TWI727742B - 具有暫態響應增強的端接電壓調節裝置 - Google Patents

Abstract

一種具有暫態響應增強的端接電壓調節裝置，包含端接電壓調節器及暫態響應增強器。端接電壓調節器在端接電壓端子處提供端接電壓並包含第一和第二開關單元。暫態響應增強器耦接至端接電壓調節器，用於增強端接電壓調節器的暫態響應。暫態響應增強器包含第一增強電路，用於感測與第一開關單元相關聯的第一訊號，並用於在汲取模式下響應於第一訊號而使第一開關單元的第一控制端子處於第一電壓；以及包含第二增強電路，用於感測與第二開關單元相關聯的第二訊號，並用於在提供模式下響應於第二訊號而使第二開關單元的第二控制端子處於第二電壓。

Description

具有暫態響應增強的端接電壓調節裝置

本發明揭示關於一種端接電壓調節器，尤指一種具有暫態響應增強的端接電壓調節裝置。

端接電壓調節器是專門為了匯流排的端接(termination)而特別設計，例如用於雙倍資料速率儲存技術的記憶體匯流排。需要端接電壓調節器提供端接電壓和提供及汲取電流。暫態響應可能會受到端接電壓調節器的操作速度的影響。如果暫態響應的過衝(overshoot)和下衝(undershoot)不能在相應的容忍範圍內減小，則具有記憶體的運算系統可能會不穩定或者在最壞的情況下發生故障。

因此，為了改善端電壓調節器的暫態響應，調節器的操作速度有待改進。

本發明的一目的在於提供一種具有暫態響應增強的端接電壓調節裝置。

為了至少實現上述目的，本發明公開提供一種具有暫態響應增強的端接電壓調節裝置，其包括一端接電壓調節器以及一暫態響應增強器。端接電壓調節器用於在一端接電壓端子處提供一端接電壓，該端接電壓調節器包括耦接到端接電壓端子的第一開關單元和第二開關單元。該暫態響應增強器耦接到該端接電壓調節器，用於增強該端接電壓調節器的暫態響應，該暫態響應增強器包括一第一增強電路和一第二增強電路。該第一增強電路，至少耦接至第一開關單元，用於感測與第一開關單元相關聯的第一訊號，其中，在一汲取模式中，當該第二開關單元可操作地從該端接電壓端子處汲取電流時，該第一增強電路響應於第一訊號而使該第一開關單元的第一控制端子而處於一第一電壓，。第二增強電路，至少耦接至第二開關單元的，用於感測與第二開關單元相關聯的一第二訊號，其中在一提供模式下，當該第一開關單元可操作地將電流提供至該端接電壓端子時，該第二增強電路響應於該第二訊號而使該第二開關單元的一第二控制端子處於一第二電壓。

