用于减少电流消耗的分层电源的制作方法
用于减少电流消耗的分层电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于集成电路(1C)的电源。
【背景技术】
[0002]集成电路可具有不同的模拟和/或数字功能，而这需要提供可能具有不同电压的电能。为不同的模拟和/或数字功能提供电能的可行方法为使用专用电源转换器，该专用电源转换器用于为不同的模拟和/或数字功能提供具有不同电压的电能。然而电源转换器的使用导致了集成电路的空间需求的增加。此外，电源转换器的使用导致了集成电路的能量消耗的增加。
[0003]本发明解决了提供一种电源效率高且成本效率高的集成电路的技术问题，该集成电路根据不同的能量需求，包括多种不同的模拟和/或数字功能。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一方面，描述了一种电路布局(例如电源和多个能量消耗电路)。该电路布局可以是集成电路。例如，该电路布局包括用于发光二极管的驱动电路。该电路布局包括第一电容和第二电容，该第一电容和该第二电容在高电位(例如供电电压Vcc)与低电位(例如接地电压)之间串联连接。此外，该电路布局包括第一能量消耗电路(例如数字电路)，该第一能量消耗电路与该第一电容并联连接。该第一能量消耗电路以第一电压消耗电能。该第一能量消耗电路包括一个或多个电子组件，举例说明，如逻辑门的数字组件，其中该一个或多个电子组件以第一电压操作。
[0005]此外，该电路布局包括第二能量消耗电路(例如模拟电路)，该第二能量消耗电路与该第二电容并联连接。该第二能量消耗电路以第二电压消耗电能。该第二能量消耗电路包括一个或多个电子组件，举例说明，如模拟运算放大器或比较器的模拟组件，其中该一个或多个电子组件以第二电压操作。
[0006]该第一和第二电压满足:该第一电压和该第二电压的和的大小小于或等于该高电位与该低电压的绝对差。
[0007]此外，该电路布局包括电压设定装置，该电压设定装置用于根据第一电压设定第一电容处的电压，并根据第二电压设定第二电容处的电压。因此，可以高电源效率和高成本效率的方式为第一和第二能量消耗电路提供电能。
[0008]该电压设定装置包括与该第一电容并联的第一限压元件和/或与该第二电容并联的第二限压元件。该第一限压元件具有对应于第一电压的第一击穿电压，并且/或者该第二限压元件具有对应于第二电压的第二击穿电压。这些限压元件可分别包括一个或多个稳压二极管。
[0009]该电路布局还可包括用于生成经过第一和/或第二限压元件的电流的电流源。替换性或者附加性地，该电流源可用于控制提供到第一能量消耗电路和第二能量消耗电路的电流。电流源可与串联连接的第一限压元件(与第一能量消耗电路并联)以及第二限压元件(与第二能量消耗电路并联)串联连接。因此，电流源可用于控制流入电路布局的总电流。
[0010]电路布局可包括用于测量经过第一和/或第二限压元件的电流的装置(例如在第一和/或第二限压元件上使用分流电阻)。电流源可用于根据测得的通过第一和/或第二限压元件的电流，控制电流源提供的电流。特别地，对总电流的控制满足测得的通过第一和/或第二限压元件的电流基本为零。因此，可以以有效地方式为第一和第二能量消耗电路提供电源。
[0011]电压设定装置可包括用于设定第一电容上端处的第一输出电压的第一稳压器。替换性或者附加性地，该电压设定装置可包括用于设定第二电容上端处的第二输出电压的第二稳压器，其中第一电容的下端连接到第二电容的上端。因此，可利用一个或多个稳压器设定第一和/或第二能量消耗电路处的电压电平。
[0012]第二电容的下端可连接到第二电位，而第一稳压器和第二稳压器分别位于高电位和低电位之间。第一输出电压(由第一稳压器提供)大于或等于第一电压和第二电压的和。第二输出电压(由第二稳压器提供)大于或等于第二电压。
[0013]电压设定装置包括用于将第二电容的电压设定和/或限制为第二电压的并联调整器。
[0014]替换性或附加性地，电压设定装置包括串联连接的第一电压源和第二电压源。该第一电压源可用于以第一电压提供电能，并且/或者第二电压源用于以第二电压提供电能。另外，电压设定装置可包括连接到第一电压源的高侧端口(位于该电流镜的一侧)并且连接到第一能量消耗电路的高侧端口(位于该电流镜的另一侧)的第一电流镜。此外，电压设定装置可包括连接到第二电压源的高侧端口(位于该电流镜的一侧)并且连接到第二能量消耗电路的高侧端口(位于该电流镜的另一侧)的第二电流镜。
[0015]电路布局还包括用于在第一能量消耗电路的第一参考电平和第二能量消耗电路的第二参考电平之间提供双向电平转移的电路。可相对于第一参考电平提供第一电压，并且/或者相对于第二参考电平提供第二电压。
[0016]根据另一方面，描述了向第一能量消耗电路和第二能量消耗电路提供电能的方法。该第一能量消耗电路以第一电压消耗电能，而第二能量消耗电路以第二电压消耗电能。该方法包括:在高电位和低电位之间串联连接第一电容和第二电容，其中该第一电压和第二电压的和的大小小于或等于高电位和低电位之间的绝对差。此外，该方法包括:第一能量消耗电路与第一电容并联连接;第二能量消耗电路与第二电容并联连接。另外，该方法包括:根据第一电压设定第一电容的电压;并且根据第二电压设定第二电容的电压。
[0017]应该说明，本文中描述的方法和系统及其优选实施例可单独应用，或者与文中公开的其他方法和系统结合应用。此外，对系统中描述的特征同样适用于对应的方法。此外，文中描述的方法和系统中的所有方面都可以任意组合。具体地，权利要求的特征可以以任何方式互相结合。
[0018]在本文中，术语“连接”或“被连接”表示元件彼此电气连通，包括直接连接，例如通过电线，或者其他方式的连接。
【附图说明】
[0019]下文结合附图对本发明进行解释，其中:
[0020]图1描述了一种示例性的集成电路的方块图；
