一种片上供电网络的制作方法

一种片上供电网络的制作方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种片上供电网络，用以解决现有的供电网络所导致的传输网络中的电量损耗较大的问题。该片上供电网络包括至少一级片上电压调整器和负载；每一级片上电压调整器连接其后一级片上电压调整器中的至少一个片上电压调整器；第一级片上电压调整器接收供电电源输出的电压，或者接收片外电压调整器输出的电压；除第一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器，接收前一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器输出的电压；除最后一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器，向该片上电压调整器连接的后一级片上电压调整器输出所述后一级片上电压调整器所需的电压。
【专利说明】-种片上供电网络

【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子【技术领域】，尤其涉及一种片上供电网络。

【背景技术】
[0002] 随着半导体集成电路工艺技术的发展，电路功耗问题成了困扰散热、封装和便携 的难题。自动调整电压频率的技术是一种最有效的节能方法。如今，多核CPU架构应用应 成为主流，每个CPU的低功耗技术也成为普遍的自动调整电压频率的技术。
[0003] 在供电系统中，很重要的器件即是电压调整器，电压调整器能够调整接收到的电 压，从而向其连接的电路输出该电路所需的电压。伴随着工艺节点的持续缩小，芯片设计面 积密度迅速上升，三个重要条件制约着现今电源设计、电压调整的发展：片上集成性，能源 效率，以及电源完整性。尤其是电源的完整性，决定着负载模块的功能性，逻辑性，以及功耗 问题。低电源完整性，即纹波大，尖刺脉冲多等，直接会给系统带来沉重负担，不光是在系统 响应速度，及正确性，还有整个系统的能量损耗上。
[0004] 图1为现有的供电网络，在该供电网络中，负载在芯片上（或为芯片内），而负载的 供电则由片外的电压调整器（off-chip voltage regulator)来完成。其中，片外电压调整 器的供电由外部电池或者其他方式来提供。片外电压调整器可以是单路输出以供给负载， 也可以是多路输出以供给负载，如图1中为多路输出，即Vreg-1，Vreg-2, Vreg-3。在多路 电压输出的情况之下，片外的电压调整器可能是多个。
[0005] 图2为图1所示的供电网络的等效电路图。其中，LPB为母板上的片外电压调整器 的输出等效电感，R PB为母板上的片外电压调整器的输出等效电阻，ESLVK为母板上的片外电 压调整器的输出寄生电容的等效电感，ESR VK为母板上的片外电压调整器的输出寄生电容的 等效电阻，CVK为母板上的片外电压调整器的输出寄生电容；L PP1为传输封装的输入等效电 感，RPP1为传输封装的输入等效电阻，LPP2为传输封装的输出等效电感，R PP2为传输封装的输 出等效电阻，ESLPKe为传输封装的寄生电容的等效电感，ESR PKe为传输封装的寄生电容的等 效电阻，CPKe为传输封装的寄生电容；RDie为芯片上的负载的输入等效电阻，ESR Die为芯片上 的负载的输入寄生电容的等效电阻，CDie为芯片上的负载输入寄生电容。
[0006] 由于在供电网络中，传输网络中的电量损耗是影响供电电源、如电池使用寿命的 因素之一。当采用图1所示的供电网络时，由于片外电压调整器距离负载较远，因此，传输 网络的寄生电容，输入等效电感、输入等效电阻、输出等效电感、输出等效电阻都比较大，因 此传输网络的电量损耗会比较大。
[0007] 综上所述，现有的供电网络，由于片外电压调整器距离负载较远。因此，传输网络 中的电量损耗较大，这会降低供电电源、如电池的使用寿命。


【发明内容】

[0008] 本发明实施例提供了一种片上供电网络，用以解决现有的供电网络所导致的传输 网络中的电量损耗较大的问题。
[0009] 第一方面，本发明实施例提供一种片上供电网络，包括至少一级片上电压调整器 和负载，所述片上电压调整器位于所述负载所在的芯片上；每一级片上电压调整器的个数 至少为一个；每一级片上电压调整器连接其后一级片上电压调整器中的至少一个片上电压 调整器；第一级片上电压调整器接收供电电源输出的电压，或者接收片外电压调整器输出 的电压；除第一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整 器，接收前一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器输出的电压；所述片外电压调整 器位于所述负载所在的芯片之外；最后一级片上电压调整器向所述负载输出所述负载所需 的电压；除最后一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整 器，向该片上电压调整器连接的后一级片上电压调整器输出所述后一级片上电压调整器所 需的电压。
