CN114253336A - 低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器。一种低功率混合反向(LPHR)带隙基准(BGR)和数字温度传感器(DTS)或数字温度计，它利用亚阈值金属氧化物半导体(MOS)晶体管和PNP寄生双极结晶体管(BJT)器件来形成作为可配置BGR或DTS操作模式的基础的反向BGR。LPHR体系结构使用低成本MOS晶体管和标准的寄生PNP器件。基于反向带隙电压，LPHR可作为可配置的BGR工作。通过比较可配置BGR与缩放的基极‑发射极电压，该电路也可作为具有线性传递函数的DTS来运转，并具有单温度修整以获得高准确度。
Description
技术领域
本公开涉及低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器。
背景技术
带隙基准(bandgap reference，BGR)和数字温度传感器(Digital TemperatureSensor，DTS)被广泛用于几乎所有现代集成电路(IC)中。BGR提供了一种准确的电压源，该电压源可作为内部电力供应生成的基准，或者作为关键电路的偏置电压，因此其性能对整个***至关重要。DTS提供关于IC温度的信息，这对实现最优***性能以及支持热保护非常重要。随着对诸如移动电话、膝上型电脑和物联网(internet-of-thing，IOT)设备之类的便携式设备的需求不断增加，对BGR和DTS的低功率和低成本的要求也在变得更加具有挑战性。
发明内容
根据本公开的一方面，提供了一种用于实现带隙基准或数字温度传感器的装置，所述装置包括：第一电阻器；放大器，具有与所述第一电阻器耦合的第一输入，以及用于接收缩放的发射极-基极电压的第二输入；以及第二电阻器，具有可变电阻，其中所述第二电阻器耦合到所述放大器的第一输入和输出，其中所述放大器的输出是带隙基准。
根据本公开的一方面，提供了一种用于实现带隙基准或数字温度传感器的装置，所述装置包括：放大器，具有不平衡的输入对大小或者不平衡的偏置电流，其中所述放大器的输入之间的电压差是与绝对温度成比例(PTAT)电压，并且其中所述放大器的输出是带隙电压；以及与所述放大器的输出耦合的比较器，其中所述比较器用于将所述带隙电压与缩放的发射极-基极电压相比较。
根据本公开的一方面，提供了一种包括可操作来充当带隙基准或数字温度计的装置的***，包括：存储器；与所述存储器耦合的处理器；以及无线接口，来允许所述处理器与另一设备通信，其中所述处理器包括可操作来充当带隙基准或数字温度计的装置，其中所述装置包括：第一电阻器；放大器，具有与所述第一电阻器耦合的第一输入，以及用于接收缩放的发射极-基极电压的第二输入；以及第二电阻器，具有可变电阻，其中所述第二电阻器耦合到所述放大器的第一输入和输出，其中所述放大器的输出是带隙基准。
附图说明
通过以下给出的详细描述并且通过本公开的各种实施例的附图将更充分理解本公开的实施例，然而详细描述和附图不应当被理解为将本公开限制到特定实施例，而只是用于说明和理解的。
图1根据一些实施例图示了低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器。
图2根据一些实施例图示了用于低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器的非平衡n型输入放大器。
图3根据一些实施例图示了用于低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器的非平衡p型输入放大器。
图4A-图4B根据一些实施例图示了为低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器生成缩放的发射极-基极电压的电路。
图5根据一些实施例图示了示出作为数字温度传感器操作的低功率混合反向带隙基准的图线。
图6A-图6B根据一些实施例分别图示了在已知的带隙电路中使用的双极结温度器件的布局以及在低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器中使用的具有更大电阻梯的单个BJT器件的布局。
图7根据一些实施例图示了分别具有低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器的智能设备或者计算机***或者SoC(片上***)。
具体实施方式
用于服务器和客户端市场中的传统BGR/DTS设计采用一对BJT器件来生成与绝对温度成比例(proportional-to-absolute-temperature，PTAT)电压(Vptat)和与绝对温度互补(complementary-to-absolute-temperature，CTAT)电压(VEB)。通过选择适当的比率(α)，可以通过抵消PTAT和CTAT电压的温度系数(TC)来生成带隙基准电压。
VBGR＝αVptat+VEB (1)
通过比较VBGR和VEB可以获得温度信息，因此添加了模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)来执行比较并从而实现DTS功能。为了获得合理的性能，BJT器件最终会使用相对较大的占地面积，特别是在先进的半导体工艺中。作为限制面积和功率要求的一种方式，一些客户端和服务器DTS设计利用现有的排序和类别测试条件来实现双温度(两点)修整，这在低BOM产品要求的低成本测试环境中可能是不可行的。此外，传统的BGREF要求更大的电流来偏置一对BJT，并且这种结构的匹配也是一个关键的方面。
文献中报道了许多低功率、低成本的BGR电路。一系列的解决方案利用了标准的带隙电路拓扑结构，同时使用基于MOS的二极管作为绝对电压基准源。由于对基于MOS的二极管的控制不充分，所以要求一种广泛的修整方法(在大批量生产中不现实)来实现准确的基准电压。另一类电路通过利用开关电容器实现了低功率BGR。然而，开关电容器在输出基准电压中引入了纹波，并且其PSRR性能是相对较低的。
文献中开发了各种类型的低功率、低成本DTS。一种是利用电阻器来感测温度，并且从由RC滤波器中的电阻变化引起的相移或者从电阻桥中的电流变化中获得温度信息。然而，他们的实现要求硅化的多晶硅电阻器，并且转换速度非常慢(在ms范围内)。
一个现有的低功率DTS结构要求一温度(一点)修整，并且利用一对NPN器件来生成PTAT(与绝对温度成比例)和CTAT(与绝对温度互补)电流。温度信息可通过调节电阻器数模转换器(digital-to-analog converter，DAC)以平衡PTAT和CTAT电流来获得。由于NPN器件只在三阱工艺中可用，而它们在低成本的双阱工艺中的可用性是有限的，因此一种变体使用了亚阈值MOS器件和寄生PNP BJT来分别获得PTAT和CTAT电流。然而，这两种设计都要求复杂的外部读出电路，因为它们有输出代码与温度的非线性传递曲线。此外，它们在电流模式中操作，这增大了设计的复杂性，并且导致功率消耗随输出代码的变化。
各种实施例描述了一种被称为“低功率混合反向”(low power hybrid reverse，LPHR)BGR/DTS的BGR/DTS结构，它利用亚阈值金属氧化物半导体(metal oxidesemiconductor，MOS)晶体管和PNP寄生BJT器件来形成作为可配置BGR或DTS操作模式的基础的反向BGR。各种实施例的LPHR体系结构使用低成本MOS晶体管和标准的寄生PNP器件。基于反向带隙电压，LPHR可作为可配置的BGR工作。通过比较可配置BGR与缩放的基极-发射极电压，该电路也可作为具有线性传递函数的DTS来运转，并具有单温度修整以获得高准确度。
在一些实施例中，LPHR可被配置为BGR或DTS(或者数字温度计)，并且包括第一电阻器(R1)；放大器，其具有与第一电阻器耦合的第一输入(Vin-)，以及用于接收缩放的发射极-基极电压(αVEB)的第二输入(Vin+)；以及具有可变电阻的第二电阻器(R2)，其中第二电阻器与放大器的第一输入和输出耦合，其中放大器的输出是带隙基准(V_BGR)。在各种实施例中，该放大器是非平衡放大器，具有不平衡的输入对大小或者不平衡的偏置电流。在一些实施例中，放大器包括具有第一大小的第一输入晶体管(Q0)；以及具有第二大小的第二输入晶体管(Q1)，其中第一大小是第二大小大的“n”倍。该放大器还包括与第一输入晶体管和第二输入晶体管耦合的电流镜；以及与第一输入晶体管和第二输入晶体管耦合的电流源。在一些实施例中，电流镜包括第三晶体管(Q2)，其处于二极管连接方式(diode-connected)并且耦合到第一输入晶体管，其中第三晶体管具有第三大小；和第四晶体管(Q3)，它与第三晶体管和第二输入晶体管耦合，其中第四晶体管具有第四大小，其中第四大小是第三大小的“m”倍。这里，“m”和“n”可以是任何数字。例如，n＝4并且m＝1。
