专利名称：供电源电路用的多芯片模块及用多芯片模块的电压调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用多通道降压转换器(buck converter)的低电压、高 电流电压调节器，具体地说，是一种整合降压转换器的一个控制器、 一个 驱动器及两个金氧半场效晶体管(MOSFET)的多芯片模块(Multi-Chip Module; MCM)。
背景技术：
在使用多信道降压转换器的低电压、高电流电压调节器应用中，实体 电路在印刷电路板(PCB)上占据相当程度的面积。目前公认可以通过降低 布局路径(layout path)上寄生组件与PCB上对噪声敏感的导线(trace)所造成 的功率损耗来改善转换器的效率。
图1是一个主机板局部布局的示意图，表示根据英特尔(Intel)公司对 中央处理器电源供应器的平台布局要求(Intd Platform Layout Requirements for CPU power supply),电压调节器的各组件在PCB上的位置。此电压调 节器含有四个通道，为方便了解，图中标出南桥芯片、北桥芯片和中央处 理器在PCB IO上的位置12、 14和18。电压调节器的控制器安排在中央处 理器18下方的位置16上，各信道由控制器的位置16往北分布，信道1 和信道2在中央处理器18东侧不远处的位置20上，信道3和信道4在中 央处理器18北侧的位置22上。在此布局中，从信道3和信道4拉回到控 制器的回授导线须跨过半张PCBIO，路径非常长。如果有更多通道的话， 其回授导线将会跨过整张PCBIO，路径将更长。
多芯片模块是一种电子封装，其包含多个以绝缘物隔离的集成电路放 置在一个共享基板上，再以封装物包覆整个模块，而非包覆单独的集成电 路。美国专利第6879491号通过整合一个驱动器和两个功率MOSFET在单一封装中，消除了驱动器与MOSFET之间的PCB导线。然而，此工艺对 于縮短控制器与驱动器之间的信号路径并没有帮助。图2是一个已知的电 压调节器的示意图，如图2所示， 一个电压调节器包含多个整合驱动器与 MOSFET的多芯片模块22 (简称DrMOS)，以及一个控制器24产生脉宽调 变信号PWM1至PWMN给各个多芯片模块22，以控制其内的驱动器驱动 MOSFET。因为驱动器与MOSFET封装在单一芯片中，因此消除了二者之 间的信号路径所造成的损耗及干扰。但是控制器24必须从电流传感器 (Current Sensor; CS)26取得回授信号，每一个信道的电流感测信号需要通 过两条导线28和30回授，因此，具有N个信道的电压调节器需要2XN 条导线回授电流感测信号。这些导线在PCB上的实体路径很长，因此，电 流感测信号在这些实体路径中依旧会遭受损耗及噪声干扰。 因此已知的电压调节器存在着上述种种不便和问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出 一种提供电源电路使用的多芯片模块。 本发明的另一目的，在于提出一种使用多芯片模块的电压调节器。 为实现上述目的，本发明的技术解决方案是
一种提供电源电路使用的多芯片模块，包括两个MOSFET， 一驱动器 和一控制器，其中，
所述两个M0SFET各具有一闸极； 所述驱动器连接所述二闸极；
所述控制器连接所述驱动器，以提供一内部PWM信号给所述驱动器。 本发明的多芯片模块还可以采用以下的技术措施来进一步实现。 前述的多芯片模块，其中还包括一内部电流传感器，所述内部电流传
感器连接所述控制器，以提供一回授信号给所述控制器。
前述的多芯片模±央，其中所述内部电流传感器连接所述M0SFET其中
一个，以检测所述MOSFET电流而产生所述回授信号。
前述的多芯片模块，其中所述控制器根据所述回授信号及一外部参考
电流信号决定所述内部PWM信号。一种电压调节器，包含数个通道并联在一电源输入端及一输出端之 间，每一所述通道包括一电感， 一多芯片模块和一外部电流传感器，其中，
所述电感，连接在所述电源输入端及所述输出端之间；
