(57)【要約】【課題】電源装置出力の過渡電圧によるオーバーシュートを防止するためのレギュレータを提供する。【解決手段】電源装置出力の過渡電圧を減衰させるためのレギュレータは、アースと電源装置出力との間に接続されたスイッチ、及びスイッチの開閉を制御するコンパレータを備えている。コンパレータは、電源装置の出力電圧を感知する入力、及び参照電圧を受ける入力を備えている。出力電圧が、例えば、ある閾値だけ参照電圧を超えた時には、コンパレータは、スイッチを閉じるように動作し、電源装置の過剰エネルギをアースに分流して、出力電圧を減衰させている。出力電圧が参照電圧の閾値内に復帰した時には、コンパレータは、スイッチを開くように動作し、電源装置を通常の動作に戻すようになっている。  電源装置は、プロセッサの電力要求が変化した際に発生する過渡電圧に対して敏感なマイクロプロセッサに、電力を供給しても差し支えない。レギュレータは、これらの過渡電圧を補償して、電源装置の出力を所望の仕様内に維持するようになっている。【選択図】なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置出力の過渡電圧を減衰するためのレギュレータであって、
電源装置出力とアースとの間に接続されたスイッチと、
出力電圧を感知するために、電源装置出力に接続されている第1の入力と、参照電圧を受けるための第2の入力と、スイッチに接続されている出力を含み、出力電圧が参照電圧を超えた時、ウエイストゲートがスイッチを閉じて、電源装置出力をアースと接続し、それによって、電源装置内のエネルギをアースに分流するように動作するウエイストゲートとを備えるレギュレータ。
【請求項２】
出力電圧が参照電圧に戻った時、ウエイストゲートは、スイッチを開くように動作するようになっている、請求項1記載のレギュレータ。
【請求項３】
出力電圧が、閾値だけ参照電圧を超えた時、ウエイストゲージがスイッチを閉じるように動作し、かつウエイストゲートは、閾値について履歴特性を伴って動作するようになっている、請求項2記載のレギュレータ。
【請求項４】
電源装置出力は、マイクロプロセッサに電力を供給し、閾値は、マイクロプロセッサの電圧許容幅に基づいている、請求項3記載のレギュレータ。
【請求項５】
スイッチを動作させる出力を生成するために、ウエイストゲートは、参照電圧と出力電圧を比較する電圧コンパレータを備えている、請求項1記載のレギュレータ。
【請求項６】
電圧コンパレータの出力は、履歴特性を伴って切替動作をするようになっている、請求項5記載のレギュレータ。
【請求項７】
ウエイストゲートは、電圧コンパレータとスイッチの間に、ゲートドライバを備えている、請求項5記載のレギュレータ。
【請求項８】
スイッチは、ゲートドライバに接続されたゲートを備えるトランジスタ、或いはMOSFETである、請求項7記載のレギュレータ。
【請求項９】
電圧コンパレータ、及びゲートドライバは、集積回路として一体化されている、請求項8記載のレギュレータ。
【請求項１０】
電源装置は、マイクロプロセッサに電力を供給し、参照電圧は、マイクロプロセッサによって与えられる電圧識別信号から得られるようになっている、請求項1記載のレギュレータ。
【請求項１１】
電源装置の出力は、電圧レギュレータの出力ステージとなっている、請求項1記載のレギュレータ。
【請求項１２】
参照電圧は、電圧レギュレータのコントローラから得られるようになっている、請求項１１記載のレギュレータ。
【請求項１３】
電源装置出力の過渡電圧を減衰する方法であって、
電源装置出力の電圧を感知し、
参照電圧を取得し、
出力電圧が参照電圧をこえた時、電源装置の出力を接地するためのスイッチを閉じ、それによって過渡電圧を表示し、
電源装置から過剰なエネルギを排出し、
出力電圧が参照電圧に復帰した時に、スイッチを開き、それによって、過渡電圧を減衰するようになっている、過渡電圧減衰方法。
【請求項１４】
スイッチを閉じる手順は、出力電圧と参照電圧の差が閾値を超えた時、スイッチを閉じるように構成されている、請求項１３記載の過渡電圧減衰方法。
【請求項１５】
電源装置出力は、マイクロプロセッサに電力を供給し、閾値は、マイクロプロセッサの電圧許容幅に基づいている、請求項１４記載の過渡電圧減衰方法。
【請求項１６】
電源装置出力は、マイクロプロセッサに電力を供給し、入手ステップでは、マイクロプロセッサによって与えられる電圧識別信号から参照電圧を得ている、請求項１４記載の過渡電圧減衰方法。
【請求項１７】
電源装置の出力は、レギュレータの出力ステージとなっている、請求項１４記載の過渡電圧減衰方法。
【請求項１８】
入手ステップでは、電圧レギュレータのコントローラから、参照信号を得ている、請求項１７記載の過渡電圧減衰方法。
【請求項１９】
