DE102018214578A1

DE102018214578A1 - Dc-dc-wandler mit einer dynamisch angepassten lastkennlinie

Info

Publication number: DE102018214578A1
Application number: DE102018214578.4A
Authority: DE
Inventors: Fabio Ongaro; Michael Couleur
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2038-08-30
Also published as: CN109428488A; GB201914829D0; TW201914191A; US10644592B2; KR101943467B1; JP6637129B2; DE102018214578B4; GB2578007B; GB201814079D0; KR20190024918A; CN111262433B; US20190109537A1; CN111262433A; GB2578007A; KR102157951B1; CN109428488B; JP2019047719A; US10141841B1; TWI671989B; GB2566156A

Abstract

Es werden Systeme, Einrichtungen und Verfahren zum effizienten Erzeugen einer stabilen Ausgabe für eine Übergangslast für eine oder mehrere Komponenten beschrieben. In verschiedenen Ausführungsformen schließt ein Leistungswandler zwei Rückkopplungsschleifen ein, um die Stabilität und den äquivalenten Ausgangswiderstand zu trennen, was ermöglicht, dass die Bandbreite zunimmt. Die erste Schleife schließt einen Kompensator ein, der einen Ausgangsstrom eines Verstärkers empfängt. Zusätzlich erzeugen ein erster Wandler und ein erster Stromspiegel einen Zielstrom auf Grundlage des Ausgangsstroms des Verstärkers. Auf Grundlage des Zielstroms erzeugen mehrere Abwärtswandler eine Ausgangsspannung, die über einen Widerstand an den Verstärker zurückgeführt wird. Die zweite Schleife schließt einen zweiten Wandler mit einem Serien-RC-Filter erster Ordnung ein, um die Reaktionszeit der zweiten Schleife zu verringern. Ein zweiter Stromspiegel empfängt Strom von dem zweiten Wandler und erzeugt einen dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom, der durch den Widerstand in der ersten Schleife fließt.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Hierin beschriebene Ausführungsformen betreffen das Gebiet integrierter Schaltungen und genauer das effiziente Erzeugen einer stabilen Ausgabe für eine Übergangslast für eine oder mehrere Komponenten.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein Rechensystem, wie beispielsweise ein Halbleiterchip, schließt mehrere Komponenten ein, von denen jede fähig ist, Daten zu verarbeiten. Die mehreren Komponenten schließen Schnittstellen- und Funktionsblöcke oder -einheiten ein. In verschiedenen Ausführungsformen sind die mehreren Komponenten einzelne Bauteile auf einem System auf einem Chip (system on a chip (SOC)), einem Multichipmodul (MCM) oder einer Leiterplatte. Beispiele von Komponenten sind universelle Prozessoren mit einem oder mehreren Kernen in einer Zentraleinheit (central processing unit (CPU)), Prozessoren mit hochgradig paralleler Datenarchitektur mit einem oder mehreren Kernen in Grafikverarbeitungseinheiten (graphics processing units (GPUs)) und digitalen Signalprozessoren (digital signal processors (DSPs)), Anzeigesteuereinheiten, Audioverarbeitungskomponenten, Netzwerkkomponenten, Peripherieschnittstellensteuereinheiten, Speichersteuereinheiten und so weiter.
Eine Steuerlogik, wie beispielsweise eine Energieverwaltungseinheit, in dem Rechensystem ermittelt einen oder mehrere Betriebszustände für die verschiedenen Komponenten. Der Betriebszustand schließt eine Energieversorgungsspannung und eine Betriebstaktfrequenz ein. Eine Takterzeugerschaltlogik erzeugt verschiedene Taktsignale bei der einen oder den mehreren spezifizierten unterschiedlichen Frequenzen, wohingegen ein Energieverteilungsnetz die eine oder die mehreren spezifizierten unterschiedlichen Energieversorgungsspannungen bereitstellt. Dieses chipinterne Netzwerk verwendet Energieversorgungen und Regelungsschaltungen, um die spezifizierten unterschiedlichen Energieversorgungsspannungen zur Verwendung durch die Vorrichtungen innerhalb der Funktionseinheiten zu erzeugen. Zusätzlich verlässt sich das Netzwerk auf ein Paar chipinterner Ebenen, wobei eine Spannungsebene (Metallschicht) der Energieversorgungsspannung und eine andere Masseebene (Metallschicht) dem Massewert zugeordnet ist.
Die Zielausgangsspannung ändert sich, wenn sich die Betriebsmodi mit der Zeit ändern, und der Arbeitsbedarf bei einem gegebenen Betriebsmodus ändert sich mit der Zeit für die eine oder die mehreren Komponenten. Wenn Vorrichtungen in den Komponenten Strom aus den Energie- und Masseebenen ziehen, erzeugen die Änderungen des Strombedarfs sowohl einen Stromwiderstandsabfall (IR-Abfall) als auch einen Übergangsspannungsabfall. Obwohl die Dauer der Spannungsvariation temporär sein kann, verursacht die Spannungsvariation ein unzuverlässiges Verhalten für die Vorrichtungen, die die Variation verursachen, und benachbarte Vorrichtungen. Zusätzlich verringert sich für mobile Vorrichtungen ein von einer Batterie oder einem Akku bereitgestellter Spannungswert, wenn die gespeicherte Energie verbraucht wird.
Angesichts des Vorstehenden werden Verfahren und Mechanismen zum effizienten Erzeugen einer stabilen Ausgabe für eine Übergangslast für eine oder mehrere Komponenten erwünscht.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden Systeme und Verfahren zur Verwaltung von Betriebsmodi zum effizienten Erzeugen einer stabilen Ausgabe für eine Übergangslast für eine oder mehrere Komponenten betrachtet. In verschiedenen Ausführungsformen empfängt ein Leistungswandler eine Eingangsspannung und erzeugt eine Ausgangsspannung an einem Ausgangskondensator für eine oder mehrere Komponenten. In manchen Ausführungsformen sind die mehreren Komponenten einzelne Bauteile auf einem von einem System auf einem Chip (SOC). Der Leistungswandler schließt einen Verstärker zum Übermitteln eines Ausgangsstroms auf Grundlage eines Differenzspannungseingangs ein. In verschiedenen Ausführungsformen schließt der Leistungswandler zwei Rückkopplungsschleifen ein, die an einem der zwei Eingänge des Verstärkers enden. Die zwei Rückkopplungsschleifen trennen die Stabilität und den äquivalenten Ausgangswiderstand des Leistungswandlers, was es ermöglicht, die Bandbreite des Leistungswandlers zu erhöhen. Eine erste Schleife der zwei Rückkopplungsschleifen stellt den äquivalenten Ausgangswiderstand des Leistungswandlers bereit. Eine zweite Schleife der zwei Rückkopplungsschleifen stellt Stabilität für den Leistungswandler bereit. Durch Trennen des äquivalenten Ausgangswiderstands und der Stabilität werden sie jeweils unabhängige Parameter für den Leistungswandler.
