TWI737778B - 半導體裝置及過電流保護的設備 - Google Patents

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Abstract

一種半導體裝置及系統。半導體裝置包含：電感器，選 擇性連接供電電壓且配置成存儲及釋放能量；第一電晶體，連接在供電電壓與電感器之間且配置成將供電電壓提供電感器；第二電晶體，串聯連接第一電晶體、連接在電感器與接地電壓之間且配置成將接地電壓提供電感器；調變器，配置成將調變信號提供控制電路，控制電路配置成藉進行脈寬調變控制第一電晶體及第二電晶體；電流感測器，配置成感測穿過第一電晶體的電流量且基於所感測電流量產生第一輸出信號；及第一過電流保護輸出產生器，配置成基於第一輸出信號及第一參考信號產生第二輸出信號。

Description

半導體裝置及過電流保護的設備
本發明涉及一種半導體裝置及/或系統。
向應用程式處理器(application processor；AP)供電的電源管理積體電路(power management integrated circuit；PMIC)進行過電流保護以保護其內部電路系統。在AP的操作期間產生過電流的狀況下，PMIC可限制提供給AP的電流量。然而，在此狀況下，AP的驅動電壓可能會下降，並且如果AP的驅動電壓下降到甚至低於用於驅動AP的最小電平，那麼AP可能無法適當地運作。
PMIC可使用例如降壓式轉換器或電壓調節器等直流電-直流電(direct current-to-direct current；DC-to-DC)轉換器來提供滿足來自AP的要求的低電壓。
PMIC被要求對例如降壓式轉換器進行過電流保護，並且同時防止由降壓式轉換器供電的AP的操作終止。
一些實例實施例提供一種能夠在對降壓式轉換器進行過電流保護的同時向應用程式處理器(AP)穩定地供電的半導體裝置。
一些實例實施例還提供一種能夠在對降壓式轉換器進行過電流保護的同時向AP穩定地供電的半導體系統。
然而，實例實施例並不限於本文中所闡述的那些實施例。通過參考下文所給出的詳細描述，以上實例實施例以及其它實例實施例對於本領域的普通技術人員來說將變得更顯而易見。
根據實例實施例，提供一種半導體裝置，其包含：電感器，其選擇性地連接到供電電壓並且被配置成存儲以及釋放能量；第一電晶體，其連接在供電電壓與電感器之間並且被配置成將供電電壓提供給電感器；第二電晶體，其串聯地連接到第一電晶體、連接在電感器與接地電壓之間並且被配置成將接地電壓提供給電感器；調變器，其被配置成將調變信號提供給控制電路，控制電路被配置成通過進行脈寬調變(pulse width modulation；PWM)來控制第一電晶體以及第二電晶體；電流感測器，其被配置成感測穿過第一電晶體的電流量並且基於所感測的電流量來產生第一輸出信號；以及第一過電流保護輸出產生器，其被配置成基於第一輸出信號以及第一參考信號來產生第二輸出信號。
根據另一實例實施例，提供一種半導體裝置，其包含：第一電晶體，其連接到供電電壓並且被配置成將供電電壓提供給 第一節點；第二電晶體，其串聯地連接到第一電晶體、連接在第一節點與接地電壓之間並且被配置成將接地電壓提供給第一節點；第三電晶體，其連接到供電電壓並且被配置成由與對第一電晶體門控的信號是同一個的信號門控；第一過電流保護輸出產生器，其被配置成基於穿過第一電晶體的漏極的電流量以及穿過第三電晶體的漏極的電流量來產生第一結果輸出信號；第四電晶體，其串聯地連接到第三電晶體並且被配置成由第一過電流保護輸出產生器的第一結果輸出信號門控並且提供第一輸出信號，第四電晶體被配置成基於第四電晶體的源極的電壓來產生第一輸出信號；以及第二過電流保護輸出產生器，其被配置成基於第一輸出信號以及第一參考信號來產生第二輸出信號。
根據再一實例實施例，提供一種用於在確保應用程式處理器(AP)的正常操作的同時進行過電流保護的設備，其包含：記憶體，其被配置成存儲電腦可讀指令；以及至少一個處理器，其與AP相關聯並且被配置成執行電腦可讀指令以進行以下操作：從半導體裝置接收過電流保護輸出信號，過電流保護輸出信號與至少一種過電流準則相關聯；基於與過電流保護輸出信號相關聯的至少一種過電流準則來檢測過電流警告級別；以及基於過電流警告級別而以變化的強度級別來控制裝設在AP中的處理核心的操作環境，控制處理核心的操作環境包含以下中的至少一個：通過控制提供給處理核心的時鐘信號來調節處理核心的操作速度，以及通過限制由處理核心處理的指令的數目來控制處理核 心的性能。