10:端接電壓調節裝置

11:端接電壓調節器

21:暫態響應增強器

110:第一開關單元

120:第二開關單元

130:控制單元

131:比較器

132:比較器

210:第一增強電路

211:第一感測單元

212:第一回授單元

213:第一補償單元

220:第二增強電路

221:第二感測單元

222:第二回授單元

223:第二補償單元

10A:端接電壓調節裝置

10B:端接電壓調節裝置

110A:第一開關單元

110B:第一開關單元

11A:端接電壓調節器

11B:端接電壓調節器

120A:第二開關單元

120B:第二開關單元

130A:控制單元

130B:控制單元

210A:第一增強電路

210B:第一增強電路

21A:暫態響應增強器

21B:暫態響應增強器

220A:第二增強電路

220B:第二增強電路

C_P1:電容器

C_P2:電容器

I_REF1:偏壓電流

I_REF2:偏壓電流

I_TT:端接電流

M1:電晶體

M2:電晶體

M3:電晶體

M4:電晶體

M5:電晶體

M6:電晶體

N_C1:第一控制端子

N_C2:第二控制端子

N_FB1:第一回授端子

N_FB2:第二回授端子

N_S1:第一感測端子

N_S2:第二感測端子

N_TT:端接電壓端子

R_P1:電阻器

R_P2:電阻器

V_INP:輸入電源電壓

V_TT:端接電壓

V_{TT_REF}:端接參考電壓

圖1是示出根據本發明的實施例具有暫態響應增強的端接電壓調節裝置的示意圖。

圖2是基於圖1的端接電壓調節裝置的實施例的示意圖。

圖3是示出第一增強電路的實施例的示意圖。

圖4是示出第二增強電路的實施例的示意圖。

圖5是基於圖1的端接電壓調節裝置的另一實施例的示意圖。

為了促進對本發明的目的、特徵和效果的理解，提供了實施例及圖式，以用於本發明公開的詳細描述。

請參考圖1，其以一示意圖示出了根據本發明的多個實施例的具有暫態響應增強的端接電壓調節裝置10。如圖1所示，端接電壓調節裝置10包含一端接電壓調節器11和耦接到端接電壓調節器11的一暫態響應增強器21。端接電壓調節裝置10可以用於連接到一記憶體裝置(未示出)，例如用於記憶體匯流排端接的一雙倍資料速率記憶體，以透過暫態響應增強來提供及汲取電流。

端接電壓調節器11用於在一端接電壓端子N_TT處提供一端接電壓V_TT，並且端接電壓調節器11包括一第一開關單元110及一第二開關單元120。第一開關單元110耦接到端接電壓端子N_TT並且具有一第一控制端子N_C1。第二開關單元120耦接到端接電壓端子N_TT並且具有一第二控制端子N_C2。例如，第一開關單元110以及第二開關單元120耦接在一輸入電源電壓V_INP及地(或其他電源電壓)之間，並且配置為以開關方式操作以提供端接電壓V_TT，並且能夠在端接電壓端子N_TT上提供及汲取電流。當端接電壓調節器11提供電流時，一端接電流I_TT從端接電壓端子N_TT流出(即，I_TT>0)到連接的負載(未示出)，例如用於記憶體匯流排端接的一端接電阻；當端接電壓調節器11汲取電流時，端接電流I_TT從負載流進端接電壓端子N_TT(即，I_TT<0)。例如，第一開關單元110和第二開關單元120可以配置為響應於在第一控制端子N_C1和第二控制端子N_C2的各自控制訊號而以開關方式操作，上述控制訊號可以由一控制單元130基於端接電壓V_TT以及一端接參考電壓V_{TT_REF}而產生，。當然，本發明的實現方式不限於上述示例。

暫態響應增強器21用於增強端接電壓調節器11的暫態響應。暫態響應調節器21包括一第一增強電路210及一第二增強電路220。

第一增強電路210，至少耦接到端接電壓調節器11，且用於感測與第一開關單元110相關聯的一第一訊號(例如，電壓或電流)。在端接電壓調節裝置10的一汲取模式(sinking mode)中，當第二開關單元120可操作地從端接電壓端子N_TT汲取電流時，第一增強電路210響應於第一訊號而使得第一控制端子N_C1處於一第一電壓。

第二增強電路220，至少耦接到端接電壓調節器11，且用於感測與第二開關單元120相關聯的一第二訊號(例如，電壓或電流)。在端接電壓調節裝置10的一提供模式(sourcing mode)下，當第一開關單元110可操作地將電流提供至端接電壓端子N_TT時，第二增強電路220響應於第二訊號而使第二控制端子N_C2處於一第二電壓。

如此，當端接電壓調節裝置10需要將其操作模式從汲取模式改變為提供模式時，第一開關單元110能夠更快地操作以提供電流，因為在汲取模式下，透過第一增強電路210將第一開關單元110的第一控制端子N_C1預先設置為第一電壓。因此，從汲取模式到提供模式的過渡期間，可以有效地降低端接電壓調節器11的端接電壓V_TT的電壓下衝。

相反地，當端接電壓調節裝置10需要將其操作模式從提供模式改變為汲取模式時，第二開關單元120能夠更快地以汲取電流，因為在提供模式下，透過第二增強電路220將第二開關單元120的第二控制端子N_C2預先設置為第二電壓。因此，從提供模式到汲取模式的過渡期間，可以有效地降低端接電壓調節器11的端接電壓V_TT的電壓過衝。

為了實現具有暫態響應增強的端接電壓調節裝置10，暫態響應增強器21的第一增強電路210或第二增強電路220，可以透過配置為，在從汲取模式轉換到提供模式或者從提供模式轉換到汲取模式之前，如上述所例示，使得相應的開關單元(例如110、120)的控制端子(例如N_C1、N_C2)能夠在提供模式或 汲取模式下預先設置為一特定電壓的任何合適的電路來實現，其中端接電壓調節器11可以是任何主動端接電壓調節器，主動端接電壓調節器包括至少二個用於提供端接電壓V_TT及提供和汲取電流的開關單元。

