CN102890524B - 功率控制设备及其方法 - Google Patents

Abstract

一种功率控制电路。促进了供电。根据一个或多个实施例，使用一种功率控制电路来向集成电路的功率轨道供电，所述功率控制电路包括功率调节器和响应于电源电压的复位电路。功率调节器根据控制信号向功率轨道供电。当电源电压低于操作电压电平时，复位电路控制功率调节器与控制信号无关地向功率轨道供电，以及当电源电压达到操作电压电平时，控制功率调节器响应于控制信号向功率轨道供电。

Description

功率控制设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种功率控制设备及其方法。

背景技术

在许多电子电路应用中，多种电路在特定时刻处是不被供电得，在此期间可以使电路处于低功率或电路汲取(draw)更低功率的待机模式中。例如，许多低功率微控制器包括混合信号块，诸如包括数据转换器、温度传感器、比较器或电压基准的信号块。在许多实现方式中，不是始终需要所有块，经常能够断电(power down)所有电路块，直到需要电路时。这些方法能够节约功率，这在电池供电的应用中尤其有用。

例如，混合信号集成电路经常使用不同内部电压电平来进行操作，其中在产生不同内部电压的集成电路中使用单个外部电压和功率控制单元来提供不同的内部电压电平。在低功率或待机操作中，功率控制单元关闭没有正被使用的电压轨道(rail)，以及按照期望以低功率进行操作。当集成电路需要响应外部刺激和/或在初始加电期间，功率控制单元按照期望快速提供内部功率，以利于快速响应时间。

但是，集成电路的快速加电对于实现具有挑战，特别是许多电源(例如稳压器)在功能电路块正在被供电时需要时间以便升高来提供满功率。这些以及其他问题继续挑战消耗低功率但操作以快速地响应请求的电路的实现。

发明内容

多个示例实施例针对功率控制电路及其方法、以及解决包括以上所述的多个挑战。

根据一个示例实施例，一种功率控制电路包括功率调节器和复位电路，以及集成电路的功率轨道。功率调节器根据控制信号向功率轨道供电。复位电路检测向功率调节器供电的电源电压并使用检测的电源电压来控制功率调节器。具体地，响应于检测的电源电压低于操作电压电平，复位电路控制功率调节器与控制信号无关地向功率轨道供电。响应于检测的电源电压达到操作电压电平，复位电路控制功率调节器响应于控制信号向功率轨道供电。

另一个示例实施例针对一种功率控制电路，用于向集成电路的功率轨道供电。功率控制电路包括第一和第二功率调节器、控制电路和复位电路。第一功率调节器根据通过控制电路产生的控制信号向功率轨道供电。第二功率调节器向控制电路供电并以待机功率电平向功率轨道供电。响应于向控制电路供应的功率低于控制电路操作时预定的功率电平，复位电路控制第一功率调节器与控制信号无关地向功率轨道供电。在该上下文中，操作第一功率调节器来加电，而无需考虑任何控制信号，因此，在已经达到充足的功率电平之后(例如，处于能够以稳定方式提供控制信号的功率电平)，第一功率调节器能够返回到正常操作(响应于控制信号)。

另一个示例实施例针对一种用于向集成电路的功率轨道供电的方法。向用于控制功率调节器电路的功率调节器电路提供控制信号，以便向功率轨道供电。响应于电源功率低于阈值，控制功率调节器电路与控制信号无关地向功率轨道供电。响应于电源功率达到阈值，控制功率调节器电路响应于控制信号向功率轨道供电。

以上所述不旨在描述本公开的每个实施例或每个实施方式。附图以及后面的描述还示例了多个实施例。

附图说明

结合附图，考虑到后面的细节描述可以更完整地理解多个实施例，其中：

图1示出了根据本发明示例实施例的功率调节器；以及

图2示出了根据本发明另一个示例实施例的另一个功率调节器。

具体实施方式

尽管可以将本发明修改为多种修改和备选形式，通过附图中作为示例已经示出了特定修改和备选形式，将详细进行描述。然而，应该理解，目的不是将本发明局限于所述特定实施例中。相反，目的在于覆盖落入包括由权利要求书中定义的方面在内的本发明范围内的所有修改、相等物以及备选物。

