DE102015115655A1

DE102015115655A1 - System und vorrichtung zum verbessern der nützlichkeit von reglern und assoziierte verfahren

Info

Publication number: DE102015115655A1
Application number: DE102015115655.5A
Authority: DE
Inventors: Kenneth W. Fernald
Original assignee: Silicon Laboratories Inc
Current assignee: Silicon Laboratories Inc
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2016-04-28
Also published as: US20160118884A1; CN105549671A; CN105549671B; US9742209B2

Abstract

Eine integrierte Schaltung (IC) enthält eine erste Schaltung, die von einer ersten Versorgungsspannung bestromt wird, und eine zweite Schaltung, die von einer zweiten Versorgungsspannung bestromt wird. Die zweite Versorgungsspannung besitzt einen niedrigeren Pegel als die erste Versorgungsspannung. Der IC enthält weiterhin eine Leistungsmanagementschaltung. Die Leistungsmanagementschaltung enthält einen DC-DC-Schaltregler, der an mehrere Pins des IC in einer vordefinierten Konfiguration gekoppelt ist. Die Leistungsmanagementschaltung liefert die erste und zweite Versorgungsspannung zum Einschalten des IC in einer Standardkonfiguration ohne Kenntnis der vordefinierten Konfiguration.

Description

Erfindungsgebiet
Die Offenbarung betrifft allgemein verbesserte Spannungs- oder Leistungsregler und insbesondere eine Vorrichtung für Regler mit verbesserter Nützlichkeit und assoziierte Verfahren.
Allgemeiner Stand der Technik
Elektronikeinrichtungen wie etwa die in 1 gezeigten integrierten Schaltungen (IC – Integrated Circuits) 103 enthalten üblicherweise Schaltungen 106 (als „HV-Schaltungen” gekennzeichnet), die von einer relativ hohen Gleichstromversorgungsspannung (beispielsweise 3 V) arbeiten. Der IC 103 enthält auch Schaltungen 109 (als „LV-Schaltungen” gekennzeichnet), die von einer niedrigeren Gleichstromversorgungsspannung (beispielsweise 1 V) arbeiten, das heißt niedriger als die relativ hohe Gleichstromversorgungsspannung.
Um solche Schaltungen zu berücksichtigen, enthält der IC 103 einen internen Linearregler 112 zum Generieren der Niederspannungsversorgung (1 V) aus der Hochspannungsversorgung (3 V, wie durch eine Batterie 115 bereitgestellt) zu generieren. Der Linearregler 112 steuert die 1 V-Versorgungsschiene an, einschließlich eines Pins zu einem externen Kondensator 118.
Oftmals ist die tatsächliche Versorgungsspannung zu HV-Schaltungen 106 höher als der Pegel, der eine gegebene Leistungsspezifikation unterstützen würde. Beispielsweise besitzen HV-Schaltungen 106 möglicherweise zwar nur eine Mindestarbeitsversorgungsspannung von 2 V, doch kann sie durch eine 3 V-Stromquelle bereitgestellt werden. Unter der Annahme, dass HV-Schaltungen 106 etwa den gleichen Versorgungsstrom unabhängig von der Versorgungsspannung verbrauchen, verbrauchen HV-Schaltungen 106 etwa 50% mehr Strom als notwendig. Analog verbraucht ein Linearregler 112 etwa das Doppelte des durch LV-Schaltungen 109 verbrauchten Stroms.
Um den übermäßigen Stromverbrauch im IC in 1 zu reduzieren, enthält der IC 103 in 2 einen DC-DC-Schaltregler 121 zum Absenken einer höheren Versorgungsspannung auf einen Pegel näher an der durch die Schaltungsanordnung tatsächlich erforderlichen Mindestspannung. Beispielsweise wird ein DC-DC-Schaltregler 121 auf Induktorbasis (unter Verwendung eines Induktors 124 in Verbindung mit einem Kondensator 118A) in der Anordnung von 2 verwendet, um die Spannung einer 3 V Batterie 115 auf den für LV-Schaltungen 106 angemessenen 2 V-Pegel herunterzusetzen.
Ein DC-DC-Schaltreger kann Leistungstransfereffizienzen bereitstellen, die viel höher sind als die eines typischen Linearreglers. Einen Linearregler zu verwenden, um die Batteriespannung von 3 V auf 2 V für HV-Schaltungen 106 herabzusetzen, würde relativ wenig Auswirkung auf den von der Batterie verbrauchten Strom haben, während der DC-DC-Schaltregler 121 mit etwa einer Effizienz von etwa 90% die Stromaufnahme der Batterie um etwa 26% reduzieren würde.
Im IC 103 von 2 wird ein DC-DC-Schaltregler 121 verwendet, um die HV-Versorgung (2 V) zu generieren, die sowohl von HV-Schaltungen 106 als auch dem Linearregler 112 verwendet wird, der die LV-Versorgung generiert. Durch Reduzieren der Versorgungsspannung zum Linearregler 112 reduziert der DC-DC-Schaltregler 121 den Leistungsverlust im Linearregler 112 relativ zu der Anordnung in 1. Der Linearregler 112 in 2 verschwendet jedoch immer noch etwa die gleiche Menge an Strom, wie sie von LV-Schaltungen 109 verbraucht wird (im Vergleich zum Verschwenden des Doppelten des Stroms, die von LV-Schaltungen 109 in 1 verbraucht wird).
Eine Möglichkeit zum Reduzieren der im Linearregler 112 verlorenen Leistung besteht darin, seine Eingangsspannung weiter zu reduzieren. Angesichts dessen jedoch, dass die durch den DC-DC-Schaltregler 121 generierte 2 V-Versorgung durch die Mindestarbeitsspannung von HV-Schaltungen 106 begrenzt wird, kann die Ausgangsspannung des DC-DC-Schaltreglers 121 angesichts der Schaltungsanordnung von 2 nicht weiter reduziert werden.
Eine in 3 gezeigte alternative Anordnung verwendet den DC-DC-Schaltregler 121 zum direkten Bestromen von LV-Schaltungen 109 von der Batterie 15, das heißt, um HV-Schaltungen 106 direkt von der externen Batterie 115 bestromt zu halten. Bei dieser Anordnung generiert der DC-DC-Schaltregler 121 die 1 V-Versorgung für LV-Schaltungen 109, während HV-Schaltungen 106 direkt von der 3 V-Batterie 115 arbeiten. Wenngleich der durch HV-Schaltungen 106 verbrauchte Strom nicht von der Verwendung des DC-DC-Schaltreglers 121 profitiert, wird der Leistungsverlust eines Linearreglers 112 (wie in 1–2 gezeigt) eliminiert und durch einen kleineren Leistungsverlust im DC-DC-Schaltregler 121 ersetzt.
Je nach dem relativen Stromverbrauch der HV-Schaltung 106 und LV-Schaltungen 109 und ihrer Arbeitsversorgungsspannungen könnten einige ICs von der in 2 gezeigten Anordnung profitieren, während andere ICs von der in 3 gezeigten Anordnung profitieren könnten. Falls beispielsweise der Leistungsverbrauch der HV-Schaltungen viel größer ist als der Stromverbrauch der LV-Schaltungen, liefert der Einsatz des DC-DC-Schaltreglers 121, um die Versorgung zu HV-Schaltungen 106 zu generieren, einen größeren Vorteil, da die in den HV-Schaltungen 106 eingesparte Leistung die potentiellen Leistungseinsparungen der Anordnung in 3 übersteigen würde. Falls umgekehrt der durch LV-Schaltungen 109 verbrauchte Strom dominiert, würde die Anordnung in 3 einen größeren Vorteil liefern, weil die durch das Eliminieren des Linearreglers 112 eingesparte Leistung den Leistungsverlust in HV-Schaltungen 106 aufgrund der an die HV-Schaltungen 106 gelieferten größeren Versorgungsspannung übersteigen würde.
