用于动态调整DCDC转换器峰值电流和安全LDO禁用的硬件方案

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年11月13日提交的题为“Hardware Scheme for DynamicAdjustment of DCDC Converter Peak Current and Safe LDO Disable”的印度临时专利申请No.202141052087的优先权，该申请通过引用整体并入本文。

背景技术

DC(直流)-DC电压转换器接收输入电压并将其转换为输出电压以驱动负载。在一个示例中，一些微控制器包括DC-DC转换器和低压差电压调节器(LDO调节器)，它们创建经调节的DC供应电压来驱动负载。DC-DC转换器用作初级电压调节器，并且如果需要处理较高的负载电流或电流尖峰，则启用LDO调节器用于负载共享(load sharing)。如果负载电流下降到DC-DC转换器可以充分处理的水平，则LDO调节器被禁用。

发明内容

根据本说明书的至少一个示例，一种设备包括控制器和DC-DC转换器，该DC-DC转换器耦合到控制器并被配置为向负载提供负载电流。该设备还包括耦合到DC-DC转换器的LDO调节器。控制器包括数字逻辑，并且数字逻辑被配置为确定负载电流。数字逻辑还被配置为如果负载电流高于预定阈值，则开启LDO调节器。数字逻辑还被配置为如果负载电流低于预定阈值，则关闭LDO调节器。

根据本说明书的至少一个示例，一种设备包括包含数字逻辑的控制器。数字逻辑包括被配置为生成测量窗口的测量窗口生成器。数字逻辑还包括脉冲计数器，该脉冲计数器被配置为提供耦合到DC-DC转换器的电感器上的充电脉冲在测量窗口期间的计数。数字逻辑还包括锁存器，该锁存器被配置为基于充电脉冲的计数来确定加载百分比。数字逻辑还包括比较器，该比较器被配置为将加载百分比与负载阈值进行比较，其中比较器被进一步配置为基于比较禁用LDO调节器。

根据本说明书的至少一个示例，一种方法包括使用DC-DC转换器向负载提供负载电流。该方法还包括在测量窗口期间对充电脉冲进行计数，其中充电脉冲产生负载电流。该方法还包括基于充电脉冲的计数确定加载百分比。该方法包括响应于加载百分比低于预定阈值，关闭LDO调节器。

附图说明

图1是根据各种示例的用于动态调整DCDC转换器峰值电流和安全LDO调节器禁用的系统的框图。

图2是根据各种示例的DCDC负载计的框图。

图3是根据各种示例的描述DCDC负载计的操作的波形的集合。

图4是根据各种示例的用于安全LDO关闭方案的系统的框图。

图5是根据各种示例的示出安全LDO禁用操作的操作的波形的集合。

图6是根据各种示例的用于自适应DCDC峰值电流调整的系统的框图。

图7是根据各种示例的用于自适应I

图8是根据各种示例的用于自适应I

图9是根据各种示例的用于安全且可靠地禁用LDO调节器的方法的流程图。

附图中使用相同的附图标记或其他参考标记来表示(功能上和/或结构上)相同或类似特征。

具体实施方式

DC-DC电压转换器(此处称为DCDC转换器)和LDO调节器可以用于创建稳定的电压供应。为了改善系统的效率，DCDC转换器是初级电压调节器，并且LDO调节器被启用以进行负载共享，以处理较高的负载电流或电流尖峰。由于电感器形状因数的限制，DCDC转换器可能无法处理大负载电流。因此，LDO调节器在启用时与DCDC转换器共享负载电流。如果负载电流降至DCDC转换器可以处理的水平，则可以禁用LDO调节器。DCDC转换器被设计为具有最佳水平的峰值(例如，最大)电流设置，以实现最大效率。如果负载电流高于峰值电流设置，则LDO调节器被启用以进行负载共享。