電源装置の出力は、マイクロプロセッサに電力を供給しており、さらに、マイクロプロセッサを高周波数モードから低周波数モードに切換え、そのため、過渡電圧が発生するステップを構成している、請求項１４記載の過渡電圧減衰方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、エルディン  ルージー（Eldin Lougee）によって行われ、2004年8月17に受理された米国先行出願No.60/602,246、表題「エネルギウエイストIC」に基づき優先請求するものである。その内容は、本出願において、参照されるものとする。
【０００２】
本発明は、電源装置用レギュレータに関し、特に、電源出力の過渡電圧を補償するレギュレータに関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、市販されているモバイルプロセッサのような、数多くの先進的なマイクロプロセッサは、例えば、電力消費を節約するという目的のために、電力管理において特徴を出している。
【０００４】
これらのマイクロプロセッサは、複数の異なる動作周波数を、動的に切り替える能力を有している。例えば、マイクロプロセッサは、必要に応じて指示事項を実行し、コマンドを処理するために、高い周波数で動作し、次いで、マイクロプロセッサに対する要求が減少するか、或いは無くなった場合には、低い周波数（すなわち、アイドル、或いはスリープモード）で動作するようになっている。
【０００５】
特に、これらのマイクロプロセッサは、周波数モードを切り替えるので、マイクロプロセッサコアの動作電圧や動作電流が変化することになる。すなわち、動作要求が低い場合には、低い周波数モードで動作するようになっている。
【０００６】
従って、処理能力に対する要求の変化に伴い、低い周波数モードに切り替わることによって、これらのマイクロプロセッサは、必要電力量を下げることができ、それによって、電力消費量が低下し、電力が節約されることになる。
【０００７】
例えば、電力消費量削減動作を秒単位で実現するように、これらの先進的なマイクロプロセッサを、数多くアイドルモードで動作させていることも、珍しいことではない。
【０００８】
前述のマイクロプロセッサは、マイクロプロセッサのコアに電力を供給する電源装置に対し、複雑な負荷を与えている。特に、マイクロプロセッサが周波数モードを切り替える際、コアに必要な電圧、及び電流が変化するので、電力要求値が大幅に変化することになる。その上、マイクロプロセッサコアには、精密に調整された電圧が要求される。
【０００９】
例えば、電源装置は、その時の周波数モードで、出力電圧を、通常＋50mVの公差幅に維持しなくてはならない（今後、この要求動作電圧は、「電圧セットポイント」とも呼ぶこととする）。したがって、マイクロプロセッサがその周波数モードを切り替える際、電源装置は、マイクロプロセッサの電圧公差幅以内で、精密な出力電圧を維持しつつ、出力電力を変化させなければならないことになる。
【００１０】
図1は、マイクロプロセッサのコアに電力を供給するための出力112を備える電源装置110に接続された、最新のマイクロプロセッサを示す。
【００１１】
図示のように、電源装置は、電圧レギュレータ114を備えているのがよい。このレギュレータは、マイクロプロセッサ102の要求に従って、大容量の電力を発生させる能力、及び精密に調整された電圧（VCORE）を出力する能力を有している。
【００１２】
例えば、電圧レギュレータは、多相構成であるか、単相構成であるかによって、１つ或いは複数の出力ステージ117を駆動するために、１つ或いは複数の内部ドライバを備えたコントローラ116を有している降圧型レギュレータであってもよい。ドライバは、外部に設けられていても差し支えなく、図1では、簡単にするために、単相だけを示してある。
【００１３】
マイクロプロセッサが動作している時、レギュレータ114は、マイクロプロセッサに対して、電流、及び精密に調整された電圧を供給するが、発生したエネルギの主要部分は、インダクタ122として示されている出力インダクタに蓄積されるようになっている。
【００１４】
通常、インダクタの出力は、キャパシタ124として示されている出力キャシタに伝送される。キャパシタは、マイクロプロセッサコアに供給される高精度出力電圧VCOREを発生させるために、低いESR(等価直列抵抗)を有するように選択されている。
【００１５】
図1に示すように、最新のマイクロプロセッサは、通常、多重電圧表示（VID）出力ピン104を備えている（すなわち6ピンのVID）。マイクロプロセッサは、VID信号をつくり出すために、これらのピンを使うようになっている。VID信号は、マイクロプロセッサが周波数モードを切り替える時に、電源装置の出力112に要求する必要電圧セットポイントを、デジタル的に表現するようになっている。
【００１６】
コントローラ116のような、マイクロプロセッサと共に動作するコントローラも、同じように、対応するVID入力ピン118を有している。
【００１７】
動作に際して、マイクロプロセッサ102のVID出力ピン104は、コントローラ116のVID入力ピン118に接続されており、それによって、マイクロプロセッサが周波数モードを切り替える時、必要な電圧セットポイントを伴った信号を、コントローラに送信できるようになっている。