[0010] 结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述片上供电网络包括两级片上电 压调整器和所述负载，第一级片上电压调整器的个数至少为两个；若所述负载需要η个不 同的电压，则第二级片上电压调整器的个数为η;每个第一级片上电压调整器的调压范围 与该第一级片上电压调整器连接的第二级片上电压调整器的调压范围之比不小于预设值。 [0011] 结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式 中，除最后一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器包 括开关电路、驱动电路、储能电路、第一滤波电路和反馈环；所述储能电路，用于在所述开关 电路导通时与第一输入电源接通以充电，并在所述开关电路关断时与第一输入电源断开以 放电；所述第一滤波电路，用于对所述储能电路输出的电压进行滤波；所述反馈环，用于根 据第一参考电压和所述储能电路输出的电压生成驱动信号，或者根据第一参考电压和所述 储能电路流过的电流生成所述驱动信号；所述驱动电路，用于将所述反馈环输出的驱动信 号放大，并输出给所述开关电路；所述开关电路，用于在所述驱动电路输出的信号的控制下 在导通和关断之间切换；其中，当片上电压调整器为第一级片上电压调整器、且该片上电压 调整器接收所述供电电源输出的电压时，所述第一输入电源为所述供电电源；当片上电压 调整器为第一级片上电压调整器、且该片上电压调整器接收所述片外电压调整器输出的电 压时，所述第一输入电源为所述片外电压调整器的输出；当片上电压调整器为除第一级片 上电压调整器以外的片上电压调整器时，所述第一输入电源为该片上电压调整器的前一级 片上电压调整器中与该片上电压调整器相连的片上电压调整器的输出。
[0012] 结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述开关 电路包括第一 Ρ型功率M0S管和第一 η型功率M0S管；所述第一 ρ型功率M0S管的栅极和 所述第一 η型功率M0S管的栅极分别接收所述驱动电路输出的信号；所述第一 ρ型功率M0S 管的源极与所述第一 η型功率M0S管的源极分别连接所述第一输入电源；所述第一 ρ型功 率M0S管的漏极与所述第一 η型功率M0S管的漏极相连，作为所述开关电路的输出端。
[0013] 结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，当所述反 馈环用于根据第一参考电压和所述储能电路输出的电压生成所述驱动信号时，所述反馈环 包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、用于输出第一载波的第一振荡器、第一误差 放大器和第一脉冲宽度调制比较器；所述第一电阻与所述第二电阻串联，该串联支路的一 端接收所述储能电路输出的电压，该串联支路的另一端接地；所述第一电容连接在所述第 一误差放大器的反相输入端与所述第一误差放大器的输出端之间；所述第一误差放大器的 反相输入端通过所述第三电阻连接所述第一电阻和所述第二电阻相连的连接点；所述第一 误差放大器的同相输入端接收所述第一参考电压；所述第一误差放大器的输出端连接所述 第一脉冲宽度调制比较器的反相输入端；所述第一脉冲宽度调制比较器的同相输入端接收 所述第一振荡器输出的第一载波；所述第一脉冲宽度调制比较器通过其输出端向所述驱动 电路输出所述驱动信号。
[0014] 结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，当所述反 馈环用于根据第一参考电压和所述储能电路流过的电流生成所述驱动信号时，所述反馈环 包括第四电阻、第五电阻、第二误差放大器、补偿器、第一比较器、加法器、第一电压电流转 换器、第二电压电流转换器、输出第二载波的第二振荡器和第二脉冲宽度调制比较器；所述 第一电压电流转换器，用于接收所述开关电路输出给所述储能电路的电压，并将接收到的 电压转换为电流输出；所述第二电压电流转换器，用于接收第三载波的电压，并将接收到的 电压转换为电流输出；所述加法器，用于确定所述第一电压电流转换器输出的电流与所述 第二电压电流转换器输出的电流之和，并根据确定的电流之和输出电压；所述第四电阻与 所述第五电阻串联，该串联支路的一端接收所述储能电路输出的电压，该串联支路的另一 端接地；所述第二误差放大器的反相输入端连接所述第四电阻和所述第五电阻相连的连接 点；所述第二误差放大器的同相输入端接收所述第一参考电压；所述第二误差放大器的输 出端连接所述第一比较器的反相输入端；所述补偿器连接在所述第二误差放大器的反相输 入端和所述第二误差放大器的输出端之间；所述补偿器用于对所述第二误差放大器输出的 电压进行补偿；所述第一比较器的同相输入端接收所述加法器输出的电压，所述第一比较 器的输出端连接所述第二脉冲宽度调制比较器的反相输出端；所述第二脉冲宽度调制比较 器的同相输出端接收所述第二振荡器输出的第二载波；所述第二脉冲宽度调制比较器通过 其输出端向所述驱动电路输出所述驱动信号。
