) verbunden ist, um ein Signal zu erlangen, das von dem Ausgangsstrom abhängt, und eine Spannung abhängig von dem erzeugten Widerstand und dem erlangten Signal erzeugt; und wobei die Ausgangsleistungsbestimmungsmittel (200) ausgebildet sind zum Bestimmen der Ausgangsleistung des Spannungsreglers (100) basierend auf der Spannung, die von der variablen Widerstandsschaltung (210) erzeugt wird.

Description

Das vorliegende Dokument betrifft Spannungsregler und Verfahren zum Betreiben von Spannungsreglern. Insbesondere betrifft das Dokument ein Bestimmen der Ausgangsleistung, die durch Spannungsregler vorgesehen wird.
Es gibt viele verschiedene Typen von Spannungsreglern, wie Linearregler (zum Beispiel Low-Dropout-Regler) und geschaltete Leistungswandler (zum Beispiel Abwärts- bzw. Buck- oder Aufwärts- bzw. Boost-Wandler). Typischerweise wird eine von einem Spannungsregler erzeugte Ausgangsspannung derart gesteuert, um bei einem gewünschten Wert konstant zu bleiben, unabhängig von einer angelegten Last oder einem Last-Transient. Die Ausgangsspannung wird typischerweise über eine Rückkopplungsschaltung auf den gewünschten Wert gesteuert. Die Rückkopplungsschaltung kann Steuersignale für Regler-Verstärker oder -Schalter erzeugen. Viele verschiedene Typen von Lasten können mit einem Regler verbunden sein und durch diesen angesteuert werden.
In vielen Fällen ist es erwünscht oder sogar notwendig, die Ausgangsleistung des Spannungsreglers zu bestimmen, zum Beispiel zum Steuern des Reglers selbst oder zum Steuern der Last des Reglers. Eine Art zum Bestimmen der Ausgangsleistung ist, die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom des Reglers zu messen und diese Werte zu multiplizieren, um einen Leistungswert zu erlangen. Jedoch ist ein Durchführen einer laufenden Multiplikationsoperation in der analogen oder digitalen Domäne eine komplexe Operation, die signifikante Systemressourcen und Schaltungsfläche erfordert.
Somit gibt es eine Notwendigkeit zum Bestimmen der Ausgangsleistung eines Spannungsreglers auf eine ressourceneffiziente Weise.
Gemäß einem Aspekt ist ein Spannungsregler vorgesehen, der einen Ausgangsknoten aufweist, der eine Ausgangsspannung für eine Last vorsieht; Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines Ausgangsstroms, der an dem Ausgangsknoten in die Last fließt; Spannungsbereitstellungsmittel zum Vorsehen einer digitalen Repräsentation der Ausgangsspannung; und Ausgangsleistungsbestimmungsmittel mit einer digital steuerbaren variablen Widerstandsschaltung, die die digitale Spannungsrepräsentation von dem Spannungsbereitstellungsmittel empfängt und einen Widerstand in Abhängigkeit von der empfangenen digitalen Spannungsrepräsentation erzeugt. Alternativ kann das Spannungsbereitstellungsmittel eine digitale Repräsentation einer Eingangsspannung an den Spannungsregler vorsehen, wobei die Eingangs- und die Ausgangsspannung des Spannungsreglers eine vorgegebene Beziehung zueinander haben können. Das Spannungsbereitstellungsmittel kann zum Beispiel eine Referenzspannung des Spannungsreglers an das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel liefern, wobei der Spannungsregler seine Ausgangsspannung steuert, um im Wesentlichen gleich zu der Referenzspannung zu sein. In einigen Fällen wird die Referenzspannung bereits in digitaler Form an den Spannungsregler geliefert, so dass sie direkt als digitale Spannungsrepräsentation von dem Spannungsbereitstellungsmittel an das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel geliefert werden kann. Keine zusätzliche Analog-Digital-Umwandlung ist erforderlich, was die Kosten der Reglerschaltung durch Einsparen von Chipfläche reduziert.
Die variable Widerstandsschaltung kann mit dem Stromerfassungsmittel verbunden sein, um ein Signal zu erlangen, das von dem Ausgangsstrom abhängt. Die variable Widerstandsschaltung kann ein Widerstandselement aufweisen, dessen Widerstandswert steuerbar ist, insbesondere in Schritten, die der empfangenen digitalen Spannungsrepräsentation entsprechen. In anderen Worten, der Widerstandswert der variablen Widerstandsschaltung kann auf einen Wert gesetzt werden, wie durch die digitale Spannungsrepräsentation angegeben wird. Zum Beispiel ist ein schaltbares Widerstandsnetzwerk in der variablen Widerstandsschaltung vorgesehen und wird basierend auf der digitalen Spannungsrepräsentation gesteuert, durch Ein- und Aus-Schalten von Widerstandselementen in dem Netzwerk, so dass der gewünschte Widerstandswert erlangt wird.
Die variable Widerstandsschaltung kann eine Spannung abhängig von dem erzeugten Widerstand und von dem erlangten Signal von dem Stromerfassungsmittel erzeugen. Da das Signal von dem Stromerfassungsmittel von dem Ausgangsstrom abhängt und der Widerstand der variablen Widerstandsschaltung von der Eingangsspannung oder der Ausgangsspannung des Reglers abhängt (wie durch die digitale Spannungsrepräsentation dargestellt), ist die durch die variable Widerstandsschaltung erzeugte Spannung direkt proportional zu der Eingangsleistung beziehungsweise der Ausgangsleistung des Spannungsreglers. Zum Beispiel ist das Signal von dem Stromerfassungsmittel ein Strom, der proportional zu dem Reglerausgangsstrom ist. Dieser Strom wird dann an den Widerstand angelegt, der von der variablen Widerstandsschaltung erzeugt wird. Somit ist der Spannungsabfall über den erzeugten Widerstand ein Signal, das für die Eingangs- oder Ausgangsleistung indikativ ist (zum Beispiel direkt proportional), abhängig davon, ob die digitale Repräsentation der geregelten Ausgangsspannung oder der Eingangsspannung des Spannungsreglers entspricht.
Das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel kann dann die Ausgangsleistung das Spannungsreglers basierend auf der Spannung bestimmen, die von der variablen Widerstandsschaltung erzeugt wird. Diese Bestimmung kann in der analogen Domäne oder in der digitalen Domäne durchgeführt werden, zum Beispiel durch eine einfache Skalierungsoperation. Unter Berücksichtigung der bekannten Effizienz des Reglers können Eingangsleistungswerte und Ausgangsleistungswerte umgewandelt werden. Somit kann die Ausgangsleistung bestimmt werden, ohne eine analoge oder digitale Multiplikation von Spannung und Strom durchzuführen. Auf ähnliche Weise kann eine Eingangsleistung unter Verwendung eines Eingangsstroms und einer Eingangsleistung des Spannungsreglers bestimmt werden. In diesem Fall kann die Ausgangsleistung basierend auf der Eingangsleistung und einer bekannten Effizienz des Spannungsreglers bestimmt werden.