【００１８】
VID入力ピン118は、例えば、デジタルで表わされた電圧セットポイントを、アナログの参照電圧に変換するデジタル−アナログコンバータ120に接続されていてもよい。従って、コントローラは、マイクロプロセッサによって要求されるように、電源装置の出力112の、この電圧を維持するために、出力ステージ117を制御し、駆動することになる。
【００１９】
上記のように、最新のマイクロプロセッサは、電力消費を節減するために、動的に、異なる周波数モードを切り替えて、動作するようになっている。特に、マイクロプロセッサ102が、高周波数モードから低周波数モードに切り替わる際、プロセッサは、コントローラ116に対して、新しい、低い電圧セットポイントを伝送するように、VIDピン104におけるVID信号を発生させる。
【００２０】
これによって、コントローラ116は、出力112の電力レベルを下げるように、出力ステージ117を駆動する。同様に、マイクロプロセッサが、低周波数モードから高周波モードに戻る際には、出力112の電力レベルを上げるように、コントローラ116に信号を送るようになっている。
【００２１】
マイクロプロセッサ102が、電力レベルの要請を変化させた結果、電力装置の出力112に過渡電圧が発生することになる。例えば、マイクロプロセッサ102が、高周波モードから低周波モードに切り替わり、コントローラ116に対し、低い電圧セットポイントを送信した時、コントローラは、出力ステージ117が小さい電力を発生するように制御することになる。この時、出力ステージが調整されるので、インダクタ122には、今までより小さい電流が供給され、インダクタは、それまで蓄積していたエネルギを放出する。蓄積されたエネルギの、この放出により、電流中にステップ状の無負荷過渡電流が発生する。
【００２２】
インダクタの放電に際して、蓄積されていたエネルギは、キャパシタ124に伝送され、それによって、電源装置の出力電圧は、一瞬上昇する。これが過渡電圧である。この過渡電圧の大きさは、例えば、キャパシタ124の大きさ、及びマイクロプロセッサ102によって伝送された電圧セットポイントの変化の大きさによって決まる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
マイクロプロセッサが、高周波モードから、例えばアイドルのような低周波モードに切り替わり、電圧セットポイントに大きな変化が要求される場合、特に問題となる。この時には、大きなステップ状の過渡電流が発生することになる。
【００２４】
電源装置110が、この大きな過渡電流を補償する能力を持たない場合には、インダクタ122がキャパシタ124にエネルギを伝送するので、電源装置の出力112に、大きな出力電圧上昇が発生する。出力電圧の上昇によって、マイクロプロセッサの許容電圧を超えるオーバーシュートが発生する可能性がある。
【００２５】
例えば、前述のように、マイクロプロセッサは、電源装置に対し、出力112の電圧を、＋50mVのような極めて狭い範囲に維持するように要請しているものとし、さらに、マイクロプロセッサは、最大50mVのオーバーシュートに対して、例えば、25msのような限られた時間だけ耐えられる能力があるものとする。
【００２６】
もし、電圧レギュレータが、ステップ状の過渡電流を補償しなければ、電源装置の出力電圧は、マイクロプロセッサの仕様値を越える可能性があり、その結果、長期信頼性についての問題、或いはマイクロプロセッサの損傷につながることになる。
【００２７】
例えば、マイクロプロセッサの仕様範囲を超える、電源装置の高い電圧は、酸化物のような半導体層に損傷を与える可能性があり、その結果、半導体装置の信頼性に関する問題につながることになる。また、仕様限界を超えた電源装置の出力電圧は、マイクロプロセッサに、致命的な損傷を与える可能性がある。
【００２８】
したがって、マイクロプロセッサは、ステップ状の無負荷動作によって発生する過渡状態にある間、電圧が厳密な制限値内になるように、過大電圧、或いは過少電圧から保護されなければならない。
【００２９】
特に、前述のオーバーシュートの問題は、周波数モードが変化せず、動作電圧や電圧セットポイントが変わらないデスクトップ用、或いはサーバー用のマイクロプロセッサにも発生する（このマイクロプロセッサは、プロセッサが電圧レギュレータに要求する、一定の電圧セットポイントを識別するVID出力ピンを備えていてもよい）。
【００３０】
このプロセッサは、一定の周波数、及び一定の電圧で動作するが、高位の計算負荷状態とアイドル状態の間を移動し続けている。
【００３１】
このプロセッサが、アイドル状態に移行した時には、プロセッサの電流負荷は減少し、その結果、前述の場合と同様な過渡電流、従って過渡電圧が発生する。繰り返すが、マイクロプロセッサは、ステップ状の無負荷動作によって発生する過渡状態にある間、電圧が厳密な制限値内になるように、過負荷状態から保護されなければならない。