[0015] 结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述片上 电压调整器还包括第二滤波电路；所述第二滤波电路包括第二η型功率M0S管和第三误差 放大器；所述第二η型功率M0S管的源极接收所述储能电路输出的电压，所述第二η型功率 M0S管的漏极接地，所述第二η型功率M0S管的栅极连接所述第三误差放大器的输出端，所 述第三误差放大器的反相输入端接收与所述储能电路输出的电压成正比的电压，所述第三 误差放大器的同相输入端接收所述第一参考电压。
[0016] 结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式 中，除第一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器包括 第二Ρ型功率M0S管、第三η型功率M0S管、第四误差放大器、第六电阻、第七电阻、第八电 阻、第二电容和第三电容；所述第六电阻与所述第七电阻串联，该串联支路的一端连接所述 第二Ρ型功率M0S管的漏极，该串联支路的另一端接地；所述第二ρ型功率M0S管的源极连 接第二输入电源，所述第二Ρ型功率M0S管的栅极连接所述第四误差放大器的输出端；其 中，所述第二输入电源为该片上电压调整器的前一级片上电压调整器中与该片上电压调整 器相连的片上电压调整器的输出；所述第二Ρ型功率M0S管的漏极连接所述第二电容的一 端，所述第二电容的另一端接地；所述第四误差放大器的反相输入端接收第二参考信号，所 述第四误差放大器的同相输入端连接所述第六电阻与所述第七电阻相连的连接点；所述第 三η型功率M0S管的栅极连接所述第四误差放大器的输出端，所述第三η型功率M0S管的 源极通过所述第八电阻和所述第三电容并联后的并联支路接地，所述第三η型功率MOS管 的漏极与所述第二P型功率M0S管的漏极相连，所述第二p型功率M0S管的漏极为该片上 电压调整器的输出端。
[0017] 结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式 中，除第一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器包括 第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第四电容、第五电容、第四η型功率M0S管、数字控制器、 第三脉冲宽度调制比较器和至少一个第三Ρ型功率M0S管；所述至少一个第三ρ型功率M0S 管的源极均连接第三输入电源，所述至少一个第三Ρ型功率M0S管的漏极相连，作为该片 上电压调整器的输出端，所述至少一个第三Ρ型功率M0S管的栅极分别接收所述数字控制 器输出的控制信号；其中，所述第三输入电源为该片上电压调整器的前一级片上电压调整 器中与该片上电压调整器相连的片上电压调整器的输出；所述第九电阻与所述第十电阻串 联，该串联支路的一端连接该片上电压调整器的输出端，该串联支路的另一端接地；所述第 四电容的一端连接该片上电压调整器的输出端，所述第四电容的另一端接地；所述数字控 制器，用于根据所述第三脉冲宽度调制比较器输出的信号，输出控制信号；所述第三脉冲宽 度调制比较器的同相输入端接收第三参考信号，所述第三脉冲宽度调制比较器的反相输入 端连接所述第九电阻与所述第十电阻相连的连接点；所述第四η型功率M0S管的漏极连接 该片上电压调整器的输出端，所述第四η型功率M0S管的源极通过所述第十一电阻和所述 第五电容并联后的并联支路接地，所述第四η型功率M0S管的栅极连接所述第三脉冲宽度 调制比较器的输出端。
[0018] 本发明实施例的有益效果包括：
[0019] 本发明实施例提供的片上供电网络，由于为负载供电的片上电压调整器位于负载 所在的芯片上，因此，片上电压调整器与负载之间的距离较近，在负载供电需求相同时，片 上电压调整器与负载之间的传输网络的寄生电容，输入等效电感、输入等效电阻、输出等效 电感、输出等效电阻都会小于片外电压调整器与负载之间的传输网络的寄生电容，输入等 效电感、输入等效电阻、输出等效电感、输出等效电阻，因此，在负载供电需求相同时，片上 电压调整器与负载之间的供电网络的电量损耗小于片外电压调整器与负载之间的供电网 络的电量损耗。

【专利附图】

【附图说明】
[0020] 图1为现有技术中的供电网络的结构示意图；
[0021] 图2为图1所示的供电网络的等效电路图；
[0022] 图3为本发明实施例一提供的片上供电网络的结构示意图；
[0023] 图4为本发明实施例二提供的片上供电网络的结构示意图；
[0024] 图5为本发明实施例三提供的片上供电网络的结构示意图；
[0025] 图6为本发明实施例提供的片上供电网络中的电压调整器的结构示意图之一；
[0026] 图7为本发明实施例提供的片上供电网络中的电压调整器的结构示意图之二；
[0027] 图8为本发明实施例提供的片上供电网络中的电压调整器的结构示意图之三；
[0028] 图9为本发明实施例提供的片上供电网络中的电压调整器的结构示意图之四；
[0029] 图10为本发明实施例提供的片上供电网络中的电压调整器的结构示意图之五。

【具体实施方式】
[0030] 本发明实施例提供的片上供电网络，由于片上电压调整器与负载位于同一芯片 上，因此，减小了为负载供电的片上电压调整器与负载之间的距离，降低了片上电压调整器 与负载之间的传输网络的电量损耗。
