电压调节集成电路、电压调节电路以及电压调节方法

技术领域

本发明是有关于一种电压调节技术，且特别是有关于一种电压调节 集成电路、电压调节电路以及电压调节方法。

背景技术

在一般的电脑系统，中央处理器所产生的电压标识符(voltage  identification definition，VID)会随其工作状态而改变，以动态地调整其 工作电压(或核心电压)来节省功率消耗。当电脑系统无需大量运算上 的功率消耗时，中央处理器会据其工作状态而产生电压标识符至电压调 节器，使电压调节器能依据电压标识符来降低中央处理器的工作电压。

现有用于电压调节的集成电路，通常有额外的功能，例如感测衰减 电流功能。若集成电路搭配额外的功能进行电压调整时，通常需要额外 的接脚并且还需要搭配额外相当多的元件才能调整中央处理器的工作 电压。但是，这会造成整体的电路面积变大，且增加制造成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种电压调节集成电路、电压调节电路以及 电压调节方法，藉以解决先前技术所述及的问题。

本发明提出一种电压调节电路，其包括参考电压产生单元、误差放 大器以及控制单元。参考电压产生单元用以提供参考电压，而参考电压 产生单元包括脉宽调制参考电压信息提供单元以及电压调整单元。脉宽 调制参考电压信息提供单元提供一脉宽调制参考电压信号。电压调整单 元接收脉宽调制参考电压信号，并提供参考电压，其中参考电压是基于 脉宽调制参考电压信号且加以调整后所产生。误差放大器具有第一输入 端与第二输入端，第一输入端接收输出反馈电压，第二输入端接收参考 电压。误差放大器依据参考电压与输出反馈电压而输出一误差放大信 号。控制单元耦接误差放大器，并依据误差放大信号提供一调节电压。

在本发明的一实施例中，电压调整单元包括积分电路。积分电路耦 接脉宽调制参考电压信息提供单元。

在本发明的一实施例中，电压调整单元还包括调整电压源。调整电 压源耦接于积分电路的输出端与第二输入端之间。

在本发明的一实施例中，电压调整单元还包括电阻网路以及调整电 流源。电阻网路耦接于积分电路的输出端。调整电流源耦接于电阻网路 与第二输入端之间。

在本发明的一实施例中，电压调整单元还包括脉冲宽度调制单元。 脉冲宽度调制单元耦接于脉宽调制参考电压信息提供单元与积分电路 之间。

在本发明的一实施例中，电压调整单元包括电压缓冲电路以及积分 电路。电压缓冲电路耦接脉宽调制参考电压信息提供单元。积分电路耦 接电压缓冲电路。

本发明另提出一种电压调节集成电路，用以耦接脉宽调制参考电压 信息提供单元与外部电路。电压调节集成电路包括第一接脚至第五接 脚、误差放大器以及控制单元。第一接脚用以耦接脉宽调制参考电压信 息提供单元。第二接脚、第三接脚及第四接脚，用以耦接外部电路，其 中外部电路提供一参考电压，且参考电压耦接至第四接脚。第五接脚用 以耦接一输出反馈电压。误差放大器具有第一输入端与第二输入端，第 一输入端接收输出反馈电压，第二输入端通过第四接脚接收到参考电 压。误差放大器反应于输出反馈电压与关联于参考电压而输出一误差放 大信号。控制单元耦接误差放大器，且依据误差放大信号提供一调节电 压。

在本发明的一实施例中，外部电路包括积分电路。积分电路耦接第 二接脚。

在本发明的一实施例中，外部电路还包括电阻网路。电阻网路耦接 第三接脚。

在本发明的一实施例中，电压调节集成电路还包括调整电压源。调 整电压源耦接于第四接脚与第二输入端之间。

在本发明的一实施例中，电压调节集成电路还包括调整电流源。调 整电流源耦接至第四接脚与第二输入端。

在本发明的一实施例中，电压调节集成电路还用以耦接外部的偏压 功能设定电路。电压调节集成电路还包括第六接脚。此第六接脚用以耦 接偏压功能设定电路，并且第六接脚还耦接调整电流源。

在本发明的一实施例中，电压调节集成电路还用以耦接外部的衰变 功能设定电路。而电压调节集成电路还包括第七接脚及第八接脚。第七 接脚及第八接脚用以耦接衰变功能设定电路，并且第七接脚及第八接脚 还耦接调整电流源。