在一些实施例中，缩放的发射极-基极电压是第一缩放发射极-基极电压，其中LPHR包括比较器来比较放大器的输出与第二缩放发射极-基极电压(βVEB)。在各种实施例中，第二缩放发射极-基极电压高于第一缩放发射极-基极电压。在一些实施例中，LPHR与逐次逼近逻辑耦合，以接收比较器的输出并且生成数字代码(Dout)，其中数字代码根据比较器的输出变化。在一些实施例中，数字代码是第一数字代码，其中LPHR包括多路复用器来选择第一数字代码或第二数字代码(Dext)之一，其中多路复用器的输出用于调整第二电阻器的可变电阻。在一些实施例中，当多路复用器选择第一数字代码(Dout)时，第一数字代码指示出LPHR的温度。
在一些实施例中，LPHR包括电路来生成第一缩放发射极-基极电压和第二缩放发射极-基极电压。在一些实施例中，该电路包括：电阻分压器；与电阻分压器耦合的电流源；以及与电流源和电阻分压器耦合的晶体管，其中电阻分压器具有用于提供第一缩放发射极-基极电压的第一抽头和用于提供第二缩放发射极-基极电压的第二抽头。在一些实施例中，该晶体管是PNP BJT或PMOS晶体管之一。在各种实施例中，LPHR可用作管芯的热点中的温度传感器。同样的电路也可用作基准电压生成器。
各种实施例有许多技术效果。例如，与现有的低功率DTS拓扑结构相比，各种实施例的LPHR-DTS可在大38％的工作温度范围上通过单次温度修整实现高准确度，使用的功率减少25％并且要求的转换时间缩短23％，同时例如提供了线性代码到温度传递函数。LPHR-BGR实现了更好的温度独立性和PSRR性能，而消耗的功率是现有基础BGR电路的0.15倍。其他技术效果将从各种附图和实施例中清楚显现。
在接下来的描述中，论述了许多细节以提供对本公开的实施例的更透彻说明。然而，本领域技术人员将会清楚，没有这些具体细节也可实现本公开的实施例。在其他情况下，以框图形式而不是详细示出公知的结构和设备，以避免模糊本公开的实施例。
注意，在实施例的相应附图中，信号以线条表示。一些线条可能更粗，以指示更多的构成信号路径，和/或在一端或多端具有箭头，以指示主信息流方向。这种指示并不打算是限制性的。更确切地说，这些线条与一个或多个示范性实施例被联合使用来帮助更容易理解电路或逻辑单元。由设计需要或偏好决定的任何表示的信号可实际上包括可在任一方向上行进并且可利用任何适当类型的信号方案实现的一个或多个信号。
在整个说明书各处，以及在权利要求中，术语“连接”的意思是直接连接，例如连接的事物之间的电连接、机械连接或磁连接，没有任何中间设备。
术语“耦合”的意思是直接或间接连接，例如连接的事物之间的直接电连接、机械连接或磁连接，或者通过一个或多个无源或有源中间设备的间接连接。
这里的术语“邻近”一般指的是一个事物的位置与另一事物挨着(例如，紧挨着或者接近并且其间有一个或多个事物)或者毗邻(例如，与其邻接)。
术语“电路”或“模块”可以指被布置为与彼此合作来提供期望的功能的一个或多个无源和/或有源组件。
术语“信号”可以指至少一个电流信号、电压信号、磁信号或者数据/时钟信号。“一”和“该”的含义包括多数指代。“在…中”的含义包括“在…中”和“在…上”。
术语“模拟信号”是任何这样的连续信号：对于该连续信号，该信号的时变特征(变量)是某个其他时变量的表示，即，类似于另一时变信号。
术语“数字信号”是这样的物理信号：其是例如任意比特流的或者数字化的(采样并且模数转换的)模拟信号的离散值(量化离散时间信号)的序列的表示。
术语“缩放”一般是指将某个设计(图解和布局)从一个工艺技术转换到另一个工艺技术并且可随后减小布局面积。在一些情况下，缩放也指从一个工艺技术到另一个工艺技术扩大设计的规模并且可随后增大布局面积。术语“缩放”一般也指在同一技术节点内缩小或扩大布局和器件的规模。术语“缩放”还可以指相对于另一参数(例如电力供应水平)调整(例如，减慢或加速——即分别是缩小或放大)信号频率。
术语“基本上”、“接近”、“大致”、“近似”和“大约”一般指在目标值的+/-10％内。
除非另有指明，否则使用序数形容词“第一”、“第二”和“第三”等等来描述共同对象只是表明相似对象的不同实例被引用，而并不打算暗示这样描述的对象必须在时间上、空间上、排名上或者以任何其他方式处于给定的序列中。
对于本公开而言，短语“A和/或B”和“A或B”的意思是(A)、(B)或者(A和B)。对于本公开而言，短语“A、B和/或C”的意思是(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或者(A、B和C)。
说明书中和权利要求中的术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“上”、“下”等等(如果有的话)是用于描述性目的的，而并不一定用于描述永久的相对位置。
要指出，附图的具有与任何其他附图的元素相同的标号(或名称)的那些元素可按与所描述的相似的任何方式来操作或工作，但不限于此。
对于实施例而言，这里描述的各种电路和逻辑块中的晶体管是金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，MOS)晶体管或其衍生物，其中MOS晶体管包括漏极、源极、栅极和体端子。晶体管和/或MOS晶体管衍生物也包括三栅和FinFET晶体管、全包围栅圆柱体晶体管、隧道效应FET(Tunneling FET，TFET)、方形线晶体管、或者矩形带状晶体管、铁电FET(ferroelectric FET，FeFET)或者像碳纳米管或自旋器件之类的实现晶体管功能的其他器件。MOSFET对称源极和漏极端子即是相同的端子并且在这里可互换使用。另一方面，TFET器件具有非对称源极和漏极端子。本领域技术人员将会明白，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其他晶体管，例如双极结晶体管(BJT PNP/NPN)、BiCMOS、CMOS等等。
图1根据一些实施例图示了低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器100(这里称为LPHR电路100)。在一些实施例中，LPHR电路100包括如图所示那样耦合的非平衡放大器101、比较器102、逐次逼近寄存器(SAR逻辑)103、第一缩放电压源104、第二缩放电压源105、多路复用器(Mux)106、电阻器R1和电阻器R2。在一些实施例中，Mux106用于经由外部数据(Dext)或者来自SAR 103的数据Dout之一来调整电阻器R2的电阻。
如果Dext被选择，则LPHR电路100作为可配置的BGR工作，而如果Dout被选择，则LPHR电路100作为DTS工作。因此，取决于LPHR电路100是被配置为BGR还是DTS，Mux 106(利用Select信号)选择Dext或Dout中的一个。例如，当LPHR电路100作为BGR操作时，Mux 106选择Dext以选择R2的电阻来调节带隙基准电压V_BGR，而当LPHR电路100作为DTS操作时选择Dout。当LPHR电路100作为可配置的BGR工作时，输出基准电压VBGR可被用输入代码Dext来调整。输出V_BGR(或者VBGR)被比较器102与缩放的βVEB进行比较，该比较器为SAR 103生成了输出Out。
在各种实施例中，放大器101是按弱反转工作的非平衡放大器。参照图2-图3图示了放大器101的一些实施例。
图2根据一些实施例图示了用于低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器的非平衡n型输入放大器200。放大器200包括nMOS输入晶体管Q0和Q1、电流镜pMOS晶体管Q2和Q3以及由Vnbias偏置的n型电流源Qb。输入晶体管接收Vin+和Vin-信号，而输出则在节点Out上提供。这里，节点名称和信号名称是可互换使用的。例如，Out取决于句子的上下文可以指信号out或者节点out。