以下提供基於端接電壓調節裝置10的結構和功能的各種實施例。

請參考圖2，其示出了根據圖1的端接電壓調節裝置10的實施例的端接電壓調節裝置10A。如圖2所示，端接電壓調節裝置10A包含一端接電壓調節器11A及一暫態響應增強器21A。

端接電壓調節器11A包含一第一開關單元110A及一第二開關單元120A。例如，如圖2所示，第一開關單元110A及第二開關單元120A分別是電晶體M1和M2(例如NMOS及/或PMOS)。在一示例中，端接電壓調節器11A進一步包含一控制單元130A，其耦接到第一控制端子N_C1及第二控制端子N_C2，用於基於端接電壓V_TT和一端接參考電壓V_{TT_REF}，選擇性地導通第一開關單元110A和第二開關單元120A。控制單元130A，例如，可以包含比較器131和132，或者包含誤差放大器或其他合適的電路，用於提供用於選擇性地啟用第一開關單元110A和第二開關單元120A的輸出電壓。當然，本發明的實現方式不限於以上示例。

暫態響應增強器21A用於增強端接電壓調節器11A的暫態響應。暫態響應增強器21A包含一第一增強電路210A及一第二增強電路220A。具體地，在一示例中，第一增強電路210A具有一第一感測端子N_S1及一第一回授端子N_FB1。第一感測端子N_S1耦接或連接到第一開關單元110A的一第一端子，例如電晶體M1的源極端子。第一回授端子N_FB1耦接或連接到第一開關單元110A的第一控制端子N_C1，例如電晶體M1的閘極端子。

在示例中，第二增強電路220A具有一第二感測端子N_S2及一第二回授端子N_FB2。第二感測端子N_S2耦接或連接到第二開關單元120A的一第一端子，例如電晶體M1的源極端子。第二回授端子N_FB2耦接或連接到第二開關單元120A的第二控制端子N_C2，例如電晶體M2的閘極端子。

在一實施例中，在汲取模式下，控制單元130A導通第二開關單元120A以從端接電壓端子N_TT汲取電流，並且第一增強電路210A使第一控制端子N_C1透過第一回授端子N_FB1而處於第一電壓。

在一實施例中，在提供模式下，控制單元130A導通第一開關單元110A以將電源提供至端接電壓端子N_TT，並且第二增強電路220A使第二控制端子N_C2透過第二回授端子N_FB2處於第二電壓。

請參考圖3和4，其分別示出了第一增強電路210A和第二增強電路220A的實施例。

在如圖3所示的實施例中，第一增強電路210A包含一第一感測單元211、一第一回授單元212及一第一補償單元213。

第一感測單元211用於感測第一訊號，第一訊號表徵第一開關單元110的電流，例如，電晶體M1的一源極電流。第一感測單元211例如是包含一電晶體M3(例如，NMOS或PMOS或其他電晶體)的一開關單元。第一感測單元211具有：一感測控制端子，例如電晶體M3的閘極端子，耦接至第一回授端子N_FB1；一第一端子，例如電晶體M3的一源極端子，耦接到第一感測端子N_S1；以及一第二端子，例如電晶體M3的一汲極端子，用於接收一第一偏壓訊號，例如來自一電流源的一偏壓電流I_REF1。

此外，在一些示例中，第一感測單元211可以根據以下關係式來實現：MS₁=Nb₁*MS₃以及I₁

Nb₁*I_REF1，其中MS₁表示電晶體M1的一尺寸，MS₃ 表示電晶體M3的一尺寸，Nb₁是根據對電晶體M1的電流幅度的設計或要求的值。當然，本發明的實現方式不限於這些示例。

第一回授單元212，耦接至第一回授端子N_FB1和第一感測單元211的第二端子，且用於將訊號回授至第一控制端子N_C1。例如，第一回授單元212包含一電晶體M5(例如，NMOS或PMOS或其他電晶體)。