所述多芯片模块，连接在所述电源输入端及所述电感之间，所述多芯 片模块包括 '
两个串联在一起的MOSFET，各具有一闸极；
一驱动器，连接所述二闸极；
一控制器，连接所述驱动器，以提供一内部PWM信号给所述驱动器； 所述外部电流传感器，检测所述电感的电流，以提供一回授信号给所 述多芯片模块；
其中，所述控制器通过所述内部PWM信号切换所述二MOSFET，以
控制所述电感电流。
本发明的电压调节器还可以采用以下的技术措施来进一步实现。 前述的电压调节器，其中还包括
一外部电流传感器，连接所述输出端，以检测所述数个通道的总电流
而产生一总电流信号；
一参考电流产生器，连接所述外部电流传感器，从所述总电流信号产 生一参考电流信号给所述各个多芯片模块。
前述的电压调节器，其中更包括一参考电流产生器连接所述各个外部 电流传感器，从所述各个回授信号产生一参考电流信号给所述各个多芯片 模块。
一种电压调节器，包含数个通道并联在一电源输入端及一输出端之 间，每一所述通道包括一电感和一多芯片模块，其中，
所述电感，连接在所述电源输入端及所述输出端之间；
所述多芯片模块，连接在所述电源输入端及所述电感之间，所述多芯 片模块包括
两个串联在一起的MOSFET，各具有一闸极；
一驱动器，连接所述二闸极；
一控制器，连接所述驱动器，以提供一内部PWM信号给所述驱动器;一内部电流传感器，连接所述控制器，提供一表示所述电感的电流大 小的回授信号给所述控制器；
其中，所述控制器通过所述内部PWM信号切换所述二MOSFET，以 控制所述电感电流。
本发明的电压调节器还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的电压调节器，其中所述内部电流传感器连接所述二 MOSFET 其中之一，以检测所述MOSFET电流而决定所述回授信号。
前述的电压调节器，其中还包括
一外部电流传感器，连接所述输出端，以检测所述数个通道的总电流 而产生一总电流信号；
一参考电流产生器，连接所述外部电流传感器，从所述总电流信号产 生一参考电流信号给所述各个多芯片模块。
前述的电压调节器，其中更包括一参考电流产生器连接所述各个多芯 片模块，从所述各个回授信号产生一参考电流信号给所述各个多芯片模 块。
采用上述技术方案后，本发明的供电源电路用的多芯片模块及用多芯 片模块的电压调节器具有以下优点
1. 縮短通道与控制器之间的回授路径。
2. 降低功率损耗。
3. 降低噪声干扰。
图1是一个主机板局部布局的示意图2是一个已知的电压调节器的示意图3是本发明的多芯片模块；
图4是本发明的电压调节器的局部电路1;
图5是本发明的电压调节器的局部电路2;
图6是本发明的电压调节器的局部电路3;
图7是本发明的电压调节器的局部电路4;图8是本发明的电压调节器的局部电路5; 图9是本发明的电压调节器的局部电路6。
具体实施例方式
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。 现请参阅图3，图3是本发明的多芯片模块。如图所示，所述多芯片 模块32将调变器34、驱动器36及两个功率MOSFET 38和40整合在单一 芯片中。所述调变器34根据外部控制信号CTL产生内部PWM信号给驱 动器36，以切换MOSFET 38和40。所述外部控制信号CTL可能包含电 流信号、电压信号及其它的控制信号，例如参考电流信号、输出电压回授 信号、外部PWM信号等等，取决于实际应用中的设计。如同已知的，所 述调变器34、驱动器36以及MOSFET 38和40全部接合在一个MCM的 封装基板(图中未示出)上。依据实际电路的规划，也可以将电流感测的功 能一并整合在多芯片模块32中，如图中所示的内部CS42。在本发明中， "内部"是指在多芯片模块中，"外部"是指在多芯片模块外。在许多应 用中，如图3中下方的多芯片模块44所示，所述控制器46表示包含调变 器在内的控制电路，有时也被称为PWM控制器，功率开关48和50为 MOSFET或其它的切换组件。在不失一般性的原则下，以下的图及说明皆 以控制器46代表产生内部PWM信号给驱动器36的电路，来解说本发明。 