用于开启和关闭LDO调节器的一些替代机制使用模拟电路系统。然而，模拟电路系统可能在DCDC转换器无法处理负载电流时关闭LDO调节器。然后，LDO调节器重新开启，这为LDO调节器创建开启/关闭循环。LDO调节器的连续开启/关闭循环可能在经调解的功率供应上引起涟漪(ripples)，从而影响系统的射频(RF)性能。

在本文的示例中，数字逻辑和硬件管理DCDC转换器和LDO调节器。DCDC负载计通过在预定持续时间内对递送到能量存储设备(例如，电感器和/或电容器)的充电脉冲进行计数来感测DCDC转换器递送的负载电流。脉冲的数量代表DCDC转换器递送的负载电流。响应于由DCDC负载计感测的负载电流的值，LDO调节器可以被安全地启用和禁用。此外，DCDC转换器具有峰值电流设置，该峰值电流设置可以基于负载电流的变化进行调整，以实现较高的效率。用户可以设置高和低预定阈值，以用于调整DCDC转换器的峰值电流设置。如果负载电流上升到高于高阈值，则可以增加DCDC转换器的峰值电流设置。在一些示例中，增加峰值电流设置可以允许DCDC转换器在不开启LDO调节器的情况下处理负载电流，这有助于避免LDO调节器的快速开启/关闭循环。如果负载电流降低到低于低阈值，则可以降低DCDC转换器的峰值电流设置，这改善DCDC转换器的效率。

本文的示例为安全启用和禁用LDO调节器提供了灵活且可靠的方案。在一些示例中，示例可以通过数字逻辑进行管理，而不需要软件。在其他示例中，软件可以用于通过读取DCDC负载计感测的负载电流值来调整峰值电流设置。本文的示例避免了降低系统的RF性能的开启/关闭LDO调节器循环。在本文的示例中，改善了DCDC操作效率。此外，还为用户基于用户的具体应用需求定义峰值电流的高阈值和低阈值提供了灵活性。

图1是根据本文的各种示例的用于动态调整DCDC转换器峰值电流和安全LDO调节器禁用的系统100的框图。在此示例中，系统100向负载102提供负载电流。系统100包括控制器104、DCDC转换器106和LDO调节器108。控制器104可以是处理器、微处理器、微控制器、电源管理集成电路、片上系统或适用于执行本文的操作的任何其他设备。控制器104包括寄存器110、DCDC负载计112、数字逻辑114和存储器116。在一些示例中，控制器104中所示的部件可以在控制器104外部实施。控制器104耦合到DCDC转换器106和LDO调节器108。根据本文的示例，DCDC转换器106和LDO调节器108向负载102提供负载电流。

在示例操作中，DCDC转换器106向负载102提供负载电流。DCDC转换器106具有可调整的峰值电流设置，该峰值电流设置用于控制DCDC转换器106何时在对能量存储元件充电和对能量存储元件放电之间切换。作为一个示例，峰值电流设置(例如，I

图2是根据本文的各种示例的DCDC负载计112的框图。DCDC负载计112的一个示例操作在下文中关于图3进行描述。再次参考图2，在一个示例中，DCDC负载计112可以使用硬件和数字逻辑实施。DCDC负载计112包括DCDC脉冲测量窗口生成器202(这里称为窗口生成器202)。窗口生成器202包括时钟输入204、DCDC负载计使能输入206和输出208。DCDC负载计112还包括脉冲“开”计数器210(例如，PON计数器210)。PON计数器210包括接收输入脉冲的DCDC PON输入212、复位输入214、使能输入216和输出218。

DCDC负载计112还包括DCDC负载锁存器220。DCDC负载锁存器220包括输入222、时钟输入224和输出226。DCDC负载计包括计数器228。计数器228包括输入230、全局LDO(GLDO)使能输入232和输出234。DCDC负载计112包括比较器236。比较器236具有第一输入238和第二输入240。比较器236还具有使能输入242和输出244。

