下冲减小的制作方法

背景技术：

许多应用包括集成电路，其由具有电压调节的电源供电。一些调节器(如直流-直流调节器)包括下冲(undershoot)减小电路系统以实现调节电源输出。例如，当电源输出电压降到某个参考电压以下时，下冲减小电路系统接通非线性控制快速控制回路施加功率以提高电源输出电压。在输出电压上升到参考电压加使用的比较器的滞后值之上之后，通过下冲减小电路系统断开非线性快速控制回路。由于在作为电源输出lc滤波器的一部分的电感器中的滞后和耗散的额外能量，这种方法经常导致输出电压的过冲(overshoot)。过冲问题复合在多相调节器中，其中响应于增加的负载需求，接通多于一个的这种调节的相位。

技术实现要素：

在描述的示例中，下冲减小电路系统包括第一比较器、第二比较器和控制器。第一比较器可操作用于将输出(例如，调节的电源电压输出)的指示与第一阈值进行比较。第二比较器可操作用于将调节的电源电压输出的指示与第二阈值进行比较。控制器可操作用于生成第一功率控制信号，以当电源电压输出的指示具有第一斜率并且越过第一阈值时提高电源电压输出，且当电源电压输出的指示具有相反斜率并且越过第二阈值时降低电源电压输出。

附图说明

图1显示了示例实施例的说明性电子装置。

图2a是示例实施例的独立阈值下冲减小器(reducer)的示意图。

图2b是示例实施例的独立阈值下冲减小器受控的多相降压转换器的示意图。

图3是图2a中的独立阈值下冲减小器的独立阈值时序图。

图4是示例实施例的使用“负”滞后的图2a中的独立阈值下冲减小器的独立阈值的模拟的时序图。

图5是示例实施例的使用单个比较器的图2a中的独立阈值下冲减小器的独立阈值的模拟的时序图。

具体实施方式

系统可以是另一个系统的子系统。如果第一装置耦合到第二装置，该连接可通过直接电连接进行，或经由其它装置和连接通过非直接电连接进行。术语“校准”可包括单词“测试”的意思。术语“输入”可意为pmos(p型金属氧化物半导体)或nmos(n型金属氧化物半导体)晶体管的源极或漏极(或甚至控制输入，如上下文指示的栅极)。术语“脉冲”可意为波形的一部分，如“方波”或“锯齿波”波形的一部分。

图1显示了示例实施例的说明性计算装置100。例如，计算装置100是(或并入、或耦合到(例如，连接到))电子系统129，如计算机、电子控制“箱”或显示器、通信设备(包括发送器或接收器)，或可操作以处理信息的任何类型的电子系统。

在一些实施例中，计算装置100包括巨型单元或片上系统(soc)，其包括控制逻辑，如cpu112(中央处理器)、存储装置114(例如，随机存取存储器(ram))和电源110。例如，cpu112可以是cisc型(复杂指令集计算机)cpu、risc型cpu(精简指令集计算机)、mcu型(微控制器单元)，或数字信号处理器(dsp)。存储装置114(其可以是诸如处理器上(on-processor)缓存、处理器外(off-processor)缓存、ram、闪存或磁盘存储装置的存储器)存储一个或更多个软件应用130(例如，嵌入式应用)，该软件应用130当由cpu112执行时执行与计算装置100相关联的任何合适的功能。

cpu112包括存储从存储装置114频繁访问的信息的存储器和逻辑。计算装置100经常由用户使用ui(用户界面)116控制，其在执行软件应用130期间向用户提供输出并从用户接收输入。使用显示器118、指示灯、扬声器和振动提供输出。使用音频和/或视频输入(如使用语音或图像识别)和电气和/或机械装置(如键盘、开关、接近检测器、陀螺仪和加速度计)接收输入。

cpu112和电源110耦合到i/o(输入-输出)端口128，其提供界面，该界面被配置以从网络装置131接收输入(和/或向其提供输出)。网络装置131可包括能够与计算装置100点对点和/或网络通信的任何装置(包括测试设备)。计算装置100耦合到外设和/或计算装置，包括有形、非暂时性介质(如闪存)和/或电缆或无线介质。这些和其它输入及输出装置通过外部装置使用无线或电缆连接选择性地耦合到计算装置100。例如，可通过网络装置131访问存储装置114。cpu112、存储装置114和电源110也可选地耦合到外部电源(未示出)，其被配置以从电源接收功率(如电池、太阳能电池、“火线(live)”电源线、感应场、燃料电池和电容器)。

