[发明专利]用于集成电路的串联负载区的功率平衡器

说明书

本公开涉及功率平衡器电路，其使得集成电路(IC)的多个负载区能够被串联供电，同时在每个负载区维持平衡的电压。在一个方面，一种电路包括串联供电的负载区。该电路包括功率平衡器，用于平衡每个负载区上的电压。该功率平衡器包括等效DC变压器阵列，其对于每个负载区，均包括与该负载区并联的等效DC变压器。该功率平衡器包括：对于每个负载区，与该负载区并联连接的总线电容器。每个等效DC变压器与每个其他等效DC变压器彼此电连接，为每个总线电容器提供电通路，从而当一个总线电容器两端的电压大于另一个总线电容器两端的电压时，将电流放电到每个其他总线电容器。

技术领域

本发明涉及用于集成电路的串联负载区的功率平衡器。

背景技术

用于微处理器的传统送电方式涉及位于主板上的芯片旁边的电压调节器和从该电压调节器一直到芯片裸片的无源传送网络(PDN)。随着现代微处理器的功率和电流不断增加，这种送电方式变得效率极低。例如，以0.8V和1000A运行的处理器可能需要24相的电压调节器功率级才能将12V的输入转换为处理器的0.8V。功率转换损耗很容易达到或超过10％。

由于电压调节器体积庞大，通常需要离芯片几英寸远，使得PDN的I2R损耗(或DCIR压降损耗)也变得非常重要。因此，总功率转换和送电效率可以大致达到75％至85％，导致大量的电量成本。此外，高电流专用集成电路(ASIC)封装可能会达到球栅阵列(BGA)电迁移(EM)极限，从而限制了可输送到芯片封装中的电流量或减损封装的可靠性。

发明内容

本说明书描述了与功率平衡器电路有关的技术，其使得集成电路(IC)的多个负载区能够被串联供电，同时在每个负载区维持平衡的电压。

通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以在电路中来实施，该电路包括：串联供电的多个负载区，每个负载区均被制造在同一集成电路上；和功率平衡器，用于平衡每个负载区上的电压，该功率平衡器包括：等效DC变压器阵列，其对于每个负载区，均包括与所述负载区并联的等效DC变压器；和对于每个负载区，与所述负载区并联连接的总线电容器；其中，每个等效DC变压器与每个其他等效DC变压器彼此电连接，为每个总线电容器提供电通路，从而当一个总线电容器两端的电压大于另一个总线电容器两端的电压时，将电流放电到每个其他总线电容器。

这些和其他实施方式可各自可选地包括以下特征中的一个或多个。在一些方面，每个等效DC变压器包括开关电容器电路，该开关电容器电路包括一对开关，一对开关包括第一开关和第二开关，并且第一开关和第二开关互补操作，使得当第一开关接通时，第二开关断开，而第二开关接通时，第一开关断开。

一些方面包括控制器，该控制器被配置为根据指定的占空比重复地接通和断开第一和第二开关。每个开关可包括金属氧化物半导体场效应晶体管。功率平衡器包括用于每个负载区的变压器。用于每个负载区的变压器连接在用于负载区的第一开关和用于负载区的第二开关之间。

在一些方面，功率平衡器被制造在集成电路上。功率平衡器安装在具有集成电路的电路板上。功率平衡器包括用于每个负载区的单独的电压调节器。用于每个负载区的单独的电压调节器连接在用于该负载区的总线电容器和到该负载区的输入电连接部之间。在一些方面，每个负载区是一个处理器内核。

通常，本说明书中描述的主题的另一个方面可以在电路中实施，该电路包括：串联供电的多个负载区，每个负载区均被制造在同一集成电路上；和功率平衡器，用于平衡每个负载区上的电压，该功率平衡器包括：开关电容器电路，该开关电容器电路包括用于每个负载区的一对开关，一对开关包括第一开关和第二开关，其中，第一开关和第二开关互补操作，使得当第一开关接通时，第二开关断开，而当第二开关接通时，第一开关断开；和对于每个负载区，与该负载区并联连接的总线电容器；其中，每对开关与其他每对开关彼此电连接，为每个总线电容器提供电通路，从而当一个总线电容器两端的电压大于另一个总线电容器两端的电压时，将电流放电到每个其他总线电容器。