In einer Ausführungsform schließt der Leistungswandler einen Operationstranskonduktanzverstärker (operational transconductance amplifier (OTA)) und eine erste Rückkopplungsschleife ein, die einen Kompensator einschließt. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Kompensator einer von zwei Typen sein. In einer Ausführungsform kann der Kompensator von einem ersten Typ sein, der einen Ursprungspol, eine Null, einen Hochfrequenzpol und eine Phasenverstärkung, die 90 Grad erreicht, bereitstellt, um manchen der Verstärkungen und Phasen, die in der Übertragungsfunktion enthalten sind, entgegenzuwirken. Beispielsweise kann der erste Kompensatortyp ein Kompensator vom Typ II sein, der zwei Pole und eine Null sowie die Orte der zwei Pole und der einen Null und zusätzlich die Phasenverstärkung, die 90 Grad erreicht, bereitstellt. Alternativ kann der Kompensator von einem zweiten Typ sein, der zwei Pole, zwei Nullen und eine Phasenverstärkung von mehr als 90 Grad bereitstellt. Beispielsweise kann der zweite Kompensatortyp ein Kompensator vom Typ III sein.
Der Kompensator erzeugt eine Spannung auf Grundlage des Ausgangsstroms des OTA. Die erste Rückkopplungsschleife schließt auch einen Transistor mit einem Gate-Anschluss, der die erzeugte Spannung empfängt, ein. Da der Transistor auf Grundlage der erzeugten Spannung einen Strom auf dem Drain-Anschluss empfängt, ist der Transistor ein Wandler, der die erzeugte Spannung in den Strom umwandelt. Der Strom ist ein Referenzstrom für einen ersten Stromspiegel. Der Stromquellentransistor des ersten Stromspiegels sendet einen Zielstrom proportional zu dem Referenzstrom zu einem oder mehreren Gleichstrom-Gleichstrom(DC-DC)-Abwärtswandlern. In manchen Ausführungsformen ist jeder DC-DC-Abwärtswandler ein Strommodus-Abwärtswandler. In einer Ausführungsform sind zwei oder mehr DC-DC-Abwärtswandler parallel geschaltet, um einen Mehrphasen-DC-DC-Abwärtswandler bereitzustellen. Die Schaltfrequenz der einzelnen DC-DC-Abwärtswandler ist phasenverschoben zueinander, was zur Aufhebung der in Eingangs- und Ausgangsfiltern fließenden Wellenströme führt. Der eine oder die mehreren DC-DC-Abwärtswandler erzeugen jeweilige Spulenströme, die verwendet werden, um eine einzelne Ausgangskapazität zu laden, die auf Grundlage des empfangenen Zielstroms eine Ausgangsspannung erzeugt.
Die Ausgangsspannung wird durch einen Widerstand an einen Eingang des OTA zurückgegeben. Der Widerstand empfängt auch einen dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom, der von einer zweiten Rückkopplungsschleife geliefert wird. Der dynamisch angepasste Rückkopplungsstrom erzeugt einen Spannungsabfall über dem Widerstand zwischen dem Eingang des Verstärkers und der Ausgangsspannung. Daher ist die an einem Eingang des OTA empfangene Rückkopplungsspannung größer als die Ausgangsspannung. Die Rückkopplungsspannung wird durch den OTA mit einer Referenzspannung verglichen.
Die zweite Rückkopplungsschleife empfängt die Spannung, die durch den Kompensator (erster Typ oder zweiter Typ, z. B. ein Typ II oder III wie vorstehend erwähnt) in der ersten Rückkopplungsschleife erzeugt wird. Ein weiterer Transistor empfängt die erzeugte Spannung an einem Gate-Anschluss durch ein Serienwiderstandskondensator(RC)-Filter erster Ordnung. Das RC-Filter bewirkt, dass eine Reaktionszeit der zweiten Schleife größer als eine Reaktionszeit der ersten Schleife ist. Da der Transistor auf Grundlage der erzeugten Spannung einen Strom auf dem Drain-Anschluss empfängt, ist der Transistor ebenfalls ein Wandler, der die erzeugte Spannung in den Strom umwandelt, der durch den Drain-Anschluss fließt. Der Strom ist ein Referenzstrom für einen zweiten Stromspiegel. Der zweite Stromspiegel weist mehrere Stromquellentransistoren auf, die jeweils mit einem Schalter verbunden sind. Einer oder mehrere der mehreren Stromquellentransistoren, die mit geschlossenen Schaltern verbunden sind, erzeugen den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom auf Grundlage des Referenzstroms des zweiten Stromspiegels.
Eine Steuerlogik in der zweiten Rückkopplungsschleife öffnet und schließt Schalter für die mehreren Stromquellentransistoren in einer Weise, um den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom als Reaktion darauf zu erhöhen, dass festgestellt wird, dass eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung und einer Zielspannung zunimmt. Die Steuerlogik stellt das Öffnen und Schließen der Schalter auf eine Weise ein, um den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom als Reaktion darauf zu verringern, dass festgestellt wird, dass eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung und einer Zielspannung zunimmt.
Diese und andere Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und Zeichnungen weiter ersichtlich.
Figurenliste
Die vorstehenden und weiteren Vorteile der Verfahren und Mechanismen können besser verstanden werden, indem auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:

1 ein Blockdiagramm einer bestimmten Ausführungsform von Verstärkern mit Rückkopplungsschleifen ist;
2 ein Blockdiagramm einer bestimmten Ausführungsform eines Leistungswandlers ist;
3 ein Flussdiagramm einer bestimmten Ausführungsform eines Verfahrens zum effizienten Erzeugen einer stabilen Ausgabe für eine Übergangslast für eine oder mehrere Komponenten ist;
4 ein Blockdiagramm einer bestimmten Ausführungsform einer integrierten Schaltung ist;
5 ein Blockdiagramm einer bestimmten Ausführungsform eines Systems ist.

Während die in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen verschiedenen Abänderungen und alternativen Formen unterliegen können, sind spezifische Ausführungsformen davon beispielhaft in den Zeichnungen wiedergegeben und werden hierin detailliert beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung hierzu nicht die Ausführungsformen der besonderen offenbarten Form einschränken sollen, sondern dass diese im Gegenteil dazu beabsichtigt ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die innerhalb des Grundgedankens und Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche sind. Wie in dieser Anmeldung verwendet, wird das Wort „können“ in einem zulassenden Sinn verwendet (d.h. es bedeutet, dass eine Möglichkeit für etwas besteht) und nicht im obligatorischen Sinn (d.h. „müssen“ bedeutet). Gleichermaßen haben die Wörter „einschließen“, „einschließend“, „einschließlich“, „schließt ein“, die Bedeutung von „einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf“.
Verschiedene Einheiten, Schaltungen oder andere Komponenten können als zum Durchführen einer oder mehrerer Aufgaben „konfiguriert“ beschrieben sein. In solchen Kontexten ist „konfiguriert zu“ eine weit gefasste Anführung einer Struktur, die allgemein bedeutet „Schaltlogik besitzend, die“ die Aufgabe oder Aufgaben während des Betriebs durchführt. Insofern kann die Einheit/Schaltung/Komponente konfiguriert sein, die Aufgabe durchzuführen, auch wenn die Einheit/Schaltung/Komponente derzeit nicht eingeschaltet ist. Im Allgemeinen kann die Schaltlogik, welche die Struktur entsprechend „konfiguriert zu“ bildet, Hardwareschaltungen einschließen. Gleichermaßen können der Zweckmäßigkeit in der Beschreibung wegen verschiedene Einheiten/Schaltungen/Komponenten als eine Aufgabe oder Aufgaben durchführend beschrieben werden. Solche Beschreibungen sollten so interpretiert werden, als würden sie den Ausdruck „konfiguriert zu“ einschließen. Das Nennen einer Einheit/Schaltung/Komponente, die konfiguriert ist, eine oder mehrere Aufgaben durchzuführen, soll sich ausdrücklich nicht auf 35 U.S.C. § 112 (f) für diese Einheit/Schaltung/Komponente beziehen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen bereitzustellen. Der Fachmann sollte jedoch erkennen, dass die Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden könnten. In manchen Fällen sind allgemein bekannte Schaltungen, Strukturen und Techniken der Einfachheit der Veranschaulichung wegen nicht im Detail gezeigt, um ein Verschleiern der Beschreibung der Ausführungsformen zu vermeiden.
