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KR101465134B1 - Voltage regulator, operation method thereof, and dynamic voltage frequency scaling system including the same - Google Patents

Voltage regulator, operation method thereof, and dynamic voltage frequency scaling system including the same Download PDF

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Publication number
KR101465134B1
KR101465134B1 KR1020140018584A KR20140018584A KR101465134B1 KR 101465134 B1 KR101465134 B1 KR 101465134B1 KR 1020140018584 A KR1020140018584 A KR 1020140018584A KR 20140018584 A KR20140018584 A KR 20140018584A KR 101465134 B1 KR101465134 B1 KR 101465134B1
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KR
South Korea
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voltage
node
capacitor
operating
target
Prior art date
Application number
KR1020140018584A
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Korean (ko)
Inventor
정성욱
김진혁
류경호
정동훈
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

A voltage regulator according to an embodiment of the present invention comprises: a power supply unit supplying an input voltage in response to a pulse width modulation (PWM) signal; an inductor receiving the input voltage from the power supply unit and connected between the power supply unit and a first node; a first capacitor connected between the first node and a ground terminal and charged by an inductor; a switching unit which performs switching between the first node and a second node in response to a control signal; an amplifier connected between the first node and the second node; a second capacitor connected between the second node and a ground terminal and charged by the amplifier according to operations of the switching unit; and a control circuit comparing a target voltage and a voltage of the first node to generate a PWM signal and a control signal.

Description

전압 레귤레이터, 그것의 동작 방법, 및 그것을 포함하는 동적 전압 및 주파수 스케일링 시스템{VOLTAGE REGULATOR, OPERATION METHOD THEREOF, AND DYNAMIC VOLTAGE FREQUENCY SCALING SYSTEM INCLUDING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a voltage regulator, a method of operating the same, and a dynamic voltage and frequency scaling system including the voltage regulator,

본 발명은 전압 레귤레이터에 관한 것으로 더욱 상세하게는 트래킹 시간을 감소시킨 전압 레귤레이터, 그것의 동작 방법, 및 그것을 포함하는 동적 전압 및 주파수 스케일링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage regulator, and more particularly, to a voltage regulator with reduced tracking time, a method of operation thereof, and a dynamic voltage and frequency scaling system including the same.

컴퓨팅 시스템에 포함된 코어 또는 멀티 코어들은 동작 주파수가 빨라질수록 많은 양의 연산을 처리할 수 있고, 이에 따라 많은 전력을 소모한다. 정보처리 기술이 발달함에 따라 코어 또는 멀티 코어들은 항상 빠른 동작 속도로 동작할 필요가 없다. 따라서, 최근에는 동작 전압 및 동작 주파수를 조정하는 동적 전압 및 주파수 스케일링(DVFS; Dynamic Voltage Frequency Scaling)을 지원하는 시스템이 제공되고 있다.The cores or multicore cores included in a computing system can process large amounts of computations as the operating frequency gets faster, thereby consuming a lot of power. As information processing technology develops, cores or multi-cores do not always need to operate at fast operating speeds. Accordingly, recently, a system supporting dynamic voltage and dynamic frequency frequency scaling (DVFS) for adjusting the operating voltage and the operating frequency has been provided.

DVFS 시스템은 동작 전압 및 동작 주파수를 조정하기 위하여 위상 고정 루프 및 전압 레귤레이터를 사용한다. 이 때, 전압 레귤레이터는 입력 전압을 변환하여 목표 전압과 동일한 레벨을 갖는 동작 전압을 생성한다. 이러한 전압 레귤레이터의 동작은 트래킹 동작이라 불린다. 트래킹 동작은 DVFS 시스템의 성능 및 신뢰성에 큰 영향을 미친다. 따라서, 트래킹 동작의 속도를 증가시키기 위한 전압 레귤레이터들이 개발되고 있다.The DVFS system uses a phase locked loop and a voltage regulator to adjust the operating voltage and operating frequency. At this time, the voltage regulator converts the input voltage to generate the operating voltage having the same level as the target voltage. The operation of this voltage regulator is called a tracking operation. The tracking operation greatly affects the performance and reliability of the DVFS system. Accordingly, voltage regulators are being developed to increase the speed of the tracking operation.

