多模式电源管理系统的制作方法

本发明涉及电源技术，特别地，涉及一种适用于SOC(Systemonachip，片上系统)芯片的多模式电源管理系统。
背景技术：
：众所周知，SOC芯片通常需要采用电源管理系统来给芯片内部电路进行稳定的供电。现有技术中的电源管理系统一般采用模拟开关电源或者数字开关电源。模拟开关电源在应用条件改变或者需要转移到新工艺时，需要重新设计新的反馈回路，验证周期比较长；并且，反馈环路在新设计及新工艺中存在不稳定的可能性，使得电源管理系统风险较大，影响产品快速切入市场。如果在现有技术的SOC芯片中的电源管理系统使用数字开关电源，虽然数字开关电源可以比较好地适应不同的应用和工艺要求，但是纯数字开关电源的开关带宽比较低，负载变化快使电源纹波较大，因此其适用范围相对受限。另一方面，开关电源噪声也可能影响到SOC芯片的其他敏感电路，且在低电压输入时效率会发生下降。有鉴于此，有必要提供一种适用于SOC芯片的多模式电源管理系统，以解决现有技术存在的上述问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种可以解决上述问题的多模式电源管理系统。本发明提供一种多模式电源管理系统，包括数字电路、模拟电路和转换器输出级，其中所述模拟电路连接到所述数字电路，且其包括模拟PFM控制电路、数字PWM控制电路、第一LDO控制电路和第二LDO控制电路；所述模拟PFM控制电路、数字PWM控制电路、第一LDO控制电路和第二LDO控制电路构成输出驱动单元，用于向所述转换器功率输出级提供输出驱动信号，所述输出驱动信号用于驱动所述转换器功率输出级分别实现模拟PFM开关电源输出模式、数字PWM开关电源输出模式、开关电源拓扑LDO输出模式和LDO输出模式的电压输出。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述转换器功率输出级包括第一PMOS开关、第二PMOS开关和NMOS开关，其中，所述第一PMOS开关、第二PMOS开关和NMOS开关连接到所述输出驱动单元，用于接收所述输出驱动单元提供的输出驱动信号；其中所述NMOS开关的源极接地，且其漏极连接到所述第一PMOS开关的漏极，并作为功率级输出；所述第一PMOS开关和所述第二PMOS开关的源极连接到功率电源；所述第二PMOS开关的漏极连接到电压输出端，而所述功率级输出通过可替代器件连接到所述电压输出端，且所述电压输出端通过输出电容接地。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述输出驱动信号包括用于驱动所述第一PMOS开关的第一PMOS栅极控制信号、用于驱动所述第二PMOS开关的第二PMOS栅极控制信号以及用于驱动所述NMOS开关的NMOS栅极控制信号。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，在所述模拟PFM开关电源输出模式及所述数字PWM开关电源输出模式，所述第二PMOS开关处于关断状态，且所述模拟PFM控制电路和所述数字PWM控制电路通过第一PMOS栅极控制信号和NMOS栅极控制信号驱动所述第一PMOS开关和所述NMOS开关以使其构成同步互补开关。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，在所述开关电源拓扑LDO输出模式下，所述第一PMOS开关和所述NMOS开关处于关断状态；所述第二LDO控制电路输出所述第二PMOS栅极控制信来驱动所述第二PMOS开关形成开关电源模式的LDO输出，其中，所述可替换元件采用电感元件。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，在所述LDO输出模式下，所述第二PMOS开关和所述NMOS开关处于关断状态；所述第一LDO控制电路输出所述第一PMOS栅极控制信来驱动所述第一PMOS开关形成LDO输出，其中，所述可替换元件采用零欧姆电阻。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述数字电路包括LDO环路控制单元、PFM模式参数控制单元和数字PWM环路滤波单元，其中所述LDO环路控制单元连接到所述第一LDO控制电路和所述第二LDO控制电路，用于向所述第一LDO控制电路和所述第二LDO控制电路输出第一总线电压和第二总线电压，所述PFM模式参数控制单元连接到所述模拟PFM控制电路，用于向所述模拟PFM控制电路输出第三总线电压和第一时钟信号；所述数字PWM环路滤波单元连接到所述数字PWM控制电路，用于向所述数字PWM控制电路输出第四总线电压和第二时钟信号。