CN106292827B - 一种电压产生装置及半导体芯片 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电压产生装置及半导体芯片，该装置可包括：包括：控制器、第一分压控制器、第二分压控制器、和电压检测器；所述第一分压控制器与负载串联在输入电源与接地端之间；所述第二分压控制器与所述负载并联在所述第一分压控制器和所述负载之间的连接点与所述接地端之间；所述电压检测器与所述负载之间电连接，用于检测所述负载的负载电压并向所述控制器反馈所述负载电压的检测值；所述控制器用于接收所述电压检测器反馈的所述检测值，并基于所述检测值生成控制信号，所述控制信号用于控制所述第一分压控制器和所述第二分压控制器来调节所述负载电压到目标值。采用本发明可以增强和扩展片上电源的适用性和实用性。

Description

一种电压产生装置及半导体芯片

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种电压产生装置及半导体芯片。

背景技术

电源，广义上包括了电源和电源电路，常见的电源电路有各种的稳压电源，不间断电源等，这些电源电路要将电源提供的电压处理成用电器(即负载)所需要的电压，并且处理后的电压是稳定的。所以电源中电源电路是非常重要的部分，电器(即负载)要正常工作，就需要有一个好的电源电路。

由于实际应用需求，对负载的电压供电需求，从单一的工作电压和低于阈值电压两种情况拓宽到了更多电压域。也即是说，一般的芯片供电技术会涉及到负载的正常工作电压或者使低于阈值电压的供电。但是随着半导体工艺的进步，芯片在不同供电电压之下，其性能可以在不同状态下进行切换，从而满足不同应用场景和不同工作模式下的需求。并且，由于负载受多方面因素的影响，如工艺不确定性(process variation)，温度影响，及电源波动等，负载的供电电压需要实时的作出改变。

但是现有技术中，关于片上电源的设计存在一些缺陷，比如，设计之初需要瞄准特定模块，即需要预先估算负载电流情况并给出可调电阻的具体大小范围，但如果负载电流估算不准确或不同场景下负载差异较大，则输出电压范围存在风险。如图1所示，图1为本发明实施例提供的现有技术中的线性片上电源的基本原理示意图，该线性片上电源是通过调节R1do电阻来维持输出电压Vout的稳定的，在图1对应的电路中，可以看出R1do和Rload之间需要维持一定的比例关系才能得到期望的输出电压Vout，因此该实现方案不能满足电源的实用性和灵活性。

发明内容

本发明实施例提供一种电压产生装置及半导体芯片，能在负载出现较大差异变化的情况下提供良好的输出电压范围。

第一方面，本发明实施例提供了一种电压产生装置，可包括：控制器、第一分压控制器、第二分压控制器、和电压检测器；所述第一分压控制器与负载串联在输入电源与接地端之间；所述第二分压控制器与所述负载并联在所述第一分压控制器和所述负载之间的连接点与所述接地端之间；所述电压检测器与所述负载之间电连接，用于检测所述负载的负载电压并向所述控制器反馈所述负载电压的检测值；所述控制器与所述电压检测器、所述第一分压控制器以及所述第二分压控制器之间均电连接，用于接收所述电压检测器反馈的所述检测值，并基于所述检测值生成控制信号，所述控制信号用于控制所述第一分压控制器和所述第二分压控制器来调节所述负载电压到目标值；其中，当所述检测值大于所述目标值，所述控制信号用于执行如下至少一项控制：控制所述第一分压控制器的电阻升高、或控制所述第二分压控制器的电阻降低；当所述检测值小于所述目标值，所述控制信号用于执行如下至少一项控制：控制所述第一分压控制器的电阻降低、或控制所述第二分压控制器的电阻升高。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述第一分压控制器或所述第二分压控制器包括多个带开关的电阻集合，所述多个带开关的电阻集合之间并联连接，其中，每个带开关的电阻集合中包含并联的至少一个带开关的电阻，其中第一带开关的电阻被所述控制信号中的控制位所控制从而控制所述带开关的电阻集合的导通或关闭，所述控制信号中的多个并行的控制位分别用于控制所述多个带开关的电阻集合的导通或关闭。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，当所述控制位控制所述开关导通，则所述带开关的电阻集合被导通并控制所述第一分压控制器或所述第二分压控制器的电阻降低；当所述控制位控制所述开关关闭，则所述带开关的电阻集合被关闭并控制所述第一分压控制器或所述第二分压控制器的电阻升高。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述带开关的电阻为电源门控单元PGCell。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述第一分压控制器中的PGCell的开关和所述第二分压控制器中的PGCell的开关为不同类型的晶体管；所述第一分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位和所述第二分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位的信号相位相同。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述第一分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位和所述第二分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位是同一个控制位。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述不同类型的晶体管分别为P型金属氧化物半导体PMOS管和N型金属氧化物半导体PMOS管。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述第一分压控制器中的PGCell的开关和所述第二分压控制器中的PGCell的开关为相同类型的晶体管；所述第一分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位与所述第二分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位的信号相位相反。