第一補償單元213，耦接至第一回授端子N_FB1及第一感測單元211的第二端子，以用於電路穩定。例如，第一補償單元213包含電容器C_P1及一電阻R_P1。

在圖4所示的實施例中，第二增強電路220A包含一第二感測單元221、一第二回授單元222及一第二補償單元223。

第二感測單元221用於感測第二訊號，第二訊號表徵第二開關單元120的電流，例如，電晶體M2的源極電流。第二感測單元221例如是包含一電晶體M4(例如，NMOS或PMOS或其他電晶體)的一開關單元。第二感測單元221具有：一感測控制端子，例如電晶體M4的一閘極端子，耦接至第二回授端子N_FB2；一第一端子，例如電晶體M4的源極端子，耦接至第二感測端子N_S2；以及一第二端子，例如電晶體M4的一汲極端子，用於接收一第二偏壓訊號，例如，來自一電流源的一偏壓電流I_REF2。

另外，在一些示例中，第二感測單元221可以根據以下關係式來實現：MS₂=Nb₂*MS₄以及I₂

Nb₂*I_REF2，其中MS₂表示電晶體M2的一尺寸，MS₄表示電晶體M4的一尺寸，Nb₂是根據對電晶體M1的電流幅度的設計或者要求的值。

第二回授單元222，耦接至第二回授端子N_FB2以及第二感測單元221的第二端子，用於將訊號回授至第二控制端子N_C2。例如，第二回授單元222包含一電晶體M6(例如，NMOS或PMOS或其他電晶體)。

第二補償單元223，耦接至第二回授端子N_FB2及第二感測單元221的第二端子，用於電路穩定。例如，第二補償單元223包含一電容器C_P2及一電阻R_P2。

在下面，描述第一增強電路210A和第二增強電路220A的電路操作。為了簡潔起見，首先描述提供模式。當然，本發明的實現方式不限於這些示例。

參考圖2及4，在一實施例中，在提供模式(即，I_TT>0)，控制單元130A，基於端接電壓V_TT和端接參考電壓V_{TT_REF}，確定導通第一開關單元110A以將電流提供到端接電壓端子N_TT。同時，如下所示，第二增強電路220A使得第二控制端子N_C2透過第二回授端子N_FB2處於第二電壓。首先，請參考圖4，由於電晶體M2的源極連接至地，第二控制端子N_C2具有大約為零的低電壓。然後，由於電晶體M6導通並且在第二增強電路220A內部形成一迴路，因此，在第二控制端子N_C2的電壓透過第二回授單元222增加。由於第二補償單元223由V_G2代表的第二控制端子N_C2的電壓將以穩定的方式增加到第二電壓(例如，大於零的值，例如0.6V或其他值)。例如，第二電壓可以被實現為滿足以下關係式V_GS2-V_t=V_G2-V_t

0使得V_G2

V_t以及I₁=I_TT+I₂，其中V_GS2表示電晶體M2的閘極端子和源極端子之間的電壓，以及V_t表示對應的電晶體的一閾值電壓。因此，在提供模式(即，I_TT>0)下，由V_G2代表的在第二控制端子N_C2的電壓將增加到第二電壓。

如此，當端接電壓調節裝置10A需要將其操作模式從提供模式改變為汲取模式時，因為透過第二增強電路220A將第二開關單元120的第二控制端子N_C2預先設置為第二電壓，第二開關單元120A能夠更快地操作以汲取電流。因此，在從提供模式到汲取模式的過渡期間，可以有效地減少端接電壓調節器11A的端接電壓V_TT的電壓過衝。

參考圖2和3，在一實施例中，在汲取模式下(即，I_TT<0)，控制單元130A基於端接電壓V_TT和端接參考電壓V_{TT_REF}，確定導通第二開關單元120A以從端接電壓端子N_TT汲取電流。同時，如下所述，第一增強電路210A透過第一回授端子N_FB1使第一控制端子N_C1處於第一電壓。首先，請參考圖3，第一控制端子N_C1具有大約為零的低電壓。然後，因為電晶體M5導通並且在第一增強電路210A內部形成迴路，因此在第一控制端子N_C1的電壓透過第一回授單元212增加。由於第一補償單元213由V_G1代表的第一控制端子N_C1的電壓將以穩定的方式增加到第一電壓(例如，大於零的值，諸如1V、1.1V、1.2V、1.3V、1.8V或其他值)。例如，第一電壓可以被實現為滿足以下關係式V_GS1-V_t=V_G1-V_TT-V_t

