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KR20160001620A - 고주파수 온-패키지 전압 조절기 - Google Patents

고주파수 온-패키지 전압 조절기 Download PDF

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KR20160001620A KR1020150070781A KR20150070781A KR20160001620A KR 20160001620 A KR20160001620 A KR 20160001620A KR 1020150070781 A KR1020150070781 A KR 1020150070781A KR 20150070781 A KR20150070781 A KR 20150070781A KR 20160001620 A KR20160001620 A KR 20160001620A
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Abstract

온-패키지 전압 조절 시스템은 플랫폼 제어기 허브(PCH), 드라이버 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(DRMOS) 제어 유닛, 및 출력 노드에 연결된 복수의 인덕터를 포함한다. PCH는 출력 노드에서의 출력 전압에 대응하는 전압 피드백 신호를 수신하고, 전압 피드백 신호와 기준 전압 사이의 차이에 기초하여 제어 신호를 출력한다. DRMOS 제어 유닛은 복수의 스위치 트랜지스터 및 DRMOS 제어기를 포함한다. 스위치 트랜지스터들은 복수의 인덕터를 통하여 출력 노드에 연결된다. DRMOS 제어기는 PCH로부터의 제어 신호에 기초하여 출력 전류를 결정하고, 복수의 인덕터를 통한 출력 전류의 분배량을 결정하는 로직을 포함한다. 트랜지스터 드라이버들은 결정된 출력 전류 및 분배량에 기초하여 복수의 인덕터를 통해 출력 전류를 분배하도록 스위치 트랜지스터들을 제어한다.

Description

고주파수 온-패키지 전압 조절기{HIGH-FREQUENCY ON-PACKAGE VOLTAGE REGULATOR}
본 개시내용은 전자 디바이스를 위한 전압 조절기에 관한 것이다.
스마트폰들, 랩톱들 또는 노트북 컴퓨터들, 및 태블릿 컴퓨터들과 같은 모바일 플랫폼들을 포함하는 전자 디바이스들은 크기 축소가 계속되고 있다. 코어 전압 조절기(core voltage regulator)(VR)와 충전기를 포함하는 전력 전달 시스템(power delivery system)은 종종 (본 명세서에서 플랫폼 부하(platform load), 또는 단순히 플랫폼이라고도 지칭되는) 전자 디바이스의 가장 큰 컴포넌트들 중 하나이다. 전자 디바이스들의 크기가 축소됨에 따라, 사용자들은 또한 전력 어댑터들이 더 작아지고 더 휴대성이 있게 될 것으로 기대한다. 모바일 플랫폼 설계들에 대한 도전과제는 성능에 악영향을 미치지 않고, 전압 조절기들과 어댑터를 축소시키는 것이다.
구성들 및 실시예들이 다음의 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 수 있으며, 도면들에서는 유사한 참조 번호들이 유사한 요소들을 가리킨다.
도 1a는 벅 컨버터(buck converter)에 전기적으로 연결된 제어기를 포함하는 전압 조절기의 블록도이다.
도 1b는 도 1a에 나타난 전압 조절기에 의해 이용되는 예시적인 제어기의 블록도이다.
도 2a는 통합 드라이버 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(DRMOS)에 전기적으로 연결된 제어기를 포함하는 다른 전압 조절기의 블록도이다.
도 2b는 병렬로 접속된 복수의 DRMOS 유닛들 및 대응하는 인덕터들에 전기적으로 연결된 제어기를 포함하는 다중위상 전압 조절기(multiphase voltage regulator)의 블록도이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 전압 조절기의 블록도이다.
도 3b는 일 실시예에 따른 도 3a에 도시된 플랫폼 제어기 허브(PCH; platform controller hub)의 블록도이다.
도 3c는 일 실시예에 따른 도 3a에 도시된 DRMOS 제어기에 포함된 제어 로직의 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 DRMOS 제어 유닛에 PWM 커맨드 신호(410)를 제공하도록 구성된 PCH를 포함하는 전압 조절기의 블록도이다.
본 명세서에 개시된 실시예들 및 구성들은 설계를 단순화하고, 효율성을 증가시키고, 접속들(예를 들어, 솔더 범프들 또는 조인트들)을 감소시키고, 크기를 감소시키고, 및/또는 전력단을 제어하는 비용을 줄이기 위해 고주파수 온-패키지 전압 조절기(high-frequency on-package voltage regulator) 내에 로직을 분포시킨다.
플랫폼 전압 조절기들의 크기와 비용을 최소화하거나 감소시키기 위한 한가지 방법은 SOC(system-on-a-chip) 다이 또는 패키지에서 고주파수 전압 조절기(HFVR; high-frequency voltage regulator)를 사용하는 것이다. 제한이 아닌, 예시에 의해서, 스위칭 주파수는 수십 MHz의 범위에 있을 수 있다. 그러나, 통상의 기술자들은 더 높거나 더 낮은 스위칭 주파수들이 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 온-다이 또는 온-패키지 HFVR들을 이용하는 것은 훨씬 더 적은 플랫폼 전압 조절기들과 훨씬 더 작은 플랫폼 전력 전달 시스템으로 이어진다. 그러나, 온-다이 통합 해결책이 가진 문제점은 온-다이 전압 조절기들의 상대적으로 낮은 확장성(scalability)이다. 또한, 온-패키지 전압 조절기들은 다중 병렬 위상들 사이에 전류 분배(current sharing)를 제어하기 위해 이용된 범프 면적의 증가 때문에 더 많은 실리콘 다이를 요구할 수 있고, 이것은 비싸지게 된다.
예를 들어, 도 1a는 벅 컨버터(112)에 전기적으로 연결된 제어기(110)를 포함하는 종래의 전압 조절기(100)의 블록도이다. 벅 컨버터(112)는 제1 스위치 트랜지스터(114), 제2 스위치 트랜지스터(116), 인덕터(118), 및 커패시터(120)를 포함한다. 각각의 제1 스위치 트랜지스터(114)와 제2 스위치 트랜지스터(116)는 전계 효과 트랜지스터(FET; field effect transistor)일 수 있다. 제1 스위치 트랜지스터(114)와 제2 스위치 트랜지스터(116)는 직류(DC) 입력 전압 Vin과 접지 사이에 직렬로 연결된다. 제1 스위치 트랜지스터(114)와 제2 스위치 트랜지스터(116) 사이의 중간 노드(122)가 인덕터(118)의 제1 단부에 연결된다. 인덕터(118)의 제2 단부가 플랫폼 부하(또는 전자 디바이스)에 출력 전압 Vout을 제공하는 출력 노드(124)로서 간주될 수 있다. 커패시터(120)는 출력 노드(124)와 접지 사이에 연결된다. 인덕터(118)와 커패시터(120)는 전압 조절기(100)의 출력 필터를 형성한다.
벅 컨버터(112)는 전류 피드백 신호 Isense와 전압 피드백 신호 Vsense를 제어기(110)에 제공한다. 전류 피드백 신호 Isense는 인덕터(118)를 통한 출력 전류 Iout을 나타낸다. 전압 피드백 신호 Vsense는 출력 전압 Vout을 나타낸다. 제어기(110)는 입력 전압 Vin 또는 부하 조건들에 대한 변경들에 상관없이 원하는 허용 오차(tolerance) 내에서 일정하게 유지하는 선택된 크기의 고정 또는 가변 출력 전압 Vout을 생성하기 위해 벅 컨버터(112)를 제어하는 데 전류 및 전압 피드백 신호들 Isense 및 Vsense를 이용한다. 부하 증가에 따라 출력 전압이 드룹핑(drooping)하는 "부하선"을 구현하는 것이 또한 가능하다. 제어기(110)는 또한 전압 조절기(100)를 과전류 조건들로부터 보호하는 것을 돕기 위해 전류 피드백 신호 Isense를 이용할 수 있다.
