(57)【要約】【課題】１つ以上のコンポーネントに対して、過渡負荷に対して安定した出力を効率的に生成するシステム、装置、及び方法を提供する。【解決手段】電力コンバータは２つのフィードバックループを含んで安定性と等価出力抵抗とを分離させることで、帯域幅を増加させることができる。第１のループは、増幅器の出力電流を受け取る補償器を含む。加えて、第１のコンバータ及び第１のカレントミラーは、増幅器の出力電流に基づいて目標電流を生成する。目標電流に基づいて、複数の降圧コンバータが出力電圧を生成し、出力電圧は抵抗を通って増幅器に戻される。第２のループは、１次直列ＲＣフィルタを有する第２のコンバータを含んで、第２のループの応答時間を短縮させる。第２のカレントミラーは、第２のコンバータから電流を受け取り、第１のループ内の抵抗を通って流れる動的に適合するフィードバック電流を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電流を伝達するように構成された増幅器と、
第１のループであって、
前記出力電流に基づいて第１の電圧を生成するように構成された補償器と、
前記第１の電圧に基づいて出力電圧を生成し、
前記出力電圧を前記増幅器の入力に伝達するように構成された第１の回路と、を含む、第１のループと、
第２の回路を含む第２のループであって、前記第２の回路が、
前記第１の電圧に基づいて動的に適合するフィードバック電流を生成し、
前記動的に適合するフィードバック電流を前記増幅器の前記入力に伝達するように構成されている、第２のループと、を備える、電力コンバータ。
【請求項２】
前記増幅器はオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）であり、前記補償器は前記ＯＴＡ用のタイプＩＩ補償器である、請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項３】
前記第１の回路は、
第１の基準電流、及び前記第１の基準電流に基づく目標電流の各々を生成するように構成された、第１のカレントミラーと、
前記目標電流を受け取り、
前記目標電流に少なくとも部分的に基づいて、出力ノード上に前記出力電圧を生成するように構成されている、複数の降圧コンバータと、を含む、請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項４】
前記第１の回路は、前記出力ノード及び前記増幅器の前記入力に接続された抵抗を更に含み、前記動的に適合するフィードバック電流は、前記増幅器の前記入力と前記出力電圧との間の前記抵抗にわたって電圧降下を生じさせる、請求項３に記載の電力コンバータ。
【請求項５】
前記第２の回路は、
第２の基準電流を生成するように構成されたダイオード接続トランジスタと、
各々がスイッチに接続された複数の電流源トランジスタであって、閉じたスイッチに接続された前記複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上が、前記第２の基準電流に基づいて前記動的に適合するフィードバック電流を生成する、複数の電流源トランジスタと、を含む第２のカレントミラーを含む、請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項６】
前記第２の回路は、
前記第１の電圧を受け取るように構成された１次直列抵抗−コンデンサ（ＲＣ）フィルタであって、前記第１のループの応答時間よりも大きな前記第２のループの応答時間を生成する、ＲＣフィルタと、
ドレイン端子が前記ダイオード接続トランジスタに接続され、ゲート端子が前記ＲＣフィルタの出力に接続されたトランジスタと、を含む第２のコンバータを含む、請求項５に記載の電力コンバータ。
【請求項７】
前記第２の回路は、前記出力電圧と目標電圧との間の差が増加していると判定したことに応答して、前記複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上に対する前記スイッチを開閉して、前記動的に適合するフィードバック電流を増加させるように構成された制御ロジックを更に含む、請求項５に記載の電力コンバータ。
【請求項８】
前記制御ロジックは、前記出力電圧と目標電圧との間の差が減少していることを検出したことに応答して、前記複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上に対する前記スイッチを開閉して、前記動的に適合するフィードバック電流を減少させるように更に構成されている、請求項７に記載の電力コンバータ。
【請求項９】
出力電流を増幅器から伝達することと、
前記出力電流に基づいて補償器によって第１の電圧を生成することと、
前記第１の電圧に基づいて出力電圧を生成し、
前記出力電圧を前記増幅器の入力に伝達する第１の回路と、
前記第１の電圧に基づいて動的に適合するフィードバック電流を生成し、
前記動的に適合するフィードバック電流を前記増幅器の前記入力に伝達する第２の回路と、を含む、方法。
【請求項１０】
前記増幅器はオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）であり、前記補償器は前記ＯＴＡ用のタイプＩＩ補償器である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の回路は、
第１の基準電流、及び前記第１の基準電流に基づく目標電流の各々を生成する第１のカレントミラーと、
前記目標電流を受け取り、
前記目標電流に少なくとも部分的に基づいて、出力ノード上に前記出力電圧を生成する複数の降圧コンバータと、を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の回路は、前記増幅器の前記出力ノード及び前記入力に接続された抵抗を更に含み、前記動的に適合するフィードバック電流は、前記増幅器の前記入力と前記出力電圧との間の前記抵抗にわたって電圧降下を生じさせる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の回路は、
第２の基準電流を生成するダイオード接続トランジスタと、
各々がスイッチに接続された複数の電流源トランジスタであって、閉じたスイッチに接続された前記複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上が、前記第２の基準電流に基づいて前記動的に適合するフィードバック電流を生成する複数の電流源トランジスタと、を含む第２のカレントミラーを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の回路は、
前記第１の電圧を受け取る１次直列抵抗−コンデンサ（ＲＣ）フィルタであって、前記第１のループの応答時間よりも大きな前記第２のループの応答時間を生成する、ＲＣフィルタと、
ドレイン端子が前記ダイオード接続トランジスタに接続され、ゲート端子が前記ＲＣフィルタの出力に接続されたトランジスタと、を含む第２のコンバータを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
外部電圧を内部電圧に変換するように構成された１次コンバータと、
複数の機能ユニットと、
前記複数の機能ユニットのうちの１つ以上に対して、少なくとも前記内部電圧に基づいて出力電圧を生成するように構成された電力コンバータと、を備えるシステムオンチップであって、前記電力コンバータは、
出力電流を伝達するように構成された増幅器と、
第１のループであって、
前記出力電流に基づいて第１の電圧を生成するように構成された補償器と、
前記第１の電圧に基づいて前記出力電圧を生成し、
前記出力電圧を前記増幅器の入力に伝達するように構成された第１の回路と、を含む、第１のループと、
第２の回路を含む第２のループであって、
前記第２の回路は、
前記第１の電圧に基づいて動的に適合するフィードバック電流を生成し、
前記動的に適合するフィードバック電流を前記増幅器の前記入力に伝達するように構成された、第２のループと、を含む、システムオンチップ。
【請求項１６】
前記増幅器はオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）であり、前記補償器は前記ＯＴＡ用のタイプＩＩ補償器である、請求項１５に記載のシステムオンチップ。
【請求項１７】
前記第１の回路は、
第１の基準電流、及び前記第１の基準電流に基づく目標電流の各々を生成するように構成された、第１のカレントミラーと、
前記目標電流を受け取り、
前記目標電流に少なくとも部分的に基づき、出力ノード上に前記出力電圧を生成するように構成された、複数の降圧コンバータと、を含む、請求項１５に記載のシステムオンチップ。
【請求項１８】
前記第１の回路は、前記出力ノードと前記増幅器の前記入力に接続された抵抗を更に含む、前記動的に適合するフィードバック電流は、前記増幅器の前記入力と前記出力電圧との間の前記抵抗にわたって電圧降下を生じさせる、請求項１７に記載のシステムオンチップ。
【請求項１９】
前記第２の回路は、
第２の基準電流を生成するように構成されたダイオード接続トランジスタと、
各々がスイッチに接続された複数の電流源トランジスタであって、閉じたスイッチに接続された前記複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上が、前記第２の基準電流に基づいて前記動的に適合するフィードバック電流を生成する複数の電流源トランジスタと、を含む、第２のカレントミラーを含む、請求項１５に記載のシステムオンチップ。
【請求項２０】
前記第２の回路は、
前記第１の電圧を受け取るように構成された１次直列抵抗−コンデンサ（ＲＣ）フィルタであって、前記第１のループの応答時間よりも大きな前記第２のループの応答時間を生成する、ＲＣフィルタと、
ドレイン端子が前記ダイオード接続トランジスタに接続され、ゲート端子が前記ＲＣフィルタの出力に接続されたトランジスタと、を含む、第２のコンバータを含む、請求項１９に記載のシステムオンチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の実施形態は集積回路の分野に関し、より具体的には、１つ以上のコンポーネントの過渡負荷に対して安定した出力を効率的に生成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップなどのコンピューティングシステムは、各々がデータを処理することができる複数のコンポーネントを含む。複数のコンポーネントは、インターフェース及び機能ブロック又は機能ユニットを含む。様々な実施形態において、複数のコンポーネントは、システムオンチップ（ＳＯＣ）、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）、又はプリント回路基板のうちの１つ上の個々のダイである。コンポーネントの例としては、中央演算処理装置（ＣＰＵ）内に１つ以上のコアを有する汎用プロセッサ、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）及びデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）内に１つ以上のコアを有する高度並列データ設計プロセッサ、ディスプレイコントローラ、音声処理コンポーネント、ネットワークコンポーネント、周辺機器インターフェースコントローラ、メモリコントローラ等が挙げられる。
【０００３】
コンピューティングシステム内の、電力管理ユニットなどの制御ロジックは、異なるコンポーネントのための１つ以上の動作状態を決定する。動作状態は、電源電圧と動作クロック周波数とを含む。クロック発生回路は、１つ以上の特定の異なる周波数において異なるクロック信号を発生し、電力分配ネットワークは１つ以上の特定の異なる電源電圧を提供する。このオンチップネットワークは、電源及び調整回路を用いて、機能ユニット内のデバイスによって使用される特定の異なる電源電圧を生成する。加えて、ネットワークは一対のオンチッププレーンに依存しており、１つの電圧プレーン（金属層）は電源電圧に専用であり、別の接地プレーン（金属層）は接地の値に専用である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つ以上のコンポーネントに対して、動作モードが時間と共に変化し、所与の動作モードにおけるワーク需要が時間と共に変化するにつれて、目標出力電圧は変化する。コンポーネント内のデバイスが電源プレーン及び接地プレーンから電流を引き込むとき、電流需要の変化は電流−抵抗（ＩＲ）降下及び過渡的電圧降下の両方を生む。電圧変動の持続時間は一時的であり得るが、電圧変動は、変動を引き起こしているデバイス及び隣接するデバイスに不確実な挙動を引き起こす。加えて、モバイルデバイスにとって、バッテリにより提供される電圧値は、貯蔵されたエネルギーが消費されるにつれて低下する。
