060] 其中Dl是开关调节器级602的占空比，D2是开关调节器级604的占空比，VOUT 是开关调节器级602的输出电压，VAC是开关调节器级604的输出电压，且VIN是通至两个 级的输入电压。在一项实施例中，VIN大于VAC，且VAC大于VOUT (例如，两个级都是降压 「buck」电压变换器）。因此，在某些有利示例性实施方案中，第二开关调节器级的占空比 (D2)大于第一开关调节器级的占空比（Dl)。对于降压开关调节器，占空比设定平均输出电 压。因此，占空比设定正向电感压摆率（即，Vin-Vout/L)和负向电感压摆率（即，-Vout/ L)。具有设定AC相的占空比的自由度有利地允许对AC相的正向及负向电流压摆率最佳设 置的选择且优化系统以获得良好调节性能。
[0061] 在下文更详细阐述的一项示例性实施例中，第一控制回路维持输出节点610上的 电压处于第一电压V0UT，且第二控制回路维持介于电感器与电容器Cl之间的节点612上的 电压处于第二电压VAC，其可以是输入电压VIN和/或第一电压VOUT的函数。举例而言，在 一项示例性实施方式中，VAC可以被调节为约VIN的一半（即，VAC = 1/2VIN)。在下文更 详细阐述的另一示例中，VAC如下：
[0062] VAC = VIN - VREF，其中 VREF = V0UT。
[0063] 在后者条件下，如下文进一步阐述的，正向及负向电流及电压压摆率可以相等。
[0064] 图6B示出了说明根据一项实施例的示例性开关调节器结构。开关调节器级602 接收输入电压VIN且在节点610上产生输出电压V0UT。开关调节器级604接收输入电压 VIN且产生输出电压VAC。在此示例中，VIN对于两个级是相同电压，但举例而言，在某些应 用中，两个级可接收不同输入电压水平以提高效率。在此示例中，控制电路630自节点610 接收反馈输入以感测电压VOUT及自节点612接收另一反馈输入以感测VAC。控制电路630 可包含耦合至开关调节器级602的第一输出及耦合至开关调节器级604的第二输出以配置 级602及604来产生经调节电压VOUT及VAC。在一项实施例中，控制电路630包含两个内 部电压参考（例如，VREF_DC及VREF_AC)以调节级602及604上的电压。举例而言，在一项 实施例中，用于调节VAC的参考电压VREF_AC是至少基于用于调节VOUT的参考电压VREF_ AC而产生。在一项实施例中，VREF_AC大于VREF_DC。
[0065] 图6C示出了说明根据一项实施例的另一示例性开关调节器结构。在此示例中，控 制电路690包含具有耦合至节点610的输入及耦合至开关调节器级604以修改开关调节器 级604的操作的输出的控制电路631。此外，控制电路690包含具有耦合至节点612的输 入及耦合至开关调节器级602以修改开关调节器级602的操作的输出的控制电路632。举 例而言，在一项实施例中，电路631具有用于对节点610上的瞬变作出响应的第一带宽及电 路632具有用于重设节点612上的电压的第二带宽，且第一带宽大于第二带宽。在一项实 施例中，控制电路632可在节点610中产生电流以使节点610中的对应电流自开关调节器 级604偏移以重设节点612上的电压VAC。
[0066] 出于说明性目的，下文在图17及图22中提供控制电路的两个示例性实施方案。
[0067] 图7示出了说明根据一项特定实施例的示例性应用。在此示例中，处理电路 702 (或「处理器」）在Vdd端子上接收电源供电电压VOUT。电源供电电压VOUT由可调整 开关调节器电源704 (包括第一开关调节器级706及第二开关调节器级708)产生。为减少 功率消耗，可期望改变处理电路702所使用的电源供电电压VOUT (例如，基于处理器的工作 量）。在一项示例性实施例中，电源管理电路714(或「电源管理器」）可监视处理电路702 的状态且可判定何时电源供电电压VOUT可改变以减少功率消耗。举例而言，开关电源704 可接收对应于来自电源管理器714的期望电压输出VOUT的控制信号712。因此，当用于改 变电源供电电压VOUT的条件发生时，诸如当处理器工作量增加时，处理电路702可将控制 信号710发送至电源管理器714以改变（举例而言）开关调节器级706和/或708所使用 的参考电压（例如，VREF)且继而改变VOUT处的电压。举例而言，示例性处理电路702可 包含若干种不同类型的处理器，诸如一个或多个微处理器、内存、系统统单芯片或基于改变 操作条件在不同时间周期期间消耗不同功率量的其他类型的复杂电子电路，包含但不限于 数据处理器（诸如CPU、内存、图形处理器、网络处理器等）。在某些实施例中，单个处理器 可接收来自多个开关电源704的多个不同电源供电电压以为不同功率域提供功率，且在每 一功率域中，电源供电电压可随时间改变以减小功率消耗。
