专利名称：一种可扩展且可编程的电源管理集成电路系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电源集成电路，尤其涉及一种可扩展且可编 程的电源管理集成电路系统。
技术背景电源集成电路(ICs)，尤其是用到了多种电压的电路系统，正变 得越来越复杂，有许多不同的特性和设置。现有技术的电源管理集成 电路，例如，Dialog半导体有限公司(Irvine, CA)设计的 DA9011/9030/9031，和美信集成产品公司(S醒yvale, CA)设计的 MAX1586A，包含有多种输出电压可调的开关转换器和线性整流器，但 是，这些电源管理集成电路在设计上基本上是固定的，且是为特定的、 有限的电源应用范围而开发的。例如，图1是现有技术的电源管理集 成电路11，电源管理集成电路11中的主控制器12通过由配置寄存 器驱动的并行配置总线来控制电源模块。遗憾的是，这种并行配置总 线的结构是不可扩展的，因而是不利的。比如，当需要更好的可配置 的灵活性(因此需要更多的寄存器)，与/或增加一个芯片上电源模块 的数目时，结果使总线结构的信号线显著地增多。其它现有技术的电 源管理集成电路使用集成电路的管脚和外部元件来配置电源模块的 输出电压，这将导致我们所不希望的更大的集成电路封装和更多的系 统元件。
图1示出了现有技术典范的电源管理集成电路11。在电源管理集成电路11中，主控制器12通过由配置寄存器13驱动的并行配置 总线来控制电源模块14。如前所述，电源管理集成电路ll是不可扩 展的。因此，在需要更好的可配置的灵活性，或需要更多的数位，与 /或增加一个芯片上电源模块14的数目时，结果使总线结构的信号线 显著地增多。除了缺少灵活性外，增加一个给定的常规的电源管理集成电路的 设计也是非常困难和冒险的，尤其是在需求的功能数目大大地增加 时。增加或定制己知的常规的集成电路，几乎总是必需大量的资源和 时间来重新做设计、版图和评估。鉴于前面所述，我们需要一种高度可编程且可扩展的更加灵活的 电源管理集成电路。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可扩展且可编程的 电源管理集成电路系统，该电源管理集成电路系统具有可扩展且可编 程的特点。为了解决以上技术问题，本实用新型提供了一种可扩展且可编程 的电源管理集成电路系统，在本实用新型的一个实施例中，提供了一 个包括有一个主控制器模块的集成电路系统，主控制器模块通过通信 网络(比如，串行或并行的通信网络)控制至少一个的从属模块(如 电源管理或转换装置，或者是给芯片上或芯片外的负载提供电源的电 压转换装置，如电荷泵转换器，线性电压整流器，升压整流器或降压 整流器，等等)。通信网络至少部分地受到从主控制器模块向至少一 个的从属模块传送的至少一条的控制命令的控制。收到的至少一条的 控制命令通过通信网络传送和接收。在实施例中，命令是数字编码的， 且至少其中之一的至少一个的从属模块包含一个数字配置接口，此数 字配置接口接收命令并能够解码至少其中之一的命令以及直接或间 接地控制至少一个的从属模块的某一方面。本实用新型的另一实施例，可以通过编程来进一步进行配置。当 程序执行时，主控制模块顺序地向至少其中之一的至少一个的从属模 块传送程序规定的某些控制命令，因此使从属模块在功能上实现可编 程。本实用新型的又一实施例，另外还被设置来接收来自外部源的至 少一条的编程指令。当指令执行时，使主控制模块向至少其中之一的 至少一个的从属模块传送程序规定的某些控制命令，因此使从属模块 在功能上实现可编程。在本实用新型的再一实施例中，两个或更多的至少一个的从属模 块是电压转换模块，并且此集成电路系统另外还包含耦合装置或连接 器，设置这些耦合装置或连接器以把每个电压转换器模块的电源输出 合并成一个至少部分地在主控制模块的命令控制之下的组合电压转 换模块。由于本实用新型是可扩展且可编程的电源管理集成电路系统是， 因此在不改变电路、版图或者现有模块的布置的情况下，能够通过在 原有芯片上增加模块来增加额外的功能，这与不得不重新设计集成电
