淺談SoC電源管理中調(diào)節(jié)器面臨的命運(yùn)

越來(lái)越復(fù)雜的SoC在一個(gè)管芯中集成很多系統(tǒng)組件 ，這在總體上簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的工作。但是這些芯片也導(dǎo)致電源供電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜。以前從供電連接器到IC連接Vcc的布線是非常簡(jiǎn)單的任務(wù)，而現(xiàn)在卻成為與系統(tǒng)中其他部分一樣復(fù)雜的有源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。
　　SoC的供電要求越來(lái)越高，使得這種設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜。好在設(shè)計(jì)人員可以選擇在電路板級(jí)來(lái)處理這些任務(wù)，SoC開(kāi)發(fā)人員希望將電源網(wǎng)絡(luò)組件置入到芯片中以期有所幫助。但是最終，電源設(shè)計(jì)人員仍然要做出一些很難的決定。在決定之前，他們要進(jìn)行一些模擬電路仿真工作。
　　不斷增長(zhǎng)的需求
　　集成是有成本的。 SoC設(shè)計(jì)人員在其圖紙上畫(huà)出各種電路，這類電路都有自己的電壓、噪聲、排序和瞬變響應(yīng)要求。移植到尺寸更小的電路上不但能夠?qū)崿F(xiàn)集成，而且還降低了供電電壓。這一發(fā)展趨勢(shì)也同時(shí)增大了峰值工作電流、縮小了噪聲余量，使得動(dòng)態(tài)電源管理越來(lái)越復(fù)雜。
　　復(fù)雜度的提高最明顯的結(jié)果就是SoC使用的外部電源數(shù)量迅速增加 （ 圖1 ） 。例如，一片高端FPGA會(huì)有15條外部驅(qū)動(dòng)的電源軌。它們都連到哪里？
　　
　　圖1. 一片現(xiàn)代SoC需要很多不同的供電線路，每條線路都有自己的穩(wěn)壓和調(diào)理要求。
　　答案之一是不同的電壓需求。在FinFET工藝出現(xiàn)之前 ， 內(nèi)核邏輯供電電壓一直在大幅度降低 ， 但在1V附近卻停滯不前。而其他類電路在這方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在了后面。按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， I/O單元只能使用特定的供電電壓。SRAM單元需要的電壓要比邏輯級(jí)稍高一些，以保證可靠的全速工作，待機(jī)時(shí)的電壓要低很多。高精度模擬電路希望有較高的電壓以降低抖動(dòng)，提高噪聲余量。這些各種各樣的需求導(dǎo)致供電線路數(shù)量的急劇增長(zhǎng)。
　　但是 ， 電壓數(shù)量還不是唯一的問(wèn)題。某些SoC電路——特別是低噪聲放大器、鎖相環(huán)（PLL） ，以及物理接口等都有非常嚴(yán)格的供電噪聲限值。即使電壓相同，這些需求也導(dǎo)致電路無(wú)法共享同一條噪聲源供電線路，例如，數(shù)字邏輯或者大電流I/O單元等。因此，需要增加低噪聲電源。
　　非常有意思的是，增加供電線路的另一需求是來(lái)自電源管理。數(shù)字設(shè)計(jì)人員越來(lái)越多的采用了動(dòng)態(tài)低功耗技術(shù)——例如，精細(xì)粒度時(shí)鐘選通、隨時(shí)供電選通和電壓調(diào)整等，使用這類技術(shù)的電路對(duì)其供電線路瞬變響應(yīng)的要求特別高。負(fù)載在微秒甚至更小的量級(jí)上變化。為能夠響應(yīng)來(lái)自SoC的命令，電壓應(yīng)不斷變化。這些負(fù)載實(shí)際上可以采用不同的恒定電壓源或者噪聲敏感電壓源。