计算装置100包括功率模块138。功率模块138包括至少一个调节器110。调节器110可操作用于生成至少一个电压输出，其受下冲减小器140保护。在下面相对于图2讨论的实施例中，下冲减小器140包括两个比较器，其中每个比较器具有单独的电压参考。当调节的电压具有负向斜率时，第一比较器将调节的电压(如电源电压输出的指示)与第一电压参考进行比较。当调节的电压具有正向斜率时，第二比较器将调节的电压与第二电压参考进行比较。

例如，下冲减小器140的独立阈值用于避免与单个比较器的固定的滞后相关联的潜在的问题。在设计和/或制造时确定给定比较器的滞后的程度。作为对比，独立阈值准许具有(例如，虚拟)负滞后的设计。例如，负滞后(例如，由两个比较器的独立阈值提供)帮助减少浪费能量。能量得到节省，如通过减少功率模块138的输出过冲电压(其中校正的电压超过目标电压)和下冲电压(其中由于输出电压的反馈控制机制尝试“对准(zeroin)”目标电压，过冲电压大幅降低到目标电压以下)。

图2a是示例实施例的独立阈值下冲减小器系统的示意图。独立阈值下冲减小器系统200是下冲减小电路系统，如独立阈值下冲减小器140。独立阈值下冲减小器系统200包括第一比较器210、第一比较器锁存器220、第二比较器230、第二比较器锁存器240、状态机218和功率转换器260。这些包括的组件通常在共同的衬底上形成。

第一比较器210在反相输入端耦合到电压反馈(vfb)信号并且在非反相输入端耦合到下冲减小电压参考(vref_usr)。例如，第一比较器210具有10mv的滞后，其当第一比较器210的输出响应于vfb和vref_usr的比较而切换(toggle)时影响输入信号。比较器210被布置以为选择的延迟(例如，如在示例中所示大约200ns)维持任何有效的高输出。选择的延迟帮助确保信号usr被断言的持续时间至少与选择的延迟一样长。

第一比较器210的输出耦合到状态机218的第一比较器锁存器220的输入。第一比较器锁存器220响应于第一比较器210的输出产生第一比较器输出(co1)信号，如下面参考图3描述的。响应于第一比较器锁存器220的内部锁存器的“清零-负”引脚处的使能信号的断言，初始设置第一比较器锁存器220的状态。

第二比较器230在反向输入端耦合到电压反馈(vfb)信号并且在非反向输入端耦合到偏移下冲减小电压参考(偏移vref_usr)信号。vref_usr-offset通过电压源232向下偏移40mv(或其他这样的选择的值)。例如，第二比较器230具有3.5mv的滞后，其当第二比较器230的输出响应于比较vfb和偏移vref_usr而切换时影响输入信号。

第二比较器可具有的滞后相同于或不同于第一比较器的滞后。在其他示例实施例中，第一比较器210的滞后和第二比较器230的滞后均是10mv。比较器230被布置以为选择的延迟(例如，至少200ns)维持最小有效的高或低信号c02，其帮助确保信号usr至少在选择的延迟时间范围内被断言。

第二比较器230的输出耦合到状态机218的第二比较器锁存器240的输入。第二比较器锁存器240响应于第二比较器230的输出产生第二比较器输出(co2)信号，如下参考图3描述的。因此，响应于第一比较器锁存器220的当前状态(例如，经由信号co1)，初始设置第二比较器锁存器240的状态。co1和co2信号被输入到状态机218的逻辑250，根据下面参考图3描述的波形其生成下冲减小(usr)信号。

