TWI765407B - 具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其節點具有節點電壓。電壓調節器電性連接節點。複數負載單元透過節點電性連接電壓調節器，負載單元受節點電壓驅動且具有負載狀態。電壓回授電路電性連接於電壓調節器與節點之間，電壓回授電路包含切換器並接收節點電壓與控制訊號，控制訊號包含負載狀態。電壓回授電路依據控制訊號之負載狀態控制切換器而產生回授電壓，電壓調節器依據回授電壓調節節點電壓。藉此，透過動態調整節點電壓可以增加電壓容忍範圍。

Description

具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路
本發明是關於一種電壓調節電路，特別是關於一種具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路。
針對現今系統上電源供應上的需求，為了符合晶片之省電、低電壓以及複雜的區塊電流需求，並使晶片的輸入電壓符合電晶體運行的上下限值，各種電源穩壓器形式被提出與探討，其包含開路式動態電壓調節(Dynamic Voltage Scaling；DVS)穩壓器、可程式化開路式電源穩壓器以及閉迴路自適應電壓縮放(Adaptive Voltage Scaling；AVS)穩壓器。其中第一種形式之開路式動態電壓調節(DVS)穩壓器可處理複雜的動態電流需求，但其電路複雜度高，且印刷電路板佈線(PCB layout)規劃上較為困難。而後兩種形式皆需要單一晶片作為監測及控制電源穩壓器，若晶片供應商沒有規劃此功能或者不符合晶片商的規劃時，則會造成不可變更(無法增加單一晶片)之窘境。
對於無法符合規範的穩壓器電路，只能改變電路結構，例如：多增加一DVS穩壓器，其由一區塊單獨控制，或是尋找能提供完整電源解決方案的晶片供應商，但卻會增加系統電路規劃的時程、複雜度以及成本。由此可知，目前市場上缺乏一種適用於多區塊、低複雜度及低成本、能同時符合各功能區塊的需求以及可動態調整節點電壓以增加電壓容忍範圍的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，故相關業者均在尋求其解決之道。
因此，本發明之目的在於提供一種具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其接收一個以上之電源網路觀測節點，並利用對應負載狀態之控制訊號及電壓回授電路內的切換器，經切換後提供回授電壓給電壓調節器，藉以動態調整節點電壓，進而增加電壓容忍範圍。此外，本發明可依據系統電源網路各功能區塊(高低電流)的需求，有效動態調整配置多觀測點電壓，使其符合單晶片系統(System on a Chip；SoC)的電壓輸入規格，且可避免習知技術之不合規格的電壓準位發生之問題。
依據本發明的結構態樣之一實施方式提供一種具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其包含一節點、一電壓調節器、複數負載單元以及一電壓回授電路。其中節點具有一節點電壓。電壓調節器電性連接節點。此些負載單元透過節點電性連接電壓調節器，此些負載單元受節點電壓驅動且具有至少一負載狀態。電壓回授電路電性連接於電壓調節器與節點之間，電壓回授電路包含一切換器並接收節點電壓與一控制訊號，控制訊號包含至少一負載狀態。電壓回授電路依據控制訊號之至少一負載狀態控制切換器而產生一回授電壓，電壓調節器依據回授電壓調節節點電壓。
藉此，本發明的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路利用單一節點之節點電壓、對應負載狀態之控制訊號及電壓回授電路內的切換器，經切換後提供回授電壓給電壓調節器，藉以動態調整節點電壓，進而增加電壓容忍範圍，並使電路有較多的餘裕對抗交流電壓雜訊。
依據本發明的結構態樣之另一實施方式提供一種具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其包含複數節點、一電壓調節器、複數負載單元以及一電壓回授電路。其中此些節點分別具有複數節點電壓。電壓調節器電性連接此些節點。此些負載單元分別透過此些節點電性連接電壓調節器，此些負載單元分別受此些節點電壓驅動且具有至少一負載狀態。電壓回授電路電性連接於電壓調節器與各節點之間，電壓回授電路包含一切換器並接收此些節點電壓及一控制訊號，此控制訊號包含至少一負載狀態。電壓回授電路依據控制訊號之至少一負載狀態控制切換器而產生一回授電壓，電壓調節器依據回授電壓調節此些節點電壓。
藉此，本發明的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路利用多節點之節點電壓、對應負載狀態之控制訊號及電壓回授電路內的切換器，經切換後提供回授電壓給電壓調節器，藉以動態調整節點電壓，進而增加電壓容忍範圍，並使電路有較多的餘裕對抗交流電壓雜訊。
以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。
此外，本文中當某一元件(或單元或模組等)「連接」於另一元件，可指所述元件是直接連接於另一元件，亦可指某一元件是間接連接於另一元件，意即，有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而當有明示某一元件是「直接連接」於另一元件時，才表示沒有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而第一、第二、第三等用語只是用來描述不同元件，而對元件本身並無限制，因此，第一元件亦可改稱為第二元件。且本文中之元件/單元/電路之組合非此領域中之一般周知、常規或習知之組合，不能以元件/單元/電路本身是否為習知，來判定其組合關係是否容易被技術領域中之通常知識者輕易完成。
