电容耦合的混合并联电源的制作方法
本发明的各方面通常总体上涉及电压调节，并且更具体地涉及一种用以调节电压的低压差电压调节器与开关模式电源的电容耦合并联组合。
背景技术：
诸如移动电话等高级电子设备的很多功能在片上系统(soc)集成电路中实现。soc消耗随着其执行的操作的数目和种类而改变的电流。在电流或功率方面对元件的描述在通过相应的电压进行缩放之后是可互换的。所执行的操作可以快速改变，例如几纳秒。电流消耗的变化可能很大，例如几安培。这导致可能以干扰soc的操作的大的电流时间导数(di/dt)。
配电网络向soc供应功率，例如作为电压源。soc可以封装在可以安装在诸如印刷电路板等互连基底上的集成电路封装件中，用于与包括例如电源和电池在内的其他部件的连接。配电网络包括通过印刷电路板和集成电路封装件实现的连接。配电网络的连接可以具有大的寄生电感。该电感与大的电流时间导数组合可能会在供应给soc的电压中引起电源电压的大的尖峰状下降，也称为下降。下降可能太大而到妨碍设备的正常操作。
供应给soc的电压电平通常增加(其可以称为保护带)电压降的量，因此“下降后的”电压足以实现soc的正常操作。对电压电平设置保护带增加了功耗，并且是不期望的，例如，由于温度的升高和电池持续时间的减少。一些现有的系统已经尝试降低电压降，例如通过降低配电网络中的电感或者在soc上或附近添加去耦合电容器。例如，可以在pdn的布线期间添加外部陆侧电容器(lsc)和嵌入式无源基底(eps)电容器。增加的去耦合电容器可能只会稍微降低电压降。另外，它们的尺寸和成本可能令人望而却步。
技术实现要素：
在一个方面，提供了一种混合并联电源，其包括：第一电源，连接到电源轨并且被配置为经由电源轨向负载设备供应电流，第一电源还被配置为将电源轨调节到第一目标电压电平；耦合电容器，具有耦合到电源轨的第一端子；以及电压调节器，耦合到耦合电容器的第二端子，电压调节器被配置为将电源轨调节到第二目标电压电平。
在一个方面，提供了一种用于向负载设备供电的方法。该方法包括：经由电源轨以第一目标电压电平从电源向负载设备供应电流；以及经由耦合电容器以第二目标电压电平从电压调节器向负载设备供应电流。
在一个方面，提供了一种混合并联电源，其包括：用于供应功率的第一装置，连接到电源轨并且被配置为经由电源轨以第一目标电压电平向负载设备供应电流；耦合电容器，具有耦合到电源轨的第一端子；用于调节电压的装置，耦合到耦合电容器的第二端子并且被配置为将电源轨调节到第二目标电压电平。
从以下通过举例的方式说明本发明的各方面的描述中，本发明的其他特征和优点应当是显而易见的。
附图说明
关于其结构和操作的本发明的细节可以通过研究附图来收集，其中相同的附图标记表示相同的部分，并且在附图中：
图1是配电网络的模型的示意图；
图2是时域中的配电网络的下降特性的曲线图；
图3是频域中的配电网络的阻抗的曲线图；
图4是开关模式电源和低压差电压调节器的频率响应的曲线图；
图5是根据当前公开的实施例的具有电容耦合的混合并联电源的电子系统的功能框图；
图6是根据当前公开的实施例的具有电容耦合的混合并联电源的电子系统的功能框图；
图7是根据当前公开的实施例的具有电容耦合的混合并联电源的电子系统的功能框图；
图8是根据当前公开的实施例的混合并联电源的下降特性的时域曲线图；以及
图9是根据当前公开的实施例的向电子设备供电的过程的流程图。
具体实施方式
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，并不旨在表示可以实践本文中所描述的概念的唯一配置。详细描述包括具体细节，目的是提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在某些情况下，以简化的形式示出了众所周知的结构和部件，以避免模糊这些概念。
图1是配电网络(pdn)的模型的示意图。pdn可以分成与管芯域105、封装件域110、电源域112和电路板域115相对应的互连域。每个pdn互连域包括形成该区域的特征阻抗的电阻、电容和电感的相应组合。电阻、电容和电感可以被称为寄生元件。这些寄生元件可以被聚集成存在于安装在pdn互连域内的部件之间的等效的电阻、电容和电感分量值。例如，电路板域115可以由于在电源域112中从电池165向电源170传导电流而贡献串联电感。pdn互连域内的部件可以具有与pdn互连域的寄生元件电交互的等效的电阻、电容和电感值。