In Ausführungsbeispielen kann das Stromerfassungsmittel eine steuerbare Stromquelle aufweisen, die Strom erzeugt, der proportional zu dem Ausgangsstrom ist. Solche steuerbaren Stromquellen sind in der Technik bekannt und ermöglichen eine einfache Messung des Reglerausgangsstroms. Stromerfassungsmittel erzeugen typischerweise eine elektrische Größe (Spannung oder Strom) proportional zu dem erfassten Strom in dem Regler. Der erfasste Strom kann entweder der Strom durch die Durchlassvorrichtung sein (zum Beispiel durch einen Transistor an einer hohen (Spannungs-)Seite oder einer niedrigen (Spannungs-)Seite) oder der Strom durch eine Spule (in dem Fall eines geschalteten Wandlers). Zum Beispiel ist eine einfache Möglichkeit zum Implementieren des Stromerfassungsmittels ein Erfassen des Spannungsabfalls über die Durchlassvorrichtung oder die Spule (oder ein Erfassungswiderstandselement) mittels eines Verstärkers (zum Beispiel ein OTA – Operational Transconductance Amplifier).
In Ausführungsbeispielen kann die variable Widerstandsschaltung eine Serie von Widerstandselementen aufweisen, d. h. eine Vielzahl von in Serie verbundenen Widerstandselementen, wie einen Spannungsteiler mit vielen aufeinanderfolgenden Widerstandselementen. Die Serie von Widerstandselementen hat einen Gesamtwiderstandswert für alle Widerstandselemente in Serie und Teilwiderstandswerte für Teilsequenzen der Widerstandselemente. Abhängig von der digitalen Spannungsrepräsentation kann eine Teilsequenz der Widerstandselemente ausgewählt werden, wodurch ein digital steuerbarer Widerstandswert vorgesehen wird. Ein Anschluss der Serie kann mit Masse verbunden sein. Der andere Anschluss kann mit dem Stromerfassungsmittel verbunden sein, um das Signal zu empfangen, das von dem Ausgangsstrom abhängt. Typischerweise ist dieses Signal ein Strom, der proportional zu dem Ausgangsstrom ist, wie durch das Stromerfassungsmittel erzeugt. Durch Zuführen dieses Stroms an die variable Widerstandsschaltung wird ein Spannungsabfall über den Gesamtwiderstand der variablen Widerstandsschaltung erzeugt, der von dem Ausgangsstrom abhängt.
Weiter hängt der ausgewählte Teilwiderstand davon ab, welche Teilsequenz der Serie von Widerstandselementen ausgewählt wird. Somit wird der erzeugte effektive Widerstandswert der variablen Widerstandsschaltung durch die digitale Spannungsrepräsentation gesteuert, so dass der Spannungsabfall auch von der Eingangs- oder Ausgangsspannung des Reglers abhängt. Insgesamt ist der Spannungsabfall über den erzeugten Widerstand indikativ für die Ausgangsleistung, zum Beispiel proportional.
Die variable Widerstandsschaltung kann weiter einen Multiplexer mit Eingängen aufweisen, die mit Knoten zwischen Widerstandselementen der Serie von Widerstandselementen verbunden sind. Durch Auswählen eines Knotens der Serie von Widerstandselementen wird der auswählbare Widerstandswert der variablen Widerstandsschaltung bestimmt. In anderen Worten, die Multiplexer-Eingänge sind mit den Knoten des Spannungsteilers verbunden, um unterschiedliche geteilte Spannungen abzutasten, d. h. die Spannungsabfälle an Teilsequenzen der Serie.
Der Eingang des Multiplexers kann basierend auf der digitalen Spannungsrepräsentation ausgewählt werden, die von dem Spannungsbereitstellungsmittel empfangen wird, wodurch ein Widerstandsverhältnis des Spannungsteilers und eine der geteilten Spannungen als Eingabe für den Multiplexer ausgewählt wird. Die ausgewählte Spannung wird an dem Ausgang des Multiplexers vorgesehen. In anderen Worten, die digitale Spannungsrepräsentation bestimmt, welches Widerstandsverhältnis als effektiver Widerstand der variablen Widerstandsschaltung ausgewählt wird (wie an dem Multiplexer-Ausgang zu sehen ist), und welche geteilte Spannung der Serie von Widerstandselementen ausgewählt und durch den Multiplexer ausgegeben wird.
Durch geeignetes Auswählen eines Multiplexer-Eingangs (und der entsprechenden geteilten Spannung) basierend auf der digitalen Spannungsrepräsentation wird ein effektiver Widerstandswert erzeugt, der proportional (stufenweise auf eine digitale Weise) zu der Eingangs- oder Ausgangsspannung ist, und die Spannung an dem Multiplexer-Ausgang ist proportional zu der Eingangs- oder Ausgangsleistung. Wenn der Strom, der von dem Multiplexer-Ausgang aufgenommen wird, gering ist (was typischerweise der Fall ist, wenn nur die Spannung an dem Multiplexer-Ausgang gemessen wird), wird die Last für das Stromerfassungsmittel durch den Gesamtwiderstandswert für die Serie von Widerstandselementen bestimmt und ist konstant (d. h. unabhängig von dem ausgewählten Multiplexer-Eingang und dem erzeugten effektiven Widerstandswert). Dies ermöglicht ein Messen von Leistung mit hoher Genauigkeit.
Zum Messen der Spannung, die durch die variable Widerstandsschaltung erzeugt wird (zum Beispiel an dem Multiplexer-Ausgang), kann ein Analog-Digital-Wandler gekoppelt mit der variablen Widerstandsschaltung vorgesehen werden. Der Analog-Digital-Wandler erzeugt eine digitale Repräsentation der Spannung, die durch die variable Widerstandsschaltung erzeugt wird. Das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel kann die digitale Repräsentation der durch die variable Widerstandsschaltung erzeugten Spannung empfangen und kann die Ausgangsleistung in der digitalen Domäne bestimmen, zum Beispiel durch eine einfache Skalierungsoperation, um die verschiedenen Konstanten einer Proportionalität zu berücksichtigen. Vorzugsweise kann die Skalierungsoperation in der digitalen Domäne als eine Verschiebe-Operation implementiert werden. In dem Fall, dass die digitale Spannungsrepräsentation der Eingangsspannung des Reglers entspricht, kann die Reglereffizienz bei einer Berechnung berücksichtigt werden, d. h. bei der Skalierungsoperation.
In einem weiteren Aspekt wird ein Spannungsregler vorgesehen, aufweisend einen Ausgangsknoten zum Vorsehen einer geregelten Ausgangsspannung für eine Last; Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines Ausgangsstroms, der an dem Ausgangsknoten fließt; Spannungsbereitstellungsmittel zum Vorsehen einer digitalen Repräsentation der geregelten Ausgangsspannung oder einer Eingangsspannung an den Spannungsregler; und Ausgangsleistungsbestimmungsmittel mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC – analog to digital converter) mit einer digital steuerbaren Verstärkung. Der ADC kann mit dem Stromerfassungsmittel verbunden sein, um ein Signal zu empfangen, das von dem Ausgangsstrom abhängt, und kann einen digitalen Wert basierend auf dem empfangenen Signal und dem gesetzten ADC-Verstärkungswert erzeugen. Der ADC kann die digitale Spannungsrepräsentation von dem Spannungsbereitstellungsmittel empfangen und den ADC-Verstärkungswert in Abhängigkeit von der digitalen Spannungsrepräsentation steuern. Typischerweise wird der ADC-Verstärkungswert umgekehrt proportional zu der digitalen Spannungsrepräsentation gesetzt. Der digitale Wert, der von dem ADC erzeugt wird, kann dann proportional zu der Ausgangsleistung des Spannungsreglers sein. In einigen Fällen wird bereits eine Referenzspannung in digitaler Form an den Spannungsregler vorgesehen, so dass diese direkt als digitale Spannungsrepräsentation durch das Spannungsbereitstellungsmittel an den ADC vorgesehen werden kann. Keine zusätzliche Analog-Digital-Umwandlung ist erforderlich, was die Kosten der Reglerschaltung durch Einsparung von Chipfläche reduziert.
