TWI388114B - 用於選擇包含複數個直流對直流轉換器之ㄧ積體電路裝置之ㄧ模式的方法與裝置 - Google Patents

用於選擇包含複數個直流對直流轉換器之ㄧ積體電路裝置之ㄧ模式的方法與裝置 Download PDF

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Description

用於選擇包含複數個直流對直流轉換器之一積體電路裝置之一模式的方法與裝置
該揭示案關於使用電池提供電壓給積體電路之系統及方法。
可攜式裝置可使用電池提供電壓給裝置組件，包含積體電路內的組件。在某些情況下，需要修改由電池提供的電壓以便提供用於積體電路之裝置組件的系統電壓。然而，不同的可攜式裝置使用不同的電池類型及組態。例如，某些可攜式裝置使用鋰電池，而其他可攜式裝置併入鹼性或串聯AA類型的電池組態。各種類型的電池可提供不同輸出電壓給積體電路。
因此需要使積體電路可耦合至各種電池類型及組態的系統及方法。
本發明揭示一種選擇積體電路裝置之電池模式的方法及系統。針對積體電路裝置內的第一及第二DC-DC轉換器裝置而選擇電池模式。在裝置之單一接腳處接收電壓。根據接收的電壓為裝置決定電池模式，並且根據電池模式配置DC-DC轉換器電路之至少一個。
參考圖1，其說明積體電路100之方塊圖。在一特定具體實施例中，積體電路100為用於可攜式電子裝置(例如MP3播放器)的積體電路。將積體電路100耦合至電池102。積 體電路100包含複數個接腳，包含第一輸入/輸出(I/O)接腳104、第二I/O接腳105、與電池偵測接腳116。積體電路100進一步包含轉換器控制模組106、第一直流至直流(DC-DC)轉換器108、與第二DC-DC轉換器110。積體電路100亦包含第三I/O接腳120及第四I/O接腳122。
在圖1說明的組態中，電池102在I/O接腳104及105處提供電壓給積體電路100。電池102可以為任何合適的電池或電池之集合，包含鋰電池、鹼性電池或串聯AA電池組態。
積體電路100包含DC-DC轉換器108及110，其用以將在第一電池輸入接腳104及第二電池接腳105處接收的電壓轉換成一適當位準，用於積體電路100之供應電壓(標識為VDD)及輸入/輸出電壓位準(VDDIO)。可以在輸入/輸出接腳122處提供電壓VDD，並可以在I/O接腳120處提供電壓VDDIO。
將電池偵測接腳116耦合至轉換器控制模組106。亦將電池偵測接腳耦合至電阻器118。轉換器控制模組106偵測耦合至電池偵測接腳116的電阻器118之數值以決定電池模式。在一特定具體實施例中，將電阻器118設定成浮動式：270千歐姆、120千歐姆或接地，此取決於用於電池102的電池類型。
將轉換器控制模組106耦合至第一DC-DC轉換器108及第二DC-DC轉換器110。根據在電池偵測接腳116處偵測的電壓，轉換器控制模組106傳送控制信號至第一DC-DC轉換 器108及第二DC-DC轉換器110以配置該等轉換器。在一特定具體實施例中，轉換器控制模組將第一DC-DC轉換器108配置成「升壓」或「降壓」模式。在升壓模式中，第一DC-DC轉換器108放大電池輸入接腳104處的電壓。在降壓模式中，第一DC-DC轉換器108減小電池輸入接腳104處的電壓。亦可以將第二DC-DC轉換器110設定成升壓或降壓模式。
轉換器控制模組106可以獨立地設定第一DC-DC轉換器108及第二DC-DC轉換器110之模式。因此，可以將第一DC-DC轉換器108及第二DC-DC轉換器110設定成降壓至降壓組態、降壓至升壓組態、升壓至升壓組態、其中各轉換器係處於功率降低狀態中的組態、或其他組態。
在一特定具體實施例中，於對應於決定之選擇的電池模式之第一可選擇組態中配置第一DC-DC轉換器108以回應在電池偵測接腳116處接收的輸入，並且根據選擇的電池模式在第二可選擇組態中配置第二DC-DC轉換器110。在一特定具體實施例中，選擇的電池模式係選自至少三個不同的可用電池模式。在一特定具體實施例中，選擇的電池模式係選自四個可用電池模式。在一特定具體實施例中，依據下表設定用於各轉換器的組態：
