DE112019002303T5

DE112019002303T5 - Selbstoptimierende nullstrom-detektionsschaltung

Info

Publication number: DE112019002303T5
Application number: DE112019002303.9T
Authority: DE
Inventors: Christopher SCHAEF
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-03-18
Also published as: WO2020068226A1; CN112740527A; US20190044442A1; US10910946B2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die umfasst: eine Komparatorschaltung (z.B. einen Auto-Null-Komparator) mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem dritten Eingang; und einem Ausgang; eine erste Vorrichtung (z.B. einen Low Side-Schalter), die mit dem ersten und zweiten Eingang des Komparators gekoppelt ist; und eine Schaltung (z.B. eine selbstoptimierende Logik), um einen digitalen Code zu generieren, der eine Komparatorversetzungseinstellung in Bezug auf die Detektion von Strom durch eine zweite Vorrichtung (z.B. einen Induktor) darstellt, wobei der digitale Code (z.B. ein digitales Multibit-Signal) an den dritten Eingang der Komparatorschaltung geliefert wird.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der US-Patentanmeldung Nr. 16/144,961 , eingereicht am 27. September 2018, mit dem Titel „SELF-TUNINGZERO CURRENT DETECTION CIRCUIT“, die hier durch Bezugnahme zur Gänze eingeschlossen wird.
HINTERGRUND
Vollständig integrierte Spannungsregler (FIVR) mit packungseingebetteten Luftkern-Induktoren oder chipinternen Solenoid-Induktoren mit planarem Magnetkern versprechen eine effiziente Energieabgabe und eine feinkernige weitreichende dynamische Spannungs- und Frequenzanpassung (DVFS) in komplexen System-on-Chips (SoCs), während eine schnelle Übergangsantwort bereitgestellt wird. Von dem FIVR wird erwartet, dass er eine hohe Umwandlungseffizienz über einen breiten Betriebsbereich von Ausgangsspannungen und Lastströmen bereitstellt, einschließlich leichter bis mittlerer Lasten, um die gesamte Energieeffizienz des SoC über verschiedene Energiezustände zu maximieren. Die Phasenabschaltung und Schalteranpassung wurden für Hochfrequenz-FIVR-Designs mit einer Pulsbreitenmodulations- (PWM-) Steuerung im kontinuierlichen Leitungsbetrieb (CCM) verwendet, um eine hohe Effizienz für große Lastströme aufrechtzuerhalten, und die Pulsfrequenzmodulation (PFM) und Hysteresesteuerung wurden verwendet, um eine hohe Effizienz über leichte bis mittlere Lasten zu erzielen.
Für Hochgeschwindigkeits-GS-GS-Wandler, die im diskontinuierlichen Leitungsbetreib (DCM) arbeiten, ist für einen effizienten Betrieb jedoch eine schnelle Nullstrom-Detektion (ZCD) erwünscht. Nicht-Idealitäten in ZCD-bezogenen analogen Schaltungen, wie Verzögerung und Versetzung in einem Komparator, können einen signifikanten Einfluss auf die gesamte Systemeffizienz ausüben. In modernen digitalen komplementären Metalloxid-Halbleiter- (CMOS-) Prozessen wird es zunehmend schwieriger, solche analogen Hochleistungsschaltungen auszubilden, was zu einem hohen Energie- und Platzbedarf sowie zu teuren Abstimmungen führt.
Figurenliste
Die Ausführungsformen der Offenbarung werden durch die nachstehende detaillierte Beschreibung und die beigeschlossenen Zeichnungen verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung besser verständlich, die jedoch nicht so auszulegen sind, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen beschränken, sondern nur der Erläuterung und dem Verständnis dienen.

1 veranschaulicht eine Vorrichtung eines GS-GS Wandlers mit einer Nullstrom-Detektion (ZCD) und assoziierten selbstoptimierenden Logik, um Nicht-Idealitäten in Bezug auf die ZCD zu mildern, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung.
2 veranschaulicht einen Kurvensatz, der einen GS-GS Wandlerausgang und einen ZCD Detektionsbetrieb zeigt, gemäß einigen Ausführungsformen.
3 veranschaulicht eine Vorrichtung, die eine Reststrom-Detektionsschaltung für die ZCD Detektion umfasst, gemäß einigen Ausführungsformen.
4 veranschaulicht eine Vorrichtung, die einen Komparator mit einer Versetzungskalibrierung für die ZCD Detektion umfasst, gemäß einigen Ausführungsformen.
5 veranschaulicht eine Vorrichtung des Komparators von 4, gemäß einigen Ausführungsformen.
6 veranschaulicht einen Kurvensatz, der Wellenformen für eine Reststromdetektion mit einem negativen Reststrom zeigt, gemäß einigen Ausführungsformen.
7 veranschaulicht einen Kurvensatz, der Wellenformen für eine Reststromdetektion mit einem positiven Reststrom zeigt, gemäß einigen Ausführungsformen.
8 veranschaulicht einen Kurvensatz, der Wellenformen einer ZCD mit einer selbstoptimierenden Schleife zeigt, gemäß einigen Ausführungsformen.
9 veranschaulicht einen Kurvensatz, der einen selbstoptimierenden Betrieb zeigt, welcher zu einer niedrigen Stromunterschwingung führt, gemäß einigen Ausführungsformen.
10A - B veranschaulichen Kurven, die Messdaten der Ausgangsspannungswelligkeit im PFM Betrieb mit leichter Last zeigen, wobei die Kurve von 10A ein doppeltes Auslösen aufgrund von Energieversorgungsnetz- (PDN-) Resonanzeffekten zeigt, während 10B zeigt, dass eine programmierbare Aus-Zeit effektiv ist, um ein erneutes Auslösen zu verhindern, gemäß einigen Ausführungsformen.
11A - B veranschaulichen Kurven, die vorübergehende Messwellenformen für Referenzschritte mit einer automatischen Ein-Zeit-Einstellung bzw. ohne die automatische Ein-Zeit-Einstellung zeigen, gemäß einigen Ausführungsformen.
12A - B veranschaulichen Kurven, die vorübergehende AusgangsstromLade- bzw. -Entlade-Wellenformen mit einer chipinternen Hochgeschwindigkeitslast zeigen.
13A - D veranschaulichen Kurven, die gemessene Daten der Effizienz gegenüber dem Laststrom für verschiedene Ausgangsspannungen, der Effizienz gegenüber der Ausgangsspannung für eine konstante und variable (auto-eingestellte) Ein-Zeit bzw. das Induktor-Energieverlustspektrum zeigen.
14 veranschaulicht eine Smart-Vorrichtung oder ein Computersystem oder ein System-on-Chip (SoC) mit einem GS-GS Wandler mit einer ZCD und einer Vorrichtung zur Milderung von Nicht-Idealitäten in Bezug auf eine ZCD, gemäß einigen Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine der Herausforderungen für einen effizienten DCM Betrieb bei hohen Schaltfrequenzen ist die schnelle und genaue Detektion des Nulldurchgangs des Induktorstroms. Ein Komparator eines GS-GS Wandlers über den n-Typ-Low Side-Schalter wird üblicherweise für die DCM verwendet. Komparatoren mit niedriger Energie, insbesondere in skalierten Prozessknoten, zeigen jedoch größere zufällige Versetzungen verglichen mit dem Spannungsabfall von einigen zehn Millivolt quer über den n-Typ-Low Side-Schalter. Dies kann die Effizienz verschlechtern und Probleme einer elektromagnetischen Interferenz (EMI) oder auch Radiofrequenzinterferenz (RFI) verursachen. Die Kompensation der Komparator- und Gate-Treiberverzögerungen stellt große Herausforderungen an eine genaue und effiziente Nullstrom-Detektion (ZCD). Wenn GS-GS Wandler bei hohen Schaltfrequenzen arbeiten sollen (z.B. 100 MHz oder mehr), ist ferner die Ausbildung eines ausreichend schnellen Komparators eine Herausforderung. Bei GS-GS Wandlern mit niedriger Spannung kann das Spannungssignal an den Eingängen des Komparators sehr klein sein (z.B. einige zehn Millivolt). Als solche können sogar kleine Versetzungen in dem Komparator und Verzögerungen zu großen Restinduktorströmen führen.
Da der Strom in einem (z.B. 2,5 nH) Induktor große negative Ausschläge in einer sehr kurzen Zeit eingehen kann, wird die Umwandlungseffizienz stark von der Genauigkeit und der Geschwindigkeit der ZCD geregelt. Während die ZCD Komparatorversetzung und -verzögerung klein sein sollen, muss ihr gesamter Energieverbrauch auch minimiert werden, um eine hohe Umwandlungseffizienz bei leichten Lasten zu erzielen (z.B. weniger als 10 mA).
