功率转换器中减小的休眠电流的制作方法

相关申请的交叉引用

根据35u.s.c.§119(e)，本申请享有并要求2014年10月20日提交的美国申请no.14/518,617的申请日的权益，其内容以它的整体通过引用并入本文用于所有目的。

背景技术：

除非另有指示，否则上述内容不被承认是本文中所记载的权利要求的现有技术并且不应当如此被解释。

待机功率是许多移动集成电路(ic)，特别是牵涉到大数字电路(诸如wlan/wansoc)的ic，以及应用处理器中的重要规范。例如，在无线局域网(wlan)中，递送业务指示图(dtim)向客户端通知接入点上存在所缓冲的多播/广播数据。dtim被生成并且被包括在信标中，以用信号通知数据存在于接入点处。因此，用于dtim通信的功率要求是支持无线系统的ic中的重要规范，包括有源功耗规范和休眠状态功耗规范的混合。降低休眠状态功耗可以减小dtim功耗，并且因此改进移动设备的电池寿命。

一般而言，降低任何功率设备中的休眠状态功耗可以改进电池寿命。

附图说明

关于随后的讨论并且特别是关于附图，所强调的是所示出的详情表示用于说明性讨论的目的的示例，并且为了提供本公开的原理和概念性方面的描述而被呈现。就此而言，没有进行示出超过本公开的基本理解所需要的之外的实施方式细节的尝试。结合附图，随后的讨论使得按照本公开的实施例如何可以被实践对本领域的技术人员是明显的。在附图中：

图1是按照本公开的具有待机能力的功率转换器的高级别示图。

图1a是按照本公开的具有待机能力的功率转换器的高级别示图，其示出了一些附加细节。

图2是按照本公开的说明性功率转换器。

图3示出了按照本公开的休眠模式处理。

图4示出了图2中所示出的说明性实施例的休眠模式处理。

图5示出了图2中所示出的说明性实施例的替换休眠模式处理。

具体实施方式

在以下描述中，出于解释的目的，许多示例和具体细节被阐述以便提供对本公开的透彻理解。然而，对本领域的技术人员将明显的是，在权利要求中表达的本公开可以单独地或与下面描述的其他特征组合地包括这些示例中的特征中的一些或全部特征，并且可以进一步包括本文所描述的特征和概念的修改和等价物。

参考图1，按照本公开的电源100可以包括用于转换输入电压vin以产生输出电压vout的功率转换器段102。功率转换器段102可以包括输入端子122，其用于通向用于vin的源(例如，电池)的连接。功率转换器段102可以包括输出端子124，其用于通向负载(未示出)的连接以向负载提供输出电压vout。电源电压vdd可以被用来向功率转换器段102供电。在各种实施例中，功率转换器段102可以是任何类型的dc-dc转换器，例如包括但不限于，降压调节器、升压调节器、降压-升压调节器、开关电容器调节器、低压差(ldo)调节器等。

按照本公开，电源100可以进一步包括休眠状态控制器104。如下文将更详细解释的，休眠状态控制器104可以生成一个或多个控制信号126，以将功率转换器段102置于休眠状态(休眠模式)。换句话说，功率转换器段102的操作可以由休眠状态控制器104通过控制信号126的选择性的断言(assertion)和解除断言(de-assertion)来选择性地启用或禁用。

按照本公开，控制信号126可以选择性地启用和/或禁用功率转换器段102的不同部分的操作。在一些实施例中，休眠状态控制器104可以从功率转换器段102接收信号128，休眠状态控制器可以使用信号128来选择性地启用和/或禁用功率转换器段102的不同部分的操作。

休眠状态控制器104可以管理一个或多个休眠状态值106，以控制功率转换器段102中的休眠状态的持续时间。按照本公开，休眠状态控制器104可以更改休眠状态值106中的一个或多个休眠状态值。本公开的这个方面将在下文更详细地描述。

图1a图示了按照本公开的电源100’的更详细的实施例。电源100’可以包括电压调制器112，以调制输入端子122处的输入电压vin以在输出端子124处产生输出电压vout。补偿电路114可以提供来自输出端子124的反馈路径。补偿电路114可以按照参考电压vref来产生反馈信号116，电压调制器112可以使用反馈信号116来调制输入电压。在一些实施例中，反馈信号116可以用作对休眠状态控制器104的控制信号128。