[0021 ]图2描述了另一种示例性的集成电路的方块图；
[0022]图3描述了一种包括并联调整器的示例性的集成电路的方块图；
[0023]图4描述了另一种包括并联调整器的示例性的集成电路的方块图；
[0024]图5显示了用于为第一和第二能量消耗电路提供电能的示例性的方法的流程图；以及
[0025]图6显示了用于为多个能量消耗电路提供能量的示例性的电源串/分层电源。
【具体实施方式】
[0026]如上文指出，本发明解决了以高电源效率的方式为集成电路中的不同功能或电路提供电能的技术问题。在本说明书中，图1显示了集成电路100的方块图，该集成电路100包括数字功能或数字电路113，以及模拟功能或模拟电路123。该数字电路113以第一电压114消耗电能，而模拟电路123以第二电压124消耗电能。该数字电路113可包括一个或多个逻辑组件(例如逻辑门)，而模拟电路123可包括一个或多个模拟组件(例如运算放大器或比较器)。
[0027]电路100包括电源串，该电源串位于高电位131(例如供电电压Vcc，如Vcc = 12V)和低电位132(如接地电压)之间。本文所指的高电位131也被称为第一电位，而低电位132也被称为第二电位。该电源串包括电流源101，该电流源101用于控制经过该电源串的电流104。该电源串还包括与数字电路113并联连接的第一稳压二极管112，以及与模拟电路123并联连接的第二稳压二极管122。稳压二极管112、122呈现出的击穿电压分别对应于第一电压114和第二电压124。因此，可以确保以有效的方式为各个电路113、123设定正确的供电电压。
[0028]第一电容111可与数字电路113并联连接，而第二电容121可与模拟电路123并联 连接。电容器111，121可分别用于维持和/或提供电路113，123处的电压114，124。
[0029]图1所示的电路布局100例如可用于LED(发光二极管)应用领域和/或AC充电器应用领域。在这种情况下，待机电流通常是重要的。可利用本文描述的电路布局降低该待机电流。此外，在对该电路布局进行常规操作期间，集成电路(1C)的热量可以减少到接近一半，从而减少电路布局的能量流失。
[0030]因此，图1显示了两个分层功能113，123。图1所示的电路100采用与受控电流源101串联连接的稳压二极管112，122。电流源101受经过稳压二极管112，122的稳压电流的控制。如果稳压电流超出电流上限或电流下限，则可分别降低或提高该电流源101的电流。这可以双向实现。可以控制电流源101，从而为电路113，123提供最低所需的电流。
[0031]换言之，电路布局100可包括用于测量经过第一稳压二极管112和/或经过第二稳压二极管122的电流的装置。举例说明，分流电阻可与第一稳压二极管112和/或第二稳压二极管122串联连接(各个二极管112，122的正上方或者正下方)。该分流电阻处的压降提供经过各自稳压二极管112，122的电流的指示。可根据测得的经过第一稳压二极管112的电流和/或经过第二稳压二极管122的电流控制电流源101提供的电流。具体地，控制电流源101提供的电流，使得经过第一稳压二极管112的电流和/或经过第二稳压二极管122的电流的大小低于预先确定的阈值(例如基本为零)。因此，可尽量减小进入到电路布局100的电流，从而尽量减小电路布局100的能量流失。
[0032]由于电路113，123的分层布局，分层顶部的供电消耗者113的电流可以被分层底部的供电消耗者123“重新利用”。因此，电路100可以实现整体降低电流消耗以及提高能量效率。
[0033]电路100还包括双向电平转移102，该双向电平转移102用于提供从数字电路113的参考电平到模拟电路123的参考电平的转换(反之亦然)。因此，模拟电路123和数字电路113可以相互通信，即使两个电路113，123具有不同的参考电平。例如，如果模拟电路123测量的信号需要提供到数字电路113以及/或者数字电路113的控制信号需要提供到模拟电路123，则这可能是必要的。双向电平转移102可用于补偿将在电路113，123之间通信的信号。该补偿通常依第一电压114和/或第二电压124而定。特别地，该补偿依第二电压124而定(或者等于第二电压124)。
[0034]此外，图1显示了光去耦合电阻103。
[0035]图2显示了另一示例性的电路200的方块图。在图2所示的电路200中，调整器212，222分别用于设定数字电路113和模拟电路123上的电压114，124。具体地，第二调整器222用于将第二电容121上的第二电压124设定为第二输出电压，而第一调整器222用于将第一和第二电压114，124的和设定为第一输出电压，从而第一电容111处的电压对应于第一电压114。
[0036]因此，图2显示了使用调整器212，222的分层电源系统。低电位132处的调整器222可用于吸收并提供电流。
[0037]两个调整器212，213(例如运算放大器)连接到高电位(例如供电电压Vcc)。每个调整器212，222的输出电压是固定的(例如到第一输出电压或第二输出电压)。来自高电位131的电流114被分割到两个不同的调整器212，222。例如，如果数字电路113得到10mA(以2V的第一电压)同时模拟电路123得到15mA(以5V的第二电压)，则第一调整器212需要从高电位131处提供输出电流10mA，而第二调整器222需要提供输出电流5mA(S卩15mA-10mA)。如果两个功能113，123均为接地相关的，相比于从高电位得到总电流25mA，从高电位131得到的总电流114为15mA。
[0038]图3和图4显示了利用电流镜314、315以及324、325设定第一和第二电压114，124的可能方案。由电流源301提供的电流被镜像到电源串，所述电源串包括第一电容器111和第二电容器121，以及选择性去耦电阻303。去耦或阻尼电阻303可用于降低数字电路113的电源和模拟电路123的电源之间的噪声。该第一和第二电压114，124分别利用电压源312，322设定。特别地，第一电压114利用第一电压源312设定，而第二电压124利用第二电压源322设定。