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述数字电路还包括工作模式选择单元，其连接到所述LDO环路控制单元、所述PFM模式参数控制单元和所述数字PWM环路滤波单元，用于根据寄存器配置接口的输出配置以及输入电压采样值，选择性地进行第一LDO环路控制使能、第二LDO环路控制使能、模拟PFM环路控制使能和数字PWM环路控制使能。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述模拟PFM模式控制电路包括引入迟滞模块的高速比较器，其用于比较输出反馈电压与参考电压，其中所述迟滞模块包括数字逻辑单元及2选1多工器，其中所述高速比较器的输出通过所述数字逻辑单元反馈给所述2选1多工器；当所述高速比较器的输出为低时，所述2选1多工器选择所述高电平信号作为所述参考电压输出，而当所述高速比较器的输出为高时，所述2选1多工器选择所述低电平信号作为所述参考电压输出；并且所述高速比较器还通过所述数字逻辑单元及时钟同步电路向功率开关驱动电路输出PFM模式驱动时钟，并通过所述功率开关驱动电路产生输出驱动信号。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述模拟PFM模式控制电路还包括连接在数字PFM参数运算单元和所述2选1多工器之间的数字转模拟转换器，所述数字转模拟转换器用于接收所述数字PFM参数运算单元提供的2N位数字总线电压，经过N位解码器的解码处理之后形成N选二选择码；所述N选二选择码通过电压N选二单元选择采用串联电阻对参考基准电源进行分压而产生的分压值，并经过纹波N选一单元分别输出所述高电平信号及所述低电平信号作为所述模拟参考电压输出。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述数字PFM参数运算单元包括N位输出纹波设置单元和N位输出电压设置单元，二者连接到比较电压设置逻辑运算单元，且所述比较电压设置逻辑运算单元输出所述2N位数字总线电压，所述数字PFM参数运算单元用于根据输出纹波及输出电压设置值，产生比较电压参数设置总线；其中，所述N位输出电压设置单元用于设置输出电压设置值，而所述N为输出纹波设置单元用于输出电压纹波设置值。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述数字PWM模式控制电路包括误差采样转换单元和数字PWM环路滤波单元；所述误差采样转换单元包括参考电源分压电阻网络、电压N选一单元及非线性ADC单元，其中，所述参考电压分压电阻网络产生2^N个电压输出，所述电压N选一单元用于寄存器配置接口输出的所述参考电压选择码进行解码，并选择相应的参考电压输出，所述非线性ADC单元用于接收反馈电压和所述参考电压之间的差值，并对其进行非线性模拟数字转换处理，得到输出误差的N位数字误差信号。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述数字PWM环路滤波单元主要用于根据环路参数的应用要求，调整环路参数并通过数字PID滤波单元对所述数字误差信号进行数字PID滤波及环路补偿，之后输出到SDM噪声整形单元进行噪声整形，然后通过数字PWM比较单元的处理产生PWM时钟信号。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述数字PID滤波单元为基本的PID环路，其信号过程包括将输入的N位数字误差信号进行乘法运算、累加运算和累减运算，并将乘法运算结果、累加运算结果和累减运算结果相加得到滤波后的误差输出；所述SDM噪声整形单元为二阶调制器，其包括基本的加法单元、减法单元、乘法运算单元、延迟单元和K位量化单元；所述数字PWM比较单元采用基本的K位数字锯齿波发生器及K位数字PWM比较器，其中所述K位数字锯齿波发生器通过累加器来产生锯齿波，每一个时钟周期输出累加值，所述K位数字PWM比较器连接到所述K位量化单元，用于接收所述K为量化单元输出的K位量化信号；若所述K位数字锯齿波产生的锯齿波数值小于输入数值，则所述数字PWM比较器输出1，反之输出0。