【０００５】
上記を考慮して、１つ以上のコンポーネントに対して、過渡負荷に対して安定した出力を効率的に生成する方法及び仕組みが所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つ以上のコンポーネントに対して、過渡負荷に対して安定した出力を効率的に生成するための動作モードを管理するシステム及び方法が企図される。様々な実施形態において、電力コンバータは入力電圧を受け取り、１つ以上のコンポーネントに対して出力コンデンサ上に出力電圧を生成する。いくつかの実施形態では、複数のコンポーネントは、システムオンチップ（ＳＯＣ）のうちの１つの上の個々のダイである。電力コンバータは、入力された差動電圧に基づいて出力電流を伝達する増幅器を含む。様々な実施形態において、電力コンバータは増幅器の２つの入力のうちの１つで終わる、２つのフィードバックループを含む。２つのフィードバックループにより、電力コンバータの安定性と等価出力抵抗とが分離され、電力コンバータの帯域幅を拡大させることが可能になる。２つのフィードバックループのうちの第１のループは、電力コンバータの等価出力抵抗を提供する。２つのフィードバックループのうちの第２のループは、電力コンバータに安定性を提供する。等価出力抵抗と安定性とを分離することにより、各々が電力コンバータに対して独立したパラメータとなる。
【０００７】
一実施形態では、電力コンバータは、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）、及び補償器を含む、第１のフィードバックループを含む。様々な実施形態において、補償器は２つのタイプのうちの１つであってもよい。一実施形態では、補償器は、原点極、１つの零点、１つの高周波極、及び、伝達関数に含まれるゲイン及び位相の一部を相殺する９０度に達する位相ブーストを提供する第１のタイプであってもよい。例えば、第１のタイプの補償器はタイプＩＩ補償器であってもよく、２つの極及び１つの零点、並びに２つの極及び１つの零点の位置、加えて９０度に達する位相ブーストを提供する。代替として、補償器は、２つの極、２つの零点、及び９０度を超える位相ブーストを提供する第２のタイプであってもよい。例えば、第２のタイプの補償器はタイプＩＩＩ補償器であってもよい。
【０００８】
補償器は、ＯＴＡの出力電流に基づいて電圧を生成する。第１のフィードバックループはまた、生成された電圧を受け取るゲート端子を有するトランジスタをも含む。トランジスタは、生成電圧に基づいてドレイン端子に電流を受け取るので、トランジスタは生成された電圧を電流に変換するコンバータである。この電流は、第１のカレントミラー用の基準電流である。第１のカレントミラーの電流源トランジスタは、基準電流に比例する目標電流を、１つ以上の降圧直流入力直流出力（ＤＣ−ＤＣ）コンバータに送る。いくつかの実施形態では、各降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは電流モードバックコンバータである。一実施形態では、２つ以上のＤＣ−ＤＣコンバータを並列に接続して多相式降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを提供している。個々の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数は互いに対して位相シフトされ、その結果、入力フィルタ及び出力フィルタに流れ込むリップル電流がキャンセルされる。１つ以上の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の出力容量を充電するために使用されるそれぞれのインダクタ電流を生成し、インダクタ電流は受け取った目標電流に基づいて出力電圧を生成する。
【０００９】
出力電圧は抵抗を介してＯＴＡの入力に戻される。抵抗はまた、第２のフィードバックループによって供給される動的に適合するフィードバック電流を受け取る。動的に適合するフィードバック電流は、増幅器の入力と出力電圧との間の抵抗にわたって電圧降下を生じさせる。従って、ＯＴＡの１つの入力で受け取るフィードバック電圧は出力電圧よりも大きい。フィードバック電圧は、ＯＴＡによって基準電圧と比較される。
【００１０】
第２のフィードバックループは、補償器（第１のタイプ又は第２のタイプ、例えば、タイプＩＩ又はタイプＩＩＩ）によって、第１のフィードバックループ内で生成された電圧を受け取る。別のトランジスタは、生成された電圧を１次直列抵抗−コンデンサ（ＲＣ）フィルタを介してゲート端子で受け取る。ＲＣフィルタにより、第２のループの応答時間は第１のループの応答時間よりも大きくなる。トランジスタは、生成された電圧に基づいてドレイン端子で電流を受け取るので、トランジスタは、生成された電圧を、ドレイン端子を通過する電流に変換するコンバータでもある。この電流は、第２のカレントミラー用の基準電流である。第２のカレントミラーは、各々がスイッチに接続された複数の電流源トランジスタを有する。閉じたスイッチに接続された複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上は、第２のカレントミラーの基準電流に基づいて動的に適合するフィードバック電流を生成する。
【００１１】
第２のフィードバックループ内の制御ロジックは、出力電圧と目標電圧との差が増加しているとの判定に応答して、動的に適合するフィードバック電流を増加させる形で、複数の電流源トランジスタのスイッチを開閉する。制御ロジックは、出力電圧と目標電圧との差が減少しているとの判定に応答して、動的に適合するフィードバック電流を減少させる形でスイッチの開閉を調整する。
【００１２】
これら及び他の実施形態は、以下の記載及び図面を参照すると、更に理解されるであろう。
【００１３】
方法及び仕組みの上記の利点及び更なる利点は、添付の図面と併せて以下の記載を参照することでより理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】フィードバックループを有する増幅器の一実施形態のブロック図である。
【図２】電力コンバータの一実施形態のブロック図である。
【図３】１つ以上のコンポーネントに対して、過渡負荷に対して安定した出力を効率的に生成する方法の一実施形態のフロー図である。
【図４】集積回路の一実施形態のブロック図である。
【図５】システムの一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この開示に記述する実施形態には、様々な変更形態及び代替形態の余地があり得るが、その具体的な実施形態を例として図面に示し、本明細書で詳細に記述する。しかし、図面及び図面に関する詳細な説明は、開示する特定の形態に実施形態を限定することを意図しておらず、むしろその意図は、添付の請求項の趣旨及び範囲に含まれる全ての変更形態、均等形態、及び代替形態を網羅することであることを理解されたい。本出願を通して使用するとき、「〜し得る、〜してもよい（may）」という語は、義務的な意味（すなわち、〜しなければならないを意味する）ではなく、許容的な意味（すなわち、〜する可能性を有することを意味する）で使用される。同様に、「含む（include、including、includes）」という語は、「〜を含むが、それに限定するものではないこと」を意味する。
【００１６】
様々なユニット、回路、又は他の構成要素が、タスク（単数又は複数）を実行「するように構成されている（configured to）」と説明される場合がある。このような状況では、「〜するように構成されている」は、動作中にタスク（単数又は複数）を実行する「回路を有する」ことを一般的に意味する広範な説明である。よって、ユニット／回路／構成要素は、そのユニット／回路／構成要素が現在動作していないときでも、タスクを実施するように構成することができる。一般に、「〜するように構成されている」に対応する構造を形成する回路は、ハードウェア回路を含んでいてもよい。同様に、各種のユニット／回路／構成要素は、説明の便宜上、タスク（単数又は複数）を実施すると記載される場合がある。このような記載は、「〜するように構成されている」という語句を含むと解釈されるべきである。１つ以上のタスクを実行するように構成されているユニット／回路／構成要素の記載は、そのユニット／回路／構成要素について米国特許法第１１２条（ｆ）を発動しないことを明示的に意図している。
【００１７】
以下の記載では、本明細書に記載される実施形態の完全な理解を提供するために、数多くの具体的な詳細が記載される。しかし、実施形態は、これら具体的な詳細が無くても実施され得ることを当業者は理解するであろう。場合によっては、図示を容易にし、実施形態の記載が不明瞭になることを避けるために、周知の回路、構造、及び技術を詳細に示していない。
【００１８】
ここで図１を参照すると、フィードバックループを有する増幅器の一実施形態の一般化されたブロック図が示されている。図示した実施形態では、増幅器１２０は１つ以上の入力１１０を受け取り、増幅器出力１２２を生成する。ループ１３０は、増幅器出力１２２を受け取って電圧出力Ｖｏｕｔ１３２を生成し、電圧出力Ｖｏｕｔ１３２は出力コンデンサＣｏｕｔ１３４を充電する。加えて、ループ１３０は入力１１０にフィードバック情報１３６を送る。増幅器１２０及びループ１３０の各ゲインＡ１は、安定性に加えて回路の等価出力抵抗に影響を与える。
【００１９】
左の回路の帯域幅（ＢＷ）は、以下の式で与えられる。
ＢＷ＝１／（２π×Ｒｏｕｔ×Ｃｏｕｔ）
【００２０】
出力コンデンサＣｏｕｔ１３４は比較的固定され、出力ノードに接続された１つ以上のコンポーネントに依存する。一実施形態では、過渡出力負荷に対して安定した出力を生成するために、比較的高い帯域幅が望まれる。例えば、負荷によって引き込まれる電流量が変化しても、出力Ｃｏｕｔにおいて安定したＶｏｕｔ１３２が維持されるように回路は設計されている。しかし、帯域幅は回路のスイッチング周波数と回路のナイキスト周波数とによって制限される。従って、上式で見たように、等価出力抵抗Ｒｏｕｔも制限され、これにより出力に過渡電流の引き込みが存在する場合に、出力Ｃｏｕｔにおいて安定したＶｏｕｔ１３２を維持する回路の能力は制限される。
【００２１】
一実施形態では、増幅器１２０は、ゲイン（ｇｍ）がＡ１に等しいオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）である。安定性を高めるためにゲインは比較的小さく、これにより出力に過渡電流の引き込みが存在する場合に、安定したＶｏｕｔ１３２を維持する精度も制限される。一実施形態では、左の回路は多相式電力コンバータである。いくつかの実施形態では、ループ１３０は、ＯＴＡの出力電流を目標電流に変換するカレントミラーを含む。１つ以上の降圧直流入力直流出力（ＤＣ−ＤＣ）コンバータは、目標電流及び入力電圧を受け取る。１つ以上の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは出力電圧Ｖｏｕｔ１３２を生成する。
【００２２】
いくつかの実施形態では、１つ以上の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの各々は電流モード降圧コンバータである。一実施形態では、各降圧ＤＣ−ＤＣコンバータはバックコンバータである。一実施形態では、２つ以上のＤＣ−ＤＣコンバータが並列に接続されて、多相式降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。個々の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数は互いに対して位相シフトされ、その結果、入力フィルタ及び出力フィルタに流れ込むリップル電流がキャンセルされる。ループ１３０はまた、Ｖｏｕｔ１３２、又はＶｏｕｔ１３２に基づく電圧値のいずれかを、フィードバック情報１３６として入力１１０に戻す。一実施形態では、入力１１０は、ループ１３０からの基準電圧及びフィードバック電圧を含む。ＯＴＡ１２０は、差動電圧入力に基づいて出力電流を生成する。
【００２３】
ループ１３０及びフィードバック情報１３６は、機能性に加えて汎用性を提供するが、安定性も低下させる。増幅器１２０のゲインＡ１が増加すると入力１１０の上側閾値が減少し、閾値に達すると、増幅器出力１２２は飽和し得て、そのことで回路の安定性は低下する。典型的には、安定性とは出力Ｖｏｕｔ１３２が非振動状態に達していることを指す。しかし、発振の発生に先立ち、劣った位相応答、オーバーシュート、及びリンギングなどの望ましくない特性が生じる。設計者は、回路に対する安定性を定義する際に、これらの特性のうちの１つ以上に対して閾値を決定する。いずれにせよ、電流負荷が変化してもＶｏｕｔ１３２を比較的安定した出力値として維持する能力は、安定性に影響を及ぼさずに等価出力抵抗が変化可能なときに、より容易に実現できる。