路芯片的版图相比，显然是更容易且更廉价。本实用新型的其它特性、优点和目标将在紧接着的详细描述中变 得更加明白且更容易理解。应该结合随附的图形一起阅读详细描述。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细说明。图l是现有技术的典型电源管理集成电路的框图；图2是依照本实用新型的一个实施例的可扩展且可编程电源管 理集成电路系统的框图；图3是依照本实用新型的一个实施例的在内部通信网络中串行 通信的信号系列示意图；图4是依照本实用新型的一个实施例，连接到从属模块的内部通 信网络的示意图；图5是依照本实用新型的实施例，可扩展且可编程的电源管理集 成电路的每一个从属模块中的接收逻辑的示意图。
具体实施方式
在下文，参考附图来讨论实用新型的实施例。然而，所属本领域 的技术人员容易地意识到，在本实用新型延伸超出这些有限的实施例 时，在这里给出的关于图形的详细描述是出于说明典型示例的目的。 例如，应该意识到，按照本实用新型的教导和启示，所属本领域的技 术人员将认识到，有各种各样的可替代的且适合的方法，取决于特定 应用的需要，可以实现任何在这里给出的详细描述的功能，这些已经 超出了以下描述和展现的实施例的特定的实现选择。也就是说，有许多本实用新型的变形和变种，由于太多而不能一一罗列出来，但是所 有这些都落在本实用新型的范围之内。同样，单数形式的词语也应当看作复数形式，反之亦然；阳性词也应当看作阴性词，反之亦然；在 这里，适当的、替代的实施例，没有示意这两者是相互排斥。因此， 这里的明确而详细的实用新型不应该理解成限定，而应该理解为权利 要求的要素及理解成代表性的要素，是给所属本领域的技术人员教导 和启示在实际的任何适当详细的系统、结构或方式中应用本实用新型 的代表性要素。另外，本申请所指的构件是指具有某种功能或能够实 现某种功能的元器件或电路，比如网络构件可以是下文中的互联网络 25 (图2)，控制构件可以是下文中的主控制器模块21 (图2)，使所 述功率转换装置在功能上可编程的构件可以是下文中的配置寄存器 55 (图5)，把每一个功率转换装置的功率输出合并成一个组合的功 率转换器模块的构件可以是下文中的电压转换器等等。现在我们参考其中用随附的图形来说明的实施例来详细地描述 本实用新型。图2是依照本实用新型的实施例， 一个可扩展且可编程的电源管 理集成电路22的框图。电源管理集成电路22包含多种通过内部通信 网络26与可配置的互联网络25连接在一起的模块。在本实施例中， 主控制模块21与多种多样的从属模块24和芯片外的装置通信。主控 制模块21与之通信的芯片外装置的例子，包括但不限于各种微处理 器、微控制器、媒体处理器、中央处理器(CPUs)、图形处理器(GTOs)、 数字信号处理器(DSPs)，等等。从属模块24可能包括但不限于线性 整流器从属模块，开关转换器从属模块，电池管理模块，和模拟/数 字输入输出从属模块，以及可实现功能诸如但不限于电源功能，电池 充电、保护和管理功能，模数及数模数据转换器，和通用模拟和数字 的输入输出功能。本实施例还包括但不限于至少一个给芯片外的负载 提供电源的模块。本实施例还包括但不限于电压转换构件诸如线性整 流器、升压转换器、降压转换器或者电荷泵转换器。当芯片上电时，所有的模块和互联网络都优先地设置成默认配 置，可通过各种已知的方法，比如但不限于金属掩膜编程， 一次编程， 或电可擦除存储器(EEPR0M)编程来确定默认的配置。所属本领域的 技术人员都很熟悉这些编程方法。在优选实施例中，通过芯片外的命 令接口 (如所示的串行通信接口)把命令发给主控制器模块，以设置 和编程电源管理集成电路22。芯片外串行接口的典范是，但不限于， 由菲利浦半导体开发的、所属本领域的技术人员都熟悉的12C总线。 命令接口准确的特性并不重要，重要的是能够适时地向主控制器模块 21发送命令。尽管展示的是有线的串行接口，但是，按照本实用新 型的教导和启示，所属本领域的技术人员都将容易认识到，有各种各 样可供选择的且合适的命令接口和协议可以代替实现接口功能。例 如，其它合适的接口和协议包括SMBus， PMBus， SPI，微波， 一线总 线，及各种其它的多线总线串行接口 ，还有有线的并行数据总线接口 ， 光纤和射频接口。
