專利名稱：芯片動態(tài)調壓電路和終端設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明實施例涉及電氣技術，尤其涉及一種芯片動態(tài)調壓電路和終端設備。
背景技術：
隨著系統(tǒng)級芯片(System On Chip,簡稱S0C)的集成度和速度的不斷提高,芯片的內核(core)電源電流越來越大，芯片功耗占據(jù)了芯片所在系統(tǒng)整機功耗的大部分比例。因此，如果能降低芯片內核電源的功耗，會對整機功耗降低有很大的收益。降低芯片內核功耗的途徑之一就是為芯片提供匹配的電源電壓，避免過高電壓導致的功耗。目前，芯片的工藝偏差會導致芯片內核電壓的需求不同，如，根據(jù)芯片中半導體材質的生長速度的差異，芯片分為SS、TT和FF等不同類型，不同工藝類型的芯片所需的內核電壓不同。制造者為了盡量減少芯片良率的損失，一般發(fā)布的芯片內核電壓會偏高以滿足最低芯片內核電壓的工作條件，如內核電壓滿足SS芯片的工作條件時需要偏高。這個電壓對TT和FF芯片來說是過要求的，導致它們的功耗增加。所以，采用固定芯片內核電壓的產(chǎn)品就存在一定的功耗浪費。為了降低芯片內核功耗，現(xiàn)有技術提出了動態(tài)調整供給給芯片的電源電壓的技術?，F(xiàn)有技術采用供電管理單元(Power Management Unit,簡稱PMU)為SOC芯片供電,可利用PMU與SOC芯片之間的I2C總線或SPI總線，以SOC芯片中的CPU產(chǎn)生數(shù)字控制信號，反饋至PMU的數(shù)字控制接口，以調整PMU的輸出電壓來實現(xiàn)動態(tài)調壓。但是，此方案的成本高，由于需要在PMU中增設數(shù)字信號處理的邏輯電路，所以具備動態(tài)調壓功能的PMU的成本一般比同規(guī)格的DC/DC轉換器成本至少高出30%。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供一種芯片動態(tài)調壓電路和終端設備，以實現(xiàn)對芯片的電源電壓進行動態(tài)調整來降低芯片內核功耗，且降低產(chǎn)品成本。本發(fā)明實施例提供了一種芯片動態(tài)調壓電路，包括參數(shù)檢測模塊，用于檢測芯片的屬性參數(shù)；PWM信號生成模塊，用于根據(jù)檢測到的屬性參數(shù)產(chǎn)生對應的PWM數(shù)字信號，且通過低通濾波器將所述PWM數(shù)字信號轉換成為具有直流電壓的模擬信號；供電模塊，包括DC-DC轉換器或低壓差線性穩(wěn)壓器，所述DC-DC轉換器或低壓差線性穩(wěn)壓器包括誤差放大器，所述誤差放大器的反饋輸入端分別連接至PWM信號生成模塊的信號輸出端和所述調壓電路的電壓輸出端，用于根據(jù)反饋的所述PWM數(shù)字信號轉換而成的模擬信號和所述調壓電路的電壓輸出端的反饋信號調整輸出電壓。本發(fā)明實施例還提供了一種終端設備，包括芯片，還包括本發(fā)明任意實施例所提供的芯片動態(tài)調壓電路。本發(fā)明實施例提供的芯片動態(tài)調壓電路，能夠利用包括誤差放大器的已有供電電路結構，基于芯片屬性參數(shù)的變化，以PWM數(shù)字信號對應的模擬信號精確調整輸出電壓的大小，從而能夠以較低的成本實現(xiàn)芯片動態(tài)調壓，避免功耗浪費。


圖1為本發(fā)明實施例一提供的芯片動態(tài)調壓電路的結構示意圖；圖2所不為t旲擬電平與PWM數(shù)字"[目號的對應關系不意圖；圖3為本發(fā)明實施例二提供的芯片動態(tài)調壓電路的結構示意圖；圖4為本發(fā)明提供的一芯片動態(tài)調壓電路實例的結構示意圖；圖5為本發(fā)明提供的另一芯片動態(tài)調壓電路實例的結構不意圖。
