[发明专利]一种片上供电网络

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种片上供电网络。

背景技术

随着半导体集成电路工艺技术的发展，电路功耗问题成了困扰散热、封装和便携的难题。自动调整电压频率的技术是一种最有效的节能方法。如今，多核CPU架构应用应成为主流，每个CPU的低功耗技术也成为普遍的自动调整电压频率的技术。

在供电系统中，很重要的器件即是电压调整器，电压调整器能够调整接收到的电压，从而向其连接的电路输出该电路所需的电压。伴随着工艺节点的持续缩小，芯片设计面积密度迅速上升，三个重要条件制约着现今电源设计、电压调整的发展：片上集成性，能源效率，以及电源完整性。尤其是电源的完整性，决定着负载模块的功能性，逻辑性，以及功耗问题。低电源完整性，即纹波大，尖刺脉冲多等，直接会给系统带来沉重负担，不光是在系统响应速度，及正确性，还有整个系统的能量损耗上。

图1为现有的供电网络，在该供电网络中，负载在芯片上(或为芯片内)，而负载的供电则由片外的电压调整器(off-chip voltage regulator)来完成。其中，片外电压调整器的供电由外部电池或者其他方式来提供。片外电压调整器可以是单路输出以供给负载，也可以是多路输出以供给负载，如图1中为多路输出，即Vreg-1，Vreg-2，Vreg-3。在多路电压输出的情况之下，片外的电压调整器可能是多个。

图2为图1所示的供电网络的等效电路图。其中，L_PB为母板上的片外电压调整器的输出等效电感，R_PB为母板上的片外电压调整器的输出等效电阻，ESL_VR为母板上的片外电压调整器的输出寄生电容的等效电感，ESR_VR为母板上的片外电压调整器的输出寄生电容的等效电阻，C_VR为母板上的片外电压调整器的输出寄生电容；L_PP1为传输封装的输入等效电感，R_PP1为传输封装的输入等效电阻，L_PP2为传输封装的输出等效电感，R_PP2为传输封装的输出等效电阻，ESL_PKG为传输封装的寄生电容的等效电感，ESR_PKG为传输封装的寄生电容的等效电阻，C_PKG为传输封装的寄生电容；R_Die为芯片上的负载的输入等效电阻，ESR_Die为芯片上的负载的输入寄生电容的等效电阻，C_Die为芯片上的负载输入寄生电容。

由于在供电网络中，传输网络中的电量损耗是影响供电电源、如电池使用寿命的因素之一。当采用图1所示的供电网络时，由于片外电压调整器距离负载较远，因此，传输网络的寄生电容，输入等效电感、输入等效电阻、输出等效电感、输出等效电阻都比较大，因此传输网络的电量损耗会比较大。

综上所述，现有的供电网络，由于片外电压调整器距离负载较远。因此，传输网络中的电量损耗较大，这会降低供电电源、如电池的使用寿命。

发明内容

本发明实施例提供了一种片上供电网络，用以解决现有的供电网络所导致的传输网络中的电量损耗较大的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种片上供电网络，包括至少一级片上电压调整器和负载，所述片上电压调整器位于所述负载所在的芯片上；每一级片上电压调整器的个数至少为一个；每一级片上电压调整器连接其后一级片上电压调整器中的至少一个片上电压调整器；第一级片上电压调整器接收供电电源输出的电压，或者接收片外电压调整器输出的电压；除第一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器，接收前一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器输出的电压；所述片外电压调整器位于所述负载所在的芯片之外；最后一级片上电压调整器向所述负载输出所述负载所需的电压；除最后一级片上电压调整器以外的每一级片上电压调整器中的一个片上电压调整器，向该片上电压调整器连接的后一级片上电压调整器输出所述后一级片上电压调整器所需的电压。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述片上供电网络包括两级片上电压调整器和所述负载，第一级片上电压调整器的个数至少为两个；若所述负载需要n个不同的电压，则第二级片上电压调整器的个数为n；每个第一级片上电压调整器的调压范围与该第一级片上电压调整器连接的第二级片上电压调整器的调压范围之比不小于预设值。