CN106598126B - 电压调节器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电压调节器，其包括：电压调节单元，其调节外部电源电压并输出内部电压；以及最优化控制单元，其响应于训练使能信号调整电压调节单元的偏置电流、驱动能力和输出电容并将内部电压最优化至预定值。

Description

电压调节器及其操作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月15日提交的申请号为10-2015-0143914的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明的示例性实施例总体涉及半导体设计技术，且更特别地涉及用于半导体装置的电压调节器及其操作方法。

背景技术

诸如半导体存储装置的集成电路可以是功能上复杂的电子装置或具有微结构的***，在微结构中许多电子电路元件不可分离地限定在半导体基板上。因为在这种集成电路中的电子电路元件可具有微尺寸，所以提供至集成电路的电流或电压中的甚至非常小的波动可引起集成电路发生故障。

为了保持提供至集成电路的电压恒定，需要用于恒定地控制电压提供电路的输出的调节器电路。

通常，当编程包括例如程序和过电压的数据时，半导体存储装置的正确操作可能需要同时生成多个操作电压。就这一点而言，可能需要一个或多个调节器电路用于调节各个操作电压。

发明内容

本发明的各种实施例涉及一种能够使输入电压最优化的电压调节器及其操作方法。

在一个实施例，电压调节器可包括：电压调节单元，其适于调节外部电源电压并适于输出恒定内部电压；以及最优化控制单元，其适于响应于训练使能信号调整电压调节单元的偏置电流、驱动能力和输出电容且适于将内部电压最优化至预定值。

电压调节单元可包括：比较器，其适于比较参考电压与反馈电压以用于输出驱动信号并用于使用偏置电流来操作；偏置电流调整部，其适于响应于第一控制信号调整提供至比较器的偏置电流；通过装置调整部，其适于根据驱动信号将外部电源电压输出至输出端作为内部电压，并适于响应于第二控制信号调整驱动能力；电容器调整部，其适于响应于第三控制信号调整输出电容；以及电压分配部，其适于分配输出电压并适于将分配电压输出至比较器的输入端作为反馈电压。

最优化控制电路可包括：平均检测部，其适于响应于训练使能信号检测对应于第一或第二模式的内部电压的平均值；以及控制信号生成部，其适于比较内部电压的平均值与目标值以用于生成第一至第三控制信号。

平均检测部可包括：下冲检测部分，其适于检测内部电压的下冲峰值电压；模式选择部分，其适于响应于模式选择信号选择性地输出下冲检测部分的输出信号或内部电压；模数转换器，其适于将模式选择部分的输出信号转换成数字代码值；以及平均计算部分，其适于输出从模数转换器输出的数字代码值的平均值。

模式选择部分可在第一模式中选择内部电压并可在第二模式中选择下冲检测部分的输出信号。

控制信号生成部可包括：寄存器，其适于储存目标值；以及操作控制部分，其适于比较目标值与平均值并适于控制第一至第三控制信号中的每一个。

第一至第三控制信号中的每一个可以复数形式提供。

通过装置调整部可包括：通过装置选择部分，其适于响应于多个第二控制信号选择多个通过装置中的一个或多个；以及通过装置阵列部分，其包括多个通过装置并适于响应于驱动信号驱动外部电源电压。

通过装置选择部分可包括多个传递元件，多个传递元件适于响应于第二控制信号将驱动信号传递至通过装置阵列部分。

电容器调整部可包括：电容器传递控制部分，其适于响应于多个第三控制信号选择多个电容器中的一个或多个；以及电容器阵列部分，其包括多个电容器且适于大体上保持内部电压恒定。

电容器传递控制部分可包括多个传递元件，多个传递元件适于将内部电压传递至电容器阵列部分。

电压调节器可进一步包括频率补偿部，频率补偿部适于保证内部电压的相位裕度。

平均检测部可包括：下冲检测部分，其适于检测内部电压的下冲峰值电压；模式选择部分，其适于响应于模式选择信号选择性地输出下冲检测部分或内部电压的输出信号；增益积分器，其适于对模式选择部分的输出信号进行积分并输出模式选择部分的输出信号；以及模数转换器，其适于将增益积分器的输出信号转换成数字代码值。

模式选择部分可在第一模式中选择内部电压并可在第二模式中选择下冲检测部分的输出信号。

在另一个实施例中，电压调节器的操作方法可包括：检测电压调节器的输出电压的下冲；响应于模式选择信号在第一模式中选择电压调节器的输出电压并在第二模式中选择下冲；将输出电压或下冲转换成数字代码；计算数字代码的平均值；比较平均值与储存在寄存器中的目标值并生成用于控制电压调节器的控制信号；以及响应于控制信号执行电压调节操作。

控制信号的生成可包括：比较目标值与平均值并生成用于调整电压调节器的偏置电流的电流量的第一控制信号；比较目标值与平均值并生成用于调整电压调节器的通过装置的数量的第二控制信号；以及比较目标值与平均值并生成用于调整电压调节器的输出电容的第三控制信号。

