TWI788568B - 電源管理積體電路模型化系統及其操作方法 - Google Patents

電源管理積體電路模型化系統及其操作方法 Download PDF

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Abstract

一種用於電源分佈網路（PDN）分析的電源管理積體電路（PMIC）模型化系統，包含：電源供應器，經組態以供應用於驅動負載的源電流；電阻設定單元，經組態以監測供應至負載的負載電流，且藉由將當前時間的負載電流值第一電流與先前時間的負載電流的第二電流值進行比較來產生電流比較值；以及控制器，經組態以基於電流比較值而產生用於改變電阻設定單元的可變電阻的控制訊號並控制電源供應器以改變源電流。電阻設定單元經進一步組態以基於控制訊號而改變可變電阻的電阻值。

Description

電源管理積體電路模型化系統及其操作方法
根據實施例的系統及方法是關於用於電源分佈網路（power distribution network；PDN）分析的電源管理積體電路（power management integrated circuit；PMIC）模型化系統及其驅動方法。
用於驗證電源分佈網路（PDN）的電源管理積體電路（PMIC）的模擬模型應用理想電壓源，且因此無法反映限制電流供應的能力，所述能力為PMIC的基礎特性。在對PDN應用模擬模型時，無法精確地反映電壓降及去耦電容器的影響。使用模擬模型獲得的PMIC及PDN的模擬結果與實際量測結果之間存在差異。
根據實施例，提供一種用於電源分佈網路（PDN）分析的電源管理積體電路（PMIC）模型化系統，所述PMIC模型化系統包含：電源供應器，經組態以供應用於驅動負載的源電流；電阻設定單元，經組態以監測供應至負載的負載電流，且藉由將當前時間的負載電流的第一電流值與先前時間的負載電流的第二電流值進行比較來產生電流比較值；以及控制器，經組態以基於電流比較值而產生用於改變電阻設定單元的可變電阻的控制訊號並控制電源供應器以改變源電流。電阻設定單元經進一步組態以基於控制訊號而改變可變電阻的電阻值，且負載電流基於改變的源電流及電阻值而改變。
根據實施例，提供一種用於電源分佈網路（PDN）分析的電源管理積體電路（PMIC）模型化系統，所述PMIC模型化系統包含：電源供應器，經組態以供應用於驅動負載的源電流；電阻設定單元，經組態以監測供應至負載的負載電流，且藉由將當前時間的負載電流的第一電流值與先前時間的負載電流的第二電流值進行比較來產生電流比較值；以及控制器，經組態以基於電流比較值而設定用於控制電源供應器的源電流的參數，並基於所述參數產生用於改變電阻設定單元的可變電阻的控制訊號。電阻設定單元經進一步組態以基於控制訊號而改變可變電阻的電阻值，且負載電流基於改變的源電流及電阻值而改變。
根據實施例，提供一種操作用於電源分佈網路（PDN）分析的電源管理積體電路（PMIC）模型化系統的方法，所述方法包含：控制電源供應器以供應用於驅動負載的源電流；監測供應至負載的負載電流；藉由將當前時間的負載電流的第一電流值與先前時間的負載電流的第二電流值進行比較來產生電流比較值；以及基於電流比較值，改變可變電阻的電阻值，且控制電源供應器以改變源電流。負載電流基於改變的源電流及電阻值而改變。
在下文中，將參考附圖詳細描述根據本發明概念的實施例的電源管理積體電路（PMIC）模型化系統及其驅動方法。
執行電源分佈網路（PDN）的驗證以確保系統級的電源及訊號完整性（power and signal integrity；PSI）。用於產品分析的典型驗證方法可包含將PDN組態為用於晶片上晶粒、封裝件、板以及PMIC的模型，且經由模擬驗證PDN。精確PMIC模型用於經由模擬驗證與實際裝置中的量測結果類似的特性。本發明概念是關於提供一種反映PMIC的電路操作特性的PMIC模型化系統及其驅動方法。
本發明概念的實施例是關於提供一種能夠限制PMIC的電流供應的PMIC模型化系統及其驅動方法。
另外，本發明概念的實施例是關於提供一種能夠預測PDN的電壓降及去耦電容器的影響的PMIC模型化系統及其驅動方法。
此外，本發明概念的實施例是關於提供一種能夠減小PMIC及PDN的模擬結果與實際量測結果之間的差異的PMIC模型化系統及其驅動方法。
圖1為示出根據本發明概念的實施例的PMIC模型化系統的圖。
參看圖1，PMIC模型化系統100包含電源供應器110、電阻設定單元120以及控制器130。電源供應器110可根據正常模式或最大電流模式（imax模式）來限制輸出電流。
電源供應器110包含電流供應單元IS、理想二極體ID、與電流供應器IS並聯連接的第一電阻器Rp以及與理想二極體ID串聯連接的第二電阻器Rs。理想二極體ID可由開關替代。
PMIC模型化系統100可將電源供應至PDN 200上方的負載210。PDN 200可包含負載210。負載210為藉由消耗電源來執行功能的組件且可包含電晶體、導線及/或被動元件。