【００２４】
回路が電力コンバータとして使用される場合には、等価出力抵抗も負荷線と称する。場合によっては、目標出力電圧が固定されており、外部コンポーネントによる変動する電流引き込みに依存せず、Ｖｏｕｔ１３２を目標電圧に維持することが望まれる場合などには、負荷線の無いことが望まれる。そのような条件では、上式でＲｏｕｔはゼロとなり、ＢＷは無限大の値に変化する。更なる柔軟性を実現しようとする試みを右の回路に示す。図示したように、増幅器１２０は、ゲインＡ１よりも大きいゲインＡ２を有する増幅器１５０に置き換えられている。加えて、ループ１３０はループ１６０で置き換えられ、ループ１４０として示される第２のループが追加されている。
【００２５】
いくつかの実施形態では、ループ１６０は増幅器出力１５２及びＶｏｕｔ１３２の飽和を防止するコンポーネントを含む。これらのコンポーネントの更なる記載はすぐ後に提供される。ループ１６０はフィードバック情報１６６を入力１１０に送る。ループ１４０はフィードバック情報１４２を入力１１０に送る。様々な実施形態において、ループ１４０は、第１のループの応答時間よりも大きい第２のループの応答時間を生成するコンポーネントを含む。一実施形態において、ループ１６０は回路の負荷線を規定し、一方でループ１４０は回路の安定性を維持する。
【００２６】
ここで図２を参照すると、電力コンバータ２００の一実施形態の一般化されたブロック図が示されている。様々な実施形態において、電力コンバータ２００は入力電圧２９２を受け取り、出力電圧Ｖｏｕｔ２５０を出力コンデンサ２５２上に生成する。電力コンバータ２００は、入力された差動電圧に基づいて出力電流をノード２０８に伝達する増幅器２０６を含む。図示したように、入力は基準電圧２０４、及び出力電圧Ｖｏｕｔ２５０に基づくフィードバック電圧２５４である。一実施形態では、増幅器２０６は、基準電圧２０４とフィードバック電圧２５４とを比較する誤差増幅器である。増幅器２０６は入力の差分を増幅し、増幅した差に基づいて出力電流を生成する。従って、様々な実施形態において、増幅器２０６はオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）である。ＯＴＡは、安定性を提供するための局部フィードバックの無い、開ループ増幅器である。従って、安定性を提供するためにフィードバックは外部に設けられる。様々な実施形態において、電力コンバータ２００はフィードバック電圧２５４を生成する２つのフィードバックループを含む。２つのフィードバックループにより、電力コンバータ２００の安定性と等価出力抵抗とが分離され、電力コンバータ２００の帯域幅を拡大させることが可能になる。２つのフィードバックループのうちの第１のループは、電力コンバータ２００の等価出力抵抗を提供する。２つのフィードバックループのうちの第２のループは、電力コンバータ２００に安定性を提供する。従って、第２のループが追加されるとき、等価出力抵抗及び安定性は電力コンバータにとって独立したパラメータとなる。
【００２７】
様々な実施形態において、補償器が増幅器２０６などの誤差増幅器に追加されて、閉ループ制御−出力伝達関数内に含まれる、安定性を低減させ得る位相を相殺する。従って、本明細書で使用する場合、補償器は、閉ループ伝達関数において１つ以上の極と零点を追加することにより、位相ブーストを提供するように構成された回路を指す。一実施形態では、補償器は、原点極、１つの零点及び１つの高周波極、並びに２つの極の位置、加えて、９０度に達する位相ブーストを提供する、第１のタイプであってもよい。例えば、第１のタイプの補償器はタイプＩＩ補償器であってもよい。タイプＩＩ補償器は、ＯＴＡの出力と接地基準との間に、コンデンサ及び抵抗の直列接続を含む。また、タイプＩＩ補償器は、直列接続と並列してコンデンサを含む。
【００２８】
代替として、補償器は２つの極、２つの零点、及び９０度と１８０度の間の位相ブーストを提供する、第２のタイプであってもよい。例えば、第２のタイプの補償器はタイプＩＩＩ補償器であってもよい。タイプＩＩＩ補償器は、ＯＴＡの出力とＯＴＡの入力との間に、コンデンサ及び抵抗の第１の直列接続を含む。加えて、タイプＩＩＩ補償器は第１の直列接続と並列にコンデンサを含む。更に、タイプＩＩＩ補償器は、電源とＯＴＡの入力との間に、抵抗及びコンデンサの第２の直列接続を、並びに第２の直列接続と並列に抵抗を含む。
【００２９】
いくつかの実施形態では、補償器２１０は、増幅器２０６の出力電流に基づいて電圧を生成する。図示したように、補償器２１０は増幅器２０６用のタイプＩＩ補償器である。図示したように、補償器２１０は抵抗２１４と直列にコンデンサ２１２を含む。加えて、補償器２１０は、コンデンサ２１２及び抵抗２１４の直列接続と並列に第２のコンデンサ２１６を含む。他の実施形態において、補償器２１０は増幅器２０６用のタイプＩＩＩ補償器である。
【００３０】
コンバータ２２０は電圧−電流（Ｖ−Ｉ）コンバータであり、補償器２１０で生成された電圧を受け取り、受け取った電圧に基づいて基準電流２２６を生成する。図示したように、コンバータ２２０は、トランジスタ２２２及び抵抗２２４を含む。図示したように、トランジスタ２２２はｎ型電界効果トランジスタ（ｎｆｅｔ）であり、生成された電圧をゲート端子に受け取る。加えて、基準電流２２６がそのドレイン端子を通って流れる。実施形態では、基準電流２２６は、トランジスタ２２２のゲート端子上の電圧を抵抗２２４の抵抗値で除算したものに比例する。基準電流２２６は、トランジスタ２２８、２３０によって形成されるカレントミラーの基準電流である。トランジスタ２２８及び２３０の各々はｐ型電界効果トランジスタ（ｐｆｅｔ）である。トランジスタ２２８は、カレントミラー用のダイオード接続トランジスタであり、基準電流２２６を受け取る。トランジスタ２２８及び２３０のソース端子は、電源電圧ＶＤＤ２９０に接続される。
【００３１】
トランジスタ２３０はカレントミラー用の電流源トランジスタである。カレントミラーのダイオード接続トランジスタ２３８と、カレントミラーの電流源トランジスタ２３０との素子幅が一致すると、目標電流２３２は基準電流２２６に等しくなる。素子幅間の比率が１でない場合は、目標電流２３２は、基準電流２２６を１でない比率に基づいて調整させたものである。所与の電流をカレントミラーで調整したものは、所与の電流と比較して小さい又は大きい電流量を有する電流である。一実施形態では、その電流量はより大きい（例えば２倍、等）。別の実施形態では、その電流量はより小さい（例えば、半分、等）。一実施形態では、所与の電流の調整されたものは、所与の値に、カレントミラーの電流源トランジスタの素子幅を乗算し、カレントミラーのダイオード接続トランジスタの素子幅で除算したものに等しい電流である。例えば、電流源トランジスタ２３０の素子幅がダイオード接続トランジスタ２２８の素子幅の２倍であれば、目標電流２３２は基準電流２２６の２倍の電流量となる。
【００３２】
複数の降圧直流入力直流出力（ＤＣ−ＤＣ）コンバータ２３４〜２３８は目標電流２３２を受け取り、目標電流２３２及び入力電圧ＶＩＮ２９２に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔ２５０を生成する。いくつかの実施形態では、入力電圧ＶＩＮ２９２は交流（ＡＣ）入力直流（ＤＣ）出力電源から送られ、Ｖｏｕｔ２５０は、降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２３４〜２３８のデューティサイクルに基づく、ＶＩＮ２９２の一部である。降圧コンバータ２３４〜２３８の各々は、インダクタ電流２４４〜２４８のうちの対応する１つを生成し、これがインダクタ２４０〜２４３のうちの対応する１つを通って流れる。インダクタ電流２４４〜２４８を合算したものが、出力コンデンサＣｏｕｔ２５２を充電して、Ｖｏｕｔ２５０が得られる。
【００３３】
実効スイッチング周波数は位相数で乗算したものになり、負荷は位相数で除算したものになる。降圧コンバータ２３４〜２３８の数を増やすことにより、ＬＣローパスフィルタなどの入力フィルタ及び出力フィルタでのリップル電流が低減され、過渡応答が改善されるが、設計の複雑さやレイアウトの困難さも増大する。様々な実施形態において、降圧コンバータ２３４〜２３８の各々は電流モード降圧コンバータである。いくつかの実施形態では、各降圧コンバータはバックコンバータであり、電力コンバータ２００は多相式バックコンバータである。いくつかの実施形態では、図示したように、複数の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２３４〜２３８は並列接続され、多相式降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。個々の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２３４〜２３８の各々は、スイッチング周波数は互いに対して位相シフトされ、その結果、入力フィルタ及び出力フィルタに流れ込むリップル電流がキャンセルされる。
【００３４】
出力電圧Ｖｏｕｔ２５０は、抵抗２０２を介して増幅器２０６の入力に戻される。抵抗２０２はまた、別のカレントミラーによって供給される動的に適合するフィードバック電流２９４を受け取る。動的に適合するフィードバック電流２９４は、抵抗２０２にわたって電圧降下を生じさせる。従って、フィードバック電圧２５４はＶｏｕｔ２５０よりも大きい。フィードバック電圧２５４は、増幅器２０６によって基準電圧２０４と比較される。
【００３５】
コンバータ２２０と同様に、コンバータ２７０は、補償器２１０で生成された電圧に基づく電圧を受け取る。しかし、コンバータ２７０は、生成された電圧を１次直列抵抗−コンデンサ（ＲＣ）フィルタ２６０を通して受け取る。ＲＣフィルタ２６０は抵抗２６２及びコンデンサ２６４を含む。ＲＣフィルタ２６０は、第１のループの応答時間よりも大きな第２のループの応答時間を生成する。第２のループは、補償器２１０によって生成された電圧で始まり、ＲＣフィルタ２６０、コンバータ２７０、及び動的に適合するフィードバック電流２９４を生成するカレントミラーを含む。第１のループは、コンバータ２２０で始まり、目標電流２３２を生成するカレントミラー、複数の降圧コンバータ２３４〜２３８、及び抵抗２０２を含む。第１のループは、負荷線、又はコンバータ２００の等価出力抵抗を提供する。第２のループは、コンバータ２００に対して安定性を提供する。従って、負荷線及び安定性はコンバータ２００に対して独立したパラメータである。
【００３６】
コンバータ２７０は、電圧−電流（Ｖ−Ｉ）コンバータであり、補償器２１０によって生成された電圧を、ＲＣフィルタ２６０を通過した後に受け取る。図示したように、コンバータ２７０は、トランジスタ２７２及び抵抗２７４を含む。トランジスタ２７２はｎｆｅｔであり、ＲＣフィルタ２６０の出力をゲート端子上で受け取り、そのドレイン端子を通って基準電流２７６が流れる。基準電流２７６は、トランジスタ２７８〜２８２によって形成されるカレントミラーの基準電流である。各トランジスタ２７８〜２８２はｐｆｅｔである。トランジスタ２７８〜２８２のソース端子は、電源電圧ＶＤＤ２９０に接続される。
【００３７】
トランジスタ２７８はカレントミラー用のダイオード接続トランジスタである。カレントミラーは、複数の電流源トランジスタ２８０〜２８２を有し、その各々はスイッチに接続される。例えば、トランジスタ２８０はスイッチＳ１  ２８４に接続される。トランジスタ２８２はスイッチＳ２  ２８６に接続される。カレントミラーは、任意の数の電流源トランジスタ及びスイッチを含んでいてもよい。複数の電流源トランジスタ２８０〜２８２のうちの１つ以上が、対応する閉じたスイッチに接続されるとき、これら電流源トランジスタは、基準電流２７６に基づき、動的に適合するフィードバック電流２９４を生成する。
【００３８】
目標電流２３２を生成するカレントミラーと同様に、ダイオード接続トランジスタ２７８の素子幅が、閉じたスイッチに接続された１つ以上の電流源トランジスタ２８０〜２８２の素子幅の和に一致すると、動的に適合するフィードバック電流２９４は基準電流２７６に等しくなる。ダイオード接続トランジスタ２７８の素子幅と、閉じたスイッチに接続された１つ以上の電流源トランジスタ２８０〜２８２の素子幅の和との比率が１でない場合は、動的に適合するフィードバック電流２９４は、基準電流２７６を１でない比率に基づいて調整したものである。
【００３９】