第一至第三控制信号中的每一个可以复数形式提供。

第一控制信号的生成可包括：当目标值大于第二模式中的平均值时，减少多个第一控制信号的激活数量；以及当目标值小于第二模式中的平均值时，增加多个第一控制信号的激活数量。

第二控制信号的生成可包括：当目标值大于第一模式中的平均值时，减少多个第二控制信号的激活数量；以及当目标值小于第一模式中的平均值时，增加多个第二控制信号的激活数量。

第三控制信号的生成可包括：当目标值大于第二模式中的平均值时，减少多个第三控制信号的激活数量；以及当目标值小于第二模式中的平均值时，增加多个第三控制信号的激活数量。

根据依照本发明的实施例的电压调节器，电压调节器的最优化操作可自动地在电路中实时地执行，使得可以减少时间和成本。

此外，由于电压调节器提供数字输出，所以数字测量设备可用于代替昂贵的模拟测量设备，使得可以容易地求取非常难以测量的下冲和过冲值。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的电压调节器的配置简图。

图2是示出根据本发明的一个实施例的电压调节器的偏置电流调整部的示例的电路图。

图3是示出根据本发明的一个实施例的电压调节器的通过装置调整部的示例的电路图。

图4是示出根据本发明的一个实施例的电压调节器的电容器调整部的示例的电路图。

图5是示出根据本发明的一个实施例的电压调节器的下冲检测部分的示例的电路图。

图6是示出根据本发明的一个实施例的电压调节器的模式选择部分的输出信号的示例的曲线图。

图7是示出根据本发明的一个实施例的电压调节器的模数转换器的输出信号的示例的曲线图。

图8是示出根据本发明的一个实施例的平均计算部分的输出信号的示例的曲线图。

图9是示出根据本发明的另一个实施例的电压调节器的配置简图。

图10是示出根据本发明的另一个实施例的电压调节器的增益积分器的示例的输出信号的曲线图。

图11是示出根据本发明的另一个实施例的电压调节器的模数转换器的示例的输出信号的曲线图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述各种实施例。然而，本发明可以不同的形式呈现且不应被解释为限于在本文中提出的实施例。而是，这些实施例被提供使得本公开将是彻底且完整的。在整个公开中，贯穿本发明的各个附图和实施例，相似的参考数字表示相似的部件。

参照图1，根据本发明的一个实施例的电压调节器可包括电压调节单元10a和最优化控制单元10b。电压调节单元10a可包括比较器110、偏置电流调整部120、通过装置调整部130、频率补偿部140、电压分配部150和电容器调整部160。

比较器110可比较参考电压VREF与反馈电压VFB以用于输出驱动信号VDRV并基于偏置电流ISS操作。

偏置电流调整部120可响应于第一控制信号SEL1<0:N>调整提供至比较器110的偏置电流ISS的电流量。第一控制信号SEL1<0:N>可从稍后将描述的最优化控制单元10b接收。将参照图2详细地描述偏置电流调整部120的操作。

通过装置调整部130可从比较器110接收驱动信号VDRV、将外部电源电压VIN输出至输出端作为输出电压VOUT并响应于第二控制信号SEL2<0:N>调整驱动能力。通过装置调整部130可包括通过装置选择部分131和通过装置阵列部分132。输出电压VOUT可以是用于执行内部操作的内部电压。

通过装置选择部分131可响应于第二控制信号SEL2<0:N>控制多个通过装置中的一个或多个被驱动。第二控制信号SEL2<0:N>可从最优化控制单元10b接收。

通过装置阵列部分132可响应于通过装置选择部分131的输出信号驱动选择的通过装置。将参照图3详细地描述通过装置调整部130的操作。

频率补偿部140可保证用于电压调节的频率稳定性的相位裕度。频率补偿部140可例如包括密勒(miller)电容器(未示出)。频率补偿部140可被设置在比较器110和输出端之间用于比较器的连接以补偿频率，从而提高相位裕度。

电压分配部150可分配输出电压VOUT并将分配电压输出至比较器110的输入端作为反馈电压VFB。电压分配部150可例如包括用于分配输出电压VOUT的两个电阻器(未示出)

电容器调整部160可响应于第三控制信号SEL3<0:N>调整输出电容。第三控制信号SEL3<0:N>可从最优化控制单元10b接收。将参照图4更详细地描述电容器调整部160的操作。

最优化控制单元10b可响应于训练使能信号EN_TRAINING评估输出电压VOUT的负载或瞬态调节特性，从而最优化电压调节操作。负载调节特性可指示驱动能力，例如，输出电压VOUT的DC特性。瞬态调节特性可指示暂时压降，例如，输出电压VOUT的AC特性。

最优化控制单元10b可包括平均检测部11和控制信号生成部12。平均检测部11可包括下冲检测部分171、模式选择部分172、模数转换器173和平均计算部分174。控制信号生成部12可包括寄存器176和操作控制部分177。最优化控制单元10b可进一步包括输出部分175。