Die Verzögerung herkömmlicher Komparatoren verursacht einen signifikanten negativen Induktorstrom, der zu einem signifikanten Energieverlust führt. Diese Herausforderung wird bei höheren Schaltfrequenzen (z.B. 100 MHz oder mehr) größer. In modernen digitalen CMOS Prozesstechnologieknoten kann die Komparatorversetzung auch signifikant zum Energieverlust beitragen, da eine Vorrichtungsfehlanpassung bei modernen tiefen Submikron-CMOS-Prozesstechnologieknoten gravierender ist. Während einige Ausbildungen absichtlich eine Versetzung in die Ausbildung des Komparators einbringen, um die Verzögerung zu kompensieren, wurde das Einbringen dieser einmaligen absichtlichen Versetzung zur Herausforderung in modernen CMOS Technologieknoten, da diese Versetzung nicht genau über Prozess-, Spannungs- und Temperaturvariationen gesteuert werden kann. Zusätzlich kann die zufällige Prozessfehlanpassung größer sein als die Versetzung, die erforderlich ist, um eine Verzögerung zu kompensieren, die den Vorteil dieses Verfahrens eliminiert.
Einige Ausführungsformen verwenden einen selbstoptimierenden Mechanismus, um Versetzungen und Verzögerungen zu kompensieren. In einigen Ausführungsformen wird eine gesteuerte negative Versetzung zu dem ZCD Komparator hinzugefügt, um die Komparatorversetzung und Schleifenverzögerungen zu kompensieren. In einigen Ausführungsformen wird eine Schaltung verwendet, um einen Reststrom zu detektieren, nachdem der ZCD Komparator ausgelöst hat. Diese detektierte Information wird dann verwendet, um die Komparatorversetzung durch Inkrementieren oder Dekrementieren eines Registerwerts entweder zu erhöhen oder zu reduzieren. Als solche werden Nicht-Idealitäten (z.B. Komparatorverzögerung, Schleifenverzögerungen, zufällige Versetzung usw.) in dem ZCD Verfahren gemildert, was einen schnellen und genauen Betrieb von GS-GS Wandlern ermöglicht. Ferner werden die Ausbildungsherausforderungen für eine analoge Komparatorausbildung signifikant entspannt, ohne die Systemeffizienz zu beeinträchtigen. Andere technische Effekte gehen aus den verschiedenen Figuren und Ausführungsformen hervor.
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche Details diskutiert, um eine genauere Erläuterung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu liefern. Es ist jedoch für Fachleute klar, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen werden wohlbekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockbildform anstatt detailliert gezeigt, um eine Verdeckung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden.
Es ist zu beachten, dass in den entsprechenden Zeichnungen der Ausführungsformen Signale mit Linien dargestellt werden. Einige Linien können dicker sein, um konstituierendere Signalwege anzuzeigen, und/oder können Pfeile an einem oder mehreren Enden aufweisen, um die primäre Informationsflussrichtung anzuzeigen. Solche Anzeigen sollen nicht einschränkend sein. Stattdessen werden die Linien in Verbindung mit einem oder mehreren Beispielen von Ausführungsformen verwendet, um ein leichteres Verständnis einer Schaltung oder einer logischen Einheit zu unterstützen. Jedes dargestellte Signal, wie durch die Ausbildungsanforderungen oder -präferenzen vorgegeben, kann tatsächlich ein oder mehrere Signale umfassen, die sich in jede Richtung bewegen können und mit einem beliebigen Typ eines Signalschemas implementiert werden können.
Der Ausdruck „Vorrichtung“ kann sich im Allgemeinen auf eine Vorrichtung gemäß dem Kontext der Verwendung dieses Ausdrucks beziehen. Zum Beispiel kann sich eine Vorrichtung auf einen Stapel von Schichten oder Strukturen, eine einzelne Struktur oder Schicht, eine Verbindung verschiedener Strukturen mit aktiven und/oder passiven Elementen usw. beziehen. Allgemein ist eine Vorrichtung eine dreidimensionale Struktur mit einer Ebene entlang der x-y-Richtung und einer Höhe entlang der z-Richtung eines x-y-z kartesischen Koordinatensystems. Die Ebene der Vorrichtung kann auch die Ebene einer Einrichtung sein, welche die Vorrichtung umfasst.
In der gesamten Beschreibung und in den Ansprüchen bedeutet der Ausdruck „verbunden“ eine direkte Verbindung, wie eine elektrische, mechanische oder magnetische Verbindung zwischen den Dingen, die verbunden sind, ohne irgendwelche Zwischenvorrichtungen.
Der Ausdruck „gekoppelt“ bedeutet eine direkte oder indirekte Verbindung, wie eine direkte elektrische, mechanische oder magnetische Verbindung zwischen den Dingen, die verbunden sind, oder eine indirekte Verbindung, durch eine oder mehrere passive oder aktive Zwischenvorrichtungen.
Der Ausdruck „benachbart“ bezieht sich hier allgemein auf eine Position eines Dings, das neben einem anderen Ding ist (z.B. unmittelbar neben oder nahe bei einem mit mehreren Dingen dazwischen) oder daran angrenzt (z.B. daran anliegt).
Der Ausdruck „Schaltung“ oder „Modul“ kann sich auf eine oder mehrere passive und/oder aktive Komponenten beziehen, die eingerichtet sind, um miteinander zusammenzuwirken, um eine gewünschte Funktion zu liefern.
Der Ausdruck „Signal“ kann sich auf mindestens ein Stromsignal, Spannungssignal, magnetisches Signal oder Daten/Taktsignal beziehen. Die Bedeutung von „ein/e/r“ und „der/die/das“ umfasst Pluralbezüge. Die Bedeutung von „in“ umfasst „in“ und „auf“.
Der Ausdruck „Skalierung“ bezieht sich allgemein auf die Umwandung einer Ausbildung (schematisch und Layout) aus einer Prozesstechnologie in eine andere Prozesstechnologie und die anschließende Reduktion des Layout-Bereichs. Der Ausdruck „Skalierung“ bezieht sich allgemein auch auf die Verkleinerung der Größe von Layout und Vorrichtungen innerhalb desselben Technologieknotens. Der Ausdruck „Skalierung“ kann sich auch auf das Einstellen (z.B. Verlangsamen oder Beschleunigen - d.h. jeweils Niederskalieren oder Hochskalieren) einer Signalfrequenz relativ zu einem anderen Parameter, zum Beispiel Energiezufuhrpegel, beziehen.
Die Ausdrücke „im Wesentlichen“, „nahezu“, „annähernd“, „nahe“ und „ungefähr“ beziehen sich im Allgemeinen darauf, dass sie innerhalb +/- 10 % eines Zielwerts liegen. Wenn nichts anderes im ausdrücklichen Kontext ihrer Verwendung angegeben ist, bedeuten zum Beispiel die Ausdrücke „im Wesentlichen gleich“ oder „ungefähr gleich“ und „annähernd gleich“, dass keine mehr als zufällige Variation zwischen so beschriebenen Dingen besteht. Im Stand der Technik beträgt eine solche Variation typischerweise nicht mehr als +/- 10 % eines vorherbestimmten Zielwerts.
Wenn nichts anderes spezifiziert wird, zeigt die Verwendung der ursprünglichen Adjektive „erste/r/s“, „zweite/r/s“ und „dritte/r/s“ usw., um ein gemeinsames Objekt zu beschreiben, nur an, dass auf die verschiedenen Fälle gleicher Objekte Bezug genommen wird, und nicht impliziert werden soll, dass die so beschriebenen Objekte in einer gegebenen Sequenz, entweder zeitlich, räumlich, im Rang oder in irgendeiner anderen Weise, sein müssen.
Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bedeuten die Phrasen „A und/oder B“ und „A oder B“ (A), (B) oder (A und B). Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bedeutet die Phrase „A, B und/oder C” ”(A), (B), (C), (A und B), (A und C), (B und C) oder (A, B und C).
Die Ausdrücke „links“, „rechts“, „vorne“, „hinten“, „oben“, „unten“, „über“, „unter“ und dgl. in der Beschreibung und in den Ansprüchen, so vorhanden, werden für Zwecke der Beschreibung verwendet und nicht unbedingt zur Beschreibung permanenter relativer Positionen. Zum Bespiel beziehen sich die Ausdrücke „über“, „unter“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „Oberseite“, „Unterseite“, „über“, „unter“ und „auf, wie hier verwendet, auf eine relative Position einer Komponente, einer Struktur oder eines Materials in Bezug auf andere bezeichnete Komponenten, Strukturen oder Materialien innerhalb einer Vorrichtung, wo solche physischen Beziehungen anmerkenswert sind. Diese Ausdrücke werden hier nur für Zwecke der Beschreibung eingesetzt und hauptsächlich innerhalb des Kontexts einer z-Achse einer Vorrichtung, und können daher relativ zu einer Orientierung einer Vorrichtung sein. Daher kann ein erstes Material „über“ einem zweiten Material im Kontext einer hier bereitgestellten Figur auch „unter“ dem zweiten Material sein, wenn die Vorrichtung umgekehrt zu dem Kontext der bereitgestellten Figur ausgerichtet wird. Im Kontext von Materialien kann ein über oder unter einem anderen angeordnetes Material direkt in Kontakt stehen oder kann ein oder mehrere Zwischenmaterialien aufweisen. Außerdem kann ein zwischen zwei Materialien angeordnetes Material direkt in Kontakt mit den beiden Schichten stehen oder kann eine oder mehrere Zwischenschichten aufweisen. Im Gegensatz dazu steht ein erstes Material „auf einem zweiten Material in direktem Kontakt mit diesem zweiten Material. Ähnliche Unterscheidungen sind im Kontext von Komponentenanordnungen vorzunehmen.