在图1的pdn模型中，电路板域115包括可以跨越互连基底的互连迹线每单位长度而聚集的电路板平面间电容125。互连迹线还贡献迹线的每单位长度而聚集的电路板等效串联电阻120和电路板等效串联电感(l-pcb)130。
电池等效阻抗包括串联在电池165与电路板域115的寄生元件之间的等效电池输出电阻175。电源域112中的电源170通过等效电池输出电阻175、电路板等效串联电阻120和电路板等效串联电感130从电池165接收功率。电源170包括等效电源输出电阻180。电源的其他阻抗可能被集总成包括串联电感、电阻和电容的等效电源输出阻抗185。电源域电感190对在电源170与封装件域110之间的布线迹线中遇到的电感进行建模。
以类似于电路板域115的方式，封装件域110包括封装件平面间电容135、封装件等效串联电感140和封装件等效串联电阻145。这些寄生元件中的每个以pdn穿过封装件域110的每单位长度而聚集。管芯域105通过等效负载阻抗150和开关等效负载阻抗155来建模。等效负载阻抗150表示不切换的soc的部分(其从配电网络的角度被称为负载)和/或处于连续或备用操作的soc电路的部分。开关等效负载阻抗155表示根据soc的特定操作被激活或去激活的soc电路的部分。开关160用符号表示开关等效负载阻抗155的开关活动。
图2是时域中的配电网络的下降特性的曲线图。将参考图1的pdn来描述下降特性，但是在其他系统中也发生类似的效应。曲线图示出了在管芯域105中的soc处的电源电压215。曲线图的y轴是电压，并且曲线图的x轴是时间。最初，soc经由电源170从电池165汲取低水平的电流。在时间250，soc切换到汲取高水平的电流。低水平的电流通过开关160在负载模型中断开来建模，并且高水平的电流通过开关160闭合来建模。最初，电源电压215(在负载处)处于额定电压电平。在时间250，由负载汲取的电流迅速增加。电流的这种增加通过流过电路板域115、封装件域110、电源域112和管芯域105的来自电池165的附加电流来满足。该路径中的电感导致电源电压215的尖峰状下降205。尖峰状下降205可能导致电源电压215下降到低于用于soc的正常操作的最低电平。例如，在一些系统中，对于在4ns时间帧内发生的2.3安培负载电流瞬变，下降特性210可能与电源电压215的18-30％的下降一样多。
图3是频域中的配电网络的阻抗的曲线图。将参考图1的配电网络来描述该曲线图；然而，其他网络导致类似的阻抗。曲线图示出了与由相应的pdn互连域中的寄生元件形成的相应的阻抗相对应的若干阻抗峰值。第一阻抗峰值305对应于管芯域105中的限流阻抗。第一阻抗峰值305可以主要与由管芯上的pdn路径的部分所看到的频率相关阻抗相关联。第一阻抗峰值305可以具有大约100mhz的中心频率，并且可以是最大阻抗峰值。第二阻抗峰值310对应于由当pdn被布线通过封装件域110时形成的寄生元件产生的限流阻抗。第二阻抗峰值310可以具有约2mhz的中心频率。第三阻抗峰值315对应于由电路板域115中的寄生元件引起的限流阻抗。第三阻抗峰值315可以具有约100-200khz的中心频率。当soc电流的变化发生在阻抗峰值的频率处或附近时，电压降的影响增加。
图1的系统包括在电池165与负载设备之间的电源170，以提供电压调节并且避免下降特性。电源170可以是开关模式电源(smps)，并且根据smps的调节能力以可用的电源电压调节程度向负载设备提供功率。smps可以在与负载设备的单独的管芯上的电路板域115内实现，并且通过电路板互连层向soc管芯(管芯域105中的负载设备)提供功率。smps从电池165接收功率。电池165通过电路板连接到smps。smps通过由通过电路板域115和封装件域110的互连路径引入的寄生元件而耦合到管芯。这些互连路径寄生元件对应于上述的封装件平面间电容135、封装件等效串联电感140、封装件等效串联电阻145和电源域电感190。
图4是开关模式电源(smps)和低压差电压调节器(ldo)的频率响应的曲线图。曲线图包括相对于频率绘制的smps频率响应405和ldo频率响应425。smps频率响应405和ldo频率响应425在图4中在输出功率方面进行绘制。也可以使用其他度量，例如电流。频率响应在低频处通常平坦，然后在较高频率处下降。smps频率响应405可以被描述为具有smps角频率410(在角频率410处，功率衰减3db(或因子2))和对应的smps带宽415。类似地，ldo频率响应425可以被描述为具有ldo角频率430和对应的ldo带宽435。