其它特徵以及實例實施例可從以下詳細描述、附圖以及權利要求書顯而易見。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
1、2、3、4:半導體系統
100:電源管理積體電路(PMIC)
110:電壓轉換器或電壓調節器(VR)
112:調變器
114:控制電路
116:閘極驅動器
118:電流感測器
120、122、124、126、128、130:比較器
200:LC濾波器(LCF)
300:應用程式處理器(AP)
310:處理核心
320:時鐘元件電路
330:性能控制單元(PCU)
A:節點
C:電容器
CS_OUT、OCP、OCP_W、OCP_W1、OCP_W2、OCP_W3:輸出信號
GD:閘極驅動信號
L:電感器
N1、P1、P2、P3:電晶體
OCP_REF、OCP_W_REF、OCP_W_REF1、OCP_W_REF2、OCP_W_REF3:參考信號
R:電阻
VIN:供電電壓
VOUT:輸出電壓
VREF1、VREF2:參考電壓
圖1是根據實例實施例的半導體系統的框圖。
圖2是圖1的半導體系統的電路圖。
圖3是根據另一實例實施例的半導體系統的框圖。
圖4是圖3的半導體系統的電路圖。
圖5是圖4的電流感測器的電路圖。
圖6是根據另一實例實施例的半導體系統的框圖。
圖7是圖6的半導體系統的電路圖。
圖8是圖7的電流感測器的電路圖。
圖9是根據另一實例實施例的半導體系統的框圖。
圖10是圖9的半導體系統的電路圖。
圖11是圖10的電流感測器的電路圖。
圖12是根據另一實例實施例的半導體系統的框圖。
圖13是根據另一實例實施例的半導體系統的框圖。
圖1是根據實例實施例的半導體系統的框圖。
參看圖1，半導體系統1包含電源管理積體電路(PMIC)100、LC濾波器(LC filter；LCF)200(例如，LC電路)以及應用程式處理器(AP)300。
PMIC 100從電池或外部電源裝置接收電力並且將驅動電壓提供給AP 300。PMIC 100可控制驅動電壓並且可控制對AP 300的供電。
AP 300是系統單晶片(system-on-chip；SoC)，其支援在移動作業系統環境中執行的應用程式。AP 300可包含各種模組，例如處理核心、記憶體、輸入/輸出(input/output；I/O)介面等，並且AP 300的實施方案的類型可在必要時變化。在一些實例實施例中，AP 300的各種模組可由硬體元件實施。在一些其它實例實施例中，AP 300的各種模組可由硬體與軟體的組合實施，例如由執行軟體程式的處理器實施。
為驅動AP 300所需要的驅動電壓可低於由電池或外部電源裝置提供給PMIC 100的供電電壓。因此，PMIC 100可包含電壓轉換器或電壓調節器(voltage regulator；VR)110，電壓轉換器或VR 110將由電池或外部電源裝置提供的供電電壓轉換成為驅動AP 300所需要的驅動電壓。
可以各種形式實施VR 110。舉例來說，可將VR 110實施為降壓式轉換器，但一些其它實例實施例並不限於此情形。就 是說，在一些其它實例實施例中，VR 110可含有通過修改降壓式轉換器而獲得的各種類型的轉換器電路，以及其它類型的轉換器電路。
降壓式轉換器是直流電-直流電(DC-to-DC)轉換器。降壓式轉換器通常包含開關及電感器以及電容器以用於對輸出電壓濾波。理論上，降壓式轉換器通常可實施在PMIC 100中，但降壓式轉換器的電感器以及電容器實際上可在電路板上被實現為LCF 200。因此，降壓式轉換器在圖1中被繪示為覆蓋從PMIC 100的內部(即，VR 110)到PMIC 100的外部(即，LCF 200)的範圍。
然而，一些其它實例實施例並不限於圖1所繪示的實施例。就是說，在一些其它實例實施例中，LCF 200可實施在PMIC 100內部，並且這種類型的修改還適用於稍後將描述的一些其它實例實施例。
圖2是圖1的半導體系統的電路圖。
參看圖2，半導體系統1包含VR 110，VR 110至少包括電晶體P1及N1、調變器112、控制電路114、閘極驅動器116、電流感測器118以及過電流保護輸出產生器，在一些實例實施例中，過電流保護輸出產生器可包含比較器120。然而，過電流保護輸出產生器的一些其它實例實施例可能並不限於比較器。半導體系統1進一步包含LCF 200，LCF 200至少包括電感器L以及電容器C。
電晶體P1連接在供電電壓VIN與電感器L之間並且將 供電電壓VIN提供給電感器L。舉例來說，電晶體P1可包含p溝道金屬氧化物半導體(p-channel metal-oxide-semiconductor；PMOS)電晶體。