Kurze Darstellung der Erfindung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält ein IC eine erste Schaltung, die von einer ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird, und eine zweite Schaltung, die von einer zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird. Die zweite Versorgungsspannung weist einen niedrigeren Pegel als die erste Versorgungsspannung auf. Der IC enthält weiterhin eine Leistungsmanagementschaltung. Die Leistungsmanagementschaltung enthält einen DC-DC-Schaltregler, der an mehrere Pins des IC in einer vordefinierten Konfiguration gekoppelt ist. Die Leistungsmanagementschaltung liefert die erste und zweite Versorgungsspannung zum Einschalten des IC in einer Default-Konfiguration (oder Standardkonfiguration) ohne Kenntnis der vordefinierten Konfiguration.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Liefern von Strom an eine Schaltungsanordnung in einem IC offenbart. Die Schaltungsanordnung in dem IC enthält eine erste Schaltung, die von einer ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird, und eine zweite Schaltung, die von einer zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird, wobei die zweite Versorgungsspannung einen niedrigeren Pegel als die erste Versorgungsspannung aufweist; und einen DC-DC-Schaltregler, der an mehrere Pins des IC in einer vordefinierten Konfiguration gekoppelt ist. Das Verfahren beinhaltet das Liefern der ersten und zweiten Spannung zum Einschalten des IC in einer Default-Konfiguration (oder Standardkonfiguration) ohne Kenntnis der vordefinierten Konfiguration.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält ein IC eine erste Schaltung, die von einer ersten Versorgungsspannung bestromt wird, und eine zweite Schaltung, die von einer zweiten Versorgungsspannung bestromt wird. Die zweite Versorgungsspannung weist einen niedrigeren Pegel als die erste Versorgungsspannung auf. Der IC enthält weiterhin eine Leistungsmanagementschaltung. Die Leistungsmanagementschaltung enthält einen DC-DC-Schaltregler und einen Linearregler. In Abhängigkeit von den relativen Stromverbräuchen der ersten und zweiten Schaltung: (a) wird die erste Schaltung selektiv durch eine externe Stromquelle oder durch den DC-DC-Schaltregler bestromt und (b) wird die zweite Schaltung selektiv durch den DC-DC-Schaltregler oder durch den Linearregler bestromt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen nur Ausführungsbeispiele und sollten deshalb nicht als den Schutzbereich der Anmeldung oder der Ansprüche beschränkend angesehen werden. Der Durchschnittsfachmann versteht, dass sich die offenbarten Konzepte für andere, gleichermaßen effektive Ausführungsformen anbieten. In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen, in mehr als einer Zeichnung verwendeten Zahlenbezeichner die gleiche, ähnliche oder äquivalente Funktionalität, Komponenten oder Blöcke.
1 veranschaulicht eine herkömmliche Anordnung zum Bestromen einer Schaltungsanordnung in einem IC.
2 zeigt eine weitere herkömmliche Anordnung vom Bestromen einer Schaltungsanordnung in einem IC.
3 zeigt eine zusätzliche herkömmliche Anordnung zum Bestromen einer Schaltungsanordnung in einem IC.
4 zeigt einen IC gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 veranschaulicht einen IC mit einer Leistungsmanagementschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Liefern von Strom an einen IC gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Liefern von Strom an einen IC gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
8 zeigt eine Schaltungsanordnung für die dynamische Nutzung oder Konfiguration von Schaltreglern gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Ausführliche Beschreibung
Die offenbarten Konzepte betreffen allgemein Regler mit verbesserter Nützlichkeit. Insbesondere liefern die offenbarten Konzepte Vorrichtungen und Verfahren zum Verbessern der Nützlichkeit von internen Leistungsreglern wie etwa DC-DC-Schaltreglern, die Leistungseffizienzvorzüge bereitstellen.
Ausführungsbeispiele liefern eine Anzahl von Vorteilen oder Vorzügen. Beispielsweise kann der Regler, zum Beispiel ein DC-DC-Schaltregler, in Ausführungsbeispielen zum Bestromen von Hochspannungs-Leistungspins oder Schaltungen oder Niederspannungs-Leistungspins oder Schaltungen verwendet werden, während immer noch die Fähigkeit bereitgestellt wird zum Hochfahren von Einrichtungen wie etwa ICs ohne a priori Wissen (zum Zeitpunkt des Hochfahrens oder Einschaltens) darüber, wie, oder sogar ob, der Regler an eine derartige Einrichtung gekoppelt ist.
Als ein weiteres Beispiel berücksichtigen Ausführungsbeispiele Änderungen bei relativen Stromverbräuchen einer HV- und LV-Schaltungsanordnung in ICs. Insbesondere gestatten Ausführungsbeispiele die dynamische Reduktion des Stromverbrauchs in Einrichtungen wie etwa ICs, wobei sich der relative Stromverbrauch von HV- und LV-Schaltungen in einem relativ großen Ausmaß in Abhängigkeit von der Anwendung des IC oder der Aufgaben, die er zu einer gegebenen Zeit ausführt, ändert.
Beispielhaft und ohne Beschränkung könnte eine Allzweck-Mikrocontrollereinheit (MCU – Microcontroller Unit) analoge HV- oder Mischsignalschaltungen wie etwa Analog-Digital-Wandler (ADC – Analog-to-Digital Converters), analoge Vergleicher, Oszillatoren, Phasenregelschleifen (PLL – Phase Locked Loops), Referenzgeneratoren usw. enthalten. Außerdem könnte die Beispiel-MCU digitale LV-Schaltungen wie etwa einen oder mehrerer Mikroprozessoren, Prozessoren, Zeitgeber, serielle Schnittstellen, mathematische oder Fließkomma- oder arithmetische Verarbeitungsengines usw. enthalten.
Je nach der Konfiguration der MCU (z. B. über Firmware, Benutzerprogramme usw.) könnte eine beliebige Anzahl an analogen Funktionen für eine gegebene Beispielanwendung aktiviert werden, was bewirkt, dass der HV-Stromverbrauch von Mikrowatt bis zu vielen Milliwatt reicht. Analog könnt eine beliebige Anzahl an digitalen Funktionen aktiviert werden und könnte bewirken, dass die digitale Logik mit Taktfrequenzen im Bereich von Kilohertz bis Hunderten von Megahertz oder höher arbeitet, was bewirkt, dass der Stromverbrauch der LV-Schaltungen von Anwendung zu Anwendung stark variiert.
Mit anderen Worten könnte es sogar für das gleiche IC-Design vorteilhaft sein, bei einigen Anwendungen einen DC-DC-Schaltregler zum Bestromen der HV-Schaltungen (und der LV-Schaltungen über einen zusätzlichen Linearregler, wie unten ausführlich beschrieben wird) zu verwenden und bei anderen Anwendungen die LV-Schaltungen von einem DC-DC-Schaltregler aus zu bestromen. Bei anderen Anwendungen wird möglicherweise ein DC-DC-Schaltregler aufgrund von Überlegungen bezüglich Kosten oder elektromagnetischer Beeinflussung (EMB) überhaupt nicht verwendet.
Ausführungsbeispiele können solche Szenarien berücksichtigen. Insbesondere enthält bei Ausführungsbeispielen ein IC einen DC-DC-Schaltregler, der in einer vordefinierten Konfiguration über mehrere Pins an eine Schaltungsanordnung oder Komponenten außerhalb des IC gekoppelt ist. Es werden Techniken derart bereitgestellt, dass der IC mit unterschiedlichen externen Konfigurationen bestromt werden kann, während er immer noch die Fähigkeit besitzt, in einer funktionalen Standardkonfiguration ohne Kenntnis dessen einzuschalten, wie der DC-DC-Schaltregler extern an die Leistungsüins des IC gekoppelt ist, die den HV- und LV-Schaltungen des IC entsprechen, das heißt ohne Kenntnis der vordefinierten Konfiguration.