参考图2，现在将描述针对图1和图1a的说明性示例的细节。图2中所示出的示例表示按照本公开被配置的作为降压(步降)转换器200而已知的开关型转换器(调节器)。图2中所示出的电路仅是一种示例以在特定dc-dc转换器电路的上下文中说明本公开的各方面。本领域的普通技术人员将明白，其他种类的dc-dc转换器电路可以容易地按照本公开而被具体化。

继续于图2，降压转换器200的电压调制器段可以包括振荡器202和脉宽调制器204，脉宽调制器204连接至包括驱动器d1和d2的驱动器段。用于振荡器202的时基可以由时钟输入提供。驱动器d1和d2可以按照脉宽调制器204的脉冲输出来驱动开关晶体管m1和m2。如普通技术人员将理解的，晶体管m2作为常规降压转换器的二极管组件进行操作，并且晶体管m1提供开关功能。

补偿电路可以包括误差放大器(例如，比较器)206，其比较输出电压vout与参考电压vref以产生误差信号verror。误差信号verror可以连接至脉宽调制器204以控制晶体管m1和m2的开关。

包括电压调制器和补偿电路的组件可以由电压源vdd供电。常规地，功耗电路(诸如振荡器202、脉宽调制器204、驱动器d1、d2、以及误差放大器206)总是接通的。在功率受限系统(诸如电池操作的设备)中，这种连续操作可能快速地耗尽功率源。因此，提供足够的休眠模式处理可能是重要的设计考虑。

按照本公开，降压转换器200可以进一步包括休眠控制电路212。休眠控制电路212可以生成控制信号ctl-1、ctl-2，它们可以选择性地启用和禁用包括降压转换器200的电路组件的操作。在一些实施例中，例如，休眠控制电路212可以生成控制信号ctl-1，其可以用来选择性地启用和禁用误差放大器206的操作。类似地，休眠控制电路212可以生成控制信号ctl-2，其可以用来选择性地启用和禁用电压调制器的组件(诸如振荡器202、脉宽调制器204、以及驱动器d1、d2)的操作。将明白，对控制信号的使用、以及它们的数目是具体的实施细节。因此，例如，在一些实施例中，可以存在更多或更少的控制信号来完成启用操作和禁用操作。

电路的操作被禁用和启用的特定方式将从一个电路到下一电路而变化。在一些实施例中，例如，电路的禁用操作可以包括将电路置于低功耗模式。在其他实施例中，电路的禁用操作可以包括：断开去往电路的功率(例如，vdd)，等等。

休眠控制电路212可以通过禁用包括电压调制器段和补偿电路的组件的操作，来将电压调制器段和补偿电路置于休眠状态。休眠控制电路212可以通过启用包括电压调制器段和补偿电路的组件来退出休眠状态。在一些实施例中，例如，休眠控制电路202可以响应于由误差放大器206生成的误差信号verror而退出休眠状态。本公开的这个方面将在下文更详细地讨论。

按照本公开，用于休眠控制电路202的参数可以存储在存储器214中。这些参数可以包括休眠持续期值，其指定每个休眠周期的持续期，在每个休眠周期期间，包括电压调制器段和补偿电路的组件的操作被禁用。按照本公开，休眠持续期值可以随着时间而被调整。这些参数可以包括休眠周期门限值，其被用来确定何时调整休眠持续期值。本公开的这些方面将在下文更详细地讨论。

休眠控制电路212可以连接至外部休眠控制信号，以使得休眠控制电路根据包含降压转换器200的设备中的活动而进入和退出休眠状态。存储器214可以利用针对参数的初始值从外部源被编程。

现在参考图3，讨论将转到按照本公开的由休眠控制逻辑(例如，休眠控制电路212，图2)在功率转换器(例如，200，图2)中进行的休眠控制的操作的高级别描述。在框302处，休眠控制逻辑可以启动休眠周期(例如，响应于正被断言的休眠控制信号，图2)，因此将功率转换器放在休眠模式。在休眠模式期间，功率转换器的组件的操作可以被禁用，诸如电压调制器段和补偿电路(例如，图2)。作为结果，输出电压vout的电压电平将开始下降。

在框304处，在经过一个持续时间之后，休眠周期可以终止。在一些实施例中，例如，休眠控制逻辑可以使用定时电路。将明白，一般而言，时间的流逝可以通过任何适合的适应性延迟元件来测量。