Unter Hinwendung zu 1 wird nun ein verallgemeinertes Blockdiagramm einer bestimmten Ausführungsform von Verstärkern mit Rückkopplungsschleifen gezeigt. In der veranschaulichten Ausführungsform empfängt ein Verstärker 120 eine oder mehrere Eingaben 110 und erzeugt eine Verstärkerausgabe 122. Die Schleife 130 empfängt die Verstärkerausgabe 122 und erzeugt die Spannungsausgabe Vout 132, die den Ausgangskondensator Cout 134 auflädt. Außerdem sendet die Schleife 130 Rückkopplungsinformationen 136 an die Eingaben 110. Jedes der Verstärkung A1 des Verstärkers 120 und der Schleife 130 beeinflusst zusätzlich zu der Stabilität den äquivalenten Ausgangswiderstand der Schaltung.
Die Bandbreite (bandwidth (BW)) der linken Schaltung ist durch den folgenden Ausdruck gegeben: $B W = 1 / (2 π \times R o u t \times C o u t)$
Die Ausgangskapazität Cout 134 ist relativ fest und von der einen oder den mehreren Komponenten abhängig, die mit dem Ausgangsknoten verbunden sind. In einer Ausführungsform ist eine relativ hohe Bandbreite erwünscht, um eine stabile Ausgabe für eine Übergangsausgangslast zu erzeugen. Zum Beispiel ist die Schaltung so ausgelegt, dass sie eine stabile Vout 132 am Ausgang Cout aufrechterhält, obwohl sich die von der Last gezogene Strommenge ändert. Die Bandbreite ist jedoch durch die Schaltfrequenz der Schaltung und die Nyquist-Frequenz der Schaltung begrenzt. Daher ist, wie in dem obigen Ausdruck zu sehen ist, der äquivalente Ausgangswiderstand Rout ebenfalls begrenzt, was die Fähigkeit der Schaltung begrenzt, eine stabile Vout 132 auf dem Ausgang Cout bei Vorliegen einer Übergangsstromaufnahme am Ausgang aufrechtzuerhalten.
In einer Ausführungsform ist der Verstärker 120 ein Operationstranskonduktanzverstärker (OTA) mit einer Verstärkung (gm) gleich A1. Die Verstärkung ist relativ klein, um die Stabilität zu erhöhen, was auch die Genauigkeit des Aufrechterhaltens einer stabilen Vout 132 bei Vorliegen einer Übergangsstromaufnahme am Ausgang begrenzt. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Schaltung auf der linken Seite ein mehrphasiger Leistungswandler. In manchen Ausführungsformen schließt die Schleife 130 einen Stromspiegel zum Übersetzen des Ausgangsstroms des OTA in einen Zielstrom ein. Ein oder mehrere Gleichstrom-Gleichstrom-Abwärtswandler (DC-DC-Abwärtswandler) empfangen den Zielstrom und eine Eingangsspannung. Der eine oder die mehreren DC-DC-Abwärtswandler erzeugen die Ausgangsspannung Vout 132.
In manchen Ausführungsformen ist jeder des einen oder der mehreren DC-DC-Abwärtswandler ein Strommodus-Abwärtswandler. In einer Ausführungsform ist jeder DC-DC-Abwärtswandler ein Abwärtswandler. In einer bestimmten Ausführungsform sind zwei oder mehr DC-DC-Abwärtswandler parallel geschaltet, um einen Mehrphasen-DC-DC-Abwärtswandler bereitzustellen. Die Schaltfrequenz der einzelnen DC-DC-Abwärtswandler ist phasenverschoben zueinander, was zur Aufhebung der in Eingangs- und Ausgangsfiltern fließenden Wellenströme führt. Die Schleife 130 gibt auch entweder Vout 132 oder einen Spannungswert auf Grundlage von Vout 132 als Rückkopplungsinformation 136 an die Eingaben 110 zurück. In einer Ausführungsform schließen die Eingaben 110 eine Referenzspannung und eine Rückkopplungsspannung von der Schleife 130 ein. Der OTA 120 erzeugt den Ausgangsstrom auf Grundlage der Differenzspannungseingabe.
Die Schleife 130 und die Rückkopplungsinformation 136 stellen eine Vielseitigkeit zusätzlich zur Funktionalität bereit, verringern aber auch die Stabilität. Wenn die Verstärkung A1 des Verstärkers 120 zunimmt, verringert sich der obere Schwellenwert der Eingaben 110, und wenn er erreicht ist, kann der Verstärkerausgang 122 in Sättigung gehen, was die Stabilität der Schaltung verringert. Die Stabilität wird typischerweise darauf bezogen, dass der Ausgang Vout 132 einen nicht-oszillierenden Zustand erreicht. Jedoch treten unerwünschte Eigenschaften, wie beispielsweise ein schlechtes Phasenansprechverhalten, ein Überschwingen und ein Klingeln auf, bevor eine Oszillation auftritt. Entwickler bestimmen Schwellenwerte für eine oder mehrere dieser Eigenschaften, wenn sie Stabilität für die Schaltung definieren. Ungeachtet dessen wird die Fähigkeit, Vout 132 trotz wechselnder Stromlasten als relativ stabilen Ausgangswert aufrechtzuerhalten, leichter erreicht, wenn sich der äquivalente Ausgangswiderstand ändern kann, ohne die Stabilität zu beeinflussen.
Wenn die Schaltung als ein Leistungswandler verwendet wird, wird der äquivalente Ausgangswiderstand auch als eine Lastkennlinie bezeichnet. In manchen Fällen ist keine Lastkennlinie erwünscht, wie beispielsweise für Stromschienen, bei denen die Zielausgangsspannung festgelegt ist und es erwünscht ist, Vout 132 unabhängig von einer sich ändernden Stromaufnahme durch externe Komponenten auf der Zielspannung zu halten. Solch eine Bedingung verringert Rout in dem obigen Ausdruck auf 0 und ändert BW auf einen unendlichen Wert. Ein Versuch, die zusätzliche Flexibilität zu erreichen, ist in der rechten Schaltung gezeigt. Wie gezeigt, wird der Verstärker 120 durch den Verstärker 150 ersetzt, der eine Verstärkung A2 aufweist, die größer als die Verstärkung A1 ist. Außerdem wird die Schleife 130 durch die Schleife 160 ersetzt, und eine zweite Schleife, die als Schleife 140 gezeigt ist, wird hinzugefügt.
In manchen Ausführungsformen schließt die Schleife 160 Komponenten ein, um eine Sättigung des Verstärkerausgangs 152 und von Vout 132 zu verhindern. Eine weitere Beschreibung dieser Komponenten wird kurz bereitgestellt. Die Schleife 160 sendet Rückkopplungsinformationen 166 an die Eingaben 110. Die Schleife 140 sendet Rückkopplungsinformationen 142 an die Eingaben 110. In verschiedenen Ausführungsformen schließt die Schleife 140 Komponenten ein, um eine Reaktionszeit der zweiten Schleife zu erzeugen, die größer als eine Reaktionszeit der ersten Schleife ist. In einer Ausführungsform definiert die Schleife 160 die Lastkennlinie der Schaltung, während die Schleife 140 die Stabilität der Schaltung aufrechterhält.