在本发明的一实施例中，电压调节集成电路还包括脉冲宽度调制单 元。脉冲宽度调制单元耦接第二接脚。

在本发明的一实施例中，电压调节集成电路还包括电压缓冲电路。 电压缓冲电路耦接第一接脚、第二接脚与第三接脚。

本发明再提出一种电压调节方法，其包括以下步骤。基于一脉宽调 制参考电压信号且加以调整而产生一参考电压。反应于一输出反馈电压 与关联于参考电压，以进行误差比较，输出一误差放大信号；以及依据 误差放大信号来提供一调节电压，其中输出反馈电压取决于调节电压。

在本发明的一实施例中，基于脉宽调制参考电压信号且加以调整的 步骤包括以积分方式调整脉宽调制参考电压信号。

在本发明的一实施例中，基于脉宽调制参考电压信号且加以调整的 步骤包括调整脉宽调制参考电压信号的脉宽。

在本发明的一实施例中，基于脉宽调制参考电压信号且加以调整的 步骤包括调整脉宽调制参考电压信号的振幅。

在本发明的一实施例中，反应于输出反馈电压与关联于参考电压的 步骤包括参考电压与一调整电压源耦合、或者参考电压与一调整电流源 耦合以产生一耦合信号，再以耦合信号与输出反馈电压进行误差比较， 从而输出误差放大信号。

基于上述，本发明因采用新颖的设计，所设计的电压调节集成电路 不需要额外的接脚即能进行动态的电压调节，所以可以有效地解决传统 因采用额外接脚与过多元件所造成电路面积变大的问题。另一方面，相 较于传统方式，本发明的电压调节电路或方法所使用的电路面积会比较 小，且元件使用数较少，因此可以降低制造成本。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为例示性及阐释 性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合 本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是依照本发明一实施例的电压调节电路的示意图；

图2是依照本发明另一实施例的电压调节电路的示意图；

图3是依照本发明另一实施例的电压调节电路的示意图；

图4是依照本发明另一实施例的电压调节电路的示意图；

图5是依照本发明另一实施例的电压调节电路的示意图；

图6是依照本发明一实施例的电压调节集成电路的示意图；

图7是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图；

图8是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图；

图9是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图；

图10是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图；

图11是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图；

图12是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图；

图13是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图；

图14示出为本发明一实施例的电压调节方法的流程图。

附图标记说明：

100、100A～100D：电压调节电路；

110：参考电压产生单元；

120：脉宽调制参考电压信息提供单元；

130、130A～130D：电压调整单元；

132：积分电路；

134：电阻网路；

136：脉冲宽度调制单元；

138：电压缓冲电路；

140：误差放大器；

150：控制单元；

510、510A～510G：电压调节集成电路；

520：脉宽调制参考电压信息提供单元；

530：外部电路；

532：积分电路；

534：电阻网路；

540：误差放大器；

550：控制单元；

560：电压缓冲电路；

570：偏压功能设定电路；

572：电流调整单元；

580：衰变功能设定电路；

582：电流感测及电流镜单元；

590、590A、590B：脉冲宽度调制单元；

594A、594B：调整信号产生单元；

C：电容；

GND：地；

I_ADJ：调整电流源；

J₁：第一接脚；

J₂：第二接脚；

J₃：第三接脚；

J₄：第四接脚；

J₅：第五接脚；

J₆：第六接脚；

J₇：第七接脚；

J₈：第八接脚；

J_OUT：输出接脚；

R1～R6：电阻；

S_VID：脉宽调制参考电压信号；

V_ADJ：调整电压源；

V_COMP：误差放大信号；

V_DD、V_R：工作电压；

V_FB：输出反馈电压；

V_REF：参考电压；

V_REG：调节电压；

S1401～S1403：本发明一实施例的电压调节方法的各步骤。

具体实施方式

现将详细参考本发明的实施例，并在附图中说明所述实施例的实 例。另外，在图式及实施方式中使用相同或类似标号的元件/构件代表相 同或类似部分。

图1是依照本发明一实施例的电压调节电路的示意图。请参阅图1。 电压调节电路100包括参考电压产生单元110、误差放大器140以及控 制单元150。对于图1所示的各个方块的功能进行如下说明。