在其它的实施例中(没有示出)，命令接口可用适合向主控制器模块21提供命令的内部模块来代替，比如，但不限于，主控制器模块 能够读取所存储的命令的板上可编程存储器模块。图3依照本实用新型的实施例，分析了在内部通信网络26中串 行通信的信号系列的典范。正如图2中所示的例子，主控制器模块 21通过内部通信网络26与芯片上的从属模块24通信。本实施例包 含三个串行通信的信号内部通信的地址信号(ICADDR)，内部通信 的数据信号(ICDATA)及内部通信的同步时钟信号(ICSYNC)。主控 制器21向ICADDR线发出一个START命令来初始化数据的传输。这个 命令在ICDATA线也开始配置第一个模块，也就是地址1的模块中的 寄存器23。在完成了向地址l的模块写配置位之后，ICADDR信号发 出NEXT命令，递增地址到在ICDATA线上的下一个模块，也就是地址 2的模块，等等。内部通信网络的准确结构或者协议通常并不重要， 重要的是能够适时地向从属模块发送模块数据。取决于特定应用的需 要，所属本领域的技术人员，按照本实用新型的教导和启示，将认识 到，有各种各样替换的且适合的内部通信协议可以实现内部通信。这 些变化也许包括但不限于更少的或者更多的信号，其它的模块寻址形 式，实现从主控制器向电源模块串行传送配置数据的相同功能。这样 的替代实施例涵盖于本实用新型的精神和范围之内。图4是依照本实用新型的实施例，连接到从属模块41的内部通信 网络的示意图。正如图中例子所示，ICSYNC线，ICADDR线和ICDATA 线都连接到每一个从属模块41上。ICSYNC线载送ICSYNC信号。ICADDR 线载送ICADDR信号，ICDATA线载送ICDATA信号。在本实施例中， 幵始(START)命令是两个时钟宽度的脉冲，下一个(NEXT)命令是 一个时钟宽度的脉冲。尽管所示的是有线串行接口，但是，所属本领 域的技术人员，按照本实用新型的教导和启示，将容易认识到，有各 种各样替代的且适合的内部通信网络的结构或协议可以替代实现内 部通信，这取决于特定应用的需要。例如，但不限于，其它适合的接 口和协议包括各种一线或多线的串行总线接口，还有，各种并行数据 总线接口。图5示出了依照本实用新型的实施例，在可扩展且可编程的电源 管理集成电路中的每一个从属模块的接收逻辑的示意图。在本实施例 中，这个逻辑包含触发寄存器51、与非门52、状态机54和配置寄存 器55。在本实施例中，每一模块都包含各种各样的确定模块运行和 参数特性的配置寄存器55。通过响应可配置互联网络的适当的信号 来实现可编程的能力。其中，DIN是数据输入引脚。当检测到START命令时，重置状态机54的状态。如果从属模块是 第一个地址，也就地址l，状态机54重置以驱动ENABLE (允许)输 出为高，允许配置寄存器55移动数据位。如果从属模块是下一个地 址，也就是地址2，状态机54重置到DISABLE (禁止)状态。当检测 到NEXT (下一个)命令时，地址1的模块的状态机54的状态将变为 DISABLE (禁止)状态，下一地址的模块的状态机54的状态将变为ENABLE (允许)状态。这一过程递增地重复到其它高地址的模块。于 是数据位就被移到配置寄存器55中。所属本领域的技术人员，按照 本实用新型的教导和启示，将容易认识到，有各种各样替代的且适合 的适用于每一从属模块的接收器逻辑或解码技术可以替代实现接收 和解码，这取决于特定应用的需要。再次回到图2，在本实施例中，主控制器模块21包含但不限于 以下功能电压电平和电池能量水平的检测，基准和参考电压的生成， 温度检测，时钟发生器，起动时序及控制，关机时序及控制，芯片外 装置的串行接口，芯片上模块的内部通信。从属模块24可以是各种 类型的模块包括但不限于线性整流器从属模块，开关转换器从属模 块，模数和数模数据转换器，定时电路，实时时钟，音频和视频控制 器及其驱动，接口电路，通信电路，以及通用模拟或数字的输入输出 从属模块。线性整流器从属模块每一个都更好地有连接至输入打线点，及一 个或多个输出打线点。每个线性整流器从属模块都能够编程为开(ON) 或关(OFF)和正常或待机模式。此外，输出电压和电流限额能够根 据负载的需要设置成适当的值。在本实施例中，输出电压范围从O. 5V 到5V。电流限额范围从50mA到300mA。请注意，本实施例说明的任 何电压或电流值仅是简单地作为一种典型示例来提供，其可设定任何 合适范围的值，这取决于特定应用的需要。每个开关转换器从属模块都有一个电源打线点， 一个电源地打线点， 一个电感打线点，和一个反馈打线点。