Nun Bezug nehmend auf 2 ist ein verallgemeinertes Blockdiagramm einer bestimmten Ausführungsform eines Leistungswandlers 200 gezeigt. In verschiedenen Ausführungsformen empfängt der Leistungswandler 200 eine Eingangsspannung 292 und erzeugt eine Ausgangsspannung Vout 250 an dem Ausgangskondensator 252. Der Leistungswandler 200 schließt einen Verstärker 206 zum Übermitteln eines Ausgangsstroms an den Knoten 208 auf Grundlage eines Differenzspannungseingangs ein. Wie gezeigt, sind die Eingaben eine Referenzspannung 204 und eine Rückkopplungsspannung 254 auf Grundlage der Ausgangsspannung Vout 250. In einer Ausführungsform ist der Verstärker 206 ein Fehlerverstärker, der die Referenzspannung 204 und die Rückkopplungsspannung 254 vergleicht. Der Verstärker 206 verstärkt die Differenz an den Eingängen und erzeugt einen Ausgangsstrom auf Grundlage der verstärkten Differenz. Daher ist der Verstärker 206 in verschiedenen Ausführungsformen ein Operationstranskonduktanzverstärker (OTA). Ein OTA ist ein offener Schleifenverstärker ohne lokale Rückkopplung, um Stabilität bereitzustellen. Daher wird von außen eine Rückkopplung bereitgestellt, um Stabilität bereitzustellen. In verschiedenen Ausführungsformen schließt der Leistungswandler 200 zwei Rückkopplungsschleifen zum Erzeugen der Rückkopplungsspannung 254 ein. Die beiden Rückkopplungsschleifen trennen die Stabilität und den äquivalenten Ausgangswiderstand des Leistungswandlers 200, was ermöglicht, dass die Bandbreite des Leistungswandlers 200 zunimmt. Eine erste Schleife der zwei Rückkopplungsschleifen stellt den äquivalenten Ausgangswiderstand des Leistungswandlers 200 bereit. Eine zweite Schleife der zwei Rückkopplungsschleifen stellt Stabilität für den Leistungswandler 200 bereit. Daher sind der äquivalente Ausgangswiderstand und die Stabilität unabhängige Parameter für den Leistungswandler, wenn die zweite Schleife hinzugefügt wird.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Kompensation zu einem Fehlerverstärker, wie beispielsweise dem Verstärker 206, hinzugefügt, um Phasen entgegenzuwirken, die in der Übertragungsfunktion der Regelung einer geschlossenen Schleife zur Ausgabe eingeschlossen sind, was die Stabilität verringern könnte. Deshalb bezieht sich ein Kompensator, wie er hierin verwendet wird, auf eine Schaltlogik, die konfiguriert ist, eine Phasenverstärkung durch Hinzufügen eines oder mehrerer Pole und Nullen in der Übertragungsfunktion einer geschlossenen Schleife bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann der Kompensator von einem ersten Typ sein, der einen Ursprungspol, eine Null und einen Hochfrequenzpol sowie die Orte der zwei Pole und zusätzlich eine Phasenverstärkung, die 90 Grad erreicht, bereitstellt. Zum Beispiel kann der erste Kompensatortyp ein Kompensator vom Typ II sein. Der Kompensator vom Typ II schließt eine Serienkombination aus einem Kondensator und einem Widerstand zwischen dem Ausgang des OTA und einer Massereferenz ein. Zusätzlich schließt der Kompensator vom Typ II einen Kondensator parallel zu der Serienkombination ein.
Alternativ kann der Kompensator von einem zweiten Typ sein, der zwei Pole, zwei Nullen und eine Phasenverstärkung zwischen 90 Grad und 180 Grad bereitstellt. Beispielsweise kann der zweite Kompensatortyp ein Kompensator vom Typ III sein. Der Kompensator vom Typ III schließt eine erste Serienkombination aus einem Kondensator und einem Widerstand zwischen dem Ausgang des OTA und einem Eingang des OTA ein. Zusätzlich schließt der Kompensator vom Typ III einen Kondensator parallel zu der ersten Serienkombination ein. Ferner schließt der Kompensator vom Typ III eine zweite Serienschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator zwischen der Energieversorgung und dem Eingang des OTA sowie einen Widerstand parallel zu der zweiten Serienschaltung ein.
In manchen Ausführungsformen erzeugt der Kompensator 210 eine Spannung auf Grundlage des Ausgangsstroms des Verstärkers 206. Wie gezeigt, ist der Kompensator 210 ein Kompensator vom Typ II für den Verstärker 206. Wie gezeigt, schließt der Kompensator 210 einen Kondensator 212 in Serie mit einem Widerstand 214 ein. Außerdem schließt der Kompensator 210 einen zweiten Kondensator 216 parallel zu der Serienkombination aus dem Kondensator 212 und dem Widerstand 214 ein. In anderen Ausführungsformen ist der Kompensator 210 ein Kompensator vom Typ III für den Verstärker 206.
Der Wandler 220 ist ein Spannungs-Strom-Wandler (V-I-Wandler), der die von dem Kompensator 210 erzeugte Spannung empfängt und den Referenzstrom 226 auf Grundlage der empfangenen Spannung erzeugt. Wie gezeigt, schließt der Wandler 220 einen Transistor 222 und einen Widerstand 224 ein. Wie gezeigt, ist der Transistor 222 ein Feldeffekttransistor vom n-Typ (nfet), der die erzeugte Spannung an seinem Gate-Anschluss empfängt. Außerdem fließt der Referenzstrom 226 durch seinen Drain-Anschluss. In einer Ausführungsform ist der Referenzstrom 226 proportional zu der Spannung an dem Gate-Anschluss des Transistors 222 geteilt durch den Widerstand des Widerstands 224. Der Referenzstrom 226 ist der Referenzstrom für den Stromspiegel, der durch Transistoren 228 und 230 gebildet wird. Jeder der Transistoren 228 und 230 ist ein Feldeffekttransistor vom p-Typ (pfet). Der Transistor 228 ist ein diodenverbundener Transistor für den Stromspiegel, der den Referenzstrom 226 empfängt. Die Source-Anschlüsse der Transistoren 228 und 230 sind mit der Versorgungsspannung VDD 290 verbunden.
Der Transistor 230 ist ein Stromquellentransistor für den Stromspiegel. Wenn die Vorrichtungsbreiten des diodenverbundenen Transistors 238 des Stromspiegels und des Stromquellentransistors 230 des Stromspiegels übereinstimmen, ist der Zielstrom 232 gleich dem Referenzstrom 226. Bei einem Nicht-Einheitsverhältnis zwischen den Vorrichtungsbreiten ist der Zielstrom 232 eine skalierte Version des Referenzstroms 226 auf Grundlage des Nicht-Einheitsverhältnisses. Eine skalierte Version eines gegebenen Stroms in einem Stromspiegel ist ein Strom mit einer kleineren oder größeren Stromstärke verglichen mit dem gegebenen Strom. In einer bestimmten Ausführungsform ist sie größer (z. B. zweimal usw.). In einer anderen Ausführungsform ist sie kleiner (z. B. halb usw.). In einer Ausführungsform ist die skalierte Version des gegebenen Stroms ein Strom, der gleich dem gegebenen Strom multipliziert mit der Vorrichtungsbreite des Stromquellentransistors des Stromspiegels geteilt durch die Vorrichtungsbreite des diodenverbundenen Transistors des Stromspiegels ist. Wenn zum Beispiel die Vorrichtungsbreite des Stromquellentransistors 230 zweimal so groß ist wie die Vorrichtungsbreite des diodenverbundenen Transistors 228, dann ist der Zielstrom 232 zweimal so groß wie die Stromstärke des Referenzstroms 226.