Der Ausdruck „zwischen“ kann im Kontext der z-Achse, x-Achse oder y-Achse einer Vorrichtung verwendet werden. Ein Material, das sich zwischen zwei anderen Materialien befindet, kann in Kontakt mit einem oder beiden dieser Materialien stehen, oder es kann von beiden der anderen zwei Materialien durch ein oder mehrere Zwischenmaterialien getrennt sein. Ein Material „zwischen“ zwei anderen Materialien kann daher mit einem der beiden anderen Materialien in Kontakt sein, oder es kann mit den anderen beiden Materialien durch ein Zwischenmaterial gekoppelt sein. Eine Vorrichtung, die sich zwischen zwei anderen Vorrichtungen befindet, kann direkt mit einer oder beiden dieser Vorrichtungen verbunden sein, oder sie kann von beiden der anderen zwei Vorrichtungen durch eine oder mehrere Zwischenvorrichtungen getrennt sein.
Hier bezieht sich der Ausdruck „Back End“ im Allgemeinen auf eine Sektion eines Chips, die einem „Front End“ gegenüberliegt, und wo eine IC-(Integrationsschaltungs-) Packung mit IC Chiphöckern gekoppelt ist. Zum Beispiel werden Metallschichten höherer Ebene (z.B. die Metallschicht 6 und darüber in einem Stapelchip aus zehn Metallschichten) und entsprechende Durchgangslöcher, die näher bei einer Chippackung liegen, als Teil des Back End des Chips angesehen. Im Gegensatz dazu bezieht sich der Ausdruck „Front End“ allgemein auf eine Sektion des Chips, die das aktive Gebiet (z.B. wo Transistoren hergestellt werden) und Metallschichten niedrigerer Ebene sowie entsprechende Durchgangslöcher aufweist, welche näher bei dem aktiven Gebiet liegen (z.B. Metallschicht 5 und darunter in dem Beispiel des Stapelchips mit zehn Metallschichten).
Für Zwecke der Ausführungsformen sind die Transistoren in verschiedenen hier beschriebenen Schaltungen und logischen Blöcken Metalloxid-Halbleiter- (MOS-) Transistoren oder ihre Derivate, wobei die MOS-Transistoren Drain-, Source, Gate- und Bulk-Anschlüsse aufweisen. Die Transistoren und/oder die MOS-Transistorderivate umfassen auch Tri-Gate- und FinFET-Transistoren, Gate All Around Cylindrical Transistoren, Tunneling FET (TFET), Square Wire oder Rectangular Ribbon Transistoren, ferroelektrische FETs (FeFETs) oder andere Vorrichtungen, die eine Transistorfunktionalität implementieren, wie Kohlenstoffnanoröhrchen oder Spintronik-Vorrichtungen. D.h. symmetrische MOSFET Source- und Drain-Anschlüsse sind identische Anschlüsse und werden hier austauschbar verwendet. Eine TFET Vorrichtung hat hingegen asymmetrische Source- und Drain-Anschlüsse. Für Fachleute ist klar, dass andere Transistoren, zum Beispiel Bipolartransistoren - BJT, PNP/NPN, BiCMOS, CMOS usw., verwendet werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von verschiedenen Figuren, die dieselben Bezugszahlen (oder Namen) aufweisen wie die Elemente irgendeiner anderen Figur, auf beliebige Weise ähnlich der beschriebenen betrieben werden oder funktionieren können, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
Obwohl die verschiedenen Ausführungsformen hier mit Bezugnahme auf einen Buck GS-GS Wandler diskutiert werden, sind die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die Ausführungsformen für Boost-Wandler, für Low Drop out-Regler und anderen Typen von Reglern verwendet werden.
1 veranschaulicht eine Vorrichtung 100 eines GS-GS Wandlers mit einer Nullstrom-Detektion (ZCD) und einer assoziierten selbstoptimierenden Logik, um Nicht-Idealitäten in Bezug auf die ZCD zu mildern, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 100 eine Eingangs-Energiezufuhrschiene Vin, eine Ausgangs-Energiezufuhrschiene Vout, einen High Side-Schalter 101, einen Low Side-Schalter 102, einen ZCD Komparator 103, eine selbstoptimierende Logik 104, eine Restrom-Detektionsschaltung 105, eine Last 106, einen Induktor L, eine Lastkapazität C_L, einen Spannungsteiler mit Widerstandsvorrichtungen R₁ und R₂ und eine kapazitive Vorrichtung C₁, einen Komparator 108, eine Pulsfolgen-Zustandsmaschinen- (PFM-) Logik 107 (oder Pulscodemodulationslogik), eine digitale Ton-Logik 109, eine optimierbare Stromquelle Is, einen optimierbaren Kondensator C2. Die Widerstandsvorrichtungen können R₁ und R₂ sein und können unter Verwendung passiver Widerstände oder aktiver Vorrichtungen implementiert werden, wie Transistoren, die in einem linearen Gebiet betrieben werden. Die passiven Widerstände können im Back End eines Chips sein, während die Transistoren auf dem Front End des Chips sind. Die kapazitiven Vorrichtungen können hier unter Verwendung passiver Kondensatoren (z.B. Metallkondensatoren) oder aktiver Vorrichtungen, wie Transistoren, die als Kondensatoren betrieben werden, implementiert werden. In einigen Ausführungsformen sind die kapazitiven Vorrichtungen dadurch hybride Vorrichtungen, dass sie Metallkondensatoren und Transistorbasierte Kondensatoren umfassen. Die Metallkondensatoren können im Back End eines Chips sein, während die Transistoren auf dem Font End des Chips sind.
Der High Side-Schalter und der Low Side-Schalter 101 und 102 werden von einer pulsmodulierten Folge von Impulsen PDrv und NDrv getrieben and werden von der PFM Logik 107 generiert. Die PFM Logik 107 kann eine Verzögerungsleitung, Pegelschieber, Register und eine kombinatorische Logik aufweisen. In einigen Ausführungsformen weisen der High Side-Schalter und der Low Side-Schalter 101 und 102 auch vorgespannte Transistoren auf, die jeweils in Serie mit den Schalttransistoren des High Side-Schalters und des Low Side-Schalters 101 und 102 gekoppelt sind. Diese Vorspannungstransistoren sind zum Beispiel durch Vin/2, Vcc oder Vcc/2 vorgespannt. Der Knoten Vx, der den High Side-Schalter und den Low Side-Schalter 101 und 102 koppelt, ist mit einem Induktor L gekoppelt, der mit dem Lastkondensator CL, der Ausgangs-Zufuhrschiene Vout, einem Spannungsteiler und der Last 106 gekoppelt ist. Die Ausgangs-Zufuhrschiene Vout liefert die geregelt Ausgangsspannung Vout an die Last 106 (z.B. Prozessorkern, Cache, I/O Schaltung oder irgendeine integrierte chipinterne oder chipexterne Schaltung).
Der Ausgang des Spannungsteilers Vo,div wird von dem Komparator 108 gegen eine Referenzspannung Vref verglichen. Die Referenzspannung Vref kann aus einem programmierbaren digitalen Code durch einen Digital-Analog-Wandler (DAC) umgewandelt werden. Der Ausgang des Komparators 108 ist ein Up/Dn Indikator, der die Pulsbreiten von PDrv und/oder NDrv und/oder die Schaltfrequenzen von PDrv und/oder NDrv erhöht oder verringert, um so Vout zu regeln, bis Vo,div im Wesentlichen gleich ist wie Vref.
In verschiedenen Ausführungsformen zur ZCD wird der ZCD Komparator 103 bereitgestellt, der den Nullstrom durch Vergleichen der Spannungen V1 und V2 über den Low Side-Schalter 102 detektiert. Der Ausgang des Komparators 103 ist Cmp_out, der verwendet wird, um den Low Side-Schalter 102 ein/aus zu schalten, wenn ein Restinduktorstrom detektiert wird. Der ZCD Komparator 103 umfasst Schaltungen zur Leistungssteuerung, Auto-Nulleinstellung und digitalen Selbstabstimmung, um den Energieverbrauch zu reduzieren, während eine hohe Genauigkeit und Geschwindigkeit aufrechterhalten werden.