下冲检测部分171可检测输出电压VOUT中的下冲，即，暂时下降。例如，当输出电压VOUT下降时，下冲检测部分171可检测具有最低电压电平的峰值电压。将参照图5详细地描述下冲检测部分171的操作。

模式选择部分172可响应于模式选择信号MODE_SEL选择性地输出已经通过下冲检测部分171之后的输出电压或没有通过下冲检测部分171的输出电压VOUT。模式选择信号MODE_SEL可从外部装置输入。模式选择信号MODE_SEL可由外部装置控制以最优化输出电压VOUT的负载调节特性，诸如DC特性。模式选择信号MODE_SEL可由外部装置控制以最优化输出电压VOUT的瞬态调节特性，诸如AC特性。在下文中，为简单起见，用于最优化诸如DC特性的输出电压VOUT的负载调节特性的操作模式还可被称为第一模式，而用于最优化诸如AC特性的输出电压VOUT的瞬态调节特性的操作模式还可被称为第二模式。

模数转换器173可将从模式选择部分172输出的电压的模拟代码值转换成数字代码值D<n>。

平均计算部分174可计算从模数转换器173输出的数字代码值D<n>的平均值Q<n>。平均计算部分174可例如使用下列等式计算数字代码值D<n>的平均值Q<n>。

其中，“n”表示到目前为止输出的数据的数量。例如，当n＝5时，可以计算五个数据片的平均值Q<5>。在输入五个数据片的情况下，直到四个数据片的平均值Q<4>可以乘以4，当前值D<5>可以被加到乘法结果，然后加法结果可以除以5。因此，使用以上等式，可以计算到目前为止输出的数据的平均值Q<n>。

输出部175可将来自平均计算部分174的平均值Q<n>输出至输出焊盘。

寄存器176可储存用于最优化电压调节的目标值T<n>。用于最优化的目标值T<n>可根据第一模式或第二模式来选择。在第一模式中，用于最优化的目标值T<n>可以是当输出电压VOUT可不通过下冲检测部分171时可获得的值，诸如最优化输出电压VOUT的DC特性所需的值。在第二模式中，用于最优化的目标值T<n>可以是当输出电压VOUT可通过下冲检测部分171时可获得的值，诸如最优化输出电压VOUT的AC特性所需的峰值电压值。

操作控制部分177可比较从平均计算部分174输出的平均值Q<n>与储存在寄存器176中的目标值T<n>并输出第一控制信号SEL1<0:N>至第三控制信号SEL3<0:N>。第一控制信号SEL1<0:N>可控制偏置电流调整部120的电流。第二控制信号SEL2<0:N>可控制通过装置调整部130的驱动能力。第三控制信号SEL3<0:N>可控制电容器调整部160的电容量。操作控制部分177可根据第一模式和第二模式执行不同操作。

在下文中，将描述根据本发明的一个实施例的电压调节器的操作。

在操作的第一模式中，模式选择部分172可响应于模式选择信号MODE_SEL选择没有通过下冲检测部分171的输出电压VOUT。模数转换器173可将作为模拟信号输出的输出电压VOUT转换成数字代码值。然后，平均计算部分174可计算输出电压VOUT的数字代码值D<n>的平均值Q<n>。操作控制部分177可比较储存在寄存器176中的目标值T<n>与来自平均计算部分174的平均值Q<n>以生成第一控制信号SEL1<0:N>至第三控制信号SEL3<0:N>。

当平均值Q<n>大于目标值T<n>时，例如，当输出电压VOUT的平均值可能高于目标值T<n>时，由于可以确定电压调节器的提供能力是足够的，所以可以通过调整第二控制信号SEL2<0:N>的值减少待被通过装置调整部130打开的通过装置的数量。因此，可以降低电压调节器的驱动能力。

当平均值Q<n>小于目标值T<n>时，例如，当输出电压VOUT的平均值可能低于目标值T<n>时，由于可以确定电压调节器的提供能力是不足够的，所以可以通过调整第二控制信号SEL2<0:N>的值增加待被通过装置调整部130打开的通过装置的数量。因此，可以提高电压调节器的驱动能力。

在第二模式中，模式选择部分172可响应于模式选择信号MODE_SEL选择已经通过下冲检测部分171之后的输出电压。模数转换器173可将作为模拟信号输出的包括峰值电压的输出电压转换成数字代码值。然后，平均计算部分174可计算数字代码值D<n>的平均值Q<n>。操作控制部分177可比较储存在寄存器176中的目标值T<n>与来自平均计算部分174的平均值Q<n>以生成第一控制信号SEL1<0:N>至第三控制信号SEL3<0:N>。

