专利名称：提供基准信号的集成电路、装置及其方法
技术领域：
本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种提供基准信号的集成电路、装置以及方法。
背景技术：
电子器件中的调节器通过前馈设计或负反馈控制回路，自动保持恒定的输出信号，例如电压或电流信号。图1所示为典型的线性电压调节器100。在图1所示的例子中，包括误差放大器102和晶体管104的反馈控制回路，具有足够大的增益，从而将反馈电压Vfb调节至误差放大器102同相端的恒定的或外部预设的基准电压V,ef。如果误差放大器102的反相端的电压低于基准电压V,ef时，误差放大器102将输出更大的电流以驱动晶体管104。通过分压器106和108，可提供在基准电压V,ef和输入电压Vin之间的任意的输出电压Vwt。在电压调节器100的启动阶段，具有固定压摆率的基准信号发生器110，可控地将基准电压Vref向预设电压Vsrt升高，并在转入稳定阶段时，将基准电压提高到预设电压vsrt。其中在启动阶段，基准信号发生器110的第一开关112接通，第二开关114断开，电流源116以恒定充电电流I。持续对电容118充电。在电容118 —端的基准电压VMf的压摆率为固定值，由充电电流I。和电容118决定。在稳定阶段，第一开关112断开，第二开关114接通，这样，基准电压保持为预设电压Vsrt。在理想情况下，通过控制基准电压Nref的压摆率在电压调节器100的反馈控制回路的带宽内，反馈电压Vfb和最终的输出电压Vrat跟随基准电压Vref增加至预设电压vsrt，而只有极小的过冲或没有过冲。然而，在实际情况中，如图2A和图2B所示，电压调节器100中的输入电压Vin或供电电压Vdda的压摆率低于使输出电压Vwt跟随基准电压Vref所需的合适的压摆率，输出电压Vrat受到输入电压Vin或供电电压Vdda的约束，使输出电压Vtjut不能被基准电压Vref调节，并引起了调节器100中的反馈控制回路的饱和。如图2A所示的例子中，输出电压Vrat受到输入电压Vin的约束，而无法跟随基准电压VMf。在图2B所示的例子中，因为误差放大器102没有足够的裕度(例如，Vdda太低)来调节输出电压Vrat,从而输出电压Vout无法跟随基准电压VMf。合适地调节输出电压Vrat需要两个条件:(I)输入电压Vin大于输出电压Vrat (Vin)Vout) ； (2)供电电压Vdda大于输出电压Vtjut加上误差放大器102的裕度电压\ead_ (即Vdda>V0Ut+Vheadr00ffl)o当图2A中的输入电压Vin或图2B中的供电电压Vdda最终超过合适调节输出电压Vrat至预设电压Vs6t的需求电压时，调节器100中的反馈控制回路将重新进行调节。然而，如图2A和图2B所示，在这个过程，可能出现过冲，即输出电压Vwt在一个短暂的时期内超过预设电压Vsrt，而这是对过冲敏感的设备(例如处理器)所不希望的。在此短暂时期，电压调节器100的反馈控制回路离开饱和状态，试图进入调节状态。可以理解尽管如图1所示的是电压调节器100，同样的过冲问题也可能出现在电流调节器上。例如在电流调节器的启动阶段时，基准电压信号的压摆率快于输入电压信号或供电电压信号的压摆率时，由反馈控制回路调节的输出电流信号将会出现过冲现象。已知的解决过冲问题的方法包括:(1)设计使基准信号的压摆率慢于输入信号的压摆率，和(2)根据已知输入信号的压摆率，添加外部电容。对于前一种解决方法，它通常需要占用更多的硅面积，以降低基准信号的压摆率，同时还可能遇到实现最低压摆率的限制。对于后一种解决方法，它要求使用额外的外部电容和I/O接口，则费用较高。同时，如果输入信号的压摆率低于基于选择的电容所确定的合适值，过冲现象仍然会发生。此外，如果调节器的输入信号具有浮动较大的上升时间，则以上两种解决方法都不能解决问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种用于提供基准信号的集成电路、装置及方法，以使调节器的输出信号跟随基准信号，避免输出信号出现过冲。为解决上述问题，本发明提供了一种集成电路。所述集成电路包括比较电路和与比较电路耦合的第一基准信号调整器。所述比较电路用于根据所述调节器的约束信号和所述基准信号之间的差值，输出控制信号。所述第一基准信号调整器，用于根据所述控制信号调整所述基准信号，使所述调节器处于启动阶段时，所述基准信号增加至预设电压，且不会引起所述调节器的反馈控制回路的饱和。