作為一實例，負載210可包含微處理器、中央處理單元（central processing unit；CPU）、圖形處理單元（graphics processing unit；GUP）、應用程式處理器或半導體記憶體裝置（例如動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory；DRAM）、相變隨機存取記憶體（phase change random access memory；PRAM）、磁性隨機存取記憶體（magnetic random access memory；MRAM）、鐵電隨機存取記憶體（ferroelectric random access memory；FRAM）或固態磁碟機（solid state drive；SSD））。負載210可經由一或多個電源端子供應有電源。負載210可供應有來自PDN 200的操作電流i及操作電壓v。
傳輸至負載210的操作電壓v可為直流電壓。操作電壓v可隨著由負載210的操作變化而消耗的操作電流i的量而變化。使得負載210進行正常操作的操作電壓v的變化範圍可包含所供應電壓的容差。
PMIC模型化系統100可根據正向偏壓（或開關的ON操作）或反向偏壓（或開關的OFF操作）而以最大電流模式或正常模式驅動。
在最大電流模式下，PMIC模型化系統100可將預設恆定電流（例如最大電流）供應至PDN 200的負載210。
在正常模式下，PMIC模型化系統100可在不限制負載210所需的電流的情況下將負載210所請求的電流供應至負載210。
作為一實例，在理想二極體ID處於正向偏壓中時，PMIC模型化系統100可在正常模式下操作。在正常模式下，PMIC模型化系統100可執行與理想電壓源的操作類似的操作。
作為一實例，在理想二極體ID處於反向偏壓中時，PMIC模型化系統100可在最大電流模式（imax模式）下操作。在最大電流模式（imax模式）下，PMIC模型化系統100可操作為直流（direct current；DC）電流源。
在執行PDN模擬中，PMIC模型化系統100可將正常模式與最大電流模式（imax模式）之間的切換重複若干次。亦即，PMIC模型化系統100可自正常模式切換至最大電流模式（imax模式），且亦自最大電流模式（imax模式）切換至正常模式。驅動模式之間的此類切換可重複若干次。
PMIC模型化系統100可調整供應電流，使得電源供應器110的電流供應能力並不超過相對於最大時間變化的電流變化di/dt。
PMIC模型化系統100可向負載210供應在預設最大電流內的電流。
當在最大電流模式下操作時，即使在電流超過負載210所需的最大電流的情況下，PMIC模型化系統100亦可向負載210供應在最大電流內的電流。當在正常模式下操作時，PMIC模型化系統100可根據負載210所需供應電流。
電阻設定單元120可即時地監測供應至負載210的負載電流。電阻設定單元120可將當前時間下監測的負載電流的值與負載電流的先前監測值進行比較。電阻設定單元120可將當前時間的負載電流值與先前時間的負載電流值之間的比較的結果即時地傳輸至控制器130。
控制器130可將當前時間的負載電流值與先前時間的負載電流值之間的比較的結果即時地傳輸至電源供應器110。
控制器130可基於藉由電阻設定單元120監測的電流比較結果（即電流比較值）而控制電源供應器110的輸出電流（圖3A或圖3B中的“i_out à i_out'”）。
控制器130可加載流入晶片中的電流（即晶片所需的電流）的電流波形資料，且可驅動加載的電流波形資料且將所述加載的電流波形資料應用於PDN驗證。控制器130可包含經組態以儲存獨立晶片的電流波形資料的記憶體以及經組態以驅動電流波形資料的處理器。
電源供應器110可基於自控制器130輸入的電流比較結果（即電流比較值）而限制電流供應能力。亦即，電源供應器110可基於自控制器130輸入的電流比較結果（即電流比較值）而限制供應至負載210的電流。
電阻設定單元120可包含可變電阻（參看圖3A）。控制器130可基於藉由電阻設定單元120監測的電流比較結果（即電流比較值）而控制電阻設定單元120的可變電阻。控制器130可產生用於控制電阻設定單元120的可變電阻的可變電阻控制訊號，且將產生的可變電阻控制訊號供應至電阻設定單元120。
電阻設定單元120可基於自控制器130輸入的可變電阻控制訊號而改變可變電阻。
控制器130可計算最大電流模式下可允許的最大電流，且根據所計算的最大電流來調整電阻設定單元120的可變電阻。
作為一實例，當在正常模式下操作時，電阻設定單元120可在控制器130的控制下將可變電阻設定為最大值（例如無窮大）。
作為一實例，當在最大電流模式（imax模式）下操作時，電阻設定單元120可在控制器130的控制下將可變電阻調整為預設值，以限制輸出電流（圖3A或圖3B中的“i_out à i_out'”）（即供應至負載210的電流）。
作為一實例，當在最大電流模式（imax模式）下操作時，電阻設定單元120可根據即時地監測的電流值的比較的結果來藉由改變可變電阻而即時地調整輸出電流（圖3A或圖3B中的“i_out à i_out'”）。
作為一實例，當在最大電流模式（imax模式）下操作時，電阻設定單元120可藉由根據在時間間隔處監測的電流值的比較的結果改變可變電阻來調整時間間隔處的輸出電流（圖3A或圖3B中的“i_out à i_out'”）。