電晶體N1串聯地連接到電晶體P1，還連接在電感器L與接地電壓之間，並且將接地電壓提供給電感器L。舉例來說，電晶體N1可包含n型金屬氧化物半導體(n-type metal-oxide-semiconductor；NMOS)電晶體。
電感器L選擇性地連接到供電電壓VIN並且存儲以及釋放能量。更確切地說，電感器L可經由電晶體P1而選擇性地連接到供電電壓VIN，電晶體P1被控制電路114以及閘極驅動器116反復地接通以及關斷。回應於電晶體P1被接通，電感器L將由供電電壓VIN供應的能量存儲在電感器L中，並且回應於電晶體P1被關斷以及電晶體N1被接通，電感器L釋放存儲在電感器L中的能量。
調變器112進行脈寬調變(PWM)並且因此將調變信號提供給控制電路114，控制電路114控制電晶體P1及N1。更確切地說，調變器112將具有預定占空比或替代地具有所要占空比的調變信號提供給控制電路114。
控制電路114接收由調變器112提供的調變信號並且控制閘極驅動器116。閘極驅動器116將閘極驅動信號(GD)提供給電晶體P1及N1。
為了存儲由供電電壓VIN供應的能量，控制電路114以 及閘極驅動器116根據預定占空比或替代地根據所要占空比來選擇性地接通或關斷電晶體P1。為了排放存儲在電感器L中的能量，控制電路114以及閘極驅動器116根據預定占空比或另外所要占空比來選擇性地接通或關斷電晶體N1。
可經由負載來進行能量排放，並且負載可以是AP 300。輸出電壓VOUT可低於供電電壓VIN。
VR 110的過電流保護輸出產生器基於電感器L的輸出電壓以及參考電壓來產生結果輸出信號，並且將結果輸出信號提供給調變器112。在過電流保護輸出產生器包含比較器的一些實例實施例(例如圖2所繪示的實例實施例)中，比較器120比較輸出電壓VOUT與參考電壓VREF2並且將比較的結果回饋到調變器112。就是說，比較器120檢測輸出電壓VOUT何時下降到低於參考電壓VREF2，並且將指示在電感器L中流動的電流可能會變為過電流的資訊傳輸到調變器112。調變器112可比較輸出電壓VOUT與參考電壓VREF1並且可基於比較的結果來產生調變信號。
電流感測器118感測穿過電晶體P1的電流量並且基於感測的結果來產生輸出信號CS_OUT。PMIC 100可使用輸出信號CS_OUT來進行過電流保護。
舉例來說，在穿過電晶體P1的電流量超過特定參考量的狀況下，可將輸出信號CS_OUT回饋到調變器112。在此狀況下，調變器112、控制電路114以及閘極驅動器116可能不會向負載 (即，AP 300)提供任何額外電流。
在以前述方式進行過電流保護的狀況下，AP 300的驅動電壓可能會下降。如果AP 300的驅動電壓下降的量過大，那麼AP 300可能無法正常地操作。因此，需要一種用於確保AP 300的正常操作的過電流保護方法，並且稍後將參考圖3到圖13來描述所述過電流保護方法。
圖3是根據另一實例實施例的半導體系統的框圖，並且圖4是圖3的半導體系統的電路圖。
參看圖3，半導體系統2包含PMIC 100、LCF 200以及AP 300。
在半導體系統2中，不同於圖1的半導體系統1中，將輸出信號OCP以及輸出信號OCP_W從包含在PMIC 100中的VR 110輸出到PMIC 100的外部。
將輸出到PMIC 100的外部的輸出信號OCP以及輸出信號OCP_W提供給AP 300，由此允許AP 300在檢測到過電流後就進行調節或性能控制。
可通過例如控制驅動包含在AP 300中的處理核心的時鐘信號來進行調節。舉例來說，回應於檢測到過電流，AP 300可通過劃分時鐘信號或進行時鐘門控來控制操作速度。
可通過例如限制由AP 300的處理核心處理的指令的數目來進行性能控制。舉例來說，回應於檢測到過電流，AP 300可處理小於預定數目或替代地為所要數目的載入/存儲指令，或可控制 處理其它指令的速度。
通過以前述方式減少由AP 300消耗的電流量，可確保AP 300的正常操作，並且同時可避開或避免過電流情形。
參看圖4，在半導體系統2中，不同於圖1的半導體系統1中，將輸出信號CS_OUT輸入到一對過電流保護輸出產生器而不是回饋到調變器112，在一些實例實施例中，一對過電流保護輸出產生器可包含比較器122及124。然而，過電流保護輸出產生器的一些其它實例實施例可能並不限於比較器。