具體實施例方式實施例一圖1為本發(fā)明實施例一提供的芯片動態(tài)調壓電路的結構示意圖，該電路適用于為 設有S0C芯片的系統(tǒng)進行供電，且具備動態(tài)調壓能力。該電路具體包括參數(shù)檢測模塊10、 PWM (脈沖寬度調制，Pulse-Width Modulation)信號生成模塊和供電模塊30。其中，參數(shù) 檢測模塊10用于檢測芯片100的屬性參數(shù)，可設置在芯片100中，也可以獨立于芯片100 設置，只要能完成參數(shù)檢測功能即可；PWM信號生成模塊用于根據(jù)檢測到的屬性參數(shù)產(chǎn)生 對應的PWM數(shù)字信號，且通過低通濾波器將所述PWM數(shù)字信號轉換成為具有直流電壓的模 擬信號；供電模塊30,包括DC-DC轉換器或低壓差線性穩(wěn)壓器(Low DropOut regulator,簡 稱LD0)，所述DC-DC轉換器或LD0包括誤差放大器31，誤差放大器31的反饋輸入端分別連 接至PWM信號生成模塊的信號輸出端和調壓電路的電壓輸出端，用于根據(jù)反饋的PWM數(shù)字 信號轉換而成的模擬信號和所述調壓電路的電壓輸出端的反饋信號調整輸出電壓Vout。本實施例的供電電路，可以直接采用DC-DC轉換器或LD0轉換器，此類供電電路的 主要結構包括誤差放大器31和電壓輸出電路32。誤差放大器31的同相輸入端連接基準電壓源Vref，誤差放大器31的反相輸入端 作為反饋輸入端，與PWM信號生成模塊相連以接收PWM數(shù)字信號轉換而成的模擬信號，誤差 放大器31用于輸出反饋輸入端所輸入電壓與基準電壓源之間的電壓差值，即模擬信號和 輸出電壓，與基準電壓源之間的電壓差值；電壓輸出電路40的輸入端與誤差放大器31的輸 出端相連以獲取所述電壓差值，并根據(jù)所述電壓差值對輸入電壓Vin進行調整后作為輸出 電壓提供至所述芯片100，且所述輸出電壓反饋至所述誤差放大器31的反相輸入端，作為 反饋電壓Vfb。本發(fā)明實施例中，所檢測的芯片屬性參數(shù)，是能夠影響芯片內核電壓需求的參數(shù)， 例如芯片的工藝參數(shù)、芯片所運行的場景情況等。根據(jù)芯片的屬性參數(shù)可以獲取對應的輸 出電壓。屬性參數(shù)與輸出電壓的對應關系可以為設定映射關系，通過設計人員的經(jīng)驗和試 驗，預先測定不同的芯片屬性參數(shù)對應的系統(tǒng)所需供給電壓。而后將確定的電壓值以具有 設定占空比的PWM數(shù)字信號形式來標識，再將PWM數(shù)字信號轉換成為具有直流電壓的模擬 信號。即PWM信號生成模塊優(yōu)選是包括數(shù)字模擬轉換單元21、PWM信號生成器22和低 通濾波器(Low-Pass Filter，簡稱LPF) 23，如圖1所示，還根據(jù)需要包括分壓電阻R3。數(shù) 字模擬轉換單元21用于基于設定的映射關系，將檢測到的屬性參數(shù)轉換成為對應的電壓；PWM信號生成器22用于根據(jù)電壓生成具有對應占空比的PWM數(shù)字信號；LPF 23用于將PWM數(shù)字信號轉換成為具有直流電壓的模擬信號。LPF 23可以選擇多種形式，典型地是采用RC構成低通濾波器，如圖I所示。眾所周知，PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(0N)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼，通過PWM數(shù)字信號高電平的占空比來對應不同的模擬值，如圖2所示為模擬電平與PWM數(shù)字信號的對應關系示意圖。