[0039]图3和图4还包括并联调整器305，该并联调整器305用于通过该晶体管304限制模拟电路123处的电压。特别地，该并联调整器305可确保模拟电路123处的电压不超过第二电压124。此外，图3示出了选择性电容器302。
[0040]在图3和图4中，晶体管315，325作为源极跟随器或者作为AB级放大器的推挽输出级。该晶体管的阈值电压Vt利用晶体管314，324补偿。可利用并联调整器305实现到模拟电路123的模拟供给。在操作期间，数字电路113的逻辑供给可被调整为需要的逻辑供给电压(例如通过调整电压源312，322)。
[0041]应该理解的是，可以对各种不同数量的功能113，123分层。此外，其他功能或电路可彼此并联连接。再者，可以使用电荷平衡，例如电容式平衡，例如通过使用电容式电荷栗的设计，来平衡两个或多个电路113，123的两个或多个供给。
[0042]在任何情况下，供给到多个分层电路的能量都允许重新使用电流，进而降低集成电路的能量消耗。
[0043]图5显示了示例性的方法500的流程图，该方法500用于提供电能到第一能量消耗电路113(例如到数字电路)和第二能量消耗电路(例如到模拟电路)。该第一能量消耗电路113以第一电压114消耗电能，而第二能量消耗电路123以第二电压124消耗电能。该方法500包括步骤501:在高电位131和低电位132之间串联连接第一电容111和第二电容121，从而该第一电压114和第二电压124的和的大小小于高电位131和低电位132之间的绝对差。此外，该方法500还包括步骤502:第一能量消耗电路113与第一电容111并联连接，以及步骤503:第二能量消耗电路123与第二电容121并联连接。此外，该方法500还包括步骤504:根据第一电压114设定第一电容111的电压，以及步骤505:根据第二电压124设定第二电容121的电压。
[0044]图6显示了另一示例性的电路布局，其中不同电路113，123，613的供电电压114，124，614源自于第一电位131(例如等于干线电压)。该电路布局600包括串联连接的分别用于为三个不同的能量消耗电路113，123，613提供供电电压114，124，614的稳压二极管112，122，612。在该描述性示例中，上方的能量消耗电路113例如对应于模拟电路，能量消耗电路123例如对应于数字电路，并且能量消耗电路613例如对应于门驱动器(例如用于驱动LED驱动晶体管的门)。此外，图6示出了用于第三供电电压614的第三电容611。
[0045]电路布局600包括分压器，该分压器具有上电阻601和下电阻603，以及用于检测经过电源串的电流的中间检测管脚602。可以看出，第一电位131和第二电位132之间的差值等于上电阻160处的压降加上下电阻603处的压降再加上第一电压114、第二电压124以及第三电压164的和。因此，上电阻601的阻值和下电阻603的阻值可用于设定进入图6所示电源串的电流。如果第一能量消耗电路113的上端口需要额外的电流，则可使该分压器601，603并联连接更多的分压器。
[0046]整体地，本发明描述了为多个分层电路提供分层能量供给。该分层电路以不同的电压级在不同的电 压域操作。每个电路呈现出其自身的参考电位或参考地。可利用三阱技术或隔离晶体管实现该分层电路。可通过为电路提供专用阱分离该模拟和数字电路。
[0047]提供分层电源会减少电流和热量。换言之，提供分层电源可以提高集成电路的电源效率。
[0048]应该理解的是，此处的说明和附图目的仅在于描述本发明提出的方法和系统的思想。本领域技术人员可以对其做出各种变换，本发明虽然没有明显描述或显示这些变换，但是该变换体现了本发明的思想，均包括在本发明的精神和保护范围之内。此外，此处提出的所有示例和实施例主要仅旨在解释目的，有助于读者理解本发明提出的方法和系统的思想。此外，文中提出的本发明思想、方面及实施例，及其具体示例的所有声明意味着包括其等同物。
【主权项】
1.一种电路布局(100，200)，其特征在于，包括: 在高电位(131)和低电位(132)之间串联连接的第一电容(111)和第二电容(121); 与所述第一电容(111)并联连接的第一能量消耗电路(113);其中所述第一能量消耗电路(113)以第一电压(114)消耗电能； 与所述第二电容(121)并联连接的第二能量消耗电路(123);其中所述第二能量消耗电路(123)以第二电压(124)消耗电能;其中所述第一电压(114)和所述第二电压(124)的和的大小小于所述高电位(131)和所述低电位(132)之间的绝对差；以及 用于根据所述第一电压(114)设定所述第一电容(111)处电压并根据所述第二电压(124)设定第二电容(121)处电压的电压设定装置(112，122，212，222)。2.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于，所述电压设定装置(112，122，212，222)包括: 与所述第一电容(111)并联的第一限压元件(112);和/或 与所述第二电容(121)并联的第二限压元件(122)。3.根据权利要求2所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述第一限压元件(112)呈现出对应于第一电压(114)的击穿电压;并且/或者 所述第二限压元件(122)呈现出对应于第二电压(124)的击穿电压。4.根据权利要求2或3所述的电路布局(100，200)，还包括电流源(101)，所述电流源(101)用于控制提供到第一能量消耗电路(113)和第二能量消耗电路(123)的电流。5.