一種片上供電網絡的製作方法

2023-09-18 07:46:50 1

一種片上供電網絡的製作方法
【專利摘要】本發明實施例提供了一種片上供電網絡，用以解決現有的供電網絡所導致的傳輸網絡中的電量損耗較大的問題。該片上供電網絡包括至少一級片上電壓調整器和負載；每一級片上電壓調整器連接其後一級片上電壓調整器中的至少一個片上電壓調整器；第一級片上電壓調整器接收供電電源輸出的電壓，或者接收片外電壓調整器輸出的電壓；除第一級片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器，接收前一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器輸出的電壓；除最後一級片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器，向該片上電壓調整器連接的後一級片上電壓調整器輸出所述後一級片上電壓調整器所需的電壓。
【專利說明】-種片上供電網絡

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力電子【技術領域】，尤其涉及一種片上供電網絡。

【背景技術】
[0002] 隨著半導體集成電路工藝技術的發展，電路功耗問題成了困擾散熱、封裝和便攜 的難題。自動調整電壓頻率的技術是一種最有效的節能方法。如今，多核CPU架構應用應 成為主流，每個CPU的低功耗技術也成為普遍的自動調整電壓頻率的技術。
[0003] 在供電系統中，很重要的器件即是電壓調整器，電壓調整器能夠調整接收到的電 壓，從而向其連接的電路輸出該電路所需的電壓。伴隨著工藝節點的持續縮小，晶片設計面 積密度迅速上升，三個重要條件制約著現今電源設計、電壓調整的發展：片上集成性，能源 效率，以及電源完整性。尤其是電源的完整性，決定著負載模塊的功能性，邏輯性，以及功耗 問題。低電源完整性，即紋波大，尖刺脈衝多等，直接會給系統帶來沉重負擔，不光是在系統 響應速度，及正確性，還有整個系統的能量損耗上。
[0004] 圖1為現有的供電網絡，在該供電網絡中，負載在晶片上（或為晶片內），而負載的 供電則由片外的電壓調整器（off-chip voltage regulator)來完成。其中，片外電壓調整 器的供電由外部電池或者其他方式來提供。片外電壓調整器可以是單路輸出以供給負載， 也可以是多路輸出以供給負載，如圖1中為多路輸出，即Vreg-1，Vreg-2, Vreg-3。在多路 電壓輸出的情況之下，片外的電壓調整器可能是多個。
[0005] 圖2為圖1所示的供電網絡的等效電路圖。其中，LPB為母板上的片外電壓調整器 的輸出等效電感，R PB為母板上的片外電壓調整器的輸出等效電阻，ESLVK為母板上的片外電 壓調整器的輸出寄生電容的等效電感，ESR VK為母板上的片外電壓調整器的輸出寄生電容的 等效電阻，CVK為母板上的片外電壓調整器的輸出寄生電容；L PP1為傳輸封裝的輸入等效電 感，RPP1為傳輸封裝的輸入等效電阻，LPP2為傳輸封裝的輸出等效電感，R PP2為傳輸封裝的輸 出等效電阻，ESLPKe為傳輸封裝的寄生電容的等效電感，ESR PKe為傳輸封裝的寄生電容的等 效電阻，CPKe為傳輸封裝的寄生電容；RDie為晶片上的負載的輸入等效電阻，ESR Die為晶片上 的負載的輸入寄生電容的等效電阻，CDie為晶片上的負載輸入寄生電容。
[0006] 由於在供電網絡中，傳輸網絡中的電量損耗是影響供電電源、如電池使用壽命的 因素之一。當採用圖1所示的供電網絡時，由於片外電壓調整器距離負載較遠，因此，傳輸 網絡的寄生電容，輸入等效電感、輸入等效電阻、輸出等效電感、輸出等效電阻都比較大，因 此傳輸網絡的電量損耗會比較大。
[0007] 綜上所述，現有的供電網絡，由於片外電壓調整器距離負載較遠。因此，傳輸網絡 中的電量損耗較大，這會降低供電電源、如電池的使用壽命。


【發明內容】

[0008] 本發明實施例提供了一種片上供電網絡，用以解決現有的供電網絡所導致的傳輸 網絡中的電量損耗較大的問題。
[0009] 第一方面，本發明實施例提供一種片上供電網絡，包括至少一級片上電壓調整器 和負載，所述片上電壓調整器位於所述負載所在的晶片上；每一級片上電壓調整器的個數 至少為一個；每一級片上電壓調整器連接其後一級片上電壓調整器中的至少一個片上電壓 調整器；第一級片上電壓調整器接收供電電源輸出的電壓，或者接收片外電壓調整器輸出 的電壓；除第一級片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整 器，接收前一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器輸出的電壓；所述片外電壓調整 器位於所述負載所在的晶片之外；最後一級片上電壓調整器向所述負載輸出所述負載所需 的電壓；除最後一級片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整 器，向該片上電壓調整器連接的後一級片上電壓調整器輸出所述後一級片上電壓調整器所 需的電壓。