图3根据一些实施例图示了用于低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器的非平衡p型输入放大器300。放大器300是放大器200的翻转版本。放大器300包括pMOS输入晶体管Q0和Q1、电流镜nMOS晶体管Q2和Q3以及由Vpbias偏置的p型电流源Qb。输入晶体管接收Vin+和Vin-信号，而输出则在节点Out上提供。下面的章节描述了为LPHR电路100使用非平衡放大器200或300的基础。
如果MOS晶体管被按弱反转来偏置，则IDS到VGS的特性是指数型的，与BJT相似：
其中VT＝kT/q是热电压，Io是与工艺有关的参数，但与晶体管大小(W/L)成比例。在一些运算之后，可以获得：
因此，当一对MOS晶体管被按弱反转来偏置时，它们的VGS差值是它们的大小和IDS的水平的比率的函数。放大器200/300的输入对晶体管Q0和Q1按弱反转操作，并且它们的大小比率为1∶n。此外，它们的电流也是不平衡的，比率为m∶1，这是由有源负载中的电流镜器件Q2和Q3设置的。从而，输入对晶体管Q0和Q1之间的VGS差值(这也是Vin-和Vin+之间的输入电压差值，因为它们共享同一源节点)是：
Vptat＝Vin--Vin+＝VTln(mn)。 (4)
由于VT以系数＝～0.087mV/℃随温度增大，所以其生成PTAT电压，并且其温度系数(TC)可通过使用特定的m(电流比率)和n(输入对大小比率)值来设置。随机失配可导致m和n的变化，但这可通过对于输入对和电流镜使用大的晶体管大小来最小化。放大器200/300的晶体管Q0和Q1可通过低电流偏置和大晶体管大小被保持在弱反转区域中。
图4A-图4B根据一些实施例分别图示了为低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器生成缩放的发射极-基极电压的电路400和420。图1中的缩放基极-发射极电压(αVEB)和(βVEB)是由电路400或420之一生成的。电路400包括如图所示那样耦合的电流源Isrc、包括电阻器R的电阻分压器网络以及PNP BJT器件。在一些实施例中，电流源被应用来对PNP器件进行偏置，其发射极到基极电压VEB在许多BGR电路中被广泛用于生成CTAT电压并且具有负的TC(例如，-1.5～1.6mV/℃)，其中TC是温度系数。缩放的基极-发射极电压(αVEB)和(βVEB)是由电阻器R的电阻梯生成的。
如图1所示，反向带隙电压(Vbgs)在放大器101的负输入节点处按以下式子生成：
Vbgs＝Vptat+αVEB (5)
PTAT电压(Vptat)具有正TC，而CTAT电压(VEB)具有负TC。通过为α设置正确的值，它们的TC可相互抵消，并且可以获得TC大约为0的反向带隙基准电压(Vbgs)。之所以称为“反向”是因为因子α调制的是CTAT电压而不是PTAT电压。
为了补偿CTAT和PTAT电压，使用因子α＜＜1，这导致Vbgs的水平大约为100mV。由于其幅值小，Vbgs可能难以在一些应用中使用。因此，在一些实施例中，使用电阻器反馈配置来生成具有合理幅值的BGR电压。
如果假设R1是固定的并且R2是由代码(Dext)数字控制的，如图1所示，那么根据各种实施例，生成可配置的BGR电压。
在可能应用背面电力输送并且衬底可能不可用或者太薄而无法支持传统PNP结构的工艺技术节点中，电路420可用于生成缩放的VEB。虽然使用衬底来形成寄生PNP，但如图4B的电路420中所示，该PNP器件可以用亚阈值的MOS器件来代替。电路420包括如图所示那样耦合的电流源Isrc、包括电阻器R的电阻分压器网络以及pMOS器件。这里，缩放的VEB是通过在亚阈值区域中用pMOS器件偏置代替PNP而生成的。各种实施例的电阻器可实现为分立电阻器、由工艺技术节点提供的电阻器、被配置为电阻器的晶体管，或者它们的组合。偏置电压Vnbias和Vpbias可由任何适当的基准生成器生成，例如分压器、电阻分压器、基于电流镜的基准生成器、内部片上基准生成器、片外基准生成器，或者它们的组合。
图5根据一些实施例图示了示出作为数字温度传感器操作的低功率混合反向带隙基准的图线500。正如参照图1所论述的，当Mux 106选择Dout来调整电阻R2时，实现了DTS。在一些实施例中，LPHR100作为DTS操作以通过比较缩放的VEB电压和BGR电压VBGR来获得温度信息。其功能和电路实现被说明如下。
根据式(6)并且在假设R1是固定的并且R2是可调节的之后，VBGR随着R2线性增大。从而，可以获得不同的带隙电压，例如VBGR(1)和VBGR(2)，如图线500所示，并且它们随温度是不变的。另一方面，VEB是具有负TC的CTAT电压，因此通过比较VEB和VBGR可以获得温度信息。
由于这是电压比较并且很容易生成缩放的CTAT电压(βVEB)，所以LPHR 100大大增大了工作温度范围，因为它避免了现有温度传感器电路的电流比较器饱和问题。注意，αVEB可能太小，而不能用于比较器102进行的这种比较中，因此根据一些实施例，另一个缩放的CTAT电压(βVEB)被用于比较VBGR与βVEB。
随着温度变化，βVEB电压随温度减小，而VBGR是恒定的，并且随R2线性增大。因此，在各种实施例中，改变R2(使用不同的代码Dout，如图1所示)以使得VBGR等于βVEB，温度信息(Dout)可从R2的值中获得，如下：
其中
R2u是R2的单位电阻器，并且基于假设：
VEB＝Vgo+tc·T (8)
其中Vgo大约为1.2V，与硅带隙有关；tc是PNP器件的TC。
在LPHR 100的DTS操作模式中，选择Dout代码来控制可调节的R2，并且如图1所示添加比较器102和数字逐次逼近(SAR)逻辑电路103。在给定的温度下，在各种实施例中，SAR逻辑103生成初始代码Dout，其导致与βVEB比较的VBGR(i)。基于比较器的输出(Out)，SAR逻辑103可自动调整Dout代码，并且在由要求的分辨率决定的若干个时钟周期之后，获得确保VBGR(i)等于βVEB的最终Dout(如式(7)所给出的)。
图6A--图6B根据一些实施例分别图示了在已知的带隙电路中使用的双极结温度器件的布局600以及在低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器中使用的具有更大电阻梯的单个BJT器件的布局620。
大多数现有的BGR/DTS电路使用一对大小比率为1∶8的BJT器件来生成所要求的VEB电压，并且其布局结构如图6A所示。在布局600中，一个BJT在中心，并且另一个BJT被放置在周围，以便有更好的匹配性能。例如，BJT1在中心，并且BJT2被放置在其周围。
取代该对BJT器件，将单个BJT器件与大的电阻梯结合起来生成缩放VEB是LPHR100的一个特征结构。其布局结构如图6B所示，其中单个BJT器件、大的电阻器阵列，开关(“SW”)和电流源(“CS”)生成缩放的VEB。电路100和关联的布局结构620提供了一种优化的布局，与现有的BGR/DTS设计相比，其更不容易出现BJT失配差错，而且功率更低。
图7根据一些实施例图示了分别具有低功率混合反向带隙基准和数字温度传感器的智能设备或者计算机***或者SoC(片上***)。在一些实施例中，设备2400表示适当的计算设备，例如计算平板、移动电话或智能电话、膝上型电脑、桌面型电脑、物联网(Internet-of-Things，IOT)设备、服务器、可穿戴设备、机顶盒、具备无线能力的电子阅读器，等等。将会理解，某些组件被概括示出，并且在设备2400中没有示出这种设备的所有组件。
在一示例中，设备2400包括SoC(片上***)2401。SoC 2401的示例边界在图7中利用虚线图示，其中一些示例组件被图示为包括在SoC 2401内——然而，SoC 2401可包括设备2400的任何适当组件。
在一些实施例中，设备2400包括处理器2404。处理器2404可包括一个或多个物理设备，例如微处理器、应用处理器、微控制器、可编程逻辑器件、处理核心或者其他处理装置。处理器2404执行的处理操作包括对其上执行应用和/或设备功能的操作平台或操作***的执行。处理操作包括关于与人类用户或与其他设备的I/O(输入/输出)的操作、关于功率管理的操作、关于将计算设备2400连接到另一设备的操作，等等。处理操作还可包括关于音频I/O和/或显示I/O的操作。