DCDC负载计112还包括计数器246。计数器246包括输入248和DCDC负载计使能输入250。计数器246包括输出252。DCDC负载计还包括与门254。与门254包括第一输入256和第二输入258。与门254包括输出260。

图2还示出了波形262和264。下文关于图3进一步描述波形262与264的操作。在图2中，波形262由窗口生成器202在输出208处提供。波形262指示本文所述操作的测量窗口。测量窗口描绘了时间窗口，在该时间窗口期间将对充电脉冲进行计数，以确定提供给负载102的负载电流的值。波形262被提供给PON计数器210的复位输入214、DCDC负载锁存器220的时钟输入224、计数器228的输入230和计数器246的输入248。波形262向DCDC负载计112的各个部件提供时序脉冲以使部件能够同步操作。

波形264是提供给耦合到DCDC转换器106的能量存储设备(例如，电感器和/或电容器)的充电脉冲的集合。DCDC转换器106使用这些充电脉冲向负载102提供负载电流。在DCDC负载计112中，由波形264表示的充电脉冲在DCDC PON输入212处提供给PON计数器210。PON计数器210在测量窗口期间对波形264中的充电脉冲的数量进行计数。

在操作中，窗口生成器202在时钟输入204处接收时钟信号(例如，48兆赫(MHz)时钟信号)。DCDC负载计使能信号被提供给DCDC负载计使能输入206，以开启DCDC负载计112。在一个示例中，DCDC负载计使能信号可以由控制器104提供。在窗口生成器202接收到DCDC负载计使能信号之后，窗口生成器在输出208处产生波形262。波形262包括指示测量窗口的开始的脉冲。测量窗口是PON计数器210将对充电脉冲进行计数的持续时间。在一个示例中，测量窗口是DCDC转换器106的充电时间加上DCDC转换器106的放电时间再乘以100。在一些示例中，充电时间和放电时间可以基于负载而变化。在一些其他示例中，可以向测量窗口添加附加时钟循环。波形262在复位输入214处提供给PON计数器210。当来自波形262的脉冲提供给POP计数器210时，PON计数器212开始对在DCDC PON输入212处接收的充电脉冲的数量进行计数，如波形264所表示的。如图2所示，PON计数器210也由在输入216处接收的DCDC负载计使能信号以与启用窗口生成器202相同的方式启用。

PON计数器210对测量窗口期间的充电脉冲的数量进行计数。在测量窗口完成后(如来自提供给复位输入214的波形262的另一个脉冲所指示)，PON计数器210向DCDC负载锁存器220提供充电脉冲的数量的计数。然后，复位PON计数器，使得它可以对下一个测量窗口中的充电脉冲的数量进行计数。

DCDC负载锁存器220中捕获的值是加载百分比测量值。例如，如果测量窗口为100个循环，并且PON计数器210在测量窗口期间计数90个充电脉冲，则DCDC负载值为90％(例如，90/100)。该值表示负载电流占DCDC转换器106的有效I

DCDC负载计112包括计数器228和246。计数器228用于下文描述的安全LDO启用/禁用方案。计数器228根据提供给计数器228的输入230的波形262对测量窗口的数量进行计数。在预定数量的测量窗口(例如，两个测量窗口)之后，从计数器228向比较器236提供信号，以在输出244处产生比较器使能信号。下面参考图4和图5描述数字比较器使能信号。计数器228使LDO调节器108保持启用达至少预定数量的测量窗口，以帮助防止快速LDO开启/关闭循环。

计数器246还通过在输入248处接收波形262对测量窗口的数量进行计数。计数器246利用提供给输入250的DCDC负载计使能信号来启用。在计数器246已经计数超过预定数量的测量窗口(例如，两个测量窗口)后，计数器246在输出252处提供信号。来自输出252的信号被提供给与门254以启用与门254。在预定数量的测量窗口之后，与门254被启用以在输出260处提供DCDC负载值。为了稳定性和可靠性，在预定数量的测量窗口之后在输出260处提供DCDC负载值。