本发明还提供一种用于产生基准信号的装置，所述装置包括调节器、电源以及自适应基准信号发生器。所述调节器用于提供输出信号，并根据所述基准信号将所述输出信号调节至特定值。所述电源与所述调节器耦合，用于给所述调节器提供约束信号。所述自适应基准信号发生器与所述调节器耦合，用于根据所述约束信号产生所述基准信号，所述基准信号将所述调节器的反馈控制回路保持在不饱和状态。本发明还提供了一种用于给调节器提供基准信号的方法，所述方法包括:接收所述调节器的约束信号；根据所述约束信号和所述基准信号之间的差值，输出控制信号；以及根据所述控制信号调节所述基准信号，使所述调节器处于启动阶段时，所述基准信号增加至预设电压，且所述基准信号将所述调节器中的反馈控制回路保持在不饱和状态。本发明还提供了一种计算机可读媒介，存储由一个或多个集成电路设计系统执行的指令，并控制该一个或多个集成电路设计系统，以设计一种集成电路，所述集成电路包括:比较电路，用于根据调节器的约束信号和基准信号之间的差值，输出控制信号；第一基准信号调整器，与所述比较电路耦合，用于根据所述控制信号调节所述基准信号，使当所述调节器处于启动阶段时，所述基准信号增加至预设电压，而不会使所述调节器的反馈控制回路饱和。本发明的给调节器提供基准信号的集成电路、装置及方法，利用调节器的约束信号和基准信号之间的差值来调节基准信号，使调节器的输出信号跟随基准信号，可以有效地避免输出信号出现过冲现象，进而使调节器从启动阶段到稳定阶段的过渡更加平滑。
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。图1所示为典型的电压调节器和具有固定压摆率的基准信号发生器的电路图；图2A和图2B所示为图1中的基准电压、输入电压、供电电压和输出电压的时序图3所示为根据本发明一个实施例的包括自适应基准信号发生器的装置的框图；图4所示为根据本发明一个实施例的自适应基准信号发生器的框图；图5所示为根据本发明一个实施例的自适应基准信号发生器的电路图；图6所示为根据本发明一个实施例的图5中的基准电压、输入电压、输出电压和控制信号的时序图；图7所示为根据本发明另一个实施例的自适应基准信号发生器的电路图；图8所示为根据本发明又一个实施例的自适应基准信号发生器的电路图；图9所示为根据本发明一个实施例的图8中的基准电压、输入电压、输出电压和控制信号的时序图；图10所示为根据本发明再一个实施例的自适应基准信号发生器的电路图；图11所示为根据本发明又再一个实施例的自适应基准信号发生器的电路图；图12所示为根据本发明一个实施例的用于给调节器提供基准信号的方法流程图。
具体实施例方式以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式
中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。本发明提供了一种用于给调节器(如电压调节器或电流调节器)提供基准信号的集成电路及方法。与如图1所示的固定的或外部预设的基准信号相比，本发明的自适应基准信号确保基准信号的压摆率位于调节器的反馈控制回路的带宽内，因此当调节器的输入电压或供电电压具有较慢的压摆率时，避免了在启动阶段后期发生过冲现象。此外，该基准信号以自适应方式产生，从而在不需要额外的外部元件或硅面积的情况下，适应输入电压或供电电压的较宽的可变的上升时间，如从大约Ims至10ms。图3所示为根据本发明一个实施例的包括自适应基准信号发生器302的装置300的框图。装置300可为任何合适的电子设备，例如可以为，但不限制于笔记本电脑、台式电脑、上网本、媒体中心、数码相机、数码摄像机、手持式设备(例如智能或非智能手机、平板电脑等)、电子游戏机、机顶盒、电视机、打印机或任何其他合适的设备。装置300包括调节器304、电路306和电源308。调节器304可以为具有反馈控制回路的任何合适的电压调节器或电流调节器。反馈控制回路将调节器304的输出电压Vtjut或输出电流Iwt维持在一个特定值。例如，调节器304可为标准的线性电压调节器、低压差线性电压调节器、开关电压调节器、晶体管电流调节器等。调节器304的反馈控制回路通过接收自适应基准信号发生器302提供的具有合适值(例如具有合适的压摆率和上升时间)的基准电压V,ef来保持不饱和状态。电路306与调节器304耦合，可以为任何合适的集成或分离电路，用于接收从调节器304输出的调节后的输出信号Vout或Itjut,并在一定程度上基于输出信号Vrat或Irat执行一个或多个功能。