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述第二LDO控制电路包括运算放大器和寄存器可配置的零极点补偿阵列电路，其中所述运算放大器为基本放大器，其正相输入端和反相输入端分别接收参考电压和反馈电压，并且所述运算放大器的输出端通过第一开关连接到所述第二PMOS开关以向其输出第二PMOS栅极控制信号；所述零极点补偿阵列包括M位可调电阻串联和N位并联电容，而实际的零极点补偿值由电压总线进行控制。作为在本发明提供的多模式电源管理系统的一种改进，在一种优选实施例中，所述第一LDO控制电路复用所述第二LDO控制电路的运算放大器及零极点补偿电路，并且所述运算放大器的输出端通过第二开关连接到所述第一PMOS开关的栅极以向其输出第一PMOS栅极控制信号；在所述LDO输出模式下，所述零极点补偿电路的实际零极点补偿值由电压总线进行控制。相较于现有技术，本申请提供的多模式单元管理系统可以达到以下技术效果：(1)根据不同应用，可控制电源管理系统不同的工作模式，参数寄存器可由系统MCU调整，使得IP非常适用于不同应用场合的转移，节省开发时间；(2)模拟工作模式响应快，没有稳定性问题；闭环模式数字工作模式参数可调整，使得IP非常适用于不同工艺的转移，提高开发成功率；(3)集成的开关电源拓扑下的LDO输出模式，提高低输入电压下的效率；(4)电路复用的LDO输出模式，适用于低噪声电源的需求。【附图说明】为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1为本发明提供的多模式电源管理系统一种实施例的结构示意图；图2为图1所示的多模式电源管理系统在模拟PFM开关电源模式及数字PWM开关电源模式的输出拓扑电路图；图3为图1所示的多模式电源管理系统在开关电源拓扑LDO输出模式的输出拓扑电路图；图4为图1所示的多模式电源管理系统在LDO输出模式的输出拓扑电路图；图5为图1所示的多模式电源管理系统的模拟PFM控制电路的电路结构示意图；图6为图5所示的模拟PFM控制电路的信号波形示意图；图7为图5所示的模拟PFM模式控制电路的数字PFM参数运算单元和DAC数字转模拟转换器的电路结构示意图；图8为图1所示的多模式电源管理系统的数字PWM控制电路的电路结构示意图；图9为图8所示的数字PWM控制电路的误差采样转换单元及数字PWM环路滤波单元的电路结构示意图；图10为图9所示的数字PWM环路滤波单元的各个内部功能单元的电路结构示意图；图11为图1所示的多模式电源管理系统在开关电源拓扑LDO输出模式的电路结构示意图；图12为图1所示的多模式电源管理系统在LDO输出模式的电路结构示意图；图13为图1所示的多模式电源管理系统的工作模式选择控制单元的电路结构示意图。【具体实施方式】下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于SOC芯片的多模式电源管理系统。所述多模式电源管理系统具有如下的特点：(1)采用灵活的数字电路控制电源管理系统在模拟PFM(PulseFrequencyModulation，脉冲频率调制)开关输出、数字PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)开关输出、开关电源拓扑LDO(LowDropoutRegulator，低压差线性稳压器)输出及纯LDO输出四种模式工作，各种模式下系统参数寄存器可配置，从而使得所述多模式电源管理系统的IP非常适用于不同工艺及不同应用场合的转移；(2)为了避免模拟环路稳定性问题，所述多模式电源管理系统在模拟工作模式采用比较器控制的开环PFM模式，能快速响应负载变化，而且没有环路稳定性问题；(3)所述多模式电源管理系统在闭环模式采用定制全数字PWM控制,避免模拟反馈环路，因此可以去除模拟的误差反馈放大器及大面积电容，并且环路参数通过寄存器配置以适应不同的工艺；(4)所述多模式电源管理系统在低电压模式或低噪声模式采用数字电路控制的LDO输出，可以降低噪声并且提高效率。请参阅图1，其为本发明提供的多模式电源管理系统一种实施例的结构示意图。所述多模式电源管理系统以降压转换器(BUCKConverter)作为原理阐述，其集成了四种输出模式，分别为模拟PFM开关电源模式、数字PWM开关电源模式、开关电源拓扑LDO输出模式和LDO输出模式。