Das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel kann die Ausgangsleistung des Spannungsreglers basierend auf dem digitalen Wert bestimmen, der von dem ADC erzeugt wird, möglicherweise unter Berücksichtigung der Reglereffizienz. Das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel kann Mittel aufweisen zum Skalieren oder Multiplizieren des digitalen Werts, um die Ausgangsleistung des Spannungsreglers zu bestimmen. Vorzugsweise werden alle Faktoren in einer einzigen Skalierungs- oder Multiplikations-Operation kombiniert.
In Ausführungsbeispielen kann der ADC ein „sukzessive Approximation”-Register(SAR – successive approximation register)-ADC sein. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass andere ADC-Typen ebenfalls möglich sind. Der „sukzessive Approximation”-Register-ADC kann einen Komparator, ein Register, einen Digital-Analog-Wandler (DAC – digital analog converter) und eine Logikeinheit aufweisen, die den Registerwert basierend auf einem Vergleichsergebnis steuert. Eine Verwendung eines SAR-ADCs ermöglicht eine effiziente Implementierung des ADCs und eine effiziente Integration des ADCs in den Spannungsregler.
Der Digital-Analog-Wandler kann eine Quantität basierend auf dem in dem ADC-Register gespeicherten Wert erzeugen. Der Komparator (zum Beispiel ein Operationsverstärker) kann mit dem Stromerfassungsmittel und dem Digital-Analog-Wandler als Eingänge gekoppelt sein und das Vergleichsergebnis basierend auf den empfangenen Eingangswerten erzeugen. Abhängig von dem Vergleichsergebnis kann die Logikeinheit den Registerwert inkrementieren oder dekrementieren, wodurch die erzeugte Quantität angepasst wird, um so durch die erzeugte Quantität das Signal von dem Stromerfassungsmittel zu approximieren. Sobald die erzeugte Quantität nahe genug (im Sinne einer digitalen Auflösung) an dem Signal von dem Stromerfassungsmittel ist, kann eine Anpassung durch die Logikeinheit angehalten werden und der vorliegende Registerwert ist eine digitale Repräsentation, die dem Signal von dem Stromerfassungsmittel entspricht. In anderen Worten, der Registerwert ist proportional zu dem Ausgangsstrom. Durch geeignetes Einstellen des Verstärkungswerts des ADCs (zum Beispiel umgekehrt proportional zu der digitalen Spannungsrepräsentation der Eingangs/Ausgangsspannung), kann erreicht werden, dass der Registerwert für die Eingangs- oder Ausgangsleistung indikativ ist, zum Beispiel proportional zu der Eingangs/Ausgangsleistung.
Das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel kann den Registerwert des ADCs empfangen und kann die Ausgangsleistung in der digitalen Domäne bestimmen, zum Beispiel durch eine einfache Skalierungsoperation, um die verschiedenen Konstanten einer Proportionalität zu berücksichtigen. Vorzugsweise kann die Skalierungsoperation in der digitalen Domäne als eine Verschiebe-Operation implementiert werden. In dem Fall, dass die digitale Spannungsrepräsentation der Eingangsspannung des Reglers entspricht, kann die Reglereffizienz bei der Berechnung berücksichtigt werden, d. h. bei der Skalierungsoperation.
In Ausführungsbeispielen kann der Digital-Analog-Wandler als die Quantität einen DAC-Strom erzeugen, der dem Registerwert des ADCs entspricht. Der DAC-Strom kann dann in eine Spannung umgewandelt werden (zum Beispiel durch Anlegen des DAC-Stroms an ein Widerstandselement), die in den Komparator für einen Vergleich mit dem Signal von dem Stromerfassungsmittel eingegeben wird. Wenn das Signal von dem Stromerfassungsmittel ein Strom ist, der proportional zu dem Reglerausgangsstrom ist, dann kann der Strom von dem Stromerfassungsmittel an ein Widerstandselement angelegt werden, um in eine Spannung umgewandelt zu werden, die in den Komparator eingegeben werden kann (zum Beispiel ein Operationsverstärker).
In Ausführungsbeispielen kann der Digital-Analog-Wandler eine Anordnung von schaltbaren Stromquellen aufweisen. Vorzugsweise sind die Stromquellen einzeln schaltbar und die Stromquellen werden basierend auf dem Registerwert einausgeschaltet. Jede Stromquelle kann zu dem DAC-Strom beitragen, wenn eingeschaltet. Somit entspricht der DAC-Strom dem Registerwert. Zum Beispiel während einer Operation, wenn der DAC-Strom dem Strom von dem Stromerfassungsmittel entspricht (d. h. die entsprechenden Spannungen an den Komparatoreingängen sind dieselben), stoppt die ADC-Anpassung und der vorliegende Registerwert entspricht dem Ausgangsstrom. Durch geeignetes Einstellen der ADC-Verstärkung entspricht der Registerwert weiter der Eingangs- oder Ausgangsleistung.
Der Digital-Analog-Wandler kann einen Mehrfachstromspiegel mit einem gemeinsam genutzten Referenzteil und mehreren Spiegelteilen aufweisen. Die Spiegelteile spiegeln jeweils den in den Referenzteil fließenden Strom. In anderen Worten, eine Vielzahl von assoziierten Stromspiegeln ist vorgesehen, wobei die Stromspiegel über den gemeinsamen Referenzteil verbunden sind. Es sollte angemerkt werden, dass die Ströme in den Spiegelteilen nicht notwendigerweise identisch sind zu dem Strom, der in den Referenzteil fließt, und dass nicht alle Ströme in den Spiegelteilen gleich sein müssen. Vielmehr hat jeder Strom in einem Spiegelteil eine feste Beziehung zu dem Strom in dem Referenzteil, wobei die einzelnen Beziehungen von verschiedenen Spiegelteilen verschieden sein können. Eine solche Anordnung ermöglicht eine effiziente Implementierung des Arrays von schaltbaren Stromquellen, wobei ein Spiegelteil für jede Stromquelle vorgesehen ist.
Weiter kann der Stromfluss durch den Referenzteil steuerbar sein, um die variable Verstärkung des ADCs vorzusehen. In anderen Worten, die variable ADC-Verstärkung kann durch Steuern des Stroms durch den Referenzteil der Mehrfachstromspiegels implementiert werden. Der Referenzteil kann zumindest einen Diode-gekoppelten Referenztransistor aufweisen.
Jede Stromquelle kann aufweisen einen Spiegeltransistor, dessen Source und Gate parallel mit einer Source und einem Gate des zumindest einen Referenztransistors gekoppelt sind, und einen Schalttransistor in Serie mit dem Spiegeltransistor und gesteuert basierend auf dem ADC-Registerwert. Durch Steuern der Schalttransistoren werden die Stromquellen basierend auf dem Registerwert einzeln ein-/ausgeschaltet, wodurch der DAC-Strom erzeugt wird, um dem ADC-Registerwert zu entsprechen.