【００３２】
電源装置110の出力112に関する過剰電圧を回避する１つの方法は、キャパシタのような要素部材を追加することである。キャパシタを追加する目的は、インダクタに蓄えられた過剰なエネルギを吸収することである。すなわち、厳密に電源装置の出力電圧を維持する一方で、ステップ状の無負荷動作の間に発生する過渡電圧を弱めることになる。
【００３３】
しかし、追加されるキャパシタは、電源装置の出力電圧を厳密に維持しなくてはならないので、低いESRを有する必要があり、従って、高価である。追加のこの費用は、システム全体に関するコストアップを意味する。
【００３４】
また、マイクロプロセッサ102のようなプロセッサは、周波数モードが、現在の動作周波数から、所望の周波数へと段階的に変化することによって発生する可能性のある、電源装置の過剰電圧からも保護される必要がある。言い換えると、最新のマイクロプロセッサは、前記のように、複数の動作周波数を有し、それぞれの周波数が異なる電圧で動作するようになっている。
【００３５】
各周波数用の動作電圧は、例えば、12.5mV毎に分離されているのがよい。したがって、マイクロプロセッサは、コントローラ116に対して、電源装置の出力電圧を次々に下げるように、VIDピン104を介して信号を送りながら、段階的に動作周波数を下げてゆくことになる（すなわち、電圧セットポイントを12.5mVずつ下げる）。
【００３６】
電圧降下の各段階で、マイクロプロセッサは、次の段階に移る前に、整定時間を持たせてもよい。整定時間を伴って段階的に移行することによって、ステップ状の過渡電圧は減少し、電源装置110が過渡電圧を補償しやすくなり、出力112の電圧は厳密に維持される。しかし、段階的に周波数を移行させるようにすると、動作速度が遅く、かつ、非効率なものとなる。
【００３７】
したがって、電源装置出力の過渡電圧を補償し、従来の技術における前述の問題点、及び他の問題点を解消するシステム、または方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明の一実施例によれば、マイクロプロセッサが高周波モードから低周波モードに移行する時、或いは計算作業負荷が低下し、それによって、電力要求が下がった時に発生する、電源装置出力の過渡電圧を感知するために、マイクロプロセッサ用電源装置の出力に、レギュレータが接続されている。
【００３９】
レギュレータが過渡電圧を感知したときに、レギュレータは、それらの過渡変動を減少させ、マイクロプロセッサが要求する仕様に合った出力電圧を維持するように動作している。したがって、このレギュレータは、電源装置の電圧レギュレータに付加された追加のレギュレータとして動作し、特に、電源装置の電圧オーバーシュートを防止し、マイクロプロセッサが電力要求を変化させた時に必要とされる、厳密な出力電圧を維持するように動作する。
【００４０】
本発明の一実施例によれば、レギュレータは、電源装置とアースの間に接続されている接地パススイッチを備えている。さらに、レギュレータは、接地パススイッチを開閉するエネルギウエイストゲートを備えている。エネルギウエイストゲートは、電源装置の出力電圧とマイクロプロセッサの必要電圧セットポイントを比較した結果に基づいて、接地パススイッチを開閉するようになっている。
【００４１】
ウエイストゲートは、電源装置の出力電圧を感知するために、電源装置の出力に接続されている第1の入力と、参照電圧としてマイクロプロセッサの必要電圧セットポイントを受け取る、第2の入力を備えている。
【００４２】
本発明の一実施例によれば、ウエイストゲートは、電源装置のレギュレータのコントローラから電圧セットポイントの値を受取っている。例えば、コントローラは、マイクロプロセッサの電圧セットポイントを規定しているVID信号を、アナログ値に変換して、この値をウエイストゲートに与えてもよい。
【００４３】
本発明の別の実施例として、ウエイストゲートを、マイクロプロセッサのＶＩＤピンに対し、例えば、電圧セットポイントの値を得るために、デジタル−アナログコンバータを介して、インターフェイス接続しておいてもよい。
【００４４】
本発明の別の実施例として、マイクロプロセッサの電圧セットポイントを、ウエイストゲートの中に、予め組み込んでおいてもよい。
【００４５】
前述のように、マイクロプロセッサが、その周波数モード、或いは作業負荷を低下させ、その結果、電力要求レベルが下った時、インダクタの放電によって、ステップ状の無負荷過渡電流が発生する。蓄積されていた、このエネルギは、キャパシタに伝送されるので、過渡電圧が発生し、電源装置の出力電圧は上昇する。
【００４６】
本発明による１つの動作例によれば、ウエイストゲートは、マイクロプロセッサの要求電圧セットポイント、及び電源装置の出力の電圧上昇を、共に感知するようになっている。電源装置の出力電圧が、ある閾値だけ、電圧セットポイントを超えた場合、例えば、ウエイストゲートは、接地パススイッチを閉じ、それによって、電源装置の出力をアースに分流している。