制御ロジック（図示せず）は、スイッチ２８４〜２８６を、Ｖｏｕｔ２５０と目標電圧との間の差が増加しているとの判定に応答して、動的に適合するフィードバック電流２９４を増加させる形でスイッチを開閉させる。電力コンバータ２００は、目標電圧を維持するように期待されているが、Ｖｏｕｔ２５０を受け取る１つ以上のコンポーネントによって引き込まれる電流が変化すると、出力電圧Ｖｏｕｔ２５０は変化し得る。第１のループはＶｏｕｔ２５０を調整して目標電圧に戻す。第２のループは、増幅器２０６のゲインが比較的高いことに起因するＶｏｕｔ２５０の発振を防止することで、安定性を維持する。制御ロジックは、出力電圧と目標電圧との間の差が減少しているとの判定に応答して、動的に適合するフィードバック電流２９４を減少させる形でスイッチ２８４〜２８６の開閉を調整する。
【００４０】
ここで図３を参照すると、１つ以上のコンポーネントに対して、過渡負荷に対して安定した出力を効率的に生成する方法３００の一実施形態の一般化されたフロー図が示されている。説明のために、この実施形態のステップが順番に示されている。しかし、他の実施形態では、いくつかのステップは示したのとは異なる順序で実施されてもよく、いくつかのステップは同時に行われてもよく、いくつかのステップは他のステップと組み合わされてもよく、いくつかのステップは無くてもよい。
【００４１】
第１の電流が、電力コンバータのゲインが比較的高い増幅器へ入力される差動電圧に基づいて生成される（ブロック３０２）。第１の電流に基づいて、第１の電圧が生成される（ブロック３０４）。例えば、ＯＴＡは第１の電流を出力電流として生成し、補償器は第１の電流に基づいて第１の電圧を生成する。いくつかの実施形態では、補償器はＯＴＡ用のタイプＩＩ補償器である。第１の電圧は第１のフィードバックループにおいて目標電流に変換される（ブロック３０６）。例えば、第１のループは、電圧−電流コンバータとそれに続くカレントミラーを含む。
【００４２】
目標電流は、１つ以上の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータのコントローラに送られる（ブロック３０８）。１つ以上の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、少なくとも目標電流に基づいて電力コンバータの出力電圧を生成する（ブロック３１０）。出力電圧は増幅器の入力に送られる（ブロック３１２）。いくつかの実施形態では、直列抵抗を用いて、増幅器に入力されるフィードバック電圧を、出力電圧を超えるように増加させる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、第２のフィードバックループが第１のフィードバックループと同様の時間に始まるため、ブロック３１４はブロック３０６と同時に起きる。補償器によって出力される第１の電圧は、基準電流に変換される（ブロック３１４）。例えば、第１のループは、電圧−電流コンバータと、それに続くカレントミラーとを含む。しかし、電圧−電流コンバータは１次直列ＲＣフィルタを含み、第２のループの応答時間を第１のループの応答時間よりも大きくなるように生成する。従って、第１のループは電力コンバータの出力電圧を速やかに調整し始めてもよく、少し後で第２ループは、発振が発生せず、安定性が維持されることを確実にする。
【００４４】
第２ループ内のカレントミラーは複数の電流源トランジスタを含み、トランジスタの各々はスイッチに接続される。素子幅及びスイッチ制御を使用して、第２のループにおける基準電流に基づいて動的に適合するフィードバック電流を生成し、調整する（ブロック３１６）。いくつかの実施形態では、この動的に適合するフィードバック電流は第１ループ内の直列抵抗器を通って流れ、それにより増幅器の入力に現れるフィードバック電圧が調整される（ブロック３１８）。
【００４５】
ここで図４を参照すると、集積回路（ＩＣ）４００の一実施形態の一般化されたブロック図が示されている。図示したように、交流（ＡＣ）入力直流（ＤＣ）出力コンバータ４０２は、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、ＤＣ電圧をＤＣ−ＤＣコンバータであるコンバータ４０４に送る。コンバータ４０４はＤＣ電圧をＩＣ４１０に送る。様々な実施形態において、ＩＣ４１０は１２Ｖバスを受け取る。電力コンバータ４２０及び４２２の各々は、コンバータ４０４の出力を受け取り、ＩＣ４１０上の１つ以上のコンポーネントに対して、対応する出力電圧を生成する。いくつかの実施形態では、電力管理ユニット（図示せず）は、ＩＣ４１０上のコンポーネントの動作電圧を調整するために、電力コンバータ４２０及び４２２に制御信号を供給する。
【００４６】
図示した実施形態では、ＩＣ４１０は、高レベル相互配線及びチップ通信のためのファブリック４３０、メモリインターフェース４４０、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）などの並列データマイクロアーキテクチャを有するプロセッサ、カメラ４４６、及びディスプレイコントローラ４４８を含む。様々な入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース、位相ロックループ（ＰＬＬ）などのクロック源、及び他の機能ユニットは、図示を容易にするために示されていない。図示したように、電力コンバータ４２０は、動作電圧をメモリコントローラ４４０、ＣＰＵ４４２、及びＧＰＵ４４４に送る。電力コンバータ４２２は、動作電圧をカメラ４４６及びディスプレイコントローラ４４８に送る。別の数の電力コンバータ、及び他の組み合わせの接続は可能であり、企図される。様々な実施形態において、電力コンバータ４２０及び４２２の各々は、図２で電力コンバータ２００に対して前述するとおり、２つのフィードバックループを有する多相式、電流モードバックコンバータである。
【００４７】
様々な実施形態において、ファブリック４３０は、ＩＣ４１０に対する最上位の相互接続を提供する。ファブリック４３０は、ＩＣ４１０上のコンポーネント間でのメモリ要求及びルート要求に対してキャッシュコヒーレンスを維持してもよい。キャッシュコヒーレンシプロトコルの一例としては、変更（Ｍ）、所有（Ｏ）、排他（Ｅ）、共有（Ｓ）、及び無効（Ｉ）の各状態を有するＭＯＥＳＩプロトコルを含む。ファブリック４３０は、トラフィックをアグリゲートするための１つ以上のスイッチバーを含んでいてもよい。様々な実施形態において、異なる種類のトラフィックが独立してファブリック４３０を通って流れる。独立した流れは、単一の物理ファブリックバスが、各々が異なる種類のトラフィックを伝送する、複数のオーバレイ仮想チャネル、又は専用のソースバッファ及びデスティネーションバッファを含むことを可能にすることで実現できる。各チャネルは、異なるチャネルでのトランザクションで依存せずに独立してフロー制御される。
【００４８】
メモリインターフェース４４０は、メモリ帯域幅に対する要求及び平均電力消費を削減するために、メモリコントローラとキャッシュを含んでいてもよい。一実施形態では、キャッシュに対する割り当て方針はプログラム可能である。メモリインターフェース４４０とＩＣ４１０の残りの部分との組み合わせの間のインターフェースは、複数のバスを含んでいてもよい。非同期のメモリ要求、応答、スヌープ、スヌープ応答、及び入出力（Ｉ／Ｏ）処理が、このインターフェースにおいて時間的関係と共に認識可能である。
【００４９】
ＣＰＵ４４２は、所定の汎用命令セットに従って命令を実行する回路を使用する。様々な命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）のいずれかを選択してもよい。ＣＰＵ４４２は１つ以上のコア及び１つ以上のレベルのキャッシュメモリサブシステムを含んでもよい。各コアは、ソフトウェアプロセスの１つ以上のスレッドのアウトオブオーダ実行をサポートし、多段パイプラインを含む。ＧＰＵ４４４は、単一命令多重データ（ＳＩＭＤ）コアのような計算集約型タスクのための高い命令スループットを提供するマイクロアーキテクチャを有する。
【００５０】
カメラ４４６は、当該技術分野で周知のように、画像ブレンダ機能、及び他のカメラ画像処理機能を使用している。ビデオグラフィックコントローラなどの、ディスプレイ用のリアルタイムメモリ性能に関連付けられた１つ以上の処理ブロックが、カメラ４４６と共に追加されてもよい。ディスプレイコントローラ４４８は、レンダリングされたグラフィック出力情報を、１つ以上の表示デバイスに送信する。情報のレンダリングは、ディスプレイコントローラ４４８によって実行される。オフダイＤＲＡＭ又はオンダイキャッシュ９１４に保存されるフレームバッファは、少なくとも画面上の画素毎の色値を含む。
【００５１】
次に図５を参照すると、システム５００の一実施形態のブロック図が示されている。図示するように、システム５００は、デスクトップコンピュータ５１０、ラップトップコンピュータ５２０、タブレットコンピュータ５３０、セルラ電話又は携帯電話５４０、テレビ５５０（又はテレビに接続されるように構成されたセットトップボックス）、腕時計若しくは他のウェアラブルアイテム５６０、又はその他の中の、チップ、回路、コンポーネント等を表し得る。他のデバイスが可能であり、企図される。図示する実施形態では、システム５００は少なくとも１つのＩＣ５０８のインスタンスを含み、インスタンスは１つ以上の電力コンバータを有する（図４の）ＩＣ４１０の機能性を含んでいてもよい。電力コンバータは、（図２の）電力コンバータ２００に対して記載するような２つのフィードバックループを含んでいてもよい。ＩＣ５０８は、外部メモリ５０２、周辺装置５０４、電源５０６に接続されていてもよい。
【００５２】
ＩＣ５０８は、１つ以上の周辺装置５０４及び外部メモリ５０２に接続されている。ＩＣ５０８に供給電圧を供給すると共に、メモリ５０２及び／又は周辺装置５０４に１つ以上の供給電圧を供給する、電源５０６をも提供されている。様々な実施形態において、電源５０６は、バッテリ（例えば、スマートフォン、ラップトップ又はタブレットコンピュータの充電式バッテリ）を表してもよい。いくつかの実施形態では、ＩＣ５０８の２つ以上のインスタンスが含まれていてもよい（及び２つ以上の外部メモリ５０２も含まれていてもよい）。
【００５３】
メモリ５０２は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレート（ＤＤＲ、ＤＤＲ２、ＤＤＲ３等）ＳＤＲＡＭ（ｍＤＤＲ３などのモバイルバージョンのＳＤＲＡＭ、及び／又はＬＰＤＤＲ２などの低電力バージョンのＳＤＲＡＭを含む）、ＲＡＭＢＵＳ  ＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）などの、任意の種類のメモリであってもよい。シングルインラインメモリモジュール（ＳＩＭＭ）、デュアルインラインメモリモジュール（ＤＩＭＭ）などのメモリモジュールを形成するために、１つ以上のメモリデバイスが回路基板に接続されていてもよい。代替として、デバイスは、プロセッサ１００を含有するＳｏＣ又はＩＣと共に、チップオンチップ構成、パッケージオンパッケージ構成、又はマルチチップモジュール構成で搭載されていてもよい。
【００５４】
周辺装置５０４は、システム５００の形式に応じて、任意の所望の回路を含んでいてもよい。例えば、一実施形態では、周辺装置５０４は、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、セルラ、全地球測位システムなどの各種無線通信用のデバイスを含んでいてもよい。周辺装置５０４はまた、ＲＡＭストレージ、ソリッドステートストレージ、又はディスクストレージを含む、追加のストレージを含んでいてもよい。周辺装置５０４は、タッチディスプレイ画面又はマルチタッチディスプレイ画面を含むディスプレイ画面、キーボード又は他の入力デバイス、マイクロフォン、スピーカなどの、ユーザインターフェースデバイスを含んでいてもよい。
【００５５】
様々な実施形態において、ソフトウェアアプリケーションのプログラム命令を用いて、前述した方法及び／又は仕組みを実現してもよい。プログラム命令は、Ｃなどの高レベルプログラミング言語でハードウェアの挙動を記述してもよい。代替として、Ｖｅｒｉｌｏｇなどのハードウェア設計言語（ＨＤＬ）を用いてもよい。プログラム命令は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶されていてもよい。多数の種類の記憶媒体が利用可能である。記憶媒体は、プログラム実行のためのプログラム命令及び関連データをコンピュータに提供するために、コンピュータにより使用中にアクセス可能であってもよい。いくつかの実施形態では、ゲートのリストを含むネットリストを合成ライブラリから生成するために、合成ツールはプログラム命令を読み出す。
【００５６】
上述した実施形態は、実現形態の非限定的な例にすぎないことが強調される。上述の開示内容が十分に理解されれば、多くの変形形態及び変更形態が当業者にとって明らかになるであろう。以下の「特許請求の範囲」は、そのような変形形態及び変更形態の全てを包含するように解釈されることを意図している。