通过非线性控制逻辑262a接收usr信号，而线性反馈控制261电路对接收的电压参考信号(vref)和电源电压输出(vout)做出响应以驱动线性控制逻辑262b。根据电感器l和电容器c的值和由非线性控制逻辑262a和线性控制逻辑262b接收的相应的信号，非线性控制逻辑262a和线性控制逻辑262b可操作以驱动功率转换器260的功率晶体管264和266。功率晶体管264是“高侧”场效应晶体管(fet)，然而功率晶体管266是“低侧”fet。电感器l的第一端子耦合在功率晶体管264与功率晶体管266之间(在节点265处)。逻辑262可操作用于将功率施加到电感器l或从电感器l将功率分流。电感器l的第二端子耦合到电容器c的高侧并且耦合到输出电压节点vout。在操作中，响应于通过非线性控制逻辑262a的信号usr的断言，通常施加额外的功率到电感器l。

负载(在操作期间，负载的量通常变化)可选地耦合到输出电压节点vout。功率转换器260的输出电压节点耦合到第一比较器210和第二比较器230的相应的反相输入端作为信号vfb。

第二比较器锁存器240对通过第一比较器锁存器220输出的co1信号做出响应。因此，当信号vfb具有第一(例如，负)斜率时，第一比较器210可操作用于执行第一比较，并且当信号vfb具有第二(例如，正)斜率时，第二转换器230可操作用于执行第二比较。例如，两个比较(每个使用单独的、预定的阈值)允许用于输出电压的下冲减小电路系统的时序独立于用于增加输出电压的命令的时序进行确定。

图2b是示例实施例的独立阈值下冲减小器受控的多相降压转换器的示意图。独立阈值下冲减小器受控的多相降压转换器270包括逻辑272块，其类似于上面相对于图2a讨论的非线性控制逻辑262a。

独立阈值下冲减小器系统逻辑272块耦合到“n”个多相发生器(如相位发生器274、相位发生器276和相位发生器278)。相位发生器274包括高侧/低侧功率晶体管堆叠和电感器l1，相位发生器276包括高侧/低侧功率晶体管堆叠，并且相位发生器278包括高侧/低侧功率晶体管堆叠和电感器ln。在各种实施例中，多相降压转换器包括两个或更多个相位发生器。逻辑272块可操作以向相位发生器274、276和278中的每个单独提供非线性控制。每个相位发生器的输出耦合(例如，线或(wire-ored)在一起)到负载280。

图3是图2a的独立阈值下冲减小器的独立阈值的时序图。时序图300包括信号vfb310、第一参考电压(vref1)320、第二参考电压(vref2)330、co1(第一比较器输出)340、co2(第二比较器输出)350和usr360。信号vfb310、co1340、co2350和usr360类似于上面相对于图2讨论的相应的信号。信号vref1320类似于vref_usr(参考图2在上面讨论的)，而信号vref2330类似于偏移vref_usr(也参考图2在上面讨论的)。

信号vfb310被说明为具有负斜率部分310a、拐点312和正斜率部分310b。第一比较器210可操作用于将vfb310信号与vref1320信号进行比较。在时间342处，信号vfb310的(下降)电平降到vref1320信号的电平以下。作为响应，co1340信号和usr360信号按顺序在(例如，大约)时间342处被断言。断言usr360信号使功率转换器260对电感器施加功率使得，在一段时间的延迟之后，信号vfb的下降电压最后在拐点312处恢复并且开始再次上升(如通过信号vfb310的正斜率部分310b所示)。

在时间352处，信号vfb310的(下降)电平降到vref2330信号的电平以下。vref2330的值等于vref1320的值减去如由电压源232提供的偏移电压(例如，其提供虚拟“负滞后”)。响应于信号vfb310的电平降到vref2330信号的电平以下和co1340信号的断言状态，co2350信号在(例如，大约)时间342处被断言。

在vfb310信号没有降到vref2330信号的电平以下的情况下，usr信号360被断言并且然后当vfb310信号上升到vref1320信号加滞后312以上时被去断言(例如，通过状态机218)。锁存器220确保usr360信号的选择的最小有效持续时间(如200ns)。