PDN 200可為晶片封裝系統（參看圖9）。負載210可為晶片封裝系統中包含的晶片。然而，實施例不限於此。PDN 200可為行動裝置（參看圖10）。負載210可為行動裝置中包含的應用程式處理器（application processor；AP）。
圖2A為示出產生用於PDN驗證的電流波形且將所述電流波形應用於PMIC模型化系統的方法的流程圖。圖2B為示出輸入至PMIC模型化系統的參數的實例的圖。
參看圖1、圖2A以及圖2B，可產生負載210（例如晶片）所需的電流的波形以使用PMIC模型化系統100執行PDN驗證。
作為一實例，晶片的晶片上電源網路可經由參數擷取模型化為電阻電感電容（RLC）電路（S10）。
隨後，用於晶片中的電晶體可取決於切換而模型化為電流源或電容（S20）。
隨後，可使用操作S10的RLC電路模型化及操作S20的電流源或電容的模型化來組態集中常數電路的裝置模型化。集中常數電路是指假設經由電路分佈的電感、電容以及電阻集中於一個位置中的情況下組態的等效電路。在電路的長度與流經電路的訊號的波長相比較短時，可見訊號的流動自電路的輸入端瞬時傳輸至輸出端。在此情況下，可組態具有包含集中在一個位置中的電阻、電感以及電容的所有電路常數的等效電路。此後，可藉由組態集中常數電路的裝置模型化來執行全晶片電子模型化（S30）。在存在用於PDN分析的多個晶片時，可針對獨立晶片中的每一者執行全晶片電子模型化。
隨後，可藉由使用電子電路模擬程式（例如SPICE）模擬全晶片電子模型化來獲取或產生表示流入晶片中的電流（亦即晶片所需的電流）隨時間的變化的波形（在下文中稱為「電流波形」）（S40）。電流波形可經組態為程式類型資料，且控制器130可加載並儲存電流波形的資料。
隨後，可藉由將每一晶片的電流波形應用於PMIC模型化系統100來執行PDN驗證（S50）。如圖2B中所展示，可在控制器130中設定PMIC的參數。
作為PMIC模型化系統100的參數的一實例，「vdd」的值（第一參數）可用於設定電源供應器110的vdd或正供應電壓位準。「imax」的值（第二參數）可用於約束最大電流。「didtmax」的值（第三參數）可用於約束di/dt的值。
圖3A為示出根據本發明概念的實施例的在正常模式下驅動PMIC模型化系統的方法的圖。圖4為示出在將正向偏壓應用於圖1中所展示的理想二極體ID時的接通（SW_on）操作的圖。
參看圖3A及圖4，在正常模式下，PMIC模型化系統100可調整在最大電流imax內的源電流i_source。在正常模式下，電源供應器110的理想二極體ID可以正向偏壓操作。
作為一實例，控制器130可將理想二極體ID設定為在正常模式下以正向偏壓操作。
作為一實例，理想二極體ID可由開關替代。控制器130可在正常模式下接通電源供應器110的開關SW。
在正常模式下，輸出電壓位準維持在vdd。本文中，可自電源供應器供應vdd。在正常模式下，控制器130可控制電源供應器110及電阻設定單元120，使得供應負載210所需的電流。
在正常模式下，電流供應器IS可供應負載210所需的電流。
在PMIC模型化系統100於正常模式下操作的同時，負載210所需的電流可增大。在負載210所需的電流供應器IS的源電流i_source超過最大電流imax時，控制器130可控制電源供應器110及電阻設定單元120自正常模式切換至最大電流模式。
本發明概念的PMIC模型化系統100可與理想電壓源類似地操作電源供應器110，使得根據負載210所需的電流隨時間的變化的電流變化值di/dt並不超過最大di/dt。
電阻設定單元120的可變電阻可安置於輸出電壓Vout與接地GND之間。可變電阻的第一端可電性連接至輸出電壓Vout的端子。可變電阻的第二端可電性連接至接地GND的端子。本文中，可藉由電路程式邏輯上執行可變電阻的第一端與輸出電壓Vout的端子之間的連接。
在正常模式下，控制器130可控制電阻設定單元120以將可變電阻設定為最大值（例如無窮大）。在正常模式下，電阻設定單元120可在控制器130的控制下將可變電阻r_limit設定為最大值（例如無窮大）。
電阻設定單元120可監測供應至負載210的電流，亦即負載電流，且將電流的監測結果供應至控制器130。在由電阻設定單元120監測負載電流而約束電流的供應時，控制器130可控制電阻設定單元120自正常模式切換至最大電流模式（imax模式）。
電阻設定單元120可在控制器130的控制下將可變電阻r_limit自最大值改變為預設電阻r_limit'，以自正常模式切換至最大電流模式（imax模式）。
作為一實例，在自正常模式切換至最大電流模式（imax模式）下，電阻設定單元120可改變可變電阻，即限制電阻r_limit，使得當前時間的源電流i_source（i_out+i_limit）改變為最大電流imax，且因此設定最大電流模式（imax模式）。 [表1]
Figure 108117070-A0304-0001