在一些实施例中，处理器2404包括多个处理核心(也称为核心)2408a、2408b、2408c。虽然在图7中只图示了三个核心2408a、2408b、2408c，但处理器2404可包括任何其他适当数目的处理核心，例如数十个或者甚至数百个处理核心。处理器核心2408a、2408b、2408c可实现在单个集成电路(IC)芯片上。另外，芯片可包括一个或多个共享和/或私有缓存、总线或互连、图形和/或存储器控制器，或者其他组件。
在一些实施例中，处理器2404包括缓存2406。在一示例中，缓存2406的一些区段可专用于个体核心2408(例如，缓存2406的第一区段专用于核心2408a，缓存2406的第二区段专用于核心2408b，等等依此类推)。在一示例中，缓存2406的一个或多个区段可以是两个或更多个核心2408之间共享的。缓存2406可被分割成不同的级别，例如第1级(L1)缓存、第2级(L2)缓存、第3级(L3)缓存，等等。
在一些实施例中，处理器核心2404可包括取得单元来取得指令(包括具有条件分支的指令)来供核心2404执行。指令可以是从诸如存储器2430之类的任何存储设备取得的。处理器核心2404也可包括解码单元来对取得的指令解码。例如，解码单元可将取得的指令解码成多个微操作。处理器核心2404可包括调度单元来执行与存储解码的指令相关联的各种操作。例如，调度单元可保存来自解码单元的数据，直到指令准备好派谴为止，例如，直到解码的指令的所有源值变得可用为止。在一个实施例中，调度单元可调度和/或发出(或派谴)解码的指令到执行单元以便执行。
执行单元可在派谴的指令被解码(例如，被解码单元解码)和派谴(例如，被调度单元派谴)之后执行这些指令。在一实施例中，执行单元可包括多于一个执行单元(例如，成像计算单元、图形计算单元、通用计算单元，等等)。执行单元也可执行各种算术操作，例如加法、减法、乘法和/或除法，并且可包括一个或多个算术逻辑单元(arithmetic logic unit，ALU)。在一实施例中，协处理器(未示出)可联合执行单元执行各种算术操作。
另外，执行单元可无序地执行指令。因此，处理器核心2404在一个实施例中可以是无序处理器核心。处理器核心2404也可包括引退单元。引退单元可在执行的指令被提交之后引退这些指令。在一实施例中，执行的指令的引退可导致处理器状态被从指令的执行提交、指令使用的物理寄存器被解除分配，等等。处理器核心2404还可包括总线单元来使能处理器核心2404的组件和其他组件之间经由一个或多个总线的通信。处理器核心2404还可包括一个或多个寄存器来存储被核心2404的各种组件访问的数据(例如与指派的app优先级和/或子***状态(模式)关联有关的值)。
在一些实施例中，设备2400包括连通性电路2431。例如，连通性电路2431包括硬件设备(例如，无线和/或有线连接器和通信硬件)和/或软件组件(例如，驱动器、协议栈)，来例如使得设备2400能够与外部设备通信。设备2400可与诸如其他计算设备、无线接入点或基站等等之类的外部设备分离。
在一示例中，连通性电路2431可包括多个不同类型的连通性。概括而言，连通性电路2431可包括蜂窝连通性电路、无线连通性电路，等等。连通性电路2431的蜂窝连通性电路一般指的是由无线运营商提供的蜂窝网络连通性，例如经由以下所列项来提供：GSM(global system for mobile communications，全球移动通信***)或者变体或衍生物，CDMA(code division multiple access，码分多址接入)或者变体或衍生物，TDM(timedivision multiplexing，时分复用)或者变体或衍生物，第3代合作伙伴计划(3rdGeneration Partnership Project，3GPP)通用移动电信***(Universal MobileTelecommunications Systems，UMTS)***或者变体或衍生物，3GPP长期演进(Long-TermEvolution，LTE)***或者变体或衍生物，3GPP LTE高级版(LTE-Advanced，LTE-A)***或者变体或衍生物，第五代(5G)无线***或者变体或衍生物，5G移动网络***或者变体或衍生物，5G新无线电(New Radio，NR)***或者变体或衍生物，或者其他蜂窝服务标准。连通性电路2431的无线连通性电路(或无线接口)指的是非蜂窝的无线连通性，并且可包括个人区域网(例如蓝牙、近场等等)、局域网(例如Wi-Fi)和/或广域网(例如WiMax)，和/或其他无线通信。在一示例中，连通性电路2431可包括网络接口，例如有线或无线接口，例如，使得***实施例可被包含到无线设备(例如，蜂窝电话或个人数字助理)中。
在一些实施例中，设备2400包括控制中枢2432，该控制中枢2432表示关于与一个或多个I/O设备的交互的硬件设备和/或软件组件。例如，处理器2404可经由控制中枢2432与显示器2422、一个或多个***设备2424、存储设备2428、一个或多个其他外部设备2429等等中的一个或多个通信。控制中枢2432可以是芯片集、平台控制中枢(Platform ControlHub，PCH)，等等。
例如，控制中枢2432图示了连接到设备2400的附加设备的一个或多个连接点，例如，通过这些附加设备用户可与***交互。例如，可附接到设备2400的设备(例如，设备2429)包括麦克风设备、扬声器或立体声***、音频设备、视频***或其他显示设备、键盘或小键盘设备或者用于特定应用的其他I/O设备，例如读卡器或其他设备。
如上所述，控制中枢2432可与音频设备、显示器2422等等交互。例如，通过麦克风或其他音频设备的输入可为设备2400的一个或多个应用或功能提供输入或命令。此外，取代显示输出，或者除了显示输出以外，可提供音频输出。在另一示例中，如果显示器2422包括触摸屏，则显示器2422也充当输入设备，该输入设备可至少部分由控制中枢2432管理。在计算设备2400上也可以有额外的按钮或开关来提供由控制中枢2432管理的I/O功能。在一个实施例中，控制中枢2432管理诸如加速度计、相机、光传感器或其他环境传感器之类的设备，或者可被包括在设备2400中的其他硬件。输入可以是直接用户交互的一部分，以及向***提供环境输入以影响其操作(例如对噪声的过滤，调整显示器以进行亮度检测，对相机应用闪光灯，或者其他特征)。
在一些实施例中，控制中枢2432可利用任何适当的通信协议(例如PCIe(Peripheral Component Interconnect Express，快速***组件互连)、USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)、Thunderbolt、高清晰度多媒体接口(High DefinitionMultimedia Interface，HDMI)、Firewire，等等)耦合到各种设备。
在一些实施例中，显示器2422表示提供视觉和/或触觉显示来供用户与设备2400交互的硬件(例如，显示设备)和软件(例如，驱动器)组件。显示器2422可包括显示接口、显示屏和/或用于向用户提供显示器的硬件设备。在一些实施例中，显示器2422包括向用户提供输出和输入两者的触摸屏(或触摸板)设备。在一示例中，显示器2422可直接与处理器2404通信。显示器2422可以是像在移动电子设备或膝上型电脑设备中那样的内部显示设备或者经由显示接口(例如，DisplayPort等等)附接的外部显示设备中的一个或多个。在一个实施例中，显示器2422可以是头戴式显示器(head mounted display，HMD)，例如立体显示设备，来用于虚拟现实(virtual reality，VR)应用或增强现实(augmented reality，AR)应用中。
在一些实施例中，虽然在附图中没有图示，但除了处理器2404以外(或者取代处理器2404)，设备2400还可包括图形处理单元(Graphics Processing Unit，GPU)，该图形处理单元包括一个或多个图形处理核心，其可控制在显示器2422上显示内容的一个或多个方面。
控制中枢2432(或者平台控制器中枢)可包括硬件接口和连接器，以及软件组件(例如，驱动器、协议栈)，来进行例如到***设备2424的***连接。
将会理解，设备2400既可以是其他计算设备的***设备，也可以有***设备连接到它。设备2400可具有“坞接”连接器来连接到其他计算设备，以便例如管理(例如，下载和/或上传、改变、同步)设备2400上的内容。此外，坞接连接器可允许设备2400连接到某些外设，这些外设允许计算设备2400控制例如到视听或其他***的内容输出。