在如图3所不的例子中，电路306包括任何对过冲敏感的电路，可以为，但不限于处理器。此处，电路包括任何可以执行预期功能的电路，可以为模拟电路、数字电路、数模混合电路或任何合适的电路。电源308与调节器304耦合，负责为调节器304提供约束信号，例如输入电压Vin或供电电压Vdda。约束信号包括任何具有缓慢或变化压摆率的信号，用于限制调节器304通过反馈控制回路，调节输出信号Vwt或Iwt，从而限制输出信号Vtjut或U跟随基准电压VMf。在一个实施例中，电源308包括直流电源(例如电池)、电源管理单元(例如直流-直流转换器)等，用于提供具有缓慢或变化压摆率(上升时间)的约束信号Vin或Vdda。电源308提供的约束信号Vin或Vdda的上升时间在Ims到IOms的变化范围内。在另一个实施例中，电源308包括交流电源或交流-直流(AC-DC)转换器等。自适应基准信号发生器302与调节器304耦合，用于根据约束信号Vin或Vdda产生基准电压VMf。例如自适应基准信号发生器302将基准电压Vref的上升时间或压摆率调整为适应约束信号Vin或Vdda的上升时间或压摆率。自适应基准信号发生器302降低基准电压\ef的上升速率以跟随约束信号Vin或Vdda的压摆率，同时通过反馈控制回路将压摆率保持在最大压摆率以避免过冲。装置300还可以包括任何合适的组件，例如，显示器、一个或多个存储器、交互界面、监测模块或任何合适的I/O模块等。图4所示为根据本发明一个实施例的图3中装置300的自适应基准信号发生器302的框图。图4中与图3编号相同的部件具有类似的功能。自适应基准信号发生器302为包括比较电路400和第一基准信号调整器402的集成电路，其中比较电路400与第一基准信号调整器402耦合。比较电路400用于根据调节器304的约束信号Vin或Vdda与基准电压Vref之差输出控制信号\。例如，比较电路400将输入电压Vin或调节后的供电电压Vdda与基准电压Vref作比较，以确定控制信号Vg。第一基准信号调整器402用于根据控制信号Vg调整基准电压VMf，使基准电压Vref上升至预设电压Vset,并防止在调节器304的启动阶段，调节器304中的反馈控制回路饱和。在一个实施例中，当约束信号为输入电压Vin时，调整基准电压VMf使其不超过输入电压Vin。在另一个实施例中，当约束信号为供电电压Vdda时，调整基准电压VMf使其不超过调节后的供电电压Vdda,因为若超过供电电压Vdda,调节器304的反馈控制回路没有充足的裕度来调节输出信号Vout或Irat而导致反馈控制回路饱和。比较电路400输出的控制信号Vg追踪了基准电压Vref与约束信号Vin或Vdda之间的差值，并基于此，在基准电压Vref接近达到约束信号Vin或Vdda时，降低基准电压Vref的压摆率。换言之，比较电路400和第一基准信号调整器402组成反馈控制回路，以避免基准电压VMf超过约束信号Vin或Vdda。这样，在启动阶段，调节器304中的反馈控制回路不会饱和，在启动阶段结束时，输出信号Vout或U也不会出现过冲现象。在图4所示的实施例中，自适应基准信号发生器302还包括耦合于第一基准信号调整器402的第二基准信号调整器404，用于当调节器304处于稳定阶段时，将基准电压Vref保持在预设电压Vsrt。换言之，基准电压Vref的最大值被限制在预设电压Nset，并在调节器304转入稳定阶段时，基准电压Vref达到预设电压Vset。与如图1所示的现有解决方案相比，由于本发明中的基准电压Vref的压摆率在启动阶段保持跟随约束信号Vin或Vdda的压摆率，因此本发明使调节器304从启动阶段到稳定阶段的过渡更加平滑。图5所示为根据本发明一个实施例的图4中的自适应基准信号发生器302的电路图。图5中与图4编号相同的部件具有类似的功能。在图5所示的实施例中，约束信号为调节器304的输入电压Vin。比较电路400包括误差放大器504。误差放大器504的同相端接收输入电压Vin，反相端接收基准电压VMf，输出端输出控制信号Vgl。在图5所示的实施例中，自适应基准信号发生器302包括第一基准信号调整器500，用于通过调整给电容506充电的电流I。，来调整基准电压V,ef的压摆率。第一基准信号调整器500包括电容506，由充电电流I。充电时，电容506负责提供基准电压V,ef。在一个实施例中，电容506的容量大约在IOpF到IOOpF的范围内。在其他一些实施例中，可以采用其他具有不同容量的电容，也可以采用多个电容，或任何能量存储元件。