[0031] 下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种片上供电网络的【具体实施方式】 进行说明。
[0032] 本发明实施例提供的一种片上供电网络，包括至少一级片上电压调整器和负载， 所述片上电压调整器位于所述负载所在的芯片上；
[0033] 每一级片上电压调整器的个数至少为一个；每一级片上电压调整器连接其后一级 片上电压调整器中的至少一个片上电压调整器；
[0034] 第一级片上电压调整器接收供电电源输出的电压，或者接收片外电压调整器输出 的电压；除第一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整 器，接收前一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器输出的电压；所述片外电压调整 器位于所述负载所在的芯片之外；
[0035] 最后一级片上电压调整器向所述负载输出所述负载所需的电压；除最后一级片上 电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器，向该片上电压调整器 连接的后一级片上电压调整器输出所述后一级片上电压调整器所需的电压。
[0036] 图3为本发明实施例一提供的片上供电网络。图3所示的片上供电网络中仅包括 一级片上电压调整器，即片上电压调整器35,片上电压调整器35接收片外电压调整器34输 出的电压t eg，片上电压调整器35向负载36输出电压V^，^8_2和VMg_ 3，负载36需要三 个不同的电压，片上电压调整器35与负载36位于同一芯片32上，片外电压调整器34位于 母板31上，片外电压调整器34接收供电电源33输出的电压V in。
[0037] 图4为本发明实施例二提供的片上供电网络。图4所示的片上供电网络中包括两 级片上电压调整器，即第一级片上电压调整器351和第二级片上电压调整器352,第一级片 上电压调整器351接收片外电压调整器34输出的电压V Mg，第一级片上电压调整器351分 别向三个第二级片上电压调整器352输出电压Viw，三个第二级片上电压调整器352分别向 负载36输出电压V Mirl，VMg_2和Vrag_3，负载36需要三个不同的电压，第一级片上电压调整器 351、第二级片上电压调整器352与负载36位于同一芯片32上，片外电压调整器34位于母 板31上，片外电压调整器34接收供电电源33输出的电压V in。
[0038] 本发明实施例一和本发明实施例二提供的片上供电网络，由于第一级片上电压 调整器和第二级片上电压调整器都与负载位于同一芯片上，因此，距离负载较近，因此， 其等效的寄生电容和等效电阻及等效电感值都较小，也就是电路的热损耗方程P t+ss = i2R(Pt+ss为等效电阻R上的热损耗值，I为等效电阻R上的电流）中的等效电阻R较小。 另外，由于采用本发明实施例一和本发明实施例二提供的片上供电网络时片外电压调整器 输出的电压要大于，采用图1所示的供电网络时片外电压调整器输出的电压，因此，在片外 电压调整器传送功率P恒定的情况之下，采用本发明实施例一和本发明实施例二提供的片 上供电网络时流过传输网络的电流小于采用图1所示的供电网络时流过传输网络的电流， 即热损耗方程中的电流I要更小。因此，采用本发明实施例一和本发明实施例二提供的片 上供电网络时，传输网络的热损耗会更小。
[0039] 当然，本发明实施例提供的片上供电网络中可以包括多级片上电压调整器，每一 级片上电压调整器可以有多个。
[0040] 可选地，本发明实施例提供的片上供电网络，包括两级片上电压调整器和所述负 载，第一级片上电压调整器的个数至少为两个；若所述负载需要η个不同的电压，则第二级 片上电压调整器的个数为η ;每个第一级片上电压调整器的调压范围与该第一级片上电压 调整器连接的第二级片上电压调整器的调压范围之比不小于预设值，例如，所述预设值可 以为10。其中，一个片上电压调整器的调压范围为其输入的电压与其输出的电压之差。
[0041] 图5为本发明实施例三提供的片上供电网络。图5所示的片上供电网络中包括两 级片上电压调整器，即第一级片上电压调整器351和第二级片上电压调整器352,两个第一 级片上电压调整器351分别接收片外电压调整器34输出的电压V Mg，一个第一级片上电压 调整器351分别向两个第二级片上电压调整器352输出电压Vhg，另一个第一级片上电压 调整器351向一个第二级片上电压调整器352输出电压V ira_2，三个第二级片上电压调整器 352分别向负载36输出电压Vrairl，Vrag_2和Vrag_ 3，负载36需要三个不同的电压，第一级片上 电压调整器351、第二级片上电压调整器352与负载36位于同一芯片32上，片外电压调整 器34位于母板31上，片外电压调整器34接收供电电源33输出的电压V in。
[0042] 另外，供电网络的直流电压设置点也会影响传输网络的热损耗，直流电压设置点 的电压越低，传输网络的热损耗越小。
[0043] 另外，随着供电网络的直流电压设置点的降低，相应的负载的供电电压也会降低。 而在芯片中主要的功耗由晶体管的动态功耗和静态功耗来决定。其中动态功耗是供电电压 的平方函数；静态功耗则是供电电压的多次方函数。因此，降低供电网络的直流电压设置点 可以使芯片的功耗以高于二次方的降低速率来降低。