在时间354处，信号vfb310的(上升)电平上升到vref2330信号的电平加第二比较器的滞后值322(其可相同于或不同于第一比较器的滞后值312)以上。响应于信号vfb310的电平上升到vref2330信号的电平加滞后值322以上，co2350信号在时间354处被去断言(例如，被驱动为低)。也在时间354处，信号usr360被去断言。响应于vref2信号去断言信号usr360(例如，代替响应于vref1信号去断言信号usr)允许usr360信号在更早的时间(例如，与时间344相比的时间354)处被去断言。在更早的时间处去断言信号usr360帮助避免调节的输出电压的潜在的过冲(如相对于图4和图5在下面讨论的)，其节省了功率。

在时间344处，信号vfb310的(上升)电平上升到vref1320信号的电平加第一比较器的滞后值312以上。响应于信号vfb310的电平上升到vref1320信号的电平加滞后值312以上，co1340信号在时间354处被去断言(例如，被驱动为低)。例如，去断言co1340信号影响第二比较器锁存器240的内部锁存器的控制信号，使得断言和去断言信号usr360的循环周期性重复，如相对于图4和图5在下面讨论的。

图4是图2a的独立阈值下冲减小器的第一组独立阈值的模拟时序图。时序图400包括调节的目标电压(rtv)信号410、第一参考电压(vref1)420、第二参考电压(vref2)430、vfb440和usr450。rtv信号410是下冲减小器电路系统(如下冲减小器140)的目标电压。信号vref1420、vref2430、vfb440和usr450类似于相对于图3在上面讨论的相应的信号。模拟400总体上说明下冲减小电路系统的操作，如相对于图2在上面的描述。

模拟400使用下冲减小系统200操作，下冲减小系统200具有高于usr去耦功率(例如，“断开”功率)阈值474的usr耦合功率(例如，“接通”功率)阈值472。耦合功率阈值472高于usr去耦功率阈值474提供虚拟的(例如，模仿其影响)“负滞后”，如果下冲减小系统200使用单个比较器，其显然将会发生。

信号rtv410是下冲减小器电路系统的目标电压，其调节信号vfb440。调节信号vfb440使得信号vfb440的电平维持在相对接近但不超过rtv410的电平(其在这里基本上是恒定的，但在各种应用中可以变化)。

最初，信号vfb440具有负斜率。在时间450处，信号vfb440(在耦合功率阈值472处)越过信号vref1420(例如，降到其以下)。当信号vfb440降到信号vref1420以下时，信号usr450被断言，其使功率转换器(例如，其生成信号vfb440)将功率施加到电感器l。由于功率转换器(例如，降压转换器)的性质，将功率施加到电感器没有立刻引起信号vfb440的电压上升。因此，信号vfb440下降到信号vref2430以下，并且由于施加响应于断言信号usr450施加的功率，随后信号vfb440开始上升(现在具有正斜率)。

在时间452处，信号vfb440(在去耦功率阈值474处)越过信号vref2430(例如，上升到其以上)。当信号vfb440上升到信号vref2430以上时，信号usr450被去断言，其使功率转换器从电感器l去耦施加的功率。由于功率转换器的性质，去耦施加到电感器的功率没有立刻引起信号vfb440的电压的下降。因此，信号vfb440继续上升，上升到信号vref1420以上，并且靠近信号rtv410。由于在时间452处从功率转换器的能量元件去耦施加的功率，随着信号vfb440的电压电平达到电压电平近似等于rtv410的电压电平，信号vfb440开始下降。

在时间454处，信号vfb440下降到信号vref1420以下。当信号vfb440下降到信号vref1420以下时，信号usr450被断言，其再次使功率转换器施加功率到电感器l。由于功率转换器的性质，施加功率到电感器没有立刻引起信号vfb440的电压的上升。因此，信号vfb440下降到信号vref2430以下，并且由于施加响应于断言信号uer450施加的功率，随后信号vfb440开始上升(现在具有正斜率)。

在时间456处，信号vfb440上升到信号vref2430以上。当信号vfb440上升到信号vref2430以上时，信号usr450被去断言，其使功率转换器从电感器l去耦施加的功率。