【００４７】
このように、インダクタからの過剰なエネルギは、電源装置の出力から排出され、それによって、出力電圧の上昇が防止される。したがって、電源装置の出力は、マイクロプロセッサの要求仕様内に収まり、電圧のオーバーシュートが回避される。出力電圧と電圧セットポイントとの差が、閾値に向かって反転する時に、例えば、ウエイストゲートは、接地パススイッチを開き、それによって、電源装置用の接地通路が閉鎖され、電源装置は、通常の動作に復帰することが可能となる。
【００４８】
従って、レギュレータは、電源装置にとって、マイクロプロセッサが周波数モードを変化させた時に発生する過渡電圧を減衰させ、或いは補償するための、追加のレギュレータとして動作する。レギュレータは、レギュレータが無かった場合、過渡電圧を補償するために必要であったはずの、電源装置出力用低ESRキャパシタの容量を低減させている。出力キャパシタの容量が低減されることによって、電圧レギュレータの設計が簡単になり、システムのコストは下げられることになる。
【００４９】
さらに、本発明によるレギュレータは、動作が早く（例えば25マイクロ秒以内）、電源装置の出力から、エネルギを迅速に排出するようになっている。
【００５０】
したがって、レギュレータは、最新のマイクロプロセッサに対し、より大きく、より早い周波数の切替を可能としており、それによって、効率が良く、消費電力の小さい動作が可能となる。
【００５１】
本発明の実施例によるレギュレータの実装例では、接地パススイッチは、トランジスタ、或いはMOSFETであっても差し支えなく、ウエイストゲートは、ゲートドライバと、履歴特性を伴って動作する電圧コンパレータの組み合わせでもよい。ウエイストゲートは、集積回路として実装されていてもよい。
【００５２】
本発明の、他の特徴、及び優位点は、添付図面を参照して行う次の説明によって明確になると思う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
図2A、図2B、図2C、及び図2Dに、本発明の実施例に基づくレギュレータ200が示されている。
【００５４】
レギュレータ200は、エネルギウエイストゲート202、及び接地パススイッチ210を備えている。スイッチ210は、電源装置110の出力112に接続されている入力リード線211、アースに接続されている出力リード線、及びエネルギウエイストゲート202の出力208に接続されている制御リード線213を備えている。スイッチは、スイッチ210の制御を介して、電源装置の出力112をアースに接続する開閉通路を提供している。
【００５５】
エネルギウエイストゲート202は、感知ライン入力リード線204、参照ライン入力リード線206、及び出力リード線208を備えている。出力リード線208は、スイッチ210の制御リード線213に接続されている。このようにして、ウエイストゲート202は、スイッチ210を制御してアースへの通路を開閉している。
【００５６】
ウエイストゲート202は、マイクロプロセッサが電源装置の出力に要求している動作電圧（すなわち、必要電圧セットポイント）を感知するために、参照ライン206を使用している。この電圧セットポイントは、固定でもよいし、周波数モードを切り替える際に電圧セットポイント変化をさせる最新のマイクロプロセッサのように、変化するものであってもよい。このようにして、ウエイストゲート202は、電源電圧の出力電圧を感知している。
【００５７】
次に詳しく説明するように、ウエイストゲート202は、コンパレータとして動作し、感知ライン204から得られる電源装置の出力電圧と、参照ライン206から得られる電圧セットポイントとを比較している。
【００５８】
出力電圧が電圧セットポイントを超えた時に、電源装置の出力を接地するように、接地パススイッチを制御するようになっている。接地することによって、電源装置内の過剰なエネルギが排出され、出力112の電圧は、電圧セットポイントに復帰する。この後、ウエイストゲート202は、接地パススイッチを開いて、接地への通路を閉じるようになっている。
【００５９】
このようにして、レギュレータ202は、電源装置の出力に発生する過渡電圧を補償しており、電源装置の出力電圧をマイクロプロセッサの仕様内に維持するための、追加の調整機能を備えていることになる。
【００６０】
図2Aに示す実施例において、ウエイストゲート202は、マイクロプロセッサの必要動作電圧、すなわち、電圧セットポイントを、コントローラ116から得てもよい。
【００６１】
前述のように、マイクロプロセッサの中には、出力112に対して、レギュレータが必要とする電圧設定ポイトを示すVID信号を有するコントローラを備えているものもある。マイクロプロセッサ102のようなプロセッサは、周波数モードを切り替える際、このVID信号を変化させるようになっている。動作周波数モードを変えないマイクロプロセッサは、VID信号を一定に保っている。
【００６２】