[0044] 采用本发明实施例三提供的片上供电网络时，由于采用两个第一级片上电压调整 器351为三个第二级片上电压调整器352供电，假设三个第二级片上电压调整器352输出 的电压分别为1V、1.5V和2V，其中一个第一级片上电压调整器351为输出为IV的第二级片 上电压调整器352和输出为1. 5V的第二级片上电压调整器352供电，那么该第一级片上电 压调整器351输出地电压仅需要大于1. 5V即可；另一个第一级片上电压调整器351为输出 为2V的第二级片上电压调整器352供电，那么该第一级片上电压调整器351输出地电压需 要大于2V。
[0045] 采用本发明实施例二提供的片上供电网络时，由于仅采用一个第一级片上电压调 整器351为三个第二级片上电压调整器352供电，假设三个第二级片上电压调整器352输 出的电压分别为IV、1. 5V和2V，那么这个第一级片上电压调整器351输出的电压需要大于 2V〇
[0046] 因此，相比于本发明实施例二提供的片上供电网络，本发明实施例三提供的片上 供电网络可以降低系统的直流电压设置点，因此，降低了芯片的功耗，并进一步降低传输网 络的热损耗。
[0047] 可选地，如图6所示，在本发明实施例提供的片上供电网络中，除最后一级片上电 压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器包括开关电路61、驱动电 路62、储能电路63、第一滤波电路64和反馈环65 ;
[0048] 储能电路63,用于在开关电路61导通时与第一输入电源66接通以充电，并在开关 电路61关断时与第一输入电源66断开以放电；
[0049] 第一滤波电路64,用于对储能电路63输出的电压进行滤波；
[0050] 反馈环65,用于根据第一参考电压VMfl和储能电路63输出的电压生成驱动信号， 或者根据第一参考电压V Mfl和储能电路63流过的电流生成驱动信号；
[0051] 驱动电路62,用于将反馈环65输出的驱动信号放大，并输出给开关电路61 ;
[0052] 开关电路61，用于在驱动电路62输出的信号的控制下在导通和关断之间切换；
[0053] 其中，当片上电压调整器为第一级片上电压调整器、且该片上电压调整器接收供 电电源输出的电压时，第一输入电源66为该供电电源；当片上电压调整器为第一级片上电 压调整器、且该片上电压调整器接收片外电压调整器输出的电压时，第一输入电源66为片 外电压调整器的输出；当片上电压调整器为除第一级片上电压调整器以外的片上电压调整 器时，第一输入电源66为该片上电压调整器的前一级片上电压调整器中与该片上电压调 整器相连的片上电压调整器的输出。
[0054] 其中，储能电路63可以为电感，当然，也可以为其它能够实现充电/放电的电路； 第一滤波电路64可以为电容，也可以为电阻与电容的并联结构。下面仅以储能电路63为 电感U，第一滤波电路为电阻R f和电容Cf的并联结构为例进行说明。
[0055] 可选地，如图7和图8所示，开关电路包括第一 p型功率M0S管pMl和第一 η型功 率M0S管nMl ;第一 ρ型功率M0S管pMl的栅极和第一 η型功率M0S管nMl的栅极分别接收 驱动电路62输出的信号；第一 p型功率M0S管pMl的源极与第一 η型功率M0S管nMl的源 极分别连接第一输入电源66 ;第一 ρ型功率M0S管pMl的漏极与第一 η型功率M0S管nMl 的漏极相连，作为开关电路的输出端连接储能电路，即电感Ls。
[0056] 可选地，反馈环用于根据第一参考电压VMfl和储能电路输出的电压生成驱动信号 时，如图7所示，该反馈环包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、用于输 出第一载波的第一振荡器71、第一误差放大器EA1和第一脉冲宽度调制比较器PWMC1 ;
[0057] 第一电阻R1与第二电阻R2串联，该串联支路的一端接收储能电路，即电感Ls输 出的电压，该串联支路的另一端接地；
[0058] 第一电容C1连接在第一误差放大器EA1的反相输入端与第一误差放大器EA1的 输出端之间；
[0059] 第一误差放大器EA1的反相输入端通过第三电阻R3连接第一电阻R1和第二电阻 R2相连的连接点；第一误差放大器EA1的同相输入端接收第一参考电&VMfl ;第一误差放 大器EA1的输出端连接第一脉冲宽度调制比较器PWMC1的反相输入端；第一脉冲宽度调制 比较器PWMC1的同相输入端接收第一振荡器71输出的第一载波；第一脉冲宽度调制比较器 PWMC1通过其输出端向驱动电路62输出驱动信号。
[0060] 可选地，当反馈环用于根据第一参考电压vMfl和储能电路流过的电流生成驱动信 号时，如图8所示，该反馈环包括第四电阻R4、第五电阻R5、第二误差放大器EA2、补偿器 82、第一比较器Coml、加法器81、第一电压电流转换器V/I1、第二电压电流转换器V/I2、输 出第二载波的第二振荡器83和第二脉冲宽度调制比较器PWMC2 ;
[0061] 第一电压电流转换器V/I1，用于接收开关电路输出给储能电路的电压，并将接收 到的电压转换为电流输出；
[0062] 第二电压电流转换器V/I2,用于接收第三载波Ca的电压，并将接收到的电压转换 为电流输出；