Eine zusätzliche Herausforderung für den Hochfrequenz-DCM-Betrieb entsteht durch die Resonanzeffekte des verteilten Ausgangs-Energieversorgungsnetzes (PDN) und der packungsinternen keramischen Kondensatoren. Dies kann ein unerwünschtes erneutes Auslösen von PFM Impulsen für PDrv und NDrv bewirken, was zu einer signifikant höheren Ausgangsspannungswelligkeit auf dem Vx Knoten unter leichten Lastbedingungen führt. Um ein erneutes Auslösen zu unterdrücken, verwenden einige Ausführungsformen eine programmierbare erzwungene Aus-Zeit (generiert durch die PFM Logik 107), die verhindert, dass ein neuer Impuls für eine bestimmte Zeitperiode ausgelöst wird, nachdem der vorherige Impuls geendet hat. In einem Beispiel ist eine Aus-Zeit von ungefähr 1 ns ausreichend, um doppelte Impulse zu verhindern, wie jeweils durch die Kurven 1000 und 1020 von 10A - B gezeigt.
Mit erneuter Bezugnahme auf 1 bewirkt ein konstanter EIN-Zeit-DCM-Betrieb große Variationen im Induktorspitzenstrom über einen breiten Ausgangsspannungsbereich (z.B. Bereich von 0,7 bis 1,2 V), wodurch die Umwandlungseffizienz bei niedrigen Ausgangsspannungen verschlechtert wird, wenn der Induktorspitzenstrom den nominellen Zielwert weit überschreitet. Zum Beispiel begrenzt eine EIN-Zeit von 7,5 ns den Induktorspitzenstrom auf 1,2 A bei der maximalen 500 mA Ausgangslast bei 1,2 V. Bei der 0,7 V Ausgangsspannung bewirkt dieselbe EIN-Zeit, dass der Induktorspitzenstrom auf 2,7 A steigt, wodurch die Effizienz beeinflusst wird. Einige Ausführungsformen verwenden einen digital gesteuerten EIN-Zeit-T_on-Generator 109, der die digitalen Eingangs/Ausgangsspannungsbefehle nützt, die von der SoC Energieverwaltungseinheit verfügbar sind, um die korrekte EIN-Zeit für den spezifischen Betriebslastbereich und das Induktorspitzenstromziel zu berechnen. Diese digitalen Eingangs/Ausgangsspannungsbefehle umfassen Vout_code (z.B. digitaler Code, der die Ausgangsspannung Vout anzeigt), Vin_code (z.B. digitaler Code, der die Eingangsspannung Vin anzeigt), den Spitzenstromcode Ipeak code (z.B. digitaler Code, der den Spitzenstrom auf dem Knoten Vx anzeigt).
Zusätzlich zur Verwendung eines Auto-Nullkomparators wird ein Sensor hinzugefügt, der einen Reststrom in dem Induktor auf der Basis einer Über- oder Unterschwingung auf dem Schaltknoten Vx detektieren kann, nachdem der Low Side-Schalter 102 ausgeschaltet wird. Diese Information wird dann verwendet, um einen Registerwert zu inkrementieren oder zu dekrementieren. Dieses Register steuert die negative Versetzung des Komparators durch einen DAC, der einen Kondensator vorspannt, welcher anschließend mit den WS Kopplungskondensatoren verbunden wird. Durch eine Ladungsverteilung wird die Spannung an den WS Kopplungskondensatoren geändert, wodurch effektiv eine Versetzung eingeführt wird. Diese Versetzung ist nun eine Funktion der Vorspannung, die durch den DAC gesteuert werden kann.
2 veranschaulicht einen Satz von Kurven 200, der den GS-GS Wandlerausgang und den ZCD Detektionsbetrieb zeigt, gemäß einigen Ausführungsformen. Hier veranschaulicht die Wellenform 201 den Induktorstrom I_L, die Wellenform 202 veranschaulicht die Schaltausgangsspannung Vx, und die Wellenform 203 veranschaulicht den ZCD Mechanismus. Wenn der Induktorstrom unter Null fällt, soll der ZCD Mechanismus starten. Bei Fehlen des selbstoptimierenden Mechanismus bewirkt die Komparatorverzögerung des ZCD Komparators eine Verzögerung beim Einschalten der ZCD Schaltungsschleife, was zu einem Energieverlust führt. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Komparatorverzögerung durch den selbstoptimierenden Mechanismus reduziert oder eliminiert, der es dem ZCD Komparator ermöglicht, sich einzuschalten, wenn der Induktorstrom knapp unter Null fällt. Als solcher wird der Energieverlust von dem negativen Induktorstrom gemildert. Der ZCD Mechanismus wird gesperrt, sobald der Induktorstrom positiv ist.
3 veranschaulicht eine Vorrichtung 300, die eine Reststrom-Detektionsschaltung zur ZCD Detektion umfasst, gemäß einigen Ausführungsformen. Die Vorrichtung 300 umfasst p-Typ-Transistoren MP1 und MP2 des High Side-Schalters 101, n-Typ-Transistoren MN1 und MN2 des Low Side-Schalters 102, Kondensatoren C1 und C2, und eine Restrom-Detektionsschaltung 105. In einigen Ausführungsformen umfasst die Restrom-Detektionsschaltung 105 n-Typ-Transistoren MNr1 und MNr2, die in Serie miteinander gekoppelt sind, Verzögerungspuffer 301, einen Inverter 302, einen Puffer 303 und eine sequentielle Logik (z.B. Flip-Flop) 304, die wie gezeigt miteinander gekoppelt sind.
Um eine genaue Optimierung der Komparatorversetzung zu ermöglichen, wird der Reststrom in dem Induktor L zuverlässig von der Restrom-Detektionsschaltung 105 detektiert. Die Restrom-Detektionsschaltung 105 beobachtet die Schaltknotenspannung (Vx) zu dem korrekten Zeitpunkt (z.B. wenn Vx über Null steigt). In einigen Ausführungsformen ist der Transistor MNr1 eine Schutzvorrichtung, welche die Spannung auf die digitale Zufuhr (z.B. Vcc oder Vin/2) begrenzt. Die Schutzvorrichtung wird verwendet, um andere Schaltungen der Reststrom-Detektionsschaltung 105 zu schützen, wenn die Wandlereingangsspannung Vin höher ist als die digitale Vcc. Der Ausgang V_x2 ist ein digitales Signal, das einer sequentiellen Einheit 304 zugeführt werden kann. Um das Signal zur richtigen Zeit abzutasten, wird eine verzögerte Version des Low Side-Schalter-Gate-Signals NDrv verwendet. Zum Beispiel wird NDrv durch die Puffer 301 verzögert und von dem Inverter 302 invertiert, um den gepufferten Ausgang Vx2 abzutasten. Diese Verzögerungspuffer 301 werden in Ecksimulationen optimiert, um eine zuverlässige Detektion quer über den Prozess, die Spannung, die Temperatur (PVT) sicherzustellen. Der abgetastete Ausgang ist Vx_detect und wird durch die selbstoptimierende Logik 104 empfangen. In einigen Ausführungsformen wendet die selbstoptimierende Logik 104 den Vx_detect Ausgang an, um den Versetzungscode zu inkrementieren oder zu dekrementieren. Zum Beispiel wird ein Hoch/Tief-Zähler der selbstoptimierenden Logik 104 inkrementiert oder dekrementiert, um den Versetzungscode zu aktualisieren, der ein Ausgangswert des Zählers ist. Der Betrieb der Reststrom-Detektionsschaltung 105 wird mit Bezugnahme auf 6 - 7 beschrieben.
4 veranschaulicht eine Vorrichtung 400, die einen Komparator mit einer Versetzungskalibrierung zur ZCD Detektion umfasst, gemäß einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 400 WS Kopplungskondensatoren AC-Cap1, AC_cap2, Schalter sw1, sw2, sw3, sw4, sw5, sw6, sw7, sw8 und sw9, einen leistungsgesteuerten Komparator 401, einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 402 und eine kapazitive Vorrichtung C_trim. Die WS Kopplungskondensatoren sind zwischen den Knoten n1 und n3 bzw. n3 und n4 gekoppelt. Die Gleichtaktspannung Vcm wird an die Knoten n3 und n4 über die Schalter sw4 und sw6 geliefert, während Erde oder 0V an die Knoten n1 und n2 über die Schalter sw3 und sw4 geliefert wird. Die Eingänge in den Komparator 103 sind In+ (z.B. V1) und In- (z.B. V2), während der Ausgang Comp_out ist.
Hier werden „Z“ und „en“ Signale von dem High Side-Schaltsignal PDrv und dem Low Side-Schaltsignal NDrv abgeleitet. Ein Stromimpuls startet, wenn sich der High Side-Schalter 101 einschaltet (z.B. Z und en gehen hoch), nachdem eine bestimmte Zeit verstreicht, schaltet sich der High Side-Schalter 101 aus und der Low Side-Schalter 102 schaltet sich ein (z.B. Z geht tief, en bleibt hoch). Nachdem der ZCD Komparator 103 einen Ausgang auslöst (z.B. Cmp_out geht tief), schaltet sich der Low Side-Schalter 102 aus (z.B. en geht hoch). Sowohl der High Side-Schalter 101 als auch der Low Side-Schalter bleiben aus, bis ein neuer Induktorstromimpuls gestartet wird, gemäß einigen Ausführungsformen.