结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述相同类型的晶体管为PMOS管或PMOS管。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第二种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第三种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第四种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第五种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第六种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第七种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第八种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，至少一个带开关的电阻集合中包含并联的N个带开关的电阻，每个带开关的电阻包括串联的电阻和开关，N为大于等于2的正整数；其中，在所述N个带开关的电阻中，第一带开关的电阻中的开关的控制端用于接收与所述至少一个带开关的电阻集合对应的控制位；在N个带开关的电阻中，下一带开关的电阻中开关的控制端耦合于上一带开关的电阻中串联的开关和电阻的连接点并接收所述连接点输出的信号。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第二种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第三种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第四种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第五种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第六种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第七种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第八种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，至少一个带开关的电阻集合中包含并联的N个带开关的电阻对，每个带开关的电阻对包括并联的一对带开关的电阻，每个带开关的电阻包括串联的电阻和开关，N为大于等于2的正整数；其中，在N个带开关的电阻对中，第一带开关的电阻对中的第一带开关的电阻中的开关的控制端用于接收与所述至少一个带开关的电阻集合对应的控制位；在N个带开关的电阻对中，下一带开关的电阻对中第一带开关的电阻的中开关的控制端耦合于上一带开关的电阻对中第一带开关的电阻中的串联的开关和电阻的连接点并接收所述连接点输出的信号；在N个带开关的电阻对中，最后一个带开关的电阻对中的第二带开关的电阻中的开关的控制端耦合于所述最后一个带开关的电阻对中的第一带开关的电阻中串联的开关和电阻的连接点并接收所述连接点输出的信号；在N个带开关的电阻对中，上一带开关的电阻对中第二带开关的电阻的中开关的控制端耦合于下一带开关的电阻对中第二带开关的电阻中的串联的开关和电阻的连接点并接收所述连接点输出的信号。

结合第一方面的第十种可能的实现方式，在第十一种可能的实现方式中，在任一带开关的电阻对中，第一带开关的电阻中的电阻的阻值大于第二带开关的电阻中的电阻的阻值。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第二种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第三种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第四种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第五种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第六种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第七种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第八种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第九种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第十种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第十一种可能的实现方式，在第十二种可能的实现方式中，当所述检测值大于所述目标值，则所述控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制所述第一分压控制器中与所述至少一个控制位相应的至少一个带开关的电阻集合从关闭转变为导通；当所述检测值小于所述目标值，则所述控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制所述第一分压控制器中与所述至少一个控制位相应的至少一个带开关的电阻集合从导通转变为关闭。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第二种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第三种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第四种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第五种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第六种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第七种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第八种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第九种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第十种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第十一种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第十二种可能的实现方式，在第十三种可能的实现方式中，当所述检测值大于所述目标值，则所述控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制所述第二分压控制器中与所述至少一个控制位相应的至少一个带开关的电阻集合从导通转变为关闭；当所述检测值小于所述目标值，则所述控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制所述第二分压控制器中与所述至少一个控制位相应的至少一个带开关的电阻集合从关闭转变为导通。

结合第一方面，或者结合第一方面的第一种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第二种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第三种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第四种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第五种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第六种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第七种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第八种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第九种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第十种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第十一种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第十二种可能的实现方式，或者，结合第一方面的第十三种可能的实现方式，在第十四种可能的实现方式中，所述电压检测器包括电压信息反馈单元、电压采样反馈单元和电压编码反馈单元；其中，所述电压信息反馈单元用于读取所述负载上的模拟负载电压并转换为数字信号；所述电压采样反馈单元用于基于时钟周期对所述数字信号进行采样得到电压采样信号；所述电压编码反馈单元用于将所述电压采样信号进行编码得到所述负载电压的所述检测值。