当平均值Q<n>大于目标值T<n>时，例如，当对应于输出电压VOUT的下冲值的峰值电压值可能高于目标值T<n>时，由于可以确定电压调节器的响应时间或回转(slew)是足够的，所以可以通过调整第一控制信号SEL1<0:N>的值减少流经比较器110的偏置电流ISS的量并通过调整第三控制信号SEL3<0:N>的值减少输出电容。

当平均值Q<n>小于目标值T<n>时，例如，当输出电压VOUT的峰值电压值可能低于目标值T<n>时，由于可以确定电压调节器的响应时间或回转是不足够的，所以可以通过调整第一控制信号SEL1<0:N>的值增加流经比较器110的偏置电流ISS的量并通过调整第三控制信号SEL3<0:N>的值增加输出电容。

如上所述，根据本发明的一个实施例的电压调节器可执行自训练操作，从而自动地检测电路中的输出电压VOUT的DC和AC特性并因此调整和最优化偏置电流量、驱动能力和电容。

参照图1和图2，根据本发明的一个实施例的偏置电流调整部120可包括第一NMOS晶体管N1至第八NMOS晶体管N8。第一NMOS晶体管N1的源极被联接至偏置电流源ISS且第一NMOS晶体管N1的漏极被联接至第二NMOS晶体管N2的源极。第一NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第五NMOS晶体管和第七NMOS晶体管的栅极分别被联接至偏置电流源ISS。第三NMOS晶体管N3、第五NMOS晶体管N5和第七NMOS晶体管N7的源极被联接至比较器110的耦合节点VCOMM。第二NMOS晶体管N2、第四NMOS晶体管N4、第六NMOS晶体管N6和第八NMOS晶体管N8的漏极被联接至接地电压端。第四NMOS晶体管N4的源极被联接至第三NMOS晶体管N3的漏极。第六NMOS晶体管N6的源极被联接至第五NMOS晶体管N5的漏极。第八NMOS晶体管N8的源极被联接至第七NMOS晶体管N7的漏极。此外，第二NMOS晶体管N2可通过其栅极接收具有值“H”的固定信号Tie。第四NMOS晶体管N4、第六NMOS晶体管N6和第八NMOS晶体管N8可分别通过它们的栅极接收第一控制信号SEL1<0:N>。第一控制信号SEL1<0:N>可根据第一模式或第二模式由最优化控制单元10b生成，且可通过驱动较大数量的晶体管或较少数量的晶体管调整流经比较器110的偏置电流ISS的电流量。

例如，在第二模式中，当从平均计算部分174输出的平均值Q<n>高于或低于用于最优化的目标值T<n>时，由于可以确定电压调节器的响应时间是否足够，所以可以调整第一控制信号SEL1<0:N>的数量以控制响应于第一控制信号SEL1<0:N>待被驱动的晶体管的激活，使得可减少或增加流经比较器110的偏置电流的电流量。

参照图1和图3，根据本发明的一个实施例的通过装置调整部130可包括通过装置选择部分131和通过装置阵列部分132。

通过装置选择部分131可包括第一传递元件T1_1至第三传递元件T1_3。通过装置选择部分131可响应于各自的第二控制信号SEL2<0:N>将驱动信号VDRV从比较器110传递至通过装置阵列部分132。

通过装置阵列部分132可包括第一PMOS晶体管P1至第三PMOS晶体管P3。第一PMOS晶体管P1至第三PMOS晶体管P3可被联接在外部电源电压VIN和输出端之间。第一PMOS晶体管P1至第三PMOS晶体管P3可响应于通过它们的栅极从第一传递元件T1_1至第三传递元件T1_3接收的驱动信号VDRV输出外部电源电压VIN作为输出电压VOUT。

第二控制信号SEL2<0:N>可根据操作的第一模式或第二模式是否被采用由最优化控制单元10b生成，且可通过驱动接收外部电源电压VIN的较大或较小数量的PMOS晶体管内部地自调整电压调节器的驱动能力。

例如，在第一模式中，当从平均计算部分174输出的平均值Q<n>高于或低于用于最优化的目标值T<n>时，由于可以确定电压调节器的驱动能力是否足够，所以当可能需要减少或增加响应于第二控制信号SEL2<0:N>待被打开的PMOS晶体管的数量时可以调整第二控制信号SEL2<0:N>的数量。例如，可以通过比较当前驱动能力与用于最优化的驱动能力增加或降低必要的驱动能力。

参照图1和图4，根据本发明的一个实施例的电容器调整部160可包括电容器传递控制部分161和电容器阵列部分162。

电容器传递控制部分161可包括第一传递元件T2_1至第三传递元件T2_3。电容器传递控制部分161可响应于各自的第三控制信号SEL3<0:N>将输出电压VOUT传递至电容器阵列部分162。

电容器阵列部分162可包括第一电容器C1至第三电容器C3。第一电容器C1至第三电容器C3中的每一个可大体上保持输出电压VOUT恒定。第一电容器C1至第三电容器C3可依靠响应于第三控制信号SEL3<0:N>第一传递元件T2_1至第三传递元件T2_3中被激活的传递元件被联接至电压调节器的输出端，因此，激活的电容器可恒定地保持输出电压VOUT。