Mehrere Gleichstrom-Gleichstrom(DC-DC)-Abwärtswandler 234 bis 238 empfangen den Zielstrom 232 und erzeugen die Ausgangsspannung Vout 250 auf Grundlage des Zielstroms 232 und der Eingangsspannung VIN 292. In manchen Ausführungsformen wird die Eingangsspannung VIN 292 von einer Wechselstrom(AC)- zu einer Gleichstrom(DC)-Energieversorgung gesendet, und Vout 250 ist ein Bruchteil von VIN 292, auf Grundlage des Arbeitszyklus innerhalb der DC-DC-Abwärtswandler 234 bis 238. Jeder der Abwärtswandler 234 bis 238 erzeugt einen jeweiligen der Spulenströme 244 bis 248, der durch eine jeweilige der Spulen 240 bis 243 fließt. Die Summe der Spulenströme 244 bis 248 lädt den Ausgangskondensator Cout 252 auf Vout 250.
Die effektive Schaltfrequenz wird mit der Anzahl der Phasen multipliziert, während die Last durch die Anzahl der Phasen geteilt wird. Das Erhöhen der Anzahl der Abwärtswandler 234 bis 238 verringert den Wellenstrom in Eingangs- und Ausgangsfiltern, wie beispielsweise LC-Tiefpassfiltern, was die Übergangsreaktion verbessert, erhöht aber auch die Gestaltungskomplexität und die Layoutschwierigkeit. In verschiedenen Ausführungsformen ist jeder der Abwärtswandler 234 bis 238 ein Strommodus-Abwärtswandler. In manchen Ausführungsformen ist jeder Abwärtswandler ein Abwärtswandler und der Leistungswandler 200 ist ein Mehrphasen-Abwärtswandler. In manchen Ausführungsformen sind die mehreren DC-DC-Abwärtswandler 234 bis 238 parallel geschaltet, wie gezeigt, um einen mehrphasigen DC-DC-Abwärtswandler bereitzustellen. Die Schaltfrequenz jedes einzelnen der DC-DC-Abwärtswandler 234 bis 238 ist phasenverschoben in Bezug aufeinander, was in einer Aufhebung der Wellenströme resultiert, die in Eingangs- und Ausgangsfiltern fließen.
Die Ausgangsspannung Vout 250 wird durch einen Widerstand 202 an einen Eingang des Verstärkers 206 zurückgegeben. Der Widerstand 202 empfängt auch einen dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom 294, der von einem anderen Stromspiegel geliefert wird. Der dynamisch angepasste Rückkopplungsstrom 294 erzeugt einen Spannungsabfall über dem Widerstand 202. Daher ist die Rückkopplungsspannung 254 größer als Vout 250. Die Rückkopplungsspannung 254 wird durch den Verstärker 206 mit der Referenzspannung 204 verglichen.
Ähnlich zum Wandler 220 empfängt ein Wandler 270 eine Spannung auf Grundlage der durch den Kompensator 210 erzeugten Spannung. Jedoch empfängt der Wandler 270 die erzeugte Spannung über einen Serienwiderstandskondensatorfilter (RC-Filter) erster Ordnung 260. Das RC-Filter 260 schließt einen Widerstand 262 und einen Kondensator 264 ein. Das RC-Filter 260 erzeugt eine Reaktionszeit der zweiten Schleife, die größer als eine Reaktionszeit der ersten Schleife ist. Die zweite Schleife beginnt mit der durch den Kompensator 210 erzeugten Spannung und schließt das RC-Filter 260, den Wandler 270 und den Stromspiegel, der den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom 294 erzeugt, ein. Die erste Schleife beginnt mit dem Wandler 220 und schließt den Stromspiegel, der den Zielstrom 232 erzeugt, die mehreren Abwärtswandler 234 bis 238 und den Widerstand 202 ein. Die erste Schleife stellt die Lastkennlinie oder den äquivalenten Ausgangswiderstand des Wandlers 200 bereit. Die zweite Schleife stellt Stabilität für den Wandler 200 bereit. Daher sind die Lastkennlinie und Stabilität unabhängige Parameter für den Wandler 200.
Der Wandler 270 ist ein Spannungs-Strom-Wandler (V-I-Wandler), der die durch den Kompensator 210 erzeugte Spannung empfängt, nachdem sie durch das RC-Filter 260 gelaufen ist. Wie gezeigt, schließt der Wandler 270 einen Transistor 272 und einen Widerstand 274 ein. Der Transistor 272 ist ein nfet, der die Ausgabe des RC-Filters 260 auf seinem Gate-Anschluss empfängt, und der Referenzstrom 276 fließt durch seinen Drain-Anschluss. Der Referenzstrom 276 ist der Referenzstrom für den Stromspiegel, der durch die Transistoren 278 bis 282 gebildet wird. Jeder der Transistoren 278 bis 282 ist ein pfet. Die Source-Anschlüsse der Transistoren 278 bis 282 sind mit der Versorgungsspannung VDD 290 verbunden.
Der Transistor 278 ist ein diodenverbundener Transistor für den Stromspiegel. Dieser Stromspiegel weist mehrere Stromquellentransistoren 280 bis 282 auf, die jeweils mit einem Schalter verbunden sind. Zum Beispiel ist der Transistor 280 mit dem Schalter S1 284 verbunden. Der Transistor 282 ist mit dem Schalter S2 286 verbunden. Der Stromspiegel kann eine beliebige Anzahl von Stromquellentransistoren und Schaltern einschließen. Wenn einer oder mehrere der mehreren Stromquellentransistoren 280 bis 282 mit einem entsprechenden geschlossenen Schalter verbunden sind, erzeugen diese Stromquellentransistoren den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom 294 auf Grundlage des Referenzstroms 276.
Ähnlich zu dem Stromspiegel, der den Zielstrom 232 erzeugt, entspricht der dynamisch angepasste Rückkopplungsstrom 294 dem Referenzstrom 276, wenn die Vorrichtungsbreite des diodenverbundenen Transistors 278 mit der Summe der Vorrichtungsbreiten des einen oder der mehreren Stromquellentransistoren 280 bis 282 übereinstimmt, die mit einem geschlossenen Schalter verbunden sind. Mit einem Nicht-Einheitsverhältnis zwischen der Vorrichtungsbreite des diodenverbundenen Transistors 278 und der Summe der Vorrichtungsbreiten des einen oder der mehreren Stromquellentransistoren 280 bis 282, die mit einem geschlossenen Schalter verbunden sind, ist der dynamisch angepasste Rückkopplungsstrom 294 eine skalierte Version des Referenzstroms 276 auf Grundlage des Nicht-Einheitsverhältnisses.
Eine Steuerlogik (nicht gezeigt) öffnet und schließt die Schalter 284 bis 286 auf eine Weise, um den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom 294 als Reaktion darauf zu erhöhen, dass festgestellt wird, dass eine Differenz zwischen der Vout 250 und einer Zielspannung zunimmt. Der Leistungswandler 200 beruht darauf, die Zielspannung aufrechtzuerhalten, aber wenn sich der von einer oder mehreren Komponenten, die Vout 250 empfangen, gezogene Strom ändert, kann sich die Ausgangsspannung Vout 250 ändern. Die erste Schleife regelt Vout 250 und gibt sie an die Zielspannung zurück. Die zweite Schleife hält die Stabilität aufrecht, indem sie eine Oszillation von Vout 250 aufgrund der relativ hohen Verstärkung des Verstärkers 206 verhindert. Die Steuerlogik passt das Öffnen und Schließen der Schalter 284 bis 286 auf eine Weise an, um den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom 294 als Reaktion darauf zu verringern, dass festgestellt wird, dass eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung und einer Zielspannung abnimmt.