[0010] 結合第一方面，在第一種可能的實現方式中，所述片上供電網絡包括兩級片上電 壓調整器和所述負載，第一級片上電壓調整器的個數至少為兩個；若所述負載需要η個不 同的電壓，則第二級片上電壓調整器的個數為η;每個第一級片上電壓調整器的調壓範圍 與該第一級片上電壓調整器連接的第二級片上電壓調整器的調壓範圍之比不小於預設值。 [0011] 結合第一方面或者第一方面的第一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式 中，除最後一級片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器包 括開關電路、驅動電路、儲能電路、第一濾波電路和反饋環；所述儲能電路，用於在所述開關 電路導通時與第一輸入電源接通以充電，並在所述開關電路關斷時與第一輸入電源斷開以 放電；所述第一濾波電路，用於對所述儲能電路輸出的電壓進行濾波；所述反饋環，用於根 據第一參考電壓和所述儲能電路輸出的電壓生成驅動信號，或者根據第一參考電壓和所述 儲能電路流過的電流生成所述驅動信號；所述驅動電路，用於將所述反饋環輸出的驅動信 號放大，並輸出給所述開關電路；所述開關電路，用於在所述驅動電路輸出的信號的控制下 在導通和關斷之間切換；其中，當片上電壓調整器為第一級片上電壓調整器、且該片上電壓 調整器接收所述供電電源輸出的電壓時，所述第一輸入電源為所述供電電源；當片上電壓 調整器為第一級片上電壓調整器、且該片上電壓調整器接收所述片外電壓調整器輸出的電 壓時，所述第一輸入電源為所述片外電壓調整器的輸出；當片上電壓調整器為除第一級片 上電壓調整器以外的片上電壓調整器時，所述第一輸入電源為該片上電壓調整器的前一級 片上電壓調整器中與該片上電壓調整器相連的片上電壓調整器的輸出。
[0012] 結合第一方面的第二種可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，所述開關 電路包括第一 Ρ型功率M0S管和第一 η型功率M0S管；所述第一 ρ型功率M0S管的柵極和 所述第一 η型功率M0S管的柵極分別接收所述驅動電路輸出的信號；所述第一 ρ型功率M0S 管的源極與所述第一 η型功率M0S管的源極分別連接所述第一輸入電源；所述第一 ρ型功 率M0S管的漏極與所述第一 η型功率M0S管的漏極相連，作為所述開關電路的輸出端。
[0013] 結合第一方面的第二種可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，當所述反 饋環用於根據第一參考電壓和所述儲能電路輸出的電壓生成所述驅動信號時，所述反饋環 包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一電容、用於輸出第一載波的第一振蕩器、第一誤差 放大器和第一脈衝寬度調製比較器；所述第一電阻與所述第二電阻串聯，該串聯支路的一 端接收所述儲能電路輸出的電壓，該串聯支路的另一端接地；所述第一電容連接在所述第 一誤差放大器的反相輸入端與所述第一誤差放大器的輸出端之間；所述第一誤差放大器的 反相輸入端通過所述第三電阻連接所述第一電阻和所述第二電阻相連的連接點；所述第一 誤差放大器的同相輸入端接收所述第一參考電壓；所述第一誤差放大器的輸出端連接所述 第一脈衝寬度調製比較器的反相輸入端；所述第一脈衝寬度調製比較器的同相輸入端接收 所述第一振蕩器輸出的第一載波；所述第一脈衝寬度調製比較器通過其輸出端向所述驅動 電路輸出所述驅動信號。
[0014] 結合第一方面的第二種可能的實現方式，在第五種可能的實現方式中，當所述反 饋環用於根據第一參考電壓和所述儲能電路流過的電流生成所述驅動信號時，所述反饋環 包括第四電阻、第五電阻、第二誤差放大器、補償器、第一比較器、加法器、第一電壓電流轉 換器、第二電壓電流轉換器、輸出第二載波的第二振蕩器和第二脈衝寬度調製比較器；所述 第一電壓電流轉換器，用於接收所述開關電路輸出給所述儲能電路的電壓，並將接收到的 電壓轉換為電流輸出；所述第二電壓電流轉換器，用於接收第三載波的電壓，並將接收到的 電壓轉換為電流輸出；所述加法器，用於確定所述第一電壓電流轉換器輸出的電流與所述 第二電壓電流轉換器輸出的電流之和，並根據確定的電流之和輸出電壓；所述第四電阻與 所述第五電阻串聯，該串聯支路的一端接收所述儲能電路輸出的電壓，該串聯支路的另一 端接地；所述第二誤差放大器的反相輸入端連接所述第四電阻和所述第五電阻相連的連接 點；所述第二誤差放大器的同相輸入端接收所述第一參考電壓；所述第二誤差放大器的輸 出端連接所述第一比較器的反相輸入端；所述補償器連接在所述第二誤差放大器的反相輸 入端和所述第二誤差放大器的輸出端之間；所述補償器用於對所述第二誤差放大器輸出的 電壓進行補償；所述第一比較器的同相輸入端接收所述加法器輸出的電壓，所述第一比較 器的輸出端連接所述第二脈衝寬度調製比較器的反相輸出端；所述第二脈衝寬度調製比較 器的同相輸出端接收所述第二振蕩器輸出的第二載波；所述第二脈衝寬度調製比較器通過 其輸出端向所述驅動電路輸出所述驅動信號。