VR 110的一對過電流保護輸出產生器各自被配置成基於來自電流感測器118的輸出信號以及相應參考信號來產生輸出信號。在一對過電流保護輸出產生器包含比較器的一些實例實施例(例如圖4所繪示的實例實施例)中，比較器122通過比較輸出信號CS_OUT與參考信號OCP_REF來產生輸出信號OCP，並且比較器124通過比較輸出信號CS_OUT與參考信號OCP_W_REF來產生輸出信號OCP_W。可根據半導體系統2的實施方案的目的來設置參考信號OCP_REF及OCP_W_REF的電平。
在一些實例實施例中，參考信號OCP_W_REF的電平可低於參考信號OCP_REF的電平。
因此，回應於穿過電晶體P1的漏極的電流量達到第二準則(其低於用於確定過電流的第一準則)，半導體系統2可首先輸出輸出信號OCP_W並且接著輸出輸出信號OCP。
舉例來說，AP 300首先從PMIC 100接收輸出信號 OCP_W，並且可開始調節或性能控制以實現過電流保護。如果通過調節或性能控制顯著地減少了由AP 300消耗的電流量，那麼可確保AP 300的正常操作，並且同時可避開或避免過電流情形。
另一方面，如果通過調節或性能控制並未充分地減少由AP 300消耗的電流量，那麼AP 300可進一步從PMIC 100接收輸出信號OCP。在此狀況下，可通過例如終止AP 300的處理核心的驅動等更強有力的方法來減少由AP 300消耗的電流量。
圖5是圖4的電流感測器的電路圖。
參看圖5，電流感測器118感測穿過電晶體P1的漏極的電流量並且產生輸出信號CS_OUT。電流感測器118包含電晶體P2及P3以及過電流保護輸出產生器，在一些實例實施例中，過電流保護輸出產生器可包含比較器130。然而，在一些其它實例實施例中，過電流保護輸出產生器可能並不限於比較器。圖5的節點A與圖4的節點A相同。
電晶體P2連接到供電電壓VIN。類似於電晶體P1，電晶體P2由控制電路114控制。在一些實例實施例中，可以電流鏡的形式實施電晶體P1及P2。
在一些實例實施例中，實現具有兩個電晶體(即，電晶體P1及P2)作為軸的電流鏡。然而，一些其它實例實施例並不限於此情形。就是說，在一些其它實例實施例中，可使用N個電晶體來實現電流鏡(其中N是等於或大於3的自然數)。
電流感測器118的過電流保護輸出產生器被配置成基於 分別穿過電晶體P1及P2的漏極的電流量來產生結果輸出信號。在過電流保護輸出產生器包含比較器的一些實例實施例(例如圖5所繪示的實例實施例)中，比較器130比較電晶體P1的漏極與電晶體P2的漏極並且輸出比較的結果。電晶體P3串聯地連接到電晶體P2並且由比較器130的輸出門控。比較器130以及電晶體P3可進行電流-電壓轉換器的功能。
用於進行過電流保護的輸出信號CS_OUT是由電晶體P3的源極的電壓產生。VR 110的一對過電流保護輸出產生器各自被配置成基於來自電流感測器118的輸出信號以及相應參考信號來產生輸出信號。在過電流保護輸出產生器包含比較器的一些實例實施例(例如圖4以及圖5所繪示的實例實施例)中，比較器122比較輸出信號CS_OUT與參考信號OCP_REF並且產生輸出信號OCP，並且比較器124比較輸出信號CS_OUT與參考信號OCP_W_REF並且產生輸出信號OCP_W。
在一些實例實施例中，參考信號OCP_W_REF的電平可低於參考信號OCP_REF的電平。
因此，回應於穿過電晶體P1的漏極的電流量達到第二準則(其低於用於確定過電流的第一準則)，半導體系統2可首先輸出輸出信號OCP_W並且接著輸出輸出信號OCP。
圖6是根據另一實例實施例的半導體系統的框圖，並且圖7是圖6的半導體系統的電路圖。
參看圖6，半導體系統3包含PMIC 100、LCF 200以及 AP 300。
在半導體系統3中，不同於圖3的半導體系統2中，僅將輸出信號OCP_W從包含在PMIC 100中的VR 110輸出到PMIC 100的外部。
將輸出到PMIC 100的外部的輸出信號OCP_W提供給AP 300，由此允許AP 300在檢測到過電流後就進行調節或性能控制。
通過以前述方式減少由AP 300消耗的電流量，可確保AP 300的正常操作，並且同時可避開或避免過電流情形。
參看圖7，在半導體系統3中，不同於圖4的半導體系統2中，將輸出信號CS_OUT回饋到調變器112並且同時輸入到過電流保護輸出產生器，在一些實例實施例中，過電流保護輸出產生器可包含比較器124。然而，在一些其它實例實施例中，過電流保護輸出產生器可能並不限於比較器。
VR 110的過電流保護輸出產生器被配置成基於來自電流感測器118的輸出信號以及參考信號來產生輸出信號。在過電流保護輸出產生器包含比較器的一些實例實施例(例如圖7以及圖8所繪示的實例實施例)中，比較器124比較輸出信號CS_OUT與參考信號OCP_W_REF並且基於比較的結果來產生輸出信號OCP_W。可根據半導體系統3的實施方案的目的來設置參考信號OCP_W_REF的電平。