具体地，如图1所示，所述多模式电源管理系统主要包括以下三大部分：数字电路、模拟电路和转换器功率输出级。并且，为配合所述多模式电源管理系统的工作，所述多模式电源管理系统的外部环境可以包括以下两个部分，即外部元器件和MCU(微处理器)。其中，所述外部元器件包括滤波电容，其主要用于滤波产生电压输出；所述MCU主要用于控制系统的各个参数。其中，所述数字电路连接到所述微处理器，其主要包括寄存器配置接口、工作模式选择单元、LDO环路控制单元、PFM模式参数控制单元和数字PWM环路滤波单元。所述寄存器配置接口连接到所述MCU，并与所述LDO环路控制单元、所述PFM模式参数控制单元、所述数字PWM环路滤波单元相连接。所述工作模式选择单元连接到所述LDO环路控制单元、所述PFM模式参数控制单元、所述数字PWM环路滤波单元，用于选择控制所述LDO环路控制单元、所述PFM模式参数控制单元、所述数字PWM环路滤波单元的工作状态。所述模拟电路包括电压采样转换单元、第一LDO控制电路(即LDO1控制电路)、第二LDO控制电路(即LDO2控制电路)、模拟PFM控制电路、数字PWM控制电路、误差采样转换单元和反馈滤波及补偿电路。其中，所述第一LDO控制电路、所述第二LDO控制电路、所述模拟PFM控制电路和所述数字PWM控制电路构成一个输出控制单元，其可以向所述转换器功率输出级提供输出驱动信号，驱动所述转换器功率输出级实现相应工作模式的电压输出。具体地，所述第二LDO控制电路和所述第一LDO控制电路可以连接到所述数字电路的LDO环路控制单元，二者分别用于接收所述LDO环路控制单元输出的第一总线电压vset1和第二总线电压vset2。所述模拟PFM控制电路连接到所述数字电路的PFM模式参数控制单元，用于接收所述PFM模式参数控制单元输出的第一时钟信号clk1和第三总线电压vset3。所述数字PWM控制电路连接到所述数字PWM环路滤波单元，用于接收所述PWM环路滤波单元输出的第二时钟信号clk2和第四总线电压vset4。并且，所述误差采样转换单元连接在所述反馈滤波及补偿电路之间，且所述反馈滤波及补偿电路还连接到电压输出端VOUT、所述模式选择单元和所述寄存器配置接口。其中，所述反馈滤波及补偿电路可以接收来自所述寄存器配置接口的第五总线电压vset5，且用于根据所述电压输出端VOUT的输出电压，向所述第一LDO控制电路、所述第二LDO控制电路、所述模拟PFM控制电路和所述数字PWM控制电路输出第一反馈电压vfb1，并向所述误差采样转换单元输出第二反馈电压vfb2。所述误差采样转换单元用于从所述数字PWM环路滤波单元接收参考电压选择码vrefset，并根据所述第二反馈电压vfb2生成相应的误差采样信号，并输出给所述数字PWM环路滤波单元。所述电压采样转换单元连接在所述数字电路的工作模式选择控制单元和所述转换器功率输出级之间，其主要用于接收所述工作模式选择控制单元输出的第六总线电压vset6，并对所述转换器功率输出级进行电压采样并将采样信号vi返回给所述工作模式选择控制单元。所述转换功率输出级采用大尺寸功率开关器件，其主要包括第一PMOS开关(PMOS开关1)、第二PMOS开关(PMOS开关2)和NMOS开关。其中，所述第一PMOS开关、所述第二PMOS开关和所述NMOS开关的栅极连接到所述模拟电路的输出驱动单元，用于接收所述输出驱动单元提供的第一PMOS栅极控制信号PGATE1、第二PMOS栅极控制信号PGATE2和NMOS栅极控制信号NGATE。其中，所述NMOS开关的源极接地PGND，且其漏极连接到所述第一PMOS开关的漏极，并作为功率级输出VLX，所述第一PMOS开关的源极连接到功率电源PVDD。其中，所述功率级输出VLX还可以通过外部元器件的可替代器件(比如电感或者0欧姆电阻)连接到电压输出端VOUT。所述第二PMOS开关的源极连接到所述功率电源PVDD，并且还连接到所述模拟电路的电压采样转换单元，且其漏极连接到所述电压输出端VOUT。并且，所述电压输出端VOUT还可以通过输出电容接地PGND。在具体工作中，所述转换功率输出级在不同工作模式中，可以采用如下配置：(1)模拟PFM开关电源模式及数字PWM开关电源模式：所述模拟PFM开关电源模式及所述数字PWM开关电源模式的电源拓扑输出可以简化成如图2所示的输出拓扑电路，在上述工作模式下，所述第二PMOS开关关断，且所述模拟PFM控制电路和数字PWM控制电路控制所述转换器功率输出级的驱动输入，即通过第一PMOS栅极控制信号PGATE1和NMOS栅极控制信号NGATE驱动所述第一PMOS开关和所述NMOS开关，从而使得所述第一PMOS开关和所述NMOS开关构成同步互补开关，如图2所示。