参考电压产生单元110用以提供一参考电压V_REF，而参考电压产生 单元110包括脉宽调制参考电压信息提供单元120以及电压调整单元 130。首先，脉宽调制参考电压信息提供单元120依据其本身的工作状 态而提供一脉宽调制参考电压信号S_VID。电压调整单元130接收脉宽调 制参考电压信号S_VID，并提供此参考电压V_REF，其中参考电压是V_REF基于脉宽调制参考电压信号S_VID且加以调整后所产生。

误差放大器140具有第一输入端(反相输入端)与第二输入端(非 反相输入端)，第一输入端接收一输出反馈电压V_FB，第二输入端接收 参考电压V_REF。误差放大器140依据参考电压V_REF与输出反馈电压V_FB而输出一误差放大信号V_COMP。控制单元150耦接误差放大器140的输 出。最后，控制单元150依据误差放大信号V_COMP而提供所需的调节电 压V_REG，其中输出反馈电压V_FB取决于调节电压V_REG。

基于上述，本实施例的电压调节电路100采取新颖的设计，且可以 进行动态的电压调节。

接下来，将以下述多个实施例使所属领域技术人员可以很容易理解 和修改成不同类型的电压调节电路。

更清楚来说，图2是依照本发明另一实施例的电压调节电路的示意 图。请参阅图2。电压调节电路100A是基于电压调节电路100的变化类 型。电压调整单元130A包括积分电路132与调整电压源V_ADJ。积分电 路132可由电阻R1与电容C所组成，其中电阻R1的一端耦接脉宽调制 参考电压信息提供单元120，电阻R1的另一端耦接电容C的一端，而 电容C的另一端则耦接地GND。调整电压源V_ADJ耦接于积分电路132 的输出端与误差放大器140的第二输入端之间，可用来调整参考电压 V_REF的电压准位。

图3是依照本发明另一实施例的电压调节电路的示意图。请参阅图 3。电压调节电路100B是基于电压调节电路100的另一变化类型。电压 调整单元130B可包括积分电路132、电阻网路134以及调整电流源I_ADJ。 积分电路132耦接脉宽调制参考电压信息提供单元120。电阻网路134 由电阻R2至R4所组成。电阻网路134耦接于积分电路132的输出端。 调整电流源I_ADJ耦接于电阻网路134与误差放大器140的第二输入端之 间。电阻网路134也可用来调整参考电压V_REF的电压准位。

图4是依照本发明另一实施例的电压调节电路的示意图。请参阅图 4。电压调节电路100C是基于电压调节电路100的另一变化类型。电压 调整单元130C包括积分电路132与脉冲宽度调制单元136。脉冲宽度调 制单元136耦接于脉宽调制参考电压信息提供单元120与积分电路132 之间。脉冲宽度调制单元136用以对脉宽调制参考电压信号S_VID进行数 位式的脉冲宽度调制，而调整后的脉冲为原本的脉宽调制参考电压信号 S_VID与额外的脉冲的总和。此调整后的脉冲再经由积分电路132就可用 来调整参考电压V_REF的电压准位。

图5是依照本发明另一实施例的电压调节电路的示意图。请参阅图 5。电压调节电路100D是基于电压调节电路100的另一变化类型。电压 调整单元130D包括积分电路132与电压缓冲电路138。电压缓冲电路 138耦接于脉宽调制参考电压信息提供单元120与积分电路132之间。 电压缓冲电路138可用来调整脉宽调制参考电压信号S_VID的振幅。

图6是依照本发明一实施例的电压调节集成电路的示意图。请参阅 图6。电压调节集成电路510用以耦接脉宽调制参考电压信息提供单元 520与外部电路530。脉宽调制参考电压信息提供单元520依据其本身 的工作状态而提供一脉宽调制参考电压信号S_VID。对于图6所示的各个 元件进行如下说明。

电压调节集成电路510包括第一至第五接脚J₁～J₅、误差放大器 540、控制单元550以及输出接脚J_OUT。第一接脚J₁用以耦接所述脉宽 调制参考电压信息提供单元510。第二至第四接脚J₂～J₄用以耦接外部 电路530。外部电路530提供参考电压V_REF，且参考电压V_REF耦接至第 四接脚J₄。第五接脚J₅用以耦接一输出反馈电压V_FB。误差放大器540 具有第一输入端(反相输入端)与第二输入端(非反相输入端)，其中 的第一输入端接收此输出反馈电压V_FB，而第二输入端通过第四接脚J₄接收到参考电压V_REF。并且误差放大器540反应于输出反馈电压V_FB与 关联于参考电压V_REF而输出一误差放大信号V_COM。控制单元550耦接 误差放大器540，且依据误差放大信号V_COM提供出调节电压V_REG，并 从所述输出接脚J_OUT作输出，其中此输出反馈电压V_FB取决于调节电压 V_REG。

