[发明专利]无缝非线性电压调节控制到线性控制的装置和方法

说明书

本公开涉及无缝非线性电压调节控制到线性控制的装置和方法。数字控制方案控制PID滤波器的积分器实现饱和占空比的非线性控制，在此期间PID滤波器的比例和微分项被设置为0，而积分器及其内部状态(先前值或存储器)被设置到作为当前标称占空比加上deltaD之和的占空比。deltaD是用于从ICCmin到ICCmax调节电压调节器的最大占空比增量，并且是可以在流片后设置的配置寄存器。FSM从非线性全开状态转移到开环占空比，这维持了输出电压略高于所需的Vref。在此开环状态中经过一段时间后，FSM于是缓降开环占空比值，直到输出电压接近Vref为止。

技术领域

本公开涉及无缝非线性电压调节控制到线性控制的装置和方法。

背景技术

在当今的现代处理器和片上系统(system-on-chip，SoC)中，电流的变化率(di/dt)一直在增大。输出供应节点上的去耦电容的量无法应对输出供应节点上的不断增大的di/dt(电流随时间的变化)，并且添加到每个电压调节器的主要防护带之一是下降防护带。集成电压调节器(integrated voltage regulator，IVR)，比如全集成电压调节器(fully-integrated voltage regulator，FIVR)，采用非线性钳位(non-linear clamp，NLC)来尽量减少电压下降对输出供应节点的影响。NLC的体系结构涉及一个非线性动作，以在短持续时间内最大限度地增大脉冲序列的占空比(例如，100％)，以迅速地为输出供应节点充电，同时允许传统的线性控制随后接管，并确保输出电压最终稳定下来。非线性控制器带宽通常为大约几百MHz(由环路延迟决定)，而线性带宽可能是几十MHz。两个控制环路带宽的这种差异可导致输出供应节点上的输出电压颤振(chatter)，导致NLC的多次动作，从而允许了线性控制器增大其占空比，并最终采取并防止进一步的非线性控制器动作。这里，颤振指的是节点上的类似振荡的噪声(电流和/或电压)。

然而，输出供应节点上的输出电压颤振并不能帮助比例-积分-微分(proportional-integral-derivative，PID)III型控制器中的积分器，因为误差电压(输出电压和参考值之间的差值)被如此频繁地改变，导致颤振的持续时间更长。此外，输出电压的下降是脉冲序列的占空比的函数，它决定了电压调节器的电感器中的电流、输出去耦电容和负载电流的量。这种颤振可导致电压下降比NLC第一次被启动(或使能)时更低，这可导致Vmin劣化。这里，Vmin指的是最低操作电压，低于这个电压，处理器的逻辑电路就不能正常和可靠地工作。这种颤振会导致电压下降的巨大可变性，从而使得Vmin不确定。不确定的Vmin最终要求添加更大的防护带，以确保设计不会低于该Vmin值，并且防护带成为大批量制造(high volume manufacturing，HVM)和验证中的试错游戏，而不是由知识产权(intellectual property，IP)规范提供的数字。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种电子电路，包括：模数转换器，用于将模拟电压转换成指示出所述模拟电压与阈值电压之间的误差的数字表示；以及数字滤波器，用于接收所述数字表示并且生成占空比命令，其中所述占空比命令用于指示控制器调整用于调整所述模拟电压的信号的占空比，其中所述数字滤波器包括前馈路径和积分路径，其中所述前馈路径经由多路复用器耦合到所述积分路径。

根据本公开的一方面，提供了一种电压调节器，包括：低带宽反馈路径，用于在稳定状态期间控制输出供应电压相对于第一阈值的调节；高带宽反馈路径，用于在所述输出供应电压穿越第二阈值时控制所述输出供应电压的调节，其中所述第二阈值低于所述第一阈值；以及控制器，用于促进经由多路复用器从所述高带宽反馈路径到所述低带宽反馈路径的转变，以绕过所述控制器的前馈路径。