如表1中所展示，控制器130可計算目標限制電流的值，所述目標限制電流用於計算目標電流i_source及限制電阻r_limit的值。可將由控制器130計算的目標限制電流值供應至電阻設定單元120。當在控制器130的控制下由電阻設定單元120改變限制電阻r_limit時，電源供應器110的第一源電流i_source可改變為第二源電流i_source'。
圖3B為示出根據本發明概念的實施例的在正常模式下驅動PMIC模型化系統的方法的圖。
圖3A中示出電阻設定單元120包含可變電阻，且藉由改變可變電阻的電阻值來執行模式改變。實施例不限於此。如圖3B中所展示，電阻設定單元120a可包含除可變電阻之外能夠調整電阻的電子裝置。
圖5為示出根據實施例的在電流的供應受約束時自正常模式切換至最大電流模式（imax模式）的操作的圖。
參看圖5，電阻設定單元120可監測每一預設時間t1、預設時間t2、預設時間t3、預設時間t4等處的負載電流。電阻設定單元120可將在當前時間下監測的負載電流值與先前時間的負載電流值進行比較。
電阻設定單元120可產生當前時間的負載電流值與先前時間的負載電流值之間的比較的結果。電阻設定單元120可將負載電流值的比較結果即時地供應至控制器130。實施例不限於此。控制器130可基於每一預設時間t1、預設時間t2、預設時間t3、預設時間t4等處產生的電流值的比較結果來判定是否執行模式改變。在判定執行模式改變時，控制器130可控制電阻設定單元120改變模式。
在負載210所需的電流di/dt並不超過最大電流max di/dt時，電阻設定單元120可將可變電阻維持在第一值r_limit（例如無窮大）。在可變電阻維持第一值（例如無窮大）的同時，PMIC模型化系統100在正常模式下操作。
在負載210所需的電流di/dt超過最大電流max di/dt時，電阻設定單元120使可變電阻自第一值r_limit改變為第二值r_limit'。可將可變電阻的第二值r_limit'設定為小於第一值r_limit。可變電阻的第二值r_limit'未固定為一個值，但可根據目標源電流i_source而即時地變化。
作為一實例，在自正常模式切換至最大電流模式（imax模式）下，電阻設定單元120可使可變電阻自第一值r_limit改變為第二值r_limit'，使得當前時間的源電流i_source（i_out+i_limit）成為最大電流imax，且因此設定最大電流模式（imax模式）。
電流供應器IS可根據改變的可變電阻r_limit'向負載210輸出自第一源電流i_source改變的第二源電流i_source'。自電流供應器IS輸出的源電流可根據負載210所需的電流而即時地改變。
圖6A為示出根據本發明概念的實施例的在最大電流模式（imax模式）下驅動PMIC模型化系統的方法的圖。圖7為示出在將反向偏壓應用於圖1中所展示的理想二極體ID時的切斷（SW_off）操作的圖。
參看圖6A及圖7，在最大電流模式下，PMIC模型化系統100可將源電流i_source約束為最大電流imax。
在最大電流模式下，電源供應器110的理想二極體ID可在反向偏壓下操作。
作為一實例，控制器130可將理想二極體ID設定為在最大電流模式下以反向偏壓操作。
作為一實例，理想二極體ID可由開關替代。控制器130可在最大電流模式下關閉電源供應器110的開關SW。
在最大電流模式（imax模式）下，電阻設定單元120可監測供應至負載210的電流（亦即負載電流），且將電流監測的結果供應至控制器130。在由電阻設定單元120監測負載電流而不必約束電流的供應時，控制器130可控制電阻設定單元120自最大電流模式切換至正常模式。
參看圖5，電阻設定單元120可監測每一預設時間t1、預設時間t2、預設時間t3、預設時間t4等處的負載電流。電阻設定單元120可將在當前時間下監測的負載電流值與先前時間的負載電流值進行比較。
電阻設定單元120可產生當前時間的負載電流值與先前時間的負載電流值之間的比較的結果。電阻設定單元120可將負載電流值的比較結果即時地提供至控制器130。實施例不限於此。控制器130可基於每一預設時間t1、預設時間t2、預設時間t3、預設時間t4等處產生的電流值的比較結果來判定是否執行模式改變。在判定執行模式改變時，控制器130可控制電阻設定單元120改變模式。可藉由改變電阻設定單元120的可變電阻的電阻值來調整PMIC模型化系統100的輸出電流（圖6A或圖6B中的“i_out à i_out'”）。
在最大電流模式（imax模式）下，電流供應器IS的電流驅動能力最大化。在最大電流模式（imax模式）下，電流供應器IS可輸出恆定最大電流，進而與DC電流源類似地操作。
電阻設定單元120可基於控制器130的控制而即時地改變可變電阻的限制電阻值r_limit。電阻設定單元120可藉由即時地改變可變電阻的限制電阻值r_limit來控制供應至負載210的輸出電流i_out。 [表2]
Figure 108117070-A0304-0002
如表2中所展示，控制器130可計算限制電流i_limit，以供用於評估可允許的最大電流及限制電阻值r_limit。