請參閱第1圖，第1圖係繪示本發明第一實施例的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路100的方塊示意圖。此具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路100包含一節點Node、一電壓調節器200、複數個負載單元300a、300b、一電壓回授電路400以及一控制電路102。
節點Node具有一節點電壓Vout。電壓調節器200電性連接節點Node。複數負載單元300a、300b透過節點Node電性連接電壓調節器200，負載單元300a、300b受節點電壓Vout驅動且具有至少一負載狀態。電壓回授電路400電性連接於電壓調節器200與節點Node之間，電壓回授電路400包含一切換器並接收節點電壓Vout與一控制訊號110，控制訊號110包含至少一負載狀態。電壓回授電路400依據控制訊號110之至少一負載狀態控制切換器而產生一回授電壓FV，電壓調節器200依據回授電壓FV調節節點電壓Vout。此外，控制電路102電性連接於電壓回授電路400及負載單元300a、300b之間，控制電路102用以感測負載單元300a、300b並產生對應負載狀態之控制訊號110。控制電路102可包含溫度感知器或電流感測器，並能透過通用輸入/輸出(General Purpose Input Output，GPIO)或主從式架構(Master/Slave)實現，但本發明不以此為限。藉此，本發明的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路100係接收一個以上之電源網路觀測節點(即節點Node)，並利用對應負載狀態之控制訊號110及電壓回授電路400內的切換器，經切換後提供回授電壓FV給電壓調節器200，藉以動態調整節點電壓Vout，進而增加電壓容忍範圍。以下為詳細的實施例來說明上述各電路之細節。
請一併參閱第2圖、第3圖及第4圖，其中第2圖係繪示本發明第二實施例的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路100a的方塊示意圖；第3圖係繪示第2圖的電壓回授電路400之第一範例的示意圖；以及第4圖係繪示第3圖之分壓器420_1之示意圖。如圖所示，具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路100a包含一節點Node、一電壓調節器200、複數個負載單元300a、300b、一電壓回授電路400、一調節線路單元500、一第一線路單元600以及一第二線路單元700。
節點Node具有節點電壓Vout，節點Node電性連接電壓回授電路400、調節線路單元500、第一線路單元600及第二線路單元700。
電壓調節器200透過調節線路單元500電性連接節點Node。電壓調節器200可為降壓轉換器(BULK Converter)，但本發明不以此為限。電壓調節器200受回授電壓FV調節並產生調節線路電流i sum。
負載單元300a、300b透過節點Node、調節線路單元500、第一線路單元600及第二線路單元700電性連接電壓調節器200，負載單元300a、300b受節點電壓Vout驅動且具有至少一負載狀態。詳細地說，負載單元300a、300b分別為第一負載單元300a與第二負載單元300b。其中第一負載單元300a產生第一負載電流，第一負載電流為第一高負載電流與第一低負載電流之其中一者。第一高負載電流大於第一低負載電流。另外，第二負載單元300b產生第二負載電流，第二負載電流為第二高負載電流與第二低負載電流之其中一者。第二高負載電流大於第二低負載電流。
電壓回授電路400電性連接於電壓調節器200與節點Node之間，電壓回授電路400包含切換器410並接收節點電壓Vout與控制訊號，控制訊號包含至少一負載狀態。電壓回授電路400依據控制訊號之至少一負載狀態控制切換器410而產生回授電壓FV，電壓調節器200依據回授電壓FV調節節點電壓Vout。至少一負載狀態對應負載單元300a、300b之至少一電流大小。詳細地說，電壓回授電路400包含一個切換器410與四個分壓器420_1、420_2、420_3、420_4，其中切換器410為N對1切換開關，負載單元300a、300b之負載狀態之數量為複數，且N對應負載單元300a、300b之負載狀態之數量。舉第3圖為例，N等於四，負載單元300a、300b之負載狀態之數量為四，且負載單元300a、300b之負載狀態分別對應第一高負載電流及第一低負載電流之其中一者與第二高負載電流及第二低負載電流之其中一者之四個排列組合。再者，分壓器420_1、420_2、420_3、420_4電性連接於切換器410與節點Node之間，分壓器420_1、420_2、420_3、420_4接收節點電壓Vout並將節點電壓Vout轉換而產生節點分壓DV，且分壓器420_1、420_2、420_3、420_4將節點分壓DV傳送至切換器410。切換器410依據控制訊號之負載狀態切換，使回授電壓FV等於節點分壓DV。控制訊號包含第一負載狀態LOAD_01與第二負載狀態LOAD_02。其中第一負載狀態LOAD_01對應第一負載單元300a之第一負載電流。當第一負載狀態LOAD_01為1時，第一負載電流為第一高負載電流；反之，當第一負載狀態LOAD_01為0時，第一負載電流為第一低負載電流。第二負載狀態LOAD_02則對應第二負載單元300b之第二負載電流。當第二負載狀態LOAD_02為1時，第二負載電流為第二高負載電流；反之，當第二負載狀態LOAD_02為0時，第二負載電流為第二低負載電流。例如：當[LOAD_01,LOAD_02]為[1,1]、[0,1]、[0,0]、[1,0]時，切換器410分別輸出分壓器420_1、420_2、420_3、420_4之節點分壓DV。