在一特定具體實施例中，第一DC-DC轉換器108及第二DC-DC轉換器110將由電池102提供的電壓轉換為電壓VDD及VDDIO。
在第一組態中說明積體電路100。在此組態中，經由輸入/輸出接腳120及輸入/輸出接腳122耦合第一DC-DC轉換器108及第二DC-DC轉換器110。
參考圖2，在第二組態中說明積體電路100。在此組態中將電池102耦合至輸入/輸出接腳120及輸入/輸出接腳122。在此組態中，第一DC-DC轉換器108於I/O接腳104處提供電壓VDDIO並且第二DC-DC轉換器110於I/O接腳105處提供電壓VDD。
參考圖3，其說明轉換器控制模組106之一特定具體實施例。轉換器控制模組106包含電阻器300、電池模式偵測模組302、與控制邏輯304。將電阻器300耦合至電池102及電池偵測接腳116。亦將電阻器300耦合至電池模式偵測模組302。電池模式偵測模組302提供輸出信號320、322及324給控制邏輯304。各輸出信號對應於電池模式偵測模組302之輸出的單一位元，因此該電池模式偵測模組可以使用三個位元選擇四個模式。控制邏輯304可將輸出信號320、322及324減少至二個輸出位元。
在一特定具體實施例中，將電阻器300設定在一極大數值。由電池模式偵測模組302感測於節點310處由電阻器300及電池偵測接腳116形成的電壓。電池模式偵測模組302決定對應於電池102之電池組態的三個數位位元數值 320、322及324。將三個數位位元數值320、322及324提供給控制邏輯304。控制邏輯304產生用於第一DC-DC轉換器108及第二DC-DC轉換器110的控制信號，以將該等轉換器放置在用於電池102之偵測模式的適當組態中。
在一特定具體實施例中，由從施加於電池偵測接腳116之輸入導出的三個數位位元數值320、322及324識別至少四個不同的可用電池模式。在一特定具體實施例中，四個不同的可用電池模式包含與鋰離子電池相關聯的第一模式。在輸入係處於低電壓位準的情況下，偵測第一模式。在一特定具體實施例中，第四模式係與單一串聯雙A電池相關聯。在輸入係處於高電壓位準的情況下，偵測第四模式。
在另一具體實施例中，不同的可用電池模式包含由第一中間電壓位準偵測的第二模式及由第二中間電壓位準偵測的第三模式。在一特定具體實施例中，第二模式對應於串聯耦合雙A電池。
參考圖4，其顯示電池模式偵測模組302之一特定具體實施例。電池模式偵測模組302包含第一電晶體400、第二電晶體406、邏輯閘410、412、414及416、比較器408、以及電阻器402、與404。
將第一電晶體400耦合至電池102及電池偵測接腳116。將第一電晶體400進一步耦合至電阻器402。將由第一電晶體400及電阻器402形成的節點耦合至邏輯閘414。邏輯閘414及416使電池模式偵測模組302之第一輸出信號320可得 以適當形成。以相同的方式，邏輯閘410及412使第三輸出信號324可得以適當形成。
將由電阻器402及電阻器404形成的節點耦合至比較器408之輸入。將第二電晶體406耦合至接地及電池偵測接腳116。在一特定具體實施例中，第二電晶體406為低臨界電壓電晶體。
在一特定具體實施例中，將電池偵測接腳116耦合至比較器408之輸入。比較器408之輸出可對應於表示第二輸出位元的電池模式偵測模組302之第二輸出。
比較器408將電池偵測接腳116處的電壓與由電阻器402及404形成之節點處的參考電壓比較。比較器408之輸出係基於此比較。由電池偵測接腳116處的電壓決定電晶體400及406之狀態，以及由電阻器402及404形成之節點處的電壓。此電壓決定輸出320、322及324之狀態。
可將比較器408之輸出耦合至額外邏輯閘。在一具體實施例中，將邏輯閘412及416與耦合至比較器408的邏輯閘提供三位元數位輸出，其識別四個可選擇電池模式之一。在一特定具體實施例中，比較器408在電池模式之至少二個中功率降低以保存功率。
參考圖5，其說明降壓至降壓模式中的第一DC-DC轉換器108及第二DC-DC轉換器110之一特定具體實施例。第一DC-DC轉換器108包含電感器500、電晶體502及電晶體504。將電感器500耦合至I/O接腳120及由電晶體502與504形成的節點。將電晶體502耦合至接地，並將電晶體504耦 合至電池102。電感器500提供輸出電壓VDDIO給I/O接腳120。