认为本发明可应用于多种不同类型的电路、设备和系统，用于和/或涉及功率调节器。本发明不必局限于该上下文，通过相关示例的论述可以设想本发明的多个方面。

根据多种实施例，一种用于集成电路功率控制单元将外部施加的功率转换为一个或多个内部电压，以便各种芯片上(on-chip)电路使用，诸如锁相环、时钟发生器、数据转换器、温度传感器或电压和电流基准。使用快速智能机制来提供初始电压电平，同时加电并稳定调节器电路。为了便于断电芯片上电路对于中断的响应，快速智能机制进行操作以发起这些电路的加电，同时控制调节器电路，并在适当时复位针对可能处于未知状态的芯片上电路的控制信号。在一些实现方式中，该方法涉及控制一个或多个功率调节器不依赖控制信号来进行操作，直到提供用于操作调节器(和/或其控制信号)的内部功率已经稳定。

在一些实施例中，快速智能机制包括一种筘位电路，利于外部电压的使用/耦合，以便直接充电集成电路的内部电压，直到已经达到筘位电压。在已经达到筘位电压之后，筘位电路切断外部电压以便不会过充(overcharge)内部电压。例如，该方法可以针对启动模式提供非常快速但不精确提升(ramp-up)的电压。在启动之后，控制调节器电路用于向集成电路提供相对较慢但更加精确的电压。筘位电路和功率调节器的这种组合向集成电路提供了具有以下特性的内部电压：最初不是非常精确的内部电压，但允许内部电路快速启动，以及对于操作的长期(启动后)模式是精确/调节的。

相应地，根据电源电压，防止内部控制信号(可以处于未知状态)阻碍经由功率控制单元供电的集成电路的启动。一旦启动已经达到能够可靠地提供控制信号的电平，能够将功率调节器的控制释放到控制信号。使用该方法，可以当耦合至外部电源时立即向集成电路芯片供电，而无需考虑用于控制功率调节器的控制信号的状态，因此无需考虑(例如，浮动的)控制信号是否处于不稳定或不期望的状态。因此，在该启动阶段期间绕过了诸如可以使用基于带隙(bandgap)的调节器电路实现的调节机制，提供了更快速向集成电路供电的能力。

在一些实施例中，功率控制单元包括电压检测器，根据用于操作调节器的电源电压来执行复位和相关控制功能，以便发起该快速启动序列。在经由内部功率轨道供电的功能块中，也可以使用内部功率轨道上的一个或多个电压检测器，用于对加电进行计时以及对启动进行同步。

在特定示例实施例中，功率控制单元是作为部分混合信号集成电路的电路块，诸如具有数据转换器的微控制器。功率控制单元包括一个或多个电压调节器，将来自集成电路的外部电源的电压转换为一个或多个内部电压，并提供用于向集成电路的电路块进行初始化和供电的复位信号。例如，调节器可以包括主调节器和一个或多个在非标准模式中供电的次调节器。功率控制单元包括用于每个内部和外部功率轨道的电压检测器，其中每个电压检测器产生对轨道的状态加以指示的逻辑信号。外部功率轨道上的检测器复位其他控制信号，或延迟/暂停集成电路的加电，直到外部电压电平足以用于向集成电路供电(例如，超过操作阈值的电压足以确保集成电路的正确操作)。当已经达到正确操作电压时，内部电压轨道上的检测器产生信号来复位集成电路的功能块。数字逻辑块控制并同步复位信号。一旦已经施加外部功率，电压检测器以及电压调节器利于微控制器的快速启动。

使用POR块(加电复位)或BOD(去电检测器)块可以实现电压检测器，当电源电压达到预定电压电平时电压检测器输出信号。信号用于复位主调节器内的逻辑以及将该逻辑置于已知状态，这能够减轻解析逻辑的未知状态的需求。