示例性smps可以具有约2mhz的带宽。通常，smps带宽415可以在smps时钟频率的大约五分之一处发生。这种带宽不足以用于smps供应可能在soc中发生的快速变化的功率需求。然而，smps适合于以高的效率来供应相对大量的电流。例如，smps可以能够以大约85％的效率来供应3.0a。
示例性ldo可以具有约600mhz的带宽。该带宽比smps带宽更适合用于提供可能在soc中发生的快速变化的功率需求。然而，ldo的效率低于smps。例如，接收1.2v输入电源电压并且产生0.9v输出的ldo将具有小于75％的效率。
图5是根据当前公开的实施例的包括电容耦合的混合并联电源的电子系统的功能框图。系统使用混合并联电源为负载设备560提供功率。混合并联电源将电源(例如，开关模式电源)与电压调节器(例如，低压差电压调节器)电容性地耦合。混合并联电源结合了开关模式电源和低压差电压调节器的有利特征。混合并联电源是功率有效的，并且可以向电流需求快速变化的负载设备(诸如智能电话soc)供应稳定的电压。
混合并联电源包括与电压调节器(“ldo”)510并联连接的第一电源(“smps1”)505。第一电源505向电源轨520供电。第一电源505用于将电源轨520调节到第一目标电压电平，例如0.9v。第一目标电压电平可以是例如使用控制寄存器可配置的。第一电源505从第一电源端子545接收功率(例如，经由电路板515上的连接而连接到图1的系统中的电池165)。第一电源505能够以高的效率向电源轨520供电。第一电源505可以是开关模式电源(smps)。
电压调节器510还经由耦合电容器575向电源轨520供电。电压调节器510用于将电源轨520调节到第二目标电压电平。第二目标电压电平可以是例如使用控制寄存器可配置的。电压调节器510具有连接到第二电源端子540的输入端，电压调节器510从第二电源端子540接收功率。电压调节器510具有连接到耦合电容器575的第一端子的输出端。耦合电容器575的第二端子连接到电源轨520。电压调节器510能够以高频响应特性向电源轨520提供电流。电压调节器510可以是低压差电压调节器(ldo)。ldo可以以低余量(输入电压与输出电压之间的差值)来操作，例如，调节1.2v的输入以产生0.9v的输出。
在实施例中，电压调节器510以ab类电流模式输出来操作。这样的电路可以具有高的带宽，例如600mhz。当电源轨520上的电压低于第二目标电压电平时，电压调节器510的ab类电流模式输出经由耦合电容器575向电源轨520(例如，向负载设备560)源送电流，当电源轨520上的电压高于第二目标电压电平时，电压调节器510的ab类电流模式输出经由耦合电容器575从电源轨520吸收电流。电压调节器510通过耦合电容器575与第一电源505电容性地隔离。由耦合电容器575提供的电容性隔离可以通过防止电压调节器510和第一电源505的不同输出电平之间的连接来保持混合并联电源的稳定性。根据某些示例性实施例，耦合电容器575可以为约100nf。此外，系统可以可靠地使用具有大的(例如，500ph)串联电感的耦合电容器来操作。
第一电源505和电压调节器510操作以调节电源轨520的电压电平。该电压调节可以被理解为监测电源轨520的电压电平，并且当电压电平不同于相应的目标电压电平时，改变驱动电源轨520的电路的操作，使得电压电平朝向目标电压电平移动。电源轨520的电压电平可以由于负载设备560的电流需求的变化以及混合并联电源的响应的限制而变化，例如由于第一电源505和电压调节器510的输出阻抗以及第一电源505和电压调节器510的响应时间。
电压调节器510将电源轨520调节到的第二目标电压电平可以与第一电源505将电源轨520调节到的第一目标电压电平不同。第二目标电压电平可以例如是小于第一目标电压电平的偏移电压。例如，在其中第一目标电压电平为0.9v的混合并联电源中，第二目标电压电平可以为0.88v。在这种布置中，第一电源505可以通过电压调节器510响应于电源轨520上的电压的变化而快速地供应或吸收电流来供应由负载设备560消耗的大部分电流。