[0015] 結合第一方面的第二種可能的實現方式，在第六種可能的實現方式中，所述片上 電壓調整器還包括第二濾波電路；所述第二濾波電路包括第二η型功率M0S管和第三誤差 放大器；所述第二η型功率M0S管的源極接收所述儲能電路輸出的電壓，所述第二η型功率 M0S管的漏極接地，所述第二η型功率M0S管的柵極連接所述第三誤差放大器的輸出端，所 述第三誤差放大器的反相輸入端接收與所述儲能電路輸出的電壓成正比的電壓，所述第三 誤差放大器的同相輸入端接收所述第一參考電壓。
[0016] 結合第一方面或者第一方面的第一種可能的實現方式，在第七種可能的實現方式 中，除第一級片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器包括 第二Ρ型功率M0S管、第三η型功率M0S管、第四誤差放大器、第六電阻、第七電阻、第八電 阻、第二電容和第三電容；所述第六電阻與所述第七電阻串聯，該串聯支路的一端連接所述 第二Ρ型功率M0S管的漏極，該串聯支路的另一端接地；所述第二ρ型功率M0S管的源極連 接第二輸入電源，所述第二Ρ型功率M0S管的柵極連接所述第四誤差放大器的輸出端；其 中，所述第二輸入電源為該片上電壓調整器的前一級片上電壓調整器中與該片上電壓調整 器相連的片上電壓調整器的輸出；所述第二Ρ型功率M0S管的漏極連接所述第二電容的一 端，所述第二電容的另一端接地；所述第四誤差放大器的反相輸入端接收第二參考信號，所 述第四誤差放大器的同相輸入端連接所述第六電阻與所述第七電阻相連的連接點；所述第 三η型功率M0S管的柵極連接所述第四誤差放大器的輸出端，所述第三η型功率M0S管的 源極通過所述第八電阻和所述第三電容並聯後的並聯支路接地，所述第三η型功率MOS管 的漏極與所述第二P型功率M0S管的漏極相連，所述第二p型功率M0S管的漏極為該片上 電壓調整器的輸出端。
[0017] 結合第一方面或者第一方面的第一種可能的實現方式，在第八種可能的實現方式 中，除第一級片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器包括 第九電阻、第十電阻、第十一電阻、第四電容、第五電容、第四η型功率M0S管、數字控制器、 第三脈衝寬度調製比較器和至少一個第三Ρ型功率M0S管；所述至少一個第三ρ型功率M0S 管的源極均連接第三輸入電源，所述至少一個第三Ρ型功率M0S管的漏極相連，作為該片 上電壓調整器的輸出端，所述至少一個第三Ρ型功率M0S管的柵極分別接收所述數字控制 器輸出的控制信號；其中，所述第三輸入電源為該片上電壓調整器的前一級片上電壓調整 器中與該片上電壓調整器相連的片上電壓調整器的輸出；所述第九電阻與所述第十電阻串 聯，該串聯支路的一端連接該片上電壓調整器的輸出端，該串聯支路的另一端接地；所述第 四電容的一端連接該片上電壓調整器的輸出端，所述第四電容的另一端接地；所述數字控 制器，用於根據所述第三脈衝寬度調製比較器輸出的信號，輸出控制信號；所述第三脈衝寬 度調製比較器的同相輸入端接收第三參考信號，所述第三脈衝寬度調製比較器的反相輸入 端連接所述第九電阻與所述第十電阻相連的連接點；所述第四η型功率M0S管的漏極連接 該片上電壓調整器的輸出端，所述第四η型功率M0S管的源極通過所述第十一電阻和所述 第五電容並聯後的並聯支路接地，所述第四η型功率M0S管的柵極連接所述第三脈衝寬度 調製比較器的輸出端。
[0018] 本發明實施例的有益效果包括：
[0019] 本發明實施例提供的片上供電網絡，由於為負載供電的片上電壓調整器位於負載 所在的晶片上，因此，片上電壓調整器與負載之間的距離較近，在負載供電需求相同時，片 上電壓調整器與負載之間的傳輸網絡的寄生電容，輸入等效電感、輸入等效電阻、輸出等效 電感、輸出等效電阻都會小於片外電壓調整器與負載之間的傳輸網絡的寄生電容，輸入等 效電感、輸入等效電阻、輸出等效電感、輸出等效電阻，因此，在負載供電需求相同時，片上 電壓調整器與負載之間的供電網絡的電量損耗小於片外電壓調整器與負載之間的供電網 絡的電量損耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為現有技術中的供電網絡的結構示意圖；
[0021] 圖2為圖1所示的供電網絡的等效電路圖；
[0022] 圖3為本發明實施例一提供的片上供電網絡的結構示意圖；
[0023] 圖4為本發明實施例二提供的片上供電網絡的結構示意圖；
[0024] 圖5為本發明實施例三提供的片上供電網絡的結構示意圖；
[0025] 圖6為本發明實施例提供的片上供電網絡中的電壓調整器的結構示意圖之一；
[0026] 圖7為本發明實施例提供的片上供電網絡中的電壓調整器的結構示意圖之二；
[0027] 圖8為本發明實施例提供的片上供電網絡中的電壓調整器的結構示意圖之三；
[0028] 圖9為本發明實施例提供的片上供電網絡中的電壓調整器的結構示意圖之四；
[0029] 圖10為本發明實施例提供的片上供電網絡中的電壓調整器的結構示意圖之五。

【具體實施方式】
[0030] 本發明實施例提供的片上供電網絡，由於片上電壓調整器與負載位於同一晶片 上，因此，減小了為負載供電的片上電壓調整器與負載之間的距離，降低了片上電壓調整器 與負載之間的傳輸網絡的電量損耗。
[0031] 下面結合說明書附圖，對本發明實施例提供的一種片上供電網絡的【具體實施方式】 進行說明。