第三控制信号SEL3<0:N>可根据第一模式或第二模式是否被采用由最优化控制单元10b生成，且可通过激活被联接至电压调节器的输出端的较大或较小数量的电容器调整输出电压VOUT的电容以大体上保持输出电压VOUT恒定。

例如，在第二模式中，当从平均计算部分174输出的平均值Q<n>高于或低于用于最优化的目标值T<n>时，由于可以确定电压调节器的回转是否足够，所以可以调整第三控制信号SEL3<0:N>的数量以控制响应于第三控制信号SEL3<0:N>被激活的第一传递元件T2_1至第三传递元件T2_3。因此，可以通过减少或增加从与输出端联接开始操作的电容器的数量调整输出电压VOUT的电容。

参照图1和图5，根据本发明的一个实施例的下冲检测部分171可包括第一放大器171_1、二极管D1、电容器C4和第二放大器171_2。

第一放大器171_1可以是运算跨导放大器(OTA)。第一放大器171_1可接收输出电压VOUT和从下冲检测部分171的输出反馈的峰值电压VPEAK。第一放大器171_1可感测输出电压VOUT以用于输出感测的输出电压。峰值电压VPEAK可以是先前从下冲检测部分171输出的电压中的最低电压。当减小输出电压VOUT时，允许第一放大器171_1的输出信号的电压电平被降低，电容器C4可通过二极管D1放电。

然后，第二放大器171_2可以缓冲并输出降低的电压。来自第二放大器171_2的降低的电压例如峰值电压VPEAK可以被再次输入至第二放大器171_2。

在连续减小输出电压VOUT的情况下，只有当具有低于当前峰值电压VPEAK值的电平的电平的电压值被输入作为输出电压VOUT时，第一放大器171_1的输出电压可被降低。类似于前面的操作，电容器C4可通过二极管放电。

由于仅当通过这种操作新输入的输出电压VOUT低于为先前的最低电压电平的峰值电压VPEAK时放电操作可被执行，所以峰值电压VPEAK可以是输出电压VOUT的最低电压电平。

然而，当输出电压VOUT的电压电平增加时，由于二极管D1可执行整流作用，所以不可能对电容器C4进行放电或充电。因此，虽然输出电压VOUT的电压电平增加，但下冲检测部分171可大体上保持具有低的先前输入的电平的输出电压VOUT。

参照图1和图6，根据本发明的一个实施例的模式选择部分172可响应于模式选择信号MODE_SEL选择性地输出指示输出电压VOUT不通过下冲检测部分171的信号“A”和指示输出电压通过下冲检测部分171的信号“B”。

模式选择部分172可选择性地在第一模式中输出信号“A”和在第二模式中输出信号“B”。信号“B”可通过输出通过下冲检测部分171获得的输出电压VOUT的峰值电压来获得。例如，在输出指示输出电压VOUT不通过下冲检测部分171的信号“A”的最低电压之后，信号“B”可保持不改变。

参照图1和图7，根据本发明的一个实施例的模数转换器173可将从模式选择部分172输出的模拟信号“A”或“B”转换成数字代码以用于输出数字代码。模数转换器173可将信号“A”转换成数字代码以用于在第一模式中输出数字代码。模数转换器173可将信号“B”转换成数字代码以用于在第二模式中输出数字代码。

参照图1和图8，根据本发明的一个实施例的平均计算部分174可计算指示模数转换器173的输出信号的信号“A”或“B”的数字代码值D<n>的平均值以用于输出平均值。平均计算部分174可在第一模式中输出信号“A”的平均值。平均计算部分174可在第二模式中输出信号“B”的平均值。

平均计算部分174可使用下列等式计算信号“A”或“B”的平均值。

其中，“n”表示到目前为止输出的数据的数量。例如，当n＝5时，可以计算五个数据片的平均值Q<5>。在输入五个数据片的情况下，直到四个数据片的平均值Q<4>可以乘以4，当前值D<5>可以被加到乘法结果，然后加法结果可以除以5。因此，使用以上等式，可以计算到目前为止输出的数据的平均值Q<n>。

参照图9，根据本发明的一个实施例的电压调节器可包括电压调节单元90a和最优化控制单元90b。电压调节单元90a可包括比较器910、偏置电流调整部920、通过装置调整部930、频率补偿部940、电压分配部950和电容器调整部960。

比较器910可比较参考电压VREF与反馈电压VFB以用于输出驱动信号VDRV并基于偏置电流ISS操作。

偏置电流调整部920可响应于第一控制信号SEL1<0:N>调整提供至比较器910的偏置电流ISS的电流量。第一控制信号SEL1<0:N>可从稍后将描述的最优化控制单元90b接收。由于偏置电流调整部920的配置和操作与图1的偏置电流调整部120的配置和操作大体上相同，所以现在将省略其的详细描述。