【図１】
2019047719.tif 000003
【図２】
2019047719.tif 000004
【図３】
2019047719.tif 000005
【図４】
2019047719.tif 000006
【図５】
2019047719.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月25日(2018.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の実施形態は集積回路の分野に関し、より具体的には、１つ以上のコンポーネントの過渡負荷に対して安定した出力を効率的に生成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップなどのコンピューティングシステムは、各々がデータを処理することができる複数のコンポーネントを含む。複数のコンポーネントは、インターフェース及び機能ブロック又は機能ユニットを含む。様々な実施形態において、複数のコンポーネントは、システムオンチップ（ＳＯＣ）、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）、又はプリント回路基板のうちの１つ上の個々のダイである。コンポーネントの例としては、中央演算処理装置（ＣＰＵ）内に１つ以上のコアを有する汎用プロセッサ、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）及びデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）内に１つ以上のコアを有する高度並列データ設計プロセッサ、ディスプレイコントローラ、音声処理コンポーネント、ネットワークコンポーネント、周辺機器インターフェースコントローラ、メモリコントローラ等が挙げられる。
【０００３】
コンピューティングシステム内の、電力管理ユニットなどの制御ロジックは、異なるコンポーネントのための１つ以上の動作状態を決定する。動作状態は、電源電圧と動作クロック周波数とを含む。クロック発生回路は、１つ以上の特定の異なる周波数において異なるクロック信号を発生し、電力分配ネットワークは１つ以上の特定の異なる電源電圧を提供する。このオンチップネットワークは、電源及び調整回路を用いて、機能ユニット内のデバイスによって使用される特定の異なる電源電圧を生成する。加えて、ネットワークは一対のオンチッププレーンに依存しており、１つの電圧プレーン（金属層）は電源電圧に専用であり、別の接地プレーン（金属層）は接地の値に専用である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つ以上のコンポーネントに対して、動作モードが時間と共に変化し、所与の動作モードにおけるワーク需要が時間と共に変化するにつれて、目標出力電圧は変化する。コンポーネント内のデバイスが電源プレーン及び接地プレーンから電流を引き込むとき、電流需要の変化は電流−抵抗（ＩＲ）降下及び過渡的電圧降下の両方を生む。電圧変動の持続時間は一時的であり得るが、電圧変動は、変動を引き起こしているデバイス及び隣接するデバイスに不確実な挙動を引き起こす。加えて、モバイルデバイスにとって、バッテリにより提供される電圧値は、貯蔵されたエネルギーが消費されるにつれて低下する。
【０００５】
上記を考慮して、１つ以上のコンポーネントに対して、過渡負荷に対して安定した出力を効率的に生成する方法及び仕組みが所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つ以上のコンポーネントに対して、過渡負荷に対して安定した出力を効率的に生成するための動作モードを管理するシステム及び方法が企図される。様々な実施形態において、電力コンバータは入力電圧を受け取り、１つ以上のコンポーネントに対して出力コンデンサ上に出力電圧を生成する。いくつかの実施形態では、複数のコンポーネントは、システムオンチップ（ＳＯＣ）のうちの１つの上の個々のダイである。電力コンバータは、入力された差動電圧に基づいて出力電流を伝達する増幅器を含む。様々な実施形態において、電力コンバータは増幅器の２つの入力のうちの１つで終わる、２つのフィードバックループを含む。２つのフィードバックループにより、電力コンバータの安定性と等価出力抵抗とが分離され、電力コンバータの帯域幅を拡大させることが可能になる。２つのフィードバックループのうちの第１のループは、電力コンバータの等価出力抵抗を提供する。２つのフィードバックループのうちの第２のループは、電力コンバータに安定性を提供する。等価出力抵抗と安定性とを分離することにより、各々が電力コンバータに対して独立したパラメータとなる。
【０００７】
一実施形態では、電力コンバータは、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）、及び補償器を含む、第１のフィードバックループを含む。様々な実施形態において、補償器は２つのタイプのうちの１つであってもよい。一実施形態では、補償器は、原点極、１つの零点、１つの高周波極、及び、伝達関数に含まれるゲイン及び位相の一部を相殺する９０度に達する位相ブーストを提供する第１のタイプであってもよい。例えば、第１のタイプの補償器はタイプＩＩ補償器であってもよく、２つの極及び１つの零点、並びに２つの極及び１つの零点の位置、加えて９０度に達する位相ブーストを提供する。代替として、補償器は、２つの極、２つの零点、及び９０度を超える位相ブーストを提供する第２のタイプであってもよい。例えば、第２のタイプの補償器はタイプＩＩＩ補償器であってもよい。
【０００８】
補償器は、ＯＴＡの出力電流に基づいて電圧を生成する。第１のフィードバックループはまた、生成された電圧を受け取るゲート端子を有するトランジスタをも含む。トランジスタは、生成電圧に基づいてドレイン端子に電流を受け取るので、トランジスタは生成された電圧を電流に変換するコンバータである。この電流は、第１のカレントミラー用の基準電流である。第１のカレントミラーの電流源トランジスタは、基準電流に比例する目標電流を、１つ以上の降圧直流入力直流出力（ＤＣ−ＤＣ）コンバータに送る。いくつかの実施形態では、各降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは電流モードバックコンバータである。一実施形態では、２つ以上のＤＣ−ＤＣコンバータを並列に接続して多相式降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを提供している。個々の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数は互いに対して位相シフトされ、その結果、入力フィルタ及び出力フィルタに流れ込むリップル電流がキャンセルされる。１つ以上の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の出力容量を充電するために使用されるそれぞれのインダクタ電流を生成し、インダクタ電流は受け取った目標電流に基づいて出力電圧を生成する。
【０００９】
出力電圧は抵抗を介してＯＴＡの入力に戻される。抵抗はまた、第２のフィードバックループによって供給される動的に適合するフィードバック電流を受け取る。動的に適合するフィードバック電流は、増幅器の入力と出力電圧との間の抵抗にわたって電圧降下を生じさせる。従って、ＯＴＡの１つの入力で受け取るフィードバック電圧は出力電圧よりも大きい。フィードバック電圧は、ＯＴＡによって基準電圧と比較される。
【００１０】
第２のフィードバックループは、補償器（第１のタイプ又は第２のタイプ、例えば、タイプＩＩ又はタイプＩＩＩ）によって、第１のフィードバックループ内で生成された電圧を受け取る。別のトランジスタは、生成された電圧を１次直列抵抗−コンデンサ（ＲＣ）フィルタを介してゲート端子で受け取る。ＲＣフィルタにより、第２のループの応答時間は第１のループの応答時間よりも大きくなる。トランジスタは、生成された電圧に基づいてドレイン端子で電流を受け取るので、トランジスタは、生成された電圧を、ドレイン端子を通過する電流に変換するコンバータでもある。この電流は、第２のカレントミラー用の基準電流である。第２のカレントミラーは、各々がスイッチに接続された複数の電流源トランジスタを有する。閉じたスイッチに接続された複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上は、第２のカレントミラーの基準電流に基づいて動的に適合するフィードバック電流を生成する。
【００１１】
第２のフィードバックループ内の制御ロジックは、出力電圧と目標電圧との差が増加しているとの判定に応答して、動的に適合するフィードバック電流を増加させる形で、複数の電流源トランジスタのスイッチを開閉する。制御ロジックは、出力電圧と目標電圧との差が減少しているとの判定に応答して、動的に適合するフィードバック電流を減少させる形でスイッチの開閉を調整する。
【００１２】
これら及び他の実施形態は、以下の記載及び図面を参照すると、更に理解されるであろう。
【００１３】
方法及び仕組みの上記の利点及び更なる利点は、添付の図面と併せて以下の記載を参照することでより理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】フィードバックループを有する増幅器の一実施形態のブロック図である。
【図２】電力コンバータの一実施形態のブロック図である。
【図３】１つ以上のコンポーネントに対して、過渡負荷に対して安定した出力を効率的に生成する方法の一実施形態のフロー図である。
【図４】集積回路の一実施形態のブロック図である。
【図５】システムの一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この開示に記述する実施形態には、様々な変更形態及び代替形態の余地があり得るが、その具体的な実施形態を例として図面に示し、本明細書で詳細に記述する。しかし、図面及び図面に関する詳細な説明は、開示する特定の形態に実施形態を限定することを意図しておらず、むしろその意図は、添付の請求項の趣旨及び範囲に含まれる全ての変更形態、均等形態、及び代替形態を網羅することであることを理解されたい。本出願を通して使用するとき、「〜し得る、〜してもよい（may）」という語は、義務的な意味（すなわち、〜しなければならないを意味する）ではなく、許容的な意味（すなわち、〜する可能性を有することを意味する）で使用される。同様に、「含む（include、including、includes）」という語は、「〜を含むが、それに限定するものではないこと」を意味する。
【００１６】
様々なユニット、回路、又は他の構成要素が、タスク（単数又は複数）を実行「するように構成されている（configured to）」と説明される場合がある。このような状況では、「〜するように構成されている」は、動作中にタスク（単数又は複数）を実行する「回路を有する」ことを一般的に意味する広範な説明である。よって、ユニット／回路／構成要素は、そのユニット／回路／構成要素が現在動作していないときでも、タスクを実施するように構成することができる。一般に、「〜するように構成されている」に対応する構造を形成する回路は、ハードウェア回路を含んでいてもよい。同様に、各種のユニット／回路／構成要素は、説明の便宜上、タスク（単数又は複数）を実施すると記載される場合がある。このような記載は、「〜するように構成されている」という語句を含むと解釈されるべきである。１つ以上のタスクを実行するように構成されているユニット／回路／構成要素の記載は、そのユニット／回路／構成要素について米国特許法第１１２条（ｆ）を発動しないことを明示的に意図している。
【００１７】
以下の記載では、本明細書に記載される実施形態の完全な理解を提供するために、数多くの具体的な詳細が記載される。しかし、実施形態は、これら具体的な詳細が無くても実施され得ることを当業者は理解するであろう。場合によっては、図示を容易にし、実施形態の記載が不明瞭になることを避けるために、周知の回路、構造、及び技術を詳細に示していない。
【００１８】
ここで図１を参照すると、フィードバックループを有する増幅器の一実施形態の一般化されたブロック図が示されている。図示した実施形態では、増幅器１２０は１つ以上の入力１１０を受け取り、増幅器出力１２２を生成する。ループ１３０は、増幅器出力１２２を受け取って電圧出力Ｖｏｕｔ１３２を生成し、電圧出力Ｖｏｕｔ１３２は出力コンデンサＣｏｕｔ１３４を充電する。加えて、ループ１３０は入力１１０にフィードバック情報１３６を送る。増幅器１２０及びループ１３０の各ゲインＡ１は、安定性に加えて回路の等価出力抵抗に影響を与える。
【００１９】
左の回路の帯域幅（ＢＷ）は、以下の式で与えられる。
ＢＷ＝１／（２π×Ｒｏｕｔ×Ｃｏｕｔ）