[0032] 本發明實施例提供的一種片上供電網絡，包括至少一級片上電壓調整器和負載， 所述片上電壓調整器位於所述負載所在的晶片上；
[0033] 每一級片上電壓調整器的個數至少為一個；每一級片上電壓調整器連接其後一級 片上電壓調整器中的至少一個片上電壓調整器；
[0034] 第一級片上電壓調整器接收供電電源輸出的電壓，或者接收片外電壓調整器輸出 的電壓；除第一級片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整 器，接收前一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器輸出的電壓；所述片外電壓調整 器位於所述負載所在的晶片之外；
[0035] 最後一級片上電壓調整器向所述負載輸出所述負載所需的電壓；除最後一級片上 電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器，向該片上電壓調整器 連接的後一級片上電壓調整器輸出所述後一級片上電壓調整器所需的電壓。
[0036] 圖3為本發明實施例一提供的片上供電網絡。圖3所示的片上供電網絡中僅包括 一級片上電壓調整器，即片上電壓調整器35,片上電壓調整器35接收片外電壓調整器34輸 出的電壓t eg，片上電壓調整器35向負載36輸出電壓V^，^8_2和VMg_ 3，負載36需要三 個不同的電壓，片上電壓調整器35與負載36位於同一晶片32上，片外電壓調整器34位於 母板31上，片外電壓調整器34接收供電電源33輸出的電壓V in。
[0037] 圖4為本發明實施例二提供的片上供電網絡。圖4所示的片上供電網絡中包括兩 級片上電壓調整器，即第一級片上電壓調整器351和第二級片上電壓調整器352,第一級片 上電壓調整器351接收片外電壓調整器34輸出的電壓V Mg，第一級片上電壓調整器351分 別向三個第二級片上電壓調整器352輸出電壓Viw，三個第二級片上電壓調整器352分別向 負載36輸出電壓V Mirl，VMg_2和Vrag_3，負載36需要三個不同的電壓，第一級片上電壓調整器 351、第二級片上電壓調整器352與負載36位於同一晶片32上，片外電壓調整器34位於母 板31上，片外電壓調整器34接收供電電源33輸出的電壓V in。
[0038] 本發明實施例一和本發明實施例二提供的片上供電網絡，由於第一級片上電壓 調整器和第二級片上電壓調整器都與負載位於同一晶片上，因此，距離負載較近，因此， 其等效的寄生電容和等效電阻及等效電感值都較小，也就是電路的熱損耗方程P t+ss = i2R(Pt+ss為等效電阻R上的熱損耗值，I為等效電阻R上的電流）中的等效電阻R較小。 另外，由於採用本發明實施例一和本發明實施例二提供的片上供電網絡時片外電壓調整器 輸出的電壓要大於，採用圖1所示的供電網絡時片外電壓調整器輸出的電壓，因此，在片外 電壓調整器傳送功率P恆定的情況之下，採用本發明實施例一和本發明實施例二提供的片 上供電網絡時流過傳輸網絡的電流小於採用圖1所示的供電網絡時流過傳輸網絡的電流， 即熱損耗方程中的電流I要更小。因此，採用本發明實施例一和本發明實施例二提供的片 上供電網絡時，傳輸網絡的熱損耗會更小。
[0039] 當然，本發明實施例提供的片上供電網絡中可以包括多級片上電壓調整器，每一 級片上電壓調整器可以有多個。
[0040] 可選地，本發明實施例提供的片上供電網絡，包括兩級片上電壓調整器和所述負 載，第一級片上電壓調整器的個數至少為兩個；若所述負載需要η個不同的電壓，則第二級 片上電壓調整器的個數為η ;每個第一級片上電壓調整器的調壓範圍與該第一級片上電壓 調整器連接的第二級片上電壓調整器的調壓範圍之比不小於預設值，例如，所述預設值可 以為10。其中，一個片上電壓調整器的調壓範圍為其輸入的電壓與其輸出的電壓之差。
[0041] 圖5為本發明實施例三提供的片上供電網絡。圖5所示的片上供電網絡中包括兩 級片上電壓調整器，即第一級片上電壓調整器351和第二級片上電壓調整器352,兩個第一 級片上電壓調整器351分別接收片外電壓調整器34輸出的電壓V Mg，一個第一級片上電壓 調整器351分別向兩個第二級片上電壓調整器352輸出電壓Vhg，另一個第一級片上電壓 調整器351向一個第二級片上電壓調整器352輸出電壓V ira_2，三個第二級片上電壓調整器 352分別向負載36輸出電壓Vrairl，Vrag_2和Vrag_ 3，負載36需要三個不同的電壓，第一級片上 電壓調整器351、第二級片上電壓調整器352與負載36位於同一晶片32上，片外電壓調整 器34位於母板31上，片外電壓調整器34接收供電電源33輸出的電壓V in。
[0042] 另外，供電網絡的直流電壓設置點也會影響傳輸網絡的熱損耗，直流電壓設置點 的電壓越低，傳輸網絡的熱損耗越小。
[0043] 另外，隨著供電網絡的直流電壓設置點的降低，相應的負載的供電電壓也會降低。 而在晶片中主要的功耗由電晶體的動態功耗和靜態功耗來決定。其中動態功耗是供電電壓 的平方函數；靜態功耗則是供電電壓的多次方函數。因此，降低供電網絡的直流電壓設置點 可以使晶片的功耗以高於二次方的降低速率來降低。