コントローラ116は、VID信号を、マイクロプロセッサによって規定されている電圧セットポイントを表わすアナログ電圧に変換するために、デジタル-アナログコンバータ120を備えているのがよい。図2Aでは、このアナログ電圧は、VDACとして示されている。
【００６３】
本発明の実施例によれば、コントローラ116は、参照ライン206がインターフェイス接続されているアクセスピン230を介して、VDACに接続されているのがよい。それによって、電圧セットポイントが得られることになる。
【００６４】
最新のコントローラ116の中には、電圧垂下調整式と呼ばれる方式を用いているものもある。この機能を介して、コントローラは、マイクロプロセッサが電力要求を変更した際に、電源装置の出力112に発生する過渡電圧がプロセッサの仕様を超えてしまうこと（すなわち、前述の問題点）を防止するようになっている。
【００６５】
例えば、102のようなマイクロプロセッサが、周波数モードを低下させた時、出力電圧がマイクロプロセッサの仕様を超えることを回避するために、コントローラは、電圧セットポイントを下方に偏向させ、この電圧を発生させるように、電圧レギュレータの出力ステージ117を駆動するようになっている。
【００６６】
この下方偏向は、「電圧垂下」と呼ばれている。したがって、コントローラは、出力ステージを「垂下電圧セットポイント」で駆動していることになる。
【００６７】
このマイナスの電圧偏移は、電圧レギュレータに余裕をもたらし、プロセッサが周波数モードを低下させて、プラスの過渡電圧が発生した時、出力電圧がマイクロプロセッサの仕様内に維持されるように働いている。したがって、コントローラが電圧垂下機能を備えている場合、コントローラは、電力装置の出力112を駆動すべき参照電圧として、「垂下電圧セットポイント」を用いることになる。垂下量は、電流の負荷傾斜特性に基づいており、電流負荷に比例して増加するようになっている。
【００６８】
したがって、コントローラは、電流負荷に伴って、電圧垂下量を変化させることになり、プロセッサが無負荷状態に移行した場合には、電圧垂下量が零であっても差し支えない。
【００６９】
図2Bに示す本発明の実施例においては、コントローラが電圧垂下機能を備えている場合、ウエイストゲート202は、参照ライン206の参照電圧として、電圧セットポイントよりは、むしろ「垂下電圧セットポイント」を用いる方がよい。例えば、コントローラ116は、アクセスピン231を介して、図2BにVDroopとして表わされている電圧垂下量へのアクセスを備えているのがよい。
【００７０】
ここで、例えば、減算モジュール233が設けられており、VDAC−VDroopをつくり出すために、コントローラのピン230と231に接続してあるのがよい。VDAC−VDroopの結果は、参照ライン206に供給されるようになっている。
【００７１】
図2Cに示す本発明の別の実施例においては、参照ライン206は、電圧セットポイントを得るために、デジタル−アナログコンバータ232を介して、マイクロプロセッサ102のVID出力ピン104に、インターフェイス接続されている。
【００７２】
デジタル−アナログコンバータ232は、マイクロプロセッサのVID信号をアナログ信号に変換している。この例では、参照ライン206は、デジタ−アナログコンバータの出力に接続されている。デジタル−アナログコンバータ232は、図2Cに示すように、ウエイストゲートに対して外付けであってもよく、場合によっては、ウエイストゲート202の内部に組み込まれていてもよい。
【００７３】
コンバータがウエイストゲートに組み込まれている場合、ウエイストゲートは、マイクロプロセッサ102とインターフェイス接続するために、参照ラインというよりは、むしろ複数のVID入力ピンを備えていることになる。
【００７４】
図2Dに示す本発明の別の実施例においては、コントローラ116が、前述の電圧垂下機能を備えている場合、ウエイストゲート202は、図2Cに示すように、マイクロプロセッサから、電圧セットポイントを取得してもよく、また、図2Bに示すように、コントローラからVDroopを取得してもよい。
【００７５】
この実施例では、減算モジュール233が設けられており、デジタ−アナログコンバータ232の出力とコントローラのピン232に、インターフェイス接続されている。減算モジュール233の出力は、参照ライン206に転送されるようになっている。
【００７６】
本発明による、別の実施例によれば、ウエイストゲート202は、前述のように、VIDピンを介して、マイクロプロセッサの電圧セットポイントを取得しなくても差し支えない。むしろ、ウエイストゲート202は、マイクロプロセッサの電圧セットポイントが、予め組み込まれるようになっている（この実施例は、電圧セットポイントを変更しないプロセッサに適用してもよい）。
【００７７】
本発明の実施例に基づくレギュレータ200の動作例によれば、エネルギウエイストゲート202は、感知ライン204を介して感知される電源装置の出力電圧と、参照ライン206を介して感知されるマイクロプロセッサの必要電圧セットポイント（垂下電圧によって偏向されている可能性がある）とを、連続的に比較している。