Der Referenzteil kann eine Vielzahl von parallelen Diode-gekoppelten Referenztransistoren in schaltbaren Zweigen aufweisen. Jeder Zweig kann weiter einen Schalttransistor in Serie mit dem jeweiligen Referenztransistor aufweisen. Durch Steuern der einzelnen Schalttransistoren des Referenzteils basierend auf der digitalen Spannungsrepräsentation wird der Stromfluss durch den Referenzteil und somit die ADC-Verstärkung gesteuert. Die Drains der Schalttransistoren in dem Referenzteil können gekoppelt sein und mit einer gemeinsamen Referenzstromquelle verbunden sein. Weiter können die Gates der Referenztransistoren in dem Referenzteil und die Gates der Spiegeltransistoren in dem Spiegelteil mit der gemeinsamen Referenzstromquelle gekoppelt sein, um die Diode-Kopplung der Transistoren vorzusehen.
Der Spannungsregler kann ein linearer oder geschalteter Regler sein oder jeder andere Typ von Regler, der eine geregelte Ausgangsspannung erzeugt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine genaue und effiziente Bestimmung der Ausgangsleistung des Spannungsreglers.
Gemäß einem Aspekt kann jeder der oben offenbarten Spannungsregler weiter einen Digital-Analog-Wandler aufweisen, der eine digitale Repräsentation einer gewünschten Ausgangsspannung empfängt und eine analoge Referenzspannung entsprechend der gewünschten Ausgangsspannung erzeugt. Dies ist insbesondere nützlich, wenn eine digitale Repräsentation einer gewünschten Ausgangsspannung bereits von einer höheren Steuerungsinstanz des Spannungsreglers verfügbar ist. Das Spannungsbereitstellungsmittel kann die digitale Repräsentation der gewünschten Ausgangsspannung direkt als eine digitale Spannungsrepräsentation an das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel (ohne eine Analog-zu-Digital-Wandlung) vorsehen zum Steuern des variablen Widerstands, der mit dem Signal von dem Stromerfassungsmittel geliefert wird (zum Beispiel ein Strom proportional zu dem Ausgangsstrom), um den Spannungsabfall zu erzeugen, der für die gemessene Leistung indikativ ist, oder zum Steuern der ADC-Verstärkung.
Der Spannungsregler kann weiter einen Komparator aufweisen, der die zurückgeführte Ausgangsspannung des Spannungsreglers und die Referenzspannung als Eingaben empfängt. Der Komparator kann ein Steuersignal für den Spannungsregler basierend auf dem Vergleichsergebnis erzeugen. Zum Beispiel, wenn die Ausgangsspannung kleiner als das Referenzsignal ist, kann der Komparator ein Signal erzeugen, das einen Schalter öffnet, oder einen Verstärker ansteuern, um zu veranlassen, dass die Ausgangsspannung zunimmt, bis die Ausgangsspannung das Referenzsignal übersteigt und der Komparator seinen Ausgang umkehrt In anderen Worten, der Komparator kann Teil einer Rückkopplungssteuerschleife sein, die die Ausgangsspannung regelt.
In Ausführungsbeispielen kann das Spannungsbereitstellungsmittel einen Analog-Digital-Wandler aufweisen zum Empfangen der Eingangsspannung oder der Ausgangsspannung des Spannungsreglers in der analogen Domäne und Erzeugen der digitalen Spannungsrepräsentation. Das Spannungsbereitstellungsmittel kann die so erzeugte digitale Repräsentation der Eingangs- oder Ausgangsspannung für die variable Widerstandsschaltung vorsehen, um den variablen Widerstand zu steuern, der mit dem Signal von dem Stromerfassungsmittel geliefert wird (zum Beispiel ein Strom proportional zu dem Ausgangsstrom), um den Spannungsabfall zu erzeugen, der indikativ für die gemessene Leistung ist. Alternativ kann das Spannungsbereitstellungsmittel die so erzeugte digitale Repräsentation der Eingangs- oder Ausgangsspannung vorsehen, um die ADC-Verstärkung zu steuern.
Wenn die Eingangsspannung des Spannungsreglers verwendet wird, um die digitale Spannungsrepräsentation zu erzeugen, kann das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel die Ausgangsleistung des Spannungsreglers basierend auf der Spannung, die von dem Ausgangsleistungsbestimmung erzeugt wird, und einer vorgegebenen Effizienz des Spannungsreglers bestimmen. Da die Reglereffizienz ein bekannter und fester Wert ist, kann die Multiplikation in die Skalierungsoperation, die von dem Ausgangsleistungsbestimmungsmittel durchgeführt wird, ohne zusätzlichen Aufwand integriert werden.
Die obigen Aspekte können auch als Verfahren implementiert werden. Zum Beispiel kann ein Verfahren zum Bestimmen der Ausgangsleistung eines Spannungsreglers aufweisen ein Erfassen eines Ausgangsstroms, der an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers in eine angeschlossene Last fließt; Vorsehen einer digitalen Repräsentation einer Ausgangsspannung an den Ausgangsknoten; Steuern einer variablen Widerstandsschaltung zum Erzeugen eines Widerstandswerts abhängig von der digitalen Spannungsrepräsentation; Liefern eines Stroms an die variable Widerstandsschaltung, der proportional zu dem Ausgangsstrom ist; und Bestimmen der Ausgangsleistung des Spannungsreglers basierend auf einem Spahnungsabfall an der variablen Widerstandsschaltung. Alternativ kann eine Eingangsspannung für den Spannungsregler als digitale Repräsentation vorgesehen werden und verwendet werden zum Steuern des variablen Widerstandswerts der variablen Widerstandsschaltung.
Die Steuerung einer variablen Widerstandsschaltung, um einen Widerstandswert zu erzeugen, kann aufweisen ein Auswählen eines Eingangs eines Multiplexers basierend auf der digitalen Spannungsrepräsentation, wobei die variable Widerstandsschaltung eine Serie von Widerstandselementen aufweist. Ein Anschluss der Serie kann mit Masse verbunden sein; der andere Anschluss kann den gelieferten Strom empfangen. Der Multiplexer kann Eingänge haben, die mit Knoten zwischen Widerstandselementen der Serie von Widerstandselementen verbunden sind.
Ein anderes Verfahren zum Bestimmen der Ausgangsleistung eines Spannungsreglers kann aufweisen ein Erfassen eines Ausgangsstroms, der an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers fließt; Vorsehen einer digitalen Repräsentation einer Ausgangsspannung an den Ausgangsknoten; Steuern der Verstärkung eines Analog-Digital-Wandlers (ADC – analog to digital converter) abhängig von der digitalen Spannungsrepräsentation; und Bestimmen der Ausgangsleistung des Spannungsreglers basierend auf dem digitalen Wert, der von dem ADC erzeugt wird. Der ADC kann mit einem Stromerfassungsmittel verbunden sein, um ein Signal umzuwandeln, das von dem Ausgangsstrom abhängt, und kann einen digitalen Wert basierend auf dem empfangenen analogen Wert erzeugen. Alternativ kann eine Eingangsspannung für den Spannungsregler als eine digitale Repräsentation vorgesehen werden und verwendet werden, um die Verstärkung des ADCs zu steuern.