[0063] 加法器81，用于确定第一电压电流转换器V/I1输出的电流与第二电压电流转换 器V/I2输出的电流之和，并根据确定的电流之和输出电压；
[0064] 第四电阻R4与第五电阻R5串联，该串联支路的一端接收储能电路输出的电压，该 串联支路的另一端接地；
[0065] 第二误差放大器EA2的反相输入端连接第四电阻R4和第五电阻R5相连的连接 点；第二误差放大器EA2的同相输入端接收第一参考电压V Mfl ;第二误差放大器EA2的输出 端连接第一比较器Coml的反相输入端；
[0066] 补偿器82连接在第二误差放大器EA2的反相输入端和第二误差放大器EA2的输 出端之间；补偿器82用于对第二误差放大器EA2输出的电压进行补偿；
[0067] 第一比较器Coml的同相输入端接收加法器81输出的电压，第一比较器Coml的输 出端连接第二脉冲宽度调制比较器PWMC2的反相输出端；第二脉冲宽度调制比较器PWMC2 的同相输出端接收第二振荡器83输出的第二载波；第二脉冲宽度调制比较器PWM2通过其 输出端向驱动电路62输出驱动信号。
[0068] 可选地，如图7或图8所示，在本发明实施例提供的片上供电网络中，除最后一级 片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器还包括第二滤波 电路；该第二滤波电路包括第二η型功率M0S管nM2和第三误差放大器EA3 ;
[0069] 第二η型功率M0S管nM2的源极接收储能电路，即电感Ls输出的电压，第二η型功 率M0S管ηΜ2的漏极接地，第二η型功率M0S管ηΜ2的栅极连接第三误差放大器ΕΑ3的输 出端，第三误差放大器ΕΑ3的反相输入端接收与储能电路输出的电压成正比的电压，在图7 中为第一电阻R1与第二电阻R2相连的连接点的电压，在图8中为第四电阻R4与第五电阻 R5相连的连接点的电压，第三误差放大器ΕΑ3的同相输入端接收第一参考电压Viefl。
[0070] 可选地，除第一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电 压调整器，如图9所示，包括第二p型功率M0S管pM2、第三η型功率M0S管nM3、第四误差 放大器EA4、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二电容C2和第三电容C3 ;
[0071] 第六电阻R6与第七电阻R7串联，该串联支路的一端连接第二p型功率M0S管pM2 的漏极，该串联支路的另一端接地；第二P型功率M0S管pM2的源极连接第二输入电源91， 第二P型功率M0S管pM2的栅极连接第四误差放大器EA4的输出端；其中，第二输入电源 91为该片上电压调整器的前一级片上电压调整器中与该片上电压调整器相连的片上电压 调整器的输出；
[0072] 第二p型功率M0S管pM2的漏极连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端 接地；
[0073] 第四误差放大器EA4的反相输入端接收第二参考信号VMf2，第四误差放大器EA4 的同相输入端连接第六电阻R6与第七电阻R7相连的连接点；
[0074] 第三η型功率M0S管nM3的栅极连接第四误差放大器EA4的输出端，第三η型功 率M0S管ηΜ3的源极通过第八电阻R8和第三电容C3并联后的并联支路接地，第三η型功 率M0S管ηΜ3的漏极与第二ρ型功率M0S管ρΜ2的漏极相连，第二ρ型功率M0S管ρΜ2的 漏极为该片上电压调整器的输出端OUT。
[0075] 可选地，除第一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电 压调整器如图10所示，包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四电容C4、第五 电容C5、第四η型功率M0S管nM4、数字控制器92、第三脉冲宽度调制比较器PWMC3和至少 一个第三P型功率M0S管pM3 ;
[0076] 所述至少一个第三p型功率M0S管pM3的源极均连接第三输入电源111，所述至少 一个第三P型功率M0S管pM3的漏极相连，作为该片上电压调整器的输出端0UT，所述至少 一个第三P型功率M0S管的栅极分别接收数字控制器92输出的控制信号；其中，第三输入 电源111为该片上电压调整器的前一级片上电压调整器中与该片上电压调整器相连的片 上电压调整器的输出；
[0077] 第九电阻R9与第十电阻R10串联，该串联支路的一端连接该片上电压调整器的输 出端0UT，该串联支路的另一端接地；
[0078] 第四电容C4的一端连接该片上电压调整器的输出端0UT，第四电容C4的另一端接 地；
[0079] 数字控制器92,用于根据第三脉冲宽度调制比较器PWMC3输出的信号，输出控制 信号，从而控制所述至少一个第三P型功率M0S管pM3中的M0S管在导通与关断之间切换；
[0080] 第三脉冲宽度调制比较器PWMC3的同相输入端接收第三参考信号VMf3，第三脉冲 宽度调制比较器PWMC3的反相输入端连接第九电阻R9与第十电阻R10相连的连接点；