在时间458处，信号vfb440下降到信号vref2430以下(没有首先上升到信号vref1420以上)。信号vfb440可下降到信号vref2420以下(例如，没有首先上升到信号vref1420以上)，如由于负载瞬间增加(以及不耦合功率到电感器l)。当信号vfb440下降到信号vref2430以下时(在时间458处)，信号usr450被断言，其再次使功率转换器施加功率到电感器l。由于功率转换器的性质，施加功率到电感器没有立刻引起信号vfb440的电压上升。因此，信号vfb440下降到信号vref2430以下，并且由于施加响应于断言信号uer450施加的功率，随后信号vfb440开始上升(现在具有正斜率)。

在时间460处，信号vfb440上升到信号vref2430以上。当信号vfb440上升到信号vref2430以上时，信号usr450再次被去断言，其使功率转换器从电感器l去耦施加的功率。信号vfb440继续上升，上升到信号vref1420以上，并且靠近信号rtv410。由于在时间452处从功率转换器的能量元件去耦施加的功率，随着信号vfb440的电压电平达到电压电平近似等于rtv410的电压电平，信号vfb440开始下降。

在时间462处，信号vfb440下降到信号vref1420以下，并且作为响应，信号usr450被断言，其使功率转换器施加功率到电感器l。信号vfb440下降到信号vref2430以下并且随后信号vfb440开始上升。

在时间464处，信号vfb440上升到信号vref2430以上，并且作为响应，信号usr450被去断言，其使功率转换器从电感器l去耦施加的功率。信号vfb440继续上升，上升到信号vref1420以上，并且靠近信号rtv410的电平，此处信号vfb440再次开始下降。

在时间466处，信号vfb440下降到信号vref1420以下，并且作为响应，信号usr450被断言，其再次使功率转换器施加功率到电感器l。信号vfb440下降到信号vref2430以下并且随后信号vfb440开始上升。

在时间468处，信号vfb440上升到信号vref2430以上，并且作为响应，信号usr450被去断言，其使功率转换器从电感器l去耦施加的功率。再次，由于例如改变负载因素，信号vfb440开始下降且还没有达到信号vref1420的电压电平。

在时间470处，信号vfb440下降到信号vref2430以下(还没有上升到信号vref1420的电平以上)，并且作为响应，信号usr450被断言，其再次使功率转换器施加功率到电感器l，随后，由于施加响应于断言信号usr450施加的功率，信号vfb440继续下降并且然后开始上升(现在具有正斜率)。

因此，状态机218的逻辑对响应于信号vfb440下降到信号vref1420以下而断言信号usr450做出响应。下冲电压减小器的逻辑也对响应于信号vfb440下降到信号vref2430以下且没有首先上升到信号vref1420的电平以上而断言信号usr450做出响应。

图5是示例实施例的使用单个比较器的图2a中的独立阈值下冲减小器的独立阈值的模拟的时序图。时序图500包括信号最大电压(rtv)510、第一参考电压(vref1)520、第二参考电压(vref2)530、vfb540和usr550。信号rtv510是下冲减小器电路系统(如下冲减小器140)的目标电压。信号vref1520、vref2530、vfb540和usr550类似于如相对于图3在上面讨论的相应的信号。模拟500总体上说明下冲减小电路系统的操作，如相对于图2在上面讨论的。

与使用下冲减小系统200的模拟400形成对比，模拟500使用具有usr去耦功率阈值574的下冲减小系统操作，usr去耦功率阈值574高于usr耦合功率阈值572。去耦功率阈值574高于usr耦合功率阈值572提供虚拟的(例如，模仿其影响)额外的“正滞后”，如果下冲减小系统(例如，只)使用单个比较器，其似乎将会发生。

信号rtv510是下冲减小器电路系统的目标电压。调节信号vfb540使得信号vfb540的电平维持在电平相对接近rtv510的电平(其在这里基本上是恒定的，但在各种实施例中可以变化)。

最初，信号vfb540具有负斜率。在时间550处，信号vfb540(在耦合功率阈值572处)下降到信号vref2530以下。当信号vfb540下降到信号vref2530以下时，信号usr550被断言，其使功率转换器(例如，生成信号vfb540)施加功率到电感器l。由于功率转换器(例如，降压转换器)的性质，施加功率到电感器没有立刻引起信号vfb540的电压上升。因此，信号vfb540继续下降但是由于施加响应于断言信号usr550施加的功率而恢复(现在具有正斜率)。