【００７８】
電源装置の出力電圧が電圧セットポイントを超えた場合、例えば、ウエイストゲート202は、接地パススイッチ210を閉じ、それによって、電源装置出力112に対してアース通路を提供するようになっている。アース通路によって、電源装置内の過剰エネルギが排出され、出力112の電圧は、さらに上昇することなく、下降し始める。
【００７９】
したがって、電源装置の電圧は、電圧設定ポイトに復帰する。電源装置の出力112の電圧が、設定ポイントに復帰すれば、ウエイストゲート202は、接地パススイッチを開き、それによって、電源装置のアース通路を閉鎖するようになっている。
【００８０】
本発明の実施例によれば、ウエイストゲート202は、電源装置の出力電圧が、ある閾値だけ電圧セットポイントの値を超えた時、接地パススイッチ210を閉じるようになっている。この閾値は、マイクロプロセッサの最大許容オーバーシュートの値、例えば、＋50mVに設定してもよい。
【００８１】
本発明の一局面によれば、この閾値は、ウエイストゲート202の中に組み込まれていてもよい。
【００８２】
本発明の別の実施例によれば、ウエイストゲート202は、閾値に関して、履歴特性を伴って動作するようになっている。本発明の別の局面によれば、履歴特性は、調節可能となっている。
【００８３】
したがって、レギュレータ200は、電圧レギュレータ114に加えて、電源装置110の追加レギュレータとして動作していることになる。特に、マイクロプロセッサが必要電力量を変更した時、電源装置のオーバーシュートを防止し、正確な出力電圧を維持するように動作している。
【００８４】
前述のように、マイクロプロセッサが、周波数モード、電圧セットポイント、或いは計算作業負荷を減少させ、それによって必要電力量が減少する場合、インダクタ122の放電に伴って、ステップ状の無負荷過渡電流変動が発生することになる。蓄積されたこのエネルギがキャパシタ124に伝送された時、キャパシタが充電されるに従って、電源装置の出力電圧が上昇し始め、過渡電圧が発生する。
【００８５】
これを補償しなかった場合、過渡電圧は、マイクロプロセッサの電圧許容値を超える可能性があり、オーバーシュートを引き起こすことになる。
【００８６】
本発明によれば、ウエイストゲート202は、参照ライン112上の電圧セットポイントを感知し、また、インダクタ122の放電に伴う出力電圧の上昇を、感知ライン204を介して感知している。
【００８７】
電源装置の出力電圧が、ある閾値だけ、電圧セットポイントを超えた場合、ウエイストゲート202は、接地パススイッチを閉じ、それによって、電源装置の出力112をアースへ分流する。このようにして、インダクタ122からの過剰なエネルギは、電源装置の出力から排出されることになる。これによって、出力電圧の上昇が防止され、電源装置の出力電圧はマイクロプロセッサの必要とする仕様内に維持され、オーバーシュートが回避される。
【００８８】
電源装置の出力112が、電圧セットポイントの閾値内に復帰した場合、ウエイストゲート202は、接地パススイッチ210を開き、これによって、電源装置の出力はアース通路から切り離され、電源装置は、通常動作に復帰する。
【００８９】
したがって、レギュレータ200は、マイクロプロセッサ102が電圧要求レベルを変更した時に発生する過渡電圧を減衰させ、補償するために、電源装置110用の追加レギュレータとして働いており、それによって、オーバーシュートを防止している。
【００９０】
レギュレータ200は、レギュレータが無かった場合に、過渡電圧を補償するために必要とされる、電源装置出力ステージ用のキャパシタ容量を低減できることになる。
【００９１】
すでに説明したように、このようなキャパシタを備えている場合、キャパシタは低いESRを有することになり、従って高価となる。出力キャパシタンスを低減することによって、レギュレータ200は、コスト削減をもたらし、簡素な電圧レギュレータの設計が可能となる。
【００９２】
また、出力インピーダンスが下がることによって、効率が上がることになる。
【００９３】
さらに、レギュレータ200は、迅速に動作し（例えば、25マイクロ秒未満）、電源装置の出力から、過剰エネルギを素早く排出する。
【００９４】
したがって、レギュレータ200は、マイクロプロセッサ102のようなプロセッサが、プロセッサの電圧仕様を超えることなく、さらに大きい、さらに早い動作周波数の変更が可能となる。それによって、マイクロプロセッサ102は、効率よく、少ない電力で動作できることになる。
【００９５】
図3には、本発明の実施例によるレギュレータ200の実装例が示されている。接地パススイッチ210は、例えば、電源装置110の出力112に接続されたソース311、アースに接続されたドレーン312、及びエネルギウエイストゲート202の出力に接続されたゲート313を有するトランジスタ、或いはMOSFETであってもよい。
【００９６】