除了专属坞接连接器或其他专属连接硬件以外，设备2400还可经由常见的或者基于标准的连接器来进行***连接。常见类型可包括通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)连接器(其可包括多种不同硬件接口中的任何一种)、包括MiniDisplayPort(MDP)的DisplayPort、高清晰度多媒体接口(High Definition Multimedia Interface，HDMI)、Firewire或者其他类型。
在一些实施例中，连通性电路2431可耦合到控制中枢2432，例如除了直接耦合到处理器2404以外或者取代直接耦合到处理器2404。在一些实施例中，显示器2422可耦合到控制中枢2432，例如除了直接耦合到处理器2404以外或者取代直接耦合到处理器2404。
在一些实施例中，设备2400包括经由存储器接口2434耦合到处理器2404的存储器2430。存储器2430包括用于存储设备2400中的信息的存储器设备。
在一些实施例中，存储器2430包括装置来维持稳定钟控，如参考各种实施例所述。存储器可包括非易失性存储器设备(如果到存储器设备的电力中断，则状态不会变化)和/或易失性存储器设备(如果到存储器设备的电力中断，则状态不确定)。存储器设备2430可以是动态随机访问存储器(dynamic random-access memory，DRAM)设备、静态随机访问存储器(static random-access memory，SRAM)设备、闪存设备、相变存储器设备或者具有适当的性能来用作进程存储器的某种其他存储器设备。在一个实施例中，存储器2430可充当设备2400的***存储器，以存储数据和指令来在一个或多个处理器2404执行应用或进程时使用。存储器2430可存储应用数据、用户数据、音乐、照片、文档或其他数据，以及与设备2400的应用和功能的执行有关的***数据(无论是长期的还是暂时的)。
各种实施例和示例的元素也可以被提供作为用于存储计算机可执行指令(例如，实现本文论述的任何其他过程的指令)的机器可读介质(例如，存储器2430)。机器可读介质(例如，存储器2430)可包括但不限于闪存、光盘、CD-ROM、DVD ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、相变存储器(phase change memory，PCM)或者适合用于存储电子或计算机可执行指令的其他类型的机器可读介质。例如，本公开的实施例可作为计算机程序(例如，BIOS)被下载，该计算机程序可经由通信链路(例如，调制解调器或网络连接)借由数据信号被从远程计算机(例如，服务器)传送到作出请求的计算机(例如，客户端)。
在一些实施例中，设备2400包括温度测量电路2440，例如用于测量设备2400的各种组件的温度。在一示例中，温度测量电路2440可被嵌入，或者耦合或附接到其温度要被测量和监视的各种组件。例如，温度测量电路2440可测量核心2408a、2408b、2408c、电压调节器2414、存储器2430、SoC 2401的主板和/或设备2400的任何适当组件中的一个或多个的温度(或者其内的温度)。在一些实施例中，温度测量电路2440包括低功率混合反向(lowpower hybrid reverse，LPHR)带隙基准(bandgap reference，BGR)和数字温度传感器(digital temperature sensor，DTS)，它利用亚阈值金属氧化物半导体(metal oxidesemiconductor，MOS)晶体管和PNP寄生双极结晶体管(Bi-polar Junction Transistor，BJT)器件来形成作为可配置BGR或DTS操作模式的基础的反向BGR。LPHR体系结构使用低成本MOS晶体管和标准的寄生PNP器件。基于反向带隙电压，LPHR可作为可配置的BGR工作。通过比较可配置BGR与缩放的基极-发射极电压，该电路也可作为具有线性传递函数的DTS来运转，并具有单温度修整以获得高准确度。
在一些实施例中，设备2400包括功率测量电路2442，例如用于测量设备2400的一个或多个组件消耗的功率。在一示例中，除了测量功率以外，或者取代测量功率，功率测量电路2442还可测量电压和/或电流。在一示例中，功率测量电路2442可被嵌入，或者耦合或附接到其功率、电压和/或电流消耗要被测量和监视的各种组件。例如，功率测量电路2442可测量由一个或多个电压调节器2414供应的功率、电流和/或电压、供应到SoC 2401的功率、供应到设备2400的功率、由设备2400的处理器2404(或任何其他组件)消耗的功率，等等。
在一些实施例中，设备2400包括一个或多个电压调节器电路，一般称为电压调节器(voltage regulator，VR)2414。VR 2414按适当的电压水平生成信号，这些信号可被供应来操作设备2400的任何适当组件。仅作为示例，VR 2414被图示为向设备2400的处理器2404供应信号。在一些实施例中，VR 2414接收一个或多个电压标识(Voltage Identification，VID)信号，并且基于VID信号生成处于适当水平的电压信号。对于VR 2414可利用各种类型的VR。例如，VR 2414可包括“降压”VR、“升压”VR、降压和升压VR的组合、低压差(lowdropout，LDO)调节器、开关DC-DC调节器、基于恒定导通时间控制器的DC-DC调节器，等等。降压VR一般用于其中输入电压需要被以小于单位一的比率变换成输出电压的电力输送应用中。升压VR一般用于其中输入电压需要被以大于单位一的比率变换成输出电压的电力输送应用中。在一些实施例中，每个处理器核心具有其自己的VR，该VR被PCU 2410a/b和/或PMIC 2412控制。在一些实施例中，每个核心具有分布式LDO的网络来提供对功率管理的高效控制。LDO可以是数字的、模拟的或者是数字或模拟LDO的组合。在一些实施例中，VR 2414包括电流跟踪装置来测量通过(一个或多个)供电轨的电流。
在一些实施例中，VR 2414包括数字控制方案，来管理比例-积分-微分(proportional-integral-derivative，PID)滤波器(也被称为数字III型补偿器)的状态。数字控制方案控制PID滤波器的积分器实现饱和占空比的非线性控制，在此期间PID的比例和微分项被设置为0，而积分器及其内部状态(先前值或存储器)被设置为作为当前标称占空比加上deltaD之和的占空比。deltaD是用于从ICCmin到ICCmax调节电压调节器的最大占空比增量，并且是可以在流片后设置的配置寄存器。状态机从非线性全开状态(这使输出电压Vout回到调节窗口)转移到维持输出电压略高于所需参考电压Vref的开环占空比。在按指令的占空比的这个开环状态中经过一段时间后，状态机于是缓降开环占空比值，直到输出电压接近指令的Vref为止。这样，来自VR 2414的输出供应上的输出颤振被完全消除(或者基本消除)，并且只有一个单一的欠冲转变，这可导致基于比较器延迟和带有可用输出解耦电容的负载的di/dt的保证Vmin。
在一些实施例中，设备2400包括一个或多个时钟生成器电路，一般称为时钟生成器2416。时钟生成器2416可按适当的频率水平生成时钟信号，这些信号可被供应给设备2400的任何适当组件。仅作为示例，时钟生成器2416被图示为向设备2400的处理器2404供应时钟信号。在一些实施例中，时钟生成器2416接收一个或多个频率标识(FrequencyIdentification，FID)信号，并且基于FID信号以适当的频率生成时钟信号。
在一些实施例中，设备2400包括向设备2400的各种组件供应电力的电池2418。仅作为示例，电池2418被图示为在向处理器2404供应电力。虽然在附图中没有图示，但设备2400可包括充电电路，以例如基于从交流电(Alternating Current，AC)适配器接收的AC电力供应来对电池再充电。在一些实施例中，电池2418包括电池子***，该电池子***包括电池控制和驱动器MOS(DrMOS)块。