【００２０】
出力コンデンサＣｏｕｔ１３４は比較的固定され、出力ノードに接続された１つ以上のコンポーネントに依存する。一実施形態では、過渡出力負荷に対して安定した出力を生成するために、比較的高い帯域幅が望まれる。例えば、負荷によって引き込まれる電流量が変化しても、出力Ｃｏｕｔにおいて安定したＶｏｕｔ１３２が維持されるように回路は設計されている。しかし、帯域幅は回路のスイッチング周波数と回路のナイキスト周波数とによって制限される。従って、上式で見たように、等価出力抵抗Ｒｏｕｔも制限され、これにより出力に過渡電流の引き込みが存在する場合に、出力Ｃｏｕｔにおいて安定したＶｏｕｔ１３２を維持する回路の能力は制限される。
【００２１】
一実施形態では、増幅器１２０は、ゲイン（ｇｍ）がＡ１に等しいオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）である。安定性を高めるためにゲインは比較的小さく、これにより出力に過渡電流の引き込みが存在する場合に、安定したＶｏｕｔ１３２を維持する精度も制限される。一実施形態では、左の回路は多相式電力コンバータである。いくつかの実施形態では、ループ１３０は、ＯＴＡの出力電流を目標電流に変換するカレントミラーを含む。１つ以上の降圧直流入力直流出力（ＤＣ−ＤＣ）コンバータは、目標電流及び入力電圧を受け取る。１つ以上の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは出力電圧Ｖｏｕｔ１３２を生成する。
【００２２】
いくつかの実施形態では、１つ以上の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの各々は電流モード降圧コンバータである。一実施形態では、各降圧ＤＣ−ＤＣコンバータはバックコンバータである。一実施形態では、２つ以上のＤＣ−ＤＣコンバータが並列に接続されて、多相式降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。個々の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数は互いに対して位相シフトされ、その結果、入力フィルタ及び出力フィルタに流れ込むリップル電流がキャンセルされる。ループ１３０はまた、Ｖｏｕｔ１３２、又はＶｏｕｔ１３２に基づく電圧値のいずれかを、フィードバック情報１３６として入力１１０に戻す。一実施形態では、入力１１０は、ループ１３０からの基準電圧及びフィードバック電圧を含む。ＯＴＡ１２０は、差動電圧入力に基づいて出力電流を生成する。
【００２３】
ループ１３０及びフィードバック情報１３６は、機能性に加えて汎用性を提供するが、安定性も低下させる。増幅器１２０のゲインＡ１が増加すると入力１１０の上側閾値が減少し、閾値に達すると、増幅器出力１２２は飽和し得て、そのことで回路の安定性は低下する。典型的には、安定性とは出力Ｖｏｕｔ１３２が非振動状態に達していることを指す。しかし、発振の発生に先立ち、劣った位相応答、オーバーシュート、及びリンギングなどの望ましくない特性が生じる。設計者は、回路に対する安定性を定義する際に、これらの特性のうちの１つ以上に対して閾値を決定する。いずれにせよ、電流負荷が変化してもＶｏｕｔ１３２を比較的安定した出力値として維持する能力は、安定性に影響を及ぼさずに等価出力抵抗が変化可能なときに、より容易に実現できる。
【００２４】
回路が電力コンバータとして使用される場合には、等価出力抵抗も負荷線と称する。場合によっては、目標出力電圧が固定されており、外部コンポーネントによる変動する電流引き込みに依存せず、Ｖｏｕｔ１３２を目標電圧に維持することが望まれる場合などには、負荷線の無いことが望まれる。そのような条件では、上式でＲｏｕｔはゼロとなり、ＢＷは無限大の値に変化する。更なる柔軟性を実現しようとする試みを右の回路に示す。図示したように、増幅器１２０は、ゲインＡ１よりも大きいゲインＡ２を有する増幅器１５０に置き換えられている。加えて、ループ１３０はループ１６０で置き換えられ、ループ１４０として示される第２のループが追加されている。
【００２５】
いくつかの実施形態では、ループ１６０は増幅器出力１５２及びＶｏｕｔ１３２の飽和を防止するコンポーネントを含む。これらのコンポーネントの更なる記載はすぐ後に提供される。ループ１６０はフィードバック情報１６６を入力１１０に送る。ループ１４０はフィードバック情報１４２を入力１１０に送る。様々な実施形態において、ループ１４０は、第１のループの応答時間よりも大きい第２のループの応答時間を生成するコンポーネントを含む。一実施形態において、ループ１６０は回路の負荷線を規定し、一方でループ１４０は回路の安定性を維持する。
【００２６】
ここで図２を参照すると、電力コンバータ２００の一実施形態の一般化されたブロック図が示されている。様々な実施形態において、電力コンバータ２００は入力電圧２９２を受け取り、出力電圧Ｖｏｕｔ２５０を出力コンデンサ２５２上に生成する。電力コンバータ２００は、入力された差動電圧に基づいて出力電流をノード２０８に伝達する増幅器２０６を含む。図示したように、入力は基準電圧２０４、及び出力電圧Ｖｏｕｔ２５０に基づくフィードバック電圧２５４である。一実施形態では、増幅器２０６は、基準電圧２０４とフィードバック電圧２５４とを比較する誤差増幅器である。増幅器２０６は入力の差分を増幅し、増幅した差に基づいて出力電流を生成する。従って、様々な実施形態において、増幅器２０６はオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）である。ＯＴＡは、安定性を提供するための局部フィードバックの無い、開ループ増幅器である。従って、安定性を提供するためにフィードバックは外部に設けられる。様々な実施形態において、電力コンバータ２００はフィードバック電圧２５４を生成する２つのフィードバックループを含む。２つのフィードバックループにより、電力コンバータ２００の安定性と等価出力抵抗とが分離され、電力コンバータ２００の帯域幅を拡大させることが可能になる。２つのフィードバックループのうちの第１のループは、電力コンバータ２００の等価出力抵抗を提供する。２つのフィードバックループのうちの第２のループは、電力コンバータ２００に安定性を提供する。従って、第２のループが追加されるとき、等価出力抵抗及び安定性は電力コンバータにとって独立したパラメータとなる。
【００２７】
様々な実施形態において、補償器が増幅器２０６などの誤差増幅器に追加される。追加された補償器は、閉ループ制御−出力伝達関数内に含まれる位相を相殺する。これらの位相は、誤差増幅器２０６などの誤差増幅器の安定性を低減させる。従って、本明細書で使用する場合、補償器は、閉ループ伝達関数において１つ以上の極と零点を追加することにより、位相ブーストを提供するように構成された回路を指す。一実施形態では、補償器は、原点極、１つの零点及び１つの高周波極、並びに２つの極の位置、加えて、９０度に達する位相ブーストを提供する、第１のタイプであってもよい。例えば、第１のタイプの補償器はタイプＩＩ補償器であってもよい。タイプＩＩ補償器は、ＯＴＡの出力と接地基準との間に、コンデンサ及び抵抗の直列接続を含む。また、タイプＩＩ補償器は、直列接続と並列してコンデンサを含む。
【００２８】
代替として、補償器は２つの極、２つの零点、及び９０度と１８０度の間の位相ブーストを提供する、第２のタイプであってもよい。例えば、第２のタイプの補償器はタイプＩＩＩ補償器であってもよい。タイプＩＩＩ補償器は、ＯＴＡの出力とＯＴＡの入力との間に、コンデンサ及び抵抗の第１の直列接続を含む。加えて、タイプＩＩＩ補償器は第１の直列接続と並列にコンデンサを含む。更に、タイプＩＩＩ補償器は、電源とＯＴＡの入力との間に、抵抗及びコンデンサの第２の直列接続を、並びに第２の直列接続と並列に抵抗を含む。
【００２９】
いくつかの実施形態では、補償器２１０は、増幅器２０６の出力電流に基づいて電圧を生成する。図示したように、補償器２１０は増幅器２０６用のタイプＩＩ補償器である。図示したように、補償器２１０は抵抗２１４と直列にコンデンサ２１２を含む。加えて、補償器２１０は、コンデンサ２１２及び抵抗２１４の直列接続と並列に第２のコンデンサ２１６を含む。他の実施形態において、補償器２１０は増幅器２０６用のタイプＩＩＩ補償器である。
【００３０】
コンバータ２２０は電圧−電流（Ｖ−Ｉ）コンバータであり、補償器２１０で生成された電圧を受け取り、受け取った電圧に基づいて基準電流２２６を生成する。図示したように、コンバータ２２０は、トランジスタ２２２及び抵抗２２４を含む。図示したように、トランジスタ２２２はｎ型電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）であり、生成された電圧をゲート端子に受け取る。加えて、基準電流２２６がそのドレイン端子を通って流れる。実施形態では、基準電流２２６は、トランジスタ２２２のゲート端子上の電圧を抵抗２２４の抵抗値で除算したものに比例する。基準電流２２６は、トランジスタ２２８、２３０によって形成されるカレントミラーの基準電流である。トランジスタ２２８及び２３０の各々はｐ型電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）である。トランジスタ２２８は、カレントミラー用のダイオード接続トランジスタであり、基準電流２２６を受け取る。トランジスタ２２８及び２３０のソース端子は、電源電圧ＶＤＤ２９０に接続される。
【００３１】
トランジスタ２３０はカレントミラー用の電流源トランジスタである。カレントミラーのダイオード接続トランジスタ２２８と、カレントミラーの電流源トランジスタ２３０との素子幅が一致すると、目標電流２３２は基準電流２２６に等しくなる。素子幅間の比率が１でない場合は、目標電流２３２は、基準電流２２６を１でない比率に基づいて調整させたものである。所与の電流をカレントミラーで調整したものは、所与の電流と比較して小さい又は大きい電流量を有する電流である。一実施形態では、その電流量はより大きい（例えば２倍、等）。別の実施形態では、その電流量はより小さい（例えば、半分、等）。一実施形態では、所与の電流の調整されたものは、所与の値に、カレントミラーの電流源トランジスタの素子幅を乗算し、カレントミラーのダイオード接続トランジスタの素子幅で除算したものに等しい電流である。例えば、電流源トランジスタ２３０の素子幅がダイオード接続トランジスタ２２８の素子幅の２倍であれば、目標電流２３２は基準電流２２６の２倍の電流量となる。
【００３２】
複数の降圧直流入力直流出力（ＤＣ−ＤＣ）コンバータ２３４〜２３８は目標電流２３２を受け取り、目標電流２３２及び入力電圧ＶＩＮ２９２に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔ２５０を生成する。いくつかの実施形態では、入力電圧ＶＩＮ２９２は交流（ＡＣ）入力直流（ＤＣ）出力電源から送られ、Ｖｏｕｔ２５０は、降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２３４〜２３８のデューティサイクルに基づく、ＶＩＮ２９２の一部である。降圧コンバータ２３４〜２３８の各々は、インダクタ電流２４４〜２４８のうちの対応する１つを生成し、これがインダクタ２４０〜２４３のうちの対応する１つを通って流れる。インダクタ電流２４４〜２４８を合算したものが、出力コンデンサＣｏｕｔ２５２を充電して、Ｖｏｕｔ２５０が得られる。
【００３３】
実効スイッチング周波数は位相数で乗算したものになり、負荷は位相数で除算したものになる。降圧コンバータ２３４〜２３８の数を増やすことにより、ＬＣローパスフィルタなどの入力フィルタ及び出力フィルタでのリップル電流が低減され、過渡応答が改善されるが、設計の複雑さやレイアウトの困難さも増大する。様々な実施形態において、降圧コンバータ２３４〜２３８の各々は電流モード降圧コンバータである。いくつかの実施形態では、各降圧コンバータはバックコンバータであり、電力コンバータ２００は多相式バックコンバータである。いくつかの実施形態では、図示したように、複数の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２３４〜２３８は並列接続され、多相式降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。個々の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２３４〜２３８の各々は、スイッチング周波数は互いに対して位相シフトされ、その結果、入力フィルタ及び出力フィルタに流れ込むリップル電流がキャンセルされる。
【００３４】