[0044] 採用本發明實施例三提供的片上供電網絡時，由於採用兩個第一級片上電壓調整 器351為三個第二級片上電壓調整器352供電，假設三個第二級片上電壓調整器352輸出 的電壓分別為1V、1.5V和2V，其中一個第一級片上電壓調整器351為輸出為IV的第二級片 上電壓調整器352和輸出為1. 5V的第二級片上電壓調整器352供電，那麼該第一級片上電 壓調整器351輸出地電壓僅需要大於1. 5V即可；另一個第一級片上電壓調整器351為輸出 為2V的第二級片上電壓調整器352供電，那麼該第一級片上電壓調整器351輸出地電壓需 要大於2V。
[0045] 採用本發明實施例二提供的片上供電網絡時，由於僅採用一個第一級片上電壓調 整器351為三個第二級片上電壓調整器352供電，假設三個第二級片上電壓調整器352輸 出的電壓分別為IV、1. 5V和2V，那麼這個第一級片上電壓調整器351輸出的電壓需要大於 2V〇
[0046] 因此，相比於本發明實施例二提供的片上供電網絡，本發明實施例三提供的片上 供電網絡可以降低系統的直流電壓設置點，因此，降低了晶片的功耗，並進一步降低傳輸網 絡的熱損耗。
[0047] 可選地，如圖6所示，在本發明實施例提供的片上供電網絡中，除最後一級片上電 壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器包括開關電路61、驅動電 路62、儲能電路63、第一濾波電路64和反饋環65 ;
[0048] 儲能電路63,用於在開關電路61導通時與第一輸入電源66接通以充電，並在開關 電路61關斷時與第一輸入電源66斷開以放電；
[0049] 第一濾波電路64,用於對儲能電路63輸出的電壓進行濾波；
[0050] 反饋環65,用於根據第一參考電壓VMfl和儲能電路63輸出的電壓生成驅動信號， 或者根據第一參考電壓V Mfl和儲能電路63流過的電流生成驅動信號；
[0051] 驅動電路62,用於將反饋環65輸出的驅動信號放大，並輸出給開關電路61 ;
[0052] 開關電路61，用於在驅動電路62輸出的信號的控制下在導通和關斷之間切換；
[0053] 其中，當片上電壓調整器為第一級片上電壓調整器、且該片上電壓調整器接收供 電電源輸出的電壓時，第一輸入電源66為該供電電源；當片上電壓調整器為第一級片上電 壓調整器、且該片上電壓調整器接收片外電壓調整器輸出的電壓時，第一輸入電源66為片 外電壓調整器的輸出；當片上電壓調整器為除第一級片上電壓調整器以外的片上電壓調整 器時，第一輸入電源66為該片上電壓調整器的前一級片上電壓調整器中與該片上電壓調 整器相連的片上電壓調整器的輸出。
[0054] 其中，儲能電路63可以為電感，當然，也可以為其它能夠實現充電/放電的電路； 第一濾波電路64可以為電容，也可以為電阻與電容的並聯結構。下面僅以儲能電路63為 電感U，第一濾波電路為電阻R f和電容Cf的並聯結構為例進行說明。
[0055] 可選地，如圖7和圖8所示，開關電路包括第一 p型功率M0S管pMl和第一 η型功 率M0S管nMl ;第一 ρ型功率M0S管pMl的柵極和第一 η型功率M0S管nMl的柵極分別接收 驅動電路62輸出的信號；第一 p型功率M0S管pMl的源極與第一 η型功率M0S管nMl的源 極分別連接第一輸入電源66 ;第一 ρ型功率M0S管pMl的漏極與第一 η型功率M0S管nMl 的漏極相連，作為開關電路的輸出端連接儲能電路，即電感Ls。
[0056] 可選地，反饋環用於根據第一參考電壓VMfl和儲能電路輸出的電壓生成驅動信號 時，如圖7所示，該反饋環包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電容C1、用於輸 出第一載波的第一振蕩器71、第一誤差放大器EA1和第一脈衝寬度調製比較器PWMC1 ;
[0057] 第一電阻R1與第二電阻R2串聯，該串聯支路的一端接收儲能電路，即電感Ls輸 出的電壓，該串聯支路的另一端接地；
[0058] 第一電容C1連接在第一誤差放大器EA1的反相輸入端與第一誤差放大器EA1的 輸出端之間；
[0059] 第一誤差放大器EA1的反相輸入端通過第三電阻R3連接第一電阻R1和第二電阻 R2相連的連接點；第一誤差放大器EA1的同相輸入端接收第一參考電&VMfl ;第一誤差放 大器EA1的輸出端連接第一脈衝寬度調製比較器PWMC1的反相輸入端；第一脈衝寬度調製 比較器PWMC1的同相輸入端接收第一振蕩器71輸出的第一載波；第一脈衝寬度調製比較器 PWMC1通過其輸出端向驅動電路62輸出驅動信號。
[0060] 可選地，當反饋環用於根據第一參考電壓vMfl和儲能電路流過的電流生成驅動信 號時，如圖8所示，該反饋環包括第四電阻R4、第五電阻R5、第二誤差放大器EA2、補償器 82、第一比較器Coml、加法器81、第一電壓電流轉換器V/I1、第二電壓電流轉換器V/I2、輸 出第二載波的第二振蕩器83和第二脈衝寬度調製比較器PWMC2 ;
[0061] 第一電壓電流轉換器V/I1，用於接收開關電路輸出給儲能電路的電壓，並將接收 到的電壓轉換為電流輸出；
[0062] 第二電壓電流轉換器V/I2,用於接收第三載波Ca的電壓，並將接收到的電壓轉換 為電流輸出；