在一些实施例中，充电电路(例如，2418)包括降压-升压转换器。这个降压-升压转换器包括DrMOS或者DrGaN器件，用于替代传统降压-升压转换器的半桥。这里的各种实施例是参考DrMOS来描述的。然而，实施例也适用于DrGaN。DrMOS器件由于降低了寄生性和优化了MOSFET封装，因此允许了更好的功率转换效率。由于死区时间管理是在DrMOS内部的，因此死区时间管理比传统的降压-升压转换器更准确，从而使转换效率更高。更高的操作频率允许了更小的电感器尺寸，这进而又降低了包括基于DrMOS的降压-升压转换器的充电器的z高度。各种实施例的降压-升压转换器包括用于DrMOS器件的双折自举(dual-foldedbootstrap)。在一些实施例中，除了传统的自举电容器以外，还添加了折叠式自举电容器，这些折叠式自举电容器将电感器节点交叉耦合到两组DrMOS开关。
在一些实施例中，设备2400包括功率控制单元(Power Control Unit，PCU)2410(也称为功率管理单元(Power Management Unit，PMU)、功率控制器，等等)。在一示例中，PCU 2410的一些部分可由一个或多个处理核心2408实现，并且PCU 2410的这些部分被利用虚线框来象征性图示并且被标注为PCU 2410a。在一示例中，PCU 2410的一些其他部分可在处理核心2408外部实现，并且PCU 2410的这些部分被利用虚线框来象征性图示并且被标注为PCU 2410b。PCU 2410可为设备2400实现各种功率管理操作。PCU 2410可包括硬件接口、硬件电路、连接器、寄存器等等，以及软件组件(例如，驱动器、协议栈)，来为设备2400实现各种功率管理操作。
在一些实施例中，设备2400包括功率管理集成电路(Power ManagementIntegrated Circuit，PMIC)2412，以例如为设备2400实现各种功率管理操作。在一些实施例中，PMIC 2412是可重配置功率管理IC(Reconfigurable Power Management IC，RPMIC)和/或IMVP(
Mobile Voltage Positioning，
移动电压定位)。在一示例中，PMIC在与处理器2404分离的IC芯片内。这可为设备2400实现各种功率管理操作。PMIC 2412可包括硬件接口、硬件电路、连接器、寄存器等等，以及软件组件(例如，驱动器、协议栈)，来为设备2400实现各种功率管理操作。
在一示例中，设备2400包括PCU 2410或PMIC 2412的一者或两者。在一示例中，PCU2410或者PMIC 2412中的任何一者可在设备2400中不存在，因此这些组件是利用虚线来图示的。
设备2400的各种功率管理操作可由PCU 2410、由PMIC 2412或者由PCU 2410和PMIC 2412的组合来执行。例如，PCU 2410和/或PMIC 2412可为设备2400的各种组件选择功率状态(例如，P状态)。例如，PCU 2410和/或PMIC 2412可为设备2400的各种组件选择功率状态(例如，根据ACPI(Advanced Configuration and Power Interface，高级配置和电源接口)规范)。仅作为示例，PCU 2410和/或PMIC 2412可使得设备2400的各种组件转变到休眠状态、转变到活跃状态、转变到适当的C状态(例如，C0状态，或者另一适当的C状态，根据ACPI规范)，等等。在一示例中，PCU 2410和/或PMIC 2412可控制由VR 2414输出的电压和/或由时钟生成器输出的时钟信号的频率，例如分别通过输出VID信号和/或FID信号。在一示例中，PCU 2410和/或PMIC 2412可控制电池功率使用、电池2418的充电以及与功率节省操作有关的特征。
时钟生成器2416可包括锁相环(phase locked loop，PLL)、锁频环(frequencylocked loop，FLL)或者任何适当的时钟源。在一些实施例中，处理器2404的每个核心具有其自己的时钟源。这样，每个核心可按独立于其他核心的操作频率的频率来操作。在一些实施例中，PCU 2410和/或PMIC 2412执行自适应或者动态频率缩放或调整。例如，如果核心没有以其最大功率消耗阈值或限度在操作，则可增大该处理器核心的时钟频率。在一些实施例中，PCU 2410和/或PMIC 2412确定处理器的每个核心的操作条件，并且当PCU 2410和/或PMIC 2412确定核心在以低于目标性能水平操作时，机会主义地调整该核心的频率和/或供电电压，而核心钟控源(例如，该核心的PLL)不会失去锁定。例如，如果核心在从供电轨汲取电流，该电流小于为该核心或处理器2404分配的总电流，则PCU 2410和/或PMIC 2412可临时增大对于该核心或处理器2404的功率汲取(例如，通过增大时钟频率和/或供电电压水平)，使得该核心或处理器2404可以按更高的性能水平来运转。这样，可以为处理器2404临时增大电压和/或频率，而不会违反产品可靠性。
在一示例中，PCU 2410和/或PMIC 2412可例如至少部分基于从功率测量电路2442、温度测量电路2440接收测量、接收电池2418的充电水平和/或接收可用于功率管理的任何其他适当的信息，来执行功率管理操作。为此，PMIC 2412通信地耦合到一个或多个传感器来感测/检测对于***/平台的功率/热行为具有影响的一个或多个因素中的各种值/变化。一个或多个因素的示例包括电流、电压垂落、温度、操作频率、操作电压、功率消耗、核心间通信活动，等等。这些传感器中的一个或多个可设在计算***的一个或多个组件或者逻辑/IP块的物理近邻(和/或与其热接触/耦合)。此外，(一个或多个)传感器在至少一个实施例中可直接耦合到PCU 2410和/或PMIC 2412以允许PCU 2410和/或PMIC 2412至少部分基于由这些传感器中的一个或多个检测到的(一个或多个)值来管理处理器核心能量。
还图示了设备2400的示例软件栈(虽然没有图示该软件栈的所有元素)。仅作为示例，处理器2404可执行应用程序2450、操作***2452、一个或多个功率管理(PowerManagement，PM)特定应用程序(例如，一般称为PM应用2458)，等等。PM应用2458也可被PCU2410和/或PMIC 2412执行。OS 2452也可包括一个或多个PM应用2456a、2456b、2456c。OS2452也可包括各种驱动器2454a、2454b、2454c等等，其中一些可以专用于功率管理目的。在一些实施例中，设备2400还可包括基本输入/输出***(Basic Input/output System，BIOS)2420。BIOS 2420可与OS 2452通信(例如，经由一个或多个驱动器2454)，与处理器2404通信，等等。
例如，PM应用2458、2456、驱动器2454、BIOS 2420等等中的一个或多个可用于实现功率管理特定任务，例如控制设备2400的各种组件的电压和/或频率，控制设备2400的各种组件的唤醒状态、休眠状态和/或任何其他适当的功率状态，控制电池功率使用、电池2418的充电、与功率节省操作有关的特征，等等。
在一些实施例中，电池2418是锂金属电池，具有压力室，以使得电池上的压力均匀。压力室由金属板(例如均压板)支撑，金属板用于给电池均匀的压力。压力室可包括受压气体、弹性材料、弹簧板，等等。压力室的外皮可自由弯曲，在其边缘被(金属)外皮约束，但仍对压缩电池单元的板施加均匀的压力。压力室给电池以均匀的压力，这用于实现高能量密度的电池，例如，电池寿命增加20％。
在一些实施例中，在PCU 2410a/b上执行的pCode具有为pCode的运行时支持实现额外的计算和遥测资源的能力。这里pCode指的是由PCU 2410a/b执行以管理SoC 2401的性能的固件。例如，pCode可为处理器设置频率和适当的电压。pCode的一部分可经由OS 2452来访问。在各种实施例中，提供了机制和方法，这些机制和方法基于工作负载、用户行为和/或***条件动态地改变能量性能偏好(Energy Performance Preference，EPP)值。在OS2452和pCode之间可能有定义明确的接口。该接口可允许或者促进几个参数的软件配置和/或可向pCode提供提示。作为示例，一EPP参数可告知pCode算法是性能还是电池寿命更重要。
这种支持也可由OS 2452完成，其方式是将机器学***。pCode可包括用于动态EPP的算法，该算法可取得两个输入，一个来自OS 2452，并且另一个来自软件，例如DTT，并且可以选择性地选择提供更高的性能和/或响应性。作为此方法的一部分，pCode可在DTT中使能一个选项来对于不同类型的活动为DTT调节其反应。