Nun Bezug nehmend auf 3 wird ein verallgemeinertes Flussdiagramm einer bestimmten Ausführungsform eines Verfahrens 300 zum effizienten Erzeugen einer stabilen Ausgabe für eine Übergangslast für eine oder mehrere Komponenten gezeigt. Zur Erläuterung sind die Schritte in dieser Ausführungsform in sequentieller Reihenfolge gezeigt. Jedoch können in anderen Ausführungsformen manche Schritte in einer anderen Reihenfolge als gezeigt auftreten, manche Schritte können gleichzeitig durchgeführt werden, manche Schritte können mit anderen Schritten kombiniert werden, und manche Schritte können fehlen.
Ein erster Strom wird auf Grundlage einer Differenzspannungseingabe an einem Verstärker mit relativ hoher Verstärkung eines Leistungswandlers erzeugt (Block 302). Eine erste Spannung wird auf Grundlage des ersten Stroms erzeugt (Block 304). Zum Beispiel erzeugt ein OTA den ersten Strom als einen Ausgangsstrom, und ein Kompensator erzeugt die erste Spannung auf Grundlage des ersten Stroms. In manchen Ausführungsformen ist der Kompensator ein Kompensator vom Typ II für den OTA. Die erste Spannung wird in einer ersten Rückkopplungsschleife in einen Zielstrom umgewandelt (Block 306). Zum Beispiel schließt die erste Schleife einen Spannungs-Strom-Wandler, gefolgt von einem Stromspiegel, ein.
Der Zielstrom wird an Steuerungen von einem oder mehreren DC-DC-Abwärtswandlern gesendet (Block 308). Der eine oder die mehreren DC-DC-Abwärtswandler erzeugen die Ausgangsspannung des Leistungswandlers basierend auf zumindest dem Zielstrom (Block 310). Die Ausgangsspannung wird an einen Eingang des Verstärkers gesendet (Block 312). In manchen Ausführungsformen wird ein Vorwiderstand verwendet, um die Rückkopplungsspannung, die in den Verstärker eingegeben wird, über die Ausgangsspannung zu erhöhen.
In manchen Ausführungsformen tritt Block 314 gleichzeitig mit Block 306 auf, da die zweite Rückkopplungsschleife zu einer ähnlichen Zeit wie die erste Rückkopplungsschleife beginnt. Die erste Spannung, die von dem Kompensator ausgegeben wird, wird in einen Referenzstrom umgewandelt (Block 314). Beispielsweise schließt die erste Schleife einen Spannungs-Strom-Wandler, gefolgt von einem Stromspiegel, ein. Jedoch schließt der Spannungs-Strom-Wandler ein Serien-RC-Filter erster Ordnung ein, das die Reaktionszeit der zweiten Schleife so erzeugt, dass sie größer als die Reaktionszeit der ersten Schleife ist. Daher kann die erste Schleife schnell beginnen, die Ausgangsspannung des Leistungswandlers zu regeln, und eine kurze Zeit später stellt die zweite Schleife sicher, dass keine Oszillation auftritt und die Stabilität aufrechterhalten bleibt.
Der Stromspiegel in der zweiten Schleife schließt mehrere Stromquellentransistoren ein, die jeweils mit einem Schalter verbunden sind. Die Vorrichtungsbreiten und die Steuerung der Schalter werden verwendet, um einen dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom auf Grundlage des Referenzstroms in der zweiten Schleife zu erzeugen und einzustellen (Block 316). In manchen Ausführungsformen fließt der dynamisch angepasste Rückkopplungsstrom durch den Vorwiderstand in der ersten Schleife, der die Rückkopplungsspannung einstellt, die am Eingang des Verstärkers erscheint (Block 318).
Nun Bezug nehmend auf 4 wird ein verallgemeinertes Blockdiagramm einer bestimmten Ausführungsform einer integrierten Schaltung (integrated circuit (IC)) 400 gezeigt. Wie gezeigt, wandelt ein Wechselstrom(AC)-Gleichstrom(DC)-Wandler 402 eine AC-Spannung in eine DC-Spannung um und sendet die DC-Spannung an einen Wandler 404, der ein DC-DC-Wandler ist. Der Wandler 404 sendet eine DC-Spannung an die IC 410. In verschiedenen Ausführungsformen empfängt die IC 410 einen 12-V-Bus. Jeder der Leistungswandler 420 und 422 empfängt die Ausgabe des Wandlers 404 und erzeugt eine entsprechende Ausgangsspannung für eine oder mehrere Komponenten auf der IC 410. In manchen Ausführungsformen stellt eine Energieverwaltungseinheit (nicht gezeigt) Steuersignale für die Stromwandler 420 und 422 bereit, um die Betriebsspannung für Komponenten auf der IC 410 einzustellen.
In der veranschaulichten Ausführungsform schließt die IC 410 eine Struktur (fabric) 430 für Verbindungen auf hoher Ebene und Chipkommunikation, eine Speicherschnittstelle 440, eine universelle Zentraleinheit (CPU), einen Prozessor mit einer parallelen Datenmikroarchitektur wie beispielsweise eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), eine Kamera 446 und eine Anzeigesteuereinheit 448 ein. Verschiedene Eingabe/Ausgabe(E/A)-Schnittstellen, Taktquellen, wie beispielsweise Phasenregelkreise (phase lock loops (PLLs)), und andere Funktionseinheiten sind zur Erleichterung der Veranschaulichung nicht gezeigt. Wie gezeigt, sendet der Leistungswandler 420 eine Betriebsspannung an die Speichersteuereinheit 440, die CPU 442 und die GPU 444. Der Leistungswandler 422 sendet eine Betriebsspannung an die Kamera 446 und die Anzeigesteuereinheit 448. Eine weitere Anzahl von Leistungswandlern und andere Kombinationen von Verbindungen sind möglich und in Betracht gezogen. In verschiedenen Ausführungsformen ist jeder der Stromwandler 420 und 422 ein Mehrphasen-Strommodus-Abwärtswandler mit zwei Rückkopplungsschleifen, wie zuvor für den Leistungswandler 200 in 2 beschrieben.
In verschiedenen Ausführungsformen stellt die Struktur 430 eine Verbindung auf oberster Ebene für die IC 410 bereit. Die Struktur 430 kann die Cachekohärenz für Speicheranforderungen und Routenanforderungen zwischen Komponenten auf der IC 410 aufrechterhalten. Ein Beispiel eines Cachekohärenzprotokolls schließt das MOESI-Protokoll mit den Zuständen „Modified“ (M), „Owned“ (O), Exclusive (E), Shared (S) und Invalid (I) ein. Die Struktur 430 kann einen oder mehrere Schalterbalken enthalten, um Datenverkehr zu aggregieren. In verschiedenen Ausführungsformen fließen unterschiedliche Typen von Datenverkehr unabhängig durch die Struktur 430. Der unabhängige Fluss wird erreicht, indem zugelassen wird, dass ein einziger physischer Strukturbus eine Anzahl überlagerter virtueller Kanäle oder dedizierter Quell- und Zielpuffer einschließt, die jeweils einen unterschiedlichen Typ von Datenverkehr tragen. Jeder Kanal wird unabhängig flussgesteuert ohne Abhängigkeit zwischen Transaktionen in unterschiedlichen Kanälen.