Das Verfahren kann weiter aufweisen ein Steuern eines Digital-Analog-Wandlers (DAC – digital to analog converter) zum Erzeugen eines DAC-Stroms durch Steuern eines Arrays von schaltbaren Stromquellen, wobei jede Stromquelle zu dem DAC-Strom beiträgt, wenn eingeschaltet; Vergleichen eines Signals, das von dem erzeugten DAC-Strom abgeleitet ist, mit dem Signal, das von dem Ausgangsstrom abhängt; und Steuern der Stromquellen basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens durch Schalttransistoren in den Stromquellen. Typischerweise wird die ADC-Verstärkung umgekehrt proportional zu der digitalen Spannungsrepräsentation durch jeweilige Schalttransistoren in einem Referenzteil des Arrays von schaltbaren Stromquellen gesetzt.
Das Verfahren kann weiter aufweisen ein Empfangen einer digitalen Repräsentation einer gewünschten Ausgangsspannung und Erzeugen einer analogen Referenzspannung darauf basierend, wobei das Vorsehen einer digitalen Repräsentation die digitale Repräsentation der gewünschten Ausgangsspannung vorsieht. Dann kann die Ausgangsspannung des Spannungsreglers und die Referenzspannung verglichen werden; und ein Steuersignal kann erzeugt werden, um die Ausgangsspannung des Spannungsreglers basierend auf dem Vergleichsergebnis zu regeln.
Es sollte angemerkt werden, dass die oben angeführten Aspekte für Spannungsregler genauso für die vorgeschlagenen Verfahren anwendbar sind und umgekehrt. Somit können alle für Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen offenbarten Aspekte auf verschiedene Weise mit den vorgeschlagenen Verfahren kombiniert werden, um ähnliche Effekte und Vorteile zu erzielen.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden offensichtlich und unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele erläutert, die im Folgenden auf beispielhafte Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
Detaillierte Beschreibung
Verschiedene Aspekte werden im Folgenden auf beispielhafte Weise unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, wobei:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Spannungsreglers zeigt;
2 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Spannungsreglers zeigt;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spannungsreglers zeigt; und
4 ein Beispiel für ein „sukzessive Approximation”-Register zur Verwendung mit einem Leistungserfassungssystem des Spannungsreglers zeigt, wie in 3 gezeigt.
1 zeigt einen Spannungsregler 100 mit einem Leistungserfassungssystem 200, das eine Ausgangsleistung, die für eine Last vorgesehen wird, ohne die Notwendigkeit für eine rechenaufwendige Multiplikation von Strom und einem Spannungswert bestimmen kann. Der Spannungsregler 100 weist eine Spannungsreglerschaltung 120 auf zum Vorsehen einer geregelten Ausgangsspannung für einen Ausgangsknoten 130, der mit der Last 110 verbunden ist.
Die Spannungsreglerschaltung 120 wird unter Verwendung eines digitalen Referenzspannungswerts V_Dig gesteuert, der durch einen Digital-Analog-Wandler (DAC – digital to analog converter) 140 in eine analoge Referenzspannung V_Ref umgewandelt wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ausgangsspannung V_Out an dem Ausgangsknoten 130 der Spannungsreglerschaltung 120 gleich der Referenzspannung V_Ref und somit auch gleich zu der digitalen Referenzspannung V_Dig. Alternativ kann V_Out proportional zu V_Ref sein oder kann mit V_Ref gemäß einer bekannten Funktion in Beziehung stehen.
Ein Stromsensor 150 ist vorgesehen, der einen Strom I_Sense = α·I_Out vorsieht, der proportional zu dem Strom I_Out an dem Ausgangsknoten 130 der Spannungsreglerschaltung 120 ist, wobei α die Verstärkung des Stromsensors 150 ist.
Das Leistungserfassungssystem 200 bestimmt die Ausgangsleistung W_Out an dem Ausgangsknoten, wobei W_Out = I_Out·V_Out für einen Ausgangsstrom I_Out und eine Ausgangsspannung V_Out. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Leistungserfassungssystem 200 einen resistiven Digital-Analog-Wandler (R-DAC – resistive digital to analog converter) 210 auf. Weiter wird die Ausgangsspannung V_Out durch die Spannungsreglerschaltung 120 gesteuert derart, dass sie gleich ist zu der digitalen Referenzspannung V_Dig, die von dem DAC 140 in die Referenzspannung V_Ref umgewandelt wird zum Steuern des Betriebs der Spannungsreglerschaltung 120.
Während des Betriebs des R-DACs 210 wird der Widerstandswert R gesteuert, um proportional zu dem digitalen Referenzspannungswert V_Dig zu sein, so dass R = ρ·V_Dig, wobei ρ [Ω/V] die Verstärkung des R-DACs 210 ist. Der Strom I_Sense = α·I_Out, der durch den Stromsensor 150 vorgesehen wird, ist mit dem Widerstandselement des R-DACs 210 verbunden, so dass der Spannungsabfall an dem R-DAC 210 gleich ist zu: V_R-DAC = α·I_Out·ρ·V_Out
Somit ist V_R-DAC proportional zu der Ausgangsleistung I_Out·V_Out, die an die Last 110 an dem Ausgangsknoten 130 geliefert wird.
Das resultierende Leistungserfassungssystem 200 ist äußerst einfach und erfordert nur einen R-DAC 210 als eine Stromerfassungskomponente, da es die verfügbare Stromerfassungsstruktur erneut verwenden kann, die typischerweise in vielen Strom-Modus-Spannungsreglern vorhanden ist. Da in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Spannungsreglerschaltung 120 unter Verwendung einer digitalen Referenzspannung V_Dig gesteuert wird, ist eine Information zur digitalen Ausgangsspannung für die R-DAC 210 verfügbar ohne die Notwendigkeit für einen dezidierten ADC für eine Digitalisierung der Ausgangsspannung. Jedoch kann als eine mögliche Modifikation die Ausgangsspannung V_Out an dem Ausgangsknoten 130 digitalisiert werden und kann zum Anpassen des resistiven Werts des R-DACs 210 verwendet werden. Wenn die Referenzspannung V_Ref an die Spannungsreglerschaltung 120 als eine analoge Spannung geliefert wird, kann sie an den ADC geliefert werden und der digitalisierte Wert von V_Ref kann dann zum Anpassen des resistiven Werts des R-DACs 210 verwendet werden.
Als eine mögliche Implementierung des R-DACs 210 kann eine Serie von Widerstandselementen verwendet werden, wobei digitale Schalter an den Knoten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Widerstandselementen in der Serie vorgesehen sind. Somit kann der Widerstandswert des R-DACs 210 durch Steuern der Schalter angepasst werden derart, dass die Summe der einzelnen Widerstände, die in Serie verbunden sind, zu der digitalen Referenzspannung V_Dig proportional ist (auf eine schrittweise digitale Weise). Dabei bestimmen die Auflösung (Bitgröße) der digitalen Referenzspannung V_Dig und die Auflösung der Widerstandsanpassung unter Verwendung der Schalter des R-DACs 210 beide die Genauigkeit der (schrittweisen) Proportionalität zwischen dem Widerstandswert und der digitalen Referenzspannung V_Dig.