0使得V_G1

V_TT+V_t以及I₂=I_TT+I₁，其中V_GS1代表電晶體M1的閘極端子和源極端子之間的電壓。因此，在汲取模式下(即，I_TT<0)，第一控制端子N_C1的電壓將增加到第一電壓。

如此，當端接電壓調節裝置10A需要將其操作模式從汲取模式改變為提供模式時，因為在汲取模式下，已透過第一增強電路210A將第一開關單元110A的第一控制端子N_C1預先設置為第一電壓，第一開關單元110A能夠更快地操作以提供電流。因此，在從汲取模式到提供模式的過渡期間，可以有效地降低端接電壓調節器11A的端接電壓V_TT的電壓下衝。

在上述與圖2至4相關的實施例中，端接電壓調節裝置10A是根據如圖2所示的配置而作示例。然而，本發明的實現方式不限於以上示例。

參考圖5，示出了根據圖1的端接電壓調節裝置10的另一實施例的端接電壓調節裝置10B。如圖5所示，端接電壓調節裝置10B包含一端接電壓調節器11B及一暫態響應增強器21B。例如，基於圖2所示的端接電壓調節器11A來實現端接電壓調節器11B，並且可基於如圖2所示的暫態響應增強器21A來實現暫態響應增強器21B。

如在圖5所示的實施例中，端接電壓調節裝置10B與端接電壓調節裝置10A的不同之處在於，暫態響應增強器21B透過控制單元130B間接地使得相應的開關單元(如N_C1、N_C2)的控制端子(如110B、120B)在提供模式或汲取模式中設置為特定電壓。

在一示例中，第一回授端子N_FB1連接至端接電壓調節器11B的控制單元130B；以及在汲取模式下，當控制單元130B導通第二開關單元120B以從端接電壓端子N_TT汲取電流時，暫態響應增強器21B的第一增強電路210B透過第一回授端子N_FB1使控制單元130B提供一第一電壓，以使第一控制端子N_C1處於第一電壓。

在一示例中，第二回授端子N_FB2連接至控制單元130B；在提供模式下，控制單元130B導通第一開關單元110B以將電流提供到端接電壓端子N_TT，並且第二增強電路220B透過第二回授端子N_FB2使控制單元130B提供第二電流，以使第二控制端子N_C2處於第二電壓。

例如，暫態響應增強器21B可以被實現為透過第一回授端子N_FB1或第二回授端子N_FB2將回授訊號發送到配置為接收回授訊號的控制單元130B。響應於接收到的回授訊號，在模式從提供模式轉換到汲取模式或反之亦然之前，控制單元130B預先使得相應開關單元(如110B或120B)的控制端子(如N_C1或N_C2)在提供模式或汲取模式中被配置為一特定電壓，上例示可以類似於或基於端接電壓調節裝置(如，10或10A)的前述任何一個示例或其在適當情況下進行修改後而加以實現。例如，控制單元130B具有一輸出電路級，包含比較器131和132(或差分放大器或其他合適的電路)，其被配置為響應於回授訊號。為了簡潔起見，可以類似地得出端接電壓調節裝置10B的操作，因此將不再重複。

在進一步的實施例中，端接電壓調節裝置(例如，10、10A或10B)可以配置為提供0.6V、0.75V、0.9V或1.25V的端接電壓，以滿足雙倍資料 速率(DDR)記憶體標準(例如DDR1、DDR2、DDR3、DDR4或其他等)的需求。當然，本發明的實現方式不限於以上示例。

儘管已經透過特定的實施例描述了本發明，在不脫離申請專利範圍中所提出的本發明的範圍和精神的情況下，本發明所屬技術領域具有通常知識者可以對其作出多種修改，組合和變化。

10:端接電壓調節裝置

11:端接電壓調節器

21:暫態響應增強器

110:第一開關單元

120:第二開關單元

130:控制單元

210:第一增強電路

220:第二增強電路

I_TT:端接電流

N_C1:第一控制端子

N_C2:第二控制端子

N_TT:端接電壓端子

V_INP:輸入電源電壓

V_TT:端接電壓

V_{TT_REF}:端接參考電壓

Claims (11)