[0063] 加法器81，用於確定第一電壓電流轉換器V/I1輸出的電流與第二電壓電流轉換 器V/I2輸出的電流之和，並根據確定的電流之和輸出電壓；
[0064] 第四電阻R4與第五電阻R5串聯，該串聯支路的一端接收儲能電路輸出的電壓，該 串聯支路的另一端接地；
[0065] 第二誤差放大器EA2的反相輸入端連接第四電阻R4和第五電阻R5相連的連接 點；第二誤差放大器EA2的同相輸入端接收第一參考電壓V Mfl ;第二誤差放大器EA2的輸出 端連接第一比較器Coml的反相輸入端；
[0066] 補償器82連接在第二誤差放大器EA2的反相輸入端和第二誤差放大器EA2的輸 出端之間；補償器82用於對第二誤差放大器EA2輸出的電壓進行補償；
[0067] 第一比較器Coml的同相輸入端接收加法器81輸出的電壓，第一比較器Coml的輸 出端連接第二脈衝寬度調製比較器PWMC2的反相輸出端；第二脈衝寬度調製比較器PWMC2 的同相輸出端接收第二振蕩器83輸出的第二載波；第二脈衝寬度調製比較器PWM2通過其 輸出端向驅動電路62輸出驅動信號。
[0068] 可選地，如圖7或圖8所示，在本發明實施例提供的片上供電網絡中，除最後一級 片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器還包括第二濾波 電路；該第二濾波電路包括第二η型功率M0S管nM2和第三誤差放大器EA3 ;
[0069] 第二η型功率M0S管nM2的源極接收儲能電路，即電感Ls輸出的電壓，第二η型功 率M0S管ηΜ2的漏極接地，第二η型功率M0S管ηΜ2的柵極連接第三誤差放大器ΕΑ3的輸 出端，第三誤差放大器ΕΑ3的反相輸入端接收與儲能電路輸出的電壓成正比的電壓，在圖7 中為第一電阻R1與第二電阻R2相連的連接點的電壓，在圖8中為第四電阻R4與第五電阻 R5相連的連接點的電壓，第三誤差放大器ΕΑ3的同相輸入端接收第一參考電壓Viefl。
[0070] 可選地，除第一級片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電 壓調整器，如圖9所示，包括第二p型功率M0S管pM2、第三η型功率M0S管nM3、第四誤差 放大器EA4、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第二電容C2和第三電容C3 ;
[0071] 第六電阻R6與第七電阻R7串聯，該串聯支路的一端連接第二p型功率M0S管pM2 的漏極，該串聯支路的另一端接地；第二P型功率M0S管pM2的源極連接第二輸入電源91， 第二P型功率M0S管pM2的柵極連接第四誤差放大器EA4的輸出端；其中，第二輸入電源 91為該片上電壓調整器的前一級片上電壓調整器中與該片上電壓調整器相連的片上電壓 調整器的輸出；
[0072] 第二p型功率M0S管pM2的漏極連接第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端 接地；
[0073] 第四誤差放大器EA4的反相輸入端接收第二參考信號VMf2，第四誤差放大器EA4 的同相輸入端連接第六電阻R6與第七電阻R7相連的連接點；
[0074] 第三η型功率M0S管nM3的柵極連接第四誤差放大器EA4的輸出端，第三η型功 率M0S管ηΜ3的源極通過第八電阻R8和第三電容C3並聯後的並聯支路接地，第三η型功 率M0S管ηΜ3的漏極與第二ρ型功率M0S管ρΜ2的漏極相連，第二ρ型功率M0S管ρΜ2的 漏極為該片上電壓調整器的輸出端OUT。
[0075] 可選地，除第一級片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電 壓調整器如圖10所示，包括第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第四電容C4、第五 電容C5、第四η型功率M0S管nM4、數字控制器92、第三脈衝寬度調製比較器PWMC3和至少 一個第三P型功率M0S管pM3 ;
[0076] 所述至少一個第三p型功率M0S管pM3的源極均連接第三輸入電源111，所述至少 一個第三P型功率M0S管pM3的漏極相連，作為該片上電壓調整器的輸出端0UT，所述至少 一個第三P型功率M0S管的柵極分別接收數字控制器92輸出的控制信號；其中，第三輸入 電源111為該片上電壓調整器的前一級片上電壓調整器中與該片上電壓調整器相連的片 上電壓調整器的輸出；
[0077] 第九電阻R9與第十電阻R10串聯，該串聯支路的一端連接該片上電壓調整器的輸 出端0UT，該串聯支路的另一端接地；
[0078] 第四電容C4的一端連接該片上電壓調整器的輸出端0UT，第四電容C4的另一端接 地；
[0079] 數字控制器92,用於根據第三脈衝寬度調製比較器PWMC3輸出的信號，輸出控制 信號，從而控制所述至少一個第三P型功率M0S管pM3中的M0S管在導通與關斷之間切換；
[0080] 第三脈衝寬度調製比較器PWMC3的同相輸入端接收第三參考信號VMf3，第三脈衝 寬度調製比較器PWMC3的反相輸入端連接第九電阻R9與第十電阻R10相連的連接點；