Die Schalter sw1, sw2 und sw8 sind steuerbar durch Zb (Umkehr von Z), während die Schalter sw3, sw4, sw5, sw6, sw7 und sw9 durch das Nullsignal Z steuerbar sind. Zb wird durch den Inverter 403 generiert. Wenn Z hoch ist, was bewirkt, dass sich die Schalter sw1, sw2 und sw8 schließen, und sich die Schalter sw3, sw4, sw5, sw6, sw7 und sw9 öffnen. Wenn Zb (Umkehr von Z) hoch ist, was bewirkt, dass sich sw3, sw4, sw5, sw6, sw7 und sw9 schließen, und sich sw1, sw2 und sw8 öffnen.
In einigen Ausführungsformen wird der ZCD Komparator 103 zwischen DCM Impulsen leistungsgesteuert, um Vorspannungsströme zu sparen. Diese Leistungssteuerung kann durch ein Freigabesignal (en) vorgenommen werden, das von der selbstoptimierenden Logik 104 generiert wird. Während dieser Leerlaufperiode (oder Steuerungsperiode) wird der Eingangsvorspannungszweig EIN gehalten, um einen schnellen Übergang in den aktiven Zustand freizugeben, gemäß einigen Ausführungsformen. Dieser Eingangsvorspannungszweig liefert eine Gleichtaktspannung Vcm an die Knoten n3 und n4. Sobald ein Induktorstromimpuls initiiert wird, tritt die Vorrichtung 400 in einen Auto-Nullmodus ein, während der High Side-Schalter 101 eingeschaltet wird. In dem Auto-Nullmodus wird ein internes Kompensationsnetz für den Komparator 401 aktiviert, um einen stabilen Betrieb im Feedback zu gestatten und die Versetzungsspannung auf den Versetzungsspeicherkondensator C_trim am Eingang abzutasten. Nachdem sich der High Side-Schalter 101 ausschaltet, werden das Kompensationsnetz und die Feedback-Verbindung gesperrt, und der Komparator tritt in den Vergleichsmodus ein.
In einigen Ausführungsformen wird der Kondensator C_trim durch einen kapazitiven DAC (z.B. einen 5 Bit-DAC) auf eine digital gesteuerte Spannung vorgeladen. Der DAC 402 empfängt den Versetzungscode (z.B. ein Multibit-Signal) von der selbstoptimierenden Logik 104. Dieser Versetzungscode basiert auf dem Ausgang Cmp_out des Komparators 401. Zum Beispiel ist der Versetzungscode ein Ausgang eines Hoch/Tief-Zählers der selbstoptimierenden Logik 104, die das Vx_detect Signal verwendet, um ihren Hoch/Tief-Zähler zu inkrementieren oder zu dekrementieren. Während des Übergangs High Side-Low Side von Vx wird C_trim mit dem Versetzungsspeicherkondensator AC_Cap2 verbunden, um eine kleine steuerbare Versetzung einzuführen. Diese Versetzung wird durch eine zusätzliche Schleife gesteuert, die den Reststromdetektor 105 verwendet, um den Komparatorauslösepunkt einzustellen, wodurch irgendeine verbleibende Versetzung und Schaltungsverzögerungen korrigiert werden. Messungen, wie von 9 veranschaulicht, zeigen eine Konvergenz der Schleife auf einen sehr niedrigen Reststrom, nach das Versetzungsregister zurückgesetzt wird.
5 veranschaulicht eine Vorrichtung 500 (z.B. 401) des Komparators von 4 gemäß einigen Ausführungsformen. Die Vorrichtung 500 umfasst p-Typ-Transistoren MP1c, MP2c und MP3c; n-Typ-Transistoren MN1en, MN1c, MN2en, MN2e, MN3c und MN4c; einen Feedback-Kompensationswiderstand Rfb und einen durch Z steuerbaren Schalter swc1, die miteinander wie gezeigt gekoppelt sind. Während der Leistungssteuerung oder Leerlaufperiode ist enable en tief, was den Stromweg durch den Komparator 500 sperrt. Obwohl die Ausführungsformen die Vorrichtung 500 als Komparator 401 zeigen, können auch andere leistungssteuerungsfähige Komparatoren mit niedriger Versetzung verwendet werden.
6 veranschaulicht einen Satz von Kurven 600, der Wellenformen für die Reststromdetektion mit negativem Reststrom zeigt, gemäß einigen Ausführungsformen.
7 veranschaulicht einen Satz von Kurven 700, der Wellenformen für die Reststromdetektion mit positivem Reststrom zeigt, gemäß einigen Ausführungsformen. Wie in 6 - 7 gezeigt, nachdem der Transistor MN1 des Low Side-Schalters 101 ausgeschaltet wird (z.B. NDrv geht tief), geht die Schaltknotenspannung (Vx) entweder hoch oder tief in Abhängigkeit davon, ob ein negativer oder positiver Reststrom in dem Induktor L vorliegt. Da sogar kleine Restströme zu einer großen Spannungsschwingung auf Vx führen, kann dieses Signal leicht detektiert werden. Ein weiterer Vorteil dieses Mechanismus für die Detektion ist, dass es eine direkte Anzeige des Reststroms ist und keinen weiteren Messfehlern ausgesetzt ist wie andere Stromabfühlmethoden. Obwohl Vx_detect ein 1 Bit-Signal ist (das einen positiven oder negativen Strom anzeigt), kann in einigen Ausführungsformen ein Multi Bit-Vx_detect Signal verwendet werden, um zu bestimmen, wie negativ oder positiv der Induktorstrom ist.
8 veranschaulicht einen Satz von Kurven 800, der Wellenformen für die ZCD mit einer selbstoptimierenden Schleife zeigt, gemäß einigen Ausführungsformen. 8 zeigt Simulationsergebnisse eines Voll-GS-GS Wandlers im Betrieb, wobei die ZCD selbstoptimierende Schleife einiger Ausführungsformen freigegeben ist. Wie aus der Induktorstromwellenform ersichtlich ist, bewirkt anfänglich die Komparatorverzögerung eine signifikante Unterschwingung in dem Induktorstrom I_L, die unerwünscht sein kann. Im nachfolgenden Zyklus optimiert die selbstoptimierende Schleife langsam die Komparatorversetzung (Offset code), um einen Restinduktorstrom von nahezu Null zu erzielen. Aufgrund der Reststromdetektion können alle Versetzungen und Verzögerungen in der Schleife kompensiert werden, und ein sehr kleiner Fehler im stationären Zustand kann erzielt werden, gemäß einigen Ausführungsformen.
9 veranschaulicht einen Satz von Kurven 900, der einen selbstoptimierenden Betrieb zeigt, welcher zu einer niedrigen Stromunterschwingung führt, gemäß einigen Ausführungsformen. Die Kurve 901 zeigt die Welligkeit in Vx als Funktion der Zeit. Eine gezoomte Version der Welligkeit wird in der Kurve 902 nach der Selbstabstimmung (z.B. Versetzungskompensation) gezeigt. Wie in der gezoomten Version ersichtlich, zeigt ein glatter Vx Übergang einen geringen Reststrom nach der Selbstoptimierung an (z.B. keine Diodenleitung ist in diesem Beispiel ersichtlich). Die Kurve 903 veranschaulicht eine geringe Unterschwingung nach der Selbstabstimmung unter Verwendung der Vorrichtung verschiedener Ausführungsformen.
10A - B veranschaulichen die Kurven 1000 bzw. 1020, die Messdaten einer Ausgangsspannungswelligkeit im PFM Betrieb mit leichter Last zeigen, wobei die Kurve 1000 von 10A ein doppeltes Auslösen aufgrund von Energieversorgungsnetz-(PDN-) Resonanzeffekten zeigt, während 10B 1020 zeigt, dass die programmierbare Aus-Zeit effektiv ist, um ein erneutes Auslösen zu verhindern, gemäß einigen Ausführungsformen.
11A - B veranschaulichen die Kurven 1100 und 1120, die vorübergehende Messwellenformen für Referenzschritte mit einer automatischen Ein-Zeit-Einstellung bzw. ohne die automatische Ein-Zeit-Einstellung zeigen, gemäß einigen Ausführungsformen. Die Messungen zeigen, dass der Induktorspitzenstrom ungefähr konstant gehalten wird nach einer Ausgangsspannungsänderung durch eine konstante Impulsfrequenz vor und nach dem Spannungsübergang, im Gegensatz zu einem konstanten EIN-Zeit-Schema.