(2)开关电源拓扑LDO输出模式：所述开关电源拓扑LDO输出模式的电源拓扑输出可以简化成如图3所示的输出拓扑电路。在此工作模式下，所述第一PMOS开关和所述NMOS开关关断，并通过所述第二PMOS开关来构成功率输出级。此时，所述转换器功率输出级的驱动输入由所述第二LDO控制电路来产生，即所述第二LDO控制电路提供并输出第二PMOS栅极控制信号PGATE2来控制所述第二PMOS开关，来形成DC-DC开关电源模式的LDO输出。在这种工作模式下，所述外部元器件可以可替换元器件可以采用电感，如图3所示。(3)LDO输出模式：所述LDO输出模式的电源拓扑输出可以简化成如图4所示的输出拓扑电路。在此工作模式下，所述第二PMOS开关和所述NMOS开关关断，并通过所述第一PMOS开关来构成功率输出级。此时，所述转换器功率输出级的驱动输入由所述第一LDO控制电路来产生，即所述第一LDO控制电路提供并输出第一PMOS栅极控制信号PGATE1来控制所述第一PMOS开关来形成LDO输出。在这种工作模式下，所述外部元器件的可替换元器件可以采用0欧姆电阻，如图4所示。为更好地理解本申请提供的多模式电源管理系统，以下结合相应的电路图介绍所述多模式电源管理系统的各种电源输出模式的具体实现。(一)模拟PFM开关电源模式所述模拟PFM开关电源模式的控制电路主要包括所述数字控制电路和所述模拟PFM控制电路，具体原理如下：所述数字控制电路根据输入和输出的需求，配置所述第一时钟信号clk1和所述第三控制电压vset3(电压总线)，并产生一组参考时钟和两组参考电压，作为所述模拟PFM控制电路的输入。所述模拟PFM控制电路可以采用脉冲频率调制(PFM)方式，其具体电路可以如图5所示。所述模拟PFM控制电路包括DAC数字转模拟转换器、2选1多工器(MUX)、高速比较器、数字逻辑单元及时钟同步电路、功率开关驱动电路。其中，所述DAC数字转模拟转换器连接在数字PFM参数运算单元和所述2选1多工器之间，用于接收所述第三总线电压vset3，并通过数字模拟转换向所述2选1多工器输出高电平信号High_vout或者低电平信号Low_vout。所述2选1多工器用于选择性地输出高电平信号High_vout或者低电平信号Low_vout，来作为其输出的参考电压Ref。所述数字PFM参数运算单元还向所述数字逻辑单元及时钟同步电路输出第一时钟信号clk1。所述模拟PFM模式控制电路的核心单元为引入迟滞模块的高速比较器，其主要用于比较输出反馈电压vfb与参考电压Ref，其中所述迟滞模块主要包括数字逻辑单元及2选1多工器，其中所述高速比较器的输出通过所述数字逻辑单元及时钟同步电路反馈给所述2选1多工器。所述模拟PFM模式控制电路的核心单元的具体逻辑如下：当所述高速比较器的输出为低时，所述2选1多工器选择所述高电平信号High_vout作为所述参考电压Ref输出；而当所述高速比较器的输出为高时，所述2选1多工器选择所述低电平信号Low_vout作为所述参考电压Ref输出。并且，所述高速比较器通过所述数字逻辑单元及时钟同步电路向所述功率开关驱动电路输出PFM模式驱动时钟PFM_CLK，并通过所述功率开关驱动电路产生所述第一PMOS栅极控制信号PGATE1和所述NMOS栅极控制信号NGATE，来作为所述第一PMOS开关和所述NMOS开关的驱动信号。并且此时所述第二PMOS开关处于关断状态。所述模拟PFM控制电路的信号波形可以如图6所示。在模拟PFM模式控制电路中，所述DAC数字转模拟转换器单元的主要功能为映射数字PFM参数运算单元的数字总线电压输出vset3到模拟参考电压输出Ref。请参阅图7，所述DAC数字转模拟转换器单元的实现方法如下：所述DAC数字转模拟转换器接收从所述数字PFM参数运算单元输入的2N位vset3总线，经过N位解码器的解码处理之后形成N选二选择码；所述N选二选择码通过电压N选二单元选择采用串联电阻对参考基准电源进行分压而产生的分压值，并经过纹波N选一单元分别输出高电平信号High_vout及低电平信号Low_vout作为参考电压输出。其中，所述参考基准电源可采用带隙基准源。