[0081] 第四η型功率M0S管nM4的漏極連接該片上電壓調整器的輸出端0UT，第四η型功 率M0S管ηΜ4的源極通過第十一電阻R11和第五電容C5並聯後的並聯支路接地，第四η型 功率M0S管ηΜ4的柵極連接第三脈衝寬度調製比較器PWMC3的輸出端。
[0082] 本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，附圖中的模塊或流 程並不一定是實施本發明所必須的。
[0083] 本領域技術人員可以理解實施例中的裝置中的模塊可以按照實施例描述進行分 布於實施例的裝置中，也可以進行相應變化位於不同於本實施例的一個或多個裝置中。上 述實施例的模塊可以合併為一個模塊，也可以進一步拆分成多個子模塊。
[0084] 上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[〇〇85] 顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1. 一種片上供電網絡，其特徵在於，包括至少一級片上電壓調整器和負載，所述片上電 壓調整器位於所述負載所在的晶片上； 每一級片上電壓調整器的個數至少為一個；每一級片上電壓調整器連接其後一級片上 電壓調整器中的至少一個片上電壓調整器； 第一級片上電壓調整器接收供電電源輸出的電壓，或者接收片外電壓調整器輸出的電 壓；除第一級片上電壓調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器，接 收前一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器輸出的電壓；所述片外電壓調整器位於 所述負載所在的晶片之外； 最後一級片上電壓調整器向所述負載輸出所述負載所需的電壓；除最後一級片上電壓 調整器以外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器，向該片上電壓調整器連接 的後一級片上電壓調整器輸出所述後一級片上電壓調整器所需的電壓。
2. 如權利要求1所述的片上供電網絡，其特徵在於，所述片上供電網絡包括兩級片上 電壓調整器和所述負載，第一級片上電壓調整器的個數至少為兩個；若所述負載需要η個 不同的電壓，則第二級片上電壓調整器的個數為η ; 每個第一級片上電壓調整器的調壓範圍與該第一級片上電壓調整器連接的第二級片 上電壓調整器的調壓範圍之比不小於預設值。
3. 如權利要求1或2所述的片上供電網絡，其特徵在於，除最後一級片上電壓調整器以 外的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器包括開關電路、驅動電路、儲能電路、 第一濾波電路和反饋環； 所述儲能電路，用於在所述開關電路導通時與第一輸入電源接通以充電，並在所述開 關電路關斷時與第一輸入電源斷開以放電； 所述第一濾波電路，用於對所述儲能電路輸出的電壓進行濾波； 所述反饋環，用於根據第一參考電壓和所述儲能電路輸出的電壓生成驅動信號，或者 根據第一參考電壓和所述儲能電路流過的電流生成所述驅動信號； 所述驅動電路，用於將所述反饋環輸出的驅動信號放大，並輸出給所述開關電路； 所述開關電路，用於在所述驅動電路輸出的信號的控制下在導通和關斷之間切換； 其中，當片上電壓調整器為第一級片上電壓調整器、且該片上電壓調整器接收所述供 電電源輸出的電壓時，所述第一輸入電源為所述供電電源；當片上電壓調整器為第一級片 上電壓調整器、且該片上電壓調整器接收所述片外電壓調整器輸出的電壓時，所述第一輸 入電源為所述片外電壓調整器的輸出；當片上電壓調整器為除第一級片上電壓調整器以外 的片上電壓調整器時，所述第一輸入電源為該片上電壓調整器的前一級片上電壓調整器中 與該片上電壓調整器相連的片上電壓調整器的輸出。
4. 如權利要求3所述的片上供電網絡，其特徵在於，所述開關電路包括第一 ρ型功率 MOS管和第一 η型功率MOS管； 所述第一 Ρ型功率MOS管的柵極和所述第一 η型功率MOS管的柵極分別接收所述驅動 電路輸出的信號；所述第一 Ρ型功率MOS管的源極與所述第一 η型功率MOS管的源極分別 連接所述第一輸入電源；所述第一 Ρ型功率MOS管的漏極與所述第一 η型功率MOS管的漏 極相連，作為所述開關電路的輸出端。
5. 如權利要求3所述的片上供電網絡，其特徵在於，當所述反饋環用於根據第一參考 電壓和所述儲能電路輸出的電壓生成所述驅動信號時，所述反饋環包括第一電阻、第二電 阻、第三電阻、第一電容、用於輸出第一載波的第一振蕩器、第一誤差放大器和第一脈衝寬 度調製比較器； 所述第一電阻與所述第二電阻串聯，該串聯支路的一端接收所述儲能電路輸出的電 壓，該串聯支路的另一端接地； 所述第一電容連接在所述第一誤差放大器的反相輸入端與所述第一誤差放大器的輸 出端之間； 所述第一誤差放大器的反相輸入端通過所述第三電阻連接所述第一電阻和所述第二 電阻相連的連接點；所述第一誤差放大器的同相輸入端接收所述第一參考電壓；所述第一 誤差放大器的輸出端連接所述第一脈衝寬度調製比較器的反相輸入端；所述第一脈衝寬度 調製比較器的同相輸入端接收所述第一振蕩器輸出的第一載波；所述第一脈衝寬度調製比 較器通過其輸出端向所述驅動電路輸出所述驅動信號。