在一些实施例中，主调节器内的逻辑用于控制主调节器的模式，以便能够支持不同的功率模式。通过初始化该逻辑，POR块能够控制主调节器，这能够减轻控制加电序列的附加调节器的需求。例如，使用POR块来控制功率升高，主调节器自加电，并使用其调节的电压向自身的逻辑供电。此外，在加电期间能够向主调节器提供复位信号以便主调节器进行操作，从而与在此产生的控制信号无关地供电(例如，避免施加未知状态的信号)，而在已经达到充足的功率电平之后，能够设置控制信号并以稳定的方式提供控制信号，以控制主调节器，而无论何种功率模式是必须的。

在许多实现方式中，POR块是模拟电路块，当加电时POR块得输出等于电源电压，并且在一些预定阈值处输出切换为零。按照该方式，当在已经供电之后POR的输出切换为零时，能够检测电源的电压电平。此外，能够实现这个POR块以消耗很少(或几乎没有)DC功率。

在特定实施例中，一个或多个附加调节器用于向上述具有自供电特性的主调节器进行供电。附加调节器能够用于服务于防止主调节器自供电的供电模式。当主调节器在标准功率模式中操作时(例如，没有服务于非标准模式)，如果不需要向主调节器的逻辑进行供电，可以较慢地加电附加调节器。在这些和其他实施例中，这种非标准功率块可以包括待机或低频模式，其中整个集成电路需要更少功率，因此功率控制单元能够被设计在这些模式中使用更少的功率。

根据其他示例实施例，上述功率控制单元包括两个或更多调节器、电压检测器和控制逻辑。主调节器向集成电路提供主电压电平，待机调节器向集成电路提供待机电压电平和控制住调节器的电压。待机调节器还被配置成向主调节器输出忽略信号，指示了如果待机调节器不能在施加外部功率时足够快速地加电，则待机调节器不准备向主调节器进行供电。响应于该忽略信号，主调节器忽略来自主调节器控制逻辑的控制信号。这允许主调节器加电而与待机调节器的状态无关。一旦待机调节器已经加电到以提供足够功率用于操作主调节器，待机调节器去除忽略信号，以及主调节器响应于控制信号。该方法利于使用相对较慢加电的低功率待机调节器向主要调节器进行供电。如果出现附加调节器，忽略信号也用于控制附加调节器。

为了在非标准功率模式中操作，附加POR块连接到集成电路的内部电压轨道并配置成产生对内部电压轨道的条件加以指示的信号。条件信号控制连接到相应内部电压轨道的功能块，来初始化、复位和同步连接到各个电压轨道的任意功能块。

另一个实施例针对用于向集成电路的功率轨道进行供电的方法，和/或用于控制功率调节器进行供电的方法。根据在此所述的一个或多个实施例以及如图中所示的一个或多个组件可以实现这些方法。在一个实施例中，向功率调节器电路提供控制信号，用于控制功率调节器电路向集成电路的功率轨道供电。响应于电源功率低于阈值，控制功率调节器来与控制信号无关地向功率轨道供电。如果电源功率达到(或超过)阈值，控制功率调节器根据控制信号向功率轨道供电。在多种实施例中，也在达到阈值时复位控制信号，控制信号随后用于控制功率调节器的功率模式。

在多种不同的应用中，结合多种不同类型的电路来实现在此所述的多种实施例。例如，特定实施例针对设备的功率控制，诸如个人电子设备(例如，手表或玩具)、例如电话或媒体播放器的手持式设备、或计算机。因此，在此作为参考并与进入启动模式相关的激励(stimulus)可以涉及用户发起的输入(例如按钮的推动或触摸屏交互)、或涉及调用特定功能的自动输入。

现在转到附图，图1示出了根据本发明其他实施例的功率调节器100。功率调节器100包括主功率调节器110，向集成电路的功率轨道供电；以及复位电路120，产生复位信号用于控制主调节器电路110。主调节器通过与控制信号无关地向功率轨道供电(例如，忽略控制信号)来响应复位信号，并在没有复位信号时响应于控制信号向功率轨道供电。