도 1b는 도 1a에 나타난 전압 조절기(100)에 의해 이용되는 예시적인 제어기(110)의 블록도이다. 제어기(110)는 펄스 폭 변조(PWM; pulse width modulation) 제어 디바이스(126), 트랜지스터 드라이버 회로(128), 전압 감지 디바이스(130), 및 전류 감지 디바이스(132)를 포함한다. 전압 감지 디바이스(130)는 출력 전압 Vout을 나타내는 전압 피드백 신호 Vsense를 수신한다. 전류 감지 디바이스(132)는 인덕터(118)를 통한 출력 전류 Iout을 나타내는 전류 피드백 신호 Isense를 수신한다. 전압 감지 디바이스(130) 및 전류 감지 디바이스(132)는 출력 신호들을 PWM 제어 디바이스(126)에 제공한다. 디바이스들(126, 130 및 132)은 또한 보상 및 필터링 네트워크들을 포함할 수 있다.
피드백 신호들 Isense 및 Vsense에 기초하여, PWM 제어 디바이스(126)는 트랜지스터 드라이버 회로(128)에 제공된 펄스 폭 변조 신호들을 생성한다. 트랜지스터 드라이버 회로(128)는 (도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이) 벅 컨버터(112)의 제1 스위치 트랜지스터(114) 및 제2 스위치 트랜지스터(116)에 구동 신호들(134, 136)을 제공한다. 더욱 구체적으로는, 트랜지스터 드라이버 회로(128)는 PWM 신호들을 제1 스위치 트랜지스터(114) 및 제2 스위치 트랜지스터(116)에 제공한다. PWM 신호들(또는 구동 신호들(134, 136))의 폭은 출력 노드(124)에서의 출력 전압 Vout의 선택된 크기로 입력 전압 Vin을 변환하기 위해 제1 및 제2 스위치 트랜지스터들(114, 116)의 타이밍을 제어한다.
하나보다 많은 위상이 이용되면, 제어기(110)는 병렬로 접속된 복수의 벅 컨버터들(112)(각각의 위상에 대해 하나)에 연결될 수 있다. 그러므로, 제어기(110)는 위상들의 수와 같은 수만큼 전류 모니터링 및 위상 밸런싱 입력들뿐만 아니라, 구동 신호들(134, 136)의 쌍들을 포함한다.
도 2a는 통합 드라이버 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(DRMOS)(212)에 전기적으로 연결된 제어기(210)를 포함하는 다른 전압 조절기(200)의 블록도이다. DRMOS(212)는 통합 드라이버(214)(또는 FET 드라이버(214))로부터 구동 신호들에 의해 구동된 스위치 트랜지스터들(114, 116)을 포함한다. 도 2a에 도시된 전압 조절기(200)는, 제어기(210)가 스위칭 주파수를 설정하고 PWM 신호들(216)을 생성해서 인덕터(118)를 통한 출력 전류 Iout 및 출력 전압 Vout을 각각 나타내는 피드백 신호들 Isense 및 Vsense에 기초하여 개별 트랜지스터들(114, 116)을 스위칭할 때를 제어한다는 점에서, 도 1a에 나타난 전압 조절기(100)와 유사하다. 그러나, 도 2a의 제어기(210)는 도 1b에 도시된 트랜지스터 드라이버 회로(128)를 포함하지 않는다. 오히려, 도 2a의 제어기는 PWM 신호들(216)을 DRMOS(212)의 통합 드라이버(214)에 직접 제공한다. 도 2a에 도시된 예에서, 제어기(210)는 또한 불연속적 전도 모드(DCM; discontinuous conduction mode) 신호(218)를 DRMOS(212)에 제공하여 DCM 모드에서 스위치 트랜지스터들(114, 116)을 구동할 수 있다.
도 2b는 병렬로 접속된 복수의 DRMOS 유닛들(212(a), 212(b), 212(c), 212(d)) 및 대응하는 인덕터들(118(a), 118(b), 118(c), 118(d))에 전기적으로 연결된 제어기(210)를 포함하는 다중위상 전압 조절기(230)의 블록도이다. 이 예에서는 4개의 위상이 이용되지만, 통상의 기술자들은 더 많거나 더 적은 위상이 또한 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 전류 분배 및 위상 밸런싱을 제공하기 위해, 제어기(210)는 각자의 인덕터들(118(a), 118(b), 118(c), 118(d))을 통한 각각의 출력 전류에 대한 전류 피드백 신호(Isense1, Isense2, Isense3, Isense4)를 수신하고, 각각의 DRMOS 유닛(212(a), 212(b), 212(c), 212(d))에 별개의 PWM 신호들(216(a)-(d))을 제공한다. 그러므로, 접속들 또는 범프들의 수는 제어기(210)에 의해 제어된 각각의 위상에 대해 증가한다.
본 출원의 발명자들은 도 1a, 1b, 2a, 및 2b에 도시된 전압 조절기 해결책들이 특정 온-패키지 전압 조절기(OPVR; on-package voltage regulator) 애플리케이션들에 대해 너무 비싸고 및/또는 비효율적일 수 있다는 것을 인식하였다. 예를 들어, OPVR의 인덕턴스는 마더보드에서 정상적으로 이용되는 것보다 거의 두 자릿수만큼 훨씬 더 작을 수 있고, 이것은 직류 저항(DCR; direct current resistance) 감지가 매우 어려워지게 한다. 정확한 전류 정보 없이, 위상들 사이의 전류 분배는 어렵거나 거의 불가능할 수 있고, 이것은 높은 전류를 소모하고 다중 위상들을 병렬로 요구하는 오늘날의 SOC들에 대한 문제일 수 있다. 또한, 도 2b에 도시된 DRMOS 유닛들(212(a), 212(b), 212(c), 212(d))은 인덕터 전류를 측정할 수 있지만, 이 정보를 제어기(210)에 보내기 위해서는 특별한 고주파수 채널이 필요할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 제어기(210)가 모든 위상들을 구동하고 있다면, 증가된 수의 접속들 또는 범프들이 이용되고, 이것은 모든 범프가 돈 및 효율 손실의 관점에서 비싸기 때문에, 비용을 증가시키고, OPVR 효율을 감소시킨다. 또한, 최대 위상 카운트(maximum phase count)를 지원하는 제어기들을 이용하는 것은 특정 설계들에 대해 유용하고, 이것은 다중 제어기들, 또는 더 크고 더 비싼 제어기들을 의미한다.
그러므로, 본 명세서에 개시된 특정 실시예들은, PWM 신호 및 전류 분배를 위해 (도 2a 및 도 2b에 도시된 제어기(210)와 같은) 제어기에 의존하는 대신에, 통합 DRMOS 제어기가 PWM 신호 및 전류 분배를 제공하도록 고주파수 온-패키지 전압 조절기 내에 로직을 분포시킨다. 그러한 실시예들은 고주파수 온-패키지 전압 조절기에 대한 더 값싸고, 더 단순하고, 더 효율적인 해결책을 제공한다.