Anstatt einfach das Hochfahrverhalten des DC-DC-Schaltreglers für eine Konfiguration oder eine andere festzulegen, sorgen Ausführungsbeispiele für Techniken, die eine Vielzahl an Schaltungskonfigurationen berücksichtigen. Falls beispielsweise der DC-DC-Schaltregler immer damit begann, in dem Fall beispielsweise auf 2 V zu regeln, wenn der DC-DC-Schaltregler die LV-Schaltungen bestromt, können die LV-Schaltungen durch übermäßige Versorgungsspannung beschädigt werden.
Falls andererseits der DC-DC-Schaltregler immer damit begann, auf beispielsweise 1 V zu regeln, könnten die HV-Schaltungen eine unzureichende Versorgungsspannung haben, wodurch potentiell verhindert würde, dass der IC korrekt arbeitet. Ausführungsbeispiele überwinden solche Nachteile, wie unten ausführlich beschrieben, ohne zusätzliche Pins des IC zu verwenden. Man beachte, dass man einen Eingangs-/Ausgangs-Eingang (E/A-Eingang) zu dem IC verwenden könnte, um den DC-DC-Schaltregler zu konfigurieren, doch würde diese Vorgehensweise einen zusätzlichen Pin verwenden, ein Nachteil bei ICs mit relativ kleinen Anzahlen an Pins.
Ausführungsbeispiele stellen Techniken zum Unterstützen einer Reihe von DC-DC-Schaltregler-Konfigurationen bereit, ohne die Fähigkeit des IC zu begrenzen, hochzufahren und beispielsweise Firmware, Benutzerprogramme oder Code usw. auszuführen, die mit einer gegebenen Anwendung assoziiert sind. 4 zeigt einen IC 203 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Der IC 203 kann eine Vielzahl an Schaltungsanordnungen enthalten, wie etwa Schaltungen, die von einer relativ niedrigen Versorgungsspannung aus arbeiten, als „LV-Schaltungen” 212 bezeichnet. Der IC 203 kann auch HV-Schaltungen 209 enthalten, die von einer relativ hohen Versorgungsspannung aus arbeiten (höher als die Versorgungsspannung für LV-Schaltungen 212).
Beispielsweise könnte im Fall einer MCU die MCU analoge Schaltungen enthalten (in HV-Schaltungen 209 enthalten), die mit höheren Versorgungsspannungen arbeiten können, weil sie beispielsweise unter Verwendung von Hochspannungstransistoren und anderen Komponenten ausgelegt sind. HV-Schaltungen 209 können auch eine digitale Schaltungsanordnung enthalten, die dafür ausgelegt ist, bei höheren Spannungen zu arbeiten, wie etwa eine digitale Schaltungsanordnung, die unter Verwendung von Hochspannungstransistoren ausgelegt ist. Die MCU könnte auch digitale Schaltungen enthalten (in LV-Schaltungen 212 enthalten), die unter Verwendung von Niederspannungstransistoren ausgelegt sind und deshalb bei einer niedrigeren Versorgungsspannung arbeiten.
Ungeachtet der genauen Art und Natur von LV-Schaltungen 212 und HV-Schaltungen 209 enthält der IC 203 eine Leistungsmanagementschaltung 206. Die Leistungsmanagementschaltung 206, wie unten ausführlich beschrieben, empfängt Leistung von einer (gegenüber dem IC 203) externen Quelle 240 wie etwa einer Spannungsquelle und liefert Leistung an LV-Schaltungen 212 und HV-Schaltungen 209.
Die Leistungsmanagementschaltung 206 koppelt auch an externe Komponenten oder Schaltungselemente, wie unten ausführlich beschrieben. Die Art, Anzahl und Konfiguration der Komponenten oder Elemente und wie sie an das Leistungsmanagement 206 koppeln, hängt von der Konfiguration ab, die verwendet wird, um insgesamt Leistung an den IC 203 zu liefern.
Der IC 203 könnte eine Vielzahl an anderen Schaltungen enthalten, wie etwa einen Oszillator-/Watchdog-Zeitgeber 243, eine Power-ON-Reset-Schaltung (POR-Schaltung) 246, einen Controller 249, einen Spannungseinbruchsdetektor 252 usw. Beim anfänglichen Einschalten kann die POR-Schaltung 146 den IC 203 in einer Rücksetzbedingung halten, bis die angemessenen Versorgungsspannungspegel erreicht sind (wie z. B. durch die Leistungsmanagementschaltung 206 bereitgestellt). Nachdem die POR-Schaltung 246 die Rücksetzbedingung freigibt, könnten im IC 203 verschiedene Ereignisse stattfinden, wie etwa das Starten des Oszillator-/Watchdog-Zeitgebers 243.
Der Oszillator im Oszillator-/Watchdog-Zeitgeber 243 liefert ein Signal, das durch verschiedene Schaltungsblöcke im IC 203 beispielsweise als ein Taktsignal verwendet werden kann Bei einigen Ausführungsformen kann der Oszillator ein Taktoszillator sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Oszillator ein Oszillator sein, der in einer Echtzeittaktschaltung (RTC-Schaltung – Real-Time Clock) verwendet wird. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann, wie gewünscht, mehr als ein Oszillator verwendet werden.
Der Watchdog-Zeitgeber in dem Oszillator-/Watchdog-Zeitgeber 243 liefert Watchdog-Zeitgeber-Funktionen, wie gewünscht, als Beispiel, wenn ein die Ressourcen des IC 203 verwendendes Programm in einen unbeabsichtigten Zustand eintritt (z. B. „hängt”). Bei einigen Ausführungsformen kann der Watchdog-Zeitgeber dahingehend funktionieren, die Leistungsmanagementschaltung 206 zu einem bekannten Zustand wie etwa einem Voreinstell- oder POR-Zustand zurückzuführen.
Der Controller 249 könnte eine Vielzahl an Funktionen innerhalb des IC 203 steuern. Beispielsweise könnte der Controller 249 als Reaktion auf Firmware- oder Benutzerprogrammanweisungen oder -code die Funktionen und/oder Konfiguration der Stromversorgungsanordnung über die Leistungsmanagementschaltung 206 steuern.
Der Spannungseinbruchsdetektor 252 liefert eine Fehlersicherheit für Abfälle in der externen (und/oder internen) Spannungsversorgung des IC. Er vergleicht den Versorgungspegel (oder ein skalierte Version davon) mit einem Referenzsignal, beispielsweise einer durch eine Bandabstandreferenzschaltung bereitgestellten Spannung, und signalisiert dem Controller 249 und/oder der Leistungsmanagementschaltung 206, wann eine oder mehrere Versorgungsspannungen unter einen spezifischen Pegel abfallen.
Man beachte, dass, falls gewünscht, einer oder mehrere der im IC 203 gezeigten Schaltungsblöcke als eine Schaltung kombiniert werden können. Beispielsweise könnte die Funktionalität des Controllers 249 in einer Leistungsmanagementschaltung 206 implementiert werden. Als ein weiteres Beispiel könnte die Funktionalität des Spannungseinbruchsdetektors 252 und/oder der POR-Schaltung 246 wie gewünscht in der Leistungsmanagementschaltung 206 implementiert werden.
Man beachte, dass 4 lediglich ein Beispiel der Architektur und Schaltungsanordnung des IC 203 zeigt. Somit kann der IC 203 weniger und/oder andere Blöcke von Schaltungsanordnung zeigen, als 4 zeigt. Umgekehrt kann der IC 203 mehr und/oder andere Blöcke einer Schaltungsanordnung zeigen als das Ausführungsbeispiel in 4.
5 veranschaulicht einen IC 203, einschließlich einer Leistungsmanagementschaltung 206, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Man beachte, dass in Ausführungsbeispielen der IC 203 andere Blöcke einer Schaltungsanordnung enthalten kann, wie etwa den Oszillator-/Watchdog-Zeitgeber 243, die POR-Schaltung 246, den Controller 249, den Spannungseinbruchsdetektor 252 usw.