图3是波形300的集合，该集合描述了根据本文的各种示例的DCDC负载计112的操作。波形300包括被称为负载计窗口标记(lm_window_marker)的波形262。波形262包括指示测量窗口的开始的脉冲。波形264表示被称为dcdc_pon的充电脉冲。波形302表示被称为I_load的提供给负载102的负载电流。波形304表示负载计测量窗口(lm_meas_window)。波形306表示来自PON计数器210的脉冲的计数(dcdc_PON_counter)。波形308表示DCDC负载状态(DCDC_load_status)，其是作为峰值电流的百分比测量的DCDC负载值。

示例操作在时间t

在本例中，在时间t

就在时间t

第二测量窗口持续到时间t

在时间t

只要启用DCDC负载计112，此过程就会继续。PON计数器210对脉冲进行计数并在每个测量窗口之后更新DCDC负载状态。在一些示例中，在更新DCDC负载状态之前，可以出现不止一个测量窗口。DCDC负载状态指示负载电流相比于DCDC转换器106的峰值电流的百分比。如本文所述，如果DCDC负载状态高于预定阈值，则可以增加峰值电流设置，以允许DCDC转换器106向负载102提供更多电流。此外，如果需要，可以启用LDO调节器108，以共享负载电流。阈值可以由用户设置。例如，上限阈值可以是80％。如果在该示例中DCDC负载状态高于80％，则可以增加DCDC转换器106的峰值电流设置。用户还可以设置下限阈值。例如，下限阈值可以是50％。如果DCDC负载状态将至低于50％，则可以降低DCDC转换器的峰值电流设置。在较低的峰值电流设置下，DCDC转换器106将具有其能够提供的以驱动负载的较低的最大电流量，但DCDC转换器106可以比在较高的峰值电流设置下更有效地运行。

图2和图3示出，DCDC负载计使用数字硬件和逻辑来感测DCDC转换器106递送的负载电流。充电脉冲在预定时间窗口内进行计数，并且充电脉冲代表负载电流。在确定DCDC负载状态之后，可以执行附加动作，诸如启用或禁用LDO调节器108或调整峰值电流设置。下面描述这些附加动作。

图4是根据本文的各种示例的用于安全LDO关闭方案的系统400的框图。系统400提供了一种用于安全地启用和禁用LDO调节器108同时避免LDO调节器108的不希望的开启/关闭循环的机制。在一个示例中，如果DCDC转换器106对于给定峰值电流设置无法处理负载，则启用LDO调节器108。例如，如果DCDC转换器106在具体电流设置(诸如3，在0到7的标度上)下操作，则存在DCDC转换器106可以递送到负载的某个最大电流。在一个示例中，该电流可以是15mA。如果存在高于该最大值的电流尖峰，则LDO调节器108被启用以进行电流共享。此外，在本文的示例中，控制器104可以增加DCDC转换器106的峰值电流设置以处理负载。在该示例中，峰值电流设置可以从3增加到4或5。在峰值电流设置已经增加并且DCDC转换器106能够处理负载电流之后，可以禁用LDO调节器108。如果峰值电流设置处于最大值并且DCDC转换器106不能处理负载，则可以启用LDO调节器108。LDO调节器108将保持开启，直到负载电流下降到DCDC转换器106可以处理的水平。在本文的一些示例中，数字比较器将DCDC负载计112的输出与在设备启动期间编程并存储在寄存器中的预定阈值进行比较。在某些此类示例中，用户无法改变此阈值。阈值为选定峰值电流设置的最大DCDC负载电流提供了一些裕度。下面描述该裕度。系统400包括实施上述方案的硬件和数字逻辑。

系统400包括部件402，部件402是用于LDO调节器108禁用方案的部件。部件404是启用如上所述调整峰值电流设置的自适应峰值电流方案的部件。在一个示例中，系统400中的部件可以位于控制器104中。