Wie in 2 gezeigt, kann der Spannungsausgang durch das Leistungserfassungssystem 200 dann durch einen ADC 220 abgetastet werden, um einen digitalen Wert der Ausgangsleistung an dem Ausgangsknoten 130 des Spannungsreglers 100 vorzusehen. Die Leistungsinformation kann dann digital verarbeitet werden, ohne die Notwendigkeit, Multiplikationsberechnungen durchzuführen, um an dem Ausgangsleistungswert anzukommen. Von dem ADC 220 kann die Leistungsinformation dann zum Beispiel an ein System auf einem Chip (SoC – system on a chip) zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in 3 gezeigt, umfasst ein Leistungserfassungssystem 300 zum Bestimmen der Ausgangsleistung W_Out = I_Out·V_Out, die an die Last 110 an dem Ausgangsknoten 130 des Spannungsreglers 100 geliefert wird, einen ADC 305 mit variabler Verstärkung. Somit verwendet anstelle des R-DACs 210 des vorherigen Ausführungsbeispiels das vorliegende qAusführungsbeispiel den ADC 305 mit variabler Verstärkung, um einen Wert (hier ein digitaler Wert) zu erzeugen, der proportional zu W_Out ist.
Eine mögliche Implementierung verwendet einen „sukzessive Approximation”-Register(SAR – successive approximation register)-ADC 305. Innerhalb des SAR-ADCs 305 wird der Referenzstrom von dem digitalen Referenzspannungswert V_Dig angesteuert, um eine steuerbare Verstärkung zu erzeugen. Der SAR-ADC weist einen IDAC 310 auf, der durch einen ADC-Registerwert gesteuert wird.
Wie in 3 gezeigt, können ein Komparator 320 und eine Steuerlogik 330 verwendet werden, um den Ausgangsstrom 314 des IDACs 310 derart anzupassen, dass der Spannungsabfall an dem Widerstandselement 350, das mit dem Ausgangsstrom 314 des IDACs 310 verbunden ist, gleich zu dem Spannungsabfall an dem Widerstandselement 340 ist, das mit dem Ausgang des Stromsensors 150 verbunden ist. Die Steuerlogik 330 kann die notwendige Logik umfassen, um den ADC-Registerwert basierend auf dem Vergleichsergebnis 320 zu ändern, um sukzessive die Spannung an dem Widerstandselement 340 durch die Spannung zu approximieren, die von dem IDAC-Ausgangsstrom 314 erzeugt wird. Wenn der Verstärkungswert des IDACs 310 in Übereinstimmung mit der digitalen Referenzspannung V_Dig der Spannungsreglerschaltung 120 gesetzt ist, und der Spannungsabfall an dem Widerstandselement 340 proportional ist zu dem Ausgangsstrom an dem Ausgangsknoten 130 der Spannungsreglerschaltung 120, ist der ADC-Registerwert proportional zu der Leistung W_Out an dem Ausgangsknoten 130 des Spannungsreglers 100.
Ein Beispiel für einen IDAC 310, wie in dem Ausführungsbeispiel von 3 verwendet, wird in 4 gezeigt. Der IDAC 310 weist einen Referenzteil 311 und einen Spiegelteil 312 auf. Der Referenzteil 311 weist eine Anzahl von Diodegekoppelten Referenztransistoren auf, durch die (in Kombination) der IDAC-Referenzstrom 313 fließt. Die Referenztransistoren werden gemäß dem digitalen Referenzwert geschaltet, der in den Referenzteil 311 eingegeben wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die digitale Referenzspannung V_Dig der Spannungsreglerschaltung 120 als Referenz für den IDAC 310 verwendet, jedoch kann jeder digitalisierte Wert proportional zu der Ausgangsspannung V_Out an dem Ausgangsknoten 130 als ein Referenzwert für den IDAC 310 verwendet werden, um die Verstärkung des ADCs 300 zum Beispiel umgekehrt proportional zu der digitalen Referenzspannung V_Dig zu setzen.
Der Spiegelteil 312 weist eine Anzahl von geschalteten Spiegeltransistoren auf, die basierend auf dem ADC-Registerwert gesteuert werden. Die jeweilige Source und das Gate eines Spiegeltransistors sind parallel mit der Source und dem Gate des entsprechenden Referenztransistors gekoppelt. Gemäß Ausführungsbeispielen liefern die Spiegeltransistoren jeweils unterschiedliche Stromwerte, zum Beispiel binär skalierte Stromwerte. Die Summe der Stromwerte, die von den Spiegeltransistoren beigetragen werden, wird als IDAC-Ausgangsstrom 314 ausgegeben. So kann der digitale Registerwert in einem entsprechenden DAC-Ausgangsstrom 314 durch Schalten der binärwertigen Spiegeltransistoren übersetzt werden.
Weiter können die Gates der Referenztransistoren in dem Referenzteil 311 und die Gates der Spiegeltransistoren in dem Spiegelteil 312 mit einer gemeinsamen Referenzstromquelle gekoppelt sein, die den IDAC-Referenzstrom 313 an die Diode-Kopplung der Transistoren liefert.
Nach dem Anpassen der Verstärkung des IDACs 310 derart, dass der Spannungsabfall des IDAC-Ausgangsstrom 314 an dem Widerstandselement 350 gleich zu dem Spannungsabfall des Stroms ist, wie durch den Stromsensor 150 an dem Widerstandselement 340 gemessen, wird der Wert N, der in dem Register des ADCs 300 gespeichert ist, an die Logikschaltung 330 geleitet, von wo er weitergeleitet werden kann, zum Beispiel an ein System auf einem Chip (SoC – system on a chip).
Wie im Folgenden gezeigt wird, ist der in dem ADC-Register gespeicherte Wert N proportional zu der Ausgangsleistung an dem Ausgangsknoten 130 des Spannungsreglers:
wobei:

N: der Ausgangscode (d. h. der Registerwert) des ADCs 300 ist,
M: die Anzahl von Bits des ADCs 300 ist,
I: _ref der IDAC-Referenzstrom 313 ist,
G(Idac): die Verstärkung des IDAC-Referenzteils ist.

Die Verstärkung des IDAC-Referenzteils 311 ist gleich der IDAC-Source-Größe bei <111..11> dividiert durch die IDAC-Diode-Größe. Die „Größe” entspricht der Anzahl von Modulen oder Stromquellen. Die IDAC-Verstärkung kann auf verschiedene Weise ausgedrückt werden, wie Strom pro LSB (least significant bit) des IDACs. Weiter ist der Strom pro LSB direkt proportional zu der „Größe” der IDAC-Spiegelstromquelle (W/L) und umgekehrt proportional zu der „Größe” der IDAC-Spiegeldiode (W/L), wobei (W/L) das Verhältnis einer Transistorkanalbreite W zu einer Transistorkanallänge L bezeichnet.
Da die „Größe” der Referenzdiode umgekehrt proportional zu der Ausgangsspannung V_Out des Reglers durch deren Ansteuern durch die digitale Steuerspannung V_dig gemacht wird, ist die resultierende Ausgangs-IDAC-Verstärkung umgekehrt proportional zu V_Out: G(Idac) = source / diode ∝ 1 / Vout
Die Diode-”Größe” bezeichnet W/L einer Diode (oder eines Diode-gekoppelten Transistors) in dem IDAC-Referenzteil 311 oder der Anzahl von Modulen. Sie entspricht einer Stromspiegelverstärkung: I_Out vs. I_in.
Somit kann der Ausgangscode N des Registers des ADCs 300 ausgedrückt werden als:
wobei β ein linearer Faktor ist.