在一些实施例中，pCode改善了SoC在电池模式中的性能。在一些实施例中，pCode允许了电池模式中的大幅提高的SoC峰值功率限制水平(从而允许了更高的极速模式性能)。在一些实施例中，pCode实现了功率扼制，并且是英特尔的动态调节技术(DTT)的一部分。在各种实施例中，峰值功率限制被称为PL4。然而，实施例适用于其他峰值功率限制。在一些实施例中，pCode以防止***意外关机(或者黑屏)的方式设置Vth阈值电压(平台将对SoC进行扼制的电压水平)。在一些实施例中，pCode根据阈值电压(Vth)计算Psoc,pk SoC峰值功率限制(例如，PL4)。这是两个依从的参数，如果一个被设置，则另一个可被计算出来。pCode用于基于***参数，以及操作的历史，来最优地设置一个参数(Vth)。在一些实施例中，pCode提供了一种方案来基于可用电池功率(变化缓慢)动态地计算扼制水平(Psoc,th)并且设置SoC扼制峰值功率(Psoc,th)。在一些实施例中，pCode基于Psoc,th决定频率和电压。在这种情况下，扼制事件对SoC性能的负面影响较小。各种实施例提供了一种允许最大性能(Pmax)框架操作的方案。
在一些实施例中，VR 2414包括电流传感器，来感测和/或测量通过VR 2414的高侧开关的电流。在一些实施例中，电流传感器使用在反馈中带有电容耦合输入的放大器，以感测放大器的输入偏移，这可在测量期间来进行补偿。在一些实施例中，在反馈中带有电容耦合输入的放大器被用来在输入共模规格宽松的区域中操作放大器，从而使反馈环增益和/或带宽更高。在一些实施例中，在反馈中带有电容耦合输入的放大器被用来从转换器输入电压操作传感器，其方式是通过采用高PSRR(电源抑制比)调节器来创造一个局部、干净的供应电压，对开关区域中的电力网造成更少的干扰。在一些实施例中，该设计的一个变体可用于对输入电压和控制器供应之间的差异进行采样，并将其重创建于电源的漏极电压和复制开关之间。这允许了传感器不被暴露于供电电压。在一些实施例中，在反馈中带有电容耦合输入的放大器被用来补偿电流感测期间输入电压中的与电力输送网络相关(PDN相关)的变化。
说明书中提及“一实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或者“其他实施例”的意思是联系这些实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一些实施例中，但不一定是所有实施例中。“一实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”的各种出现不一定全都指的是相同实施例。如果说明书陈述“可”、“可能”或者“可以”包括某一组件、特征、结构或特性，那么并不是必须要包括该特定组件、特征、结构或特性。如果说明书或权利要求提及“一”元素，那么并不意味着只有一个该元素。如果说明书或权利要求提及“一额外”元素，那么并不排除有多于一个额外元素。
此外，特定的特征、结构、功能或特性在一个或多个实施例中可按任何适当的方式被组合。例如，在与两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不互斥的任何地方，第一实施例可与第二实施例相组合。
虽然已结合其特定实施例描述了本公开，但本领域普通技术人员根据前述描述将清楚这种实施例的许多替换、修改和变化。本公开的实施例打算包含落在所附权利要求的宽广范围内的所有这种替换、修改和变化。
此外，为了图示和论述的简单，并且为了不模糊本公开，在给出的附图内可能示出或者不示出到集成电路(IC)芯片和其他组件的公知电源/接地连接。另外，可能以框图形式示出布置以避免模糊本公开，并且同时也考虑到了如下事实：关于这种框图布置的实现的具体细节是高度取决于要在其内实现本公开的平台的(即，这种具体细节应当完全在本领域技术人员的视野内)。在阐述具体细节(例如，电路)以便描述本公开的示例实施例的情况下，本领域技术人员应当清楚，没有这些具体细节，或者利用这些具体细节的变体，也可实现本公开。从而说明书应当被认为是说明性的，而不是限制性的。
以下示例属于进一步实施例。示例中的具体细节可用在一个或多个实施例中的任何地方。本文描述的装置的所有可选特征也可对于方法或过程实现。可按任何组合来组合这些示例。例如，示例4可与示例2相组合。
示例1：一种装置，包括：第一电阻器；放大器，具有与所述第一电阻器耦合的第一输入，以及用于接收缩放的发射极-基极电压的第二输入；以及第二电阻器，具有可变电阻，其中所述第二电阻器耦合到所述放大器的第一输入和输出，其中所述放大器的输出是带隙基准。
示例2：如示例1所述的装置，其中所述放大器是非平衡放大器，具有不平衡的输入对大小或者不平衡的偏置电流。
示例3：如示例1所述的装置，其中所述放大器包括：第一输入晶体管，具有第一大小；第二输入晶体管，具有第二大小，其中所述第一大小是所述第二大小的n倍；与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流镜；以及与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流源。
示例4：如示例3所述的装置，其中所述电流镜包括：第三晶体管，其处于二极管连接方式并且耦合到所述第一输入晶体管，其中所述第三晶体管具有第三大小；以及与所述第三晶体管和所述第二输入晶体管耦合的第四晶体管，其中所述第四晶体管具有第四大小，其中所述第四大小是所述第三大小的m倍。
示例5：如示例1所述的装置，其中所述缩放的发射极-基极电压是第一缩放发射极-基极电压，其中所述装置包括比较器来将所述放大器的输出与第二缩放发射极-基极电压相比较。
示例6：如示例5所述的装置，包括逐次逼近逻辑来接收所述比较器的输出并且生成数字代码，其中所述数字代码根据所述比较器的输出而变化。
示例7：如示例6所述的装置，其中所述数字代码是第一数字代码，其中所述装置包括多路复用器来选择所述第一数字代码或者第二数字代码之一，其中所述多路复用器的输出用于调整所述第二电阻器的可变电阻。
示例8：如示例7所述的装置，其中当所述多路复用器选择所述第一数字代码时，所述第一数字代码指示出所述装置的温度。
示例9：如示例5所述的装置，包括电路来生成所述第一缩放发射极-基极电压和所述第二缩放发射极-基极电压，其中所述电路包括：电阻分压器；与所述电阻分压器耦合的电流源；以及与所述电流源和所述电阻分压器耦合的晶体管，其中所述电阻分压器具有用于提供所述第一缩放发射极-基极电压的第一抽头和用于提供所述第二缩放发射极-基极电压的第二抽头。
示例10：如示例9所述的装置，其中所述晶体管是PNP BJT或PMOS晶体管之一。
示例11：一种装置，包括：放大器，具有不平衡的输入对大小或者不平衡的偏置电流，其中所述放大器的输入之间的电压差是与绝对温度成比例(PTAT)电压，并且其中所述放大器的输出是带隙电压；以及与所述放大器的输出耦合的比较器，其中所述比较器用于将所述带隙电压与缩放的发射极-基极电压相比较。
示例12：如示例11所述的装置，其中所述缩放的发射极-基极电压是第一缩放发射极-基极电压，其中所述放大器的输入包括：与第一电阻器和第二电阻器耦合的第一输入；以及第二输入，用于接收第二缩放发射极-基极电压。
示例13：如示例12所述的装置，其中所述放大器包括：第一输入晶体管，具有第一大小，其中所述第一输入晶体管耦合到所述第二输入；第二输入晶体管，具有第二大小，其中所述第二输入晶体管耦合到所述第一输入，其中所述第一大小是所述第二大小的n倍；与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流镜；以及与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流源。
示例14：如示例13所述的装置，其中所述电流镜包括：第三晶体管，其处于二极管连接方式并且耦合到所述第一输入晶体管，其中所述第三晶体管具有第三大小；以及与所述第三晶体管和所述第二输入晶体管耦合的第四晶体管，其中所述第四晶体管具有第四大小，其中所述第四大小是所述第三大小的m倍。
示例15：如示例11所述的装置，包括逐次逼近逻辑来接收所述比较器的输出并且生成数字代码，其中所述数字代码根据所述比较器的输出而变化。