部件402包括DCDC负载计112、DCDC负载阈值编码器406、比较器408、或门410和与门411。部件404包括DCDC峰值电流(I

DCDC负载计112包括四个输入。这些输入是时钟输入204、DCDC PON输入212、LDO使能输入232和DCDC负载计使能输入206。DCDC负载计112在输出244处提供比较器使能信号，并且在输出260处提供DCDC负载值。以上关于图2描述了DCDC负载计112的输入和输出。

DCDC负载阈值编码器406包括DCDC负载阈值输入424。DCDC负载阈值输入424可以向DCDC负载阈值编码器406提供存储在寄存器中的值。DCDC负载阈值编码器406在输出426处产生输出值。输出值被提供给比较器408的第一输入428。比较器408的第二输入430从输出260接收DCDC负载值。比较器408包括如下所述禁用LDO调节器108的输出432。

或门410包括三个输入：LDO使能输入232、自适应I

或门410的输入提供了DCDC负载计112可以被启用的多个条件。首先，如果LDO调节器108被启用以进行负载电流共享，则LDO使能输入232被提供给或门410，这进而将使能信号从输出442提供到DCDC负载计使能输入206。其次，DCDC负载计112可以经由软件利用配置位来启用，该配置位可以被设置为经由负载计使能436来启用DCDC负载计112。再次，DCDC负载计112可以利用提供给或门410的自适应I

在示例操作中，DCDC负载计112将所测量的DCDC负载值(以百分比表示)从输出260提供给比较器408。输出244处的比较器使能信号也从DCDC负载计112提供给比较器408。DCDC负载值和比较器使能信号如上文关于图2所述提供。在一个示例中，仅在DCDC负载计112的两个测量循环后生成比较器使能信号。

比较器408将输入430处的DCDC负载值与输入428处的DCDC负载阈值进行比较。作为比较的结果，如果DCDC负载值变得低于来自DCDC负载阈值编码器406的DCDC负载阈值，则比较器408禁用LDO调节器108。

对于DCDC负载阈值编码器406，DCDC负载阈值输入424提供表示预定负载阈值的内部编程寄存器值。DCDC负载阈值编码器406将DCDC负载阈值输入424处的两个位转换为可能的阈值设置之一。例如，如果DCDC负载阈值编码器406生成90％作为比较器408的参考值，并且来自DCDC负载计112的DCDC负载值小于90％，则可以安全地禁用LDO调节器108。DCDC负载阈值编码器406提供相对于DCDC转换器106可以递送的最大电流的一些裕度。该裕度有助于避免错误的LDO禁用信号。当DCDC负载值变得低于来自DCDC负载阈值编码器406的阈值(90％、85％等)时，比较器408禁用LDO调节器108。来自输出432的LDO禁用信号可以被提供给禁用LDO调节器108的模拟电路系统。

自适应峰值电流方案的部件404从DCDC负载计112的输出260接收DCDC负载值。DCDC I

图5是波形500的集合，其示出了根据本文的各种示例的安全LDO禁用操作的操作。在一个示例中，安全LDO禁用方案可以由图4中的数字逻辑执行。波形502表示负载电流I

在示例操作中，初始负载电流为35mA(波形502)。在时间t

在时间t

图5示出，LDO调节器108和I

图6是根据本文的各种示例的用于自适应DCDC峰值电流调整的系统600的框图。在一个示例中，用户可配置位以硬件或数字逻辑启用自适应DCDC转换器峰值电流调整方案。图4中的自适应I

系统600包括比较器602、比较器604和硬件有限状态机(HW FSM)606。在系统600中，DCDC负载值与高阈值和低阈值进行比较。基于来自比较器602和604的输出，HW FSM 606调整I