结合第一方面的第十四种可能的实现方式，在第十五种可能的实现方式中，所述检测值为二进制串行数值。

第二方面，本发明实施例提供了一种半导体芯片，可包括电压产生装置、以及负载，其中

所述电压产生装置包括第一方面提供的任意一项所述的电压产生装置；

所述负载在所述负载电压的作用下工作，所述负载是逻辑电路、功能电路、存储器、或处理器中的任一项。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例，通过提供一种电压产生装置，并通过合理控制该电压产生装置中的第一分压控制器和第二分压控制器来调节负载电压，以达到目标值，可以在负载或负载电流出现较大差异变化的情况下能够提供良好的输出电压范围，增强和扩展实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的现有技术中的线性片上电源的基本原理示意图；

图2是本发明实施例提供的电压产生装置的芯片结构示意图；

图3是本发明实施例提供的供电单元的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的电压检测器的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的电压产生装置的一种实施例的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的多个并行的PGCell集合的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

以下分别进行详细说明。

本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以下，对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。

1)、电源门控，电源门控技术开关的实现方式大多都采用多阈值互补金属氧化物半导体(MTCMOS，Multi-Threshold CMOS)，以减小开关的静态功耗。当负载工作时，电源门控关闭，负载工作电压为其所需电压。当负载不工作时，电源门控开启，从而使得负载的供电低于正常电压。当负载的应用不同时，如负载是内存时，电源门控开启还可以将负载供电电压调制到其所需的电压值(如，维持内存数据不丢失的最低电压值)。现有技术中，电源门控单元(PGcell，Power Gating Cell)，为低功耗手段电源门控的执行单元，可实现电源的导通控制，为数字设计标准单元。

2)、衬底，衬底Die是从晶圆上切割出来的一块具有完整功能的芯片，大小一般是几毫米左右，边上有用于连接金属线的焊盘或孔(wire bonding)，金属线则连接到外部引脚上或者电路板上的焊盘上。

3)、耦合，电子电路中的耦合一般是指把信号从前一级送到下一级。具体地，耦合是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。耦合电路就是指参与耦合过程的电路。例如，两级电路的直流电平不一样，就需要电容耦合；输入输出阻抗不匹配就需要加阻抗匹配的电路，总之，为实现能量和信号的传输，连接各个功能电路的方法即为耦合电路。一般的，耦合电路通常具有滤波、蓄能、隔离、阻抗变换等一种或几种功能。

4)、“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

参见图2，图2是本发明实施例提供的片上集成电压产生装置的芯片结构图，在图2的芯片00中，将多个电压产生装置10与多个负载20集成在一个衬底Die上，再作统一封装。图2中，输入电源VDD(如电池)为芯片00供电或驱动，而位于芯片00上的电压产生装置10在VDD提供的供电或驱动下产生稳定的电压为该芯片00上与其电连接的负载20(如逻辑电路、功能模块、存储器或处理器等)提供电源，其中，负载20为功能模块时，可以是进行各类信号处理，比如通信协议处理，语音通话处理、拍摄图像处理等的模块或单元。可以理解的是，图2示出的芯片00可以作为各类电子装置中的部分或全部，本发明实施例对此不作具体限定，以下将针对图2的芯片00中由电压产生装置10与其对应供电的负载20组成的供电单元01的具体结构和功能进行详细说明。

参见图3，图3是本发明实施例提供的供电单元的结构示意图，供电单元01中包括了电压产生装置10与其对应供电的负载20，其中，电压产生装置10可包括：控制器100、第一分压控制器110、第二分压控制器120和电压检测器130。具体地，第一分压控制器110与负载20串联在输入电源VDD与接地端之间；第二分压控制器120与负载20并联在第一分压控制器110和负载20之间的连接点VVDD与接地端之间，由此可见，连接点VVDD的电压反映了负载电压；电压检测器130与负载20之间电连接，用于实时检测负载20的负载电压并向控制器100反馈负载电压的检测值；控制器100与电压检测器130、第一分压控制器110以及第二分压控制器120之间均电连接，用于接收电压检测器130反馈的检测值，并基于所述检测值生成控制信号，所述控制信号用于控制第一分压控制器110和第二分压控制器120来调节负载电压以达到目标值。而其中的控制规则主要可以遵循以下原则：当所述检测值大于所述目标值，所述控制信号用于执行如下至少一项控制：控制所述第一分压控制器的电阻升高、或控制所述第二分压控制器的电阻降低；当所述检测值小于所述目标值，所述控制信号用于执行如下至少一项控制：控制所述第一分压控制器的电阻降低、或控制所述第二分压控制器的电阻升高。