另外，电压调节集成电路510还可包括电压缓冲电路560。电压缓 冲电路560的输入耦接第一接脚J₁，其输出耦接第二接脚J₂，其一端耦 接至工作电压V_R并且耦接至第三接脚J₃。外部电路530可包括积分电 路532以及电阻网路534。积分电路532可由电阻R1与电容C所组成， 其中电阻R1的一端耦接第第二接脚J₂。电阻R1的另一端耦接电容C的 一端，而电容C的另一端则耦接地GND。并且，电阻网路534可由电 阻R2至R4所组成，其中电阻R4耦接至第三接脚J₃，而电阻R3及电 阻R4的耦接处连接至第四接脚J₄。参考电压V_REF可以由如下的数学式 1确定。

【数学式1】

参考电压$V_{\mathrm{REF}}=V_R\times D\times \frac{R3//R4}{R1+R2+(R3//R4)}+V_R\times$

$\frac{(R1+R2)//R3}{R4+(R1+R2)//R3},$其中D为脉宽调制参考电压信号S_VID的工作周 期(dut_y c_ycle)的百分比值。

接下来，将以下述各个实施例使所属领域技术人员可以很容易理解 和修改成不同类型的集成电路。

图7是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图。请参 阅图7。电压调节集成电路510A是基于电压调节集成电路510的一变化 类型。电压调节集成电路510A可包括调整电压源V_ADJ。调整电压源V_ADJ耦接于第四接脚J₄与误差放大器540的第二输入端之间。参考电压V_REF可以由如下的数学式2确定。

【数学式2】

参考电压$V_{\mathrm{REF}}=V_R\times D\times \frac{R3//R4}{R1+R2+(R3//R4)}+V_R\times$

$\frac{(R1+R2)//R3}{R4+(R1+R2)//R3}{V}_{\mathrm{ADJ}}.$

图8是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图。请参 阅图8。电压调节集成电路510B是基于电压调节集成电路510的另一变 化类型。电压调节集成电路510B可包括调整电流源I_ADJ。调整电流源 I_ADJ耦接至第四接脚J₄与误差放大器540的第二输入端。参考电压V_REF可以由如下的数学式3确定。

【数学式3】

参考电压$V_{\mathrm{REF}}=V_R\times D\times \frac{R3//R4}{R1+R2+(R3//R4)}+V_R\times$

$\frac{(R1+R2)//R3}{R4+(R1+R2)//R3}-I_{\mathrm{ADJ}}\times [(R1+R2)//R3//R4].$

图9是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图。请参 阅图9。电压调节集成电路510C具有类比式的偏置功能(offset function)， 且是基于电压调节集成电路510的另一变化类型。在不增加接脚的前提 下，电压调节集成电路510C还用以耦接外部的一偏压功能设定电路 570。偏压功能设定电路570可为电阻R5和电阻R6的串接电路，以对 工作电压V_DD进行分压。另外，电压调节集成电路510C包括原本要用 于偏置功能的第六接脚J₆与电流调整单元572。此第六接脚J₆用以耦接 偏压功能设定电路570，并且第六接脚J₆通过电流调整单元572耦接至 调整电流源I_ADJ。因此，调整电流源I_ADJ可根据电流调整单元572来作 调整。

图10是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图。请 参阅图10。电压调节集成电路510D具有类比式的衰减功能(droop  function)，而且是基于电压调节集成电路510的另一变化类型。在不增 加接脚的前提下，电压调节集成电路510D还用以耦接外部的衰变功能 设定电路580。而电压调节集成电路510D包括电流感测及电流镜单元 582，以及原本要用于衰减功能的第七接脚J₇及第八接脚J₈。第七接脚 J₇及第八接脚J₈用以耦接衰变功能设定电路580，并且第七接脚J₇及第 八接脚J₈通过电流感测及电流镜单元582耦接调整电流源I_ADJ。因此， 调整电流源I_ADJ可根据电流感测及电流镜单元582来作调整。