如图7所示，所述模拟PFM模式控制电路中的数字PFM参数运算单元包括N位输出纹波设置单元和N位输出电压设置单元，二者连接到比较电压设置逻辑运算单元，且所述比较电压设置逻辑运算单元输出所述2N位vset3总线。所述数字PFM参数运算单元的具体算法为根据输出纹波及输出电压的设置值，产生比较电压参数设置总线；其中，所述数字PFM参数运算单元可以通过所述N位输出电压设置单元来设置输出DC电压值，并通过所述N位输出纹波设置单元来输出电压纹波设置值。所述DAC数字转模拟转换器的电压N选二单元的主要功能用于选择N位二进制码输出为边界低参考电压Low_vout1，且选择N位二进制码加1的输出为边界高参考电压High_vout1，其中所述边界低参考电压Low_vout1和所述边界高参考电压High_vout1可以由2^N个电阻串联分压得到。所述纹波N选一单元的主要功能为选择N位二进制码输出为高参考电压输出(即所述高电平信号High_vout)，并且镜像选择N位二进制码的输出为低参考电压输出(即所述低电平信号Low_vout)；其中，所述高参考电压输出和所述低参考电压输出同样可以由2组镜像的2^N个电阻串联分压得到。以4位总线为例，在N＝4的情况下：(1)输出电压1.8V，设置输出电压寄存器值4’b0111；(2)输出纹波为14mv，设置输出纹波寄存器值4’b0111；(3)比较电压逻辑运算单元将电压寄存器值左移4位，再加上输出纹波寄存器值，得到2N位的vset3总线值8’b01110111；(4)vset3总线值高4位经过4位解码器送入电压N选二单元，得到电压设置边界高参考电压High_vout1为1.815V，边界低参考电压Low_vout1输出为1.785V；(5)vset3总线值低4位经过4位解码器送入纹波N选二单元得到高参考电压输出High_vout为1.807V及低参考电压输出Low_vout为1.793V。(二)数字PWM开关电源模式所述数字PWM开关电源模式的控制电路主要包括所述数字PWM控制电路，具体原理如下：请参阅图8，电压输出端的输出电压VOUT经过所述反馈滤波及补偿电路反馈到所述误差采样转换电路，并由所述误差采样转换电路转换为数字信号vod。所述数字信号vod经过数字PWM环路滤波单元产生PWM模式的占空比信号vset4(即上述第四控制电压)和同步时钟信号clk2(即上述第二时钟信号)，并输出给数字PWM控制逻辑单元。所述PWM模式的占空比信号vset4经过所述数字PWM控制逻辑单元的逻辑控制处理之后产生真正的PWM驱动时钟PWM_CLK，并通过功率开关驱动电路产生第一PMOS栅极控制信号PGATE1和NMOS栅极控制信号NGATE1，并输出至所述转换器功率输出级以驱动所述第一PMOS开关和所述NMOS开关。另一方面，此时所述第二PMOS开关处于关断状态。请参阅图9，所述数字PWM模式控制电路的核心单元包括误差采样转换单元和数字PWM环路滤波单元。所述误差采样转换单元包括参考电源分压电阻网络、电压N选一单元及非线性ADC单元。其中，所述参考电压分压电阻网络产生2^N个电压输出，根据输出电压VOUT的设置需求，所述寄存器配置接口通过其输出参数设置单元输出参考电压选择码vrefset，所述电压N选一单元中对所述参考电压选择码vrefset进行解码，并选择相应的参考电压vref输出。举例来说，假设所述第二反馈电压vfb2等于输出电压VOUT的一半，即vfb2＝VOUT/2，而参考基准电源为1.5V，vrefset为4位电压总线；并且，在所述误差采样转换单元中总共16个选择台阶，代表每一个参考电压选择码为0.1V步长，那么参考电压选择码4’b0111对应的输出的参考电压vref应该是Vref＝0.7Vx2＝1.4V。所述非线性ADC单元用于接收所述第二反馈电压vfb2和所述参考电压vref之间的差值，并对其进行非线性A/D转换处理，得到输出误差的N位数字化信号ved(即数字误差信号ved)。假设所述非线性ADC单元为4位非线性ADC，则其转换如表1所示：误差量(mV)输出码误差量(mV)输出码640111-21111480110-41110320101-61101160100-8110080011-16101160010-32101040001-48100120000-641000表1所述数字PWM环路滤波单元的主要功能为根据环路参数的应用要求，调整环路参数并通过数字PID滤波单元对所述数字误差信号ved进行数字PID滤波及环路补偿，之后输出到Sigma-Delta调制(SDM)噪声整形单元进行噪声整形，然后通过数字PWM比较单元的处理产生PWM时钟信号PWM_CLK。