如图4所示，图4是本发明实施例提供的电压检测器的结构示意图，由于电压检测器130主要负责对位于芯片上的负载20的负载电压进行实时检测，以便于可有效地向控制器100反馈所述负载电压的检测值，因此，在一种可能的实现方式中，电压检测器130可以包括电压信息反馈单元1301、电压采样反馈单元1302和电压编码反馈单元1303，其中，电压信息反馈单元1301用于在使能输入端en端子接入使能信号的条件下，读取负载的原始的模拟负载电压并且转换为数字信号；电压采样反馈单元1302用于接收时钟clk信号，并基于时钟clk的时钟周期对电压信息反馈单元1301转换的数字信号进行采样，得到电压采样信号；电压编码反馈单元1303则用于将电压采样反馈单元1302反馈的电压采样信号进行编码得到所述负载电压的所述检测值；最终，电压检测器130将该检测值反馈给控制器100，以便于控制器100接收电压检测器130反馈的所述检测值，并基于所述检测值生成控制信号，用于控制第一分压控制器110和第二分压控制器120来调节所述负载电压到目标值。进一步地，所述检测值可以为二进制串行数值。简单来讲，电压信息反馈单元1301就是将模拟电压变为数字信号，电压采样反馈单元1302是进行电压采样的，且采样的时钟周期大于电压信息反馈单元1301输出的数字信号的时钟周期，从而得到一个变化比原数字信号慢的采样后的数字信号；电压编码反馈单元1303是一个格式变化单元，用来将采样得到的反映模拟电压的采样后数字信号转化为控制器100能够识别的数字信号(即检测值)，也就是相当于一个编码器或格式转换器。可以理解的是，本发明实施例中可根据需要，在当有多个负载20时，针对每个不同的负载20都设置对应的电压检测器130，以便于覆盖各种应用场景，例如维持片内各处消耗电量的功能模块的电压稳定场景。

参见图5，图5是本发明实施例提供的电压产生装置的一种实施例的结构示意图，下面将结合附图3和附图5对本发明中的电压产生装置10的第一分压控制器110和第二分压控制器120的具体实现方式进行详细说明。由于图3对应的实施例中的电压产生装置10中的第一分压控制器110和第二分压控制器120在该电压产生装置10中作为调压单元，均可以包括带开关的电阻，因此，在一种可能的实现方式中，第一分压控制器110或第二分压控制器120可以包含多个带开关的电阻集合(图5中示出的是以一个带开关的电阻集合1101或1201为例的示意图，即1101和1201分别属于110和120中的部分或全部)，且多个带开关的电阻集合之间并联连接。具体地，每个带开关的电阻集合中包含并联的至少一个带开关的电阻，其中，第一带开关的电阻(例如，可以为1101中的①中的R1)被控制信号(图3中的控制器100生成的)中的控制位所控制从而控制带开关的电阻集合(图5中示出的包括了1101中的①、②、③和④)的导通或关闭，控制信号中的多个并行的控制位(当有多个1101时，多个1101的IN即为多个并行的控制位)分别用于控制多个带开关的电阻集合的导通或关闭。可以理解的是，第二分压控制器120中的实现原理与第一分压控制器110相同，在此不再赘述。

进一步地，当控制位IN控制开关导通，则图5中第一分压控制器110内带开关的电阻集合或第二分压控制器120内带开关的电阻集合的电阻降低，即当控制位IN控制开关导通时，则第一分压控制器中的电阻由断开(断开状态时电阻可视为无穷大)变为导通状态(导通状态的电阻值即为多组并联的R1并R2的值)，因此电阻降低。当控制位IN控制开关关闭，则带开关的电阻集合被关闭并控制第一分压控制器或第二分压控制器的电阻升高，即当控制位IN的控制开关关闭时，则第一分压控制器中的电阻由导通(导通状态的电阻值即为多组并联的R1并R2的值)变为(断开状态时电阻可视为无穷大)，因此电阻升高。而图5对应的电路中的OUT输出反映了该分压控制器(带开关的电阻集合)当前的导通状态，该OUT输出的控制信号可以直接反馈至图3对应的实施例中的控制器100中，用于指示控制器100第一分压控制器中当前带开关的电阻集合的导通个数，即指示是否已经正常工作，以便于控制器100在根据电压检测器130的反馈的同时，根据当前第一分压控制器110和第二分压控制器120中的带开关的电阻集合的具体导通个数或工作状态，来进行相应的控制。需要理解的是当EN1有效(高电平)时，EN2也是有效(高电平)，即IN和OUT同相，只是EN1和EN2在有效时间上有先后，EN1先EN2后。