第二DC-DC轉換器110包含電晶體506、508及510。將由電晶體506、508及510之連接形成的節點耦合至電感器512。電感器512提供供應電壓VDD給積體電路100。將電晶體508耦合至電池102。將電晶體510耦合至接地。在此組態中，提供電壓VDD給I/O接腳122。
參考圖6，其說明升壓模式中的第一DC-DC轉換器108之一特定具體實施例中。在此具體實施例中，將電晶體504耦合至I/O接腳120。電晶體504提供輸出電壓VDDIO給I/O接腳120。將電感器600耦合至電池102。在此組態中，於I/O接腳105處升壓並提供由電池102施加的電壓。
圖5與6說明以電感器為基礎的交換轉換器之示範性具體實施例。熟習技術人士應瞭解，可使用其他類型的轉換器，包含線性調整器、交換式電容器轉換器或其他適當的轉換器。
參考圖7，其說明決定積體電路裝置之電池模式的方法之特定具體實施例。在步驟700中，接收單一輸入接腳處的電壓位準。將此單一輸入接腳處的電壓位準與步驟702中的目標電壓比較。在一特定具體實施例中，單一輸入接腳處的電壓可基於在單一輸入接腳處感測的阻抗數值。至少部分根據步驟702中的比較，於步驟704中決定電池模式。在一特定具體實施例中，使用耦合至比較器之輸出的邏輯元件決定電池模式。在一特定具體實施例中，藉由識 別四個可用電池模式之一的三位元數位數值識別電池模式。例如，如本文說明的電池模式偵測模組302可決定最多四個不同的電池模式。在步驟706中，配置一或多個DC-DC電路。DC-DC轉換器之組態取決於在步驟704中決定的電池模式。
所揭示的系統及方法可用以藉由使用單一接腳以偵測三或多個不同的電池類型而減少積體電路之成本。根據所偵測的電池類型，可以在各組態中配置多個DC-DC轉換器電路以提供柔性且可再用的電路設計。
應將以上揭示的主旨視為說明性而非限制性，並且希望所附的申請專利範圍涵蓋在本發明之真實精神及範疇內的所有此類修改、增強、及其他具體實施例。因此，在法律所允許的最大範圍內，本發明之範疇將藉由以下申請專利範圍及其等效物之最廣義許可解釋來決定，而不受以上的詳細說明之約束或限制。
100‧‧‧積體電路
102‧‧‧電池
104‧‧‧第一輸入/輸出(I/O)接腳
105‧‧‧第二輸入/輸出(I/O)接腳
106‧‧‧轉換器控制模組
108‧‧‧第一直流至直流(DC-DC)轉換器
110‧‧‧第二直流至直流(DC-DC)轉換器
116‧‧‧電池偵測接腳
118‧‧‧電阻器
120‧‧‧第三輸入/輸出(I/O)接腳
122‧‧‧第四輸入/輸出(I/O)接腳
300‧‧‧電阻器
302‧‧‧電池模式偵測模組
304‧‧‧控制邏輯
310‧‧‧節點
320‧‧‧輸出信號
322‧‧‧輸出信號
324‧‧‧輸出信號
400‧‧‧第一電晶體
402‧‧‧電阻器
404‧‧‧電阻器
406‧‧‧第二電晶體
408‧‧‧比較器
410‧‧‧邏輯閘
412‧‧‧邏輯閘
414‧‧‧邏輯閘
416‧‧‧邏輯閘
500‧‧‧電感器
502‧‧‧電晶體
504‧‧‧電晶體
506‧‧‧電晶體
508‧‧‧電晶體
510‧‧‧電晶體
600‧‧‧電感器
圖1為併入第一組態中的直流至直流(DC-DC)轉換器的積體電路之方塊圖；圖2為併入第二組態中的直流至直流(DC-DC)轉換器所配置的積體電路之方塊圖；圖3為轉換器控制模組之一特定具體實施例的方塊圖；圖4為用於轉換器控制模組的偵測模組之一特定具體實施例的電路圖；圖5為降壓至降壓模式中的一對DC-DC轉換器之電路 圖；圖6為升壓模式中的DC-DC轉換器之電路圖；圖7為說明決定積體電路裝置之電池模式的方法之一特定具體實施例的流程圖。
100‧‧‧積體電路
102‧‧‧電池
104‧‧‧第一輸入/輸出(I/O)接腳
105‧‧‧第二輸入/輸出(I/O)接腳
106‧‧‧轉換器控制模組
108‧‧‧第一直流至直流(DC-DC)轉換器
110‧‧‧第二直流至直流(DC-DC)轉換器
116‧‧‧電池偵測接腳
118‧‧‧電阻器
120‧‧‧第三輸入/輸出(I/O)接腳
122‧‧‧第四輸入/輸出(I/O)接腳