在时间552处，信号vfb540(在去耦功率阈值574处)上升到信号vref1520以上。当信号vfb540上升到信号vref25200以上时，信号usr550被去断言，其使功率转换器从电感器l去耦施加的功率。由于功率转换器的性质，去耦施加到电感器的功率没有立刻引起信号vfb540的电压下降。因此，信号vfb540继续上升并且靠近信号rtv510。由于在时间552处从功率转换器的能量元件去耦施加的功率，随着信号vfb540的电压电平达到电压电平近似等于rtv510的电压电平，信号vfb540开始下降。

在时间554处，首先信号vfb540下降到信号vref1520以下，并且然后其次下降到信号vref2530以下。当信号vfb540下降到信号vref2530以下时，信号usr550被断言，其再次使功率转换器施加功率到电感器l。因此，信号vfb540继续下降，但是由于施加响应于断言信号usr550施加的功率，然后恢复(现在具有正斜率)。再次，由于例如改变负载因素，信号vfb540开始再次下降且还没有达到信号vref2530的电压电平。随着继续施加响应于断言信号usr550施加的功率，信号vfb540(一段延迟之后)恢复并且开始再次上升。信号usr550在这段时间内(例如，从时间554到时间556)保持断言。

在时间556处，信号vfb540上升到信号vref1520以上。当信号vfb540上升到信号vref1520以上时，信号usr550被去断言，其使功率转换器从电感器l去耦施加的功率。因此，信号vfb540靠近信号rtv510的电平并且随后开始下降。

在时间558处，信号vfb540下降到信号vref2530以下。当信号vfb540下降到信号vref2520以下时，信号usr550被断言，其再次使功率转换器施加功率到电感器l。因此，信号vfb540下降到信号vref2530以下，并且由于施加响应于断言信号usr550施加的功率，随后信号vfb540开始上升(现在具有正斜率)。

在时间560处，信号vfb540上升到信号vref1520以上。当信号vfb540上升到信号vref1520以上时，信号usr550被去断言，其使功率转换器从电感器l去耦施加的功率。因此，信号vfb540靠近信号rtv510的电平并且随后开始下降。

在时间562处，信号vfb540下降到信号vref2530以下。当信号vfb540下降到信号vref2520以下时，信号usr550被断言，其再次使功率转换器施加功率到电感器l。因此，信号vfb540下降到信号vref2530以下，并且由于施加响应于断言信号usr550施加的功率，随后信号vfb540开始上升(现在具有正斜率)。再次，由于例如改变负载因素，信号vfb540开始下降且还没有达到信号vref2530的电压电平。随着继续施加响应于断言信号usr550施加的功率，信号vfb540(一段延迟之后)恢复并且开始再次上升。信号usr550在这段时间内(例如，从时间562到时间564)保持断言。

因此，下冲电压减小器的状态机(例如，状态机250)对响应于信号vfb540下降到信号vref1520以下而断言信号usr550做出响应，并且对响应于信号vfb540下降到信号vref2530以下且还没有上升到信号vref1520的电平以上而断言信号usr550做出响应。

在一个实施例中，控制器(例如，如微控制器或数字信号处理器)用于控制下冲减小电路系统的一个或更多个属性。一些变量是软件可编程的，其允许更灵活地实施公开的控制技术并且提供增强的自适应调整能力以适应动态变化的条件，从而优化系统性能。其它变量通过修整可修整的电阻器可在制造过程中进行编程(例如，来补偿批次特性)，以提高操作稳定性和准确性。

在各种实施例中，可硬件或软件实施、内部或外部实施上面描述的组件，并且这些组件可与本文中说明的其它模块和组件分享功能。例如，可在装置外面和/或在其上形成下冲减小电路系统的衬底外面实施功率转换器的切换部分。

在描述的实施例中修改是可能的，并且在权利要求的范围内其它实施例是可能的。