第一基准信号调整器500还包括与电容506耦合的充电控制器508。充电控制器508根据比较电路400输出的控制信号Vgl来调节电容506的充电，进而控制基准电压VMf的压摆率。在图5所示的实施例中，充电控制器508包括用于产生恒流信号Itl的电流源510和晶体管512 (例如N沟道MOSFET)，晶体管512三端分别与比较电路400、电流源510和电容506耦合。在图5所示的实施例中，输入电压Vin的压摆率在Ims到IOms的范围内，电容506的容量在IOpF到IOOpF的范围内，根据预设电压Nset’恒流信号I。在IOnA到IOOnA的范围内。晶体管512充当电流源510和电容506之间的开关，用于根据控制信号Vgl调整充电电流I。。晶体管512的栅极与误差放大器504的输出端耦合，以使控制信号Vgl控制晶体管512的栅极电压。如果基准电压Vref不超过在误差放大器504同相端的输入电压Vin，晶体管512的栅极接收的控制信号Vgl使晶体管512工作在饱和状态，这样给电容506充电的充电电流I。
基本等于恒流信号Itltj基准电压Vref的压摆率为
权利要求
1.一种集成电路，用于给调节器提供基准信号，其特征在于，所述集成电路包括: 比较电路，用于根据所述调节器的约束信号和所述基准信号之间的差值，输出控制信号；以及 第一基准信号调整器，与所述比较电路耦合，用于根据所述控制信号调整所述基准信号，使所述调节器处于启动阶段时，所述基准信号增加至预设电压，且不会引起所述调节器中的反馈控制回路的饱和。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述第一基准信号调整器包括: 电容，用于提供所述基准信号；以及 充电控制器，与所述电容耦合，用于根据所述比较电路输出的所述控制信号，调节所述电容的充电电流，以控制所述基准信号的压摆率。
3.根据权利要求2所述的集成电路，其特征在于，所述充电控制器包括: 电流源，用于产生恒流信号；以及 晶体管，与所述比较电路、所述电流源和所述电容耦合，所述晶体管根据所述基准信号和所述约束信号之间的差值，在饱和状态和线性状态之间转换，以调节所述电容的所述充电电流。
4.根据权利要求2所述的集成电路，其特征在于，所述充电控制器包括: 电流控制器，与所述比较电路耦合，所述电流控制器被配置为: 当所述基准信号不超过 所述约束信号时，提供控制电流信号的初始值；以及当所述基准信号超过所述约束信号时，根据所述基准信号和所述约束信号之间的差值，调节所述控制电流信号；以及 电流镜，与所述电流控制器和所述电容耦合，用于产生等于所述控制电流信号的所述充电电流。
5.根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于，所述电流控制器包括: 电流源，所述电流源包括放大器、第一晶体管和电阻，所述电流源根据控制电压信号确定所述控制电流信号的所述初始值；以及 第二晶体管，与所述电流源耦合，所述第二晶体管根据所述基准信号和所述约束信号之间的差值，在饱和状态和线性状态之间转换，以调节所述控制电流信号。
6.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于， 所述约束信号包括所述调节器的输入电压信号；以及 所述第一基准信号调整器根据所述控制信号调节所述基准信号，使所述基准信号不超过所述输入电压信号。
7.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于， 所述约束信号包括所述调节器的供电电压信号，并根据所述调节器中的所述反馈控制回路的裕度要求调节所述供电电压信号；以及 所述第一基准信号调整器根据所述控制信号调节所述基准信号，使所述基准信号不超过调节后的所述供电电压信号。
8.根据权利要求2所述的集成电路，其特征在于，所述集成电路还包括: 第二基准信号调整器，与所述第一基准信号调整器耦合，用于当所述调节器在稳定状态时，将所述基准信号保持在所述预设电压。
9.根据权利要求8所述的集成电路，其特征在于，所述第二基准信号调整器充当开关模块，用于当所述基准信号超过所述预设电压减去偏置电压时，切断所述第一基准信号调整器。
10.根据权利要求8所述的集成电路，其特征在于，所述第二基准信号调整器包括提供所述预设电压的电压源，该电压源与所述充电控制器耦合，当所述电容完全充电时，所述电容的电压达到最大值，且所述最大值为所述预设电压。