每个开关模块都可以编程为开(ON)或关(OFF)和正常或待机模式，以及升压或降压模式。 此外，输出电压和电流限额能够根据负载需要设置成适当的值。在本 实施例中，输出电压范围从0.5V到5V，电流限额范围从0.5A到2A。另外，开关时钟频率能够调整为主控制器同步时钟频率的几分之 一或者是几倍，同时开关时钟的相移能够调整为主控制器同步时钟周 期的几分之一的分辨率。在本实施例中，每个通用模拟或数字输入输出从属模块都有一组 或多组的通用输入输出打线点。每个打线点都能够设置成要输入或输 出和禁止或允许。另外，在打线点设置成输入的情况下，来自打线点 的信号能够在模块内部处理或者通过可配置互联网络25传送到其它 模块。本实施例的结构是可扩展的，在不改变电路、版图或者现有模块 的布置的情况下，能够通过在原有芯片上增加模块来增加额外的功 能。任何增加的从属模块，遵循相同的与内部通信网络和互连网络接 口的协议，都能够被访问而不影响其它模块的功能。在本实施例中， 每一个从属模块都是设计成遵循一定几何形状的有标准化区域的版 图，其包含到内部通信网络以及互连网络的接口电路。连线的标准网 络，形成内部通信网络和互连网络，贯穿集成电路的芯片版图。如果 需要更多的功能，那么就简单地把更多的从属模块放置在网络中。这 些模块是所属本领域的技术人员很好地理解的设计且是先前己经成
功制造和测试过的。用这种方法，本实用新型的结构鼓励重新利用知 识产权(IP)。另外，这种结构，与最先进的晶圆级封装技术一起， 普遍地使由于定制打线点的放置和版图的改变引起的功能或者参数 的改变或者失效的风险最小化。这是可能的，因为球形栅格阵列技术 允许模块布置在固定间隔的芯片区域，在球形栅格阵列的球体位置上 与打线点结合在一起。尽管没有示出，但是涵盖地本实用新型的替代实施例中，两个或 者更多的从属模块能够以互相作用的方式配置成一个单一的模块。作为例子，但不限于，如果一个原有的集成电路设计规定了产生1A电 流的开关整流器模块，但是后来的集成电路版本需要2A的电流输出 能力，那么如果原有的集成电路配置成带有两个闲置的0.5A的开关 整流器从属模块，这样，不改变任何芯片版图，它们的输出就能够全 部和原来的1A的整流器结合在一起，达到后来需要的2A的整流规格。 配置所有上述的开关整流器从属模块以相同的或协同的开关频率和 相位开关，并响应相同的电压调整反馈环路的误差信号来实现这种结 合。在典型的应用中，仅连线层可能是不得不要重做的，这与不得不 重新设计集成电路芯片的版图相比，显然是更容易且更廉价的任务。 此外，在本实用新型的另外其它实施例中(没有示出)，额外的一层 可编程层涵盖于本实用新型，这一层可编程层接收从属模块输出且可 编程地把它们的任何组合结合起来的以实现满足特殊规格或功能的 一定的组合输出。在已经全面地描述了本实用新型的至少一个的实施例之后，根据
本实用新型，实现一种可扩展且可编程的电源管理集成电路的其它等 效或替代的构件对所属本领域的技术人员来说是显而易见的。已经在 上面通过阐述的方式描述了本实用新型，特殊实施例的实用新型并不 意味着把本实用新型限定于特定形式的实用新型。
权利要求1、一种可扩展且可编程的电源管理的集成电路系统，其特征在于，其包含一个主控制器模块；一个通信网络，其能够与上述的主控制器模块通信；和至少一个从属模块，所述从属模块能够与所述的通信网络通信，配置所述从属模块用于实现至少一种电源管理或转换的功能，此功能至少部分地受到由所述主控制器模块发送给所述从属模块的至少一条控制命令的控制，收到的所述控制命令是通过所述的通信网络来传送和接收的。
2、 根据权利要求1所述的集成电路系统，其特征在于，所述的 从属模块包含至少一个给不属于所述集成电路系统部分的负载提供 电源的从属模块。
3、 根据权利要求1所述的集成电路系统，其特征在于，所述的 从属模块包含至少一个给属于所述集成电路系统部分的负载提供电 源的从属模块。
4、 根据权利要求1所述的集成电路系统，其特征在于，所述主 控制器模块顺序地向至少其中之一的所述从属模块传送控制命令，使 所述的从属模块在功能上实现可编程。
5、 根据权利要求1所述的集成电路系统，其特征在于，配置所 述的系统以接收来自外部源的至少一条的编程指令，当编程指令运行 时，所述主控制器模块向至少其中之一的所述从属模块传送所述程序 规定的某些控制命令，使所述的从属模块在功能上实现可编程。