根据权利要求4所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述电路布局(100，200)还包括用于测量通过所述第一和/或所述第二限压元件(112，122)的电流的装置；以及 所述电流源(101)用于根据测得的通过第一和/或第二限压元件(112，122)的电流控制电流源(101)提供的电流。6.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于，所述电压设定装置(112，122，212，222)包括: 用于设定第一电容(111)上端处的第一输出电压的第一稳压器(212);和/或 用于设定第二电容(121)上端处的第二输出电压的第二稳压器(222); 其中第一电容(111)的下端连接到第二电容(121)的上端。7.根据权利要求6所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述第二电容(121)的下部连接到所述第二电位(132);以及 所述第一稳压器(212)和所述第二稳压器(222)位于所述高电位(131)和所述低电位(132)之间。8.根据权利要求7所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述第一输出电压大于或等于所述第一电压(114)和所述第二电压(124)的和；以及 所述第二输出电压大于或等于所述第二电压(124)。9.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于，所述电压设定装置(112，122，212，222)包括并联调整器(305)，所述并联调整器(305)用于将所述第二电容(121)处的电压设定为第二电压(124)。10.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于，所述电压设定装置(112，122，212，222)包括: 串联连接的第一电压源(312)和第二电压源(322);其中所述第一电压源(312)用于以第一电压提供电能;所述第二电压源(322)用于以第二电压提供电能； 第一电流镜(314，315)，所述第一电流镜(314，315)连接到所述第一电压源(312)的高侧端口并且连接到所述第一能量消耗电路(113)的高侧端口；以及 第二电流镜(324，325)，所述第二电流镜(324，325)连接到所述第二电压源(322)的高侧端口并且连接到所述第二能量消耗电路(123)的高侧端口。11.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，还包括用于在第一能量消耗电路(113)的第一参考电平和第二能量消耗电路(123)的第二参考电平之间提供双向电平转移的电路(102)。12.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述第一能量消耗电路(113)包括一个或多个分别以第一电压操作的电子组件；以及 所述第二能量消耗电路(123)包括一个或多个分别以第二电压操作的电子组件。13.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述第一能量消耗电路(113)包括一个或多个数字组件；以及 所述第二能量消耗电路(123)包括一个或多个模拟组件。14.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于，所述电路布局(100，200)包括用于发光二极管的驱动电路。15.—种为第一能量消耗电路(113)和第二能量消耗电路(123)提供电能的方法(500)，其特征在于，所述第一能量消耗电路(113)以第一电压(114)消耗电能;并且所述第二能量消耗电路(123)以第二电压(124)消耗电能;所述方法(500)包括: 步骤501:在所述高电位(131)和所述低电位(132)之间串联连接第一电容(111)和第二电容(121);其中所述第一电压(114)和所述第二电压(124)的和的大小小于所述高电位(131)和所述低电位(132)之间的绝对差； 步骤502:将所述第一能量消耗电路(113)与所述第一电容(111)并联连接； 步骤503:将所述第二能量消耗电路(123)与所述第二电容(121)并联连接； 步骤504:根据第一电压(114)设定第一电容(111)处的电压；以及 步骤505:根据第二电压(124)设定第二电容(121)处的电压。
【专利摘要】本发明描述了一种电路布局(100，200)，包括在高电位(131)和低电位(132)之间串联的第一电容(111)和第二电容(121)。该电路布局(100，200)包括与第一电容(111)并联连接的第一能量消耗电路(113)。该第一能量消耗电路(113)以第一电压(114)消耗电能。此外，该电路布局(100，200)包括与第二电容(121)并联连接的第二能量消耗电路(123)。第二能量消耗电路(123)以第二电压(124)消耗电能；其中第一电压(114)和第二电压(124)的和的大小小于该高电位(131)和该低电位(132)之间的绝对差。此外，该电路布局(100，200)包括用于根据第一电压(114)设定第一电容(111)处电压，并根据第二电压(124)设定第二电容(121)处电压的电压设定装置(112，122，212，222)。
【IPC分类】G05F3/26
【公开号】CN105487591
【申请号】CN201510890678
【发明人】霍斯特·克内德根
【申请人】Dialog半导体（英国）有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月7日
【公告号】DE102014226495A1, US20160181800