[0068] 当开关电源704接收指示输出电压VOUT需要的改变（例如，在REFctrl输入上） 的信号712时，用于开关电源704的内部参考电压可变为新电压。开关电源704可以产生自 第一开关调节器级706穿过第一电感器至输出的第一电流，且可进一步产生自第二开关调 节器级708穿过第二电感器及电容器（Cl) 720至输出节点的第二电流。基于电流的极性， 可以改变开关电源704的输出处的电压VOUT(例如，处理电路的电源供应端子Vdd上的电 压）。
[0069] 图8示出了说明根据一项实施例的另一示例。此示例包含控制电路 (「C0NTR0L」）802及根据所示拓扑配置的电感器及电容器网络。控制电路802可包含一个 或多个参考电压，诸如VREF。举例而言，在一项示例性实施例中，VREF经外部控制以改变 输出电压VOUT。在某些实施例中，控制电路802可产生多个不同参考电压（例如，VREF DC 及VREF AC)用于在不同电压下调节VOUT及VAC。控制电路802可包含耦合至节点814以 接收电压VOUT及耦合至节点812以接收电压VAC的控制电路以控制开关调节器级的操作。 下文更详细阐述示例性控制电路。
[0070] 从图8可以看到，第一开关调节器级806接收输入电压VIN且在输出节点814产生 输出电压VOUT。在此示例中，VOUT等于参考电压VREF，但在其他实施例中，VOUT可与VREF 相关（例如，经由控制电路中的电阻分压器或增益级与VREF线性相关）。第一开关调节器 级806 (在本文中偶尔称为「DC级」）包含开关S3及S4、电感器LDC以及用于接通（开关短 路或「闭合」）及关断（开关开路或「断开」）开关S3及S4的控制电路。开关S3具有耦合 至用以接收输入电压VIN(例如，从电源）的节点的第一端子。S3的第二端子耦合至开关节 点SWDC。开关S4具有耦合至开关节点SWDC的第一端子及耦合至用以接收参考电压（例 如，接地或另一低侧电源供电电压）的节点的第二端子。第一电感器LDC具有耦合至开关 节点SWDC的第一端子及耦合至节点814的第二端子。
[0071] 第二开关调节器级804接收输入电压VIN且在输出节点812上产生输出电压VAC。 第二开关调节器级804 (在本文中偶尔称为「AC级」）包含开关SI及S2、电感器LAC以及用 于接通及关断开关Sl及S2的控制电路。开关Sl具有耦合至用以接收输入电压VIN的节 点的第一端子。Sl的第二端子耦合至开关节点SWAC。开关S2具有耦合至开关节点SWAC 的第一端子及耦合至用以接收地电位的节点的第二端子。第二电感器LAC具有耦合至开关 节点SWAC的第一端子及耦合至节点812的第二端子。开关Sl至S4可使用各种技术（诸 如晶体管（例如，MOS晶体管））实施。
[0072] 电容器CAC 820耦合于具有第一电压VOUT的第一开关调节器级806的输出节点 814与具有第二电压VAC的第二开关调节器级804的输出节点812。输出节点814又可耦 合输出电容器COUT 821及负载电路850。如上所述，操作级804及806中的开关以调节电 压VOUT及VAC。VOUT又可用于从级804至CAC电容器以快速摆动能力补充提供电压及电 流至跨越负载电流和/或电压的范围的负载电路850。
[0073] 控制电路802包含耦合至节点814的第一反馈输入（标记为V0UT)及耦合至节点 812的第二反馈输入（标记为VAC)。控制电路802可包含通过电路836 (例如，驱动电路及 其他控制电路）耦合至开关S3及开关S4的第一输出以在节点814上产生调节电压V0UT。 类似地，控制电路802可包含通过电路834 (例如，驱动电路及其他控制电路）耦合至开关 Sl及开关S2的第二输出以在节点812上产生调节电压VAC。因此，控制电路802及开关级 804及806调节节点814上的电压VOUT及调节节点812上的电压VAC。在下文所阐述的示 例性实施例中，控制电路802可具有多个反馈路径及相关的控制电路。