Man beachte auch, das 5 die allgemeine Architektur der Leistungsmanagementschaltung 206 zeigt. Mit anderen Worten kann die Leistungsmanagementschaltung 206 so konfiguriert sein, wie unten ausführlich beschrieben, um die gewünschte Funktionalität unter Verwendung externer Komponenten und dergleichen durchzuführen.
Insbesondere kann die Leistungsmanagementschaltung 206 an eine Schaltungsanordnung und/oder Komponenten außerhalb des IC 203 über einen Satz von Pins oder einem ähnlichen Koppelmechanismus gekoppelt sein. Bei dem Ausführungsbeispiel von 5 kann die Leistungsmanagementschaltung 206 an die Schaltungsanordnung und/oder Komponenten außerhalb des IC 203 über Pins oder Koppelpunkte gekoppelt sein, die mit „DCDCIN”, „DCDCSW”, „VDDHV” und „VDDLV” markiert sind.
Die Leistungsmanagementschaltung 206 enthält einen DC-DC-Schaltregler 221, der so gekoppelt ist, dass er eine Eingangsspannung über den DCDCIN-Pin oder Koppelpunkt empfängt, beispielsweise von einer externen Stromquelle (z. B. siehe Spannungsquelle 240 in 4). Unter Bezugnahme auf 5 kann der DC-DC-Schaltregler 221 über den DCDCSW-Pin oder Koppelpunkt an externe Komponenten oder Schaltungsanordnungen gekoppelt sein. Zu Beispielen für solche Komponenten zählen Induktoren, Kondensatoren usw.
Man beachte, dass bei Ausführungsbeispielen der DC-DC-Schaltregler 221 eine Vielzahl an Topologien besitzen kann, je nach Faktoren wie etwa Leistungs- und Designspezifikationen für eine gegebene Anwendung, Kosten, Art und/oder Größe von externen Komponenten oder Schaltungsanordnungen und dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen kann der DC-DC-Schaltregler 221 ein Abwärtsregler (oder Tiefsetzregler) sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der DC-DC-Schaltregler 221 ein synchroner Abwärtsregler (oder synchroner Tiefsetzregler) sein. Andere Möglichkeiten werden in anderen Ausführungsformen in Betracht gezogen, zum Beispiel Cuk-Regler oder Regler auf Ladepumpenbasis, wie gewünscht.
Weiterhin kann der DC-DC-Schaltregler 221 eine Vielzahl an Steuerschemata verwenden, wie der Durchschnittsfachmann versteht. Allgemein kann der DC-DC-Schaltregler 221 Impulsbreitenmodulation (PWM – pulse width modulation) verwenden, um eine Impulsbreite eines oder mehrerer Schaltsteuersignale zu modulieren, wie der Durchschnittsfachmann versteht. Bei einigen Ausführungsformen kann der DC-DC-Schaltregler 221 eine Spannungsmodus-PWM-Steuerung verwenden. Bei anderen Ausführungsformen kann der DC-DC-Schaltregler 221 eine Strommodus-PWM-Steuerung verwenden. Andere Steuer- und Reglervariationen werden in Betracht gezogen, beispielsweise Resonanztopologien und assoziierte Steuerschaltungen, wie gewünscht.
Bei der gezeigten Ausführungsform enthält der DC-DC-Schaltregler 221 die aktiven Komponenten des Reglers (z. B. Controller, Leistungsschalter usw.) innerhalb des IC 203. Andere Komponenten, die den Betrieb des DC-DC-Schaltreglers 221 erleichtern, wie etwa passive Komponenten (Induktoren, Kondensatoren) können sich außerhalb des IC 203 befinden und über den DCDCSW-Pin oder Koppelpunkt an den DC-DC-Schaltregler 221 gekoppelt sein.
Die Leistungsmanagementschaltung 206 enthält einen Überbrückungsschalter 227, der zwischen die Eingangsversorgung des DC-DC-Schaltreglers 221 (DCDCIN) und VDDHV, den Versorgungspin oder Koppelpunkt für HV-Schaltungen 209, gekoppelt ist. Der Schalter 227 gestattet das selektive Anlegen der Spannung an DCDCIN an VDDHV, d. h., Liefern der Spannung an DCDCIN an HV-Schaltungen 209.
Der DC-DC-Schaltregler 221 besitzt in der Regel eine nicht gezeigte Erfassungsschaltung, die eine Spannung (z. B. die Ausgangsspannung des DC-DC-Schaltreglers 221) erfasst und diese Spannung mit einer Referenzspannung vergleicht, um ein Fehlersignal zu generieren. Mit dem Fehlersignal werden in der Regel Steuersignale für den DC-DC-Schaltregler 221 generiert, z. B. ein PWM-Signal.
Die Leistungsmanagementschaltung 206 enthält einen Multiplexer (MUX) 224, der gestattet, dass eine von zwei Spannungen als die in den DC-DC-Schaltregler 221 eingegebene Erfassungsspannung verwendet wird. Insbesondere gestattet der MUX 224 die Auswahl entweder der Versorgungsspannung für HV-Schaltungen 209 (VDDHV) oder der Versorgungsspannung für LV-Schaltungen 212 (VDDLV). Die Auswahl der Erfassungsspannung kann unter der Steuerung einer nicht gezeigten Schaltungsanordnung in dem Leistungsmanagement 206 oder unter der Steuerung des Controllers 249 erfolgen (siehe 4).
Wieder unter Bezugnahme auf 5 enthält die Leistungsmanagementschaltung 206 auch einen Linearregler 218. Der Linearregler 218 empfängt seine Eingangsspannung von VDDHV. Der Ausgang des Linearreglers 218 ist über einen Schalter 215 an VDDLV gekoppelt. In Abhängigkeit vom Zustand des Schalters 215 steuert somit die Ausgangsspannung des Linearreglers 218 VDDLV an. Der Zustand des Schalters 215 kann durch die Steuerung einer nicht gezeigten Schaltungsanordnung in dem Leistungsmanagement 206 oder durch den Controller 249 gesteuert werden (siehe 4).
Unter Bezugnahme auf 5 kann der Linearregler 218, wie gewünscht, eine Vielzahl an Topologien und Schaltungsanordnungen besitzen, wie der Durchschnittsfachmann versteht. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der Linearregler 218 einen Low-Dropout-Regler (LDO-Regler) bilden. Allgemein hängt die Wahl der Topologie und Charakteristika des Linearreglers 218 von Design- und Leistungsspezifikationen ab, beispielsweise den Eingang- und Ausgangsspannungen (oder der Eingangs-Ausgangs-Differenz), der geregelten Leistungsmenge, der verfügbaren Fabrikationstechnologie usw.
Ungeachtet der genauen Wahl der Topologie und Charakteristika des Linearreglers 218 und des DC-DC-Schaltreglers 221 versetzt, wenn Strom an DCDCIN angelegt wird, das heißt beim Hochfahren oder Einschalten, eine Schaltung wie etwa die POR-Schaltung 246 (siehe 4) den IC 203 in einen Standard- oder Anfangszustand. Im Standardzustand: (1) Der Überbrückungsschalter 227 ist aktiviert, um DCDCIN an VDDHV zu koppeln; (2) der Linearregler 218 ist aktiviert (und der Schalter 215 ist geschlossen), was bewirkt, dass er eine Versorgungsspannung an VDDLV generiert; und (3) der DC-DC-Schaltregler 221 ist deaktiviert, was bewirkt, dass sein DCDCSW-Ausgang sich in einem Hochimpedanzzustand befindet.