在框306中，休眠控制逻辑可以确定是否恢复输出电压vout的电压电平。按照本公开，休眠控制逻辑可以启用功率转换器的一部分(例如，误差放大器206，图2)的操作以确定vout是否已经下落到门限值(例如，verror，图2)以下。如果vout已经下落到门限值以下，则在框308处，休眠控制逻辑可以启用功率转换器的操作来对输出电压vout重新充电。

在框310处，按照本公开做出是否调整休眠周期的持续期的确定。如果休眠周期持续期应当被调整，则在框312处，休眠周期的持续期可以被调整。本公开的这个方面将在下文更详细地讨论。

返回到框306，如果输出电压电平没有下降到门限值以下，则处理可以简单地进行到框314。如果在框310处，休眠周期持续期不需要被更新，则处理可以简单地进行到框314。在框314处，如果休眠模式被终止，则休眠周期的处理完成并且休眠控制逻辑可以启用功率转换器的所有组件的操作。否则，处理进行到框302，其中另一休眠周期被重复。

关于图3中的流程，休眠模式的终止可能非同步地发生。因此，在一些实施例中，框314可以作为图3中的流程中的离散动作而被省略。替代地，休眠模式的终止可以将它自身表现为对休眠控制逻辑的中断信号，其然后可以通过启用功率转换器的所有组件的操作来进行响应。

现在参考图2和图4，将关于降压转换器200来描述按照本公开的实施例的休眠控制的附加细节的描述。在框402处，响应于休眠模式的激活，休眠控制电路212可以从存储器214获得用于休眠周期持续期的初始值sleep_period_init。这一初始值然后可以被用来初始化休眠控制电路212中所维持的sleep_period计数器。另外，sleep_count计数器可以被初始化为零。

在框404处，休眠控制电路212可以将sleep_cycles计数器初始化为零。

在框406处，休眠控制电路212可以激活降压转换器200中的休眠周期。例如，休眠控制电路212可以断言控制信号ctl-1和ctl-2以禁用电压调制器的组件和补偿电路的操作。在一些实施例中，这将有效地禁用降压转换器200的操作，仅留下休眠控制逻辑是操作的。作为结果，输出电压vout将开始降低。另外，在休眠周期期间，休眠控制电路212可以在循环中递增sleep_count计数器，直到该计数器达到sleep_period的值。

在框408处，休眠控制电路212可以递增sleep_cycles计数器以跟踪连续的休眠周期。这一计数器的重要性在下文中将变得明显。sleep_count计数器可以被重置为零。按照本公开，在框408中，休眠控制电路212可以仅启用降压转换器200的一部分。特别地，休眠控制电路212可以启用误差放大器206；例如，通过解除断言控制信号ctl-1。在一些实施例中，控制信号ctl-2仍旧被断言，因此保持电压调制器段被禁用。

在框410处，现在已启用的误差放大器206可以操作以比较输出电压vout的电压电平与参考电压vref，以产生误差信号verror。休眠控制电路212可以使用verror(vmin＝verror)作为用于是否启用电压调制器段的操作的准则；例如，通过解除断言控制信号ctl-2。在其他实施例中，vmin可以是verror的某个函数。

如果输出电压vout没有下落到vmin以下，则输出电压vout不需要被恢复(重新充电)并且处理进行到框406，其中另一休眠周期被重复。休眠周期因此可以由包括框406、框408和框410的循环来定义。

另一方面，如果输出电压vout确实下落到vmin以下，则输出电压vout应当被恢复(重新充电)并且处理进行到框412，其中电压调制器段被启用；例如，通过解除断言控制信号ctl-2。现在已启用的电压调制器段的操作用来对输出电压vout重新充电。

在框414处，sleep_cycles计数器可以针对目标值cycles_target而被测试。如果sleep_cycles计数器超过目标值，则在框422处sleep_period可以被增加。例如，sleep_period可以增加一。另一方面，如果sleep_cycles计数器没有超过目标值，则处理进行到框416。

在框416处，sleep_cycles计数器可以针对目标值cycles_target而被测试。如果sleep_cycles计数器小于目标值，则在框424处sleep_period可以被减小。例如，sleep_period可以增加一。如果sleep_cycles计数器没有超过目标值，则处理进行到框404。来自框422和框424的处理可以进行到框404，其中sleep_cycles计数器被重置为零并且休眠模式处理利用框406进行重复。

框408、框410和框412中图示了本公开的一方面。在框408处，补偿电路被启用，同时保持电压调制段是禁用状态。如果输出电压下落到vmin以下，则在框412中电压调制段被启用，并且否则仍旧禁用。通过有条件地启用电压调制段，休眠模式(或待机模式)期间的功耗可以保持为最小。