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于集成电路(1C)的电源。
【背景技术】
[0002]集成电路可具有不同的模拟和/或数字功能，而这需要提供可能具有不同电压的电能。为不同的模拟和/或数字功能提供电能的可行方法为使用专用电源转换器，该专用电源转换器用于为不同的模拟和/或数字功能提供具有不同电压的电能。然而电源转换器的使用导致了集成电路的空间需求的增加。此外，电源转换器的使用导致了集成电路的能量消耗的增加。
[0003]本发明解决了提供一种电源效率高且成本效率高的集成电路的技术问题，该集成电路根据不同的能量需求，包括多种不同的模拟和/或数字功能。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一方面，描述了一种电路布局(例如电源和多个能量消耗电路)。该电路布局可以是集成电路。例如，该电路布局包括用于发光二极管的驱动电路。该电路布局包括第一电容和第二电容，该第一电容和该第二电容在高电位(例如供电电压Vcc)与低电位(例如接地电压)之间串联连接。此外，该电路布局包括第一能量消耗电路(例如数字电路)，该第一能量消耗电路与该第一电容并联连接。该第一能量消耗电路以第一电压消耗电能。该第一能量消耗电路包括一个或多个电子组件，举例说明，如逻辑门的数字组件，其中该一个或多个电子组件以第一电压操作。
[0005]此外，该电路布局包括第二能量消耗电路(例如模拟电路)，该第二能量消耗电路与该第二电容并联连接。该第二能量消耗电路以第二电压消耗电能。该第二能量消耗电路包括一个或多个电子组件，举例说明，如模拟运算放大器或比较器的模拟组件，其中该一个或多个电子组件以第二电压操作。
[0006]该第一和第二电压满足:该第一电压和该第二电压的和的大小小于或等于该高电位与该低电压的绝对差。
[0007]此外，该电路布局包括电压设定装置，该电压设定装置用于根据第一电压设定第一电容处的电压，并根据第二电压设定第二电容处的电压。因此，可以高电源效率和高成本效率的方式为第一和第二能量消耗电路提供电能。
[0008]该电压设定装置包括与该第一电容并联的第一限压元件和/或与该第二电容并联的第二限压元件。该第一限压元件具有对应于第一电压的第一击穿电压，并且/或者该第二限压元件具有对应于第二电压的第二击穿电压。这些限压元件可分别包括一个或多个稳压二极管。
[0009]该电路布局还可包括用于生成经过第一和/或第二限压元件的电流的电流源。替换性或者附加性地，该电流源可用于控制提供到第一能量消耗电路和第二能量消耗电路的电流。电流源可与串联连接的第一限压元件(与第一能量消耗电路并联)以及第二限压元件(与第二能量消耗电路并联)串联连接。因此，电流源可用于控制流入电路布局的总电流。
[0010]电路布局可包括用于测量经过第一和/或第二限压元件的电流的装置(例如在第一和/或第二限压元件上使用分流电阻)。电流源可用于根据测得的通过第一和/或第二限压元件的电流，控制电流源提供的电流。特别地，对总电流的控制满足测得的通过第一和/或第二限压元件的电流基本为零。因此，可以以有效地方式为第一和第二能量消耗电路提供电源。
[0011]电压设定装置可包括用于设定第一电容上端处的第一输出电压的第一稳压器。替换性或者附加性地，该电压设定装置可包括用于设定第二电容上端处的第二输出电压的第二稳压器，其中第一电容的下端连接到第二电容的上端。因此，可利用一个或多个稳压器设定第一和/或第二能量消耗电路处的电压电平。
[0012]第二电容的下端可连接到第二电位，而第一稳压器和第二稳压器分别位于高电位和低电位之间。第一输出电压(由第一稳压器提供)大于或等于第一电压和第二电压的和。第二输出电压(由第二稳压器提供)大于或等于第二电压。
[0013]电压设定装置包括用于将第二电容的电压设定和/或限制为第二电压的并联调整器。
[0014]替换性或附加性地，电压设定装置包括串联连接的第一电压源和第二电压源。该第一电压源可用于以第一电压提供电能，并且/或者第二电压源用于以第二电压提供电能。另外，电压设定装置可包括连接到第一电压源的高侧端口(位于该电流镜的一侧)并且连接到第一能量消耗电路的高侧端口(位于该电流镜的另一侧)的第一电流镜。此外，电压设定装置可包括连接到第二电压源的高侧端口(位于该电流镜的一侧)并且连接到第二能量消耗电路的高侧端口(位于该电流镜的另一侧)的第二电流镜。
[0015]电路布局还包括用于在第一能量消耗电路的第一参考电平和第二能量消耗电路的第二参考电平之间提供双向电平转移的电路。可相对于第一参考电平提供第一电压，并且/或者相对于第二参考电平提供第二电压。
[0016]根据另一方面，描述了向第一能量消耗电路和第二能量消耗电路提供电能的方法。该第一能量消耗电路以第一电压消耗电能，而第二能量消耗电路以第二电压消耗电能。该方法包括:在高电位和低电位之间串联连接第一电容和第二电容，其中该第一电压和第二电压的和的大小小于或等于高电位和低电位之间的绝对差。此外，该方法包括:第一能量消耗电路与第一电容并联连接;第二能量消耗电路与第二电容并联连接。另外，该方法包括:根据第一电压设定第一电容的电压;并且根据第二电压设定第二电容的电压。
[0017]应该说明，本文中描述的方法和系统及其优选实施例可单独应用，或者与文中公开的其他方法和系统结合应用。此外，对系统中描述的特征同样适用于对应的方法。此外，文中描述的方法和系统中的所有方面都可以任意组合。具体地，权利要求的特征可以以任何方式互相结合。
[0018]在本文中，术语“连接”或“被连接”表示元件彼此电气连通，包括直接连接，例如通过电线，或者其他方式的连接。
【附图说明】
[0019]下文结合附图对本发明进行解释，其中:
[0020]图1描述了一种示例性的集成电路的方块图；
[0021 ]图2描述了另一种示例性的集成电路的方块图；