도 3a는 일 실시예에 따른 전압 조절기(300)의 블록도이다. 전압 조절기(300)는 예를 들어, 고주파수 온-패키지 전압 조절기로서 이용될 수 있다. 다시 말하면, 전압 조절기(300)는 플랫폼의 중앙 처리 유닛(CPU) 또는 SOC와 함께 패키지에 포함될 수 있다. 전압 조절기(300)는 DRMOS 제어 유닛(312)에 전기적으로 연결된 플랫폼 제어기 허브(PCH)(310)를 포함한다. DRMOS 제어 유닛(312)은 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(a), 116(a)) 및 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(b), 116(b))과 통합된 DRMOS 제어기(314)를 포함한다. 후술하는 바와 같이, 도 3a에 도시된 DRMOS 제어 유닛(312)은 여러 면에서 도 2a에 도시된 DRMOS(212)와 상이하다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 통합 FET 드라이버들(214)을 포함하는 것에 부가하여, 도 3a에 도시된 DRMOS 제어기(314)는 또한 PCH(310)에 의해 명령된(commanded) 전류의 모든 위상들의 출력 전류를 제어하는 제어 로직을 포함한다.
이 예시적 실시예에서, DRMOS 제어 유닛(312)은 전류 Iout(a)과 Iout(b)의 2개의 위상들을 제공하도록 구성된다. 따라서, 전압 조절기(300)는 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(a), 116(a))에 연결된 제1 인덕터(118(a)) 및 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(b), 116(b))에 연결된 제2 인덕터(118(b))를 포함한다. 그러나, 통상의 기술자들은 다른 실시예들이 단일 전류를 제공하기 위해 단일 쌍의 트랜지스터들 및 단일 인덕터를 포함할 수 있거나, 또는 많은 위상들을 제공하기 위해 2개보다 많은 쌍의 트랜지스터들 및 2개보다 많은 인덕터들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
제1 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(a), 116(a)) 및 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(b), 116(b))은 각각 FET일 수 있다. 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(a), 116(a))은 DC 입력 전압 Vin과 접지 사이에 직렬로 연결된다. 유사하게, 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(b), 116(b))은 DC 입력 전압 Vin과 접지 사이에 직렬로 연결된다. 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(a), 116(a)) 사이의 제1 중간 노드(122(a))는 제1 인덕터(118(a))의 제1 단부에 연결되고, 제2 쌍의 스위치 트랜지스터(114(b), 116(b)) 사이의 제2 중간 노드(122(b))는 제2 인덕터(118(b))의 제1 단부에 연결된다. 제1 인덕터(118(a))의 제2 단부와 제2 인덕터(118(b))의 제2 단부는 출력 전압 Vout을 플랫폼 부하(또는 전자 디바이스)에 제공하는 출력 노드(124)(예를 들어, 출력 레일)에 전기적으로 연결된다. 커패시터(120)는 출력 노드(124)와 접지 사이에 연결된다. 인덕터들(118(a), 118(b))과 커패시터(120)는 전압 조절기(300)의 출력 필터를 형성한다.
특정 실시예들에서, 도 1a, 1b, 2a 및 2b에 도시된 제어기들(110, 210)과 같은 별도의 전력 제어기를 이용하기보다는 오히려, 플랫폼의 PCH(310)는 OPVR 전력 전달을 위한 주 제어기로서 이용된다. 일반적으로, 특정 플랫폼을 위해 구성된 PCH는 CPU와 함께 사용된 특정 데이터 경로들 및 지원 기능들을 제어한다. PCH는 예를 들어, 시스템 클록, CPU를 갖는 직접 미디어 인터페이스(a direct media interface with the CPU), 및/또는 플렉시블 디스플레이 인터페이스(예를 들어, 통합 그래픽을 갖는 프로세서를 지원하는 경우)를 제공할 수 있다. 특정 실시예들에서, PCH(310)는 CPU와 동일한 패키지에 있다. 다른 실시예들에서, PCH(310)는 SOC의 일부로서 CPU와 동일한 다이 상에 통합된다. 그러나, 도 3a에 도시된 실시예에서 PCH(310)와 DRMOS 제어 유닛(312)은 서로 동일한 다이 상이 아니라, 동일한 패키지 상에 있다. 그러한 실시예들에서, PCH(310)와 DRMOS 제어 유닛(312)은 상이한 엔티티들 또는 소스들(예를 들어, 제조자들)에 의해 제공될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, PCH(310)는 OPVR 전력 전달을 위한 주 제어기로서 이용된다. PCH(310)는 출력 노드(124)에서의 출력 전압 Vout을 나타내는 전압 피드백 신호 Vsense에 기초하여 전류 커맨드(316)를 생성하기 위해 그것의 디지털 및 아날로그 회로를 이용한다. 예를 들어, 도 3b는 일 실시예에 따른 도 3a에 도시된 PCH(310)의 블록도이다. 도 3b에 도시된 예에서, PCH는 전압 비교기 모듈(318), 증폭기 모듈(320), 및 디지털 보상 모듈(322)을 포함한다.
전압 비교기 모듈(318)은 기준 전압 Vref와 전압 피드백 신호 Vsense를 비교하고, 증폭기 모듈(320)에 전압 차이를 출력한다. 증폭기 모듈(320)은 전압 비교기 모듈(318)로부터의 전압 차이(또는 전압 오차)를 증폭하고, 증폭된 신호를 디지털 보상 모듈(322)에 제공한다. 디지털 보상 모듈(322)은 전압 오차에 기초하여 전류 커맨드(316)를 생성한다. PCH(310)는 전류 커맨드(316)를 DRMOS 제어 유닛(312)의 DRMOS 제어기(314)에 전달한다. 일 실시예에서, 전류 커맨드(316)는 출력 노드(124)에 제공할 전체 전류(예를 들어, Iout(a) + Iout(b))를 DRMOS 제어기(314)에 표시한다. 그러나, PCH(310)는 어떻게 전류가 상이한 인덕터들(118(a), 118(b)) 사이에 분배되어야 하고 및/또는 보상되어야 하는지에 대해 책임이 없다. 그러므로, 특정 실시예들에서, (도 2b에 도시된 전류 피드백 신호들(Isense1, Isense2, Isense3, 및 Isense4와 같은) 개별 인덕터들(118(a), 118(b))을 통한 출력 전류들을 나타내는 피드백 신호들은 PCH(310)에 제공되지 않는다.
게다가, 또는 다른 실시예들에서, PCH(310)는 적절한 전압 조절기 출력 전압 값, 슬루 레이트들(slew rates), 및 SOC 동작 모드를 선택적으로 제어하기 위해, 예를 들어, 직렬 전압 식별(SVID 또는 I2C) 버스를 통하여, SOC(도시되지 않음)와 통신한다. 예를 들어, 슬립(sleep) 모드에서, PCH(310)는 DCM 또는 저전력 신호(218)를 DRMOS 제어기(314)로 보낼 수 있고, 이것은 DRMOS 제어 유닛(312)이 DCM 모드에 들어갈 수 있게 하고 및/또는 위상들의 일부를 절단(cut)할 수 있게 한다.
전류 커맨드(316)에 응답하여, (특정 실시예들에서 하나보다 많은 위상을 갖는) DRMOS 제어 유닛(312)의 DRMOS 제어기(314)는 PCH(310)에 의해 명령된 전류에 위상들의 전체 출력 전류(예를 들어, Iout(a) + Iout(b))를 제어하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, DRMOS 제어 유닛(312)은 높은 정확도를 가질 필요가 없고, 전체 출력 전류는 PCH의 명령된 전류의 실제 값에서 벗어날 수 있는데, 그것은 PCH(310)가 적절한 출력 전압 Vout을 유지하기 위해 전체 전류의 값을 보정하는 데 피드백 루프를 이용하기 때문이다. 전류 커맨드(316)는 출력 전압 Vout을 위한 프록시로서만 간주될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전류 커맨드(316)는 단순히 전압 피드백 신호 Vsense와 기준 전압 Vref 사이의 전압 오차의 표시를 제공하고, DRMOS 제어기(314)는 위상들의 전체 출력 전류를 결정한다.