图5的混合并联电源包括经由第二电源端子540向电压调节器510供电的第二电源(“smps2”)530。第二电源530用于将第一电源端子545驱动到第三目标电压电平。例如，可以选择第三目标电压电平以允许电压调节器510的有效操作。第三目标电压电平也可以是系统中的其他部件使用的电平。当电源轨520上的标称电平为0.9v时，第三目标电压电平可以是例如1.2v。第二电源530能够以高的效率向电压调节器510供电。第二电源530从第一电源端子545接收功率。第二电源530可以是开关模式电源。
电压调节器510和负载设备560可以在第一管芯(“管芯1”)525上制造。由于电压调节器510和负载设备560一起定位，所以电压调节器510与负载设备560之间的寄生阻抗很小。电源轨520的部分也可以在第一管芯525上制造。耦合电容器575可以在第一管芯525上或者在第一管芯525外部(例如，在电路板515或者容纳第一管芯525的集成电路封装件上)或者管芯上和外部电容器的组合上制造。板和封装件寄生阻抗基本上不会损害电压调节器510、耦合电容器575和负载设备560之间的连接。
在图5的实施例中，第一管芯525包括连接到第二电源端子540的管芯上电容器550，第二电源端子540向电压调节器510供电。管芯上电容器550可以被称为旁路电容器。管芯上电容器550可以以高频响应特性向电压调节器510供应电流。管芯上电容器550支持电压调节器510以高频响应特性向负载设备560供应电流，并且有助于减小当负载设备560的电流需求迅速变化时以其他方式在电源轨520上发生的下降特性。与电源轨520相比，由于第二电源端子540的电压较高，因此管芯上电容器550比电源轨520上的电容器存储更多的电荷。因此，电压调节器510和第一电源505的并联组合可以在没有(或具有少量)另外的电容(诸如大容量电容器、外部电容器、陆侧电容器或嵌入式无源基底(eps)电容器)的情况下操作。根据某些示例性实施例，管芯上电容器550可以为约220nf。
替代地，管芯上电容器550可以在第一管芯525外部制造，例如在电路板或集成电路封装件、或者管芯和外部电容器的组合上。管芯、封装件或电路板上的管芯上电容器550和耦合电容器575的提供可以根据相应的实现的相对成本和性能来确定。这些成本可以包括电容器、互连和封装件引脚的成本。配电网络的性能通常随着更靠近负载设备的电容而改善。
第一电源505和第二电源530可以在第二管芯(“管芯2”)535上制造。将电压调节器510与负载设备560在第一管芯525上组合并且将第一电源505与第二电源530在第二管芯上组合可以允许使用针对部件的特定要求而选择的制造工艺来制造各种部件。例如，电压调节器510和负载设备560可以使用高密度互补金属氧化物半导体(cmos)工艺来制造，cmos工艺允许很多功能由负载设备560来提供，并且第一电源505和和第二电源530可以使用允许高效率功率供应的高功率工艺来制造。第一管芯525和第二管芯535可以(直接地或者使用集成电路封装件)安装在诸如电路板515等互连基底上。在实施例中，第二管芯535可以是功率管理集成电路(pmic)。
使用混合并联电源的系统可以比使用smps、ldo或串联smps-ldo组合的系统更加功率有效。用于示例实现的混合并联电源的效率约为76％。混合并联电源还可以通过允许较小的电压保护带来降低系统功率。这在其中功率与电压平方成比例的系统(诸如cmossoc)中特别有价值。具有电压调节器510和负载设备560的soc也可以具有减少的数目的引脚，这是由于例如减少了电源轨520上的去耦合电容器的使用。
ldo和smps的并联组合结合了各个电路的特性以有效地供应功率，同时减少由快速负载电流变化引起的电压降。通常，smps可以被视为在供应负载设备的稳态电流需求时被涉及。以这种方式，负载设备的相对大的电流需求以smps的高效率来提供。通常，ldo可以被视为在响应于负载电流的变化来向负载设备供应电流时被涉及，负载电流的变化可以以其他方式导致大的电压降。也就是说，ldo对电源电压的下降迅速做出反应，并且向负载设备供应电流，直到smps能够做出反应。ldo的高带宽使得混合并联电源能够及时地提供足够的电流，从而大大降低了下降特性。此外，ldo和smps的并联组合可以允许使用简化的smps，例如，具有较少相位的smps。