12A - B veranschaulichen die Kurven 1200 und 1220, die vorübergehende Ausgangsstromlade- bzw. -entlade-Wellenformen mit einer chipinternen Hochgeschwindigkeitslast (z.B. 50 ps Anstiegszeit) zeigen. Die Umwandlungseffizienzmessungen über einen breiten Bereich von Ausgangsspannungen zeigen die Wirksamkeit des digital gesteuerten variablen EIN-Zeit-Schemas verschiedener Ausführungsformen, verglichen mit einer konstanten EIN-Zeit-Implementierung. Die vorübergehende Leistung der FIVR Steuerschleife sowohl für Referenzspannungsschritte als auch für Laststromübergangszustände wird gemessen. Eine schnelle FIVR Antwort, die von dem Hochgeschwindigkeitskomparator freigegeben wird, auf einen 200 mA Lade- und Entladeübergangszustand wird unter Verwendung einer chipinternen Last mit einer sub-ns Einschaltzeit gezeigt.
13A - D veranschaulichen die Kurven 1300, 1320, 1330 und 1340, die gemessene Effizienzdaten gegenüber dem Laststrom für verschiedene Ausgangsspannungen, die Effizienz gegenüber der Ausgangsspannung für eine konstante und variable (auto-eingestellte) Ein-Zeit bzw. das Induktorenergieverlustspektrum zeigen. 13A - D zeigen die FIVR Umwandlungseffizienzmessungen über einen breiten Bereich von Ausgangsspannungen und Lastströmen sowie die Hauptverlustkomponenten. In diesem Beispiel, bei einem 500 mA Laststrom, werden Effizienzen von 88 %, 82 % und 75 % für Ausgangsspannungen von 1,2 V, 1 V bzw. 0,8 V erzielt. Die Effizienz ist ziemlich konstant über 5 mA - 500 mA Lasten, da die PFM Steuereinheit-Energiegesamtleistung von 33 µA niedrig ist, sie fällt jedoch signifikant unter 5 mA. Wie durch die gemessenen Spektralkomponenten des Induktorstroms und die Induktor-WS-Widerstandscharakteristiken veranschaulicht, wird diese Effizienzverschlechterung großteils dadurch verursacht, dass der WS Widerstandsverlust in dem Luftkern-Induktor mit niedrigem Qualitätsfaktor, der in der kernlosen ultradünnen Packung eingebettet ist, die dominante Verlustkomponente unter leichten Lastbedingungen wird. Für höhere Lasten ist ein größerer Abschnitt des Induktorstromspektrums auf GS, wodurch bewirkt wird, dass die Induktorverluste geringer sind. Bei leichter Last wird die GS Komponente klein, und die WS Widerstandsverluste sind dominant.
14 veranschaulicht eine Smart-Vorrichtung oder ein Computersystem oder ein System-on-Chip (SoC) mit einem GS-GS Wandler mit ZCD und einer Vorrichtung zur Milderung von Nicht-Idealitäten in Bezug auf ZCD, gemäß einigen Ausführungsformen. 14 veranschaulicht eine Smart-Vorrichtung oder ein Computersystem oder ein System-on-Chip (SoC) mit einem GS-GS Wandler mit ZCD und einer Vorrichtung zur Milderung von Nicht-Idealitäten in Bezug auf ZCD, gemäß einigen Ausführungsformen. 14 veranschaulicht ein Blockbild einer Ausführungsform einer mobilen Vorrichtung, in der Schnittstellenverbinder mit flacher Oberfläche verwendet werden könnten. In einigen Ausführungsformen stellt die Rechnervorrichtung 1600 eine mobile Rechnervorrichtung dar, wie ein Rechner-Tablet, ein Mobiltelefon oder ein Smartphone, einen drahtlos betriebenen e-Reader oder eine andere drahtlose mobile Vorrichtung. Es ist klar, dass bestimmte Komponenten allgemein gezeigt werden, und nicht alle Komponenten einer solchen Vorrichtung in der Rechnervorrichtung 1600 gezeigt werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Rechnervorrichtung 1600 einen Prozessor 1610 mit einem GS-GS Wandler mit ZCD und einer Vorrichtung zur Milderung von Nicht-Idealitäten in Bezug auf ZCD, gemäß einigen diskutierten Ausführungsformen. Andere Blöcke der Rechnervorrichtung 1600 können auch einen GS-GS Wandler mit ZCD und einer Vorrichtung zur Milderung von Nicht-Idealitäten in Bezug auf ZCD aufweisen, gemäß einigen Ausführungsformen. Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können auch eine Netzschnittstelle innerhalb von 1670 umfassen, wie eine drahtlose Schnittstelle, so dass eine Systemausführungsform in eine drahtlose Vorrichtung eingeschlossen werden kann, zum Beispiel ein Mobiltelefon oder einen Personal Digital Assistant.
In einer Ausführungsform kann der Prozessor 1610 eine oder mehrere physische Vorrichtungen aufweisen, wie Mikroprozessoren, Anwendungsprozessoren, Mikrosteuereinheiten, programmierbare Logikvorrichtungen oder andere Verarbeitungsmittel. Die Verarbeitungsoperationen, die von dem Prozessor 1610 vorgenommen werden, umfassen die Ausführung einer Betriebsplattform oder eines Betriebssystems, auf dem Anwendungen und/oder Vorrichtungsfunktionen ausgeführt werden. Die Verarbeitungsoperationen umfassen Operationen in Bezug auf I/O (Eingabe/Ausgabe) mit einem menschlichen Benutzer oder mit anderen Vorrichtungen, Operationen in Bezug auf die Energieverwaltung und/oder Operationen in Bezug auf die Verbindung der Rechnervorrichtung 1600 mit einer anderen Vorrichtung. Die Verarbeitungsoperationen können auch Operationen in Bezug auf Audio-I/O und/oder Anzeige-I/O umfassen.
In einer Ausführungsform umfasst die Rechnervorrichtung 1600 ein Audio-Subsystem 1620, das Hardware- (z.B. Audio-Hardware und Audio-Schaltungen) und Software- (z.B. Treiber, Codecs) Komponenten darstellt, die mit dem Liefern von Audio-Funktonen an die Rechnervorrichtung assoziiert sind. Audio-Funktionen können eine Lautsprecher- und/oder Kopfhörerausgabe sowie eine Mikrofoneingabe umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Audio-Subsystem 1620 durch eine Vorrichtung und/oder Maschine ausführbare Instruktionen, um ein Selbsthören zu vermeiden, gemäß einigen Ausführungsformen. Vorrichtungen für solche Funktionen können in die Rechnervorrichtung 1600 integriert werden oder mit der Rechnervorrichtung 1600 verbunden werden. In einer Ausführungsform interagiert ein Benutzer mit der Rechnervorrichtung 1600 durch das Erteilen von Audio-Befehlen, die von dem Prozessor 1610 empfangen und verarbeitet werden.
Das Anzeige-Subsystem 1630 stellt Hardware- (z.B. Anzeigevorrichtungen) und Software- (z.B. Treiber) Komponenten dar, die eine visuelle und/oder Berührungsanzeige für einen Benutzer liefern, um mit der Rechnervorrichtung 1600 zu interagieren. Das Anzeige-Subsystem 1630 umfasst eine Anzeigeschnittstelle 1632, die den bestimmten Bildschirm oder die Hardware-Vorrichtung aufweist, welche verwendet werden, um eine Anzeige für einen Benutzer zu liefern. In einer Ausführungsform umfasst die Anzeigeschnittstelle 1632 Logik getrennt von dem Prozessor 1610, um mindestens einen Teil der Verarbeitung in Bezug auf die Anzeige vorzunehmen. In einer Ausführungsform umfasst das Anzeige-Subsystem 1630 eine Berührungsbildschirm- (oder eine Touch Pad-) Vorrichtung, die sowohl eine Ausgabe als auch Eingabe für einen Benutzer bereitstellt.
Die I/O Steuereinheit 1640 stellt Hardware-Vorrichtungen und Software-Komponenten in Bezug auf eine Interaktion mit einem Benutzer dar. Die I/O Steuereinheit 1640 ist betreibbar, um Hardware zu verwalten, die ein Teil des Audio-Subsystems 1620 und/oder Anzeige-Subsystems 1630 ist. Zusätzlich veranschaulicht die I/O Steuereinheit 1640 einen Verbindungspunkt für zusätzliche Vorrichtungen, die mit der Rechnervorrichtung 1600 verbunden werden, und durch die ein Benutzer mit dem System interagieren kann. Zum Beispiel könnten Vorrichtungen, die an der Rechnervorrichtung 1600 angebracht werden können, Mikrofonvorrichtungen, Lautsprecher- oder Stereo-Systeme, Video-Systeme oder andere Anzeigevorrichtungen, Tastatur- oder Tastaturfeldvorrichtungen oder andere I/O Vorrichtungen zur Verwendung mit spezifischen Anwendungen, wie Kartenlesern oder anderen Vorrichtungen, umfassen.