分壓器420_1包含第一分壓電阻DR1與第二分壓電阻DR2，第一分壓電阻DR1透過內部節點DN電性連接第二分壓電阻DR2。當節點電壓Vout輸入至第一分壓電阻DR1時，內部節點DN透過第一分壓電阻DR1與第二分壓電阻DR2之分壓而產生節點分壓DV。例如：第一分壓電阻DR1與第二分壓電阻DR2均等於10K歐姆，節點電壓Vout為1.2V，節點分壓DV為0.6V。分壓器420_2、420_3、420_4之結構與分壓器420_1之結構類似，不再贅述。
調節線路單元500包含調節電阻R s與調節電感L s，調節電阻R s電性連接調節電感L s。調節線路單元500電性連接於電壓調節器200與節點Node之間，且流過調節線路電流i sum。
第一線路單元600包含第一電阻R 01與第一電感L 01，第一電阻R 01電性連接第一電感L 01。第一線路單元600電性連接於第一負載單元300a與節點Node之間，且流過第一線路電流i 01。第一線路電流i 01等於第一負載單元300a之電流。
第二線路單元700包含第二電阻R 02與第二電感L 02，第二電阻R 02電性連接第二電感L 02。第二線路單元700電性連接於第二負載單元300b與節點Node之間，且流過第二線路電流i 02。第二線路電流i 02等於第二負載單元300b之電流。
請一併參閱第2圖、第3圖及第5圖，其中第5圖係繪示第2圖中具有可配置四種狀態之目標電壓值
Figure 02_image001
、
Figure 02_image003
、
Figure 02_image005
、
Figure 02_image007
的設定範圍RS1、RS2、RS3、RS4之示意圖。如圖所示，具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路100a屬於開路式動態電壓調節(Dynamic Voltage Scaling；DVS)穩壓器，其節點Node經由電壓回授電路400之分壓器420_1、420_2、420_3、420_4連結至電壓調節器200，使得不論負載電流大或小，皆能控制在一目標電壓值
Figure 02_image009
，此目標電壓值
Figure 02_image009
為節點電壓Vout之最佳設定值。負載單元300a、300b之電壓
Figure 02_image011
、
Figure 02_image013
皆須符合半導體積體電路(Integrated Circuit；IC)的輸入電壓規範，其符合下列式子(1)~(9)：
Figure 02_image015
(1)；
Figure 02_image017
(2)；
Figure 02_image019
(3)；
Figure 02_image021
(4)；
Figure 02_image023
(5)；
Figure 02_image025
(6)；
Figure 02_image027
(7)；
Figure 02_image029
(8)；
Figure 02_image031
(9)。
其中
Figure 02_image033
、
Figure 02_image035
分別代表輸入電壓規範之上限值與下限值。
Figure 02_image037
、
Figure 02_image039
分別代表第一線路單元600之壓降與第二線路單元700之壓降。
Figure 02_image041
代表負載單元處於高負載電流，
Figure 02_image043
則代表負載單元處於低負載電流。由於目標電壓值
Figure 02_image009
需同時滿足式子(4)、(5)、(8)、(9)，故需符合下列式子(10)、(11)：
Figure 02_image045
(10)；
Figure 02_image047
(11)。
在電路特性皆需符合式子(10)、(11)的條件下，目標電壓值
Figure 02_image009
之上下限值需符合下列式子(12)、式子(13)：
Figure 02_image049
(12)；
Figure 02_image051
(13)。
其中
Figure 02_image053
、
Figure 02_image055
分別代表目標電壓值
Figure 02_image009
之上限值與下限值。
Figure 02_image057
代表
Figure 02_image059
及
Figure 02_image061
之最小者，而
Figure 02_image063
則代表
Figure 02_image059
及
Figure 02_image061
之最大者。
就第5圖之第一狀態State-1而言，第一負載狀態LOAD_01與第二負載狀態LOAD_02均為1(即[LOAD_01,LOAD_02]=[1,1])。分壓器420_1所產生之節點分壓DV將被傳送至切換器410，切換器410依據第一狀態State-1切換，使回授電壓FV等於分壓器420_1之節點分壓DV。第一狀態State-1之目標電壓值
Figure 02_image001
的設定範圍RS1符合下列式子(14)~(16)：
Figure 02_image065
(14)；
Figure 02_image067
(15)；
Figure 02_image069
(16)。
就第5圖之第二狀態State-2而言，第一負載狀態LOAD_01與第二負載狀態LOAD_02分別為0與1(即[LOAD_01,LOAD_02]=[0,1])。分壓器420_2所產生之節點分壓DV將被傳送至切換器410，切換器410依據第二狀態State-2切換，使回授電壓FV等於分壓器420_2之節點分壓DV。第二狀態State-2之目標電壓值
Figure 02_image003
的設定範圍RS2符合下列式子(17)~(19)：
Figure 02_image071
(17)；