因此，回應於穿過電晶體P1的漏極的電流量達到第二準 則(其低於用於確定過電流的第一準則)，PMIC 100可在切斷半導體系統3的調變器112、控制電路114以及閘極驅動器116對AP 300進行的額外電流的供應之前首先輸出輸出信號OCP_W。
舉例來說，AP 300可首先從PMIC 100接收輸出信號OCP_W，並且可開始調節或性能控制以實現過電流保護。如果通過調節或性能控制顯著地減少了由AP 300消耗的電流量，那麼可確保AP 300的正常操作，並且同時可避開或避免過電流情形。
另一方面，如果通過調節或性能控制並未充分地減少由AP 300消耗的電流量，那麼調變器112、控制電路114以及閘極驅動器116可能不會向負載(即，AP 300)供應任何額外電流，由此避開或避免過電流情形。
圖8是圖7的電流感測器的電路圖。
參看圖8，電流感測器118感測穿過電晶體P1的漏極的電流量並且產生輸出信號CS_OUT。電流感測器118包含電晶體P2及P3以及過電流保護輸出產生器，在一些實例實施例中，過電流保護輸出產生器可包含比較器130。然而，在一些其它實例實施例中，過電流保護輸出產生器可能並不限於比較器。
用於進行過電流保護的輸出信號CS_OUT是基於電晶體P3的源極的電壓而產生。VR 110的過電流保護輸出產生器被配置成基於來自電流感測器118的輸出信號以及參考信號來產生輸出信號。在過電流保護輸出產生器包含比較器的一些實例實施例(例如圖7以及圖8所繪示的實例實施例)中，比較器124比較輸出 信號CS_OUT與參考信號OCP_W_REF並且產生輸出信號OCP_W。
因此，回應於穿過電晶體P1的漏極的電流量達到第二準則(其低於用於確定過電流的第一準則)，PMIC 100可在切斷半導體系統3的調變器112、控制電路114以及閘極驅動器116對AP 300進行的額外電流的供應之前首先輸出輸出信號OCP_W。
圖9是根據另一實例實施例的半導體系統的框圖，並且圖10是圖9的半導體系統的電路圖。
參看圖9，半導體系統4包含PMIC 100、LCF 200以及AP 300。
在半導體系統4中，不同於圖3的半導體系統2中，將多個輸出信號OCP_W1、OCP_W2及OCP_W3在彼此不同的時間從包含在PMIC 100中的電壓轉換器110輸出到PMIC 100的外部。
將輸出到PMIC 100的外部的輸出信號OCP_W1、OCP_W2及OCP_W3在彼此不同的時間提供給AP 300，由此允許AP 300在檢測到過電流後就進行調節或性能控制。
舉例來說，回應於首先接收到輸出信號OCP_W1，AP 300可以低強度進行調節或性能控制；回應於在接收到輸出信號OCP_W1之後接收到輸出信號OCP_W2，AP 300可以中等強度進行調節或性能控制；並且回應於在接收到輸出信號OCP_W2之後接收到輸出信號OCP_W3，AP 300可以高強度進行調節或性能控制。
通過以前述方式減少由AP 300消耗的電流量，可確保AP 300的正常操作，並且同時可避開或避免過電流情形。
參看圖10，在半導體系統4中，不同於圖7的半導體系統3中，將輸出信號CS_OUT回饋到調變器112並且同時輸入到多個過電流保護輸出產生器，在一些實例實施例中，多個過電流保護輸出產生器可包含比較器124、126及128。然而，在一些其它實例實施例中，過電流保護輸出產生器可能並不限於比較器。
VR 110的多個過電流保護輸出產生器各自被配置成基於來自電流感測器118的輸出信號以及相應參考信號來產生輸出信號。在過電流保護輸出產生器包含比較器的一些實例實施例(例如圖10以及圖11所繪示的實例實施例)中，比較器124比較輸出信號CS_OUT與參考信號OCP_W_REF1並且基於比較的結果來產生輸出信號OCP_W1，比較器126比較輸出信號CS_OUT與參考信號OCP_W_REF2並且基於比較的結果來產生輸出信號OCP_W2，並且比較器128比較輸出信號CS_OUT與參考信號OCP_W_REF3並且基於比較的結果來產生輸出信號OCP_W3。可根據半導體系統4的實施方案的目的來設置參考信號OCP_W_REF1、OCP_W_REF2及OCP_W_REF3的電平。
在一些實例實施例中，參考信號OCP_W_REF1的電平可低於參考信號OCP_W_REF2的電平，並且參考信號OCP_W_REF2的電平可低於參考信號OCP_W_REF3的電平。