本實施例的技術方案，能夠利用誤差放大器和電壓輸出電路等已有芯片供電電路，增設PWM數(shù)字信號轉換而成的模擬信號作為反饋控制信號來動態(tài)調整供給給芯片所在系統(tǒng)的電壓，從而避免過電壓的功耗浪費。在已有的芯片供電電路中，通常會設置DC-DC轉換器或LDO轉換器，根據(jù)需求將輸入電壓進行升壓或降壓操作，且同時對輸入電壓進行穩(wěn)壓操作。此類轉換器均包括誤差放大器，誤差放大器的同相輸入端連接一基準電壓源Vref，反向輸入端連接反饋電壓Vfb，即從輸出電壓處反饋回來的電壓。可進一步通過一輸出電壓采樣電路來獲得反饋電壓，輸出電壓采樣電路用于將輸出電壓進行分壓后反饋至所述誤差放大器的反相輸入端。如圖I所示，輸出電壓采樣電路典型地是包括兩個分壓電阻Rl和R2。則經(jīng)過電壓輸出電路40的轉換和穩(wěn)壓處理后，輸出電壓Vout會基于下述公式進行微調，得到一穩(wěn)定的電壓輸出Vout=Vref · (1+R1/R2)本發(fā)明實施例的技術方案，利用了誤差放大器和電壓輸出電路的電路結構，進一步設置了 PWM信號生成模塊，PWM數(shù)字信號轉換而成的模擬信號Vpwm是按照一定占空比變化的直流電壓信號，也相當于輸出電壓的反饋值，能夠通過誤差放大器和電壓輸出電路對輸出電壓進行調整。則本發(fā)明實施例的輸出電壓Vout按照如下公式確定Vout=Vref · (1+R1/R2) + (Vref-Vpwm)(Rl/(R3+R4))=Vout base+(Vref-Vpwm)(Rl/(R3+R4))此情況下，可能輸出電壓本身并未波動變化，而是由于芯片工藝等屬性參數(shù)的變化導致芯片內核電壓需求的變化，而控制調整輸出電壓的變化。通過上述公式可以看出，Vref, RU R2、R3和R4均為常量，所以輸出電壓Vout由PWM數(shù)字信號轉換而成的模擬信號Vpwm進行控制。本發(fā)明實施例的技術方案，能夠實現(xiàn)芯片的動態(tài)調壓，且成本較低，既無需增加供電電路的成本，在芯片側的改進也可以通過軟件來實現(xiàn)。PWM信號生成器可以增設，或利用芯片所在系統(tǒng)中的已有的PWM信號生成器即可。實施例二圖3為本發(fā)明實施例二提供的芯片動態(tài)調壓電路的結構示意圖，本實施例中的參數(shù)檢測模塊包括芯片工藝監(jiān)測器(PVT MonitoiOll，用于檢測芯片100的工藝屬性參數(shù)。芯片工藝監(jiān)測器11可利用已有技術對芯片工藝進行檢測，主要是檢測芯片100的工藝值，例如，F(xiàn)F、TT或SS型的芯片具有不同的工藝值，按照一定的數(shù)值范圍劃分。
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PWM信號生成模塊中，數(shù)字模擬轉換單元用于基于設定的映射關系，將檢測到的屬性參數(shù)轉換成為對應的電壓，此功能可以通過芯片中已有的CPU來以軟件形式實現(xiàn)。本領域技術人員可知常規(guī)PWM信號生成器的結構，此處不再贅述。本實施例中具體采用DC-DC轉換器或LDO轉換器，再配合外圍電路來實現(xiàn)誤差放大器31和電壓輸出電路。在轉換器中可以根據(jù)需求設置其他的控制電路50來實現(xiàn)其他功能,本實施例并不對 此進行限定。本實施例中，電壓輸出電路優(yōu)選是包括LC電路和開關晶體管42。其中，LC電路的電容C用于為所述芯片100提供所述輸出電壓，LC電路構成常規(guī)的低通濾波器，能夠以相當小的波紋輸出電壓；開關晶體管42的控制端與誤差放大器31的輸出端相連，在所述電壓差值的控制下導通或斷開所述LC電路。如圖3所示，LC電路由NMOS(N-Mental-Oxide-Semiconductor, N型金屬-氧化物-半導體)晶體管控制。