Figure 02_image073
(18)；
Figure 02_image075
(19)。
就第5圖之第三狀態State-3而言，第一負載狀態LOAD_01與第二負載狀態LOAD_02均為0(即[LOAD_01,LOAD_02]=[0,0])。分壓器420_3所產生之節點分壓DV將被傳送至切換器410，切換器410依據第三狀態State-3切換，使回授電壓FV等於分壓器420_3之節點分壓DV。第三狀態State-3之目標電壓值
Figure 02_image005
的設定範圍RS3符合下列式子(20)~(22)：
Figure 02_image077
(20)；
Figure 02_image079
(21)；
Figure 02_image081
(22)。
就第5圖之第四狀態State-4而言，第一負載狀態LOAD_01與第二負載狀態LOAD_02分別為1與0(即[LOAD_01,LOAD_02]=[1,0])。分壓器420_4所產生之節點分壓DV將被傳送至切換器410，切換器410依據第四狀態State-4切換，使回授電壓FV等於分壓器420_4之節點分壓DV。第四狀態State-4之目標電壓值
Figure 02_image007
的設定範圍RS4符合下列式子(23)~(25)：
Figure 02_image083
(23)；
Figure 02_image085
(24)；
Figure 02_image087
(25)。
其中
Figure 02_image089
代表取平均。由上述式子(14)~(25)可知，電壓調節器200與電壓回授電路400依據負載單元300a、300b之負載狀態(即第一負載狀態LOAD_01與第二負載狀態LOAD_02)決定出節點Node之目標上限值
Figure 02_image091
、
Figure 02_image093
、
Figure 02_image095
、
Figure 02_image097
與目標下限值
Figure 02_image099
、
Figure 02_image101
、
Figure 02_image103
、
Figure 02_image105
並形成目標電壓值
Figure 02_image001
、
Figure 02_image003
、
Figure 02_image005
、
Figure 02_image007
。目標電壓值
Figure 02_image001
等於目標上限值
Figure 02_image091
與目標下限值
Figure 02_image099
之中間值；目標電壓值
Figure 02_image003
等於目標上限值
Figure 02_image093
與目標下限值
Figure 02_image101
之中間值；目標電壓值
Figure 02_image005
等於目標上限值
Figure 02_image095
與目標下限值
Figure 02_image103
之中間值；目標電壓值
Figure 02_image007
等於目標上限值
Figure 02_image097
與目標下限值
Figure 02_image105
之中間值。
在第一狀態State-1下，回授電壓FV對應目標電壓值
Figure 02_image001
，電壓調節器200依據回授電壓FV調節節點電壓Vout而使節點電壓Vout朝目標電壓值
Figure 02_image001
調整；在第二狀態State-2下，回授電壓FV對應目標電壓值
Figure 02_image003
，電壓調節器200依據回授電壓FV調節節點電壓Vout而使節點電壓Vout朝目標電壓值
Figure 02_image003
調整；在第三狀態State-3下，回授電壓FV對應目標電壓值
Figure 02_image005
，電壓調節器200依據回授電壓FV調節節點電壓Vout而使節點電壓Vout朝目標電壓值
Figure 02_image005
調整；在第四狀態State-4下，回授電壓FV對應目標電壓值
Figure 02_image007
，電壓調節器200依據回授電壓FV調節節點電壓Vout而使節點電壓Vout朝目標電壓值
Figure 02_image007
調整。藉此，本發明之主要精神是將原本都要考慮且符合式子(4)、(5)、(8)、(9)的目標電壓值
Figure 02_image009
，利用電壓回授電路400之切換器410切割成數個狀態，藉以動態切換回授電壓FV，以符合複雜之動態電流的需求。
此外，第2圖之負載單元300a、300b的動態電流i 01{HIGH,LOW}、i 02{HIGH,LOW}可定義出四種狀態，其分別是[i 01_HIGH,i 02_HIGH]、[i 01_HIGH,i 02_LOW]、[i 01_LOW,i 02_HIGH]及[i 01_LOW,i 02_LOW]，此四種狀態可透過第一負載狀態LOAD_01與第二負載狀態LOAD_02之電流訊號大小表示。第一負載狀態LOAD_01與第二負載狀態LOAD_02控制電壓回授電路400之切換器410，以達到動態調適目標電壓值
Figure 02_image009
的設定值。
藉此，本發明的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路100a係利用單一節點Node之節點電壓Vout、對應負載狀態之控制訊號及電壓回授電路400內的切換器410，經切換後提供回授電壓FV給電壓調節器200，藉以動態調整節點電壓Vout，進而增加電壓容忍範圍並使單晶片系統(System on a Chip；SoC)有較多的餘裕對抗交流電壓雜訊(Voltage Ripple Noise)。