可根據由控制器130計算的限制電流i_limit來調整電阻設定單元120的可變電阻。可藉由調整電阻設定單元120的可變電阻來改變PMIC模型化系統100中的輸出電流（圖6A或圖6B中的“i_out à i_out'”）。
在最大電流模式（imax模式）下，可藉由在負載210中供應去耦電容器的放電電流來補充因電流供應約束而不足的電流。
在最大電流模式（imax模式）下，輸出電壓位準可低於或等於由電源供應器供應的vdd。在最大電流模式（imax模式）下，理想二極體ID可維持反向偏壓狀態。
圖6B為示出根據本發明概念的實施例的在最大電流模式（imax模式）下驅動PMIC模型化系統的方法的圖。
圖6A中示出電阻設定單元120包含可變電阻，且藉由改變可變電阻的電阻值來執行模式改變。實施例不限於此。如圖6B中所展示，電阻設定單元120a可包含除可變電阻之外能夠調整電阻的電子裝置。
圖8為用於描述根據實施例的自最大電流模式（imax模式）切換至正常模式的操作的圖。
參看圖8，可在最大電流模式（imax模式）期間改變負載210所需的電流。當負載210所需的電流在最大電流模式（imax模式）期間下降為低於或等於最大電流值時，不再需要對電流供應的約束。在不需要約束電流供應時，PMIC模型化系統100的操作可自最大電流模式（imax模式）切換至正常模式。在此情況下，在負載210的去耦電容器經完全充電時，輸出電壓位準可恢復至vdd，且操作可自最大電流模式（imax模式）切換至正常模式。
在PMIC模型化系統100的操作切換至正常模式時，控制器130可使理想二極體ID改變回至正向偏壓狀態。
另外，控制器130可控制電阻設定單元120以將可變電阻自一值改變為無窮大（r_limit → r_limit'）。
電阻設定單元120可根據控制器130的控制而將可變電阻自一值改變為無窮大（r_limit → r_limit'）。藉由改變可變電阻，PMIC模型化系統100的操作可自最大電流模式切換至正常模式。由於操作自最大電流模式（imax模式）切換至正常模式，因此電流供應器IS可在不約束電流的情況下輸出負載210所需的電流。
PMIC模型化系統100可藉由簡化電路模型來實施。作為一實例，PMIC模型化系統100可使用verilog-a語言（參看圖2B）來實施。PMIC模型化系統100可以verilog-a語言實施，且普遍地用於使用基於SPICE的電路模擬器的模擬及分析。
圖9為示出驗證將根據本發明概念的實施例的PMIC模型化系統應用於晶片封裝系統單元的PMIC的操作性能的實例的圖。
參看圖9，本發明概念的PMIC模型化系統100可應用於晶片封裝系統的共同分析。PMIC模型化系統100可應用於系統級的電源完整性驗證。
PMIC模型化系統100可應用於系統級PDN最佳化及PDN雜訊及PDN抖動的模擬。PMIC模型化系統100可應用於使用電流供應限制能力（最大di/dt）的各種模擬及分析，包含諸如PMIC的電壓調節器模組（voltage regulator module；VRM）。
圖10為示出驗證將根據本發明概念的實施例的PMIC模型化系統應用於行動裝置的PMIC的操作性能的實例的圖。
參看圖10，行動裝置300可包含應用程式處理器（AP）310、記憶體裝置320、儲存裝置330、通訊介面340、攝影機350、顯示器360以及觸控面板370。行動裝置300可實施為智慧型電話。
AP 310可控制行動裝置300的總體操作。AP 310可控制記憶體裝置320、儲存裝置330、通訊介面340、攝影機350、顯示器360以及觸控面板370。AP 310可包含CPU核心。
記憶體裝置320及儲存裝置330可儲存用於操作行動裝置300的資料。舉例而言，記憶體裝置320可與揮發性記憶體裝置相對應，所述揮發性記憶體裝置諸如DRAM、靜態隨機存取記憶體（static random access memory；SRAM）或行動DRAM。儲存裝置330可與非揮發性記憶體裝置相對應，所述非揮發性記憶體裝置諸如可抹除可程式化唯讀記憶體（erasable programmable read-only memory；EPROM）、電子可抹除可程式化唯讀記憶體（electrically erasable programmable read-only memory；EEPROM）、快閃記憶體、PRAM、電阻隨機存取記憶體（resistance random access memory；RRAM）、奈米浮動閘極記憶體（nano floating gate memory；NFGM）、聚合物隨機存取記憶體（polymer random access memory；PoRAM）、MRAM或FRAM。在一實施例中，儲存裝置330可更包含SSD、硬碟驅動機（hard disk drive；HDD）以及緊密光碟唯讀記憶體（compact disc read-only memory；CD-ROM）。