[0081] 第四η型功率M0S管nM4的漏极连接该片上电压调整器的输出端0UT，第四η型功 率M0S管ηΜ4的源极通过第十一电阻R11和第五电容C5并联后的并联支路接地，第四η型 功率M0S管ηΜ4的栅极连接第三脉冲宽度调制比较器PWMC3的输出端。
[0082] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流 程并不一定是实施本发明所必须的。
[0083] 本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分 布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上 述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
[0084] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[〇〇85] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1. 一种片上供电网络，其特征在于，包括至少一级片上电压调整器和负载，所述片上电 压调整器位于所述负载所在的芯片上； 每一级片上电压调整器的个数至少为一个；每一级片上电压调整器连接其后一级片上 电压调整器中的至少一个片上电压调整器； 第一级片上电压调整器接收供电电源输出的电压，或者接收片外电压调整器输出的电 压；除第一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器，接 收前一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器输出的电压；所述片外电压调整器位于 所述负载所在的芯片之外； 最后一级片上电压调整器向所述负载输出所述负载所需的电压；除最后一级片上电压 调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器，向该片上电压调整器连接 的后一级片上电压调整器输出所述后一级片上电压调整器所需的电压。
2. 如权利要求1所述的片上供电网络，其特征在于，所述片上供电网络包括两级片上 电压调整器和所述负载，第一级片上电压调整器的个数至少为两个；若所述负载需要η个 不同的电压，则第二级片上电压调整器的个数为η ; 每个第一级片上电压调整器的调压范围与该第一级片上电压调整器连接的第二级片 上电压调整器的调压范围之比不小于预设值。
3. 如权利要求1或2所述的片上供电网络，其特征在于，除最后一级片上电压调整器以 外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器包括开关电路、驱动电路、储能电路、 第一滤波电路和反馈环； 所述储能电路，用于在所述开关电路导通时与第一输入电源接通以充电，并在所述开 关电路关断时与第一输入电源断开以放电； 所述第一滤波电路，用于对所述储能电路输出的电压进行滤波； 所述反馈环，用于根据第一参考电压和所述储能电路输出的电压生成驱动信号，或者 根据第一参考电压和所述储能电路流过的电流生成所述驱动信号； 所述驱动电路，用于将所述反馈环输出的驱动信号放大，并输出给所述开关电路； 所述开关电路，用于在所述驱动电路输出的信号的控制下在导通和关断之间切换； 其中，当片上电压调整器为第一级片上电压调整器、且该片上电压调整器接收所述供 电电源输出的电压时，所述第一输入电源为所述供电电源；当片上电压调整器为第一级片 上电压调整器、且该片上电压调整器接收所述片外电压调整器输出的电压时，所述第一输 入电源为所述片外电压调整器的输出；当片上电压调整器为除第一级片上电压调整器以外 的片上电压调整器时，所述第一输入电源为该片上电压调整器的前一级片上电压调整器中 与该片上电压调整器相连的片上电压调整器的输出。
4. 如权利要求3所述的片上供电网络，其特征在于，所述开关电路包括第一 ρ型功率 MOS管和第一 η型功率MOS管； 所述第一 Ρ型功率MOS管的栅极和所述第一 η型功率MOS管的栅极分别接收所述驱动 电路输出的信号；所述第一 Ρ型功率MOS管的源极与所述第一 η型功率MOS管的源极分别 连接所述第一输入电源；所述第一 Ρ型功率MOS管的漏极与所述第一 η型功率MOS管的漏 极相连，作为所述开关电路的输出端。
5. 如权利要求3所述的片上供电网络，其特征在于，当所述反馈环用于根据第一参考 电压和所述储能电路输出的电压生成所述驱动信号时，所述反馈环包括第一电阻、第二电 阻、第三电阻、第一电容、用于输出第一载波的第一振荡器、第一误差放大器和第一脉冲宽 度调制比较器； 所述第一电阻与所述第二电阻串联，该串联支路的一端接收所述储能电路输出的电 压，该串联支路的另一端接地； 所述第一电容连接在所述第一误差放大器的反相输入端与所述第一误差放大器的输 出端之间； 所述第一误差放大器的反相输入端通过所述第三电阻连接所述第一电阻和所述第二 电阻相连的连接点；所述第一误差放大器的同相输入端接收所述第一参考电压；所述第一 误差放大器的输出端连接所述第一脉冲宽度调制比较器的反相输入端；所述第一脉冲宽度 调制比较器的同相输入端接收所述第一振荡器输出的第一载波；所述第一脉冲宽度调制比 较器通过其输出端向所述驱动电路输出所述驱动信号。