图6是根据当前公开的实施例的具有电容耦合的混合并联电源的电子系统的功能框图。图6的混合并联电源总体上对应于图5的系统中的混合并联电源。因此，图6的系统的描述可以省略与图5的系统共同的细节。图6的系统包括向负载设备560供电的第一电源505和经由耦合电容器575向负载设备560供电的电压调节器510(从第二电源530接收功率)。负载设备560(其可用是包括处理器和其他电路的soc)用等效负载阻抗675a和开关等效负载阻抗675b来建模。
电压调节器510包括运算放大器610、耦合电容器575、参考转换器(“dac”)620和带隙源625。参考转换器620和带隙源625组合以产生参考电压，参考电压设置电压调节器510向电源轨520供电的第二目标电压电平。带隙源625产生几乎恒定的参考输出电压(例如，随着过程、电源电压和温度小于1％的变化)。在实施例中，带隙源625产生处于子带隙电平(例如，0.64v)的参考输出电压。参考转换器620对来自带隙源625的参考输出电压进行缩放以产生参考电压。例如，参考转换器620可以将来自带隙源625的0.64v的参考输出电压缩放11/8以产生0.88v的参考电压。参考转换器620可以是数模转换器(dac)。参考转换器620可以接收用以配置参考电压的数字输入。数字输入可以用于调节第二目标电压电平。
在替代实施例中，由电压调节器510使用的第二目标电压电平通过由参考电平模块产生的参考电平来设置。参考电平模块可以通过对电源轨520进行缩放和低通滤波来供应参考电压。以相对于电源轨520上的平均电平的缩放电平来设置第二目标电压电平可以避免对第一和第二目标电压电平之间的失配的关注。然后，当电源轨520下降到参考电压以下时，电压调节器510经由耦合电容器575向负载设备560供应电流。参考电平模块可以例如使用(相对于电源轨520的电平的第二目标电压电平的)15/16的缩放因子。滤波量可以例如基于第一电源505的带宽来选择。参考电平模块可以包括与用以提供滤波的电容器耦合的用以提供缩放的电阻分压器。电阻分压器可以是可变的，使得可以调节缩放量。滤波也可以是可调节的。
运算放大器610具有耦合到耦合电容器575的第一端子的输出端。耦合电容器575的第二端子耦合到电源轨520。耦合电容器575可以例如使用晶体管栅极电容来制造。另外地或替代地，可用使用其他电容器结构。此外，管芯、封装件和电路板电容器上的组合可以根据相应的实现的相对成本和性能来选择。这些成本可以包括电容器、互连和封装件引脚的成本。配电网络的性能通常随着电容更靠近负载设备560和运算放大器610而改善。
运算放大器610的非反相输入端(“+”)连接到来自参考转换器620的参考电压并且其反相输入端(“-”)耦合到电源轨520。运算放大器610的反相输入端可以直接耦合到电源轨520，或者可以经由反馈设备655耦合到电源轨520。在图6所示的实施例中，低通滤波器从电源轨520向运算放大器610提供反馈。低通滤波器向运算放大器610提供电源轨520的电压的低通滤波版本。低通滤波器滤波器可以被实现为具有电阻电容网络，如图6所示。
备选地，反馈设备655可以利用高通滤波器。在这种实现中，电压调节器510可以响应于电源轨520上的电压的高频变化(诸如由于负载设备560的电流需求的快速变化而产生的下降)来向负载设备560供应电流。在示例实施例中，高通滤波器包括耦合在电源轨520与运算放大器610的反相输入端之间的电容器和耦合在运算放大器610的输入端之间的电阻器。第二目标电压电平可以被设置为例如运算放大器610的输出范围的中点。高通滤波器的频率响应可以例如基于第一电源505的响应特性来选择。
反馈设备655的特性可以被布置为调谐电压调节器510的功率调节响应并且提供对下降事件的特定响应。电源轨520上的电压可以具有时变电压分量，其可以被概念化为在第一目标电压电平之上的信号。反馈设备655可以例如滤除出现在电源轨520上的高频分量或低频分量，并且将其余分量传送到运算放大器610的反相输入端。反馈设备655可以有效地改变电压调节器510的带宽。
运算放大器610可以是ab类运算放大器，例如ab类跨导运算放大器(ota)。也可以使用其他类型的运算放大器，例如具有电压模式输出的放大器。跨导运算放大器可以具有高的带宽，使得电压调节器510可以以高频响应特性向电源轨520提供电流。另外，ab类ota可以使用标准逻辑晶体管来制造，而不需要特殊的器件或器件制造技术。电压调节器510还可以具有低的静态电流，并且因此有助于整个系统的功率降低。ldo也可以在少量的管芯区域内实现。