通过装置调整部930可从比较器910接收驱动信号VDRV、将外部电源电压VIN输出至输出端作为输出电压VOUT并响应于第二控制信号SEL2<0:N>调整驱动能力。通过装置调整部930可包括通过装置选择部分931和通过装置阵列部分932。

通过装置选择部分931可响应于第二控制信号SEL2<0:N>控制多个通过装置中的一个或多个被驱动。第二控制信号SEL2<0:N>可从稍后将描述的最优化控制单元90b接收。

通过装置阵列部分932可响应于通过装置选择部分931的输出信号驱动选择的通过装置。

此外，由于通过装置调整部930的配置和操作与图1的通过装置调整部130的配置和操作大体上相同，因此将省略其的详细描述。

频率补偿部940可保证用于电压调节操作的频率稳定性的相位裕度。频率补偿部940可包括被设置在比较器910和输出端之间用于连接以补偿频率从而提高相位裕度的密勒电容器(未示出)。

电压分配部950可分配输出电压VOUT并将分配电压输出至比较器910的输入端作为反馈电压VFB。由于电压分配部950的配置和操作与图1的电压分配部150的配置和操作大体上相同，所以将省略其的详细描述。

电容器调整部960可响应于第三控制信号SEL3<0:N>调整输出电压VOUT的电容。第三控制信号SEL3<0:N>可从稍后将描述的最优化控制单元90b接收。由于电容器调整部960的配置和操作与图1的电容器调整部160的配置和操作大体上相同，所以将省略其的详细描述。。

最优化控制单元90b可响应于训练使能信号EN_TRAINING评估输出电压VOUT的负载调节特性或瞬态调节特性，从而最优化电压调节操作。负载调节特性可指示驱动能力，例如，输出电压VOUT的DC特性。瞬态调节特性可指示暂时产生的压降，例如，输出电压VOUT的AC特性。

最优化控制单元90b可包括平均检测部91和控制信号生成部92。平均检测部91可包括下冲检测部分971、模式选择部分972、计数器973、增益积分器974和模数转换器975。控制信号生成部92可包括寄存器977和操作控制部分978。最优化控制单元90b可进一步包括输出部分976。

下冲检测部分971可检测表示输出电压VOUT暂时下降的现象的下冲。例如，当输出电压VOUT下降时，下冲检测部分171可检测具有最低电压电平的峰值电压。由于下冲检测部分971的配置和操作与图1的下冲检测部分171的配置和操作大体上相同，所以将省略其的详细描述。

模式选择部分972可响应于模式选择信号MODE_SEL选择性地输出通过下冲检测部分971的输出电压或没有通过下冲检测部分971的输出电压VOUT。模式选择信号MODE_SEL可从外部装置输入并可根据是否最优化诸如DC特性的输出电压VOUT的负载调节特性或诸如AC特性的输出电压VOUT的瞬态调节特性由外部装置任意地控制。

增益积分器974可基于计数器973的输出值对从模式选择部分972输出的输出电压信号D<t>进行积分以用于输出积分值。增益积分器974可使用下列等式对为模拟信号的输出电压信号D<t>进行积分。

增益积分器974基于计数器973的输出值使用以上等式将增益从1/N改变到N/N。

计数器973和增益积分器974可执行大体上等同于图1中示出的平均计算部分174的操作的操作。区别是增益积分器974可通过对为模拟信号的输出电压信号D<t>进行积分来计算平均值Q<t>，而平均计算部分174可计算被转换成数字代码值的信号的平均值。

模数转换器975可将为从增益积分器974输出的模拟信号的平均值Q<t>转换成数字代码值。

输出部976可将来自模数转换器975的数字代码值输出至输出焊盘。

寄存器977可储存用于最优化电压调节操作的目标值T<n>。用于最优化的目标值T<n>可根据第一模式或第二模式来选择。在第一模式中，用于最优化的目标值T<n>可以是当输出电压VOUT不通过下冲检测部分971时可获得的值，诸如最优化输出电压VOUT的DC特性所需的值。在第二模式中，用于最优化的目标值T<n>可以是当输出电压VOUT通过下冲检测部分971时可获得的值，诸如最优化输出电压VOUT的AC特性所需的峰值电压值。

操作控制部分978可比较从模数转换器975输出的信号与储存在寄存器977中的目标值T<n>并输出第一控制信号SEL1<0:N>至第三控制信号SEL3<0:N>。第一控制信号SEL1<0:N>可控制偏置电流调整部920的偏置电流ISS量。第二控制信号SEL2<0:N>可控制通过装置调整部930的驱动能力。第三控制信号SEL3<0:N>可控制电容器调整部960的输出电压的电容量。由于操作控制部分978的配置和操作与图1的操作控制部分177的配置和操作大体上相同，所以将省略其的详细描述。