PWM數(shù)字信號轉換而成的模擬信號的占空比將影響誤差放大器輸出的電壓差值，電壓差值可控制NMOS晶體管的通斷，從而利用LC電路調整輸出電壓。由PWM數(shù)字信號轉換而成的模擬信號作為反饋信號，能夠迅速地控制開關晶體管的通斷，使得輸出電壓的動態(tài)調壓響應更快。本實施例中，芯片動態(tài)調壓電路的工作過程如下當PVT Monitor上電后檢測到SOC芯片的工藝屬性參數(shù)，將值反饋給CPU ；CPU根據(jù)反饋值確定電壓，通過設定PWM數(shù)字信號的占空比對電壓進行數(shù)字編碼；PWM數(shù)字信號由PWM生成器產(chǎn)生后，通過低通濾波器后，輸出直流電壓形式的模擬信號到DC-DC轉換器或LDO轉換器的反饋引腳，即連接至誤差放大器的反向輸入端；通過分壓電阻Rl和R2，以及模擬信號傳輸電路中連接的電阻R3、R4，基準電壓源Vref, LPF的參數(shù)及模擬信號的占空比共同決定輸出電壓的大小，其中，Rl、R2、R3、R4、Vref和LPF的參數(shù)一般是常量，所以輸出電壓的動態(tài)變化由模擬信號的占空比來控制。本實施例的技術方案相對于已有技術未增加成本，或僅增加了 RC濾波電路的成本，所以實現(xiàn)成本非常低。本發(fā)明實施例中的參數(shù)檢測模塊并不限于采用PVT monitor，參數(shù)檢測模塊還可以包括場景監(jiān)測器(SCENE monitor)12，如圖4所示，用于檢測芯片所在設備的場景狀態(tài)屬性參數(shù)?；蛘咄瑫r包括芯片工藝監(jiān)測器和場景監(jiān)測器(SCENE+PVT monitor) 13，如圖5所示。所謂場景狀態(tài)屬性參數(shù)，是芯片所在系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)，例如，設置有芯片的手機，其可以工作在多種場景下，如視頻播放、音頻播放、待機、文檔閱覽等，系統(tǒng)在同一時間處理的業(yè)務量的差異也屬于場景狀態(tài)屬性參數(shù)。在不同的場景狀態(tài)下芯片內核電壓需求也不相同，系統(tǒng)的供電需求不同，可以據(jù)此控制輸出電壓的動態(tài)調整。所以，可以根據(jù)實際需求確定會影響芯片內核電壓的各類狀態(tài)參數(shù)作為場景狀態(tài)屬性參數(shù)。本發(fā)明實施例還提供了一種終端設備，其包括芯片和本發(fā)明任意實施例所提供的芯片動態(tài)調壓電路。該終端設備是包括芯片的系統(tǒng)的具體形式之一，例如手機、平板電腦等，其能夠在成本基本不增加的前提下，實現(xiàn)了 SOC內核電壓動態(tài)變化，有效降低產(chǎn)品整機功耗。隨著低功耗和綠色概念的發(fā)展，消費類電子產(chǎn)品對功耗要求越來越高，低成本降低功耗的方案會在很多領域得到批量應用。本技術方案可以應用到任何使用了 SOC芯片，且SOC芯片內部集成了 PVT Monitor,SCENE monitor或者類似功能，有多種工作模式，不同工作模式可對應不同電壓的產(chǎn)品領域。本領域普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成。 前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中。該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。最后應說明的是以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。
權利要求