11.一种用于产生基准信号的装置，其特征在于，所述装置包括: 调节器，用于提供输出信号，并根据所述基准信号将所述输出信号调节至特定值； 电源，与所述调节器耦合，用于给所述调节器提供约束信号；以及自适应基准信号发生器，与所述调节器耦合，用于根据所述约束信号，产生所述基准信号，所述基准信号将所述调节器的反馈控制回路保持在不饱和状态。
12.根据权利要求11所述的用于产生基准信号的装置，其特征在于，所述自适应信号发生器包括: 比较电路，用于根据所述约束信号和所述基准信号之间的差值，输出控制信号；以及第一基准信号调整器，与所述比较电路耦合，用于根据所述控制信号调节所述基准信号，使所述调节器处于启动阶段时，所述基准信号增加至预设电压。
13.根据权利要求12所述的用于产生基准信号的装置，其特征在于，所述第一基准信号调整器包括: 电容，用于提供所述基准信号；以及 充电控制器，与所述电容耦合，用于根据所述比较电路输出的所述控制信号，调节所述电容的充电电流，以控制所述基准信号的压摆率。
14.根据权利要求12所述的用于产生基准信号的装置，其特征在于， 所述约束信号包括所述调节器的输入电压信号；以及 所述第一基准信号调整器根据所述控制信号调节所述基准信号，使所述基准信号不超过所述输入电压信号。
15.根据权利要求12所述的用于产生基准信号的装置，其特征在于， 所述约束信号包括所述调节器的供电电压信号，并根据所述调节器中的所述反馈控制回路的裕度要求调节所述供电电压信号；以及 所述第一基准信号调整器根据所述控制信号调节所述基准信号，使所述基准信号不超过调节后的所述供电电压信号。
16.根据权利要求12所述的用于产生基准信号的装置，其特征在于，所述自适应基准信号发生器还包括第二基准信号调整器，与所述第一基准信号调整器耦合，用于当所述调节器在稳定阶段时，将所述基准信号保持在所述预设电压。
17.根据权利要求11所述的用于产生基准信号的装置，其特征在于，所述装置还包括: 与所述调节器耦合的电路，用于接收具有所述特定值的所述输出信号。
18.根据权利要求17所述的用于产生基准信号的装置，其特征在于， 所述调节器为电压调节器或电流调节器中的一种； 所述电路为处理器；以及 所述电源为电池。
19.一种用于给调节器提供基准信号的方法，其特征在于，所述方法包括: 接收所述调节器的约束信号； 根据所述约束信号和所述基准信号之间的差值，输出控制信号；以及 根据所述控制信号调节所述基准信号，使所述调节器处于启动阶段时，所述基准信号增加至预设电压，且所述基准信号将所述调节器中的反馈控制回路保持在不饱和状态。
20.根据权利要求19所述的用于给调节器提供基准信号的方法，其特征在于，所述方法还包括: 当所述调节器处于稳定阶段时，将所述基准信号保持在所述预设电压。
21.根据权利要求19所述的用于给调节器提供基准信号的方法，其特征在于， 所述约束信号包括所述调节器的输入电压信号；以及 根据所述控制信号调节所述基准信号，使所述基准信号不超过所述输入电压信号。
22.根据权利要求19所述的用于给调节器提供基准信号的方法，其特征在于， 所述约束信号包括所述调节器的供电电压信号，并根据所述调节器中的所述反馈控制回路的裕度要求调节所述供电电压信号；以及 根据所述控制信号调节所述基准信号，使所述基准信号不超过调节后的所述供电电压信号。
23.一种计算机可读媒介，存储由一个或多个集成电路设计系统执行的指令，并控制该一个或多个集成电路设计系统，以设计一种集成电路，其特征在于，所述集成电路包括: 比较电路，用于根据调节器的约束信号和基准信号之间的差值，输出控制信号；以及 第一基准信号调整器，与所述比较电路耦合，用于根据所述控制信号调节所述基准信号，使所述调节器处于启动阶段时，所述基准信号增加至预设电压，且不会引起所述调节器中的反馈控制回路的饱和。
全文摘要
本发明公开了一种提供基准信号的集成电路、装置及其方法。集成电路包括比较电路和与比较电路耦合的第一基准信号调整器。比较电路根据调节器的约束信号和基准信号之间的差值，输出控制信号。第一基准信号调整器根据控制信号调整基准信号，使调节器处于启动阶段时，基准信号增加至预设电压，且不会引起调节器的反馈控制回路的饱和。本发明用于给调节器提供基准信号的集成电路、装置及方法，使调节器的输出信号跟随基准信号，可以有效地避免输出信号出现过冲现象。
文档编号G05F1/56GK103163928SQ201210363980
公开日2013年6月19日 申请日期2012年9月26日 优先权日2011年12月19日
发明者郑清华 申请人:凹凸电子(武汉)有限公司