在下文中，将描述根据本发明的另一个实施例的电压调节器的操作。

在第一模式中，模式选择部分972可选择没有通过下冲检测部分971的输出电压VOUT。增益积分器可计算输出电压VOUT的平均值。由于平均值时模拟信号，所以可通过模数转换器975将其转换成数字值。然后，操作控制部分978可比较储存在寄存器977中的用于最优化的目标值T<n>与已经被模数转换器975转换成数字值的输出电压VOUT的平均值以生成第一控制信号SEL1<0:N>至第三控制信号SEL3<0:N>。

当平均值大于目标值T<n>时，由于可以确定电压调节器的提供能力是足够的，所以可以减少第二控制信号SEL2<0:N>的激活的数量以用于调整通过装置调整部930的通过装置的数量。因此，可以降低驱动能力。

然而，当平均值小于目标值T<n>时，由于可以确定电压调节器的提供能力例如驱动能力是不足够的，所以可以增加第二控制信号SEL2<0:N>的数量。因此，可以提高电压调节器的驱动能力。

在第二模式中，模式选择部分972可选择通过下冲检测部分971的输出电压。增益积分器974可以计算包括峰值电压的输出电压的平均值。由于平均值是模拟信号，可通过模数转换器975将其转换成数字值。然后，平均计算部分174可计算数字代码值D<n>的平均值Q<n>操作控制部分978可比较储存在寄存器977中的用于最优化的目标值T<n>与被模数转换器975转换成数字值的平均值以生成第一控制信号SEL1<0:N>至第三控制信号SEL3<0:N>。

当平均值大于目标值T<n>时，例如，当对应于输出电压VOUT的下冲值的峰值电压值可能高于目标值T<n>时，由于可以确定电压调节器的响应时间或回转是足够的，所以可以减少第一控制信号SEL1<0:N>的激活的量以用于调整偏置电流调整部920的偏置电流ISS量并减少第三控制信号SEL3<0:N>的激活的量以用于调整电容器调整部960的电容。因此，可以减少偏置电流量和输出电压VOUT的电容。

然而，当平均值小于目标值T<n>时，例如，当输出电压VOUT的峰值电压值可能低于目标值T<n>时，由于可以确定电压调节器的响应时间或回转是不足够的，所以可以增加第一控制信号SEL1<0:N>的激活的量和第三控制信号SEL3<0:N>的激活的量，使得偏置电流ISS量和输出电压VOUT的电容可以增加。

如上所述，图9的电压调节器可执行自训练操作，从而自动地检测电路中的输出电压VOUT的DC和AC特性并因此调整和最优化偏置电流量、驱动能力和电容。

图10是示出图9中示出的实施例的增益积分器974的输出信号的曲线图。参照图9和图10，增益积分器974可响应于计数器值n<t>对表示包括从模式选择部分972输入并通过下冲检测部分971的峰值电压的输出电压的信号“A”或表示不通过下冲检测部分971的输出电压VOUT的信号“B”进行积分。增益积分器974可输出每一个信号的平均值。

增益积分器974可使用下列等式对信号“A”或“B”进行积分。

增益积分器974可基于计数器973的输出值使用以上等式将增益从1/N改变到N/N，并计算到目前为止输出的数据的平均值Q<t>。

图11是示出图9的模数转换器975的输出信号的曲线图。

参照图9和图11，模数转换器975可将被增益积分器974积分并从增益积分器974输出的模拟信号“A”或“B”转换成数字代码。ADC转换器975可将信号“A”转换成数字代码以用于在第一模式中输出数字代码。ADC转换器975可将信号“B”转换成数字代码以用于在第二模式中输出数字代码。

虽然为了说明性目的已经描述了各种实施例，但在已经阅读本公开后对于本发明所属领域的普通技术人员将明显的是，在不脱离如权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以做出各种改变和变型。

Claims (19)