Somit ist der Ausgang N des Registers des ADCs 300, der in der Logikschaltung 330 implementiert werden kann, proportional zu der Ausgangsleistung W_Out und kann verwendet werden, um den Wert von W_Out durch eine Skalierungsoperation zu bestimmen. Vorzugsweise kann die Skalierungsoperation in der digitalen Domäne als eine Verschiebe-Operation implementiert werden. In dem Fall, dass die digitale Spannungsrepräsentation der Eingangsspannung des Reglers entspricht, kann die Reglereffizienz bei der Berechnung berücksichtigt werden, d. h. der Skalierungsoperation.
Der Spannungsregler kann ein linearer oder geschalteter Regler sein oder jeder andere Typ von Regler, der eine geregelte Ausgangsspannung erzeugt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine genaue und effiziente Bestimmung der Ausgangsleistung des Spannungsreglers ohne die Notwendigkeit, eine Multiplikationsberechnungsoperation durchzuführen. Die verschiedenen, oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sehen jeweils ein Ausgangsleistungsbestimmungsmittel vor, ohne die Notwendigkeit einer digitalen Nachverarbeitung des Ergebnisses, wobei die verschiedenen Leistungsbestimmungsmittel jeweils keine aktiven Komponenten haben, d. h. keine Verstärker und keine aktiven Multiplikatoren. Weiterhin gibt es keine Notwendigkeit für Phasendetektoren oder Vollweggleichrichter.
Die oben beschriebene Leistungsbestimmung kann für sowohl eine Eingangsleistung als auch eine Ausgangsleistung des Spannungsreglers implementiert werden. Zum Schätzen einer Eingangsleistung kann eine Eingangsspannungsinformation und eine Messung des Eingangsstroms verwendet werden, und für eine Ausgangsleistung kann eine Eingangs- oder eine Ausgangsspannungsinformation und eine Ausgangsstrommessung verwendet werden, wenn die Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsspannungen des Spannungsreglers bekannt ist.
Es sollte angemerkt werden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen darstellen. Es ist somit offensichtlich, dass Fachleute auf dem Gebiet in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu entwickeln, die, obwohl hier nicht explizit beschrieben oder gezeigt, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in ihrem Sinn und Umfang aufgenommen sind. Zusätzlich sind alle hier angeführten Beispiele hauptsächlich ausdrücklich nur für pädagogische Zwecke vorgesehen, um dem Leser bei einem Verständnis der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu unterstützen, und die Konzepte, die von den Erfindern beigetragen wurden, dienen der Weiterentwicklung der Technik und sollen als ohne Beschränkung auf derartige spezifisch angeführte Beispiele und Bedingungen ausgelegt werden. Zusätzlich sollen alle Aussagen hier, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung rezitieren, sowie spezifische Beispiele davon, deren Äquivalente umfassen.
Schließlich sollte angemerkt werden, dass alle Blockdiagramme hier Konzeptansichten von illustrativen Schaltungsanordnungen repräsentieren, die die Prinzipien der Erfindung verkörpern. Ebenso ist offensichtlich, dass alle Ablaufgrafiken, Ablaufdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse repräsentieren, die im Wesentlichen in einem computerlesbaren Medium repräsentiert werden können und somit von einem Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt wird oder nicht.

Claims

Ein Spannungsregler, der aufweist einen Ausgangsknoten, der eine Ausgangsspannung für eine Last vorsieht; Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines Ausgangsstroms, der an dem Ausgangsknoten fließt; Spannungsbereitstellungsmittel zum Vorsehen einer digitalen Repräsentation der Ausgangsspannung oder einer Eingangsspannung an den Spannungsregler; Ausgangsleistungsbestimmungsmittel mit einer digital steuerbaren variablen Widerstandsschaltung, die die digitale Spannungsrepräsentation von dem Spannungsbereitstellungsmittel empfängt und einen Widerstand abhängig davon erzeugt, wobei die variable Widerstandsschaltung mit dem Stromerfassungsmittel verbunden ist, um ein Signal zu erlangen, das von dem Ausgangsstrom abhängt, und eine Spannung abhängig von dem erzeugten Widerstand und dem erlangten Signal erzeugt; und wobei die Ausgangsleistungsbestimmungsmittel ausgebildet sind zum Bestimmen der Ausgangsleistung des Spannungsreglers basierend auf der Spannung, die von der variablen Widerstandsschaltung erzeugt wird.
Der Spannungsregler gemäß Anspruch 1, wobei das Stromerfassungsmittel eine steuerbare Stromquelle aufweist, die Strom erzeugt, der proportional zu dem Ausgangsstrom ist.
Der Spannungsregler gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei die variable Widerstandsschaltung eine Serie von Widerstandselementen, wobei ein Anschluss der Serie mit Masse verbunden ist, der andere Anschluss mit dem Stromerfassungsmittel verbunden ist, und einen Multiplexer aufweist mit Eingängen, die mit Knoten zwischen Widerstandselementen der Serie von Widerstandselementen verbunden sind.
Der Spannungsregler gemäß Anspruch 3, wobei ein Eingang des Multiplexers basierend auf der digitalen Spannungsrepräsentation ausgewählt wird, die von dem Spannungsbereitstellungsmittel empfangen wird.
Der Spannungsregler gemäß einem vorhergehenden Anspruch, der weiter einen Analog-Digital-Wandler aufweist, der mit der variablen Widerstandsschaltung gekoppelt ist, um eine digitale Repräsentation der Spannung zu erzeugen, die durch die variable Widerstandsschaltung erzeugt wird, wobei das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel die digitale Repräsentation der durch die variable Widerstandsschaltung erzeugten Spannung empfängt und die Ausgangsleistung in der digitalen Domäne bestimmt.
Ein Spannungsregler, der aufweist einen Ausgangsknoten zum Vorsehen einer Ausgangsspannung für eine Last; Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines Ausgangsstroms, der an dem Ausgangsknoten fließt; Spannungsbereitstellungsmittel zum Vorsehen einer digitalen Repräsentation der Ausgangsspannung oder einer Eingangsspannung an den Spannungsregler; Ausgangsleistungsbestimmungsmittel mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC – analog to digital converter), der eine digital steuerbare Verstärkung hat und mit dem Stromerfassungsmitteln verbunden ist, um ein Signal zu empfangen, das von dem Ausgangsstrom abhängt, und einen digitalen Wert basierend auf dem empfangenen Signal und dem ADC-Verstärkungswert zu erzeugen, wobei der ADC die digitale Spannungsrepräsentation von dem Spannungsbereitstellungsmittel empfängt und wobei der ADC-Verstärkungswert in Abhängigkeit von der digitalen Spannungsrepräsentation gesteuert wird; und wobei die Ausgangsleistungsbestimmungsmittel ausgebildet sind zum Bestimmen der Ausgangsleistung des Spannungsreglers basierend auf dem digitalen Wert, der von dem ADC erzeugt wird.
Der Spannungsregler gemäß Anspruch 6, wobei der ADC-Verstärkungswert umgekehrt proportional zu der digitalen Spannungsrepräsentation gesetzt ist.
Der Spannungsregler gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Ausgangsleistung des Spannungsreglers proportional zu dem digitalen Wert ist, der von dem ADC erzeugt wird, und das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel Mittel aufweist zum Skalieren oder Multiplizieren des digitalen Werts, um die Ausgangsleistung des Spannungsreglers zu bestimmen.