循环406、408、410中图示了本公开的另一方面。只要在框410处的测试指示输出电压不需要被重新充电，sleep_cycles计数器就继续被递增而无需被重置。当输出电压vout必须被重新充电时(例如，在框412处)，sleep_cycles计数器被重置(经由框404)。因此，sleep_cycles计数器对在没有向输出电压vout重新充电的情况下连续休眠周期被重复的数目进行计数。

当sleep_cycles计数器太高(例如，如通过框414所确定)时，这表明误差放大器206正过于经常地被启用(例如，在框408处)而不是必须对vout重新充电，因此不必要地消耗功率。换句话说，vout正过于频繁地被测试。因此，框414和框416服务于调整sleep_period，以使得休眠控制电路212在框406中停留更长的时间段，因此减小了vout被测试的频次。在一些实施例中，sleep_period值在每次调整时可以被调整一。然而，在其他实施例中，调整量可以根据变化调整量的算法而被做出。能够以这种方式动态地变化sleep_period允许了不同应用中的不同负载条件，并且允许改变给定应用中的负载条件。

在一些实施例中，框414和框416中使用的cycles_target值可以是相同的值。在其他实施例中，框414和框416中使用的cycles_target值可以是不同的值。

现在参考图2和图5，将关于降压转换器200来描述按照本公开的实施例的用于休眠控制的替换过程。在框502处，响应于休眠模式的激活，休眠控制电路212可以从存储器214获得用于休眠周期持续期的初始值，sleep_period_init。这一初始值然后可以被用来初始化休眠控制电路212中所维持的sleep_period计数器。另外，sleep_count计数器可以被初始化为零。

在框504处，休眠控制电路212可以激活降压转换器200中的休眠周期。例如，休眠控制电路212可以断言控制信号ctl-1和ctl-2以禁用电压调制器的组件和补偿电路的操作。在一些实施例中，这将有效地禁用降压转换器200的操作，仅留下休眠控制逻辑是操作的。作为结果，输出电压vout将开始下降。另外，在休眠周期期间，休眠控制电路212可以在循环中递增sleep_count计数器，直到该计数器达到sleep_period的值。

在框506处，休眠控制电路212可以仅启用降压转换器200的一部分。特别地，休眠控制电路212可以启用误差放大器206；例如，通过解除断言控制信号ctl-1。在一些实施例中，控制信号ctl-2仍旧被断言，因此保持电压调制器段被禁用。

在框508处，输出电压vout可以如上文结合框410所描述的那样被测试。如果输出电压vout没有下落到vmin以下，则输出电压vout不需要被恢复(重新充电)并且处理进行到框510，其中sleep_period无条件地被递增某个量。处理然后可以进行到框504以重复另一休眠周期。

另一方面，如果输出电压vout确实下落到vmin以下，则输出电压vout应当被恢复(重新充电)并且处理进行到框512，其中电压调制器段被启用；例如，通过解除断言控制信号ctl-2。现在已启用的电压调制器段的操作用来对输出电压vout重新充电。

在框514处，sleep_period无条件地被递减某个量。处理然后可以进行到框504以重复另一休眠周期。

在各种实施例中，休眠控制电路212可以包括能够根据上文所描述的处理进行操作的任何适合的电路系统。在一些实施例中，例如，休眠控制电路212可以包括被配置成作为状态机进行操作的数字逻辑电路。在其他实施例中，休眠控制电路212可以包括数字信号处理器(dsp)，等等。

优点和技术效果

在一些实施例中，在负载小于最大操作的时候的休眠(待机)模式期间，我们可以禁用dc-dc转换器中的大多数(如果不是全部)模拟功能；例如，存储器中的保留模式。这可以允许待机模式转换器电流非常低。在一些实施例中，例如，在根据本公开的dc-dc转换器中，待机电流可以为<<1μa。相比之下，常规转换器中的待机电流可能高达15-50μa。

在一些实施例中，按照本公开，仅数字有限状态机和低功率延迟(或其他适合的定时元件)被需要用于待机模式操作。

上述描述说明了本公开的各种实施例以及特定实施例的各方面如何可以被实施的示例。上述示例不应当被认为是仅有的实施例，并且被呈现以说明由以下权利要求限定的特定实施例的灵活性和优点。基于上述公开和以下权利要求，其他布置、实施例、实施方式和等价物可以被采用，而不偏离由权利要求限定的本公开的范围。