Wie unten ausführlich erörtert, gestattet der Standardzustand dem IC, erfolgreich einzuschalten, ungeachtet der externen Verbindungen zwischen DC-DC-Schaltregler 221 und den Leistungspins des IC (VDDHV, VDDLV) und/oder externen Komponenten wie etwa Induktoren und Kondensatoren (unten ausführlich beschrieben). Mit anderen Worten versetzt die Leistungsmanagementschaltung 206 oder die sie steuernde Schaltungsanordnung, wie etwa eine Steuerung einer Schaltungsanordnung (nicht gezeigt) in dem Leistungsmanagement 206 oder dem Controller 249 (siehe 4), den IC 203 in einen Zustand, so dass er erfolgreich oder ordnungsgemäß einschalten kann, ohne Kenntnis dessen, wie die Leistungsmanagementschaltung 206 ultimativ oder nchfolgend konfiguriert wird, beispielsweise als Reaktion auf Firmware- oder Benutzerprogrammanweisungen oder -code.
Man beachte, dass in Ausführungsbeispielen der Überbrückungsschalter 227 auf eine Vielzahl an Arten implementiert werden kann, wie der Durchschnittsfachmann versteht. Beispielsweise kann der Überbrückungsschalter 227 bei einigen Ausführungsformen Teil eines Leistungsmultiplexier- oder Schaltnetzwerks sein.
Analog kann der Schalter 215, der zum selektiven Koppeln des Linearreglers 218 an VDDLV verwendet wird, als ein Schalter außerhalb des Linearreglers 218 implementiert werden, wie das Ausführungsbeispiel von 5 zeigt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Schalter 215 durch die Fähigkeit des Linearreglers 218 implementiert werden, seinen Ausgang in einen Zustand mit relativ hoher Impedanz oder einen deaktivierten Zustand zu versetzen, beispielsweise durch entsprechendes Vorspannen des Durchlasselements oder Transistors im Linearregler 218.
Wie angemerkt, kann bei Ausführungsbeispielen die Leistungsmanagementschaltung 206 auf eine Vielzahl von Arten verwendet werden und konfiguriert sein. Beispielsweise kann die Leistungsmanagementschaltung 206 konfiguriert sein, adäquate Leistung an einen IC zu liefern ungeachtet der externen DC-DC-Schaltregler-Konfiguration (Koppeln an externe Komponenten), wodurch der IC ordnungsgemäß oder erfolgreich einschalten kann und Firmware, Benutzerprogramme usw. ausführen kann oder gewünschte Aufgaben für eine gegebene Anwendung durchführen kann.
6 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Liefern von Strom an einen IC 203 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dieser Ausführungsform ist der DC-DC-Schaltregler 221 extern an den Induktor 260 und den Kondensator 263 gekoppelt (z. B. ein Überbrückungs- oder Entkoppel- oder Filterkondensator), um Strom über den VDDHV-Pin oder Koppelpunkt an HV-Schaltungen 209 zu liefern.
Wenn, wie oben erörtert, Strom an DCDCIN angelegt wird, besitzt der DCDCSW-Ausgang einen Hochimpedanzzustand und der Überbrückungsschalter 227 ist aktiviert, um Strom von der Quelle 240 an VDDHV zu liefern, d. h. die Versorgung für HV-Schaltungen 209. Zusätzlich ist der Linearregler 218 aktiviert (z. B. Schalter 215 ist geschlossen), was bewirkt, dass er Strom an VDDLV liefert, d. h. die Versorgung für LV-Schaltungen 212. Folglich wird der IC 203 ordnungsgemäß bestromt und kann damit beginnen, Firmware, Benutzerprogramme usw. auszuführen oder gewünschte Aufgaben für eine gegebene Anwendung durchzuführen.
Nach dem anfänglichen Einschalten führt die Firmware, das Benutzerprogramm oder der Benutzercode oder eine andere Quelle (z. B. Anweisungen oder eine Konfiguration, die von einem Host oder einer Quelle außerhalb des IC 203 empfangen werden) allgemein die folgenden Schritte durch: (1) konfiguriert den DC-DC-Schaltregler 221, den VDDHV-Versorgungspegel zu erfassen (durch Liefern eines entsprechenden Auswahlsignals an den MUX 334); (2) konfiguriert den DC-DC-Schaltregler 221, den gewünschten VDDHV-Versorgungspegel (z. B. 2 V) zu generieren; und (3) aktiviert den DC-DC-Schaltregler 221 und deaktiviert den Überbrückungsschalter 227. Infolgedessen liefert der DC-DC-Schaltregler 221 Strom an HV-Schaltungen 209, wie für die Anwendung gewünscht.
7 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung zum Liefern von Strom an einen IC gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei dieser Ausführungsform ist der DC-DC-Schaltregler 221 extern so gekoppelt, dass er über den VDDLV-Pin oder Koppelpunkt Leistung an LV-Schaltungen 212 liefern kann. Insbesondere koppelt der Induktor 260, der Teil der Schaltregler-Gesamttopologie ist, den DCDCSW-Pin an den VDDLV-Pin. Weiterhin ist auch der Kondensator 266 an den VDDLV-Pin gekoppelt, um die Schaltregler-Gesamttopologie zu vervollständigen.
Analog zu der Ausführungsform von 6 besitzt in der Ausführungsform von 7 der DCDCSW-Pin anfänglich einen Hochimpedanzzustand. Analog ist der Überbrückungsschalter 227 aktiviert (geschlossen). Man beachte jedoch, dass der Zustand des Überbrückungsschalters 227 in dieser Ausführungsform größtenteils irrelevant ist, da er effektiv extern kurzgeschlossen worden ist. Insbesondere bestromt die externe Stromquelle 240 (z. B. eine 3 V-Batterie) sowohl den DCDCIN- als auch den VDDHV-Pin.
Angesichts des anfänglichen Hochimpedanzzustands des DCDCSW hat das Koppeln dieses Pins an den Induktor 260 wenig oder keinen Effekt auf die Fähigkeit des IC 203 zum Einschalten. Der VDDHV-Pin wird von der externen Quelle 340 bestromt, wodurch Strom sowohl an die HV-Schaltungen 209 als auch den Linearregler 218 geliefert werden kann. Der Linearregler 218 ist aktiviert (und Schalter 215 ist geschlossen) und liefert deshalb Strom an die LV-Schaltungen 212. Folglich wird der IC 203 ordnungsgemäß bestromt und kann damit beginnen, Firmware, Benutzerprogramme usw. auszuführen oder gewünschte Aufgaben für eine gegebene Anwendung durchzuführen.
Nach dem anfänglichen Einschalten führt die Firmware, das Benutzerprogramm oder der Benutzercode oder eine andere Quelle (z. B. Anweisungen oder eine Konfiguration, die von einem Host oder einer Quelle außerhalb des IC 203 empfangen werden) allgemein die folgenden Schritte durch: (1) konfiguriert den DC-DC-Schaltregler 221, den VDDLV-Versorgungspegel zu erfassen (durch Liefern eines entsprechenden Auswahlsignals an den MUX 224); (2) konfiguriert den DC-DC-Schaltregler 221, die gewünschte VDDLV-Spannung (z. B. 1 V) zu generieren; und (3) aktiviert den DC-DC-Schaltregler 221; und (4) deaktiviert den Linearregler 218 (und/oder öffnet den Schalter 215). Somit liefert der DC-DC-Schaltregler 221 Strom an LV-Schaltungen 212, wie für die Anwendung erwünscht.
Bei Anwendungen, wo das Verwenden des DC-DC-Schaltreglers 221 unerwünscht ist (um z. B. die Kosten für einen Induktor zu vermeiden, EMB zu vermeiden usw.), kann der Induktor entfallen. Somit würde in solchen Situationen der mit dem DC-DC-Schaltregler 221 assoziierte DCDCSW-Pin allgemein an andere Komponenten oder Schaltungsanordnungen ungekoppelt bleiben. Eine derartige Anwendung würde der in 7 gezeigten Konfiguration ähneln, außer dass der Induktor 260 von der Schaltung entfernt ist.