특정 실시예들에서, DRMOS 제어 유닛(312)은 상이한 위상 전류들 Iout(a) 및 Iout(b) 사이의 전류 분배 및 위상 밸런싱을 제공하고 유지하도록 또한 구성된다. 예를 들어, 도 3c는 일 실시예에 따른 도 3a에 도시된 DRMOS 제어기(314)에 포함된 제어 로직의 블록도이다. 이 예에서, DRMOS 제어기(314)에 포함된 제어 로직은 전류 조절 모듈(current regulating module)(324), 전류 분배 모듈(current sharing module)(326), 및 PWM 제어 모듈(328)을 포함한다. 통상의 기술자들은 모든 모듈(324, 326, 328)이 모든 실시예에서 요구되지는 않다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 전류 분배 모듈(326)은 단일 위상을 이용하는 실시예들에서는 사용되지 않을 수 있다.
도 3c에 도시된 예에서, 전류 조절 모듈(324)은 PCH(310)로부터 전류 커맨드(316)를 수신하고, 출력 노드(124)에 생성된 전체 전류를 변경하기 위해 DRMOS 제어기(314)의 설정을 조정한다. 전류 조절 모듈(324)은 조정된 설정 및/또는 변경된 전체 전류의 표시를 전류 분배 모듈(326)에 제공하고, 전류 분배 모듈(326)은 어떻게 전류를 상이한 위상들 사이에 분배할지를 결정한다. 예를 들어, 특정 애플리케이션에 따라서, 출력 전류 Iout(a)의 진폭은 출력 전류 Iout(b)의 진폭과 같을 수 있거나, 출력 전류 Iout(a)의 진폭은 출력 전류 Iout(b)의 진폭과 상이할 수 있다. 또 다른 예로서, 전류 분배 모듈(326)이 또한 출력 전류 Iout(a)의 위상을, 출력 전류 Iout(b)의 위상과 동일하거나 그와 상이하도록 제어할 수 있다. 또한, Iout(a)과 Iout(b)는 더 좋은 경부하 효율(light load efficiency)을 달성하기 위해 위상들 중 하나를 위한 "베이비-벅(baby-buck)" 컨버터를 지원하기 위해 특정 비율로 유지될 수 있다.
특정 실시예들에서, 도 3c에 도시되지 않았을지라도, 전류 조절 모듈(324) 및/또는 전류 분배 모듈(326)은 각각의 인덕터들(118(a), 118(b))을 통해 출력 전류들 Iout(a) 및 Iout(b)을 나타내는 전류 피드백 신호들(예를 들어, Isense 신호들)을 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 인덕터(118(a))를 통한 출력 전류 Iout(a)의 오차가 제2 인덕터(118(b))를 통한 출력 전류 Iout(b)의 오차와 상이할 때, 전류 피드백 신호들을 전류 조절 모듈(324) 및/또는 전류 분배 모듈(326)에 제공하는 것은 유용할 수 있다. 또 다른 예에서, DRMOS 제어기(314)는 직접적으로 FET 전류들을 측정하고 전력단들 사이의 더 좋은 전류 분배를 위해 측정들을 이용할 수 있다. 그러나, 출력 전류들 Iout(a), Iout(b)의 오차들이 대략 동일한 실시예들에서, 전류 피드백 신호들을 전류 조절 모듈(324) 및/또는 전류 분배 모듈(326)에 정확하게 제공할 필요는 감소되거나 제거될 수 있다. 또한, DRMOS 제어 유닛(312)이 전류 조절 모듈(324) 및/또는 전류 분배 모듈(326)에 의해 이용된 출력 전류들 (Iout(a), Iout(b))을 측정하고, 전압 피드백 신호 Vsense만이 PCH(310)에 전달되기 때문에, 전류 피드백 신호들(Isense)을 PCH(310) 또는 다른 온-패키지 컴포넌트들로 보내기 위해 특별한 고주파 채널을 이용하는 것은 필요하지 않다.
전류 분배 모듈(326)(또는 전류 분배 모듈(326)이 이용되지 않는 경우 전류 조절 모듈(324))의 출력에 기초하여, PWM 제어 모듈(328)은 DRMOS 제어기(314)의 트랜지스터 드라이버들(도시되지 않음)에 제공되는 펄스 폭 변조 신호들을 생성한다. 도 1b에 도시된 트랜지스터 드라이버 회로(128) 또는 도 2a에 도시된 통합 드라이버(214)와 같이, 도 3a에 도시된 DRMOS 제어기(314)의 트랜지스터 드라이버들은 PWM 신호들을 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(a), 116(a))과 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(b), 116(b))에 제공한다. PWM 신호들의 폭은 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(a), 116(a))과 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(b), 116(b))의 타이밍을 제어한다.
DRMOS 제어기(314)에 포함된 제어 로직이 PWM 클록 또는 상수 온-타임(constant on-time)을 설정한다. 특정 실시예들에서, 피드백 보상은 DRMOS 제어 유닛(312)의 스위칭 주파수에 기초하여 PCH(310)에 설정된다. 그러므로, PWM 클록 또는 상수 온-타임은 주어진 스위칭 주파수에 대해 미세 조정될 수 있다. 게다가, 또는 다른 실시예들에서, DRMOS 제어기(314)에 포함된 제어 로직은 불연속적 전도 모드를 작동시키고 인지하고, 과전류 보호를 제공한다.
특정 실시예들에서, 복수의 DRMOS 제어 유닛(312)은 임의 수의 위상들을 지원하기 위해 병렬로 이용될 수 있다. 게다가, 또는 다른 실시예들에서, PCH(310)는 PWM 클록을 포함할 수 있고, (필요하다면 DCM은 물론) PWM 신호를 DRMOS 제어 유닛(312)으로 보낼 수 있다.
예를 들어, 도 4는 일 실시예에 따른 DRMOS 제어 유닛(312)에 PWM 커맨드 신호(410)를 제공하도록 구성된 PCH(310)를 포함하는 전압 조절기(400)의 블록도이다. 전압 조절기(400)는, 예를 들어, 고주파수 온-패키지 전압 조절기로서 이용될 수 있다. 다시 말하면, 전압 조절기(400)는 플랫폼의 중앙 처리 유닛(CPU) 또는 SOC을 가진 패키지 상에 포함될 수 있다.
DRMOS 제어 유닛(312)은 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(a), 116(a)) 및 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(b), 116(b))과 통합된 DRMOS 제어기(314)를 포함한다. 도 3a에 대하여 전술한 바와 같이, 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(a), 116(a))과 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들(114(b), 116(b))은 각각 인덕터들(118(a), 118(b))에 연결된다. 통상의 기술자들은 다른 실시예들이 단일 위상을 제공하기 위해 단일 쌍의 트랜지스터들 및 단일 인덕터를 포함할 수 있거나, 또는 많은 위상을 제공하기 위해 2개보다 많은 쌍의 트랜지스터들 및 2개보다 많은 인덕터들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 4에서, PCH(310)는 온-패키지 전압 조절에 사용되는 클록을 갖는 PWM 모듈(412)을 포함한다. PCH(310)는 그것이 DRMOS 제어 유닛(312)에 제공하는 PWM 커맨드 신호(410)를 생성하기 위해, PWM 모듈(412)을 포함하는, 그것의 디지털 및 아날로그 회로를 이용한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 PCH(310)의 특정 실시예들은 PWM 커맨드 신호(410)를 생성하기 위한 PWM 모듈(412)을 가진 도 3b에 도시된 전압 비교기 모듈(318), 증폭기 모듈(320), 및 디지털 보상 모듈(322)을 이용한다. 전술한 바와 같이, 전압 비교기 모듈(318)은 기준 전압 Vref와 전압 피드백 신호 Vsense를 비교하고, 증폭기 모듈(320)에 전압 차이를 출력한다. 증폭기 모듈(320)은 전압 비교기 모듈(318)로부터 전압 차이(또는 전압 오차)를 증폭하고, 증폭된 신호를 디지털 보상 모듈(322)에 제공한다. 디지털 보상 모듈(322)은 전압 오차에 기초하여 디지털 보상을 제공한다. 그러나, DRMOS 제어 유닛(312)에 전류 커맨드(316)를 출력하기보다는 오히려, PWM 모듈(412)은 PWM 커맨드 신호(410)를 생성하기 위해 디지털 보상 모듈(322)의 출력을 이용한다.