Wie im Vorstehenden angeführt, kann die I/O Steuereinheit 1640 mit dem Audio-Subsystem 1620 und/oder Anzeige-Subsystem 1630 interagieren. Zum Beispiel kann die Eingabe durch ein Mikrofon oder eine andere Audio-Vorrichtung eine Eingabe oder Befehle für eine oder mehrere Anwendungen oder Funktionen der Rechnervorrichtung 1600 liefern. Zusätzlich kann ein Audio-Ausgang statt oder zusätzlich zu einer Anzeigeausgabe geliefert werden. Wenn in einem anderen Beispiel das Anzeigesubsystem 1630 einen Berührungsbildschirm umfasst, dient die Anzeigevorrichtung auch als Eingabevorrichtung, die mindestens teilweise von der I/O Steuereinheit 1640 verwaltet werden kann. Es können auch zusätzliche Knöpfe oder Schalter auf der Rechnervorrichtung 1600 vorhanden sein, um I/O Funktionen bereitzustellen, die von der I/O Steuereinheit 1640 verwaltet werden.
In einer Ausführungsform verwaltet die I/O Steuereinheit 1640 Vorrichtungen, wie Akzelerometer, Kameras, Lichtsensoren oder andere Umgebungssensoren oder andere Hardware, die in die Rechnervorrichtung 1600 eingeschlossen werden können. Die Eingabe kann ein Teil einer direkten Benutzerinteraktion sein sowie das Bereitstellen einer Umgebungseingabe in das System, um seinen Betrieb zu beeinflussen (wie Rauschfiltern, Anzeigeeinstellung zur Helligkeitsdetektion, Blitzauslösung für eine Kamera oder andere Merkmale).
In einer Ausführungsform umfasst die Rechnervorrichtung 1600 eine Energieverwaltung 1650, die den Batterieenergieverbrauch, das Laden der Batterie und Merkmale in Bezug auf einen Energiesparbetrieb verwaltet. Das Speicher-Subsystem 1660 umfasst Speichervorrichtungen zum Speichern von Informationen in der Rechnervorrichtung 1600. Der Speicher kann nicht flüchtige (Zustand ändert sich nicht, wenn die Energie zur Speichervorrichtung unterbrochen wird) und/oder flüchtige (Zustand ist unbestimmt, wenn die Energie zur Speichervorrichtung unterbrochen wird) Speichervorrichtungen umfassen. Das Speicher-Subsystem 1660 kann Anwendungsdaten, Benutzerdaten, Musik, Fotos, Dokumente oder andere Daten sowie Systemdaten (egal ob langfristig oder temporär) in Bezug auf die Ausführung der Anwendungen und Funktionen der Rechnervorrichtung 1600 speichern.
Elemente von Ausführungsformen werden auch als maschinenlesbares Medium (z.B. Speicher 1660) zum Speichern der computerausführbaren Instruktionen (z.B. Instruktionen zur Implementierung irgendeines hier diskutierten Prozesses) bereitgestellt. Das maschinenlesbare Medium (z.B. Speicher 1660) kann umfassen, ist jedoch nicht beschränkt auf Flash-Speicher, optische Platten, CD-ROMs, DVD ROMs, RAMs, EPROMs, EEPROMs, Magnet- oder optische Karten, Phasenänderungsspeicher (PCM) oder andere Typen maschinenlesbarer Medien, die zum Speichern elektronischer oder computerlesbarer Instruktionen geeignet sind. Zum Beispiel können Ausführungsformen der Offenbarung als Computerprogramm (z.B. BIOS) heruntergeladen werden, das von einem entfernten Computer (z.B. einem Server) auf einen anfordernden Computer (z.B. einen Client) mittels Datensignalen über eine Kommunikationsverbindung (z.B. ein Modem oder eine Netzverbindung) transferiert werden kann.
Eine Konnektivität 1670 umfasst Hardware-Vorrichtungen (z.B. drahtlose und/oder verdrahtete Verbinder und Kommunikations-Hardware) und Software-Komponenten (z.B. Treiber, Protokollstapel), um es der Rechnervorrichtung 1600 zu ermöglichen, mit externen Vorrichtungen zu kommunizieren. Die Rechnervorrichtung 1600 könnte getrennte Vorrichtungen sein, wie andere Rechnervorrichtungen, drahtlose Zugangspunkte oder Basisstationen, sowie periphere Einrichtungen, wie Kopfhörer, Drucker oder andere Vorrichtungen.
Die Konnektivität 1670 kann mehrere verschiedene Typen einer Konnektivität umfassen. Zur Generalisierung wird die Rechnervorrichtung 1600 mit einer zellularen Konnektivität 1672 und drahtlosen Konnektivität 1674 veranschaulicht. Die zellulare Konnektivität 1672 bezieht sich allgemein auf eine zellulare Netzkonnektivität, die durch drahtlose Träger bereitgestellt wird, wie bereitgestellt über GSM (Global System for Mobile Communications) oder Variationen oder Derivate, CDMA (Code Division Multiple Access) oder Variationen oder Derivate, TDM (Time Division Multiplexing) oder Variationen oder Derivate, oder andere zellulare Dienststandards. Die drahtlose Konnektivität (oder drahtlose Schnittstelle) 1674 bezieht sich auf eine drahtlose Konnektivität, die nicht zellular ist und Personal Area Networks (wie Bluetooth, Near Field usw.), lokale Netze (wie Wi-Fi) und/oder Weitverkehrsnetze (wie WiMax) oder eine andere drahtlose Kommunikation umfassen kann.
Periphere Verbindungen 1680 umfassen Hardware-Schnittstellen und Verbinder sowie Software-Komponenten (z.B. Treiber, Protokollstapel), um periphere Verbindungen herzustellen. Es ist klar, dass die Rechnervorrichtung 1600 eine periphere Vorrichtung („zu“ 1682) zu anderen Rechnervorrichtungen sein könnte sowie damit verbundene periphere Vorrichtungen („von“ 1684) aufweisen könnte. Die Rechnervorrichtung 1600 hat üblicherweise einen „Docking“ Anschluss, um mit anderen Rechnervorrichtungen für Zwecke wie die Verwaltung (z.B. Herunterladen und/oder Hochladen, Ändern, Synchronisieren) von Inhalten auf der Rechnervorrichtung 1600 verbunden zu werden. Zusätzlich kann ein Docking-Anschluss es der Rechnervorrichtung 1600 ermöglichen, mit bestimmten peripheren Einrichtungen verbunden zu werden, die es der Rechnervorrichtung 1600 gestatten, eine Ausgabe von Inhalt zum Beispiel an audiovisuelle und andere Systeme zu steuern.
Zusätzlich zu einem proprietären Docking-Anschluss oder einer anderen proprietären Verbindungs-Hardware kann die Rechnervorrichtung 1600 periphere Verbindungen 1680 über übliche oder standardbasierte Verbinder herstellen. Übliche Typen können einen Universal Serial Bus (USB) Anschluss (der eine beliebige Anzahl verschiedener Hardware-Schnittstellen aufweisen kann), DisplayPort, umfassend MiniDisplayPort (MDP), High Definition Multimedia Interface (HDMI), Firewire oder andere Typen umfassen.
Eine Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“, „eine einzelne Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ oder „andere Ausführungsformen“ bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder eine Charakteristik, die in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben werden, in mindestens einigen Ausführungsformen enthalten ist, jedoch nicht unbedingt in allen Ausführungsformen. Das verschiedene Auftreten von „eine Ausführungsform“, „eine einzelne Ausführungsform“ oder „einige Ausführungsformen“ bezieht sich nicht unbedingt in jedem Fall auf dieselben Ausführungsformen. Wenn die Beschreibung angibt, dass eine Komponente, ein Merkmal, eine Struktur oder eine Charakteristik eingeschlossen werden „kann“, „könnte“ oder „würde“, ist es nicht erforderlich, dass die bestimmte Komponente, das Merkmal, die Struktur oder die Charakteristik eingeschlossen ist. Wenn sich die Beschreibung oder der Anspruch auf „ein“ Element bezieht, bedeutet das nicht, dass es nur eines der Elemente gibt. Wenn sich die Beschreibung oder der Anspruch auf „ein zusätzliches“ Element bezieht, schließt dies nicht aus, dass mehr als eines der zusätzlichen Elemente vorhanden ist.
Ferner können die bestimmten Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Charakteristiken in einer beliebigen geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden. Zum Beispiel kann eine erste Ausführungsform mit einer zweiten Ausführungsform kombiniert werden, wo immer sich die bestimmten Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Charakteristiken, die mit den beiden Ausführungsformen assoziiert sind, nicht gegenseitig ausschließen.
Obwohl die Offenbarung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsformen davon beschrieben wurde, sind für Fachleute im Licht der vorhergehenden Beschreibung viele Alternativen, Modifikationen und Variationen solcher Ausführungsformen ersichtlich. Zum Beispiel können andere Speicherarchitekturen, z.B. dynamischer RAM (DRAM), die diskutierten Ausführungsformen verwenden. Die Ausführungsformen der Offenbarung sollen alle solchen Alternativen, Modifikationen und Variationen derart umfassen, dass sie in den breiten Umfang der beigeschlossenen Ansprüche fallen.