因此，回應於穿過電晶體P1的漏極的電流量達到第二準 則(其低於用於確定過電流的第一準則)，PMIC 100可在切斷半導體系統4的調變器112、控制電路114以及閘極驅動器116對AP 300進行的額外電流的供應之前首先輸出輸出信號OCP_W1、OCP_W2及OCP_W3。更確切地說，PMIC 100可輸出對應於最低準則的輸出信號OCP_W1，接著輸出對應於第二最低準則的輸出信號OCP_W2，並且接著輸出對應於最高準則的輸出信號OCP_W3。
舉例來說，回應於首先接收到輸出信號OCP_W1，AP 300可以低強度進行調節或性能控制；回應於在接收到輸出信號OCP_W1之後接收到輸出信號OCP_W2，AP 300可以中等強度進行調節或性能控制；並且回應於在接收到輸出信號OCP_W2之後接收到輸出信號OCP_W3，AP 300可以高強度進行調節或性能控制。如果通過調節或性能控制顯著地減少了由AP 300消耗的電流量，那麼可確保AP 300的正常操作，並且同時可避開或避免過電流情形。
另一方面，如果通過調節或性能控制並未充分地減少由AP 300消耗的電流量，那麼調變器112、控制電路114以及閘極驅動器116可能不會向負載(即，AP 300)供應任何額外電流，由此避開或避免過電流情形。
圖11是圖10的電流感測器的電路圖。
參看圖11，電流感測器118感測穿過電晶體P1的漏極的電流量並且產生輸出信號CS_OUT。電流感測器118包含電晶體 P2及P3以及過電流保護輸出產生器，在一些實例實施例中，過電流保護輸出產生器可包含比較器130。然而，在一些其它實例實施例中，過電流保護輸出產生器可能並不限於比較器。
用於進行過電流保護的輸出信號CS_OUT是基於電晶體P3的源極的電壓而產生。VR 110的多個過電流保護輸出產生器各自被配置成基於來自電流感測器118的輸出信號以及相應參考信號來產生輸出信號。在過電流保護輸出產生器包含比較器的一些實例實施例(例如圖10以及圖11所繪示的實例實施例)中，比較器124比較輸出信號CS_OUT與參考信號OCP_W_REF1並且產生輸出信號OCP_W1，比較器126比較輸出信號CS_OUT與參考信號OCP_W_REF2並且產生輸出信號OCP_W2，並且比較器128比較輸出信號CS_OUT與參考信號OCP_W_REF3並且產生輸出信號OCP_W3。
因此，回應於穿過電晶體P1的漏極的電流量達到第二準則、第三準則以及第四準則(第二準則、第三準則以及第四準則低於用於確定過電流的第一準則)，PMIC 100可在切斷半導體系統4的調變器112、控制電路114以及閘極驅動器116對AP 300進行的額外電流的供應之前首先輸出輸出信號OCP_W1、OCP_W2及OCP_W3。
圖12是根據另一實例實施例的半導體系統的框圖。
參看圖12，AP包含時鐘元件電路320，時鐘元件電路320將時鐘信號提供給處理核心310。
時鐘元件電路320根據從PMIC 100接收的輸出信號OCP_W來控制時鐘信號。舉例來說，回應於檢測到過電流，時鐘元件電路320可通過劃分時鐘信號或進行時鐘門控來控制操作速度。
通過以前述方式減少由AP 300消耗的電流量，可確保AP 300的正常操作，並且同時可避開或避免過電流情形。
圖12將時鐘元件電路320繪示為從PMIC 100接收僅一個輸出信號(即，輸出信號OCP_W)，但一些其它實例實施例並不限於此情形。就是說，在一些其它實例實施例中，時鐘元件電路320可另外從PMIC 100接收輸出信號OCP，或可替代地從PMIC 100接收多個輸出信號OCP_W1、OCP_W2及OCP_W3。
圖13是根據另一實例實施例的半導體系統的框圖。
參看圖13，處理核心310可進一步包含性能控制單元(performance control unit；PCU)330，PCU 330被配置成控制處理核心310的性能。
PCU 330可限制由處理核心310處理的指令的數目。舉例來說，回應於檢測到過電流，PCU 330可控制處理核心310以便處理小於預定數目或替代地為所要數目的載入/存儲指令，或可控制處理核心310處理其它指令的速度。
通過以前述方式減少由AP 300消耗的電流量，可確保AP 300的正常操作，並且同時可避開或避免過電流情形。
圖13將PCU 330繪示為從PMIC 100接收僅一個輸出信 號(即，輸出信號OCP_W)，但一些其它實例實施例並不限於此情形。就是說，在一些其它實例實施例中，PCU 330可另外從PMIC接收輸出信號OCP，或可替代地從PMIC接收多個輸出信號OCP_W1、OCP_W2及OCP_W3。