再请参阅图4，图4是本发明的电压调节器的局部电路1。如图所示， 包括数个通道并联在电源输入端Vin及输出端Vo之间。每一个信道含有 一个多芯片模块52及一个电感Lj (j=l,2，……,N)串联在电源输入端Vin及 输出端Vo之间。所述多芯片模块52内整合了一个控制器46、 一个驱动器 36和两个功率MOSFET 38和40。每一个通道使用一个外部电流传感器 (CS)26检测电感电流iLj(j-l，2，……，N)，提供回授信号给控制器46。各信 道的所述多芯片模块52由各自的控制器46产生内部PWM信号 PWMj(j=l，2， ，N)给各自的驱动器36，以控制电感电流iLl iLN。由于
控制器46和驱动器36整合在多芯片模块52中，因此控制器46和驱动器 36之间的信号路径非常短，而且控制器46靠近外部CS 26，因此回授路径也非常短。
图5是本发明的电压调节器的局部电路2，是使用图3的多芯片模块 44的电压调节器的局部电路。在此实施例中，不使用外部CS检测电感电 流iLl iLN，而改由内部CS42提供回授信号给控制器46，因此比图4的 实施例更进一步縮短回授路径。内部CS 42可以通过检测MOSFET 38或 40的电流或其它信号，以产生与电感电流相关的回授信号。
在某些实施例中，如图6是本发明的电压调节器的局部电路3，所述 多芯片模块54的内部CS 56检测MOSFET 38的电流il iN，而非直接检 测电感电流iLl iLN。此外，外部CS 58从输出端Vo检测总电流而产生总 电流信号itotal，参考电流产生器60从其产生参考电流信号iref给各多芯 片模块54，控制器46根据CS 56提供的回授信号及参考电流产生器60提 供的参考电流信号iref产生内部PWM信号给驱动器36。通过回授参考电 流信号iref，可以平衡各通道的电感电流iLl iLN，消除各信道的组件差异 所造成的非理想效应。参考电流产生器60可以放置在靠近输出端Vo的位 置上，以简化PCB的绕线。
请参阅图7，图7是本发明的电压调节器的局部电路4，图7是一个 变化的实施例。在多芯片模块62中，内部CS 64检测MOSFET 40所产生 的电流信号il iN，除了回授给控制器46，也送出多芯片模块62外，参考 电流产生器66从电流信号U iN产生参考电流信号iref给各多芯片模块 62中的控制器46。
请参阅图8，图8是本发明的电压调节器的局部电路5，是图4实施 例的进一步改进形态，外部CS 58检测总电流，参考电流产生器60从其 提供的总电流信号itotal产生参考电流信号iref给各多芯片模块68中的控 制器46，以供平衡各通道的电感电流iLl iLN。
最后请参阅图9，图9是本发明的电压调节器的局部电路6，是图8 实施例的变化形态，参考电流产生器66从各信道的电感电流信号iLl iLN 产生参考电流信号iref给各多芯片模块68，以供平衡各通道的电感电流 iLl iLN。
综上所述，本发明提出一种多芯片模块，通过整合一个控制器、 一个驱动器和两个MOSFET在单一芯片中，进一步消除了控制器和驱动器之间 的PCB导线，以及电流传感器和控制器之间的信号路径，因而降低功率损 耗及噪声干扰。本发明的多芯片模块同时也简化了 PCB的绕线。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领 域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种 变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由 各权利要求限定。
组件符号说明
10 PCB
12南桥芯片的位置
14北桥芯片的位置
16控制器的位置
18信道1及信道2的位置
20信道3及信道4的位置
22 DrMOS
24控制器
26 电流传感器
28 PCB导线
30 PCB导线
32多芯片模块
34调变器
36驱动器
38 MOSFET
40 MOSFET