Die Speicherschnittstelle 440 kann eine Speichersteuereinheit und einen Cache einschließen, um die Anforderungen an die Speicherbandbreite und den durchschnittlichen Energieverbrauch zu verringern. In einer Ausführungsform ist die Zuordnungsvorschrift für den Cache programmierbar. Die Schnittstelle zwischen der Kombination der Speicherschnittstelle 440 und dem Rest der IC 410 kann mehrere Busse einschließen. Asynchrone Speicheranforderungen, Antworten, Snoops, Snoop-Antworten und Eingabe/Ausgabe(E/A)-Transaktionen sind an dieser Schnittstelle mit zeitlichen Beziehungen sichtbar.
Die CPU 442 verwendet eine Schaltlogik zum Ausführen von Befehlen gemäß einem vordefinierten universellen Befehlssatz. Jede von einer Vielfalt von Befehlssatzarchitekturen (instruction set architectures (ISAs)) kann gewählt werden. Die CPU 442 kann einen oder mehrere Kerne und eine oder mehrere Ebenen eines Cachespeichersubsystems einschließen. Jeder Kern unterstützt die Ausführung eines oder mehrerer Threads eines Softwareprozesses außerhalb der Reihenfolge und schließt eine mehrstufige Pipeline ein. Die GPU 444 weist eine Mikroarchitektur auf, die einen hohen Anweisungsdurchsatz für eine rechenintensive Aufgabe bereitstellt, wie beispielsweise einen „Single Instruction Multiple Data“(SIMD)-Kern.
Die Kamera 446 verwendet eine Bildmischerfähigkeit und andere Kamerabildverarbeitungsfähigkeiten, wie im Stand der Technik allgemein bekannt ist. Ein oder mehrere andere Verarbeitungsblöcke, die der Echtzeit-Speicherleistung zur Anzeige zugeordnet sind, können zusammen mit der Kamera 446 hinzugefügt werden, wie beispielsweise eine Videografiksteuereinheit. Die Anzeigesteuereinheit 448 sendet Grafikausgabeinformationen, die gerendert wurden, an eine oder mehrere Anzeigevorrichtungen. Das Rendern der Informationen wird durch die Anzeigesteuereinheit 448 durchgeführt. Frame-Puffer, die in einem bauteilexternen DRAM oder einem bauteilinternen Cache 914 gespeichert sind, schließen zumindest Farbwerte für jedes Pixel auf dem Bildschirm ein.
Unter Hinwendung als Nächstes zu 5 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Systems 500 gezeigt. Wie gezeigt, kann das System 500 für einen Chip, Schaltlogik, Komponenten usw. eines Desktop-Computers 510, Laptop-Computers 520, Tablet-Computers 530, eines Mobilfunk- oder Mobiltelefons 540, eines Fernsehers 550 (oder einer Set-Top-Box, die konfiguriert ist, mit einem Fernseher gekoppelt zu werden), einer Armbanduhr oder eines anderen am Körper tragbaren Elements 560 oder anderweitig stehen. Andere Vorrichtungen sind möglich und werden in Betracht gezogen. In der veranschaulichten Ausführungsform schließt das System 500 zumindest eine Instanz einer IC 508 ein, welche die Funktionalität der IC 410 (von 4) mit einem oder mehreren Leistungswandlern einschließen kann. Die Leistungswandler können zwei Rückkopplungsschleifen einschließen, wie für den Leistungswandler 200 (von 2) beschrieben. Die IC 508 kann mit einem externen Speicher 502, Peripherieeinheiten 504 und einer Energieversorgung 506 gekoppelt sein.
Die IC 508 ist mit einer oder mehreren Peripherieeinheiten 504 und dem externen Speicher 502 gekoppelt. Es wird zudem eine Energieversorgung 506 bereitgestellt, die der IC 508 Versorgungsspannungen sowie dem Speicher 502 und/oder den Peripherieeinheiten 504 eine oder mehrere Versorgungsspannungen zuführt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Energieversorgung 506 eine Batterie/einen Akku (z. B. einen wiederaufladbaren Akku in einem Smartphone, Laptop- oder Tablet-Computer) darstellen. In manchen Ausführungsformen kann mehr als ein Beispiel der IC 508 eingeschlossen sein (und es kann auch mehr als ein externer Speicher 502 eingeschlossen sein).
Der Speicher 502 kann jeder Speichertyp sein, wie beispielsweise dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff (dynamic random access memory (DRAM)), synchroner DRAM (SDRAM), SDRAM mit doppelter Datenrate (DDR, DDR2, DDR3 usw.) (einschließlich mobiler Versionen der SDRAMs wie beispielsweise mDDR3 usw. und/oder Versionen der SDRAMs mit niedrigem Energieverbrauch wie beispielsweise LPDDR2 usw.), RAMBUS DRAM (RDRAM), statischer RAM (SRAM), usw. Ein oder mehrere Speichervorrichtungen können auf einer Leiterplatte gekoppelt sein, um Speichermodule zu bilden, wie beispielsweise einzelreihige Speicherbausteine (single inline memory modules (SIMMs)), doppelreihige Speicherbausteine (dual inline memory modules (DIMMs)) usw. Alternativ können die Vorrichtungen mit einem ein SoC oder eine IC enthaltenden Prozessor 100 in einer Chip-auf-Chip-Konfiguration, einer Packung-auf-Packung-Konfiguration oder einer Mehrfach-Chipmodul-Konfiguration montiert werden.
Die Peripherieeinheiten 504 können jede gewünschte Schaltlogik einschließen, abhängig vom Typ des Systems 500. Beispielsweise können in einer bestimmten Ausführungsform die Peripherieeinheiten 504 Vorrichtungen für verschiedene Typen der drahtlosen Kommunikation einschließen, wie beispielsweise Wi-Fi, Bluetooth, Mobilfunk, globales Positionsbestimmungssystem, usw. Die Peripherieeinheiten 504 können auch zusätzlichen Speicher, einschließlich RAM-Speicher, Solid-State-Speicher oder Plattenspeicher, einschließen. Die Peripherieeinheiten 504 können Benutzerschnittstellen-Vorrichtungen, wie beispielsweise einen Anzeigebildschirm, einschließlich Touchscreens oder Multitouchscreens, Tastatur- oder andere Eingabevorrichtungen, Mikrofone, Lautsprecher usw., einschließen.
In verschiedenen Ausführungsformen können Programmanweisungen einer Softwareanwendung verwendet werden, um die zuvor beschriebenen Verfahren und/oder Mechanismen zu implementieren. Die Programmanweisungen können das Verhalten von Hardware in einer Programmiersprache hoher Ebene, wie beispielsweise C, beschreiben. Alternativ kann eine Hardwaredesignsprache (hardware design language (HDL)) verwendet werden, wie beispielsweise Verilog. Die Programmanweisungen können auf einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein. Zahlreiche Typen von Speichermedien sind verfügbar. Das Speichermedium kann von einem Computer während der Verwendung zugänglich sein, um die Programmanweisungen und die begleitenden Daten für die Programmausführung für den Computer bereitzustellen. In manchen Ausführungsformen liest ein Synthesewerkzeug die Programmanweisungen, um eine Netzliste zu erzeugen, die eine Liste von Gattern aus einer Synthesebibliothek umfasst.