通訊介面340可包含分碼多重存取（code division multiple access；CDMA）模組、長期演進（long term evolution；LTE）模組、射頻（radio frequency；RF）模組、超寬帶（ultra-wideband；UWB）模組、無線區域網路（wireless local area network；WLAN）模組以及微波存取全球互通（worldwide interoperability for microwave access；WiMAX）模組。行動裝置300可更包含全球定位系統（global positioning system；GPS）模組、麥克風模組、揚聲器模組以及陀螺儀模組。
PMIC模型化系統100可管理用於行動裝置300的AP 310、記憶體裝置320、儲存裝置330、通訊介面340、攝影機350、顯示器360以及觸控面板370的操作的電源。回應於自AP 310輸入的命令CMD，PMIC模型化系統100可供應正常模式下的第一驅動電壓及最大電流模式下的第二驅動電壓的準位。
根據本發明概念的PMIC模型化系統及其驅動方法可藉由控制隨時間變化的電流di/dt來限制PMIC的電流供應能力。
根據本發明概念的PMIC模型化系統及其驅動方法可根據即時地監測電流供應器的輸出電流i_out的結果而藉由自正常模式切換至最大電流模式（imax模式）或自最大電流模式（imax模式）切換至正常模式來調整隨時間變化的電流di/dt。
根據本發明概念的PMIC模型化系統及其驅動方法可藉由反映有限電流供應能力來反映與PDN模擬中的實際PMIC類似的特性。
根據本發明概念的PMIC模型化系統及其驅動方法可反映電壓降及去耦電容器的影響，使得可執行與PMIC的實際量測結果相同或類似的性能驗證。
根據本發明概念的實施例，可根據各種負載執行PMIC的模擬，且用於PMIC的模擬的時間可減少。
根據本發明概念的實施例，可提供一種用於藉由控制隨時間變化的電流di/dt來限制電流供應能力的電源管理積體電路（PMIC）模型化系統及其驅動方法。
根據本發明概念的實施例，PMIC模型化系統可根據即時地監測電流供應器的輸出電流i_out的結果而藉由自正常模式切換至最大電流模式（imax模式）或自最大電流模式（imax模式）切換至正常模式來調整隨時間變化的電流di/dt。
根據本發明概念的實施例，PMIC模型化系統可藉由反映有限電流供應能力來反映與PDN模擬中的實際PMIC的特性類似的特性。PMIC模型化系統可藉由反映電壓降及去耦電容器的影響來實施與PDN分析中的實際量測結果相同或類似的性能驗證。
根據本發明概念的實施例，可根據各種負載執行PDN的模擬，且用於PDN的模擬的時間可減少。
根據本發明概念技術領域中的傳統，在功能區塊、單元及/或模組方面描述實例實施例，並在圖式中加以說明。本領域的技術人員將瞭解此等區塊、單元及/或模組是藉由電子（或光學）電路（諸如邏輯電路、離散組件、微處理器、硬佈線電路、記憶體元件、佈線連接以及類似者）實體地實施，所述電子電路可使用基於半導體製造技術或其他製造技術而形成。在藉由微處理器或類似者實施的區塊、單元及/或模組的情況下，所述區塊、單元及/或模組可使用軟體（例如微碼）來程式化以執行本文中論述的各種功能且可視情況由韌體及/或軟體驅動。替代地，每一區塊、單元及/或模組可藉由專用硬體實施，或實施為專用硬體的組合以執行一些功能及處理器（例如一或多個程式化微處理器及相關聯電路），以執行其他功能。另外，實例實施例的每一區塊、單元及/或模組可在不背離本發明概念的範疇的情況下實體地分成兩個或大於兩個互動及離散區塊、單元及/或模組。此外，實例實施例的區塊、單元及/或模組可在不背離本發明概念的範疇的情況下實體地組合為更複雜區塊、單元及/或模組。
上文所描述方法的各種操作可藉由能夠執行所述操作任何合適的構件執行，所述構件諸如各種硬體及/或軟體組件、電路及/或模組。
軟體可包含用於實施邏輯功能之可執行指令之有序清單，且其可體現於供指令執行系統、設備或裝置（諸如單核心處理器或多核心處理器或含有處理器之系統）使用或與之結合使用的任何「處理器可讀媒體」中。
與本文中揭露的實例實施例結合的方法或算法的區塊或步驟以及所描述功能可直接體現於硬體中、藉由處理器執行而體現於軟體模組中或體現於硬體或軟體模組之組合中。若以軟體實施，則所述功能可作為一或多個指令或程式碼而儲存於有形非暫時性電腦可讀媒體上或經由有形非暫時性電腦可讀媒體而傳輸。軟體模組可駐存於隨機存取記憶體（Random Access Memory；RAM）、快閃記憶體、唯讀記憶體（Read Only Memory；ROM）、電可程式化ROM（EPROM）、電可抹除可程式化ROM（EEPROM）、暫存器、硬碟、抽取式磁碟、CD ROM、或本領域中已知的任何其他形式的儲存媒體。
儘管已參看附圖描述本發明概念的實施例，但本領域的技術人員可理解，可在不背離本發明概念的範疇且不改變其特徵的情況下作出各種修改。因此，上文所描述的實施例可僅以描述性意義考慮且並不出於限制目的。