42 内部CS
44多芯片模块
46控制器
48功率开关50功率开关
52多芯片模块
54多芯片模块
56 内部CS
58 外部CS
60参考电流产生器
62多芯片模块
64 内部CS
66参考电流产生器
68多芯片模块
权利要求
1.一种提供电源电路使用的多芯片模块，包括两个MOSFET，一驱动器和一控制器，其特征在于所述两个MOSFET各具有一闸极；所述驱动器连接所述二闸极；所述控制器连接所述驱动器，以提供一内部PWM信号给所述驱动器。
2. 如权利要求1所述的多芯片模块，其特征在于，还包括一内部电流 传感器，所述内部电流传感器连接所述控制器，以提供一回授信号给所述 控制器。
3. 如权利要求2所述的多芯片模块，其特征在于，所述内部电流传感 器连接所述MOSFET其中一个，以检测所述M0SFET电流而产生所述回 授信号。
4. 如权利要求2所述的多芯片模块，其特征在于，所述控制器根据所 述回授信号及一外部参考电流信号决定所述内部PWM信号。
5. —种电压调节器，包含数个通道并联在一电源输入端及一输出端之 间，每一所述通道包括一电感， 一多芯片模块和一外部电流传感器，其特 征在于所述电感，连接在所述电源输入端及所述输出端之间； 所述多芯片模块，连接在所述电源输入端及所述电感之间，所述多芯片模块包括两个串联在一起的MOSFET，各具有一闸极； 一驱动器，连接所述二闸极；一控制器，连接所述驱动器，以提供一内部PWM信号给所述驱动器;所述外部电流传感器，检测所述电感的电流，以提供一回授信号给所述多芯片模块；其中，所述控制器通过所述内部PWM信号切换所述二MOSFET，以 控制所述电感电流。
6. 如权利要求5所述的电压调节器，其特征在于，还包括 一外部电流传感器，连接所述输出端，以检测所述数个通道的总电流而产生一总电流信号；一参考电流产生器，连接所述外部电流传感器，从所述总电流信号产 生一参考电流信号给所述各个多芯片模块。
7. 如权利要求5所述的电压调节器，其特征在于，更包括一参考电流 产生器连接所述各个外部电流传感器，从所述各个回授信号产生一参考电 流信号给所述各个多芯片模块。
8. —种电压调节器，包含数个通道并联在一电源输入端及一输出端之 间，每一所述通道包括一电感和一多芯片模块，其特征在于所述电感，连接在所述电源输入端及所述输出端之间； 所述多芯片模块，连接在所述电源输入端及所述电感之间，所述多芯 片模块包括两个串联在一起的MOSFET，各具有一闸极； 一驱动器，连接所述二闸极；一控制器，连接所述驱动器，以提供一内部PWM信号给所述驱动器；一内部电流传感器，连接所述控制器，提供一表示所述电感的电流大小的回授信号给所述控制器；其中，所述控制器通过所述内部PWM信号切换所述二MOSFET，以 控制所述电感电流。
9. 如权利要求8所述的电压调节器，其特征在于，所述内部电流传感 器连接所述二 MOSFET其中之一，以检测所述MOSFET电流而决定所述 回授信号。
10. 如权利要求8所述的电压调节器，其特征在于，还包括 一外部电流传感器，连接所述输出端，以检测所述数个通道的总电流而产生一总电流信号；一参考电流产生器，连接所述外部电流传感器，从所述总电流信号产 生一参考电流信号给所述各个多芯片模块。
11. 如权利要求8所述的电压调节器，其特征在于，更包括一参考电流产生器连接所述各个多芯片模块，从所述各个回授信号产生一参考电流信 号给所述各个多芯片模块。
全文摘要
一种提供电源电路使用的多芯片模块，包括两个MOSFET，一驱动器和一控制器，其中，所述两个MOSFET各具有一闸极；所述驱动器连接所述二闸极；所述控制器连接所述驱动器，以提供一内部PWM信号给所述驱动器。本发明的供电源电路用的多芯片模块及用多芯片模块的电压调节器具有缩短通道与控制器之间的回授路径和降低功率损耗与噪声干扰的优点。
文档编号H01L25/04GK101621056SQ20081012799
公开日2010年1月6日 申请日期2008年7月1日 优先权日2008年7月1日
发明者李嘉荣, 李忠树 申请人:立锜科技股份有限公司