再进一步地，若带开关的电阻为电源门控单元PGCell，图3和图5中的第一分压控制器110和第二分压控制器120中的带开关的电阻则均为PGCell，即第一分压控制器110或第二分压控制器120可以包括多个电源门控PGCell集合。参见图6，图6为本发明实施例提供的多个并行的PGCell集合的结构示意图，即图6中的多个并行的PGCell集合相当于第一分压控制器110或第二分压控制器120，其中，每一个PGCell集合(图6中虚线方框内所示部分)相当于图5中的1101或1201，由多个PGCell并联组成。每一个PGCell集合的都对应一个不同的控制位en，如en[0]en[1]……en[n]，该控制位中的en信号分别由其对应的控制器100(结合图3所示)进行控制。图6中示出了三个以上的PGCell集合，该三个PGCell集合之间是并联关系，而每个PGCell集合中包含至少一个PGCell，当每个PGCell集合包含多个PGCell时，该多个PGCell之间并联连接。可以理解的是，导通的PGCell集合的个数不同致使负载20获得的电压不同，从而在负载20上的电压不稳定时，可以通过控制第一分压器110和/或第二分压器120中的导通的PGCell集合的个数来维持负载20上的电压的稳定。

结合图3和图5对应的具体实施例，针对控制器100在具体的调控过程中的具体功能进行详细说明，控制器100作为电压产生装置10的中枢，一方面接收电压检测器130的各类反馈信息(包括负载的负载电压的检测值)，另一方面根据该反馈信息对第一分压控制器110和/或第二分压控制器120进行控制，从而确保负载20的供电电压稳定可靠。进一步，当控制器100判断出检测值大于目标值，则控制器100所生成的控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制第一分压控制器中与至少一个控制位相应的至少一个PGCell集合从关闭转变为导通；当控制器100判断出检测值小于目标值，则控制器100所生成的控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制第一分压控制器中与至少一个控制位相应的至少一个PGCell集合从导通转变为关闭。原因在于，当控制器100判断出负载20上的电压过小时(小于预设电压阈值)，可能会导致负载20无法正常工作，因而需要将负载20上的电压提高至目标值。又由于第一分压控制器110与负载20是串联的关系，而负载20的电阻不变，因此可以通过增大负载20上的电流来增加负载20上的电压，即减小第一分压控制器110的电阻值可以减小第一分压控制器110和负载20的总串联电阻值，从而增大负载20(以及分压控制器110)上的电流，进而增大负载20上的电压值，而由于第一分压控制器110中为多个并联的PGCell集合，因此通过增加该第一分压控制器中并联的PGCell集合的导通个数从而减小第一分压控制器110的电阻值，达到稳定负载20上的电压值的目的；和/或，当检测值大于目标值，则控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制第二分压控制器120中与至少一个控制位相应的至少一个PGCell集合从导通转变为关闭；当检测值小于目标值，则控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制第二分压控制器120中与至少一个控制位相应的至少一个PGCell集合从关闭转变为导通，其控制原理参照上述实施例中关于第一分压控制器110的调节原理的描述，在此不再赘述。可以理解的是，在本发明实施例中，PGCell集合中的如PGCell的个数不受限制，可以是一个也可以是多个，因具体的应用场景而制定，所述PGCell的个数是一个的时候，PGCell集合等同于PGCell。

结合以上所述，本发明所提供的电压产生装置，除了可以解决负载电流估计不准确或者不同场景差异较大情形下输出电压范围的问题，还可以通过在片内集成的PGCell集合有效抑制大的瞬时冲击，降低应用风险，提升片上电源品质，接下来，将对本发明所提供的电压产生装置是如何有效地抑制较大的瞬时冲击，作详细的说明。

具体地，请参见图5，图5中主要示出第一分压控制器110(只画出一个PGCell集合1101，多个PGCell集合时结构类似，彼此之间是并联的结构)、第二分压控制器120(只画出一个PGCell集合1201，多个PGCell集合时结构类似，彼此之间也是并联的结构)和负载等效阻抗Rload(即负载20)，VDD为输入电源，VVDD为负载电压。在至少一个PGCell集合中包含并联的N个(图5中示出的是4个)带开关的电阻对，每个带开关的电阻对包括并联的一对带开关的电阻(如①、②、③或④)，每个带开关的电阻包括串联的电阻和开关，N为大于等于2的正整数；其中，在该N个带开关的电阻对中，第一带开关的电阻对(如图5中的1101中的①)中的第一带开关的电阻(如图5中的1101中的①中的R1)中的开关的控制端(图5中的1101中①的EN1)用于接收与所述PGCell集合(图5中的1101)对应的控制位；在该N个带开关的电阻对中，下一带开关的电阻对(如图5中的1101中的②)中第一带开关的电阻(如图5中的1101中的②中的R1)的中开关的控制端(如图5中的1101中的②中的R1的EN1)耦合于上一带开关的电阻对中第一带开关的电阻中的串联的开关和电阻的连接点(如图5中的1101中的①中的R1的ST1)并接收所述连接点输出的信号；在该N个带开关的电阻对中，最后一个带开关的电阻对中的第二带开关的电阻中的开关的控制端(图5中的1101中的④中的R2的EN2)耦合于所述最后一个带开关的电阻对中的第一带开关的电阻中串联的开关和电阻的连接点(图5中的1101中的④中的R1的ST1)并接收所述连接点输出的信号；在该N个带开关的电阻对中，上一带开关的电阻对中第二带开关的电阻的中开关的控制端(如图5中的1101中的③中的R2的EN2)耦合于下一带开关的电阻对中第二带开关的电阻中的串联的开关和电阻的连接点(如图5中的1101中的④中的R2的ST2)并接收所述连接点输出的信号。