In einem derartigen Szenarium schaltet der IC 203 auf die gleiche Weise wie oben bezüglich 7 beschrieben angesichts des Standard-Hochimpedanzzustands des DCDCSW-Pins ein. Allgemein ergreift bei einer derartigen Anwendung die Firmware, das Benutzerprogramm oder der Benutzercode keine weiteren Schritte beim Konfigurieren der Leistungsmanagementschaltung 206, da der Standardeinschaltzustand (Anfangseinschaltzustand) des Lieferns von Strom an den IC 203 allgemein zu den Leistungsspezifikationen der Anwendung äquivalent sein würde.
Man beachte, dass Ausführungsbeispiele Techniken bereitstellen, damit ein IC in einem vorbestimmten Zustand einschalten kann und dann Firmware, ein Benutzerprogramm oder einen Benutzercode ungeachtet dessen ausführen kann, welche unterstützte oder bestimmte DC-DC-Schaltreglerkonfiguration auf die externen Stromverbindungen angewendet ist. Beispielsweise können Ausführungsbeispiele ein Einschalten ungeachtet dessen gestatten, ob der DC-DC extern zum Ansteuern von VDDHV, VDDLV oder keinen konfiguriert ist, zum Beispiel unbenutzt ist oder verwendet wird zum Bestromen einer zusätzlichen oder unverwandten internen oder externen Schaltungsanordnung (die möglicherweise zusätzliche Erfassungseingänge zum MUX 224 benötigt, um zusätzliche Stromversorgungsverbindungen zu erfassen). Dieses Attribut gestattet einem IC, wie etwa einer Allzweck-MCU, ein übliches Hardwaredesign für einen großen Bereich an Anwendungen zu verwenden ohne eigene Pins, um die für eine gegebene Anwendung verwendete Leistungskonfiguration anzuzeigen.
Wie oben erörtert, gestatten die offenbarten Techniken einem internen Regler wie etwa dem DC-DC-Schaltregler 221, auf eine Weise eingesetzt zu werden, die die durch den IC 203 für eine bestimmte Anwendung verbrauchte Leistung reduziert. Insbesondere sind ICs gemäß Ausführungsbeispielen in der Lage, hochzufahren und Anwendungsfirmware, Benutzerprogramm oder -code ungeachtet dessen auszuführen, wie der DC-DC-Schaltregler 221 extern gekoppelt ist (z. B. an VDDHV, VDDLV, DCDCSW).
Dieses Attribut gestattet, dass das externe Koppeln des DC-DC-Schaltreglers 221 in Abhängigkeit von dem Verhältnis der durch HV-Schaltungen 209 und LV-Schaltungen 212 verbrauchten Leistung gewählt werden kann. Einige Anwendungen können jedoch das Leistungsprofil des IC über die Zeit verändern (oder der Benutzer möchte vielleicht das Leistungsprofil des IC ändern).
Beispielsweise kann auf einer MCU laufende Firmware ihre digitale Logik während einiger Operationen mit einer relativ hohen Taktrate betreiben, aber während anderer Operationen mit einer niedrigeren Taktrate. Die Änderung bei der Taktfrequenz kann bewirken, dass sich die dominanten Komponenten des IC-Gesamtstromverbrauchs zwischen HV-Schaltungen 209 und LV-Schaltungen 212 in Abhängigkeit davon verschieben, in welchem Modus die Anwendung oder die MCU arbeitet.
In einem derartigen Fall stellt das Verwenden einer festgelegten Nutzung eines DC-DC-Schaltreglers allgemein gesprochen möglicherweise nicht den niedrigsten mittleren Stromverbrauch über die Lebensdauer der Anwendung dar. Ein Aspekt der Offenbarung betrifft das Adressieren solcher Szenarien durch Gestatten einer dynamischen Nutzung oder Konfiguration des DC-DC-Schaltreglers 221.
8 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine dynamische Nutzung oder Konfiguration des DC-DC-Schaltreglers auf der Basis des Arbeitszustands des IC 203 bereitstellt, beispielsweise wie oben erörtert. Die Ausführungsform in 8 enthält einige der oben in Verbindung mit 5–7 erörterten Schaltungsanordnungen und Blöcke, enthält aber auch eine zusätzliche Schaltungsanordnung.
Insbesondere enthält das Ausführungsbeispiel in 8 einen Reglerüberbrückungsschalter 276, gekoppelt über den Linearregler 218 und den Schalter 215. Die Ausführungsform in 8 enthält auch allgemein einen Leistungs-MUX 273, der an den DCDCIN- und VDDHV-Pin und auch an HV-Schaltungen 209 gekoppelt ist. Man beachte, dass, statt einen Leistungs-MUX zu verwenden, man einen Umschalter verwenden kann, indem beispielsweise mehrere Transistoren verwendet werden, wie gewünscht.
Die Ausführungsform von 8 wird allgemein so verwendet, dass der DC-DC-Schaltregler 221 extern gekoppelt ist, um die Versorgungsspannung von HV-Schaltungen 209 zu liefern, d. h. VDDHV. Beim Betrieb in einem Modus, wo der Leistungsverbrauch der HV-Schaltungen 209 dominiert (z. B. wo der Leistungsverbrauch der HV-Schaltungen 209 den Leistungsverbrauch der LV-Schaltungen 209 übersteigt), arbeitet die Ausführungsform ähnlich zu der in 6 gezeigten Ausführungsform.
Außerdem wird in der Ausführungsform von 8 der Leistungs-MUX 273 beispielsweise durch den Controller 249 oder die Steuerschaltungsanordnung in der Leistungsmanagementschaltung 206 gesteuert, um die HV-Schaltungen 209 von dem VDDHV-Pin zu bestromen (d. h. vom Ausgang des DC-DC-Schaltreglers 221). Wieder unter Bezugnahme auf 8 ist außerdem der Reglerüberbrückungsschalter 276 offen, d. h., er überbrückt nicht den Linearregler 218.
Folglich liefert der DC-DC-Schaltregler 221 in diesem Arbeitsmodus des IC 203 Strom an HV-Schaltungen 209. Der Linearregler 218 liefert Strom an LV-Schaltungen 212.
Wenn der IC 203 in einem Modus arbeitet, wo der Stromverbrauch von LV-Schaltungen 212 dominiert (z. B. übersteigt der Stromverbrauch der LV-Schaltungen 209 den Stromverbrauch der HV-Schaltungen 209), kann die Nutzung des DC-DC-Schaltreglers 221 geändert oder rekonfiguriert werden. Insbesondere kann in einer derartigen Situation die Firmware, das Benutzerprogramm oder der Benutzercode die folgenden Schritte ergreifen: (1) den Leistungs-MUX 273 so steuern, dass die HV-Schaltungen 209 von der am DCDCIN-Pin anliegenden Spannung bestromt werden (oder irgendeine andere verfügbare Versorgung, die sich zum Bestromen der HV-Schaltungen 209 eignet); (2) Senken der Ausgabe des DC-DC-Schaltreglers 221 auf einen Pegel, der angemessen ist, um Strom an die LV-Schaltungen 212 zu liefern (z. B. 1 V); und (3) Schließen des Reglerüberbrückungsschalters 276 und Deaktivieren des Linearreglers 218.
Ähnlich 7 liefert der DC-DC-Schaltregler 221 danach Strom an die LV-Schaltungen 212, wohingegen die HV-Schaltungen 209 direkt von einer anderen Quelle, zum Beispiel einer externen Quelle 240, arbeiten.