6. 如權利要求3所述的片上供電網絡，其特徵在於，當所述反饋環用於根據第一參考 電壓和所述儲能電路流過的電流生成所述驅動信號時，所述反饋環包括第四電阻、第五電 阻、第二誤差放大器、補償器、第一比較器、加法器、第一電壓電流轉換器、第二電壓電流轉 換器、輸出第二載波的第二振蕩器和第二脈衝寬度調製比較器； 所述第一電壓電流轉換器，用於接收所述開關電路輸出給所述儲能電路的電壓，並將 接收到的電壓轉換為電流輸出； 所述第二電壓電流轉換器，用於接收第三載波的電壓，並將接收到的電壓轉換為電流 輸出； 所述加法器，用於確定所述第一電壓電流轉換器輸出的電流與所述第二電壓電流轉換 器輸出的電流之和，並根據確定的電流之和輸出電壓； 所述第四電阻與所述第五電阻串聯，該串聯支路的一端接收所述儲能電路輸出的電 壓，該串聯支路的另一端接地； 所述第二誤差放大器的反相輸入端連接所述第四電阻和所述第五電阻相連的連接點； 所述第二誤差放大器的同相輸入端接收所述第一參考電壓；所述第二誤差放大器的輸出端 連接所述第一比較器的反相輸入端； 所述補償器連接在所述第二誤差放大器的反相輸入端和所述第二誤差放大器的輸出 端之間；所述補償器用於對所述第二誤差放大器輸出的電壓進行補償； 所述第一比較器的同相輸入端接收所述加法器輸出的電壓，所述第一比較器的輸出端 連接所述第二脈衝寬度調製比較器的反相輸出端；所述第二脈衝寬度調製比較器的同相輸 出端接收所述第二振蕩器輸出的第二載波；所述第二脈衝寬度調製比較器通過其輸出端向 所述驅動電路輸出所述驅動信號。
7. 如權利要求3所述的片上供電網絡，其特徵在於，所述片上電壓調整器還包括第二 濾波電路；所述第二濾波電路包括第二η型功率MOS管和第三誤差放大器； 所述第二η型功率MOS管的源極接收所述儲能電路輸出的電壓，所述第二η型功率MOS 管的漏極接地，所述第二η型功率MOS管的柵極連接所述第三誤差放大器的輸出端，所述第 三誤差放大器的反相輸入端接收與所述儲能電路輸出的電壓成正比的電壓，所述第三誤差 放大器的同相輸入端接收所述第一參考電壓。
8. 如權利要求1或2所述的片上供電網絡，其特徵在於，除第一級片上電壓調整器以外 的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器包括第二P型功率MOS管、第三η型功 率MOS管、第四誤差放大器、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第二電容和第三電容； 所述第六電阻與所述第七電阻串聯，該串聯支路的一端連接所述第二Ρ型功率MOS管 的漏極，該串聯支路的另一端接地；所述第二Ρ型功率MOS管的源極連接第二輸入電源，所 述第二Ρ型功率MOS管的柵極連接所述第四誤差放大器的輸出端；其中，所述第二輸入電源 為該片上電壓調整器的前一級片上電壓調整器中與該片上電壓調整器相連的片上電壓調 整器的輸出； 所述第二Ρ型功率MOS管的漏極連接所述第二電容的一端，所述第二電容的另一端接 地； 所述第四誤差放大器的反相輸入端接收第二參考信號，所述第四誤差放大器的同相輸 入端連接所述第六電阻與所述第七電阻相連的連接點； 所述第三η型功率MOS管的柵極連接所述第四誤差放大器的輸出端，所述第三η型功 率MOS管的源極通過所述第八電阻和所述第三電容並聯後的並聯支路接地，所述第三η型 功率MOS管的漏極與所述第二ρ型功率MOS管的漏極相連，所述第二ρ型功率MOS管的漏 極為該片上電壓調整器的輸出端。
9. 如權利要求1或2所述的片上供電網絡，其特徵在於，除第一級片上電壓調整器以外 的每一級片上電壓調整器中的一個片上電壓調整器包括第九電阻、第十電阻、第十一電阻、 第四電容、第五電容、第四η型功率MOS管、數字控制器、第三脈衝寬度調製比較器和至少一 個第三Ρ型功率MOS管； 所述至少一個第三Ρ型功率MOS管的源極均連接第三輸入電源，所述至少一個第三ρ 型功率MOS管的漏極相連，作為該片上電壓調整器的輸出端，所述至少一個第三ρ型功率 MOS管的柵極分別接收所述數字控制器輸出的控制信號；其中，所述第三輸入電源為該片 上電壓調整器的前一級片上電壓調整器中與該片上電壓調整器相連的片上電壓調整器的 輸出； 所述第九電阻與所述第十電阻串聯，該串聯支路的一端連接該片上電壓調整器的輸出 端，該串聯支路的另一端接地； 所述第四電容的一端連接該片上電壓調整器的輸出端，所述第四電容的另一端接地； 所述數字控制器，用於根據所述第三脈衝寬度調製比較器輸出的信號，輸出控制信 號； 所述第三脈衝寬度調製比較器的同相輸入端接收第三參考信號，所述第三脈衝寬度調 制比較器的反相輸入端連接所述第九電阻與所述第十電阻相連的連接點； 所述第四η型功率MOS管的漏極連接該片上電壓調整器的輸出端，所述第四η型功率 MOS管的源極通過所述第十一電阻和所述第五電容並聯後的並聯支路接地，所述第四η型 功率MOS管的柵極連接所述第三脈衝寬度調製比較器的輸出端。
【文檔編號】H02M3/156GK104065268SQ201410270308
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月17日 優先權日:2014年6月17日
【發明者】唐樣洋, 王新入, 張臣雄 申請人:華為技術有限公司