1.一种电压调节器，其包括：

电压调节单元，其适于调节外部电源电压并输出恒定内部电压；以及

最优化控制单元，其适于响应于训练使能信号调整所述电压调节单元的偏置电流、驱动能力和输出电容且适于将所述内部电压最优化至预定值，

其中所述最优化控制单元包括：

平均检测部，其适于响应于所述训练使能信号检测对应于第一模式或第二模式的所述内部电压的平均值；以及

控制信号生成部，其适于比较所述内部电压的平均值与目标值以用于生成第一控制信号至第三控制信号。

2.根据权利要求1所述的电压调节器，其中，所述电压调节单元包括：

比较器，其适于比较参考电压与反馈电压以用于输出驱动信号并用于使用所述偏置电流来操作；

偏置电流调整部，其适于响应于第一控制信号调整提供至所述比较器的所述偏置电流；

通过装置调整部，其适于根据所述驱动信号将所述外部电源电压输出至输出端作为所述内部电压，并适于响应于第二控制信号调整所述驱动能力；

电容器调整部，其适于响应于第三控制信号调整所述输出电容；以及

电压分配部，其适于分配输出电压并适于将分配电压输出至所述比较器的输入端作为所述反馈电压。

3.根据权利要求2所述的电压调节器，其中，所述平均检测部包括：

下冲检测部分，其适于检测所述内部电压的下冲峰值电压；

模式选择部分，其适于响应于模式选择信号选择性地输出所述下冲检测部分的输出信号或所述内部电压；

模数转换器，其适于将所述模式选择部分的输出信号转换成数字代码值；以及

平均计算部分，其适于输出从所述模数转换器输出的所述数字代码值的平均值。

4.根据权利要求3所述的电压调节器，其中，所述模式选择部分在所述第一模式中选择所述内部电压并在所述第二模式中选择所述下冲检测部分的输出信号。

5.根据权利要求2所述的电压调节器，其中，所述控制信号生成部包括：

寄存器，其适于储存所述目标值；以及

操作控制部分，其适于比较所述目标值与所述平均值并适于控制所述第一控制信号至所述第三控制信号中的每一个。

6.根据权利要求2所述的电压调节器，其中，所述第一控制信号至所述第三控制信号中的每一个可以复数形式提供。

7.根据权利要求6所述的电压调节器，其中，所述通过装置调整部包括：

通过装置选择部分，其适于响应于多个第二控制信号选择多个通过装置中的一个或多个；以及

通过装置阵列部分，其包括所述多个通过装置并适于响应于所述驱动信号驱动所述外部电源电压。

8.根据权利要求7所述的电压调节器，其中，所述通过装置选择部分包括：

多个传递元件，其适于响应于所述第二控制信号将所述驱动信号传递至所述通过装置阵列部分。

9.根据权利要求6所述的电压调节器，其中，所述电容器调整部包括：

电容器传递控制部分，其适于响应于多个第三控制信号选择多个电容器中的一个或多个；以及

电容器阵列部分，其包括所述多个电容器且适于大体上保持所述内部电压恒定。

10.根据权利要求9所述的电压调节器，其中，所述电容器传递控制部分包括：

多个传递元件，其适于将所述内部电压传递至所述电容器阵列部分。

11.根据权利要求1所述的电压调节器，其进一步包括：

频率补偿部，其适于保证所述内部电压的相位裕度。

12.根据权利要求2所述的电压调节器，其中，所述平均检测部包括：

下冲检测部分，其适于检测所述内部电压的下冲峰值电压；

模式选择部分，其适于响应于模式选择信号选择性地输出所述下冲检测部分的输出信号或所述内部电压；

增益积分器，其适于对所述模式选择部分的输出信号进行积分并进行输出；以及

模数转换器，其适于将所述增益积分器的输出信号转换成数字代码值。

13.根据权利要求12所述的电压调节器，其中，所述模式选择部分在所述第一模式中选择所述内部电压并在所述第二模式中选择所述下冲检测部分的输出信号。

14.一种电压调节器的操作方法，其包括：

检测所述电压调节器的输出电压的下冲；

响应于模式选择信号在第一模式中选择所述电压调节器的输出电压并在第二模式中选择所述下冲；

将所述输出电压或所述下冲转换成数字代码；

计算所述数字代码的平均值；

比较所述平均值与储存在寄存器中的目标值并生成用于控制所述电压调节器的控制信号；以及

响应于所述控制信号和驱动信号执行电压调节操作，

通过比较从所述电压调节器的输出电压反馈的反馈电压与参考电压来生成所述驱动信号。

15.根据权利要求14所述的电压调节器的操作方法，其中，所述控制信号的生成包括：

比较所述目标值与所述平均值并生成用于调整所述电压调节器的偏置电流的电流量的第一控制信号；

比较所述目标值与所述平均值并生成用于调整所述电压调节器的通过装置的数量的第二控制信号；以及

比较所述目标值与所述平均值并生成用于调整所述电压调节器的输出电容的第三控制信号。

16.根据权利要求15所述的电压调节器的操作方法，其中，所述第一控制信号至所述第三控制信号中的每一个可以复数形式提供。

17.根据权利要求16所述的电压调节器的操作方法，其中，所述第一控制信号的生成包括：

当所述目标值小于所述第二模式中的所述平均值时，减少多个第一控制信号的激活数量；以及

当所述目标值大于所述第二模式中的所述平均值时，增加所述多个第一控制信号的激活数量。

18.根据权利要求16所述的电压调节器的操作方法，其中，所述第二控制信号的生成包括：

当所述目标值小于所述第一模式中的所述平均值时，减少多个第二控制信号的激活数量；以及

当所述目标值大于所述第一模式中的所述平均值时，增加所述多个第二控制信号的激活数量。

19.根据权利要求16所述的电压调节器的操作方法，其中，所述第三控制信号的生成包括：

当所述目标值小于所述第二模式中的所述平均值时，减少多个第三控制信号的激活数量；以及

当所述目标值大于所述第二模式中的所述平均值时，增加所述多个第三控制信号的激活数量。