如图9所示，所述数字PID滤波单元、所述SDM噪声整形单元和所述数字PWM比较单元依次连接；所述寄存器配置接口包括PID参数设置单元、SDM参数设置单元和PWM参数设置单元，分别连接到所述数字PID滤波单元、所述SDM噪声整形单元和所述数字PWM比较单元，用于对其进行相应PID参数设置、SDM参数设置和PWM参数设置。请一并参阅图10，所述数字PWM环路滤波单元各个内部单元的具体实现如下：其中，所述数字PID滤波及环路补偿单元为基本的PID环路，其信号过程包括将输入的N位数字化误差信号ved[N:0]进行乘法运算、累加运算和累减运算，最后将乘法运算结果、累加运算结果和累减运算结果相加得到滤波后的误差输出PID[M:0]，其中，所述环路滤波参数由所述寄存器配置接口的PID参数设置单元进行设定，在本实施例中以M＝16作为具体例子进行设计。所述SDM噪声整形单元为二阶调制器，其包括基本的加法单元、减法单元、乘法运算单元、延迟单元和K位量化单元，其中所述延迟单元为1个时钟的延迟单元。所述SDM噪声整形单元的信号流可以参阅图10所示，本实施例以增益系数设置为2，L和K分别设置为16和4作为具体例子进行设计。所述数字PWM比较单元采用基本的K位数字锯齿波发生器及K位数字PWM比较器，其中，所述K位数字锯齿波发生器通过累加器来产生锯齿波，每一个时钟周期输出累加值。所述K位数字PWM比较器连接到所述K位量化单元，用于接收所述K为量化单元输出的K位量化信号SDM[K:0]；若所述K位数字锯齿波产生的锯齿波数值小于输入数值，则所述数字PWM比较器输出1，反之输出0。如上所述，本实施例以K＝4作为具体例子进行设计。(三)开关电源拓扑LDO输出模式：当输入电压接近输出电压时，开关电源的效率将会发生下降，因此为了提升效率，在本申请提供的多模式电源管理系统中可以关闭开关电源模式，并开启所述第二LDO控制电路，此时所述第一PMOS开关和所述NMOS开关处于关断状态，并且所述第二LDO控制电路可以通过第二PMOS栅极控制信号驱动所述第二PMOS开关进行工作。所述开关电源拓扑LDO输出模式的具体实现电路可以如图11所示，具体而言，所述第二LDO控制电路包括运算放大器和寄存器可配置的零极点补偿阵列电路，其中，所述运算放大器为基本放大器，其正相输入端和反相输入端可以分别接收参考电压Vref和第一反馈电压vfb1，并且，所述运算放大器的输出端可以通过第一开关(即开关1)连接到所述第二PMOS开关的栅极，用于向所述第二PMOS开关输出所述第二PMOS栅极控制信号PGATE2。在具体实施例中，所述第二LDO控制电路可以采用基本cascode一级运算放大器结构，其零极点补偿可以通过所述零极点补偿阵列电路来实现。比如，所述零极点补偿阵列可以包括M位可调电阻串联和N位并联电容，而实际的零极点补偿值由电压总线Vset[K:1]进行控制，以适应不同应用条件下的稳定性。图11所示的实施例以K＝8作为具体例子进行设计，其中高4位用于电阻选择，而低4位用于电容选择。(四)LDO输出模式：当SOC芯片的应用要求其电源管理系统采用低噪声电源时，为了提升性能，所述多模式电源管理系统可以关闭开关电源模式，并开启所述第一LDO控制电路。此时，所述第二PMOS开关和所述NMOS开关处于关断状态，并且所述可替代器件可以设置为零欧姆电阻，另外，所述第一LDO控制电路可以通过第一PMOS栅极控制信号来驱动所述第一PMOS开关进行工作。所述多模式电源管理系统的LDO输出模式的具体实现电路可以如图12所示。具体而言，在所述多模式电源管理系统的LDO输出模式使能之后，所述第一LDO控制电路可以复用所述第二LDO控制电路的运算放大器及零极点补偿电路，并且，所述运算放大器的输出端通过第二开关(即开关2)连接到所述第一PMOS开关的栅极，用于向所述第一PMOS开关输出所述第一PMOS栅极控制信号PGATE1。另外，在所述LDO输出模式下，所述零极点补偿电路的实际的零极点补偿值由电压总线vset1进行控制，以适应不同应用条件下的稳定性。最后，所述多模式电源管理系统的四种电源输出模式的切换，即所述模拟PFM开关电源输出模式、所述数字PWM开关电源输出模式、所述开关电源拓扑LDO输出模式和所述LDO输出模式可以通过所述数字电路的工作模式选择控制单元并配合所述模拟电路的电压采样转换单元来实现。具体地，所述多模式电源管理系统的输出模式切换的具体实现电路可以如图13所示。