示例16：一种***，包括：存储器；与所述存储器耦合的处理器；以及无线接口，用于允许所述处理器与另一设备通信，其中所述处理器包括可操作来充当带隙基准或数字温度计的装置，其中所述装置包括：第一电阻器；放大器，具有与所述第一电阻器耦合的第一输入，以及用于接收缩放的发射极-基极电压的第二输入；以及第二电阻器，具有可变电阻，其中所述第二电阻器耦合到所述放大器的第一输入和输出，其中所述放大器的输出是带隙基准。
示例17：如示例16所述的***，其中所述放大器是非平衡放大器，具有不平衡的输入对大小或者不平衡的偏置电流。
示例18：如示例16所述的***，其中所述放大器包括：第一输入晶体管，具有第一大小；第二输入晶体管，具有第二大小，其中所述第一大小是所述第二大小的n倍；与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流镜；以及与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流源。
示例19：如示例18所述的***，其中所述电流镜包括：第三晶体管，其处于二极管连接方式并且耦合到所述第一输入晶体管，其中所述第三晶体管具有第三大小；以及与所述第三晶体管和所述第二输入晶体管耦合的第四晶体管，其中所述第四晶体管具有第四大小，其中所述第四大小是所述第三大小的m倍。
示例20：如示例16所述的***，其中所述缩放的发射极-基极电压是第一缩放发射极-基极电压，其中所述装置包括比较器来将所述放大器的输出与第二缩放发射极-基极电压相比较。
提供了摘要，其将允许读者确定技术公开的性质和主旨。摘要是在如下理解下提交的：它不会被用于限制权利要求的范围或含义。特此将所附权利要求并入到详细描述中，其中每个权利要求独立作为一个单独的实施例。
Claims (20)
1.一种用于实现带隙基准或数字温度传感器的装置，所述装置包括：
第一电阻器；
放大器，具有与所述第一电阻器耦合的第一输入，以及用于接收缩放的发射极-基极电压的第二输入；以及
第二电阻器，具有可变电阻，其中所述第二电阻器耦合到所述放大器的第一输入和输出，其中所述放大器的输出是带隙基准。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述放大器是非平衡放大器，具有不平衡的输入对大小或者不平衡的偏置电流。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述放大器包括：
第一输入晶体管，具有第一大小；
第二输入晶体管，具有第二大小，其中所述第一大小是所述第二大小的n倍；
与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流镜；以及
与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流源。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述电流镜包括：
第三晶体管，其处于二极管连接方式并且耦合到所述第一输入晶体管，其中所述第三晶体管具有第三大小；以及
与所述第三晶体管和所述第二输入晶体管耦合的第四晶体管，其中所述第四晶体管具有第四大小，其中所述第四大小是所述第三大小的m倍。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述缩放的发射极-基极电压是第一缩放发射极-基极电压，其中所述装置包括比较器来将所述放大器的输出与第二缩放发射极-基极电压相比较。
6.如权利要求5所述的装置，还包括逐次逼近逻辑来接收所述比较器的输出并且生成数字代码，其中所述数字代码根据所述比较器的输出而变化。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述数字代码是第一数字代码，其中所述装置包括多路复用器来选择所述第一数字代码或者第二数字代码之一，其中所述多路复用器的输出用于调整所述第二电阻器的可变电阻。
8.如权利要求7所述的装置，其中当所述多路复用器选择所述第一数字代码时，所述第一数字代码指示出所述装置的温度。
9.如权利要求5所述的装置，还包括电路来生成所述第一缩放发射极-基极电压和所述第二缩放发射极-基极电压，其中所述电路包括：
电阻分压器；
与所述电阻分压器耦合的电流源；以及
与所述电流源和所述电阻分压器耦合的晶体管，其中所述电阻分压器具有用于提供所述第一缩放发射极-基极电压的第一抽头和用于提供所述第二缩放发射极-基极电压的第二抽头。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述晶体管是PNP双极结晶体管(BJT)或p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管之一。
11.一种用于实现带隙基准或数字温度传感器的装置，所述装置包括：
放大器，具有不平衡的输入对大小或者不平衡的偏置电流，其中所述放大器的输入之间的电压差是与绝对温度成比例(PTAT)电压，并且其中所述放大器的输出是带隙电压；以及
与所述放大器的输出耦合的比较器，其中所述比较器用于将所述带隙电压与缩放的发射极-基极电压相比较。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述缩放的发射极-基极电压是第一缩放发射极-基极电压，其中所述放大器的输入包括：
与第一电阻器和第二电阻器耦合的第一输入；以及
第二输入，用于接收第二缩放发射极-基极电压。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述放大器包括：
第一输入晶体管，具有第一大小，其中所述第一输入晶体管耦合到所述第二输入；
第二输入晶体管，具有第二大小，其中所述第二输入晶体管耦合到所述第一输入，其中所述第一大小是所述第二大小的n倍；
与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流镜；以及
与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流源。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述电流镜包括：
第三晶体管，其处于二极管连接方式并且耦合到所述第一输入晶体管，其中所述第三晶体管具有第三大小；以及
与所述第三晶体管和所述第二输入晶体管耦合的第四晶体管，其中所述第四晶体管具有第四大小，其中所述第四大小是所述第三大小的m倍。
15.如权利要求11所述的装置，还包括逐次逼近逻辑来接收所述比较器的输出并且生成数字代码，其中所述数字代码根据所述比较器的输出而变化。
16.一种包括可操作来充当带隙基准或数字温度计的装置的***，包括：
存储器；
与所述存储器耦合的处理器；以及
无线接口，用于允许所述处理器与另一设备通信，其中所述处理器包括可操作来充当带隙基准或数字温度计的装置，其中所述装置包括：
第一电阻器；
放大器，具有与所述第一电阻器耦合的第一输入，以及用于接收缩放的发射极-基极电压的第二输入；以及
第二电阻器，具有可变电阻，其中所述第二电阻器耦合到所述放大器的第一输入和输出，其中所述放大器的输出是带隙基准。
17.如权利要求16所述的***，其中所述放大器是非平衡放大器，具有不平衡的输入对大小或者不平衡的偏置电流。
18.如权利要求16所述的***，其中所述放大器包括：
第一输入晶体管，具有第一大小；
第二输入晶体管，具有第二大小，其中所述第一大小是所述第二大小的n倍；
与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流镜；以及
与所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦合的电流源。
19.如权利要求18所述的***，其中所述电流镜包括：
第三晶体管，其处于二极管连接方式并且耦合到所述第一输入晶体管，其中所述第三晶体管具有第三大小；以及
与所述第三晶体管和所述第二输入晶体管耦合的第四晶体管，其中所述第四晶体管具有第四大小，其中所述第四大小是所述第三大小的m倍。
20.如权利要求16所述的***，其中所述缩放的发射极-基极电压是第一缩放发射极-基极电压，其中所述装置包括比较器来将所述放大器的输出与第二缩放发射极-基极电压相比较。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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