Claims (18)

  1. 一種選擇一積體電路裝置之一模式的方法，其包括複數個直流至直流轉換器，該方法包括：於一偵測接腳檢測具有一阻抗值之一阻抗，其中該阻抗值代表一對應模式；比較該阻抗之兩端的一電壓及一參考電壓；及根據電壓比較值提供一多位元輸出。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括根據該多位元輸出組態該積體電路裝置內的每個該複數個直流至直流轉換器成一對應組態。
  3. 如請求項2之方法，其中該積體電路裝置係配置以於複數個模式操作，其中每個模式與該多位元輸出之一對應輸出值相關連。
  4. 如請求項3之方法，其進一步包括：當該多位元輸出指示一第一模式，選擇一第一可選擇組態，其包括一第一降壓組態中之一第一直流至直流轉換器，其中該第一直流至直流轉換器減弱與於該偵測接腳所檢測之該對應阻抗相關連之電壓。
  5. 如請求項4之方法，其中該第一模式與產生該電壓之一鋰離子電池相關連。
  6. 如請求項5之方法，其中該第一降壓組態包括：耦接至該電池之一第一電晶體，該第一電晶體亦耦接至一第一電感；及耦接至該該第一電晶體之一第二電晶體，該第二電晶 體亦耦接至地。
  7. 如請求項5之方法，其中該第一可選擇配置進一步包括一第二降壓組態中之一第二直流至直流轉換器，其中該第二直流至直流轉換器減弱與於該偵測接腳所檢測之該對應阻抗相關連之電壓。
  8. 如請求項7之方法，其中該第二降壓組態包括：耦接至該電池之一第三電晶體，該第三電晶體亦耦接至一第二電感；及耦接至該該第三電晶體之一第四電晶體，該第四電晶體亦耦接至地。
  9. 如請求項1之方法，其中當該多位元輸出指示一第二模式，選擇一第二可選擇組態包括：一第一降壓組態中之一第一直流至直流轉換器，其中一第一電晶體耦接至一電池，及該第一電晶體耦接至一第一電感，及一第二電晶體耦接至該第一電晶體及該第二電晶體亦耦接至地；及一升壓組態之一第二直流至直流轉換器，其中一第三電晶體耦接至一輸出電壓及一電感，以及一第四電晶體耦接至該電感及地。
  10. 如請求項9之方法，其中該第二模式與產生該電壓之一串聯A-A非鹼性電池相關連。
  11. 如請求項1之方法，其中當該多位元輸出指示一第三模式，選擇一第三可選擇配置包括：一升壓組態中之一第一直流至直流轉換器，其中一第 一電晶體耦接至一輸出電壓及一電感，及一第二電晶體耦接至該電感及地；及一第二直流至直流轉換器於一關閉組態。
  12. 一種選擇一積體電路裝置之一模式的裝置，其包括複數個直流至直流轉換器，該裝置包括：一偵測模組以於一偵測接腳感測一阻抗值，其中該阻抗值代表一對應模式；及一比較器以比較該阻抗之兩端的一電壓及一參考電壓及根據該電壓比較值提供一多位元輸出。
  13. 如請求項12之裝置，進一步包括複數個可組態直流至直流轉換器且根據該多位元輸出可操作組態為複數個組態之一，其中每個組態與一對應模式相關連。
  14. 如請求項13之裝置，其中在一第一模式與產生該電壓之一鋰離子電池相關連時，一第一可選擇組態包括：一第一降壓組態之一第一直流至直流轉換器，其包括：耦接至該電池及一第一電感之一第一電晶體；及耦接至該第一電晶體及地之一第二電晶體；及一第二降壓組態之一第二直流至直流轉換器，其包括：耦接至該電池及一第二電感之一第三電晶體；及耦接至該第三電晶體及地之一第四電晶體。
  15. 如請求項13之裝置，其中一第二模式與產生該電壓之一串接A-A非鹼性電池相關連時，一第二可選擇組態包括：一第一降壓組態中之一第一直流至直流轉換器，其中 一第一電晶體耦接至該電池及一第一電感，及一第二電晶體耦接至該第一電晶體及地；及一升壓組態中之一第二直流至直流轉換器，其中一第三電晶體耦接至一輸出電壓及一電感，以及一第四電晶體耦接至該電感及地。
  16. 如請求項12之裝置，其中該比較器可於至少兩個之該複數個模式下操作為關機狀態。
  17. 如請求項13之裝置，其中該複數個可組態直流至直流轉換器包括一線性電壓調節器。
  18. 如請求項13之裝置，其中該複數個可組態直流至直流轉換器包括一轉換電容轉換器。
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