其中，所述电压采样转换单元包括逐次逼近模数转换器(SARADC)，所述SARADC可以为基本的K位逐次逼近ADC，其用于实现对输入电压PVDD的检测，在本实施例以K＝4作为具体例子进行设计。所述SARADC可以连接到所述工作模式选择控制单元的输入电压比较单元，其可以根据所述输入电压比较单元提供的逐次逼近码SARCODE，将所述输入电压PVDD转换为数字输入电压VI[K:1]，并输出给所述输入电压比较单元。所述输入电压比较单元用于将所述数字输入电压VI[K:1]与所述寄存器配置接口提供的输出电压VOUT设置值进行比较。如图13所示，所述工作模式选择控制单元还可以包括开关电源拓扑控制单元、开关电源拓扑下的LDO控制单元、LDO模式配置单元、模拟PFM模式配置单元、数字PWM模式配置单元和开关电源拓扑下的LDO配置单元。其中，所述开关电源拓扑控制单元连接到所述寄存器配置接口和所述开关电源拓扑下的LDO控制单元，且所述开关电源拓扑控制单元和所述开关电源拓扑下的LDO控制单元均连接到所述输入电压比较单元的输出端。所述LDO模式配置单元、所述模拟PFM模式配置单元、所述数字PWM模式配置单元和所述开关电源拓扑下的LDO配置单元分别用于实现第一LDO环路控制使能、PFM模式参数控制使能、数字PWM环路滤波使能和第二LDO环路控制使能。其中，所述LDO模式配置单元直接连接到所述寄存器配置接口，所述模拟PFM模式配置单元和所述数字PWM模式配置单元连接到所述开关电源拓扑控制单元，且所述开关电源拓扑下的LDO配置单元连接到所述开关电源拓扑下的LDO控制单元。基于上述电路结构，所述工作模式选择控制单元可以通过以下方式来实现所述多模式电源管理系统的输出模式切换。(1)如果所述寄存器配置接口设置所述多模式电源管理系统应用为LDO输出模式，所述LDO模式配置单元将实现所述第一LDO环路控制使能，此时所述多模式电源管理系统的其他控制模式关断，则所述多模式电源管理系统将启用LDO环路应用设置。(2)如果所述寄存器配置接口设置所述多模式电源管理系统应用为开关电源模式，并且所述输入电压比较单元通过电压比较判断出所述输入电压小于所述输出电压设定值，则所述开关电源拓扑下的LDO控制单元可控制所述开关电源拓扑下的LDO配置单元，以使所述开关电源拓扑下的LDO配置单元实现第二LDO环路控制使能，此时所述多模式电源管理系统的其他控制模式关断。因此，所述多模式电源管理系统将启动所述第二LDO环路应用设置。在本实施例中，所述输出电压设定值可以具体采用输出电压加200mV作为例子进行设计。(3)如果所述寄存器配置接口设置所述多模式电源管理系统应用为开关电源模式，并且所述输入电压比较单元通过电压比较判断出所述输入电压小于所述输出电压设定值，此时所述多模式电源管理系统默认初始化进入模拟PFM开关电源输出模式。如上所述，在本实施例中，所述输出电压设定值可以具体采用输出电压加200mV作为例子进行设计。(4)如果所述寄存器配置接口设置所述多模式电源管理系统应用为开关电源模式的模拟PFM开关电源输出模式，此时所述多模式电源管理系统将处于模拟PFM开关电源输出模式，所述模拟PFM模式配置单元可以实现模拟PFM环路控制使能，所述多模式电源管理系统的其他控制模式关断。因此，所述多模式电源管理系统将启动所述PFM模式开关电源拓扑应用设置。(5)如果所述寄存器配置接口设置所述多模式电源管理系统应用为开关电源模式的数字PWM开关电源输出模式，所述多模式电源管理系统将处于所述数字PWM开关电源输出模式。所述数字PWM模式配置单元可以实现数字PWM环路控制使能，所述多模式电源管理系统的其他控制模式关断。因此，所述多模式电源管理系统将启动数字PWM模式开关电源拓扑应用设置。基于上述具体技术方案，相较于现有技术，本申请提供的多模式单元管理系统可以达到以下技术效果：(1)根据不同应用，可控制电源管理系统不同的工作模式，参数寄存器可由系统MCU调整，使得IP非常适用于不同应用场合的转移，节省开发时间；(2)模拟工作模式响应快，没有稳定性问题；闭环模式数字工作模式参数可调整，使得IP非常适用于不同工艺的转移，提高开发成功率；(3)集成的开关电源拓扑下的LDO输出模式，提高低输入电压下的效率；(4)电路复用的LDO输出模式，适用于低噪声电源的需求。以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3