在一个实施例中，复位电路120检测向功率调节器100提供的电源电压。响应于检测的电源电压低于操作电压电平，复位电路控制功率调节器与控制信号无关地向功率轨道供电。响应于检测的电源电压达到操作电压电平，复位电路控制主调节器电路110响应控制信号向功率轨道供电。在一个实施例中，复位电路120还产生复位信号，在达到操作电压电平之后以及控制主调节器电路之前，复位提供到主调节器电路110的控制信号，以便向功率轨道供电(例如，确保使用正确的控制信号)。

功率调节器100还可以包括一个或多个所示的附加电路，包括提供控制信号的控制器130、包括所示待机调节器电路140在内的一个或多个附加调节器以及用于每个调节器并包括电压调节器112和142在内的电压检测器。例如，控制器130可以被实现为主调节器电路110的一部分，并由主调节器电路和/或通过其他调节器(例如，待机调节器140)内部地进行供电。电压检测器112和142能够用于检测通过相应调节器提供的电压，并相应地控制用于控制集成电路的该电压的施加，例如通过根据达到用于集成电路的内部功率轨道的操作电压电平产生来复位信号。

在一些实施例中，按照例如上述方式，作为主调节器110的一部分被包括在内的筘位电路111在启动期间用于初始筘位到功率轨道的电源。主调节器110通过与控制信号无关地(例如，忽略控制信号)向功率轨道供电来响应复位信号，其中复位信号还被用于控制筘位电路111来筘位提供给功率轨道的电源。当复位信号被释放时，因为主调节器110被用于向功率轨道提供调节功率，筘位电路111通过去耦合来自功率轨道的电源进行响应。因此，在启动条件期间，筘位电路111用于绕过主调节器110中的另一个调节器电路，例如带隙型调节器电路。

在一个实施例中，在由控制器130提供的控制信号不稳定的条件下，复位电路120向主调节器110提供忽略信号(例如，由于不充足的电源电压，或待机调节器140提供用于产生稳定控制信号的完全/操作功率电平的能力)。主调节器通过与控制信号无关地向轨道供电来响应忽略信号110，有效地忽略控制信号。当控制器130能够提供稳定控制信号的功率电平时，控制信号被复位到已知的状态并用于控制主调节器电路110的操作。在该上下文中，可以利用待机调节器电路140来实现复位电路120的一部分(或全部)。

图2示出了根据本发明另一个实施例的另一个功率调节器200。功率调节器200包括提供用于集成电路的主/正常操作电压电平的主功率调节器210以及提供其他/非主功率电平的次调节器220(ULP)和230(LP)。功率调节器200还包括复位(POR)块240、250、252和254上的功率；以及逻辑状态机260，提供对次调节器220处出现适当电压加以指示的输出，外部功率耦合到调节器210、220和230中的每一个以及POR块240。通过相耦合(分别耦合到210、220和230)的相应调节器(或对应轨道)向POR块250、252以及254供电。POR块240监视外部电源的出现，并提供忽略复位信号Is_reset(例如，开启脉冲信号)，该忽略复位信号使得主功率调节器210忽略来自控制逻辑的内部控制信号。在一些实现方式中，忽略复位信号Is_reset还复位主功率调节器210的电平移位器。

调节器220被配置成向主调节器210供电，并提供输出vdd_ulp以便向用于集成电路的内部轨道供电。在一些实现方式中，如果调节器220没有准备好向主调节器供电，调节器220输出忽略信号，例如响应于调节器220对于外部功率的应用不能足够快速地加电。响应于该忽略信号，主调节器220忽略来自主调节器控制逻辑的控制信号，这允许主调节器进行加电而与调节器220的状态无关。一旦调节器220已经加电到提高充足功率用于操作主调节器，去除这种忽略信号以便控制主调节器210响应于所述控制信号。