100:PMIC模型化系統 110:電源供應器 120、120a:電阻設定單元 130:控制器 200:PDN 210:負載 300:行動裝置 310:應用程式處理器 320:記憶體裝置 330:儲存裝置 340:通訊介面 350:攝影機 360:顯示器 370:觸控面板 di/dt:隨時間變化的電流 ID:理想二極體 GND:接地 i_limit:限制電流 imax:最大電流 IS:電流供應單元 i_out、i_out':輸出電流 i_source:目標源電流/源電流/第一源電流 i_source':源電流/第二源電流 Rp:第一電阻器 Rs:第二電阻器 r_limit:可變電阻/限制電阻/第一值 r_limit':預設電阻/第二值 S10、S20、S30、S40、S50:操作 SW:開關 max di/dt:最大電流 t1、t2、t3、t4:預設時間 Vout：輸出電壓
圖1為示出根據本發明概念的實施例的PMIC模型化系統的圖。 圖2A為示出產生用於PDN驗證的電流波形且將所述電流波形應用於PMIC模型化系統的方法的流程圖。 圖2B為示出輸入至PMIC模型化系統的參數的實例的圖。 圖3A為示出根據本發明概念的實施例的在正常模式下驅動PMIC模型化系統的方法的圖。 圖3B為示出根據本發明概念的實施例的在正常模式下驅動PMIC模型化系統的方法的圖。 圖4為示出在將正向偏壓應用於圖1中所展示的理想二極體ID時的接通（switch-on）操作的圖。 圖5為示出根據實施例的在電流的供應受約束時自正常模式切換至最大電流模式（imax模式）的操作的圖。 圖6A為示出根據本發明概念的實施例的在最大電流模式（imax模式）下驅動PMIC模型化系統的方法的圖。 圖6B為示出根據本發明概念的實施例的在最大電流模式（imax模式）下驅動PMIC模型化系統的方法的圖。 圖7為示出在將反向偏壓應用於圖1中所展示的理想二極體ID時的切斷（switch-off）操作的圖。 圖8為用於描述根據實施例的自最大電流模式（imax模式）切換至正常模式的操作的圖。 圖9為示出驗證將根據本發明概念的實施例的PMIC模型化系統應用於晶片封裝系統單元的PMIC的操作性能的實例的圖。 圖10為示出驗證將根據本發明概念的實施例的PMIC模型化系統應用於行動裝置的PMIC的操作性能的實例的圖。
100:PMIC模型化系統
110:電源供應器
120:電阻設定單元
130:控制器
200:PDN
210:負載
ID:理想二極體
GND:接地
imax:最大電流
IS:電流供應單元
Rp:第一電阻器
Rs:第二電阻器
Vout:輸出電壓

Claims (22)

  1. 一種用於電源分佈網路（PDN）分析的電源管理積體電路（PMIC）模型化系統，所述PMIC模型化系統包括： 電源供應器，經組態以供應用於驅動負載的源電流； 電阻設定單元，經組態以監測供應至所述負載的負載電流，且藉由將當前時間的所述負載電流的第一電流值與先前時間的所述負載電流的第二電流值進行比較來產生電流比較值；以及 控制器，經組態以基於所述電流比較值而： 產生用於改變所述電阻設定單元的可變電阻的控制訊號；以及 控制所述電源供應器以改變所述源電流， 其中所述電阻設定單元經進一步組態以基於所述控制訊號而改變所述可變電阻的電阻值，且 其中所述負載電流基於改變的所述源電流及所述電阻值而改變。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的PMIC模型化系統，其中所述控制器經進一步組態以基於所述電流比較值而控制所述電源供應器及所述電阻設定單元以在最大電流模式與正常模式之間切換，所述最大電流模式用於供應恆定電流，所述正常模式用於供應用於驅動所述負載的所述源電流。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的PMIC模型化系統，其中所述電源供應器包括： 理想二極體； 電流供應器，並聯連接至所述理想二極體； 第一電阻器，並聯連接至所述電流供應器；以及 第二電阻器，串聯連接至所述理想二極體。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的PMIC模型化系統，其中所述控制器經進一步組態以基於在所述正常模式下所述電流比較值大於最大比較值而藉由控制所述理想二極體維持反向偏壓狀態來控制所述電源供應器自所述正常模式切換至所述最大電流模式。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的PMIC模型化系統，其中所述控制器經進一步組態以基於在所述最大電流模式下所述電流比較值小於最大比較值而藉由控制所述理想二極體維持正向偏壓狀態來控制所述電源供應器自所述最大電流模式切換至所述正常模式。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的PMIC模型化系統，其中所述電阻設定單元經進一步組態以將所述電流比較值傳輸至所述控制器。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的PMIC模型化系統，其中所述控制器經進一步組態以基於在所述正常模式下所述電流比較值大於最大比較值而控制所述電阻設定單元自所述正常模式切換至所述最大電流模式。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的PMIC模型化系統，其中所述控制器經進一步組態以藉由使所述可變電阻的所述電阻值自第一值改變為小於所述第一值的第二值來控制所述電阻設定單元自所述正常模式切換至所述最大電流模式。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的PMIC模型化系統，其中所述控制器經進一步組態以基於在所述最大電流模式下所述電流比較值小於最大比較值而控制所述電阻設定單元自所述最大電流模式切換至所述正常模式。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的PMIC模型化系統，其中所述控制器經進一步組態以藉由使所述可變電阻的所述電阻值改變為無窮大來控制所述電阻設定單元自所述最大電流模式切換至所述正常模式。