Man beachte, dass ein gewisser Spannungsabfall an dem Leistungs-MUX 273 und an dem Reglerüberbrückungsschalter 276 auftritt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Ausgangsspannung des DC-DC-Schaltreglers 221 größer eingestellt sein als der VDDLV-Pegel, um die zusätzlichen Spannungsabfälle zu kompensieren. Ein Weg, um dieses Merkmal zu implementieren, ist durch Verwendung des MUX 224, so dass der DC-DC-Schaltregler 221 den VDDLV-Pegel anstatt des VDDHV-Pegels erfasst.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Reglerüberbrückungsschalter 276 in den Linearregler 218 integriert sein. Beispielsweise kann der Reglerüberbrückungsschalter 276 auch als die Reihen- oder Durchlasselemente oder die Einrichtung im Linearregler 218 dienen. Wenn der Linearregler 218 überbrückt wird, kann die Reiheneinrichtung direkt aktiviert werden oder der Linearregler 218 kann gezwungen werden, in seinem Dropout-Modus zu arbeiten.
Bei einigen Ausführungsformen kann der DC-DC-Schaltregler 221 auf eine Spannung regeln, die hoch genug ist, damit der Linearregler 218 die Regelung aufrecht erhält (im Gegensatz dazu, den Linearregler 218 zu überbrücken und zu deaktivieren oder ihn in einen Dropout-Zustand zu zwingen). Es kann beispielsweise wünschenswert sein, dem Linearregler 218 zu gestatten, weiterhin zu regeln, um das Ausmaß an DC-DC-induzierter Schaltwelligkeit an VDDHV zu reduzieren, der mit der VDDLV-Versorgung gekoppelt ist. Da ein Linearregler im Allgemeinen eine bessere Rauschzurückweisung aufweist, wenn er regelt (anders, als wenn er in einem Dropout- oder Überbrückungsmodus arbeitet), wird dadurch, dass der DC-DC-Regler verwendet wird, um eine Spannung zu generieren, die auf oder über der Dropout-Spannung des Linearreglers 218 liegt, Leistung gespart, während das Versorgungsrauschen an VDDLV reduziert wird.
Eine Anzahl von Variationen innerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung werden in Ausführungsbeispielen in Betracht gezogen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der Einschaltzustand des DC-DC-Schaltreglers 221 darin bestehen, den VDDLV-Pegel zu erfassen und dass der Regler aktiviert wird. In diesem Fall sollten sowohl der DC-DC-Schaltregler 221 als auch der Linearregler 218 ohne die Fähigkeit zum Ableiten einer relativ signifikanten Strommenge ausgelegt werden.
Man betrachte beispielsweise die Situation, wo der DC-DC-Schaltregler 221 in einem diskontinuierlichen Leitungsmodus arbeiten kann, in dem das Ableiten von signifikanten Lastströmen nicht unterstützt wird. Analog kann der Linearregler 218 einen Hochspannungs-Leistungstransistor verwenden (z. B. einen Metalloxidhalbleiter vom p-Typ (PMOS) oder einen PNP-Bipolartransistor), wodurch verhindert wird, dass er eine signifikante Strommenge ableitet.
Falls der IC wie in 7 konfiguriert ist und weder der DC-DC-Schaltregler 221 noch der Linearregler 218 eine signifikant große Strommenge ableiten kann, wird der Spannungspegel der VDDLV-Versorgung durch den Regler mit der höheren Regelungszielspannung gesteuert. Die Regelungszielspannungen des DC-DC-Schaltreglers 221 und des Linearreglers 218 können absichtlich oder wegen normaler Herstellungsvariationen verschieden sein.
Ungeachtet dessen wird der für dieses Ausführungsbeispiel angezeigte spezifizierte VDDLV-Pegel von etwa 1 V an die LV-Schaltungen 211 geliefert, wodurch der IC einschalten und die Firmware, das Benutzerprogramm oder den Benutzercode ausführen kann. Falls der IC wie in 6 gezeigt konfiguriert ist, wird die VDDHV-Versorgung immer noch durch den Überbrückungsschalter 227 auf DCDCIN gezogen werden und der DC-DC-Schaltregler 221 wird sich nicht nennenswert auf den Pegel der VDDHV-Versorgung auswirken, weil der Regler keine nennenswerte Strommenge ableiten kann.
Bei anderen Ausführungsformen, bei denen der DC-DC-Schaltregler 221 keine signifikante Strommenge ableiten kann, kann der DC-DC-Schaltregler 221 in einen Zustand einschalten, wo er den VDDHV-Pegel erfasst, und er versucht, auf eine gewissen Spannung zu regeln, die unter der von der Quelle 240 gelieferten erwarteten Mindestspannung liegt. Analog zu der oben erörterten Ausführungsform wird, falls der Überbrückungsschalter 227 ebenfalls aktiviert ist, der VDDHV-Versorgungspegel in diesem Beispiel auf 3 V gezogen, wodurch der IC 203 wie gewünscht einschalten kann. Wie zuvor würde der DC-DC-Schaltregler 221 das Einschalten des IC nicht stören, weil er nicht die Fähigkeit besitzen würde, einen nennenswerten Strom von der VDDHV-Versorgung abzuleiten.
Wenngleich Ausführungsbeispiele in der Figur mit einzelnen VDDHV- und VDDLV-Versorgungen gezeigt sind, können die offenbarten Techniken auf ICs mit mehreren HV- und/oder LV-Leistungspins oder -versorgungen angewendet werden. Einer oder mehrere der HV-Versorgungspins können an den DC-DC-Schaltregler 221 gekoppelt sein, während andere HV-Versorgungspins an die Quelle 240 (oder eine andere Stromquelle) gekoppelt bleiben können. Analog können einer oder mehrere der LV-Leistungspins an den DC-DC-Schaltregler 221 gekoppelt sein, während andere durch einen oder mehrere interne (oder externe) Regler oder Quellen bestromt bleiben können. Bei einigen Ausführungsformen könnte der IC mehrere der DC-DC-Schaltregler enthalten, wobei jeder DC-DC-Schaltregler eine andere (oder ähnliche) HV- oder LV-Versorgungsspannung generieren kann, wie gewünscht.
Weiterhin können einige Ausführungsformen mehrere Versorgungspins von der Hauptstromquelle (z. B. einer Batterie) bereitstellen. Beispielsweise kann der DC-DC-Schaltregler 221 Strom über einen oder mehrere Eingangsleistungspins empfangen, während der Überbrückungsschalter 227 an einen oder mehrere andere Leistungspins gekoppelt sein kann. Dies kann beispielsweise wünschenswert sein, um dazu beizutragen zu verhindern oder zu reduzieren, dass am Stromeingang des DC-DC während des Schaltens generiertes Rauschen durch den Überbrückungsschalter 227 direkt zur Hochspannungsversorgung gekoppelt wird.
Bei in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen sind mit dem DC-DC-Schaltregler 221 assoziierte Komponenten so dargestellt, dass sie sich außerhalb des IC 203 befinden (z. B. sind in 6–8 der Induktor 260 und die Kondensatoren 263 und 266 als Komponenten außerhalb des IC 203 gezeigt). Bei anderen Ausführungsformen jedoch könnten einige jener Komponenten in den IC 203 integriert oder mit ihm gekapselt sein.
Insbesondere können je nach Faktoren wie etwa Anwendung, Kostenziel, verfügbare Technologie, Spezifikationen wie etwa zulässige EMB und die Schaltfrequenz des DC-DC-Schaltreglers 221, einige oder alle solcher, mit dem DC-DC-Schaltregler 221 und/oder dem Linearregler 218 assoziierter Komponenten in den IC 203 integriert sein. Beispielsweise könnten bei relativ hohen Schaltfrequenzen und relativ niedrigen Leistungspegeln der Induktor und/oder die Kondensatoren in den IC 203 integriert sein, da die Schaltfrequenz des DC-DC-Schaltreglers 221 allgemein ein Faktor ist, der die Werte des Induktors und/oder der Kondensatoren diktiert.