Es sollte betont werden, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nur nicht einschränkende Beispiele von Implementierungen sind. Zahlreiche Variationen und Modifikationen werden für den Fachmann ersichtlich, sobald die vorstehende Offenbarung vollständig verstanden ist. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche so interpretiert werden, dass alle solchen Variationen und Modifikationen eingeschlossen sind.

Claims

Leistungswandler, umfassend: einen Verstärker, der konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom zu übermitteln; eine erste Schleife, umfassend: einen Kompensator, der konfiguriert ist, eine erste Spannung auf Grundlage des Ausgangsstroms zu erzeugen; eine erste Schaltlogik, die konfiguriert ist: eine Ausgangsspannung auf Grundlage der ersten Spannung zu erzeugen; und die Ausgangsspannung an einen Eingang des Verstärkers zu übermitteln; und eine zweite Schleife, die eine zweite Schaltlogik umfasst, die konfiguriert ist: einen dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom auf Grundlage der ersten Spannung zu erzeugen; und den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom an den Eingang des Verstärkers zu übermitteln.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Verstärker ein Operationstranskonduktanzverstärker (operational transconductance amplifier (OTA)) ist und der Kompensator ein Kompensator vom Typ II für den OTA ist.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltlogik umfasst: einen ersten Stromspiegel, der konfiguriert ist, jedes von einem ersten Referenzstrom und einem Zielstrom auf Grundlage des ersten Referenzstroms zu erzeugen; und eine Mehrzahl von Abwärtswandlern, die konfiguriert sind: den Zielstrom zu empfangen; und die Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten zumindest teilweise auf Grundlage des Zielstroms zu erzeugen.
Leistungswandler nach Anspruch 3, wobei die erste Schaltlogik ferner einen Widerstand umfasst, der mit dem Ausgangsknoten und dem Eingang des Verstärkers verbunden ist, wobei der dynamisch angepasste Rückkopplungsstrom einen Spannungsabfall über dem Widerstand zwischen dem Eingang des Verstärkers und der Ausgangsspannung erzeugt.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die zweite Schaltlogik umfasst: einen zweiten Stromspiegel, umfassend: einen diodenverbundenen Transistor, der konfiguriert ist, einen zweiten Referenzstrom zu erzeugen; eine Mehrzahl von Stromquellentransistoren, die jeweils mit einem Schalter verbunden sind, wobei einer oder mehrere der Mehrzahl von Stromquellentransistoren, die mit geschlossenen Schaltern verbunden sind, den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom auf Grundlage des zweiten Referenzstroms erzeugen.
Leistungswandler nach Anspruch 5, wobei die zweite Schaltlogik einen zweiten Wandler umfasst, umfassend: ein Serienwiderstandskondensator(RC)-Filter erster Ordnung, das konfiguriert ist, die erste Spannung zu empfangen, wobei das RC-Filter eine Reaktionszeit der zweiten Schleife erzeugt, die größer als eine Reaktionszeit der ersten Schleife ist; und einen Transistor mit einem Drain-Anschluss, der mit dem diodenverbundenen Transistor verbunden ist, und einem Gate-Anschluss, der mit einem Ausgang des RC-Filters verbunden ist.
Leistungswandler nach Anspruch 5, wobei die zweite Schaltlogik ferner eine Steuerlogik umfasst, die konfiguriert ist, die Schalter für einen oder mehrere der Mehrzahl von Stromquellentransistoren zu öffnen und zu schließen, um den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom als Reaktion darauf zu erhöhen, dass festgestellt wird, dass eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung und einer Zielspannung zunimmt.
Leistungswandler nach Anspruch 7, wobei die Steuerlogik ferner konfiguriert ist, die Schalter für einen oder mehrere der Mehrzahl von Stromquellentransistoren zu öffnen und zu schließen, um den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom als Reaktion darauf zu verringern, dass festgestellt wird, dass eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung und einer Zielspannung abnimmt.
Verfahren, umfassend: Übermitteln eines Ausgangsstroms von einem Verstärker; Erzeugen, durch einen Kompensator, einer ersten Spannung auf Grundlage des Ausgangsstroms; eine erste Schaltlogik zum: Erzeugen einer Ausgangsspannung auf Grundlage der ersten Spannung; und Übermitteln der Ausgangsspannung an einen Eingang des Verstärkers; und eine zweite Schaltlogik zum: Erzeugen eines dynamisch angepassten Rückkopplungsstroms auf Grundlage der ersten Spannung; und Übermitteln des dynamisch anpassenden Rückkopplungsstroms an den Eingang des Verstärkers.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Verstärker ein Operationstranskonduktanzverstärker (operational transconductance amplifier (OTA)) ist und der Kompensator ein Kompensator vom Typ II für den OTA ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die erste Schaltlogik umfasst: einen ersten Stromspiegel zum Erzeugen von jedem von einem ersten Referenzstrom und einem Zielstrom auf Grundlage des ersten Referenzstroms; und eine Mehrzahl von Abwärtswandlern zum: Empfangen des Zielstroms; und Erzeugen der Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten zumindest teilweise auf Grundlage des Zielstroms.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Schaltlogik umfasst: einen zweiten Stromspiegel, umfassend: einen diodenverbundenen Transistor zum Erzeugen eines zweiten Referenzstroms; eine Mehrzahl von Stromquellentransistoren, die jeweils mit einem Schalter verbunden sind, wobei einer oder mehrere der Mehrzahl von Stromquellentransistoren, die mit geschlossenen Schaltern verbunden sind, den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom auf Grundlage des zweiten Referenzstroms erzeugen.
System auf einem Chip, umfassend: einen primären Wandler, der konfiguriert ist, eine externe Spannung in eine interne Spannung umzuwandeln; eine Mehrzahl von Funktionseinheiten; und einen Leistungswandler, der konfiguriert ist, eine Ausgangsspannung auf Grundlage von zumindest der internen Spannung für eine oder mehrere der Mehrzahl von Funktionseinheiten zu erzeugen, wobei der Leistungswandler umfasst: einen Verstärker, der konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom zu übermitteln; eine erste Schleife, umfassend: einen Kompensator, der konfiguriert ist, eine erste Spannung auf Grundlage des Ausgangsstroms zu erzeugen; eine erste Schaltlogik, die konfiguriert ist: die Ausgangsspannung auf Grundlage der ersten Spannung zu erzeugen; und die Ausgangsspannung an einen Eingang des Verstärkers zu übermitteln; und eine zweite Schleife, umfassend: eine zweite Schaltlogik, die konfiguriert ist: einen dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom auf Grundlage der ersten Spannung zu erzeugen; und den dynamisch angepassten Rückkopplungsstrom an den Eingang des Verstärkers zu übermitteln.
System auf einem Chip nach Anspruch 13, wobei der Verstärker ein Operationstranskonduktanzverstärker (operational transconductance amplifier (OTA)) ist und der Kompensator ein Kompensator vom Typ II für den OTA ist.
System auf einem Chip nach Anspruch 13, wobei die erste Schaltlogik umfasst: einen ersten Stromspiegel, der konfiguriert ist, jedes von einem ersten Referenzstrom und einem Zielstrom auf Grundlage des ersten Referenzstroms zu erzeugen; und eine Mehrzahl von Abwärtswandlern, die konfiguriert sind: den Zielstrom zu empfangen; und die Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten zumindest teilweise auf Grundlage des Zielstroms zu erzeugen.