尽管图5中的带开关的电阻集合(即PGCell集合)中包括多个带开关的电阻对，但是在实际应用中，每个带开关的电阻对也可以由一个带开关的电阻代替，例如,在该电压产生装置10中的第一分压控制器110或第二分压控制器120中的至少一个带开关的电阻集合(PGCell集合)中包含并联的N个带开关的电阻，每个带开关的电阻包括串联的电阻和开关，N为大于等于2的正整数；其中，在所述N个带开关的电阻中，第一带开关的电阻中的开关的控制端用于接收与所述至少一个带开关的电阻集合对应的控制位；在N个带开关的电阻中，下一带开关的电阻中开关的控制端耦合于上一带开关的电阻中串联的开关和电阻的连接点并接收所述连接点输出的信号。如此一来其工作原理与图5类似，便可以让带开关的电阻集合中的带开关电阻的上电顺序有先右后，避免瞬间的较大电流冲击，防止浪涌。

基于以上的电路结构的描述，可以理解在图5对应的电路中，当第一分压控制器110或第二分压控制器120中的EN1有效(例如对PMOS管高电平有效)时，PGCell集合(1101或1201)中的多个PGCell可以依次按先后顺序(如图5中所示，从1101中的①的R1→②的R1→③的R1→④的R1→④的R2→③的R2→②的R2→①的R2)被启动，由于上电的过程有先后，电流不会瞬间过高，可以有效防止VVDD电压瞬间的冲击过大，当第一分压控制器110或第二分压控制器中120的EN2有效时，则确保VVDD正常供电。实际实现过程中，为防止上电浪涌而采用大小双管实现，假设R1比R2大，为抑制系统浪涌电流，相对于Rload，R1和R2都很小，因此通过并联多个PGCell集合，或者在PGCell集合中并联多个PGCell，使得VVDD很接近VDD。还需要说明的是，第一分压控制器110中每个PGCell(如MTCMOS)使能情况下通路电阻一般在数十欧姆，而不使能状态下电阻一般大于百万欧姆。

由上述描述可见，当电压产生装置通电后，有瞬间较大的电流时，通过PGCell集合中的PGCell的链式实现结构，可以有效地抵抗浪涌，提升片上电源品质，并同时满足了负载电压的范围的灵活性，满足各种场景的实用需求，

还需要说明的是，在本发明提供的所有实施例或者可能的实现方式中，第一分压控制器中或第二分压控制器中的带开关的电阻集合(PGCell集合)中的开关为不同类型的晶体管，可以是常用的功率开关管(Power Switches)，也可以是传统的CMOS工艺下的晶体管，还可以是，在电源门控技术中使用最频繁的多阈值电压CMOS。例如，开关可以包括：P沟道金属氧化半导体(Positive channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)晶体管，N沟道金属氧化半导体(Negative channel Mental Oxide Semiconductor，NMOS)晶体管，或多阈值电压MTCMOS晶体管。

在一种可能的实现方式中，当第一分压控制器中的PGCell的开关和第二分压控制器中的PGCell的开关为不同类型的晶体管，例如分别为P型金属氧化物半导体PMOS管和N型金属氧化物半导体PMOS管时，第一分压控制器中的PGCell的开关所接收的控制信号中的控制位和第二分压控制器中的PGCell的开关所接收的控制信号中的控制位的信号相位相同。进一步地，第一分压控制器中的PGCell的开关所接收的控制信号中的控制位和第二分压控制器中的PGCell的开关所接收的控制信号中的控制位是同一个控制位。这样，第一分压控制器中的PGCell的开关和第二分压控制器中的PGCell的开关不会同时导通。