运算放大器610的输出基于反相和非反相输入端之间的电压差来源送或吸收电流。从运算放大器610的输出端通过耦合电容器575到电源轨520、经由反馈设备655回到运算放大器610的反相输入端的反馈回路允许电压调节器510调节电源轨520的电平。
图6的系统包括管芯上电容器550和第二电容器650，第二电容器650位于容纳soc的封装件605中并且连接到电压调节器510的输入端。第二电容器650和管芯上电容器550的值可以基于例如成本、性能和尺寸来选择。在示例实施例中，第二电容器650的电容可以比管芯上电容器550的电容的大近似200倍。例如，第二电容器650的电容可以是200nf，管芯上电容器550的电容可以是1nf。在一些实施例中，另外的电容器可以位于电路板515上并且连接到电压调节器510的输入端。
在一些实施例中，位于第一管芯525中的轨道电容器680连接到电源轨520。轨道电容器680可以与管芯上电容器550组合操作，以在下降事件期间向负载设备560提供电流。也可以使用在电路板515、封装件605、第一管芯525上或其他位置的电容器的其他组合。
图6还示出了互连寄生元件665a、665b，其表示在第一电源505与电源轨520以及第二电源530与电压调节器510之间进行各种电连接时遇到的无功元件。互连寄生元件665a、665b被示出为在第一管芯525与第二管芯535之间的电路板515的区域中。互连寄生元件665a、665b可以是表示跨越第一管芯525与第二管芯535之间的电连接遇到的等效阻抗的电阻器、电容器和电感器的组合。
图7是根据当前公开的实施例的具有电容耦合的混合并联电源的电子系统的功能框图。图7的混合并联电源类似于图6的系统中的混合并联电源。因此，图7的系统的描述省略了与图6的系统共同的细节。
图7的电容耦合的混合并联电源包括用以向第一电源505供应控制信号的pmic控制模块705。pmic控制模块705还可以向第二电源530供应控制信号。pmic控制模块705可以以各种方式来实现。当第一电源505被布置为接收数字控制信号时，pmic控制模块705以数字形式供应控制信号。例如，pmic控制模块705可以使用例如串行协议来向第一电源505发信号通知第一目标电压电平。pmic控制模块705可以开环发信号通知第一目标电压电平。备选地，pmic控制模块705可以通过例如比较电源轨520的相对电平与来自带隙源625的参考输出电压来闭环发信号通知第一目标电压电平。
备选地，当第一电源505被布置为接收模拟控制信号时，pmic控制模块705以模拟形式供应控制信号。pmic控制模块705可以通过以第一目标电压电平或第一目标电压电平的缩放版本供应控制信号来向第一电源505开环发信号通知第一目标电压电平。备选地，pmic控制模块705可以通过例如比较电源轨520的相对电平与来自带隙源625的参考输出电压来闭环发信号通知第一目标电压电平。第一电源505可以利用闭环控制信号以产生由电源轨520上的第一电源505生成的电压的对应变化。
在示例闭环模拟实施例中，pmic控制模块705包括第二运算放大器，第二运算放大器具有向第一电源505提供控制信号的输出端。第二运算放大器的非反相输入端连接到电源参考电压。第二运算放大器的反相输入端连接到电源轨520。电源参考电压设置第一电源505向电源轨520供电的第一目标电压电平。电源参考电压由第二参考电压转换器来产生，第二参考电压转换器对来自带隙源625的参考输出电压进行缩放以产生电源参考电压。例如，第二参考转换器可以将来自带隙源625的0.64v的参考输出电压缩放45/32，以产生0.9v的电源参考电压。第二参考转换器可以是直流(dc)转换器，其也称为dc-dc转换器。第二参考转换器可以接收用以调节电源参考电压的电平的数字输入。
图8是根据当前公开的实施例的使用混合并联电源的系统中的下降特性的时域曲线图。曲线图示出了图5-7的混合并联电源的操作。类似于图2的曲线图，图8的曲线图示出了在时间850处的电流的快速变化的示例。图8的曲线图描绘了负载设备560的负载电流805和电源轨520的电源电压810。在时间850之前，负载电流805为1.25a。在时间850处，负载电流805迅速增加到3.55a。