Unter Bezugnahme auf die Figuren wird der Fachmann erkennen, dass die verschiedenen gezeigten Blöcke hauptsächlich die konzeptuellen Funktionen und den Signalfluss darstellen könnten. Die tatsächliche Schaltungsimplementierung könnte oder könnte nicht separat identifizierbare Hardware für die verschiedenen Funktionsblöcke enthalten und könnte oder könnte nicht die bestimmte gezeigte Schaltungsanordnung verwenden. Beispielsweise kann man die Funktionalität verschiedener Blöcke wie gewünscht zu einem Schaltungsblock kombinieren. Weiterhin kann man die Funktionalität eines einzelnen Blocks wie gewünscht in mehreren Schaltungsblöcken realisieren. Die Wahl der Schaltungsimplementierung hängt von verschiedenen Faktoren ab wie etwa bestimmtes Design und Leistungsspezifikationen für eine gegebene Implementierung. Andere Modifikationen und alternative Ausführungsformen zusätzlich zu jenen hier beschriebenen ergeben sich dem Durchschnittsfachmann. Dementsprechend lehrt die vorliegende Beschreibung den Fachmann, wie er die offenbarten Konzepte ausführen kann, und ist nur als veranschaulichend auszulegen.
Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sollten als veranschaulichende Ausführungsformen angesehen werden. Der Fachmann kann an der Gestalt, Größe und Anordnung von Teilen verschiedene Änderungen vornehmen, ohne von dem Schutzbereich der offenbarten Konzepte in diesem Dokument abzuweichen. Beispielsweise kann der Fachmann äquivalente Elemente für die hier dargestellten und beschriebenen substituieren. Zudem kann der Fachmann gewisse Merkmale der offenbarten Konzepte unabhängig von der Verwendung von anderen Merkmalen verwenden, ohne von dem Schutzbereich der offenbarten Konzepte abzuweichen.

Claims

Integrierte Schaltung (IC), die Folgendes umfasst: eine erste Schaltung, die von einer ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird, eine zweite Schaltung, die von einer zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird, wobei die zweite Versorgungsspannung einen niedrigeren Pegel als die erste Versorgungsspannung aufweist; und eine Leistungsmanagementschaltung, die einen DC-DC-Schaltregler umfasst, der an mehrere Pins des IC in einer vordefinierten Konfiguration gekoppelt ist, wobei die Leistungsmanagementschaltung die erste und zweite Versorgungsspannung zum Einschalten des IC in einer Default-Konfiguration ohne Kenntnis der vordefinierten Konfiguration liefert.
IC nach Anspruch 1, wobei bei der Default-Konfiguration eine an einen Eingangspin des IC gekoppelte externe Stromquelle selektiv gekoppelt ist, um die erste Versorgungsspannung zu liefern, ein Linearregler im IC selektiv gekoppelt ist, um die zweite Versorgungsspannung zu liefern, und der DC-DC-Schaltregler deaktiviert ist.
IC nach Anspruch 1 oder 2, wobei nach dem Einschalten des IC der DC-DC-Schaltregler konfiguriert ist zum Erfassen der ersten Versorgungsspannung; der DC-DC-Schaltregler konfiguriert ist zum Liefern der ersten Versorgungsspannung und der DC-DC-Schaltregler aktiviert ist, oder wobei nach dem Einschalten des IC der DC-DC-Schaltregler konfiguriert ist zum Erfassen der zweiten Versorgungsspannung; der DC-DC-Schaltregler konfiguriert ist zum Liefern der zweiten Versorgungsspannung und der DC-DC-Schaltregler aktiviert ist.
IC nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schaltung eine analoge oder Mischsignalschaltungsanordnung umfasst und/oder wobei die zweite Schaltung eine digitale Schaltungsanordnung umfasst.
IC nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Power-On-Reset-Schaltungsanordnung (POR-Schaltungsanordnung) zum Einschalten des IC in der Default-Konfiguration.
IC nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der DC-DC-Schaltregler einen Abwärtsregler umfasst und wobei der Linearregler einen Low-Drop-Regler (LDO – Low-Dropout) umfasst.
Verfahren zum Liefern von Strom an eine Schaltungsanordnung in einer integrierten Schaltung (IC), wobei die Schaltungsanordnung im IC eine erste Schaltung, die von einer ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird, und eine zweite Schaltung, die von einer zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird, die einen niedrigeren Pegel als die ersten Versorgungsspannung aufweist, und einen DC-DC-Schaltregler umfasst, der an mehrere Pins des IC in einer vordefinierten Konfiguration gekoppelt ist, wobei das Verfahren das Liefern der ersten und zweiten Spannung zum Einschalten des IC in einer Default-Konfiguration ohne Kenntnis der vordefinierten Konfiguration umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Liefern der ersten und zweiten Spannung zum Einschalten des IC in einer Default-Konfiguration weiterhin Folgendes umfasst: selektives Koppeln einer externen Stromquelle, die an einen Eingangspin des IC gekoppelt ist, um die erste Versorgungsspannung zu liefern; selektives Koppeln eines Linearreglers in dem IC, um die zweite Versorgungsspannung zu liefern; und Deaktivieren des DC-DC-Schaltreglers.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, weiterhin umfassend nach dem Einschalten des IC: Konfigurieren des DC-DC-Schaltreglers zum Erfassen der ersten Versorgungsspannung; Konfigurieren des DC-DC-Schaltreglers zum Liefern der ersten Versorgungsspannung; und Aktivieren des DC-DC-Schaltreglers, oder weiterhin umfassend nach dem Einschalten des IC: Konfigurieren des DC-DC-Schaltreglers zum Erfassen der zweiten Versorgungsspannung; Konfigurieren des DC-DC-Schaltreglers zum Liefern der zweiten Versorgungsspannung; und Aktivieren des DC-DC-Schaltreglers.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die erste Schaltung eine analoge oder Mischsignalschaltungsanordnung umfasst und wobei die zweite Schaltung eine digitale Schaltungsanordnung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der DC-DC-Schaltregler einen Abwärtsregler umfasst und wobei der Linearregler einen Low-Drop-Regler (LDO – Low-Dropout) umfasst.
Integrierte Schaltung (IC), die Folgendes umfasst: eine erste Schaltung, die von einer ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird, eine zweite Schaltung, die von einer zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird, wobei die zweite Versorgungsspannung einen niedrigeren Pegel als die erste Versorgungsspannung aufweist; und eine Leistungsmanagementschaltung, die einen DC-DC-Schaltregler und einen Linearregler umfasst, wobei in Abhängigkeit von den relativen Stromverbräuchen der ersten und zweiten Schaltung: (a) die erste Schaltung selektiv durch eine externe Stromquelle oder durch den DC-DC-Schaltregler mit Energie versorgt wird und (b) die zweite Schaltung selektiv durch den DC-DC-Schaltregler oder durch den Linearregler mit Energie versorgt wird.
IC nach Anspruch 12, wobei zum Reduzieren eines Gesamtstromverbrauchs die erste Schaltung durch den DC-DC-Schaltregler mit Energie versorgt wird und die zweite Schaltung durch den Linearregler mit Energie versorgt wird.
IC nach Anspruch 12 oder 13, wobei zum Reduzieren eines kollektiven Gesamtstromverbrauchs die erste Schaltung durch die externe Stromquelle mit Energie versorgt wird und die zweite Schaltung durch den DC-DC-Schaltregler mit Energie versorgt wird.
IC nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Verwendung des DC-DC-Schaltreglers in Abhängigkeit von den relativen Stromverbräuchen der ersten und zweiten Schaltung dynamisch verändert wird.
IC nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die erste Schaltung eine analoge oder Mischsignalschaltungsanordnung umfasst und/oder wobei die zweite Schaltung eine digitale Schaltungsanordnung umfasst.
IC nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der DC-DC-Schaltregler einen Abwärtsregler umfasst und wobei der Linearregler einen Low-Drop-Regler (LDO – Low-Dropout) umfasst.