[0022]图3描述了一种包括并联调整器的示例性的集成电路的方块图；
[0023]图4描述了另一种包括并联调整器的示例性的集成电路的方块图；
[0024]图5显示了用于为第一和第二能量消耗电路提供电能的示例性的方法的流程图；以及
[0025]图6显示了用于为多个能量消耗电路提供能量的示例性的电源串/分层电源。
【具体实施方式】
[0026]如上文指出，本发明解决了以高电源效率的方式为集成电路中的不同功能或电路提供电能的技术问题。在本说明书中，图1显示了集成电路100的方块图，该集成电路100包括数字功能或数字电路113，以及模拟功能或模拟电路123。该数字电路113以第一电压114消耗电能，而模拟电路123以第二电压124消耗电能。该数字电路113可包括一个或多个逻辑组件(例如逻辑门)，而模拟电路123可包括一个或多个模拟组件(例如运算放大器或比较器)。
[0027]电路100包括电源串，该电源串位于高电位131(例如供电电压Vcc，如Vcc = 12V)和低电位132(如接地电压)之间。本文所指的高电位131也被称为第一电位，而低电位132也被称为第二电位。该电源串包括电流源101，该电流源101用于控制经过该电源串的电流104。该电源串还包括与数字电路113并联连接的第一稳压二极管112，以及与模拟电路123并联连接的第二稳压二极管122。稳压二极管112、122呈现出的击穿电压分别对应于第一电压114和第二电压124。因此，可以确保以有效的方式为各个电路113、123设定正确的供电电压。
[0028]第一电容111可与数字电路113并联连接，而第二电容121可与模拟电路123并联 连接。电容器111，121可分别用于维持和/或提供电路113，123处的电压114，124。
[0029]图1所示的电路布局100例如可用于LED(发光二极管)应用领域和/或AC充电器应用领域。在这种情况下，待机电流通常是重要的。可利用本文描述的电路布局降低该待机电流。此外，在对该电路布局进行常规操作期间，集成电路(1C)的热量可以减少到接近一半，从而减少电路布局的能量流失。
[0030]因此，图1显示了两个分层功能113，123。图1所示的电路100采用与受控电流源101串联连接的稳压二极管112，122。电流源101受经过稳压二极管112，122的稳压电流的控制。如果稳压电流超出电流上限或电流下限，则可分别降低或提高该电流源101的电流。这可以双向实现。可以控制电流源101，从而为电路113，123提供最低所需的电流。
[0031]换言之，电路布局100可包括用于测量经过第一稳压二极管112和/或经过第二稳压二极管122的电流的装置。举例说明，分流电阻可与第一稳压二极管112和/或第二稳压二极管122串联连接(各个二极管112，122的正上方或者正下方)。该分流电阻处的压降提供经过各自稳压二极管112，122的电流的指示。可根据测得的经过第一稳压二极管112的电流和/或经过第二稳压二极管122的电流控制电流源101提供的电流。具体地，控制电流源101提供的电流，使得经过第一稳压二极管112的电流和/或经过第二稳压二极管122的电流的大小低于预先确定的阈值(例如基本为零)。因此，可尽量减小进入到电路布局100的电流，从而尽量减小电路布局100的能量流失。
[0032]由于电路113，123的分层布局，分层顶部的供电消耗者113的电流可以被分层底部的供电消耗者123“重新利用”。因此，电路100可以实现整体降低电流消耗以及提高能量效率。
[0033]电路100还包括双向电平转移102，该双向电平转移102用于提供从数字电路113的参考电平到模拟电路123的参考电平的转换(反之亦然)。因此，模拟电路123和数字电路113可以相互通信，即使两个电路113，123具有不同的参考电平。例如，如果模拟电路123测量的信号需要提供到数字电路113以及/或者数字电路113的控制信号需要提供到模拟电路123，则这可能是必要的。双向电平转移102可用于补偿将在电路113，123之间通信的信号。该补偿通常依第一电压114和/或第二电压124而定。特别地，该补偿依第二电压124而定(或者等于第二电压124)。
[0034]此外，图1显示了光去耦合电阻103。
[0035]图2显示了另一示例性的电路200的方块图。在图2所示的电路200中，调整器212，222分别用于设定数字电路113和模拟电路123上的电压114，124。具体地，第二调整器222用于将第二电容121上的第二电压124设定为第二输出电压，而第一调整器222用于将第一和第二电压114，124的和设定为第一输出电压，从而第一电容111处的电压对应于第一电压114。
[0036]因此，图2显示了使用调整器212，222的分层电源系统。低电位132处的调整器222可用于吸收并提供电流。
[0037]两个调整器212，213(例如运算放大器)连接到高电位(例如供电电压Vcc)。每个调整器212，222的输出电压是固定的(例如到第一输出电压或第二输出电压)。来自高电位131的电流114被分割到两个不同的调整器212，222。例如，如果数字电路113得到10mA(以2V的第一电压)同时模拟电路123得到15mA(以5V的第二电压)，则第一调整器212需要从高电位131处提供输出电流10mA，而第二调整器222需要提供输出电流5mA(S卩15mA-10mA)。如果两个功能113，123均为接地相关的，相比于从高电位得到总电流25mA，从高电位131得到的总电流114为15mA。
[0038]图3和图4显示了利用电流镜314、315以及324、325设定第一和第二电压114，124的可能方案。由电流源301提供的电流被镜像到电源串，所述电源串包括第一电容器111和第二电容器121，以及选择性去耦电阻303。去耦或阻尼电阻303可用于降低数字电路113的电源和模拟电路123的电源之间的噪声。该第一和第二电压114，124分别利用电压源312，322设定。特别地，第一电压114利用第一电压源312设定，而第二电压124利用第二电压源322设定。