图11是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图。请 参阅图11。电压调节集成电路510E是基于电压调节集成电路510的另 一变化类型。电压调节集成电路510D还可包括脉冲宽度调制单元590。 脉冲宽度调制单元590用以对脉宽调制参考电压信号S_VID进行数位式的 脉冲宽度调制，而调整后的脉冲为原本的脉宽调制参考电压信号S_VID与 额外的脉冲的总和。此调整后的脉冲再经由电压调节集成电路510D的 外部的积分电路532就可产生与原本不一样的类比型式的参考电压 V_REF。

图12是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图。请 参阅图12。电压调节集成电路510F是基于电压调节集成电路510的另 一变化类型。电压调节集成电路510F可包括脉冲宽度调制单元590A、 调整信号产生单元594A以及第六接脚J₆。此第六接脚J₆用以耦接外部 的偏压功能设定电路570，并且第六接脚J₆耦接调整信号产生单元594A。 脉冲宽度调制单元590A根据脉宽调制参考电压信号S_VID与调整信号产 生单元594A的输出来进行脉冲宽度调制。另外，第六接脚J₆所接收的 输入电压可以经由软体、或跳接方式、或其他的类比方式、或其他的数 位方式、或随不同条件而变动的数值、或是固定值，因此本发明不限制 第六接脚J₆所接收的电压类型。

图13是依照本发明另一实施例的电压调节集成电路的示意图。请 参阅图13。电压调节集成电路510G是基于电压调节集成电路510的另 一变化类型。电压调节集成电路510G可包括脉冲宽度调制单元590B、 调整信号产生单元594B、第七接脚J₇及第八接脚J₈。脉冲宽度调制单 元590B耦接于第二接脚J₂与电压缓冲电路560的输出之间。调整信号 产生单元594B接收来自第七接脚J₇及第八接脚J₈的输入信号，并产生 一调整信号S_ADJ给脉冲宽度调制单元590B。脉冲宽度调制单元590B可 根据经缓冲的脉宽调制参考电压信号S_VID以及调整信号S_ADJ来进行脉冲 宽度调制。

基于上述各示范性实施例所揭示的内容可知，所设计的电压调节集 成电路不需要额外的接脚即能进行动态的电压调节，所以可以有效地解 决传统因采用额外接脚与元件所造成电路面积变大的问题。另一方面， 相较于传统方式，所设计的电压调节集成电路或电压调节电路的电路面 积会较小，且元件使用数也较少，因此可以降低制造成本。

基于上述实施例所揭示的内容，可以汇整出一种通用的电压调节方 法。更清楚来说，图14示出为本发明一实施例的电压调节方法的流程 图。请合并参阅图1和图14，本实施例的电压调节方法可以包括以下步 骤。

如步骤S1401所示，基于脉宽调制参考电压信号S_VID且加以调整而 产生参考电压V_REF。

接着如步骤S1403所示，反应于输出反馈电压V_FB与关联于参考电 压V_REF，以进行误差比较，输出一误差放大信号V_COMP。

然后如步骤S1405所示，依据误差放大信号V_COMP来提供一调节电 压V_REG，其中输出反馈电压V_FB取决于调节电压V_REG。

另外，在一实施例中，进行步骤S1401时，可以运用积分方式调整 脉宽调制参考电压信号S_VID，也可以用数位方式调整脉宽调制参考电压 信号S_VID的脉宽，或调整脉宽调制参考电压信号S_VID的振幅。

再者，在又一实施例中，进行步骤S1403时，还可进一步利用参考 电压V_REF与一调整电压源V_ADJ耦合(如图2或图7所示出)、或者参 考电压V_REF与调整电流源I_ADJ耦合(如图3或图8所示出)，以产生一 耦合信号，再以此耦合信号与输出反馈电压V_FB进行误差比较，从而输 出误差放大信号V_COMP。

综上所述，本发明因采用新颖的设计，而且所设计的电压调节集成 电路不需要额外的接脚即能进行动态的电压调节，所以可以有效地解决 传统因采用额外接脚与元件所造成电路面积变大的问题。另一方面，相 较于传统方式，本发明的电压调节电路或方法所使用的电路面积会比较 小，且元件使用数也较少，因此可以降低制造成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非 对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的 普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进 行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或 者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范 围。