在示例中，自适应I

图7是根据本文的各种示例的用于自适应I

如果未启用自适应I

如果所测量的值在低阈值和高阈值之间，则I

图8是根据本文的各种示例的用于自适应I

波形802表示负载电流(i_load)。波形804是时钟信号(clk)。波形806表示负载计窗口标记(lm_window_marker)。波形808表示提供给耦合到DCDC转换器106的电感器的充电脉冲的集合(dcdc_pon)。波形810表示来自PON计数器210的脉冲的计数(dcdc_pon_counter)。波形812表示负载计测量窗口(lm_meas_window)。波形814表示DCDC负载状态(dcdc_load_status)，该状态是以峰值电流的百分比测量的DCDC负载值。波形816表示可以存储在寄存器中的I

在示例操作中，第一测量窗口在时间t

时间t

时间t

图9是根据本文的各种示例的用于安全且可靠地禁用LDO调节器108的方法900的流程图。方法900的步骤可以以任何合适的顺序执行。在一些示例中，上文关于图1、图2和图4描述的硬件部件可以执行方法900。在一些示例中，任何合适的硬件或数字逻辑可以执行方法900。

方法900开始于910，其中DCDC转换器(诸如DCDC转换器106)向负载102提供负载电流。DCDC转换器可以是任何合适的电压调节器。

方法900在920继续，其中计数器在测量窗口期间对充电脉冲进行计数，其中充电脉冲产生负载电流。作为示例，PON计数器210对充电脉冲进行计数。充电脉冲可以在预定持续时间内被递送到耦合到DCDC转换器106的电感器。

方法900在930继续，其中锁存器基于充电脉冲的计数确定加载百分比。在一个示例中，DCDC负载锁存器220确定加载百分比。DCDC负载锁存器220从PON计数器210接收充电脉冲的计数。

方法900在940继续，其中，响应于加载百分比低于预定阈值，禁用信号关闭LDO调节器，诸如LDO调节器108。如果LDO调节器108先前被启用以与DCDC转换器106共享负载，则关闭LDO调节器108。在一个示例中，数字比较器(诸如比较器408)执行比较并响应于来自输出260处的DCDC负载值的加载百分比低于来自DCDC负载阈值编码器406的DCDC负载阈值而关闭LDO调节器108。如果加载百分比低于DCDC负载阈值，则不需要LDO调节器108，因为DCDC转换器106可以处理负载要求。

本文的示例提供了一种用于安全关闭LDO调节器的灵活且可靠的操作方案。本文描述的方案避免了非预期的LDO调节器108的开启/关闭循环，该开启/关闭循环可能导致经调节的电压供应轨上的涟漪，从而导致设备上的RF性能降低。本文的示例改善DCDC操作效率，因为峰值电流设置基于DCDC负载条件而调整。在示例中，通过使用针对具体负载电流的最佳I

此外，在一些示例中，在两个负载计测量窗口后提供所测量的负载电流值，以用于稳定可靠的操作。在一些示例中，如果LDO调节器108被启用，则它保持启用达至少两个负载计测量窗口，以避免频繁的LDO调节器108开启/关闭循环。在一些示例中，用户可以为自适应DCDC峰值电流方案定义高阈值和低阈值，这为各种应用提供了增加的灵活性。

术语“耦合”在整个说明书中使用。该术语可以涵盖实现与本说明书一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如，如果设备A提供信号以控制设备B执行动作，则在第一示例中，设备A耦合到设备B，或者在第二示例中，如果中间部件C基本上没有改变设备A和设备B之间的功能关系，则设备A通过中间部件C耦合到设备B，使得设备B由设备A经由设备A提供的控制信号来控制。

“被配置为”执行任务或功能的设备可以在制造商制造时配置(例如，编程和/或硬连线)以执行功能，和/或可以由用户在制造后可配置(或可重新配置)以执行该功能和/或其他附加或替代功能。配置可以通过设备的固件和/或软件编程，通过设备的硬件部件和互连的构造和/或布局，或其组合。

除非另有说明，否则在值之前的“约”、“大约/近似”或“基本上”表示所述值的+/-10％。在权利要求书的范围内，在所描述的示例中的修改是可能的，并且其他示例是可能的。