1.一種芯片動態(tài)調壓電路，其特征在于，包括 參數(shù)檢測模塊，用于檢測芯片的屬性參數(shù)； 脈沖寬度調制PWM信號生成模塊，用于根據(jù)檢測到的屬性參數(shù)產(chǎn)生對應的PWM數(shù)字信號，且通過低通濾波器將所述PWM數(shù)字信號轉換成為具有直流電壓的模擬信號； 供電模塊，包括DC-DC轉換器或低壓差線性穩(wěn)壓器，所述DC-DC轉換器或低壓差線性穩(wěn)壓器包括誤差放大器，所述誤差放大器的反饋輸入端分別連接至PWM信號生成模塊的信號輸出端和所述調壓電路的電壓輸出端，用于根據(jù)所述PWM數(shù)字信號轉換而成的模擬信號和所述調壓電路的電壓輸出端的反饋信號調整輸出電壓。
2.根據(jù)權利要求I所述的芯片動態(tài)調壓電路，其特征在于，所述參數(shù)檢測模塊包括 芯片工藝監(jiān)測器，用于檢測所述芯片的工藝屬性參數(shù)；和/或 場景監(jiān)測器，用于檢測芯片所在設備的場景狀態(tài)屬性參數(shù)。
3.根據(jù)權利要求I所述的芯片動態(tài)調壓電路，其特征在于，所述PWM信號生成模塊包括 數(shù)字模擬轉換單元，用于基于設定的映射關系，將檢測到的屬性參數(shù)轉換成為對應的電壓； PWM信號生成器，用于根據(jù)所述電壓生成具有對應占空比的PWM數(shù)字信號； 低通濾波器，用于將所述PWM數(shù)字信號轉換成為具有直流電壓的模擬信號。
4.根據(jù)權利要求I所述的芯片動態(tài)調壓電路，其特征在于，所述DC-DC轉換器或低壓差線性穩(wěn)壓器包括 所述誤差放大器，所述誤差放大器的同相輸入端連接基準電壓源，所述誤差放大器的反相輸入端作為所述反饋輸入端，所述誤差放大器用于輸出電壓差值，所述電壓差值為所述反饋輸入端所輸入電壓與基準電壓源之間的電壓差值； 電壓輸出電路，所述電壓輸出電路的輸入端與誤差放大器的輸出端相連以獲取所述電壓差值，并根據(jù)所述電壓差值對輸入電壓進行調整后作為輸出電壓提供至所述芯片。
5.根據(jù)權利要求4所述的芯片動態(tài)調壓電路，其特征在于，還包括 輸出電壓采樣電路，用于將所述輸出電壓進行分壓后反饋至所述誤差放大器的反相輸入端。
6.根據(jù)權利要求1-5任一所述的芯片動態(tài)調壓電路，其特征在于，所述電壓輸出電路包括 LC電路，所述LC電路的電容用于為所述芯片提供所述輸出電壓； 開關晶體管，所述開關晶體管的控制端與所述誤差放大器的輸出端相連，在所述電壓差值的控制下導通或斷開所述LC電路。
7.一種終端設備，包括芯片，還包括權利要求1-6任一所述的芯片動態(tài)調壓電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種芯片動態(tài)調壓電路和終端設備。該調壓電路包括參數(shù)檢測模塊，用于檢測芯片的屬性參數(shù)；PWM信號生成模塊，用于根據(jù)屬性參數(shù)產(chǎn)生對應的PWM數(shù)字信號，且通過低通濾波器將PWM數(shù)字信號轉換成為具有直流電壓的模擬信號；供電模塊，包括DC-DC轉換器或低壓差線性穩(wěn)壓器，其中的誤差放大器的反饋輸入端分別連接至PWM信號生成模塊的信號輸出端和所述調壓電路的電壓輸出端，用于根據(jù)反饋的所述模擬信號和所述調壓電路的電壓輸出端的反饋信號調整輸出電壓。本發(fā)明能夠利用已有的供電電路結構，基于芯片屬性參數(shù)的變化，以PWM數(shù)字信號轉換而成的模擬信號精確調整輸出電壓的大小，從而能夠以較低的成本實現(xiàn)芯片動態(tài)調壓，避免功耗浪費。
文檔編號H02M3/157GK102931842SQ20121038713
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權日2012年10月12日
發(fā)明者陳玉柱, 黃濤 申請人:華為技術有限公司