[0039]图3和图4还包括并联调整器305，该并联调整器305用于通过该晶体管304限制模拟电路123处的电压。特别地，该并联调整器305可确保模拟电路123处的电压不超过第二电压124。此外，图3示出了选择性电容器302。
[0040]在图3和图4中，晶体管315，325作为源极跟随器或者作为AB级放大器的推挽输出级。该晶体管的阈值电压Vt利用晶体管314，324补偿。可利用并联调整器305实现到模拟电路123的模拟供给。在操作期间，数字电路113的逻辑供给可被调整为需要的逻辑供给电压(例如通过调整电压源312，322)。
[0041]应该理解的是，可以对各种不同数量的功能113，123分层。此外，其他功能或电路可彼此并联连接。再者，可以使用电荷平衡，例如电容式平衡，例如通过使用电容式电荷栗的设计，来平衡两个或多个电路113，123的两个或多个供给。
[0042]在任何情况下，供给到多个分层电路的能量都允许重新使用电流，进而降低集成电路的能量消耗。
[0043]图5显示了示例性的方法500的流程图，该方法500用于提供电能到第一能量消耗电路113(例如到数字电路)和第二能量消耗电路(例如到模拟电路)。该第一能量消耗电路113以第一电压114消耗电能，而第二能量消耗电路123以第二电压124消耗电能。该方法500包括步骤501:在高电位131和低电位132之间串联连接第一电容111和第二电容121，从而该第一电压114和第二电压124的和的大小小于高电位131和低电位132之间的绝对差。此外，该方法500还包括步骤502:第一能量消耗电路113与第一电容111并联连接，以及步骤503:第二能量消耗电路123与第二电容121并联连接。此外，该方法500还包括步骤504:根据第一电压114设定第一电容111的电压，以及步骤505:根据第二电压124设定第二电容121的电压。
[0044]图6显示了另一示例性的电路布局，其中不同电路113，123，613的供电电压114，124，614源自于第一电位131(例如等于干线电压)。该电路布局600包括串联连接的分别用于为三个不同的能量消耗电路113，123，613提供供电电压114，124，614的稳压二极管112，122，612。在该描述性示例中，上方的能量消耗电路113例如对应于模拟电路，能量消耗电路123例如对应于数字电路，并且能量消耗电路613例如对应于门驱动器(例如用于驱动LED驱动晶体管的门)。此外，图6示出了用于第三供电电压614的第三电容611。
[0045]电路布局600包括分压器，该分压器具有上电阻601和下电阻603，以及用于检测经过电源串的电流的中间检测管脚602。可以看出，第一电位131和第二电位132之间的差值等于上电阻160处的压降加上下电阻603处的压降再加上第一电压114、第二电压124以及第三电压164的和。因此，上电阻601的阻值和下电阻603的阻值可用于设定进入图6所示电源串的电流。如果第一能量消耗电路113的上端口需要额外的电流，则可使该分压器601，603并联连接更多的分压器。
[0046]整体地，本发明描述了为多个分层电路提供分层能量供给。该分层电路以不同的电压级在不同的电 压域操作。每个电路呈现出其自身的参考电位或参考地。可利用三阱技术或隔离晶体管实现该分层电路。可通过为电路提供专用阱分离该模拟和数字电路。
[0047]提供分层电源会减少电流和热量。换言之，提供分层电源可以提高集成电路的电源效率。
[0048]应该理解的是，此处的说明和附图目的仅在于描述本发明提出的方法和系统的思想。本领域技术人员可以对其做出各种变换，本发明虽然没有明显描述或显示这些变换，但是该变换体现了本发明的思想，均包括在本发明的精神和保护范围之内。此外，此处提出的所有示例和实施例主要仅旨在解释目的，有助于读者理解本发明提出的方法和系统的思想。此外，文中提出的本发明思想、方面及实施例，及其具体示例的所有声明意味着包括其等同物。
【主权项】
1.一种电路布局(100，200)，其特征在于，包括: 在高电位(131)和低电位(132)之间串联连接的第一电容(111)和第二电容(121); 与所述第一电容(111)并联连接的第一能量消耗电路(113);其中所述第一能量消耗电路(113)以第一电压(114)消耗电能； 与所述第二电容(121)并联连接的第二能量消耗电路(123);其中所述第二能量消耗电路(123)以第二电压(124)消耗电能;其中所述第一电压(114)和所述第二电压(124)的和的大小小于所述高电位(131)和所述低电位(132)之间的绝对差；以及 用于根据所述第一电压(114)设定所述第一电容(111)处电压并根据所述第二电压(124)设定第二电容(121)处电压的电压设定装置(112，122，212，222)。2.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于，所述电压设定装置(112，122，212，222)包括: 与所述第一电容(111)并联的第一限压元件(112);和/或 与所述第二电容(121)并联的第二限压元件(122)。3.根据权利要求2所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述第一限压元件(112)呈现出对应于第一电压(114)的击穿电压;并且/或者 所述第二限压元件(122)呈现出对应于第二电压(124)的击穿电压。4.根据权利要求2或3所述的电路布局(100，200)，还包括电流源(101)，所述电流源(101)用于控制提供到第一能量消耗电路(113)和第二能量消耗电路(123)的电流。5.