1. 一種具有暫態響應增強的端接電壓調節裝置，包括：一端接電壓調節器，用於在一端接電壓端子上提供一端接電壓，該端接電壓調節器包含耦接至該端接電壓端子的一第一開關單元和一第二開關單元；以及一暫態響應增強器，耦接至該端接電壓調節器，用於增強該端接電壓調節器的暫態響應，該暫態響應增強器包含：一第一增強電路，至少耦接至該第一開關單元，用於感測與該第一開關單元相關聯的一第一訊號，其中在一汲取模式下，當該第二開關單元可操作地從該端接電壓端子汲取電流時，該第一增強電路響應於該第一訊號而使得該第一開關單元的一第一控制端子處於一第一電壓；以及一第二增強電路，至少耦接至該第二開關單元，用於感測與該第二開關單元相關聯的一第二訊號，其中在一提供模式下，當該第一開關單元可操作地提供電流至該端接電壓端子時，該第二增強電路響應於該第二訊號而使得該第二開關單元的一第二控制端子處於一第二電壓。
2. 如請求項1所述之裝置，其中該第一增強電路具有一第一感測端子，耦接至該第一開關單元的一第一端子，以及具有一第一回授端子，耦接至該第一開關單元的該第一控制端子。
3. 如請求項2所述之裝置，其中該端接電壓調節器進一步包含：一控制單元，耦接至該第一控制端子和該第二控制端子，用以基於該端接電壓以及一端接參考電壓，選擇性地導通該第一開關單元和該第二開關單元。
4. 如請求項3所述之裝置，其中該第一回授端子連接至該第一開關單元的該第一控制端子；在該汲取模式下，該控制單元導通該第二開關單元 以從該端接電壓端子汲取電流，並且該第一增強電路透過該第一回授端子使得該第一控制端子處於該第一電壓。
5. 如請求項3所述之裝置，其中該第一回授端子連接至該控制單元；在該汲取模式下，該控制單元導通該第二開關單元以從該端接電壓端子汲取電流，並且該第一增強電路透過該第一回授端子使得該控制單元提供該第一電壓，以使該第一控制端子處於該第一電壓。
6. 如請求項2所述之裝置，其中該第一增強電路包括：一第一感測單元，具有耦接至該第一回授端子的一感測控制端子、耦接至該第一感測端子的一第一端子以及用於接收一第一偏壓訊號的一第二端子，其中該第一感測單元用於感測該第一訊號，其表徵該第一開關單元的電流；一第一回授單元，耦接至該第一回授端子以及該第一感測單元的該第二端子，用於將一訊號回授至該第一控制端子；以及一第一補償單元，耦接至該第一回授端子以及該第一感測單元的該第二端子，用於穩定電路。
7. 如請求項1所述之裝置，其中該第二增強電路具有耦接至該第二開關單元的一第一端子的一第二感測端子，以及耦接至該第二開關單元的該第二控制端子的一第二回授端子。
8. 如請求項7所述之裝置，其中該端接電壓調節器進一步包含一控制單元，耦接至該第一控制端子及該第二控制端子，用以基於該端接電壓及一端接參考電壓，選擇性地導通該第一開關單元及該第二開關單元。
9. 如請求項8所述之裝置，其中該第二回授端子連接至該第二開關單元的該第二控制端子；在該提供模式下，該控制單元導通該第一開關單元以將電流提供至該端接電壓端子，以及該第二增強電路透過該第二回授端子使得該第二控制端子處於該第二電壓。
10. 如請求項8所述之裝置，其中該第二回授端子連接至該控制單元；在該提供模式下，該控制單元導通該第一開關單元以將電流提供至該端接電壓端子，以及該第二增強電路透過該第二回授端子使得該控制單元提供該第二電壓，以使該第二控制端子處於該第二電壓。
11. 如請求項7所述之裝置，其中該第二增強電路包括：一第二感測單元，具有耦接至該第二回授端子的一感測控制端子、耦接至該第二感測端子的一第一端子以及用於接收一第二偏壓訊號的一第二端子，其中該第二感測單元用於感測該第二訊號，其表徵該第二開關單元的電流；一第二回授單元，耦接至該第二回授端子以及該第二感測單元的該第二端子，用於將訊號回授至該第二控制端子；以及一第二補償單元，耦接至該第二回授端子以及該第二感測單元的該第二端子，用於穩定電路。

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