請一併參閱第2圖、第3圖及第6圖，其中第6圖係繪示第2圖的電壓回授電路400之第二範例的示意圖。如圖所示，電壓回授電路400包含一個切換器410與三個分壓器420_1、420_2、420_3，切換器410為3對1切換開關，而分壓器420_1、420_2、420_3分別與第3圖之分壓器420_1、420_2、420_3相同。第6圖之電壓回授電路400之第二範例為第3圖之電壓回授電路400之第一範例的差異在於，第6圖之電壓回授電路400之第二範例可共用分壓器(例如：第二狀態State-2與第四狀態State-4共用一個分壓器420_2)，以簡化電路之複雜度。此共用之決策可依需求調整，本發明不以此為限。
另外值得一提的是，第2圖之負載單元300a、300b可分別為射頻發射電路(TX)與射頻接收電路(RX)，射頻發射電路產生一發射電流，射頻接收電路產生一接收電流。負載單元300a、300b之負載狀態對應發射電流與接收電流之其中一者，藉以令切換器410依據發射電流與接收電流之其中一者切換。具體而言，控制電路102(可參見第1圖)可接收負載單元300a、300b之發射電流與接收電流，然後產生發射負載狀態TX_ENABLE。發射電流大於接收電流，負載狀態可為射頻發射電路之發射電流(對應發射負載狀態TX_ENABLE)。換言之，當對應發射電流的發射負載狀態TX_ENABLE為0時，等同於第一負載狀態LOAD_01與第二負載狀態LOAD_02分別為0與1(即[LOAD_01,LOAD_02]=[0,1])；當對應發射電流的發射負載狀態TX_ENABLE為1時，等同於第一負載狀態LOAD_01與第二負載狀態LOAD_02分別為1與0(即[LOAD_01,LOAD_02]=[1,0])。藉此，本發明透過對應射頻發射電路之發射電流的發射負載狀態TX_ENABLE並搭配簡易之切換器410(如2對1切換開關)，不但能動態調整節點電壓Vout，還能降低電壓回授電路400之硬體複雜度。
請一併參閱第7圖至第9圖，其中第7圖係繪示本發明第三實施例的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路100b的方塊示意圖；第8圖係繪示第7圖的電壓回授電路400之第一範例的示意圖；及第9圖係繪示第8圖之電壓偏移器430之示意圖。如圖所示，具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路100b包含複數個節點、一電壓調節器200、複數個負載單元300a、300b、一電壓回授電路400、一調節線路單元500、一第一線路單元600、一發射線路單元700_TX以及一接收線路單元700_RX。
節點包含發射節點N01與接收節點N02，發射節點N01與接收節點N02分別具有發射節點電壓Node_V01與接收節點電壓Node_V02。發射節點N01電性連接負載單元300a、電壓回授電路400及發射線路單元700_TX。接收節點N02電性連接負載單元300b、電壓回授電路400及接收線路單元700_RX。
電壓調節器200、調節線路單元500及第一線路單元600分別與第2圖之電壓調節器200、調節線路單元500及第一線路單元600相同，不再贅述。
負載單元300a、300b分別透過節點(如發射節點N01與接收節點N02)電性連接電壓調節器200，負載單元300a、300b分別受發射節點電壓Node_V01與接收節點電壓Node_V02驅動且具有至少一負載狀態。詳細地說，負載單元300a、300b分別為射頻發射電路(TX)與射頻接收電路(RX)，射頻發射電路產生一發射電流，射頻接收電路產生一接收電流。負載單元300a、300b之負載狀態對應發射電流與接收電流之其中一者，藉以令電壓回授電路400之切換器410依據發射電流與接收電流之其中一者切換。
電壓回授電路400電性連接於電壓調節器200與各節點之間，電壓回授電路400包含切換器410與電壓偏移器430(Voltage Shifter)，並接收發射節點電壓Node_V01與接收節點電壓Node_V02及一控制訊號110，控制訊號110包含至少一負載狀態。詳細地說，切換器410為N對1切換開關，控制訊號110包含發射負載狀態TX_ENABLE與溫度狀態HIGH_TEMPERATURE。其中發射負載狀態TX_ENABLE對應射頻發射電路之發射電流，而溫度狀態HIGH_TEMPERATURE由溫度感知器感測得知。溫度感知器電性連接於電壓回授電路400，且溫度感知器感測負載單元300a、300b所在之環境空間之環境溫度而得到溫度狀態HIGH_TEMPERATURE。再者，電壓偏移器430電性連接於切換器410與發射節點電壓Node_V01之間。電壓偏移器430接收對應發射節點N01之發射節點電壓Node_V01並將發射節點電壓Node_V01位移至一節點偏壓SV，且電壓偏移器430將節點偏壓SV傳送至切換器410。切換器410依據控制訊號110之發射負載狀態TX_ENABLE與溫度狀態HIGH_TEMPERATURE切換，使回授電壓FV等於節點偏壓SV。換句話說，切換器410依據發射電流與接收電流之其中一者切換，使回授電壓FV等於發射節點電壓Node_V01、接收節點電壓Node_V02及節點偏壓SV之其中一者。當射頻發射電路(如負載單元300a)啟動且射頻接收電路(如負載單元300b)關閉時，切換器410依據發射電流切換，使回授電壓FV等於發射節點電壓Node_V01；當射頻接收電路啟動且射頻發射電路關閉時，切換器410依據接收電流切換，使回授電壓FV等於接收節點電壓Node_V02；當射頻接收電路與射頻發射電路均啟動時，由於發射電流大於接收電流，切換器410依據發射電流切換，使回授電壓FV等於發射節點電壓Node_V01；換言之，切換器410之作動係以控制訊號110之發射負載狀態TX_ENABLE為主。