Zusätzlich können wohlbekannte Energie/Erde-Anschlüsse für integrierte Schaltungs- (IC-) Chips und andere Komponenten innerhalb der dargestellten Figuren der einfachen Veranschaulichung und Diskussion halber gezeigt werden oder nicht, um die Offenbarung nicht zu verdecken. Ferner können Anordnungen in Blockbildform gezeigt werden, um ein Verdecken der Offenbarung zu vermeiden, und auch angesichts der Tatsache, dass spezifische Angaben in Bezug auf die Implementierung solcher Blockbildanordnungen stark von der Plattform abhängig sind, innerhalb der die vorliegende Offenbarung zu implementieren ist (d.h. solche spezifischen Angaben sollten Fachleuten wohlbekannt sein). Wenn spezifische Details (z.B. Schaltungen) angegeben werden, um Beispiele von Ausführungsformen der Offenbarung zu beschreiben, ist es für Fachleute klar, dass die Offenbarung ohne die oder mit einer Variation dieser spezifischen Details praktiziert werden kann. Die Beschreibung ist somit als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung anzusehen.
Eine Zusammenfassung wird bereitgestellt, die es dem Leser gestattet, die Art und den Grundgedanken der technischen Offenbarung zu ermitteln. Die Zusammenfassung wird mit dem Verständnis vorgelegt, dass sie nicht zur Einschränkung des Umfangs oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet wird. Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung eingeschlossen, wobei jeder Anspruch als getrennte Ausführungsform alleine steht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 16144961 [0001]

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine Komparatorschaltung mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem dritten Eingang; eine erste Vorrichtung, die mit dem ersten und zweiten Eingang der Komparatorschaltung gekoppelt ist; und eine Schaltung, um einen digitalen Code zu generieren, der eine Komparatorversetzungseinstellung in Bezug auf die Detektion von Strom durch eine zweite Vorrichtung darstellt, wobei der digitale Code an den dritten Eingang der Komparatorschaltung geliefert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Komparatorschaltung umfasst: einen ersten und zweiten WS Kopplungskondensator, die jeweils mit dem ersten und zweiten Eingang über einen ersten und zweiten steuerbaren Schalter gekoppelt sind; einen Kondensator, der mit einem von dem ersten oder zweiten Eingang der Komparatorschaltung über einen dritten steuerbaren Schalter gekoppelt ist; und einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der mit dem dritten Eingang der Komparatorschaltung gekoppelt ist, wobei ein Ausgang des ADC schaltbar mit einem Anschluss des Kondensators gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Komparatorschaltung einen vierten Eingang umfasst, um eine Gleichtaktspannung zu empfangen, und wobei die Gleichtaktspannung mit dem ersten und zweiten WS Kopplungskondensator gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Komparatorschaltung leistungsgesteuert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Vorrichtung ein Teil eines Low Side-Schalters eines GS-GS Wandlers ist.
Vorrichtung, wobei die Schaltung umfasst: einen ersten Transistor, der mit der zweiten Vorrichtung gekoppelt ist; einen zweiten Transistor, der in Serie mit dem ersten Transistor gekoppelt ist; einen Puffer, der mit dem ersten und zweiten Transistor gekoppelt ist; und ein Flip-Flop, das mit dem Puffer gekoppelt ist, wobei ein Takteingang des Flip-Flops durch ein Signal steuerbar ist, das durch einen Low Side-Schalter empfangen wird, wobei die erste Vorrichtung ein Teil des Low Side-Schalters ist, und wobei ein Ausgang des Flip-Flops die Detektion von Strom durch die zweite Vorrichtung bereitzustellen hat.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Schaltung einen Zähler umfasst, um einen Wert des digitalen Codes gemäß dem Ausgang des Flip-Flops hoch- oder herunterzuzählen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Gate-Anschluss des ersten Transistors mit einem Energiezufuhrknoten gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Gate-Anschluss des zweiten Transistors mit Erde gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Signal, das von dem Low Side-Schalter empfangen wird, verzögert wird, bevor es als Takteingang für das Flip-Flop bereitgestellt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zweite Vorrichtung ein Induktor ist.
Vorrichtung, umfassend: einen High Side-Schalter, der mit einer ersten Energiezufuhrschiene gekoppelt ist; einen Low Side-Schalter, der in Serie mit dem High Side-Schalter gekoppelt ist, wobei der Low Side-Schalter mit Erde gekoppelt ist; einen Induktor, der mit dem High Side- und Low Side-Schalter gekoppelt ist; eine Komparatorschaltung mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem dritten Eingang, wobei der erste und zweite Eingang mit dem Low Side-Schalter gekoppelt sind, wobei ein digitaler Code an den dritten Eingang geliefert wird, um eine Versetzung der Komparatorschaltung gemäß einem Strom durch den Induktor einzustellen; eine Stromdetektionsschaltung, um Strom durch den Induktor zu detektieren und um diese Detektion als Ausgang bereitzustellen; und Schaltungen, um den Ausgang der Stromdetektionsschaltung zu empfangen und um den digitalen Code gemäß dem Ausgang der Stromdetektionsschaltung einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Stromdetektionsschaltung umfasst: einen ersten Transistor, der mit dem Induktor gekoppelt ist; einen zweiten Transistor, der in Serie mit dem ersten Transistor gekoppelt ist; einen Puffer, der mit dem ersten und zweiten Transistor gekoppelt ist; und ein Flip-Flop, das mit dem Puffer gekoppelt ist, wobei ein Takteingang des Flip-Flops durch ein Signal steuerbar ist, das durch den Low Side-Schalter empfangen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Komparatorschaltung umfasst: einen ersten und zweiten WS Kopplungskondensator, der jeweils mit dem ersten und zweiten Eingang über einen ersten und zweiten steuerbaren Schalter gekoppelt ist; einen Kondensator, der mit dem ersten oder zweiten Eingang der Komparatorschaltung über einen dritten steuerbaren Schalter gekoppelt ist; und einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der mit dem dritten Eingang der Komparatorschaltung gekoppelt ist, wobei ein Ausgang des ADC schaltbar mit einem Anschluss des Kondensators gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Komparatorschaltung einen vierten Eingang umfasst, um eine Gleichtaktspannung zu empfangen, und wobei die Gleichtaktspannung mit dem ersten und zweiten WS Kopplungskondensator gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Komparatorschaltung leistungsgesteuert ist.
System, umfassend: einen Speicher; einen Prozessor, der mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei der Prozessor einen GS-GS Wandler aufweist, der eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11 umfasst; und eine drahtlose Schnittstelle, um es dem Prozessor zu ermöglichen, mit einer anderen Vorrichtung zu kommunizieren.
System, umfassend: einen Speicher; einen Prozessor, der mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei der Prozessor einen GS-GS Wandler aufweist, der eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 16 umfasst; und eine drahtlose Schnittstelle, um es dem Prozessor zu ermöglichen, mit einer anderen Vorrichtung zu kommunizieren.
Verfahren, umfassend: Generieren eines digitalen Codes, der eine Komparatorversetzungseinstellung in Bezug auf die Detektion von Strom durch eine zweite Vorrichtung darstellt; Liefern des digitalen Codes an einen dritten Eingang der zweiten Vorrichtung; und Koppeln einer ersten Vorrichtung mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang eines Komparators.
Verfahren nach Anspruch 19, umfassend: Koppeln des ersten und zweiten WS Kopplungskondensators mit dem ersten und zweiten Eingang; Koppeln eines Kondensators, der mit einem von dem ersten oder zweiten Eingang der Komparatorschaltung gekoppelt ist; und Koppeln eines Analog-Digital-Wandlers (ADC) mit dem dritten Eingang der Komparatorschaltung; und schaltbares Koppeln eines Ausgangs des ADC mit einem Anschluss des Kondensators.
Verfahren nach Anspruch 20, umfassend: Empfangen einer Gleichtaktspannung an einem vierten Eingang des Komparators; und Koppeln der Gleichtaktspannung mit dem ersten und zweiten WS Kopplungskondensator.
Verfahren nach Anspruch 19, umfassend ein Leistungssteuern des Komparators.
Verfahren nach Anspruch 19, umfassend ein Hoch- oder Herunterzählen eines Werts des digitalen Codes gemäß einem Ausgang des Flip-Flops.
Vorrichtung, umfassend Mittel zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 19 bis 23.
Verfahren, umfassend: Liefern eines digitalen Codes an einen dritten Eingang eines Komparators, um eine Versetzung des Komparators gemäß einem Strom durch einen Induktor einzustellen; Detektieren von Strom durch den Induktor; Bereitstellen des detektierten Stroms als Ausgang; Empfangen des Ausgangs; und Einstellen des digitalen Codes gemäß dem Ausgang.