雖然已參考本公開的實例實施例而特定地繪示以及描述了本公開，但本領域的普通技術人員將理解，可在不脫離如由所附權利要求書所界定的本公開的精神以及範圍的情況下對實例實施例進行形式以及細節的各種改變。應僅在描述性意義上而不是為了限制目的來考慮本文中所描述的實例實施例。
100:電源管理積體電路(PMIC)
110:電壓轉換器或電壓調節器(VR)
2:半導體系統
200:LC濾波器(LCF)
300:應用程式處理器(AP)
OCP、OCP_W:輸出信號

Claims (20)

  1. 一種半導體裝置，包括：電感器，所述電感器選擇性地連接到供電電壓並且被配置成存儲以及釋放能量；第一電晶體，所述第一電晶體連接在所述供電電壓與所述電感器之間並且被配置成將所述供電電壓提供給所述電感器；第二電晶體，所述第二電晶體串聯地連接到所述第一電晶體、連接在所述電感器與接地電壓之間並且被配置成將所述接地電壓提供給所述電感器；調變器，所述調變器被配置成將調變信號提供給控制電路，所述控制電路被配置成通過進行脈寬調變(PWM)來控制所述第一電晶體以及所述第二電晶體；電流感測器，所述電流感測器被配置成感測穿過所述第一電晶體的電流量並且基於所述所感測的電流量來產生第一輸出信號；以及第一過電流保護輸出產生器，其被配置成基於所述第一輸出信號以及第一參考信號來產生第二輸出信號，其中所述第二輸出訊號輸出到所述半導體裝置外部的應用程式處理器，以允許所述應用程式處理器在檢測到過電流後進行調節或性能控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中該其進一步包括：第二過電流保護輸出產生器，所述第二過電流保護輸出產生 器被配置成基於所述第一輸出信號以及第二參考信號來產生第三輸出信號，其中所述第二參考信號具有與所述第一參考信號的電平不同的電平。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的半導體裝置，其中所述第一參考信號的所述電平低於所述第二參考信號的所述電平。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中所述電流感測器被配置成將所述第一輸出信號提供給所述調變器。
  5. 如申請專利範圍第2所述的半導體裝置，進一步包括：第三過電流保護輸出產生器，所述第三過電流保護輸出產生器被配置成基於所述第一輸出信號以及第三參考信號來產生第四輸出信號，其中所述第三參考信號具有與所述第一參考信號的電平不同的電平。
  6. 如申請專利範圍第5所述的半導體裝置，其中所述第一參考信號的所述電平低於所述第二參考信號的所述電平，並且其中所述第二參考信號的所述電平低於所述第三參考信號的所述電平。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中所述調變器被配置成基於所述電感器的輸出電壓以及第一參考電壓來產生所述調變信號。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，進一步包括：第四過電流保護輸出產生器，所述第四過電流保護輸出產生器被配置成基於所述電感器的輸出電壓以及第二參考電壓來產生 第一結果輸出信號並且將所述第一結果輸出信號提供給所述調變器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，進一步包括：閘極驅動器，所述閘極驅動器被配置成將閘極驅動信號提供給所述第一電晶體以及所述第二電晶體，其中所述控制電路被配置成從所述調變器接收所述調變信號並且控制所述閘極驅動器。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中所述電流感測器包含第三電晶體，所述第三電晶體連接到所述供電電壓並且被配置成由所述控制電路控制；第五過電流保護輸出產生器，所述第五過電流保護輸出產生器被配置成基於穿過所述第一電晶體的漏極的電流量以及穿過所述第三電晶體的漏極的電流量來產生第二結果輸出信號；以及第四電晶體，所述第四電晶體串聯地連接到所述第三電晶體並且被配置成由所述第五過電流保護輸出產生器的所述第二結果輸出信號門控，並且所述電流感測器被配置成基於所述第四電晶體的源極的電壓來產生所述第一輸出信號。