게다가, 또는 다른 실시예들에서, PCH(310)는 적절한 전압 조절기 출력 전압 값, 슬루 레이트들, 및 SOC 동작 모드를 선택적으로 제어하기 위해, 예를 들어, SVID 버스를 통하여, SOC(도시되지 않음)와 통신한다. 예를 들어, 슬립 모드에서, PCH(310)는 DCM 신호(218)를 DRMOS 제어기들로 보낼 수 있고, 이것은 DRMOS 제어 유닛(312)이 DCM 모드에 들어갈 수 있게 하고 및/또는 위상들의 일부를 절단할 수 있게 한다.
도 4의 PCH(310)는 그것이 단일 위상 전력단인 것처럼 DRMOS 제어 유닛(312)을 제어하기 위해 PWM 커맨드 신호(410)를 이용한다. DRMOS 제어기(312)는 PWM 커맨드 신호(410)를 주파수 분할하고 위상들 사이에 전류를 분배하는 것에 대한 책임이 있다. 예를 들어, DRMOS 제어기(314)는 상이한 위상들로 PCH(310)로부터 수신된 PWM 커맨드 신호(410)를 수신하고 분리하기 위해 주파수 분할기(414)를 포함한다. 도 3c에 대하여 전술한 바와 같이, DRMOS 제어 유닛(312)은 상이한 위상 전류들 Iout(a) 및 Iout(b) 사이에 전류 분배를 제공하고 유지하도록 추가로 구성된다.
게다가, 또는 다른 실시예들에서, DRMOS 제어기(314)에 포함된 제어 로직은 불연속적 전도 모드를 작동시키고 인지하고, 과전류 보호를 제공한다.
본 명세서에 개시된 특정 실시예들은 설계마다 위상들의 수를 비교적 쉽게 변경할 수 있게 한다. 도 3a에 도시된 실시예에서, 예를 들어, PCH(310)의 일부 상수 계수(constant coefficient)는 위상들의 수에 기초하여 변경될 수 있다. 다른 예로서, 도 4에 도시된 PCH(310)의 PWM 모듈의 클록 주파수는 위상들의 수에 기초하여 변경될 수 있다. 게다가, 또는 본 명세서에 개시된 다른 실시예들에서, 더 적은 범프들 또는 접속들이 DRMOS 제어 유닛을 이용하는 온-패키지 전압 조절기에 사용될 수 있고, 이것은 더 낮은 비용과 더 높은 효율을 의미한다.
<예시적 실시예들>
하기 예들은 추가 실시예들에 관한 것이다.
예 1에서, 온-패키지 전압 조절 시스템은 PCH, 복수의 인덕터, 및 DRMOS 제어 유닛을 포함한다. PCH는 온-패키지 전압 조절 시스템의 출력 노드에서의 출력 전압에 대응하는 전압 피드백 신호를 수신하고, 전압 피드백 신호와 기준 전압 사이의 차이에 기초하여 제어 신호를 출력하도록 구성된다. 복수의 인덕터는 온-패키지 전압 조절 시스템의 출력 노드에 연결된다. DRMOS 제어 유닛은 복수의 스위치 트랜지스터 및 DRMOS 제어 유닛을 포함한다. 복수의 스위치 트랜지스터는 복수의 인덕터를 통하여 출력 노드에 연결된다. 복수의 인덕터는 DRMOS 제어 유닛과 출력 노드 사이에 병렬로 접속된다. DRMOS 제어기는 로직과 트랜지스터 드라이버들을 포함한다. DRMOS 제어기의 로직은 PCH로부터의 제어 신호에 기초하여 출력 전류를 결정하고, 복수의 인덕터를 통한 출력 전류의 분배량(distribution)을 결정한다. 트랜지스터 드라이버들은 결정된 출력 전류 및 분배량에 기초하여 복수의 인덕터를 통해 출력 전류를 분배하도록 스위치 트랜지스터들을 제어한다.
예 2는 예 1의 온-패키지 전압 조절 시스템을 포함하며, 여기서 DRMOS 제어기의 로직은 복수의 인덕터를 통한 개별 전류들의 상대 위상들을 결정하도록 추가로 구성되고, 트랜지스터 드라이버들은 상대 위상들에 기초하여 복수의 인덕터를 통해 출력 전류를 분배하도록 추가로 구성된다.
예 3은 예 1의 온-패키지 전압 조절 시스템을 포함하며, 여기서 PCH로부터의 제어 신호는 전류 커맨드를 포함한다.
예 4는 예 3의 온-패키지 전압 조절 시스템을 포함하며, 여기서 PCH는 기준 전압과 전압 피드백 신호를 비교하고, 전압 피드백 신호와 기준 전압 사이의 차이에 대응하는 전압 오차 신호를 출력하는 전압 비교기 모듈을 포함한다. PCH는 전압 오차에 기초하여 전류 커맨드를 생성하는 디지털 보상 모듈을 또한 포함한다.
예 5는 예 4의 온-패키지 전압 조절 시스템을 포함하며, 여기서 PCH는, 전압 오차를 디지털 보상 모듈에 제공하기 전에 전압 오차 신호를 증폭하는 증폭기 모듈을 더 포함한다.
예 6은 예 3의 온-패키지 전압 조절 시스템을 포함하며, 여기서 DRMOS 제어기의 로직은, 전류 커맨드에 응답하여 출력 노드에서의 출력 전류를 변경하기 위해 DRMOS 제어기의 하나 이상의 설정을 조정하는 전류 조절 모듈; 조정된 하나 이상의 설정에 기초하여 복수의 인덕터를 통한 출력 전류의 분배량을 결정하는 전류 분배 모듈; 및 트랜지스터 드라이버들에 제공되는 PWM 신호들을 생성하는 PWM 제어 모듈을 포함한다. 트랜지스터 드라이버들은 PWM 신호들에 기초하여 스위치 트랜지스터들을 스위칭한다.
예 7은 예 1의 온-패키지 전압 조절 시스템을 포함하며, 여기서 PCH로부터의 제어 신호는 PWM 커맨드 신호를 포함한다.
예 8은 예 7의 온-패키지 전압 조절 시스템을 포함하며, 여기서 PCH는, 전압 피드백 신호와 기준 전압 사이의 차이에 기초하여 PWM 커맨드를 생성하는 PWM 모듈을 포함한다.
예 9는 예 7의 온-패키지 전압 조절 시스템을 포함하며, 여기서 DRMOS 제어기는 출력 전류의 결정된 분배량에 기초하여 PWM 커맨드 신호를 복수의 인덕터를 통한 개별 전류들에 대응하는 상이한 위상들로 분할하는 주파수 분할기를 포함한다.
예 10은 예 1의 온-패키지 전압 조절 시스템을 포함하며, 여기서 PCH는 복수의 인덕터를 통해 분배된 출력 전류에 대응하는 전류 피드백 신호를 이용하지 않고 제어 신호를 생성한다.