  11. 如申請專利範圍第2項所述的PMIC模型化系統，其中所述控制器經進一步組態以基於在所述最大電流模式期間由所述負載使用的所述負載電流下降為低於或等於最大電流且所述負載的去耦電容器經完全充電而控制所述電源供應器及所述電阻設定單元自所述最大電流模式切換至所述正常模式。
  12. 一種用於電源分佈網路（PDN）分析的電源管理積體電路（PMIC）模型化系統，所述PMIC模型化系統包括： 電源供應器，經組態以供應用於驅動負載的源電流； 電阻設定單元，經組態以監測供應至所述負載的負載電流，且藉由將當前時間的所述負載電流的第一電流值與先前時間的所述負載電流的第二電流值進行比較來產生電流比較值；以及 控制器，經組態以基於所述電流比較值而： 設定用於控制所述電源供應器的所述源電流的參數；以及 基於所述參數而產生用於改變所述電阻設定單元的可變電阻的控制訊號， 其中所述電阻設定單元經進一步組態以基於所述控制訊號而改變所述可變電阻的電阻值，且 其中所述負載電流基於改變的所述源電流及所述電阻值而改變。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的PMIC模型化系統，其中所設定的所述參數包括： 第一參數，用於設定所述電源供應器的正供應電壓位準； 第二參數，用於限制所述電源供應器的最大電流；以及 第三參數，用於限制隨時間的電流變化（di/dt）。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的PMIC模型化系統，其中由所述負載使用的電流波形的資料儲存於所述控制器中，且 其中所述控制器經進一步組態以使用所述電流波形的所述資料來執行所述PDN分析。
  15. 一種操作用於電源分佈網路（PDN）分析的電源管理積體電路（PMIC）模型化系統的方法，所述方法包括： 控制電源供應器以供應用於驅動負載的源電流； 監測供應至所述負載的負載電流； 藉由將當前時間的所述負載電流的第一電流值與先前時間的所述負載電流的第二電流值進行比較來產生電流比較值； 基於所述電流比較值而： 改變可變電阻的電阻值；以及 控制所述電源供應器以改變所述源電流， 其中所述負載電流基於改變的所述源電流及所述電阻值而改變。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中改變所述可變電阻的所述電阻值包括基於在用於供應用於驅動所述負載的所述源電流的正常模式下所述電流比較值大於最大比較值而控制所述可變電阻自所述正常模式切換至用於供應恆定電流的最大電流模式。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中控制所述可變電阻自所述正常模式切換至所述最大電流模式包括使所述可變電阻的所述電阻值自第一值改變為小於所述第一值的第二值。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中控制所述可變電阻自所述正常模式切換至所述最大電流模式包括改變所述可變電阻的所述電阻值，使得所述源電流成為最大電流。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中在所述最大電流模式下，所述電源供應器的輸出電壓位準維持為低於或等於所述電源供應器的電源供應電壓值。
  20. 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中改變所述可變電阻的所述電阻值包括基於在用於供應恆定電流的最大電流模式期間由所述負載使用的所述負載電流下降為低於或等於最大電流且所述負載的去耦電容器經完全充電而控制所述可變電阻自所述最大電流模式切換至用於供應用於驅動所述負載的所述源電流的正常模式。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的方法，其中控制所述可變電阻自所述最大電流模式切換至所述正常模式包括使所述可變電阻的所述電阻值改變為無窮大。
  22. 如申請專利範圍第20項所述的方法，其中在所述正常模式下，所述電源供應器的輸出電壓位準維持在所述電源供應器的電源供應電壓值處，且所述源電流維持為不超過所述最大電流。
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