6、 根据权利要求1所述的集成电路系统，其特征在于，至少其 中之一所述从属模块包含电压转换装置。
7、 根据权利要求6所述的集成电路系统，其特征在于，所述的 电压转换装置是电荷泵转换器、线性电压整流器、升压整流器、或者 降压整流器。
8、 根据权利要求1所述的集成电路系统，其特征在于，其中两 个或更多的所述从属模块是电压转换模块，而且所述集成电路系统另 外还包括耦合装置或连接器，配置这些耦合装置或连接器用来把所述 每个电压转换器模块的电源输出合并成一个组合电压转换模块，此组 合电压转换模块至少部分地在所述主控制模块的命令控制之下。
9、 根据权利要求1所述的集成电路系统，其特征在于，所述的 通信网络是串行或者并行的通信网络。
10、 根据权利要求1所述的集成电路系统，其特征在于，所述 的控制命令是数字编码的，且所述从属模块的至少其中之一包含一个 数字配置接口 ，此数字配置接口接收所述控制命令和能够解码所述的 至少其中之一的控制命令并直接或间接地控制所述从属模块的某一 方面。
11、 一种可扩展且可编程的电源管理的可配置的集成电路系 统，其特征在于，其包含-一个主控制器模块，其能够传送至少一条数字编码的控制命令； 一个串行通信网络，其能够与所述主控制器模块通信，从而所述 控制命令能够通过所述的串行通信网络传送；和至少一个从属模块，其与所述通信网络通信，用于接收所述控制 命令，所述从属模块配置有数字配置接口，该数字配置接口接收和解 码所述控制命令来直接或间接地控制一个电压转换器的功能，该功能 至少部分地基于接收到的来自所述主控制模块的控制命令。
12、 根据权利要求11所述的集成电路系统，其特征在于，所述 的从属模块包含电荷泵转换器，线性电压整流器，升压整流器，与/ 或降压整流器。
13、 根据权利要求11所述的集成电路系统，其特征在于，所述 系统配置了一条程序，当该程序运行时，所述主控制器模块顺序地向 至少其中之一的所述从属模块传送所述程序规定的某些控制命令，因 此使所述的从属模块在功能上实现可编程。
14、 根据权利要求11所述的集成电路系统，其特征在于，配置 所述的系统以接收来自外部源的至少一条的编程指令，当该编程指令 运行时，使所述主控制器模块向至少其中之一的所述从属模块传送所 述程序规定的某些控制命令，因此使所述从属模块在功能上实现可编 程。
15、 根据权利要求11所述的集成电路系统，其特征在于，其中 两个或更多的所述至少一个的从属模块是电压转换模块，而且所述集 成电路系统另外还包括耦合装置或连接器，配置这些耦合装置或连接 器用来把每个电压转换器模块的电源输出合并成一个组合电压转换 模块，此组合电压转换模块至少部分地在所述主控制模块的命令控制2
16、 一种可扩展且可编程的电源管理的集成电路系统，其特征 在于，其包含至少一个的功率转换装置，其配置有控制至少其中一方面的控制 构件；组成所述至少一个功率转换装置的网络构件；和， 配合所述至少一个的功率转换装置的实时行为的控制构件，此功率转换装置至少部分地基于所述的网络构件和所述的功率转换装置的控制构件。
17、 根据权利要求16所述的集成电路系统，其特征在于，其另 外还包含使所述功率转换装置在功能上可编程的构件。
18、 根据权利要求16所述的集成电路系统，其特征在于，所述 的功率转换装置是电荷泵转换器、线性电压整流器、升压整流器或降 压整流器。
19、 根据权利要求16所述的集成电路系统，其特征在于，其另 外还包含把每一个功率转换装置的功率输出合并成一个组合的功率 转换器模块的构件，此模块至少部分地在所述配合构件的命令控制之 下。
专利摘要本实用新型公开了一种可扩展且可编程的电源管理集成电路系统。其包含一个主控制器模块和多种多样的包括电源功能、电池管理功能以及模拟和数字输入输出功能的从属模块。主控制模块通过通信网络写数据到从属模块的配置寄存器来配置从属模块。每一个模块都包含多种多样的决定模块运行和参数特征的配置寄存器。通过配置模块以响应在可配置的互连网络上的适当的信号来实现可编程。
文档编号G05B19/05GK201215625SQ200820055830
公开日2009年4月1日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者黄树良 申请人:技领半导体(上海)有限公司;技领半导体国际股份有限公司