出力電圧Ｖｏｕｔ２５０は、抵抗２０２を介して増幅器２０６の入力に戻される。抵抗２０２はまた、別のカレントミラーによって供給される動的に適合するフィードバック電流２９４を受け取る。動的に適合するフィードバック電流２９４は、抵抗２０２にわたって電圧降下を生じさせる。従って、フィードバック電圧２５４はＶｏｕｔ２５０よりも大きい。フィードバック電圧２５４は、増幅器２０６によって基準電圧２０４と比較される。
【００３５】
コンバータ２２０と同様に、コンバータ２７０は、補償器２１０で生成された電圧に基づく電圧を受け取る。しかし、コンバータ２７０は、生成された電圧を１次直列抵抗−コンデンサ（ＲＣ）フィルタ２６０を通して受け取る。ＲＣフィルタ２６０は抵抗２６２及びコンデンサ２６４を含む。ＲＣフィルタ２６０は、第１のループの応答時間よりも大きな第２のループの応答時間を生成する。第２のループは、補償器２１０によって生成された電圧で始まり、ＲＣフィルタ２６０、コンバータ２７０、及び動的に適合するフィードバック電流２９４を生成するカレントミラーを含む。第１のループは、コンバータ２２０で始まり、目標電流２３２を生成するカレントミラー、複数の降圧コンバータ２３４〜２３８、及び抵抗２０２を含む。第１のループは、負荷線、又はコンバータ２００の等価出力抵抗を提供する。第２のループは、コンバータ２００に対して安定性を提供する。従って、負荷線及び安定性はコンバータ２００に対して独立したパラメータである。
【００３６】
コンバータ２７０は、電圧−電流（Ｖ−Ｉ）コンバータであり、補償器２１０によって生成された電圧を、ＲＣフィルタ２６０を通過した後に受け取る。図示したように、コンバータ２７０は、トランジスタ２７２及び抵抗２７４を含む。トランジスタ２７２はＮＦＥＴであり、ＲＣフィルタ２６０の出力をゲート端子上で受け取り、そのドレイン端子を通って基準電流２７６が流れる。基準電流２７６は、トランジスタ２７８〜２８２によって形成されるカレントミラーの基準電流である。各トランジスタ２７８〜２８２はＰＦＥＴである。トランジスタ２７８〜２８２のソース端子は、電源電圧ＶＤＤ２９０に接続される。
【００３７】
トランジスタ２７８はカレントミラー用のダイオード接続トランジスタである。カレントミラーは、複数の電流源トランジスタ２８０〜２８２を有し、その各々はスイッチに接続される。例えば、トランジスタ２８０はスイッチＳ１  ２８４に接続される。トランジスタ２８２はスイッチＳ２  ２８６に接続される。カレントミラーは、任意の数の電流源トランジスタ及びスイッチを含んでいてもよい。複数の電流源トランジスタ２８０〜２８２のうちの１つ以上が、対応する閉じたスイッチに接続されるとき、これら電流源トランジスタは、基準電流２７６に基づき、動的に適合するフィードバック電流２９４を生成する。
【００３８】
目標電流２３２を生成するカレントミラーと同様に、ダイオード接続トランジスタ２７８の素子幅が、閉じたスイッチに接続された１つ以上の電流源トランジスタ２８０〜２８２の素子幅の和に一致すると、動的に適合するフィードバック電流２９４は基準電流２７６に等しくなる。ダイオード接続トランジスタ２７８の素子幅と、閉じたスイッチに接続された１つ以上の電流源トランジスタ２８０〜２８２の素子幅の和との比率が１でない場合は、動的に適合するフィードバック電流２９４は、基準電流２７６を１でない比率に基づいて調整したものである。
【００３９】
制御ロジック（図示せず）は、スイッチ２８４〜２８６を、Ｖｏｕｔ２５０と目標電圧との間の差が増加しているとの判定に応答して、動的に適合するフィードバック電流２９４を増加させる形でスイッチを開閉させる。電力コンバータ２００は、目標電圧を維持するように期待されているが、Ｖｏｕｔ２５０を受け取る１つ以上のコンポーネントによって引き込まれる電流が変化すると、出力電圧Ｖｏｕｔ２５０は変化し得る。第１のループはＶｏｕｔ２５０を調整して目標電圧に戻す。第２のループは、増幅器２０６のゲインが比較的高いことに起因するＶｏｕｔ２５０の発振を防止することで、安定性を維持する。制御ロジックは、出力電圧と目標電圧との間の差が減少しているとの判定に応答して、動的に適合するフィードバック電流２９４を減少させる形でスイッチ２８４〜２８６の開閉を調整する。
【００４０】
ここで図３を参照すると、１つ以上のコンポーネントに対して、過渡負荷に対して安定した出力を効率的に生成する方法３００の一実施形態の一般化されたフロー図が示されている。説明のために、この実施形態のステップが順番に示されている。しかし、他の実施形態では、いくつかのステップは示したのとは異なる順序で実施されてもよく、いくつかのステップは同時に行われてもよく、いくつかのステップは他のステップと組み合わされてもよく、いくつかのステップは無くてもよい。
【００４１】
第１の電流が、電力コンバータのゲインが比較的高い増幅器へ入力される差動電圧に基づいて生成される（ブロック３０２）。第１の電流に基づいて、第１の電圧が生成される（ブロック３０４）。例えば、ＯＴＡは第１の電流を出力電流として生成し、補償器は第１の電流に基づいて第１の電圧を生成する。いくつかの実施形態では、補償器はＯＴＡ用のタイプＩＩ補償器である。第１の電圧は第１のフィードバックループにおいて目標電流に変換される（ブロック３０６）。例えば、第１のループは、電圧−電流コンバータとそれに続くカレントミラーを含む。
【００４２】
目標電流は、１つ以上の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータのコントローラに送られる（ブロック３０８）。１つ以上の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、少なくとも目標電流に基づいて電力コンバータの出力電圧を生成する（ブロック３１０）。出力電圧は増幅器の入力に送られる（ブロック３１２）。いくつかの実施形態では、直列抵抗を用いて、増幅器に入力されるフィードバック電圧を、出力電圧を超えるように増加させる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、第２のフィードバックループが第１のフィードバックループと同様の時間に始まるため、ブロック３１４はブロック３０６と同時に起きる。補償器によって出力される第１の電圧は、基準電流に変換される（ブロック３１４）。例えば、第１のループは、電圧−電流コンバータと、それに続くカレントミラーとを含む。しかし、電圧−電流コンバータは１次直列ＲＣフィルタを含み、第２のループの応答時間を第１のループの応答時間よりも大きくなるように生成する。従って、第１のループは電力コンバータの出力電圧を速やかに調整し始めてもよく、少し後で第２ループは、発振が発生せず、安定性が維持されることを確実にする。
【００４４】
第２ループ内のカレントミラーは複数の電流源トランジスタを含み、トランジスタの各々はスイッチに接続される。素子幅及びスイッチ制御を使用して、第２のループにおける基準電流に基づいて動的に適合するフィードバック電流を生成し、調整する（ブロック３１６）。いくつかの実施形態では、この動的に適合するフィードバック電流は第１ループ内の直列抵抗器を通って流れ、それにより増幅器の入力に現れるフィードバック電圧が調整される（ブロック３１８）。
【００４５】
ここで図４を参照すると、集積回路（ＩＣ）４１０の一実施形態の一般化されたブロック図が示されている。図示したように、交流（ＡＣ）入力直流（ＤＣ）出力コンバータ４０２は、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、ＤＣ電圧をＤＣ−ＤＣコンバータであるコンバータ４０４に送る。コンバータ４０４はＤＣ電圧をＩＣ４１０に送る。様々な実施形態において、ＩＣ４１０は１２Ｖバスを受け取る。電力コンバータ４２０及び４２２の各々は、コンバータ４０４の出力を受け取り、ＩＣ４１０上の１つ以上のコンポーネントに対して、対応する出力電圧を生成する。いくつかの実施形態では、電力管理ユニット（図示せず）は、ＩＣ４１０上のコンポーネントの動作電圧を調整するために、電力コンバータ４２０及び４２２に制御信号を供給する。
【００４６】
図示した実施形態では、ＩＣ４１０は、高レベル相互配線及びチップ通信のためのファブリック４３０、メモリインターフェース４４０、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）などの並列データマイクロアーキテクチャを有するプロセッサ、カメラ４４６、及びディスプレイコントローラ４４８を含む。様々な入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース、位相ロックループ（ＰＬＬ）などのクロック源、及び他の機能ユニットは、図示を容易にするために示されていない。図示したように、電力コンバータ４２０は、動作電圧をメモリコントローラ４４０、ＣＰＵ４４２、及びＧＰＵ４４４に送る。電力コンバータ４２２は、動作電圧をカメラ４４６及びディスプレイコントローラ４４８に送る。別の数の電力コンバータ、及び他の組み合わせの接続は可能であり、企図される。様々な実施形態において、電力コンバータ４２０及び４２２の各々は、図２で電力コンバータ２００に対して前述するとおり、２つのフィードバックループを有する多相式、電流モードバックコンバータである。
【００４７】
様々な実施形態において、ファブリック４３０は、ＩＣ４１０に対する最上位の相互接続を提供する。ファブリック４３０は、ＩＣ４１０上のコンポーネント間でのメモリ要求及びルート要求に対してキャッシュコヒーレンスを維持してもよい。キャッシュコヒーレンシプロトコルの一例としては、変更（Ｍ）、所有（Ｏ）、排他（Ｅ）、共有（Ｓ）、及び無効（Ｉ）の各状態を有するＭＯＥＳＩプロトコルを含む。ファブリック４３０は、トラフィックをアグリゲートするための１つ以上のスイッチバーを含んでいてもよい。様々な実施形態において、異なる種類のトラフィックが独立してファブリック４３０を通って流れる。独立した流れは、単一の物理ファブリックバスが、各々が異なる種類のトラフィックを伝送する、複数のオーバレイ仮想チャネル、又は専用のソースバッファ及びデスティネーションバッファを含むことを可能にすることで実現できる。各チャネルは、異なるチャネルでのトランザクションで依存せずに独立してフロー制御される。
【００４８】
メモリインターフェース４４０は、メモリ帯域幅に対する要求及び平均電力消費を削減するために、メモリコントローラとキャッシュを含んでいてもよい。一実施形態では、キャッシュに対する割り当て方針はプログラム可能である。メモリインターフェース４４０とＩＣ４１０の残りの部分との組み合わせの間のインターフェースは、複数のバスを含んでいてもよい。非同期のメモリ要求、応答、スヌープ、スヌープ応答、及び入出力（Ｉ／Ｏ）処理が、このインターフェースにおいて時間的関係と共に認識可能である。
【００４９】
ＣＰＵ４４２は、所定の汎用命令セットに従って命令を実行する回路を使用する。様々な命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）のいずれかを選択してもよい。ＣＰＵ４４２は１つ以上のコア及び１つ以上のレベルのキャッシュメモリサブシステムを含んでもよい。各コアは、ソフトウェアプロセスの１つ以上のスレッドのアウトオブオーダ実行をサポートし、多段パイプラインを含む。ＧＰＵ４４４は、単一命令多重データ（ＳＩＭＤ）コアのような計算集約型タスクのための高い命令スループットを提供するマイクロアーキテクチャを有する。
【００５０】
カメラ４４６は、当該技術分野で周知のように、画像ブレンダ機能、及び他のカメラ画像処理機能を使用している。ビデオグラフィックコントローラなどの、ディスプレイ用のリアルタイムメモリ性能に関連付けられた１つ以上の処理ブロックが、カメラ４４６と共に追加されてもよい。ディスプレイコントローラ４４８は、レンダリングされたグラフィック出力情報を、１つ以上の表示デバイスに送信する。情報のレンダリングは、ディスプレイコントローラ４４８によって実行される。オフダイＤＲＡＭ又はオンダイキャッシュに保存されるフレームバッファは、少なくとも画面上の画素毎の色値を含む。
【００５１】
次に図５を参照すると、システム５００の一実施形態のブロック図が示されている。図示するように、システム５００は、デスクトップコンピュータ５１０、ラップトップコンピュータ５２０、タブレットコンピュータ５３０、セルラ電話又は携帯電話５４０、テレビ５５０（又はテレビに接続されるように構成されたセットトップボックス）、腕時計若しくは他のウェアラブルアイテム５６０、又はその他の中の、チップ、回路、コンポーネント等を表し得る。他のデバイスが可能であり、企図される。図示する実施形態では、システム５００は少なくとも１つのＩＣ５０８のインスタンスを含み、インスタンスは１つ以上の電力コンバータを有する（図４の）ＩＣ４１０の機能性を含んでいてもよい。電力コンバータは、（図２の）電力コンバータ２００に対して記載するような２つのフィードバックループを含んでいてもよい。ＩＣ５０８は、外部メモリ５０２、周辺装置５０４、電源５０６に接続されていてもよい。