電壓偏移器430包含第一偏移電阻SR1與第二偏移電阻SR2，第一偏移電阻SR1透過內部節點SN電性連接第二偏移電阻SR2。當發射節點電壓Node_V01輸入至第一偏移電阻SR1時，內部節點SN透過第一偏移電阻SR1與第二偏移電阻SR2之分壓而產生節點偏壓SV。具體而言，第一偏移電阻SR1等於454歐姆(ohm)，第二偏移電阻SR2等於10K歐姆，節點偏壓SV為1.1V，發射節點電壓Node_V01為1.15V。藉此，電壓偏移器430可位移發射節點電壓Node_V01，透過提高電壓以補償因高溫而導致射頻發射電路之特性變差的狀況。射頻發射電路屬於負載大且對環境高溫會影響其特性的區塊，而本發明之電壓偏移器430結合受溫度狀態HIGH_TEMPERATURE控制之切換器410(3對1切換開關)可有效地補償此溫度變異。上述第一偏移電阻SR1與第二偏移電阻SR2之數值可依需求調整，本發明不以此為限。
發射線路單元700_TX包含發射電阻R TX與發射電感L TX，發射電阻R TX電性連接發射電感L TX。發射線路單元700_TX電性連接於第一線路單元600與負載單元300a(射頻發射電路)之間，且流過發射線路電流i TX。發射線路電流i TX等於負載單元300a之電流。
接收線路單元700_RX包含接收電阻R RX與接收電感L RX，接收電阻R RX電性連接接收電感L RX。接收線路單元700_RX電性連接於第一線路單元600與負載單元300b(射頻接收電路)之間，且流過接收線路電流i RX。接收線路電流i RX等於負載單元300b之電流。
上述射頻發射電路與射頻接收電路均為IC，射頻發射電路負責射頻訊號之發射，射頻接收電路負責射頻訊號之接收。射頻發射電路及射頻接收電路均與電壓調節器200相隔一段距離。電路之訊號會從電壓調節器200先經過調節電阻R s與調節電感L s，然後經第一線路單元600(如PCB走線)之第一電阻R 01與第一電感L 01後，分別分岔連接至射頻發射區塊與射頻接收區塊。射頻發射區塊包含發射電阻R TX、發射電感L TX及射頻發射電路；射頻接收區塊包含接收電阻R RX、接收電感L RX及射頻接收電路。一般射頻發射區塊之負載電流較大，其距離電壓調節器200較近，而射頻接收區塊則距離電壓調節器200較遠(R RX>>R TX且L RX>>L TX)。當射頻發射區塊啟動及射頻接收區塊關閉時，系統處於射頻發射狀態TX_state，此時控制訊號110之發射負載狀態TX_ENABLE為1，且切換器410依據發射負載狀態TX_ENABLE切換而使回授電壓FV等於發射節點電壓Node_V01。發射節點電壓Node_V01可工作於IC目標電壓(如1.1V)，路徑中之電路損耗(R s/L s、R 01/L 01、R TX/L TX)可經由感應回授電壓(發射節點電壓Node_V01)後由電壓調節器200進行補償；反之，當射頻發射區塊關閉及射頻接收區塊啟動時，系統處於射頻接收狀態RX_state，此時控制訊號110之發射負載狀態TX_ENABLE為0，且切換器410依據發射負載狀態TX_ENABLE切換而使回授電壓FV等於接收節點電壓Node_V02。接收節點電壓Node_V02可工作於IC目標電壓，路徑中之電路損耗(R s/L s、R 01/L 01、R RX/L RX)可經由感應回授電壓(接收節點電壓Node_V02)後由電壓調節器200進行補償。藉此，依據不同區塊之運行模式，直接切換至區塊臨近的回授參考電壓節點，由電壓調節器200直接針對路徑中的損耗進行補償。射頻發射狀態TX_state與射頻接收狀態RX_state分別符合下列式子(26)、(27)：
Figure 02_image107
(26)；
Figure 02_image109
(27)。
其中
Figure 02_image111
代表電壓調節器200之輸出電壓，
Figure 02_image113
代表調節線路單元500之壓降，
Figure 02_image037
代表第一線路單元600之壓降，
Figure 02_image115
代表發射線路單元700_TX之壓降，
Figure 02_image117
代表接收線路單元700_RX之壓降。
Figure 02_image001
與
Figure 02_image003
分別代表射頻發射狀態TX_state與射頻接收狀態RX_state之目標電壓。
藉此，本發明的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路100b係利用多節點(如發射節點N01與接收節點N02)之節點電壓(如發射節點電壓Node_V01與接收節點電壓Node_V02)、對應負載狀態之控制訊號110及電壓回授電路400內的切換器410，經切換後提供回授電壓FV給電壓調節器200，藉以動態調整節點電壓，進而增加電壓容忍範圍，並使SoC有較多的餘裕對抗交流電壓雜訊。
請一併參閱第7圖及第10圖，其中第10圖係繪示第7圖的電壓回授電路400之第二範例的示意圖。如圖所示，電壓回授電路400僅包含一切換器410，切換器410為N對1切換開關，且N等於二。而控制訊號110僅包含發射負載狀態TX_ENABLE。切換器410依據控制訊號110之發射負載狀態TX_ENABLE切換，使回授電壓FV等於發射節點電壓Node_V01與接收節點電壓Node_V02之其中一者。當發射負載狀態TX_ENABLE為1時，回授電壓FV等於發射節點電壓Node_V01；發射負載狀態TX_ENABLE為0時，回授電壓FV等於接收節點電壓Node_V02。