6. 如权利要求3所述的片上供电网络，其特征在于，当所述反馈环用于根据第一参考 电压和所述储能电路流过的电流生成所述驱动信号时，所述反馈环包括第四电阻、第五电 阻、第二误差放大器、补偿器、第一比较器、加法器、第一电压电流转换器、第二电压电流转 换器、输出第二载波的第二振荡器和第二脉冲宽度调制比较器； 所述第一电压电流转换器，用于接收所述开关电路输出给所述储能电路的电压，并将 接收到的电压转换为电流输出； 所述第二电压电流转换器，用于接收第三载波的电压，并将接收到的电压转换为电流 输出； 所述加法器，用于确定所述第一电压电流转换器输出的电流与所述第二电压电流转换 器输出的电流之和，并根据确定的电流之和输出电压； 所述第四电阻与所述第五电阻串联，该串联支路的一端接收所述储能电路输出的电 压，该串联支路的另一端接地； 所述第二误差放大器的反相输入端连接所述第四电阻和所述第五电阻相连的连接点； 所述第二误差放大器的同相输入端接收所述第一参考电压；所述第二误差放大器的输出端 连接所述第一比较器的反相输入端； 所述补偿器连接在所述第二误差放大器的反相输入端和所述第二误差放大器的输出 端之间；所述补偿器用于对所述第二误差放大器输出的电压进行补偿； 所述第一比较器的同相输入端接收所述加法器输出的电压，所述第一比较器的输出端 连接所述第二脉冲宽度调制比较器的反相输出端；所述第二脉冲宽度调制比较器的同相输 出端接收所述第二振荡器输出的第二载波；所述第二脉冲宽度调制比较器通过其输出端向 所述驱动电路输出所述驱动信号。
7. 如权利要求3所述的片上供电网络，其特征在于，所述片上电压调整器还包括第二 滤波电路；所述第二滤波电路包括第二η型功率MOS管和第三误差放大器； 所述第二η型功率MOS管的源极接收所述储能电路输出的电压，所述第二η型功率MOS 管的漏极接地，所述第二η型功率MOS管的栅极连接所述第三误差放大器的输出端，所述第 三误差放大器的反相输入端接收与所述储能电路输出的电压成正比的电压，所述第三误差 放大器的同相输入端接收所述第一参考电压。
8. 如权利要求1或2所述的片上供电网络，其特征在于，除第一级片上电压调整器以外 的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器包括第二P型功率MOS管、第三η型功 率MOS管、第四误差放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二电容和第三电容； 所述第六电阻与所述第七电阻串联，该串联支路的一端连接所述第二Ρ型功率MOS管 的漏极，该串联支路的另一端接地；所述第二Ρ型功率MOS管的源极连接第二输入电源，所 述第二Ρ型功率MOS管的栅极连接所述第四误差放大器的输出端；其中，所述第二输入电源 为该片上电压调整器的前一级片上电压调整器中与该片上电压调整器相连的片上电压调 整器的输出； 所述第二Ρ型功率MOS管的漏极连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端接 地； 所述第四误差放大器的反相输入端接收第二参考信号，所述第四误差放大器的同相输 入端连接所述第六电阻与所述第七电阻相连的连接点； 所述第三η型功率MOS管的栅极连接所述第四误差放大器的输出端，所述第三η型功 率MOS管的源极通过所述第八电阻和所述第三电容并联后的并联支路接地，所述第三η型 功率MOS管的漏极与所述第二ρ型功率MOS管的漏极相连，所述第二ρ型功率MOS管的漏 极为该片上电压调整器的输出端。
9. 如权利要求1或2所述的片上供电网络，其特征在于，除第一级片上电压调整器以外 的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、 第四电容、第五电容、第四η型功率MOS管、数字控制器、第三脉冲宽度调制比较器和至少一 个第三Ρ型功率MOS管； 所述至少一个第三Ρ型功率MOS管的源极均连接第三输入电源，所述至少一个第三ρ 型功率MOS管的漏极相连，作为该片上电压调整器的输出端，所述至少一个第三ρ型功率 MOS管的栅极分别接收所述数字控制器输出的控制信号；其中，所述第三输入电源为该片 上电压调整器的前一级片上电压调整器中与该片上电压调整器相连的片上电压调整器的 输出； 所述第九电阻与所述第十电阻串联，该串联支路的一端连接该片上电压调整器的输出 端，该串联支路的另一端接地； 所述第四电容的一端连接该片上电压调整器的输出端，所述第四电容的另一端接地； 所述数字控制器，用于根据所述第三脉冲宽度调制比较器输出的信号，输出控制信 号； 所述第三脉冲宽度调制比较器的同相输入端接收第三参考信号，所述第三脉冲宽度调 制比较器的反相输入端连接所述第九电阻与所述第十电阻相连的连接点； 所述第四η型功率MOS管的漏极连接该片上电压调整器的输出端，所述第四η型功率 MOS管的源极通过所述第十一电阻和所述第五电容并联后的并联支路接地，所述第四η型 功率MOS管的栅极连接所述第三脉冲宽度调制比较器的输出端。
【文档编号】H02M3/156GK104065268SQ201410270308
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】唐样洋, 王新入, 张臣雄 申请人:华为技术有限公司