Der Spannungsregler gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der ADC ein „sukzessive Approximation”-Register-ADC ist, der einen Komparator, ein Register, einen Digital-Analog-Wandler (DAC – digital analog converter) und eine Logikeinheit aufweist, die den Registerwert basierend auf einem Vergleichsergebnis steuert.
Der Spannungsregler gemäß Anspruch 9, wobei der Digital-Analog-Wandler eine Quantität basierend auf dem in dem Register gespeicherten Wert erzeugt, der Komparator mit dem Stromerfassungsmittel und dem Digital-Analog-Wandler als Eingänge gekoppelt ist und das Vergleichsergebnis basierend auf den empfangenen Eingangswerten erzeugt.
Der Spannungsregler gemäß Anspruch 10, wobei der Digital-Analog-Wandler einen DAC-Strom erzeugt, der dem Registerwert entspricht, wobei der DAC-Strom in eine Spannung umgewandelt wird, die in den Komparator für einen Vergleich mit dem Signal von dem Stromerfassungsmittel eingegeben wird.
Der Spannungsregler gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Digital-Analog-Wandler ein Array von schaltbaren Stromquellen aufweist, wobei jede Stromquelle zu dem DAC-Strom beiträgt, wenn eingeschaltet, wobei die Stromquellen basierend auf dem Registerwert geschaltet werden.
Der Spannungsregler gemäß Anspruch 12, wobei der Digital-Analog-Wandler einen Mehrfachstromspiegel mit einem Referenzteil und mehreren Spiegelteilen aufweist, einen Spiegelteil für jede Stromquelle, wobei der Stromfluss durch den Referenzteil steuerbar ist zum Vorsehen der variablen Verstärkung des ADCs.
Der Spannungsregler gemäß Anspruch 13, wobei der Referenzteil zumindest einen Diode-gekoppelten Referenztransistor aufweist, wobei jede Stromquelle einen Spiegeltransistor aufweist, dessen Source und Gate parallel mit einer Source und einem Gate des Referenztransistors gekoppelt sind, und einen Schalttransistor in Serie mit dem Spiegeltransistor und gesteuert basierend auf dem Registerwert.
Der Spannungsregler gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei der Referenzteil eine Vielzahl von parallelen Diode-gekoppelten Referenztransistoren in Zweigen aufweist, wobei jeder Zweig weiter einen Schalttransistor in Serie mit dem jeweiligen Referenztransistor aufweist und basierend auf der digitalen Spannungsrepräsentation gesteuert, um die ADC-Verstärkung zu erzeugen.
Der Spannungsregler gemäß einem vorhergehenden Anspruch, der weiter einen Digital-Analog-Wandler aufweist, der eine digitale Repräsentation einer gewünschten Ausgangsspannung empfängt und eine analoge Referenzspannung erzeugt, wobei das Spannungsbereitstellungsmittel die digitale Repräsentation der gewünschten Ausgangsspannung an das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel vorsieht.
Der Spannungsregler gemäß Anspruch 16, der weiter einen Komparator aufweist, der die Ausgangsspannung des Spannungsreglers und die Referenzspannung empfängt und ein Steuersignal für den Spannungsregler erzeugt.
Der Spannungsregler gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Spannungsbereitstellungsmittel einen Analog-Digital-Wandler aufweist zum Empfangen der Eingangsspannung oder der Ausgangsspannung des Spannungsreglers und Erzeugen der digitalen Spannungsrepräsentation.
Der Spannungsregler gemäß Anspruch 18, wobei das Spannungsbereitstellungsmittel die digitale Repräsentation der Eingangsspannung des Spannungsreglers an das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel vorsieht und das Ausgangsleistungsbestimmungsmittel die Ausgangsleistung des Spannungsreglers basierend auf der Spannung vorsieht, die von dem Ausgangsleistungsbestimmungsmittel erzeugt wird, und einer vorgegebenen Effizienz des Spannungsreglers.
Der Spannungsregler gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Spannungsregler ein linearer oder ein geschalteter Regler ist.
Verfahren zum Bestimmen der Ausgangsleistung eines Spannungsreglers, das aufweist Erfassen eines Ausgangsstroms, der an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers fließt; Vorsehen einer digitalen Repräsentation einer Ausgangsspannung an den Ausgangsknoten oder einer Eingangsspannung an den Spannungsregler; Steuern einer variablen Widerstandsschaltung zum Erzeugen eines Widerstandswerts abhängig von der digitalen Spannungsrepräsentation; Liefern eines Stroms an die variable Widerstandsschaltung, der proportional zu dem Ausgangsstrom ist; und Bestimmen der Ausgangsleistung des Spannungsreglers basierend auf einem Spannungsabfall an der variablen Widerstandsschaltung.
Das Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei das Steuern einer variablen Widerstandsschaltung, um einen Widerstandswert zu erzeugen, aufweist Auswählen eines Eingangs eines Multiplexers basierend auf der digitalen Spannungsrepräsentation, wobei die variable Widerstandsschaltung eine Serie von Widerstandselementen aufweist, wobei ein Anschluss der Serie mit Masse verbunden ist, der andere Anschluss den gelieferten Strom empfängt, wobei der Multiplexer Eingänge hat, die mit Knoten zwischen Widerstandselementen der Serie von Widerstandselementen verbunden sind.
Verfahren zum Bestimmen der Ausgangsleistung eines Spannungsreglers, das aufweist Erfassen eines Ausgangsstroms, der an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers fließt; Vorsehen einer digitalen Repräsentation einer Ausgangsspannung an den Ausgangsknoten oder einer Eingangsspannung an den Spannungsregler; Steuern der Verstärkung eines Analog-Digital-Wandlers (ADC – analog to digital converter) abhängig von der digitalen Spannungsrepräsentation, wobei der ADC verbunden ist zum Umwandeln eines Signals, das von dem Ausgangsstrom abhängt, und einen digitalen Wert basierend auf dem empfangenen analogen Wert erzeugt; und Bestimmen der Ausgangsleistung des Spannungsreglers basierend auf dem digitalen Wert, der von dem ADC erzeugt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei das Verfahren weiter aufweist Steuern eines Digital-Analog-Wandlers (DAC – digital to analog converter) zum Erzeugen eines DAC-Stroms durch Steuern eines Arrays von schaltbaren Stromquellen, wobei jede Stromquelle zu dem DAC-Strom beiträgt, wenn eingeschaltet; Vergleichen eines Signals, das von dem erzeugten DAC-Strom abgeleitet ist, mit dem Signal, das von dem Ausgangsstrom abhängt; und Steuern der Stromquellen basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens durch Schalttransistoren in den Stromquellen, wobei die ADC-Verstärkung umgekehrt proportional zu der digitalen Spannungsrepräsentation durch Schalttransistoren in einem Referenzteil des Arrays von schaltbaren Stromquellen gesetzt wird.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24, das weiter aufweist Empfangen einer digitalen Repräsentation einer gewünschten Ausgangsspannung und Erzeugen einer analogen Referenzspannung darauf basierend, wobei das Vorsehen einer digitalen Repräsentation die gewünschte Ausgangsspannung vorsieht; Vergleichen der Ausgangsspannung des Spannungsreglers und der Referenzspannung; und Erzeugen eines Steuersignals, um die Ausgangsspannung des Spannungsreglers basierend auf dem Vergleichsergebnis zu regeln.