各个POR块250，252和254被连接到集成电路的内部电压轨道，并产生对提供给内部电压轨道的功率的条件加以指示的信号。这些条件信号通知连接到各个内部电压轨道的控制功能块，以便例如初始化、复位以及同步连接到各个电压轨道的任意功能块。

在电路调节器200的示例应用中，当来自主调节器210的vdd_core信号被关闭时，连接到vdd_core的POR块250提供对关闭序列的定时加以指示的输出，以便在功能上终止连接到vdd_core的逻辑。对于主调节器210(以及对应地，vdd_core)的后续加电，当vdd_core轨道处于正确电压时，POR块250产生复位信号。当vdd_core作用时，POR块252还产生加电的复位脉冲propulse_vulp。来自POR块250的复位信号可以与来自调节器230的vdd_retain信号相协调，以利于逻辑块使vdd_core信号。通过来自调节器220的vdd_ulp轨道向逻辑状态机260供电，当外部电压源已经被去除并在非标准功率模式中保持供电时，逻辑状态机去电。当随后再连接外部电压电源时，主调节器210加电到标准模式，调节器220不是必须的。不同POR块还可以在不同电压电平处触发，以及不同调节器还可以输出不同电压电平。在一些实现方式中，通过由vdd_ulp电压供电以及由vdd_ulp复位信号复位的逻辑网络来执行不同POR触发信号和调节器输出的控制。

根据以上讨论和演示，本领域技术人员将容易地认识到针对本发明可以作出多种修改和改变，而无需严格遵循在此示例和所述的实施例以及应用。例如，可以按照与上述主或次调节器相似的方式来实现附加功率调节器。此外，利用附图或其他所示组件的一部分可以实现结合附图所述的实施例，使用附图中的一个或多个组件可以实现与附图分离叙述的实施例。这种修改没有脱离本发明的真正精神和范围，而是包括由所附权利要求书中所述的内容。贯穿在本文件中使用的术语“示例”仅作为示例，而不是限制。

Claims (18)