举例而言，在一项实 施例中，控制电路802可包含：第一控制电路，该第一控制电路具有耦合至节点814的输入 及耦合至开关调节器级804以修改开关调节器级804的操作的输出；及第二控制电路，该 第二控制电路具有耦合至节点812的输入及耦合至开关调节器级806以修改开关调节器级 806的操作的输出。在一项示例性实施例中，控制电路802包含：第一控制电路，该第一控 制电路具有用于对节点814上的瞬变作出响应的第一带宽；及第二控制电路，该第二控制 电路具有用于重设节点812上的电压的第二带宽，其中该第一带宽大于该第二带宽。控制 电路802可进一步产生多个不同参考电压以用于调节VOUT及VAC，如下所述。
[0074] 本发明的实施例包含能够利用高降压比的开关变换器。特定实施例可在多个闭合 回路的控制下结合DC相（LDC)中的高正向电感电流压摆率与AC相（LAC)中的高负向电感 电流压摆率以响应于参考电压步阶或电流负载步阶而提供快速电压调节。DC相以高正向电 流压摆率及低负向电流压摆率为特征。AC相以相反情况（低正向电流压摆率及高负向电流 压摆率）为特征。
[0075] 在诸多应用中，诸如如上所述的DVFS，可期望尽可能快速地转变电压（例如，以使 得尽可能紧密地遵循处理电路的实际工作量曲线以获得最大功率节省）。在某些应用中，亦 可期望摆动是对称的或至少正向边缘及负向边缘具有类似速度。举例而言，某些示例性实 施例可结合DC相电流及AC相电流以支持± (Vin/L)的对称电流压摆率。
[0076] 本发明的某些实施例的特征及优点包含正向输出电流压摆率等于负向输出电路 压摆率。除了此对称压摆率性质外，某些实施例的特征在于推拉和/或拉推电流动作能够 大大增加输出节点814的电压压摆率。
[0077] 在一项实施例中，对称电流压摆率可通过将VAC节点812闭合回路调节至等于下 式的电压而获得
[0078] VAC = AXVIN+BXV0UT+C,
[0079] 其中A、B及C是系统系数。系数可以根据广泛应用范围的所期望的性能被配置成 各种值。举例而言，在下文更详细阐述的一项实施例中，系数可以被设置为A = 1、B = -1 及C = 0( 即，VAC = VIN-V0UT)，用于对称响应性能。在另一示例性实施例中，系数可以被 配置为A = 1/2 ;B = C = 0(即，VAC = 1/2VIN)。对于以下的示例，将假定A = 1、B = -1 及C = 0,但也可使用不同值。
[0080] 图9示出了图8中的电路的一项示例性结构，用于VAC = VIN-VOUT的情形下的 正向电流摆动。图10示出了图8中的电路的一项示例性结构，用于VAC = VIN-VOUT的情 形下的负向电流摆动。在这些示例中，系统利用CAC电容器以驱迫VAC节点812上的电压 等于VIN-V0UT。在图9及10中，假定VOUT = VREF，因此，VAC在以下说明中被设置为等于 VIN-VREFo
[0081] 如图9中所示，跨越电感器LDC的电压是大正向电压（VIN-VREF)。因此，来自LDC 的电感电流正向压摆率是：
[0082] (VIN-VREF)/L。
[0083] 类似地，跨越电感器LAC的电压是VIN- (VIN-VREF)。因此，来自LAC的电感电流 正向压摆率是：
[0084] VREF/L〇
[0085] 因此，对于正向摆动，LDC电感器具有比LAC电感器大得多的电压及对应压摆率。 然而，两个电感电流的总和以下式摆动上升：
[0086] VREF/L+(VIN - VREF)/L = VIN/L〇
[0087] 图10显示了用于负向电流摆动的电路结构。如图10中所示，跨越电感器LAC的 电压是大负向电压（_ (VIN-VREF))。因此，来自LAC的电感器负向电流压摆率是：
[0088] -(VIN-VREF)/L。
[0089] 类似地，跨越电感器LDC的电压是（-VREF)。因此，来自LAC的电感电流负向压摆 率是：
[0090] - (VREF/L)。
[0091] 如此，对于负向摆动，LAC电感器具有比LDC电感器大得多的电压及对应压摆率。 然而，两个电感电流的总和以下式摆动下降：
[0092] (-VREF/L) + (-(VIN - VREF)/L) = -VIN/L。
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