使用动态电路基准的片上电源发生器的制造方法
【专利说明】使用动态电路基准的片上电源发生器
[0001] 优先权要求
[0002] 本申请要求于2013年5月17日提交的、题为"基于动态电路基准的片上电源发生 器"的相关美国临时专利申请NO. 61/824, 924的优先权，并且该美国临时专利申请以引用方 式与本申请相结合。
【背景技术】
[0003] 某些模拟电路需要多于一个的电源输入。通常，除了数字电源（例如，大部分是 I. 0V)以外，还需要另外的较高的电源。这些电路的一个示例是热传感器电路，其可能除了 1.0 V的数字电源以外还需要I. 25V的模拟电源。随着SoC(片上系统）或处理器芯片减少 模拟电路的数量的趋势正变得流行，较少的模拟电压源是可用的。模拟电路的性能取决于 静态模拟电源。用于为模拟电路提供静态模拟电源的一种方法是为模拟电路提供专用的电 源凸块，即，每个模拟电路可具有其自己专用的模拟电源的源。为每个单独的模拟部件提供 外部电源凸块是非常昂贵的。
【附图说明】
[0004] 根据下面给出的详细描述并根据本公开内容的各个实施例的附图，将更本充分理 解公开内容的实施例，然而，这些实施例并非用来将本公开内容限制到具体实施例，而是仅 用于解释和理解。
[0005] 图1例示了根据本公开内容的一个实施例的使用动态基准的电源发生器的高层 架构。
[0006] 图2例示了根据本公开内容的一个实施例的使用动态基准的用于热传感器的电 源发生器的架构。
[0007] 图3例示了根据本公开内容的一个实施例的用于电源发生器的电荷栗。
[0008] 图4例示了根据本公开内容的一个实施例的低压差（LDO)电压调节器（VR)和基 准发生器的架构。
[0009] 图5例示了根据本公开内容的一个实施例的用于热传感器的感测级和 sigma-delta模拟数字转换器（SD-ADC)的架构。
[0010] 图6例示了根据本公开内容的一个实施例的用于对SD-ADC的输出进行滤波的逻 辑单元。
[0011] 图7例示了根据本公开内容的一个实施例的用于校正基准电压并用于测量温度 的方法。
[0012] 图8是根据本公开内容的一个实施例的具有使用用于热传感器和/或锁相环的动 态基准的电源发生器的系统。
[0013] 图9是根据本公开内容的一个实施例的、具有使用动态基准的电源发生器的智能 设备或计算机系统或SoC(片上系统）。
【具体实施方式】
[0014] 实施例描述了使用数字电源产生模拟电压的具有相对高的功率效率的装置。实施 例的一个技术效果是其减少或消除了对模拟电源凸块的需求。在一个实施例中，动态的、自 校准的带隙电路用于在所供应的模拟电压中获得精度。实施例描述了使用动态基准来针对 负载调节电源的电源发生器。在一个实施例中，由电荷栗接收数字电源（即，IV，在这里也 被称为第一电源），电荷栗产生较高的电源（即，2. 0V，在这里也被称为第二电源），随后由 电压调节器对该较高的电源进行调节，电压调节器产生经调节的模拟电源（例如，1.25V， 在这里也被称为第三电源）。在一个实施例中，将经调节模拟电源提供给电压感测模块和负 载（例如，热传感器、锁相环（PLL)、模拟数字转换器（ADC)，等等）。在一个实施例中，根据 电压感测模块和/或负载的改变情形来动态调节用于电压调节器的基准电压。
[0015] 在以下实施例中，热传感器被用作为平行耦合到负载的电压感测模块。在其它实 施例中，其它模拟电路可以被用作为电压感测模块。例如，ADC可以被用作为电压感测模块。 在一个实施例中，动态自校准带隙电路用于在不使用专用模拟电源凸块的情况下获得高度 精确（例如，小于3%的跨越过程、电压的变化、以及温度变化）的模拟电源。在一个实施例 中，电源发生器与电压感测模块的电路完全集成，以形成反馈电路，该反馈电路在允许电压 感测模块针对其目的进行作用的同时调节电源。在一个实施例中，电源发生器基于与具有 动态带隙基准的热传感器西格玛-德尔塔（sigma-delta)模拟数字转换器（SD-ADC)集成 的开关电容器电荷栗，以便为热传感器（即，电压感测模块）提供精确的模拟电源。在一个 实施例中，SD-ADC使用由热传感器的感测级供应的动态带隙电压来对其自己的电源（即， 第二电源）进行米样。