ウエイストゲート202は、電圧コンパレータ302、及びゲートドライバ304を備えていてもよい。ウエイストゲートの感知ライン204は、コンパレータ302の非反転入力と電源装置出力112の間に接続されている。
【００９７】
ウエイストゲートの参照ラインは、コンパレータの反転入力に接続され、コントローラ116、或いはデジタル−アナログコンバータを介してマイクロプロセッサに接続されている。コンパレータ302の出力303は、ゲートドライバ304の入力305に接続されている。ゲートドライバの出力306は、トランジスタ/MOSFET310のゲート313に接続されている。
【００９８】
電圧コンパレータ302の出力303は、履歴特性を伴って切替動作することが好ましく、例えば、マイクロプロセッサ102の電圧許容幅に相当する閾値付近で動作することが好ましい。
【００９９】
本発明の実施例の動作例によれば、コンパレータ302は、電源装置110の出力とマイクロプロセッサの必要電圧セットポイントを比較している。電源装置の出力が、ある閾値だけ電圧セットポイントを超えた時、コンパレータの出力303は、高位に転移し、トランジスタ/MOSFET310を導通させるように、ゲートドライバを駆動するようになっている。これによって、電源装置の出力112用のアース通路が与えられる。アース通路によって、出力112の電圧は、下がり始め、電源装置の出力は、電圧セットポイントの方へ戻る。
【０１００】
電源装置の出力112が、電圧セットポイントの閾値内に復帰した時、コンパレータの出力303は、低位に転移し、トランジスタ/MOSFET310の導通を遮断させるようにゲートドライバを駆動する。これによって、電源装置の出力112用のアース通路は遮断される。
【０１０１】
図3に示すように、ウエイストゲート202は、電圧コンパレータ302、及びゲートドライバ304を一体化した集積回路としてもよい。別の例として、ウエイストゲート202を、コントローラ116と一体化してもよい。別の選択肢として、レギュレータ200を、電圧レギュレータ114と一体化してもよい。
【０１０２】
勿論、別の形態も可能であり、レギュレータ200を、図3とは別の方法で実装してもよい。
【０１０３】
以上、本発明を、ここに示された特定の実施例と関連して説明したが、これとは別の、さまざまな変形例、改訂例、及び他の用途への適用が、技術的に可能であることは明らかである。したがって、本発明は、ここに示された実施例によって限定されるものではなく、請求事項によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】マイクロプロセッサに電力を供給している、これまでの技術による電源装置のブロック図を示す。
【図２Ａ】マイクロプロセッサ用電源装置の出力に発生する過渡電圧を補償するための、本発明の実施例に基づくレギュレータのブロック図の例を示す。
【図２Ｂ】マイクロプロセッサ用電源装置の出力に発生する過渡電圧を補償するための、本発明の実施例に基づくレギュレータのブロックの別の例を示す。
【図２Ｃ】マイクロプロセッサ用電源装置の出力に発生する過渡電圧を補償するための、本発明の実施例に基づくレギュレータのブロックの別の例を示す。
【図２Ｄ】マイクロプロセッサ用電源装置の出力に発生する過渡電圧を補償するための、本発明の実施例に基づくレギュレータのブロックの別の例を示す。
【図３】マイクロプロセッサ用電源装置の出力に発生する過渡電圧を補償するための、本発明の実施例に基づくレギュレータの実装例を示す。
【符号の説明】
【０１０５】
102  マイクロプロセッサ
104  VID出力ピン
110  電源装置
112  出力
114  電圧レギュレータ
116  コントローラ
117  出力ステージ
118  VID入力ピン
120  デジタル−アナログコンバータ
122  インダクタ
124  キャパシタ
200  レギュレータ
202  エネルギウエイストゲート
204  入力リード線
206  入力リード線
208  出力リード線
210  接地パススイッチ
211  入力リード線
212  出力リード線
213  制御リード線
230  アクセスピン
231  アクセスピン
232  デジタル−アナログコンバータ
233  減算モジュール
302  電圧コンパレータ
303  出力
304  ゲートドライバ
305  入力
306  出力
310  トランジスタ/MOSFET
311  ソース
312  ドレーン
313  ゲート
【図１】
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【図２Ａ】
2006060998.tif 000003
【図２Ｂ】
2006060998.tif 000004
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2006060998.tif 000006
【図３】
2006060998.tif 000007
【外国語明細書】
2006060998000001.pdf