1.一种功率控制电路，用于向集成电路的功率轨道进行供电，所述功率控制电路包括：

功率调节器，被配置成根据控制信号向功率轨道供电；以及

复位电路，被配置成检测提供到功率调节器的功率的电源电压以及

响应于检测的电源电压低于操作电压电平，控制功率调节器与控制信号无关地向功率轨道供电，以及

响应于检测的电源电压达到操作电压电平，输出复位信号来复位控制信号，并且在复位控制信号之后，控制功率调节器根据控制信号向功率轨道供电。

2.根据权利要求1所述的功率控制电路，其中，复位电路被配置成通过输出使得功率调节器进行以下操作的信号，来控制功率调节器与控制信号无关地进行操作：

忽略会对由功率调节器提供的功率进行调节的控制信号，以及

向功率轨道输出未调节的功率。

3.根据权利要求1所述的功率控制电路，其中

功率调节器包括箝位电路，被配置成将在调节器处接收的功率耦合到功率轨道，以及

复位电路被配置成

通过控制箝位电路将接收的功率耦合到功率轨道，来控制功率调节器与控制信号无关地向功率轨道供电，以及，

通过控制箝位电路将接收的功率与功率轨道去耦合，来控制功率调节器根据控制信号向功率轨道供电。

4.根据权利要求1所述的功率控制电路，其中

复位电路被配置成通过向功率调节器输出复位信号来控制功率调节器与控制信号无关地进行操作，以及

功率调节器被配置成响应于复位信号与控制信号无关地进行操作。

5.根据权利要求1所述的功率控制电路，其中复位电路被配置成

通过向功率调节器输出复位信号以便控制功率调节器与控制信号无关地进行操作，来控制控制功率调节器与控制信号无关地进行操作，以及

通过停止输出复位信号以便控制功率调节器响应控制信号，来控制功率调节器响应控制信号。

6.根据权利要求1所述的功率控制电路，其中复位电路被配置成响应于控制信号是稳定和被复位的，来控制功率调节器响应控制信号。

7.根据权利要求1所述的功率控制电路，还包括第二功率调节器，被配置成向产生控制信号的控制电路供电。

8.根据权利要求1所述的功率控制电路，

还包括第二调节器，被配置成向产生控制信号的控制电路供电，以及输出忽略信号，直到第二调节器以控制电路能够稳定地产生控制信号的阈值电压电平向控制电路供电；以及

功率调节器被配置成通过忽略产生的控制信号来响应忽略信号。

9.根据权利要求1所述的功率控制电路，还包括针对每个功率轨道的轨道电压检测器，被配置成检测功率轨道的轨道电压，并响应于功率调节器向功率轨道输出的电压超过了经由功率轨道供电的电路操作的预定阈值电压电平，向经由功率轨道供电的电路输出复位信号。

10.根据权利要求1所述的功率控制电路，还包括针对每个功率轨道的轨道电压检测器，被配置成检测功率轨道的轨道电压，并响应于功率调节器向功率轨道输出的电压超过了经由功率轨道供电的电路操作的预定阈值电压电平，输出同步的复位信号以复位经由功率轨道供电的所有电路。

11.根据权利要求1所述的功率控制电路，其中功率调节器包括产生控制信号的控制逻辑，通过由功率调节器调节的电压向控制逻辑供电。

12.一种功率控制电路，用于向集成电路的功率轨道供电，所述功率控制电路包括：

第一功率调节器，被配置成根据控制信号向第一功率轨道供电；

控制电路，被配置成产生控制信号；

第二功率调节器，被配置成向控制电路供电以及以待机功率电平向第二功率轨道供电；以及

复位电路，被配置成响应于提供给控制电路的功率小于控制电路进行操作的第一预定电压电平，控制第一功率调节器与控制信号无关地向第一功率轨道供电。

13.根据权利要求12所述的功率控制电路，其中复位电路被配置成响应于提供给功率控制电路的电源电压低于预定电压，控制第一功率调节器与控制信号无关地向第一功率轨道供电。

14.根据权利要求12所述的功率控制电路，其中复位电路被配置成响应于通过第二功率调节器提供给控制电路的电源电压低于预定电压，控制第一功率调节器与控制信号无关地向第一功率轨道供电。

15.根据权利要求12所述的功率控制电路，其中

第二功率调节器包括复位电路的至少一部分，以及

复位电路的一部分被配置成响应于启动状态，产生忽略信号来控制第一功率调节器与控制信号无关地向第一功率轨道供电，以及响应于第二功率调节器达到预定电压电平来停止产生忽略信号。

16.根据权利要求12所述的功率控制电路，其中复位电路被配置成检测提供给第一功率调节器的功率的电源电压，以及

响应于检测的电源电压低于操作电压电平，控制第一功率调节器与控制信号无关地向第一功率轨道供电，以及

响应于检测的电源电压达到操作电压电平，控制第一功率调节器根据控制信号向第一功率轨道供电。

17.根据权利要求12所述的功率控制电路，其中第二功率调节器进一步配置为与控制信号无关地向控制电路供电及向第二功率轨道供电。

18.一种用于向集成电路的功率轨道供电的方法，包括：

向功率调节器电路提供控制信号，用于控制功率调节器电路向功率轨道供电；

响应于电源电压低于阈值，控制功率调节器电路与控制信号无关地向功率轨道供电；以及

响应于电源功率达到阈值，控制功率调节器电路根据控制信号向功率轨道供电；

其中向功率调节器电路提供控制信号包括在控制电路处产生控制信号，

所述方法还包括利用待机功率调节器电路向控制电路供电，以及

其中响应于电源功率低于阈值，控制功率调节器与控制信号无关地向功率轨道供电包括：响应于待机功率调节器的电压电平低于阈值，控制功率调节器与控制信号无关地向功率轨道供电，以及

响应于电源功率达到阈值，控制功率调节器电路根据控制信号向功率轨道供电包括：响应于待机功率调节器的电源电压电平达到阈值，控制功率调节器向功率轨道供电。