在一种可能的实现方式中，当第一分压控制器中的PGCell的开关和第二分压控制器中的PGCell的开关为相同类型的晶体管，例如均为PMOS管或均为NMOS管时，第一分压控制器中的PGCell的开关所接收的控制信号中的控制位与第二分压控制器中的PGCell的开关所接收的控制信号中的控制位的信号相位相反。可以理解的是PMOS管与PMOS管的原理近似，只是栅极控制的极性相反而已。这样，第一分压控制器中的PGCell的开关和第二分压控制器中的PGCell的开关不会同时导通。

还需要说明的是，第一分压控制器110和第二分压控制器120中的PGCell集合的个数和集合内包含的PGCell个数根据设计需求确定，可以相同也可以不同；PGCell用于调节的电压分辨率和调节范围不同则根据方案的不同，皆可以根据设计需求确定，本发明实施例不作具体限定。

在实际的应用场景中，本发明实施例的芯片配置流程可以如下：

1)芯片上电，第一分压控制器110中的PGCell集合处于全导通、第二分压控制器120中的PGCell集合处于全关闭状态，片内集成电源负载处于正常电压状态；

2)控制器100根据获取的系统测试相关结果(该结果是芯片内置的预设配置)配置运行所需要的控制器100中的寄存器，该寄存器中可以保存图3和图4中的电压检测器130中的电压信息反馈单元、电压采样反馈单元1302和电压编码反馈单元1303所对应的输出结果或者反馈信息，包括但不限于第一分压控制器110和第二分压控制器120的开关状态、控制策略等；

3)芯片相关的软件配置芯片相关启动寄存器，芯片中的系统或功能模块开始运行；

4)控制器100根据可选择性的软件配置实时读取电压检测器130的状态来获取负载20的电压信息，根据控制策略实时调整第一分压控制器110和第二分压控制器120中的PGCell集合开关状态；策略如下：

5)当控制器100从电压检测器130处获知存在大的电压降(测得电压小于正常电压阈值或预设值)时，可根据控制策略配置将第二分压控制器120中的PGCell集合关闭部分甚至全部，将第一分压控制器110中的PGCell集合开启部分甚至全部，从而确保负载20的电压安全；

6)当控制器100从电压检测器130处获知存在大的电压上升(测得电压小于某一个正常电压阈值或预设值)时，可根据控制策略配置将第二分压控制器120中的PGCell集合开启部分甚至全部，将第一分压控制器110)中的PGCell集合关闭部分甚至全部，从而确保负载20因运行状态产生的反电动势不对其他部分造成危害(较大的反电动势传递到其他模块会造成因时钟和数据路径电压差异而形成的时序问题，也会带来本模块的老化加速)。

需要说明的是，本实施例中涉及的连接关系，如串联或并联等，是指电性连接，其不仅可以是直接通过导线连接，也可以是通过其他电性作用的方式相耦合。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。以上所述，以上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精神和范围。

本发明还提供一种半导体芯片，该芯片包括本发明以上所有实施例中所提供的电压产生装置10以及所述负载20；负载20在所述负载电压的作用下工作，所述负载是逻辑电路、功能电路、存储器、或处理器中的任一项。可理解的是，关于电压产生装置10中各模块的功能可对应参考上述图1至图6中的各装置实施例中的具体实现方式，这里不再赘述。

Claims (14)

1.一种电压产生装置，其特征在于，包括：控制器、第一分压控制器、第二分压控制器、和电压检测器；

所述第一分压控制器与负载串联在输入电源与接地端之间；

所述第二分压控制器与所述负载并联在所述第一分压控制器和所述负载之间的连接点与所述接地端之间；

所述电压检测器与所述负载之间电连接，用于检测所述负载的负载电压并向所述控制器反馈所述负载电压的检测值；

所述控制器与所述电压检测器、所述第一分压控制器以及所述第二分压控制器之间均电连接，用于接收所述电压检测器反馈的所述检测值，并基于所述检测值生成控制信号，所述控制信号用于控制所述第一分压控制器和所述第二分压控制器来调节所述负载电压到目标值；其中，