[0016] 在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释。然而， 对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易 见的。在其它实例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避 免使本发明的实施例难以理解。
[0017] 注意，在实施例的对应附图中，用线来表示信号。一些线较粗，以表示更多构成的 信号路径（constituent signal path)，和/或一些线的一个或多个末端具有箭头，以表示 主要信息流向。这些表示不是想要进行限制。事实上，结合一个或多个示例性实施例使用 这些线有助于更容易地理解电路或逻辑单元。任何所代表的信号（由设计需求或偏好所决 定）实际上可以包括可以在任意一个方向传送的并且可以以任何适当类型的信号方案实 现的一个或多个信号。
[0018] 贯穿整个说明书，以及在权利要求书中，术语"连接"表示在没有任何中间设备的 情况下所连接的物体之间的直接电气连接。术语"耦合"表示所连接的物体之间的直接电 气连接或通过一个或多个无源或有源的中间设备的间接连接。术语"电路"表示被设置为 彼此配合以提供所期望的功能的一个或多个无源和/或有源部件。术语"信号"表示至少 一个电流信号、电压信号或数据/时钟信号。"一个"，"一种"及"所述"的含义包括复数的 引用。"在……中"的含义包括"在……内"和"在……上"。
[0019] 术语"缩放"通常指的是将设计（原理图及布局）从一种工艺技术转换为另一种 工艺技术。术语"缩放"通常也指的是在同一个工艺节点内将布局和设备的尺寸缩小。术 语"缩放"还可以指的是相对于另一个参数（例如电源水平）对信号频率的调节（例如，减 缓）。术语"基本上"、"接近"、"近似"、"附近"、以及"大约"通常指的是在目标值的+/-20% 以内。
[0020] 除非另外规定，否则使用序数形容词"第一"、"第二"及"第三"等来描述共同的对 象，仅表示指代相同对象的不同实例，而并不是要暗示这样描述的对象必须采用给定的顺 序，无论是时间地、空间地、排序地或任何其它方式。
[0021] 出于实施例的目的，晶体管是金属氧化物半导体（MOS)晶体管，其包括漏极端子、 源极端子、栅极端子以及体端子。晶体管也包括三栅级晶体管和鳍式场效应晶体管、圆柱体 全包围栅晶体管（Gate All Around Cylindrical Transistor)或其它实现晶体管功能性 的器件（例如碳纳米管或自旋电子器件）。源极端子和漏极端子可以是相同的端子并且在 本文中互换地进行使用。本领域技术人员将意识到，可以在不脱离本公开内容的范围的情 况下使用其它晶体管，例如双极结型晶体管一BJT PNP/NPN、BiCMOS、CMOS、eFET等。术语 "丽"表示η型晶体管（如NMOS、NPN BJT等）并且术语"MP"表示p型晶体管（如PM0S、 PNP BJT 等）。
[0022] 图1例示了根据本公开内容的一个实施例的使用动态基准的电源发生器的高层 架构100。在一个实施例中，架构100包括电荷栗101、电压调节器102、基准发生器103、以 及电压感测模块104 (例如，热传感器、ADC等等）、以及负载105。
[0023] 在一个实施例中，电荷栗101接收第一电源并使用第一电源产生较高的第二电 源。例如，电荷栗101接收IV的低数字电源作为第一电源并使用开关电容器对该第一电源 进行栗送，以产生I. 5V或2. OV的较高的未调节的第二电源。参照图3描述了电荷栗101 的示例性实施例。
[0024] 返回来参考图1，在一个实施例中，电压调节器102接收第二电源作为输入电源并 针对电压感测模块104产生经调节的第三电源。在一个实施例中，电压调节器102将基准 电压Vref与第三电源的经过分压的电压进行比较，以便对第三电源进行调节。在一个实施 例中，电压调节器102是低压差（LDO)电压调节器。在其它实施例中，可以使用其它类型的 电压调节器。参照图4描述了电压调节器102的示例性实施例。
[0025] 返回来参考图1，在一个实施例中，基准发生器103根据Vref_C〇d e向电压调节器 102提供Vref。在一个实施例中，Vref_C〇de是调苄基准发生器103的电阻器（或者晶体 管）的电阻的数字代码。在一个实施例中，V