由上述實施方式可知，本發明具有下列優點：其一，可接收一個以上之電源網路觀測節點，並利用對應負載狀態之控制訊號及電壓回授電路內的切換器，經切換後提供回授電壓給電壓調節器，藉以動態調整節點電壓，進而增加電壓容忍範圍。其二，可依據系統電源網路各功能區塊(高低電流)的需求，有效動態調整配置多觀測點電壓，使其符合單晶片系統的電壓輸入規格，且可避免習知技術之不合規格的電壓準位發生之問題。其三，電壓偏移器可位移發射節點電壓，透過提高電壓可有效地補償因高溫而導致射頻發射電路之特性變差的狀況。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100,100a,100b:具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路 102:控制電路 110:控制訊號 200:電壓調節器 300a,300b:負載單元 400:電壓回授電路 410:切換器 420_1,420_2,420_3,420_4:分壓器 430:電壓偏移器 500:調節線路單元 600:第一線路單元 700:第二線路單元 700_TX:發射線路單元 700_RX:接收線路單元 DN:內部節點 DV:節點分壓 DR1:第一分壓電阻 DR2:第二分壓電阻 FV:回授電壓
Figure 02_image041
:高負載電流 HIGH_TEMPERATURE:溫度狀態 i 01:第一線路電流 i 02:第二線路電流 i RX:接收線路電流 i sum:調節線路電流 i TX:發射線路電流 L 01:第一電感 L 02:第二電感
Figure 02_image043
:低負載電流 LOAD_01:第一負載狀態 LOAD_02:第二負載狀態 L RX:接收電感 L s:調節電感 L TX:發射電感 N01:發射節點 N02:接收節點 Node:節點 Node_V01:發射節點電壓 Node_V02:接收節點電壓 R 01:第一電阻 R 02:第二電阻 R s:調節電阻 RS1,RS2,RS3,RS4:設定範圍 R RX:接收電阻 R TX:發射電阻 SN:內部節點 SR1:第一偏移電阻 SR2:第二偏移電阻 State-1:第一狀態 State-2:第二狀態 State-3:第三狀態 State-4:第四狀態 SV:節點偏壓 TX_ENABLE:發射負載狀態
Figure 02_image011
,
Figure 02_image013
:電壓
Figure 02_image037
,
Figure 02_image039
:壓降 Vout:節點電壓
Figure 02_image033
,
Figure 02_image091
,
Figure 02_image093
,
Figure 02_image095
,
Figure 02_image097
:上限值
Figure 02_image035
,
Figure 02_image099
,
Figure 02_image101
,
Figure 02_image103
,
Figure 02_image105
:下限值
Figure 02_image001
,
Figure 02_image003
,
Figure 02_image005
,
Figure 02_image007
:目標電壓值
第1圖係繪示本發明第一實施例的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路的方塊示意圖； 第2圖係繪示本發明第二實施例的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路的方塊示意圖； 第3圖係繪示第2圖的電壓回授電路之第一範例的示意圖； 第4圖係繪示第3圖之分壓器之示意圖； 第5圖係繪示第2圖中具有可配置四種狀態之目標電壓值的設定範圍之示意圖； 第6圖係繪示第2圖的電壓回授電路之第二範例的示意圖； 第7圖係繪示本發明第三實施例的具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路的方塊示意圖； 第8圖係繪示第7圖的電壓回授電路之第一範例的示意圖； 第9圖係繪示第8圖之電壓偏移器之示意圖；以及 第10圖係繪示第7圖的電壓回授電路之第二範例的示意圖。
100:具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路 102:控制電路 110:控制訊號 200:電壓調節器 300a,300b:負載單元 400:電壓回授電路 FV:回授電壓 Node:節點 Vout:節點電壓

Claims (14)

  1. 一種具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，包含：一節點，具有一節點電壓；一電壓調節器，電性連接該節點；複數負載單元，透過該節點電性連接該電壓調節器，該些負載單元受該節點電壓驅動且具有複數負載狀態；以及一電壓回授電路，電性連接於該電壓調節器與該節點之間，該電壓回授電路包含一切換器並接收該節點電壓與一控制訊號，該控制訊號包含該些負載狀態；其中，該電壓回授電路依據該控制訊號之該些負載狀態控制該切換器而產生一回授電壓，該電壓調節器依據該回授電壓調節該節點電壓；其中，該些負載單元包含：一第一負載單元，產生一第一負載電流；及一第二負載單元，產生一第二負載電流；其中，該些負載單元之該些負載狀態分別對應該第一負載電流與該第二負載電流之排列組合。
  2. 如請求項1所述之具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其中該電壓回授電路更包含：一分壓器，電性連接於該切換器與該節點之間，該分壓器接收該節點電壓並將該節點電壓轉換而產生一節點分壓，且該分壓器將該節點分壓傳送至該切換器； 其中，該切換器依據該控制訊號之該些負載狀態切換，使該回授電壓等於該節點分壓。
  3. 如請求項1所述之具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其中，該控制訊號更包含一溫度感知器之一溫度狀態，該溫度感知器電性連接於該電壓回授電路，且該溫度感知器感測該些負載單元所在之一環境空間之一環境溫度而得到該溫度狀態；及該電壓回授電路更包含：一電壓偏移器，電性連接於該切換器與該節點之間，該電壓偏移器接收該節點電壓並將該節點電壓位移至一節點偏壓，且該電壓偏移器將該節點偏壓傳送至該切換器；其中，該切換器依據該控制訊號之該些負載狀態與該溫度狀態切換，使該回授電壓等於該節點偏壓。