根据权利要求4所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述电路布局(100，200)还包括用于测量通过所述第一和/或所述第二限压元件(112，122)的电流的装置；以及 所述电流源(101)用于根据测得的通过第一和/或第二限压元件(112，122)的电流控制电流源(101)提供的电流。6.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于，所述电压设定装置(112，122，212，222)包括: 用于设定第一电容(111)上端处的第一输出电压的第一稳压器(212);和/或 用于设定第二电容(121)上端处的第二输出电压的第二稳压器(222); 其中第一电容(111)的下端连接到第二电容(121)的上端。7.根据权利要求6所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述第二电容(121)的下部连接到所述第二电位(132);以及 所述第一稳压器(212)和所述第二稳压器(222)位于所述高电位(131)和所述低电位(132)之间。8.根据权利要求7所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述第一输出电压大于或等于所述第一电压(114)和所述第二电压(124)的和；以及 所述第二输出电压大于或等于所述第二电压(124)。9.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于，所述电压设定装置(112，122，212，222)包括并联调整器(305)，所述并联调整器(305)用于将所述第二电容(121)处的电压设定为第二电压(124)。10.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于，所述电压设定装置(112，122，212，222)包括: 串联连接的第一电压源(312)和第二电压源(322);其中所述第一电压源(312)用于以第一电压提供电能;所述第二电压源(322)用于以第二电压提供电能； 第一电流镜(314，315)，所述第一电流镜(314，315)连接到所述第一电压源(312)的高侧端口并且连接到所述第一能量消耗电路(113)的高侧端口；以及 第二电流镜(324，325)，所述第二电流镜(324，325)连接到所述第二电压源(322)的高侧端口并且连接到所述第二能量消耗电路(123)的高侧端口。11.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，还包括用于在第一能量消耗电路(113)的第一参考电平和第二能量消耗电路(123)的第二参考电平之间提供双向电平转移的电路(102)。12.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述第一能量消耗电路(113)包括一个或多个分别以第一电压操作的电子组件；以及 所述第二能量消耗电路(123)包括一个或多个分别以第二电压操作的电子组件。13.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于， 所述第一能量消耗电路(113)包括一个或多个数字组件；以及 所述第二能量消耗电路(123)包括一个或多个模拟组件。14.根据权利要求1所述的电路布局(100，200)，其特征在于，所述电路布局(100，200)包括用于发光二极管的驱动电路。15.—种为第一能量消耗电路(113)和第二能量消耗电路(123)提供电能的方法(500)，其特征在于，所述第一能量消耗电路(113)以第一电压(114)消耗电能;并且所述第二能量消耗电路(123)以第二电压(124)消耗电能;所述方法(500)包括: 步骤501:在所述高电位(131)和所述低电位(132)之间串联连接第一电容(111)和第二电容(121);其中所述第一电压(114)和所述第二电压(124)的和的大小小于所述高电位(131)和所述低电位(132)之间的绝对差； 步骤502:将所述第一能量消耗电路(113)与所述第一电容(111)并联连接； 步骤503:将所述第二能量消耗电路(123)与所述第二电容(121)并联连接； 步骤504:根据第一电压(114)设定第一电容(111)处的电压；以及 步骤505:根据第二电压(124)设定第二电容(121)处的电压。
【专利摘要】本发明描述了一种电路布局(100，200)，包括在高电位(131)和低电位(132)之间串联的第一电容(111)和第二电容(121)。该电路布局(100，200)包括与第一电容(111)并联连接的第一能量消耗电路(113)。该第一能量消耗电路(113)以第一电压(114)消耗电能。此外，该电路布局(100，200)包括与第二电容(121)并联连接的第二能量消耗电路(123)。第二能量消耗电路(123)以第二电压(124)消耗电能；其中第一电压(114)和第二电压(124)的和的大小小于该高电位(131)和该低电位(132)之间的绝对差。此外，该电路布局(100，200)包括用于根据第一电压(114)设定第一电容(111)处电压，并根据第二电压(124)设定第二电容(121)处电压的电压设定装置(112，122，212，222)。
【IPC分类】G05F3/26
【公开号】CN105487591
【申请号】CN201510890678
【发明人】霍斯特·克内德根
【申请人】Dialog半导体（英国）有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月7日
【公告号】DE102014226495A1, US20160181800
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