当所述检测值大于所述目标值，所述控制信号用于执行如下至少一项控制：控制所述第一分压控制器的电阻升高、或控制所述第二分压控制器的电阻降低；

当所述检测值小于所述目标值，所述控制信号用于执行如下至少一项控制：控制所述第一分压控制器的电阻降低、或控制所述第二分压控制器的电阻升高；

所述第一分压控制器或所述第二分压控制器包括多个带开关的电阻集合，所述多个带开关的电阻集合之间并联连接，其中，

至少一个带开关的电阻集合中包含并联的N个带开关的电阻，每个带开关的电阻包括串联的电阻和开关，N为大于等于2的正整数；其中，在所述N个带开关的电阻中，第一带开关的电阻中的开关的控制端用于接收与所述至少一个带开关的电阻集合对应的控制位；在N个带开关的电阻中，下一带开关的电阻中开关的控制端耦合于上一带开关的电阻中串联的开关和电阻的连接点并接收所述连接点输出的信号；或者

至少一个带开关的电阻集合中包含并联的N个带开关的电阻对，每个带开关的电阻对包括并联的一对带开关的电阻，每个带开关的电阻包括串联的电阻和开关，N为大于等于2的正整数；其中，在N个带开关的电阻对中，第一带开关的电阻对中的第一带开关的电阻中的开关的控制端用于接收与所述至少一个带开关的电阻集合对应的控制位；在N个带开关的电阻对中，下一带开关的电阻对中第一带开关的电阻的中开关的控制端耦合于上一带开关的电阻对中第一带开关的电阻中的串联的开关和电阻的连接点并接收所述连接点输出的信号；在N个带开关的电阻对中，最后一个带开关的电阻对中的第二带开关的电阻中的开关的控制端耦合于所述最后一个带开关的电阻对中的第一带开关的电阻中串联的开关和电阻的连接点并接收所述连接点输出的信号；在N个带开关的电阻对中，上一带开关的电阻对中第二带开关的电阻的中开关的控制端耦合于下一带开关的电阻对中第二带开关的电阻中的串联的开关和电阻的连接点并接收所述连接点输出的信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

当所述控制位控制所述开关导通，则所述带开关的电阻集合被导通并控制所述第一分压控制器或所述第二分压控制器的电阻降低；

当所述控制位控制所述开关关闭，则所述带开关的电阻集合被关闭并控制所述第一分压控制器或所述第二分压控制器的电阻升高。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述带开关的电阻为电源门控单元PGCell。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一分压控制器中的PGCell的开关和所述第二分压控制器中的PGCell的开关为不同类型的晶体管；

所述第一分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位和所述第二分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位的信号相位相同。

5.如权利要求4所述的装置，所述第一分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位和所述第二分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位是同一个控制位。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述不同类型的晶体管分别为P型金属氧化物半导体PMOS管和N型金属氧化物半导体NMOS管。

7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一分压控制器中的PGCell的开关和所述第二分压控制器中的PGCell的开关为相同类型的晶体管；

所述第一分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位与所述第二分压控制器中的PGCell的开关所接收的所述控制信号中的控制位的信号相位相反。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述相同类型的晶体管为PMOS管或NMOS管。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在任一带开关的电阻对中，第一带开关的电阻中的电阻的阻值大于第二带开关的电阻中的电阻的阻值。

10.如权利要求1或2中所述的装置，其特征在于，

当所述检测值大于所述目标值，则所述控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制所述第一分压控制器中与所述至少一个控制位相应的至少一个带开关的电阻集合从关闭转变为导通；

当所述检测值小于所述目标值，则所述控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制所述第一分压控制器中与所述至少一个控制位相应的至少一个带开关的电阻集合从导通转变为关闭。

11.如权利要求1或2中所述的装置，其特征在于，

当所述检测值大于所述目标值，则所述控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制所述第二分压控制器中与所述至少一个控制位相应的至少一个带开关的电阻集合从导通转变为关闭；

当所述检测值小于所述目标值，则所述控制信号中的多个并行的控制位中的至少一个控制位用于控制所述第二分压控制器中与所述至少一个控制位相应的至少一个带开关的电阻集合从关闭转变为导通。

12.如权利要求1或2中所述的装置，其特征在于，所述电压检测器包括电压信息反馈单元、电压采样反馈单元和电压编码反馈单元；其中，

所述电压信息反馈单元用于读取所述负载上的模拟负载电压并转换为数字信号；

所述电压采样反馈单元用于基于时钟周期对所述数字信号进行采样得到电压采样信号；

所述电压编码反馈单元用于将所述电压采样信号进行编码得到所述负载电压的所述检测值。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述检测值为二进制串行数值。

14.一种半导体芯片，其特征在于，包括如权利要求1至13任一项所述的装置、以及所述负载；

所述负载在所述负载电压的作用下工作，所述负载是逻辑电路、功能电路、存储器、或处理器中的任一项。