예 11은 예 1의 온-패키지 전압 조절 시스템을 포함하며, 여기서 복수의 스위치 트랜지스터는 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 및 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들을 포함한다. 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들은 입력 전압과 접지 사이에 직렬로 전기적으로 연결된다. 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 사이의 제1 중간 노드가 복수의 인덕터 중의 제1 인덕터를 통하여 온-패키지 전압 조절 시스템의 출력 노드에 전기적으로 연결된다. 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들은 입력 전압과 접지 사이에 직렬로 전기적으로 연결된다. 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들 사이의 제2 중간 노드가 복수의 인덕터 중의 제2 인덕터를 통하여 온-패키지 전압 조절 시스템의 출력 노드에 전기적으로 연결된다.
예 12는 예 11의 온-패키지 전압 조절 시스템을 포함하며, 여기서 트랜지스터 드라이버들은 결정된 출력 전류 및 분배량에 기초하여 제1 인덕터를 통한 출력 전류의 제1 부분과 제2 인덕터를 통한 출력 전류의 제2 부분을 생성하기 위해 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 및 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들을 제어하도록 추가로 구성된다.
예 13에서, DRMOS) 제어 유닛은 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들, 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들, 및 DRMOS 제어기를 포함한다. 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들은 입력 전압과 접지 사이에 직렬로 전기적으로 연결된다. 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 사이의 제1 중간 노드가 제1 전류 출력을 제공한다. 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들은 입력 전압과 접지 사이에 직렬로 전기적으로 연결된다. 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들 사이의 제2 중간 노드가 제2 전류 출력을 제공한다. DRMOS 제어기는 수신된 제어 신호에 기초하여 전체 출력 전류를 결정하고, 제1 전류 출력 및 제2 전류 출력을 통한 전체 출력 전류의 분배량을 결정하도록 구성된다. DRMOS 제어기는, 결정된 출력 전류 및 분배량에 기초하여 제1 전류 출력을 통한 전체 출력 전류의 제1 부분 및 제2 전류 출력을 통한 전체 출력 전류의 제2 부분을 생성하기 위해 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 및 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들을 제어하는 트랜지스터 드라이버들을 포함한다.
예 14는 예 13의 DRMOS 제어 유닛을 포함하며, 여기서 DRMOS 제어기는 제1 전류 출력 및 제2 전류 출력을 통한 개별 전류들의 상대 위상들을 결정하도록 추가로 구성되고, 트랜지스터 드라이버들은 개별 전류들의 상대 위상들을 제어하도록 추가로 구성된다.
예 15는 예 13의 DRMOS 제어 유닛을 포함하며, 여기서 제어 신호는 전류 커맨드를 포함한다.
예 16은 예 15의 DRMOS 제어 유닛을 포함하며, 여기서 DRMOS 제어기는, 전류 커맨드에 응답하여 전체 출력 전류를 변경하기 위해 DRMOS 제어기의 하나 이상의 설정을 조정하는 전류 조절 모듈; 제1 전류 출력 및 제2 전류 출력을 통한 전체 출력 전류의 분배량을 결정하는 전류 분배 모듈; 및 트랜지스터 드라이버들에 제공되는 PWM 신호들을 생성하는 PWM 제어 모듈을 포함한다. 트랜지스터 드라이버들은 PWM 신호들에 기초하여 스위치 트랜지스터들을 스위칭한다.
예 17은 예 13의 DRMOS 제어 유닛을 포함하며, 여기서 제어 신호는 PWM 커맨드 신호를 포함한다.
예 18은 예 17의 DRMOS 제어 유닛을 포함하며, 여기서 DRMOS 제어기는 PWM 커맨드 신호를 제1 전류 출력 및 제2 전류 출력을 통한 개별 전류들에 대응하는 상이한 위상들로 분할하는 주파수 분할기를 포함한다.
예 19에서, IC 패키지는 IC 다이, PCH, 및 전압 조절기를 포함한다. IC 다이는 CPU 또는 SOC를 포함한다. PCH는 CPU 또는 SOC의 적어도 하나의 데이터 경로 및 지원 기능을 제어하고, IC 다이에 전기적으로 연결된 노드에서의 전압 피드백에 기초하여 제어 신호를 출력한다. 전압 조절기는 IC 다이에 전기적으로 연결된 노드에 조절된 전압을 제공한다. 전압 조절기는, 노드에 연결된 복수의 위상 출력(phased output) 사이에 전류를 분배하기 위한 수단; 및 PCH로부터의 제어 신호에 응답하여 복수의 위상 출력을 구동하기 위한 수단을 포함한다.
예 20은 예 19의 IC 패키지를 포함하며, 여기서 제어 신호는 전압 피드백에 기초한 전류 커맨드를 포함하고, 전류를 분배하기 위한 수단은 전류 커맨드에 응답하여 하나 이상의 PWM 신호들을 생성하기 위한 수단을 더 포함한다.
예 21은 예 19의 IC 패키지를 포함하며, 여기서 제어 신호는 단일 PWM 신호를 포함하고, 전류를 분배하기 위한 수단은 복수의 위상 출력의 각각의 위상 출력에 대해 PWM 신호를 주파수 분할하기 위한 수단을 더 포함한다.
예 22에서, 장치는 제1 출력 전류를 제공하기 위한 제1 스위칭 수단, 제2 출력 전류를 제공하기 위한 제2 스위칭 수단, 및 제어 수단을 포함한다. 제어 수단은 수신된 제어 신호에 기초하여 전체 출력 전류를 결정하고, 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 통한 전체 출력 전류의 분배량을 결정하고, 결정된 출력 전류 및 분배량에 기초하여 제1 출력 전류를 통한 전체 출력 전류의 제1 부분 및 제2 출력 전류를 통한 전체 출력 전류의 제2 부분을 생성하기 위해 제1 스위칭 수단 및 제2 스위칭 수단을 구동한다.
예 23은 예 22의 장치를 포함하며, 여기서 제어 수단은 추가로 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 통한 개별 전류들의 상대 위상들을 결정하고, 개별 전류들의 상대 위상들을 제어한다.
예 24는 예 22 또는 예 23의 장치를 포함하며, 여기서 제어 신호는 전류 커맨드를 포함한다.
예 25는 예 24의 장치를 포함하며, 여기서 제어 수단은 추가로 전류 커맨드에 응답하여 전체 출력 전류를 변경하기 위해 하나 이상의 설정을 조정하고, 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 통한 전체 출력 전류의 분배량을 결정하고, 제1 스위칭 수단 및 제2 스위칭 수단을 구동하기 위한 PWM 신호들을 생성한다.
예 26은 예 22 또는 예 23의 장치를 포함하며, 여기서 제어 신호는 PWM 커맨드 신호를 포함한다.
예 27은 예 26의 장치를 포함하며, 여기서 제어 수단은 추가로 PWM 커맨드 신호를 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 통한 개별 전류들에 대응하는 상이한 위상들로 분할한다.
예 28에서, CPU 또는 SOC를 포함하는 IC 패키지 상에서의 또는 내에서의 전압 조절을 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 IC 패키지 상에서 또는 내에서, IC 패키지 상에서의 또는 내에서의 PCH로부터 수신된 제어 신호에 기초하여 전체 출력 전류를 결정하는 단계, IC 패키지 상에서 또는 내에서, 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 통한 전체 출력 전류의 분배량을 결정하는 단계, 및 IC 패키지 상에서 또는 내에서, 결정된 출력 전류 및 분배량에 기초하여, 전체 출력 전류의 제1 부분을 생성하기 위해 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 및 전체 출력 전류의 제2 부분을 생성하기 위해 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들을 구동하는 단계를 포함한다.
예 29는 예 28의 방법을 포함하고, 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 통한 개별 전류들의 상대 위상들을 결정하는 단계, 및 개별 전류들의 상대 위상들을 제어하는 단계를 더 포함한다.