除了在时间850处的负载设备的电流需求的步骤之外，负载电流805的小的变化例如在负载设备560中的处理器中执行不同的计算时发生。负载电流805的这些小的变化在电源电压810中引起纹波(小的变化，例如4mv)。电源电压中的纹波可以处于高于第一电源505的带宽的频率。然后，第一电源505将基于电源电压的经低通滤波的平均值来向电源轨520供应电流。然而，电源电压中的纹波可能处于位于电压调节器510的带宽内的频率。然后，电压调节器510将向电源轨520供应电流，以降低纹波的幅度。
在时间850之前，电源电压810处于例如0.9v的额定电压电平。在时间850处，负载电流的快速增加在电源电压810中导致下降特性825。电压调节器510的高频响应允许其快速增加被供应给负载设备560的电流以减小下降特性825的幅度。由电压调节器510通过耦合电容器575提供给负载的电流符合电压电流关系：
对于负载电流的2.3a/5ns步长变化，示例系统具有小于7％的所得到的下降特性。上述装置和系统涉及在管芯上的负载设备处的电源电压的尖峰状降低方面定义的下降特性。在其中负载设备的电流需求迅速降低的某些电路情况下，可以实现类似的效应，但是具有正向尖峰。本文中公开的电容耦合的混合并联电源可以通过电压调节器510经由耦合电容器575从电源轨520吸收电流来减小电源电平中的正向尖峰。
图9是根据当前公开的实施例的用于向电子设备供电的过程的流程图。将参照图5的系统来描述该过程；然而，该过程的各种实施例可以应用于任何合适的装置。
在框905中，该过程经由电源轨以第一目标电压电平从电源向负载设备供应电流。在框905中，使用诸如开关模式电源等高效电源。例如，第一电源505可以将电源轨520调节到第一目标电压电平，以向负载设备560供应电流。
在框915中，该过程经由耦合电容器以第二目标电压电平从电压调节器向负载设备供应电流。所供应的电流可以是负的，例如当电源轨520的电平高于期望的调节电平时。在框915中，使用诸如低压差电压调节器等具有高频响应特性的电压调节器。例如，电压调节器510可以将电源轨520调节到第二电源电压电平，以向负载设备560供应电流。第一目标电压电平和第二目标电压电平可以相同或不同，并且可以是可配置的。该过程可以通过以下方式来生成第一目标电压电平和第二目标电压电平：基于带隙源生成参考输出电压，并且然后基于第一数字输入和参考输出电压生成第二目标电压电平，并且基于第二数字输入和参考输出电压生成第一目标电压电平。
图9的过程可以例如通过添加或改变框来修改。另外，可以同时执行框。
尽管以上针对特定实施例描述了本发明的特征，但是很多变化是可能的。例如，可以使用包括处理不同类型的晶体管的其他制造工艺来形成电容耦合的混合并联电源。此外，混合并联电源可以使用不同类型的电压调节器和不同类型的电源。此外，混合并联电源可以具有不同数目的电源和电压调节器。在另一变型中，电压调节器510可以从提供电压调节中被切断并且去除。在另一变型中，soc上包括低功率保持电压调节器，以便在备用模式期间使用。另外，各种实施例的特征可以按照与上述不同的组合来组合。
本领域技术人员应当理解，结合本文中公开的实施例描述的各种说明性框和模块可以以各种形式来实现。上面已经一般地在其功能方面描述了一些框和模块。这种功能如何实现取决于对整个系统施加的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实现所描述的功能，但是这种实现决定不应当被解释为导致偏离本发明的范围。此外，功能在模块、框或步骤中分组是为了易于描述。在不脱离本发明的情况下，可以将特定功能或步骤从一个模块或框移动或者跨模块或框分布。
所公开的实施例的以上描述被提供以使得本领域任何技术人员能够制造或使用本发明。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文中所描述的一般原理可以应用于其他实施例。因此，应当理解，本文中给出的描述和附图表示本发明的当前优选实施例，并且因此代表本发明广泛考虑的主题。还应当理解，本发明的范围完全涵盖对于本领域技术人员来说可能变得显而易见的其他实施例，并且本发明的范围因此受到除了所附权利要求之外的限制。
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