【００５２】
ＩＣ５０８は、１つ以上の周辺装置５０４及び外部メモリ５０２に接続されている。ＩＣ５０８に供給電圧を供給すると共に、メモリ５０２及び／又は周辺装置５０４に１つ以上の供給電圧を供給する、電源５０６をも提供されている。様々な実施形態において、電源５０６は、バッテリ（例えば、スマートフォン、ラップトップ又はタブレットコンピュータの充電式バッテリ）を表してもよい。いくつかの実施形態では、ＩＣ５０８の２つ以上のインスタンスが含まれていてもよい（及び２つ以上の外部メモリ５０２も含まれていてもよい）。
【００５３】
メモリ５０２は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレート（ＤＤＲ、ＤＤＲ２、ＤＤＲ３等）ＳＤＲＡＭ（ｍＤＤＲ３などのモバイルバージョンのＳＤＲＡＭ、及び／又はＬＰＤＤＲ２などの低電力バージョンのＳＤＲＡＭを含む）、ＲＡＭＢＵＳ  ＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）などの、任意の種類のメモリであってもよい。シングルインラインメモリモジュール（ＳＩＭＭ）、デュアルインラインメモリモジュール（ＤＩＭＭ）などのメモリモジュールを形成するために、１つ以上のメモリデバイスが回路基板に接続されていてもよい。代替として、デバイスは、プロセッサを含有するＳｏＣ又はＩＣと共に、チップオンチップ構成、パッケージオンパッケージ構成、又はマルチチップモジュール構成で搭載されていてもよい。
【００５４】
周辺装置５０４は、システム５００の形式に応じて、任意の所望の回路を含んでいてもよい。例えば、一実施形態では、周辺装置５０４は、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、セルラ、全地球測位システムなどの各種無線通信用のデバイスを含んでいてもよい。周辺装置５０４はまた、ＲＡＭストレージ、ソリッドステートストレージ、又はディスクストレージを含む、追加のストレージを含んでいてもよい。周辺装置５０４は、タッチディスプレイ画面又はマルチタッチディスプレイ画面を含むディスプレイ画面、キーボード又は他の入力デバイス、マイクロフォン、スピーカなどの、ユーザインターフェースデバイスを含んでいてもよい。
【００５５】
様々な実施形態において、ソフトウェアアプリケーションのプログラム命令を用いて、前述した方法及び／又は仕組みを実現してもよい。プログラム命令は、Ｃなどの高レベルプログラミング言語でハードウェアの挙動を記述してもよい。代替として、Ｖｅｒｉｌｏｇなどのハードウェア設計言語（ＨＤＬ）を用いてもよい。プログラム命令は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶されていてもよい。多数の種類の記憶媒体が利用可能である。記憶媒体は、プログラム実行のためのプログラム命令及び関連データをコンピュータに提供するために、コンピュータにより使用中にアクセス可能であってもよい。いくつかの実施形態では、ゲートのリストを含むネットリストを合成ライブラリから生成するために、合成ツールはプログラム命令を読み出す。
【００５６】
上述した実施形態は、実現形態の非限定的な例にすぎないことが強調される。上述の開示内容が十分に理解されれば、多くの変形形態及び変更形態が当業者にとって明らかになるであろう。以下の「特許請求の範囲」は、そのような変形形態及び変更形態の全てを包含するように解釈されることを意図している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電流を伝達するように構成された増幅器と、
第１のループであって、
前記出力電流に基づいて第１の電圧を生成するように構成された補償器と、
前記第１の電圧に基づいて出力電圧を生成し、
前記出力電圧を前記増幅器の入力に伝達するように構成された第１の回路と、を含む、第１のループと、
第２の回路を含む第２のループであって、前記第２の回路が、
前記第１の電圧に基づいて動的に適合するフィードバック電流を生成し、
前記動的に適合するフィードバック電流を前記増幅器の前記入力に伝達するように構成されている、第２のループと、を備える、電力コンバータ。
【請求項２】
前記増幅器はオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）であり、前記補償器は前記ＯＴＡ用のタイプＩＩ補償器である、請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項３】
前記第１の回路は、
第１の基準電流、及び前記第１の基準電流に基づく目標電流の各々を生成するように構成された、第１のカレントミラーと、
前記目標電流を受け取り、
前記目標電流に少なくとも部分的に基づいて、出力ノード上に前記出力電圧を生成するように構成されている、複数の降圧コンバータと、を含む、請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項４】
前記第１の回路は、前記出力ノード及び前記増幅器の前記入力に接続された抵抗を更に含み、前記動的に適合するフィードバック電流は、前記増幅器の前記入力と前記出力電圧との間の前記抵抗にわたって電圧降下を生じさせる、請求項３に記載の電力コンバータ。
【請求項５】
前記第２の回路は、
第２の基準電流を生成するように構成されたダイオード接続トランジスタと、
各々がスイッチに接続された複数の電流源トランジスタであって、閉じたスイッチに接続された前記複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上が、前記第２の基準電流に基づいて前記動的に適合するフィードバック電流を生成する、複数の電流源トランジスタと、を含む第２のカレントミラーを含む、請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項６】
前記第２の回路は、
前記第１の電圧を受け取るように構成された１次直列抵抗−コンデンサ（ＲＣ）フィルタであって、前記第１のループの応答時間よりも大きな前記第２のループの応答時間を生成する、ＲＣフィルタと、
ドレイン端子が前記ダイオード接続トランジスタに接続され、ゲート端子が前記ＲＣフィルタの出力に接続されたトランジスタと、を含む第２のコンバータを含む、請求項５に記載の電力コンバータ。
【請求項７】
前記第２の回路は、前記出力電圧と目標電圧との間の差が増加していると判定したことに応答して、前記複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上に対する前記スイッチを開閉して、前記動的に適合するフィードバック電流を増加させるように構成された制御ロジックを更に含む、請求項５に記載の電力コンバータ。
【請求項８】
前記制御ロジックは、前記出力電圧と目標電圧との間の差が減少していることを検出したことに応答して、前記複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上に対する前記スイッチを開閉して、前記動的に適合するフィードバック電流を減少させるように更に構成されている、請求項７に記載の電力コンバータ。
【請求項９】
出力電流を増幅器から伝達することと、
前記出力電流に基づいて補償器によって第１の電圧を生成することと、
前記第１の電圧に基づいて出力電圧を生成し、
前記出力電圧を前記増幅器の入力に伝達する第１の回路と、
前記第１の電圧に基づいて動的に適合するフィードバック電流を生成し、
前記動的に適合するフィードバック電流を前記増幅器の前記入力に伝達する第２の回路と、を含む、方法。
【請求項１０】
前記増幅器はオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）であり、前記補償器は前記ＯＴＡ用のタイプＩＩ補償器である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の回路は、
第１の基準電流、及び前記第１の基準電流に基づく目標電流の各々を生成する第１のカレントミラーと、
前記目標電流を受け取り、
前記目標電流に少なくとも部分的に基づいて、出力ノード上に前記出力電圧を生成する複数の降圧コンバータと、を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の回路は、前記増幅器の前記出力ノード及び前記入力に接続された抵抗を更に含み、前記動的に適合するフィードバック電流は、前記増幅器の前記入力と前記出力電圧との間の前記抵抗にわたって電圧降下を生じさせる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の回路は、
第２の基準電流を生成するダイオード接続トランジスタと、
各々がスイッチに接続された複数の電流源トランジスタであって、閉じたスイッチに接続された前記複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上が、前記第２の基準電流に基づいて前記動的に適合するフィードバック電流を生成する複数の電流源トランジスタと、を含む第２のカレントミラーを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の回路は、
前記第１の電圧を受け取る１次直列抵抗−コンデンサ（ＲＣ）フィルタであって、第１のループの応答時間よりも大きな第２のループの応答時間を生成する、ＲＣフィルタと、
ドレイン端子が前記ダイオード接続トランジスタに接続され、ゲート端子が前記ＲＣフィルタの出力に接続されたトランジスタと、を含む第２のコンバータを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
外部電圧を内部電圧に変換するように構成された１次コンバータと、
複数の機能ユニットと、
前記複数の機能ユニットのうちの１つ以上に対して、少なくとも前記内部電圧に基づいて出力電圧を生成するように構成された電力コンバータと、を備えるシステムオンチップであって、前記電力コンバータは、
出力電流を伝達するように構成された増幅器と、
第１のループであって、
前記出力電流に基づいて第１の電圧を生成するように構成された補償器と、
前記第１の電圧に基づいて前記出力電圧を生成し、
前記出力電圧を前記増幅器の入力に伝達するように構成された第１の回路と、を含む、第１のループと、
第２の回路を含む第２のループであって、
前記第２の回路は、
前記第１の電圧に基づいて動的に適合するフィードバック電流を生成し、
前記動的に適合するフィードバック電流を前記増幅器の前記入力に伝達するように構成された、第２のループと、を含む、システムオンチップ。
【請求項１６】
前記増幅器はオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）であり、前記補償器は前記ＯＴＡ用のタイプＩＩ補償器である、請求項１５に記載のシステムオンチップ。
【請求項１７】
前記第１の回路は、
第１の基準電流、及び前記第１の基準電流に基づく目標電流の各々を生成するように構成された、第１のカレントミラーと、
前記目標電流を受け取り、
前記目標電流に少なくとも部分的に基づき、出力ノード上に前記出力電圧を生成するように構成された、複数の降圧コンバータと、を含む、請求項１５に記載のシステムオンチップ。
【請求項１８】
前記第１の回路は、前記出力ノードと前記増幅器の前記入力に接続された抵抗を更に含む、前記動的に適合するフィードバック電流は、前記増幅器の前記入力と前記出力電圧との間の前記抵抗にわたって電圧降下を生じさせる、請求項１７に記載のシステムオンチップ。
【請求項１９】
前記第２の回路は、
第２の基準電流を生成するように構成されたダイオード接続トランジスタと、
各々がスイッチに接続された複数の電流源トランジスタであって、閉じたスイッチに接続された前記複数の電流源トランジスタのうちの１つ以上が、前記第２の基準電流に基づいて前記動的に適合するフィードバック電流を生成する複数の電流源トランジスタと、を含む、第２のカレントミラーを含む、請求項１５に記載のシステムオンチップ。
【請求項２０】
前記第２の回路は、
前記第１の電圧を受け取るように構成された１次直列抵抗−コンデンサ（ＲＣ）フィルタであって、前記第１のループの応答時間よりも大きな前記第２のループの応答時間を生成する、ＲＣフィルタと、
ドレイン端子が前記ダイオード接続トランジスタに接続され、ゲート端子が前記ＲＣフィルタの出力に接続されたトランジスタと、を含む、第２のコンバータを含む、請求項１９に記載のシステムオンチップ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2019047719.tif 000008
【外国語明細書】
2019047719000001.pdf