예 30은 예 28 또는 예 29의 방법을 포함하며, 여기서 제어 신호는 전류 커맨드를 포함한다.
예 31은 예 30의 방법을 포함하고, 전류 커맨드에 응답하여 전체 출력 전류를 변경하기 위해 하나 이상의 설정을 조정하는 단계, 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 통한 전체 출력 전류의 분배량을 결정하는 단계, 및 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 및 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들을 구동하기 위한 PWM 신호들을 생성하는 단계를 더 포함한다.
예 32는 예 28 또는 예 29의 방법을 포함하며, 여기서 제어 신호는 PWM 커맨드 신호를 포함한다.
예 33은 예 32의 방법을 포함하며, 여기서 제어 수단은 추가로 PWM 커맨드 신호를 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 통한 개별 전류들에 대응하는 상이한 위상들로 분할한다.
예 34에서, 온-패키지 전압 조절을 위해 PCH가 구성된다. 이 PCH는 온-패키지 전압 조절 시스템의 출력 노드에서의 출력 전압에 대응하는 전압 피드백 신호를 수신하는 입력, 전압 비교기 모듈, 증폭기 모듈, 및 디지털 보상 모듈을 포함한다. 전압 비교기 모듈은 기준 전압과 전압 피드백 신호를 비교하고 전압 피드백 신호와 기준 전압 사이의 차이에 대응하는 전압 오차 신호를 출력한다. 증폭기 모듈은 전압 오차 신호를 증폭한다. 디지털 보상 모듈은 증폭된 전압 오차 신호에 기초하여 제어 신호를 생성한다.
예 35는 예 34의 PCH를 포함하며, 여기서 PCH로부터의 제어 신호는 전류 커맨드를 포함한다.
예 36은 예 34의 PCH를 포함하며, 여기서 PCH로부터의 제어 신호는 PWM 커맨드 신호를 포함한다.
예 37은 예 36의 PCH를 포함하고, 전압 피드백 신호와 기준 전압 사이의 차이에 기초하여 PWM 커맨드를 생성하는 PWM 모듈을 더 포함한다.
예 38은 예 34 내지 예 37 중 어느 하나의 PCH를 포함하며, 여기서 PCH는 온-패키지 전압 조절 시스템의 출력 노드에서의 출력 전압에 대응하는 전류 피드백 신호를 이용하지 않고 제어 신호를 생성한다.
예 39에서, 머신 판독가능 저장 매체는, 실행될 때, 예 28 내지 예 38 중 어느 하나에 기재된 방법을 구현하거나 PCH를 실현하는 머신 판독가능 명령어들을 포함한다.
다양한 실시예들이 하드웨어 요소, 소프트웨어 요소 및/또는 이 둘의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 하드웨어 요소들의 예로는 프로세서, 마이크로프로세서, 회로, 회로 요소(예를 들어, 트랜지스터, 저항기, 커패시터, 인덕터 등), 집적 회로, ASIC(application specific integrated circuit), PLD(programmable logic device), DSP(digital signal processor), FPGA(field programmable gate array), 논리 게이트, 레지스터, 반도체 디바이스, 칩, 마이크로칩, 칩셋 등이 있을 수 있다. 소프트웨어의 예로는 소프트웨어 구성요소, 프로그램, 애플리케이션, 컴퓨터 프로그램, 응용 프로그램, 시스템 프로그램, 머신 프로그램, 운영 체제 소프트웨어, 미들웨어, 펌웨어, 소프트웨어 모듈, 루틴, 서브루틴, 함수, 메서드, 프로시저, 소프트웨어 인터페이스, API(application program interface), 명령어 집합, 컴퓨팅 코드, 컴퓨터 코드, 코드 세그먼트, 컴퓨터 코드 세그먼트, 워드, 값, 심볼, 또는 이들의 임의의 조합이 있을 수 있다.
적어도 일 실시예의 하나 이상의 양태는 머신에 의해 판독될 때 머신으로 하여금 본 명세서에서 설명되는 기술들을 수행하기 위한 논리를 제조하게 하는, 프로세서 내의 다양한 로직을 표현하는, 머신 판독가능 매체 상에 저장된 대표적인 명령어들에 의해 구현될 수 있다. "IP 코어들"로서 알려진 그러한 표현들은 유형의 머신 판독가능 매체 상에 저장될 수 있으며, 다양한 고객들 또는 제조 설비에 제공되어, 로직 또는 프로세서를 실제로 제조하는 제조 머신들 내에 로딩될 수 있다.
"연결된"이라는 용어는 본 명세서에서 관심 대상 컴포넌트들 간의 직접적이거나 간접적인 임의 유형의 관계를 지칭하는 데 사용될 수 있으며, 또한 전기, 기계, 유체, 광학, 전자기, 전기 기계 또는 기타 접속들에 적용될 수 있다. 추가로, "제1", "제2" 등의 용어들은 본 명세서에서 논의를 용이하게 하기 위해서만 사용될 수 있고, 달리 나타내지 않는 한 어떤 특정한 시간적(temporal) 또는 연대순(chronological) 의미도 갖지 않는다.
본 명세서에서 "일 실시예", "실시예", "예시적 실시예" 등에 대한 임의의 언급은 그 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 일 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서의 다양한 부분들에서의 그러한 구문들의 출현은 반드시 모두가 동일일 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 더욱이 임의의 실시예와 관련하여 특정 특징, 구조 또는 특성이 설명될 때 이것은 그 실시예들 중 다른 실시예들과 관련하여 그와 같은 특징, 구조 또는 특성을 실시하는 것이 이 기술분야의 통상의 기술자의 범위 내에 있다는 것을 말한다.