  11. 一種半導體裝置，包括：第一電晶體，所述第一電晶體連接到供電電壓並且被配置成將所述供電電壓提供給第一節點； 第二電晶體，所述第二電晶體串聯地連接到所述第一電晶體、連接在所述第一節點與接地電壓之間並且被配置成將所述接地電壓提供給所述第一節點；第三電晶體，所述第三電晶體連接到所述供電電壓並且被配置成由與對所述第一電晶體門控的信號是同一個的信號門控；第一過電流保護輸出產生器，所述第一過電流保護輸出產生器被配置成基於穿過所述第一電晶體的漏極的電流量以及穿過所述第三電晶體的漏極的電流量來產生第一結果輸出信號；第四電晶體，所述第四電晶體串聯地連接到所述第三電晶體並且被配置成由所述第一過電流保護輸出產生器的所述第一結果輸出信號門控並且提供第一輸出信號，所述第四電晶體被配置成基於所述第四電晶體的源極的電壓來產生所述第一輸出信號；以及第二過電流保護輸出產生器，所述第二過電流保護輸出產生器被配置成基於所述第一輸出信號以及第一參考信號來產生第二輸出信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的半導體裝置，進一步包括：第三過電流保護輸出產生器，所述第三過電流保護輸出產生器被配置成基於所述第一輸出信號以及第二參考信號來產生第三輸出信號，其中所述第二參考信號具有與所述第一參考信號的電平不同的電平。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的半導體裝置，其中所述第一參考信號的所述電平低於所述第二參考信號的所述電平。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的半導體裝置，進一步包括：調變器，所述調變器被配置成將調變信號提供給控制電路，所述控制電路被配置成通過進行脈寬調變來控制所述第一電晶體以及所述第二電晶體，所述第四電晶體被配置成將所述第一輸出信號提供給所述調變器。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的半導體裝置，進一步包括：第四過電流保護輸出產生器，所述第四過電流保護輸出產生器被配置成基於所述第一輸出信號以及第三參考信號來產生第四輸出信號，其中所述第三參考信號具有與所述第一參考信號的電平不同的電平。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的半導體裝置，其中所述第一參考信號的所述電平低於所述第二參考信號的所述電平，並且其中所述第二參考信號的所述電平低於所述第三參考信號的所述電平。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的半導體裝置，進一步包括：電感器，所述電感器連接到所述第一節點並且被配置成從所 述第一電晶體選擇性地接收所述供電電壓並且存儲以及釋放能量，其中所述調變器被配置成基於所述電感器的輸出電壓以及第一參考電壓來產生所述調變信號。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的半導體裝置，進一步包括：電感器，所述電感器連接到所述第一節點並且被配置成從所述第一電晶體選擇性地接收所述供電電壓並且存儲以及釋放能量；以及第五過電流保護輸出產生器，所述第五過電流保護輸出產生器被配置成基於所述電感器的輸出電壓以及第二參考電壓來產生第二結果輸出信號並且將所述第二結果輸出信號提供給所述調變器。
  19. 如申請專利範圍第11項所述的半導體裝置，進一步包括：閘極驅動器，所述閘極驅動器被配置成將閘極驅動信號提供給所述第一電晶體、所述第二電晶體以及所述第三電晶體；以及控制電路，所述控制電路被配置成從調變器接收調變信號並且控制所述閘極驅動器。
  20. 一種用於在確保應用程式處理器(AP)的正常操作的同時進行過電流保護的設備，所述設備包括：記憶體，所述記憶體被配置成存儲電腦可讀指令；以及 至少一個處理器，所述至少一個處理器與所述應用程式處理器相關聯並且被配置成執行所述電腦可讀指令以進行以下操作：從半導體裝置接收過電流保護輸出信號，所述過電流保護輸出信號與至少一種過電流準則相關聯；基於與所述過電流保護輸出信號相關聯的所述至少一種過電流準則來檢測過電流警告級別；以及基於所述過電流警告級別而以變化的強度級別來控制裝設在所述應用程式處理器中的處理核心的操作環境，控制所述處理核心的所述操作環境包含以下中的至少一個：通過控制提供給所述處理核心的時鐘信號來調節所述處理核心的操作速度，以及通過限制由所述處理核心處理的指令的數目來控制所述處理核心的性能。
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