  4. 如請求項1所述之具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其中該切換器為一N對1切換開關，且N對應該些負載單元之該些負載狀態之數量。
  5. 如請求項4所述之具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其中，該第一負載電流為一第一高負載電流與一第一低負載電 流之其中一者；該第二負載電流為一第二高負載電流與一第二低負載電流之其中一者；及N等於四，該些負載單元之該些負載狀態之數量為四，且該些負載單元之該些負載狀態分別對應該第一高負載電流及該第一低負載電流之其中一者與該第二高負載電流及該第二低負載電流之其中一者之四個排列組合。
  6. 如請求項1所述之具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其中該電壓調節器與該電壓回授電路依據該些負載單元之該些負載狀態決定出該節點之至少一目標上限值與至少一目標下限值並形成至少一目標電壓值，該至少一目標電壓值等於該至少一目標上限值與該至少一目標下限值之至少一中間值，該回授電壓對應該至少一目標電壓值，該電壓調節器依據該回授電壓調節該節點電壓而使該節點電壓朝該至少一目標電壓值調整。
  7. 如請求項6所述之具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其中該至少一目標上限值之數量、該至少一目標下限值之數量及該至少一目標電壓值之數量均為複數，該切換器依據該些負載單元之該些負載狀態切換而使該回授電壓對應該些目標電壓值之其中一者。
  8. 一種具有可動態配置回授電壓之電壓調節電 路，包含：一節點，具有一節點電壓；一電壓調節器，電性連接該節點；複數負載單元，透過該節點電性連接該電壓調節器，該些負載單元受該節點電壓驅動且具有複數負載狀態；以及一電壓回授電路，電性連接於該電壓調節器與該節點之間，該電壓回授電路包含一切換器並接收該節點電壓與一控制訊號，該控制訊號包含該些負載狀態；其中，該電壓回授電路依據該控制訊號之該些負載狀態控制該切換器而產生一回授電壓，該電壓調節器依據該回授電壓調節該節點電壓；其中，該些負載單元包含：一射頻發射電路，產生一發射電流；及一射頻接收電路，產生一接收電流；其中，該些負載單元之該些負載狀態對應該發射電流與該接收電流之其中一者，藉以令該切換器依據該發射電流與該接收電流之其中該者切換。
  9. 一種具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，包含：複數節點，分別具有複數節點電壓；一電壓調節器，電性連接該些節點；複數負載單元，分別透過該些節點電性連接該電壓調節器，該些負載單元分別受該些節點電壓驅動且具有至少一 負載狀態；以及一電壓回授電路，電性連接於該電壓調節器與各該節點之間，該電壓回授電路包含一切換器並接收該些節點電壓及一控制訊號，該控制訊號包含該至少一負載狀態；其中，該電壓回授電路依據該控制訊號之該至少一負載狀態控制該切換器而產生一回授電壓，該電壓調節器依據該回授電壓調節該些節點電壓；其中，該些負載單元包含：一射頻發射電路，產生一發射電流；及一射頻接收電路，產生一接收電流；其中，該些負載單元之該至少一負載狀態對應該發射電流與該接收電流之其中一者，藉以令該切換器依據該發射電流與該接收電流之其中該者切換。
  10. 如請求項9所述之具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其中該電壓回授電路更包含：一分壓器，電性連接於該切換器與該些節點之一發射節點之間，該發射節點具有一發射節點電壓，該分壓器接收該發射節點電壓並將該發射節點電壓轉換而產生一節點分壓，且該分壓器將該節點分壓傳送至該切換器；其中，該切換器依據該控制訊號之該至少一負載狀態切換，使該回授電壓等於該節點分壓。
  11. 如請求項9所述之具有可動態配置回授電壓 之電壓調節電路，其中，該控制訊號更包含一溫度感知器之一溫度狀態，該溫度感知器電性連接於該電壓回授電路，且該溫度感知器感測該些負載單元所在之一環境空間之一環境溫度而得到該溫度狀態；及該電壓回授電路更包含：一電壓偏移器，電性連接於該切換器與該些節點之一發射節點之間，該發射節點具有一發射節點電壓，該電壓偏移器接收該發射節點電壓並將該發射節點電壓位移至一節點偏壓，且該電壓偏移器將該節點偏壓傳送至該切換器；其中，該切換器依據該控制訊號之該至少一負載狀態與該溫度狀態切換，使該回授電壓等於該節點偏壓。
  12. 如請求項9所述之具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其中該切換器為一N對1切換開關，且N對應該些負載單元之該至少一負載狀態之數量。
  13. 如請求項9所述之具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其中該些節點包含：一發射節點，連接該射頻發射電路且具有一發射節點電壓；及一接收節點，連接該射頻接收電路且具有一接收節點電壓； 其中，該切換器依據該發射電流與該接收電流之其中該者切換，使該回授電壓等於該發射節點電壓與該接收節點電壓之其中一者。
  14. 如請求項13所述之具有可動態配置回授電壓之電壓調節電路，其中，當該射頻發射電路啟動且該射頻接收電路關閉時，該切換器依據該發射電流切換，使該回授電壓等於該發射節點電壓；及當該射頻接收電路啟動且該射頻發射電路關閉時，該切換器依據該接收電流切換，使該回授電壓等於該接收節點電壓。
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