실시예들은 그의 다수의 예시적 실시예에 관하여 설명되었지만, 이 개시내용의 원리들의 취지 및 범위 안에 있는 많은 다른 변형들 및 실시예들이 통상의 기술자들에 의해 고안될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 더욱 구체적으로는, 본 개시내용, 도면들 및 첨부된 청구항들의 범위 내의 주제 조합 배열의 컴포넌트 부분들 및/또는 배열들에 있어서 다양한 변형들 및 수정들이 가능하다. 컴포넌트 부분들 및/또는 배열들의 변형 및 변경들 외에, 대안적인 사용들이 본 기술분야의 기술자에게 또한 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 하기 청구항들에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims (21)

  1. 온-패키지 전압 조절 시스템(on-package voltage regulation system)으로서,
    상기 온-패키지 전압 조절 시스템의 출력 노드에서의 출력 전압에 대응하는 전압 피드백 신호를 수신하고, 상기 전압 피드백 신호와 기준 전압 사이의 차이에 기초하여 제어 신호를 출력하는 플랫폼 제어기 허브(PCH; platform controller hub);
    상기 온-패키지 전압 조절 시스템의 상기 출력 노드에 연결되는 복수의 인덕터; 및
    드라이버 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(DRMOS; driver metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 제어 유닛
    을 포함하고,
    상기 DRMOS 제어 유닛은,
    상기 복수의 인덕터를 통해 상기 출력 노드에 연결된 복수의 스위치 트랜지스터 - 상기 복수의 인덕터는 상기 DRMOS 제어 유닛과 상기 출력 노드 사이에 병렬로 접속됨 - ; 및
    상기 PCH로부터의 상기 제어 신호에 기초하여 출력 전류를 결정하고, 상기 복수의 인덕터를 통한 상기 출력 전류의 분배량(distribution)을 결정하는 로직과; 상기 결정된 출력 전류 및 분배량에 기초하여 상기 복수의 인덕터를 통해 상기 출력 전류를 분배(share)하도록 상기 스위치 트랜지스터들을 제어하는 트랜지스터 드라이버들을 포함하는 DRMOS 제어기
    를 포함하는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 DRMOS 제어기의 상기 로직은 상기 복수의 인덕터를 통한 개별 전류들의 상대 위상(relative phase)들을 결정하도록 더 구성되고, 상기 트랜지스터 드라이버들은 상기 상대 위상들에 기초하여 상기 복수의 인덕터를 통해 상기 출력 전류를 분배하도록 더 구성되는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 PCH로부터의 상기 제어 신호는 전류 커맨드(current command)를 포함하는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 PCH는,
    상기 기준 전압과 상기 전압 피드백 신호를 비교하고, 상기 전압 피드백 신호와 상기 기준 전압 사이의 차이에 대응하는 전압 오차 신호를 출력하는 전압 비교기 모듈; 및
    상기 전압 오차에 기초하여 상기 전류 커맨드를 생성하는 디지털 보상 모듈
    을 포함하는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 PCH는, 상기 전압 오차를 상기 디지털 보상 모듈에 제공하기 전에 상기 전압 오차 신호를 증폭하는 증폭기 모듈을 더 포함하는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 DRMOS 제어기의 상기 로직은,
    상기 전류 커맨드에 응답하여 상기 출력 노드에서의 상기 출력 전류를 변경하기 위해 상기 DRMOS 제어기의 하나 이상의 설정을 조정하는 전류 조절 모듈(current regulating module);
    상기 조정된 하나 이상의 설정에 기초하여 상기 복수의 인덕터를 통한 상기 출력 전류의 분배량을 결정하는 전류 분배 모듈(current sharing module); 및
    상기 트랜지스터 드라이버들에 제공되는 펄스 폭 변조(PWM; pulse width modulation) 신호들을 생성하는 PWM 제어 모듈
    을 포함하고, 상기 트랜지스터 드라이버들은 상기 PWM 신호들에 기초하여 상기 스위치 트랜지스터들을 스위칭하는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 PCH로부터의 상기 제어 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 커맨드 신호를 포함하는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 PCH는, 상기 전압 피드백 신호와 상기 기준 전압 사이의 차이에 기초하여 상기 PWM 커맨드를 생성하는 PWM 모듈을 포함하는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 DRMOS 제어기는 상기 출력 전류의 결정된 분배량에 기초하여 상기 PWM 커맨드 신호를 상기 복수의 인덕터를 통한 개별 전류들에 대응하는 상이한 위상들로 분할하는 주파수 분할기를 포함하는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 PCH는 상기 복수의 인덕터를 통해 분배된 상기 출력 전류에 대응하는 전류 피드백 신호를 이용하지 않고 상기 제어 신호를 생성하는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 스위치 트랜지스터는,
    입력 전압과 접지 사이에 직렬로 전기적으로 연결된 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 - 상기 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 사이의 제1 중간 노드는 상기 복수의 인덕터 중의 제1 인덕터를 통하여 상기 온-패키지 전압 조절 시스템의 상기 출력 노드에 전기적으로 연결됨 - ; 및
    상기 입력 전압과 상기 접지 사이에 직렬로 전기적으로 연결된 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들 - 상기 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들 사이의 제2 중간 노드는 상기 복수의 인덕터 중의 제2 인덕터를 통하여 상기 온-패키지 전압 조절 시스템의 상기 출력 노드에 전기적으로 연결됨 -
    을 포함하는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 트랜지스터 드라이버들은 상기 결정된 출력 전류 및 분배량에 기초하여 상기 제1 인덕터를 통한 상기 출력 전류의 제1 부분과 상기 제2 인덕터를 통한 상기 출력 전류의 제2 부분을 생성하기 위해 상기 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 및 상기 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들을 제어하도록 더 구성되는 온-패키지 전압 조절 시스템.
  13. 드라이버 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(DRMOS) 제어 유닛으로서,
    입력 전압과 접지 사이에 직렬로 전기적으로 연결된 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 - 상기 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 사이의 제1 중간 노드는 제1 전류 출력을 제공함 - ;
    상기 입력 전압과 상기 접지 사이에 직렬로 전기적으로 연결된 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들 - 상기 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들 사이의 제2 중간 노드는 제2 전류 출력을 제공함 - ; 및
    수신된 제어 신호에 기초하여 전체 출력 전류를 결정하고, 상기 제1 전류 출력 및 상기 제2 전류 출력을 통한 상기 전체 출력 전류의 분배량을 결정하도록 구성되는 DRMOS 제어기
    를 포함하고,
    상기 DRMOS 제어기는, 상기 결정된 출력 전류 및 분배량에 기초하여 상기 제1 전류 출력을 통한 상기 전체 출력 전류의 제1 부분 및 상기 제2 전류 출력을 통한 상기 전체 출력 전류의 제2 부분을 생성하기 위해 상기 제1 쌍의 스위치 트랜지스터들 및 상기 제2 쌍의 스위치 트랜지스터들을 제어하는 트랜지스터 드라이버들을 포함하는 DRMOS 제어 유닛.
  14. 제13항에 있어서, 상기 DRMOS 제어기는 상기 제1 전류 출력 및 상기 제2 전류 출력을 통한 개별 전류들의 상대 위상들을 결정하도록 더 구성되고, 상기 트랜지스터 드라이버들은 상기 개별 전류들의 상기 상대 위상들을 제어하도록 더 구성되는 DRMOS 제어 유닛.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제어 신호는 전류 커맨드를 포함하는 DRMOS 제어 유닛.
  16. 제15항에 있어서, 상기 DRMOS 제어기는,
    상기 전류 커맨드에 응답하여 상기 전체 출력 전류를 변경하기 위해 상기 DRMOS 제어기의 하나 이상의 설정을 조정하는 전류 조절 모듈;
    상기 제1 전류 출력 및 상기 제2 전류 출력을 통한 상기 전체 출력 전류의 분배량을 결정하는 전류 분배 모듈; 및
    상기 트랜지스터 드라이버들에 제공되는 펄스 폭 변조(PWM) 신호들을 생성하는 PWM 제어 모듈
    을 포함하고, 상기 트랜지스터 드라이버들은 상기 PWM 신호들에 기초하여 상기 스위치 트랜지스터들을 스위칭하는 DRMOS 제어 유닛.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제어 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 커맨드 신호를 포함하는 DRMOS 제어 유닛.
  18. 제17항에 있어서, 상기 DRMOS 제어기는 상기 PWM 커맨드 신호를 상기 제1 전류 출력 및 상기 제2 전류 출력을 통한 개별 전류들에 대응하는 상이한 위상들로 분할하는 주파수 분할기를 포함하는 DRMOS 제어 유닛.
  19. 집적 회로(IC; integrated circuit) 패키지로서,
    중앙 처리 유닛(CPU; central processing unit) 또는 SOC(system-on-a-chip)를 포함하는 IC 다이;
    상기 CPU 또는 SOC의 적어도 하나의 데이터 경로 및 지원 기능을 제어하고, 상기 IC 다이에 전기적으로 연결된 노드에서의 전압 피드백에 기초하여 제어 신호를 출력하는 플랫폼 제어기 허브(PCH); 및
    상기 IC 다이에 전기적으로 연결된 상기 노드에 조절된 전압을 제공하는 전압 조절기
    를 포함하고, 상기 전압 조절기는,
    상기 노드에 연결된 복수의 위상 출력(phased output) 사이에 전류를 분배하기 위한 수단; 및
    상기 PCH로부터의 상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 위상 출력을 구동하기 위한 수단
    을 포함하는 IC 패키지.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어 신호는 상기 전압 피드백에 기초한 전류 커맨드를 포함하고, 상기 전류를 분배하기 위한 수단은 상기 전류 커맨드에 응답하여 하나 이상의 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 생성하기 위한 수단을 더 포함하는 IC 패키지.
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