본 발명의 목적은 전압 레귤레이터의 트래킹 시간을 감소시키는데 있다.It is an object of the present invention to reduce the tracking time of the voltage regulator.

본 발명의 실시 예에 따른 펄스폭 변조 신호에 응답하여 입력 전압을 공급하는 전력 공급부; 상기 전력 공급부로부터 상기 입력 전압을 수신하고, 상기 전력 공급부 및 제 1 노드 사이에 연결된 인덕터; 상기 제 1 노드 및 접지단자 사이에 연결되고, 상기 인덕터에 의해 충전되는 제 1 캐패시터; 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 노드 및 제 2 노드 사이를 스위칭하는 스위칭부; 상기 제 1 노드 및 상기 제 2 노드 사이에 연결된 증폭기; 상기 제 2 노드 및 상기 접지단자 사이에 연결되고, 상기 스위칭부의 동작에 따라 상기 증폭기에 의해 충전되는 제 2 캐패시터; 및 목표 전압 및 상기 제 1 노드의 전압을 비교하여 상기 펄스폭 변조 신호 및 상기 제어 신호를 생성하는 제어 회로를 포함한다.A power supply unit for supplying an input voltage in response to a pulse width modulation signal according to an embodiment of the present invention; An inductor coupled between the power supply and the first node for receiving the input voltage from the power supply; A first capacitor connected between the first node and a ground terminal, the first capacitor being charged by the inductor; A switching unit for switching between the first node and the second node in response to a control signal; An amplifier coupled between the first node and the second node; A second capacitor connected between the second node and the ground terminal, the second capacitor being charged by the amplifier according to the operation of the switching unit; And a control circuit for comparing the target voltage and the voltage of the first node to generate the pulse width modulated signal and the control signal.

실시 예로서, 상기 전력 공급부는 pMOS 트랜지스터 및 nMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 pMOS 트랜지스터의 소스는 상기 입력 전압을 수신하고, 상기 pMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 인덕터와 연결되고, 상기 pMOS 트랜지스터의 게이트는 상기 펄스폭 변조 신호를 수신하고, 상기 nMOS 트랜지스터의 소스는 상기 접지 단자와 연결되고, 상기 nMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 인덕터와 연결되고, 상기 nMOS 트랜지스터의 게이트는 상기 펄스폭 변조 신호를 수신한다.In one embodiment, the power supply includes a pMOS transistor and an nMOS transistor, the source of the pMOS transistor receiving the input voltage, the drain of the pMOS transistor being coupled to the inductor, Width modulation signal, a source of the nMOS transistor is connected to the ground terminal, a drain of the nMOS transistor is connected to the inductor, and a gate of the nMOS transistor receives the pulse width modulation signal.

실시 예로서, 상기 제어 회로는 상기 제 1 노드의 전압 및 상기 목표 전압의 전압 레벨 차이가 소정의 값 이상인 경우, 상기 스위칭부가 턴 오프되도록 상기 제어 신호를 생성한다.In an embodiment, the control circuit generates the control signal such that the switching section is turned off when the difference between the voltage of the first node and the voltage level of the target voltage is equal to or greater than a predetermined value.

실시 예로서, 상기 스위칭부는 pMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 제 1 노드의 전압 및 상기 목표 전압의 전압 레벨 차이가 소정의 값 이상인 경우, 상기 pMOS 트랜지스터가 턴 오프되도록 상기 제어 신호를 로직 하이로 생성한다.In an embodiment, the switching unit may include a pMOS transistor, and the control circuit may control the control signal to turn on the control signal so that the pMOS transistor is turned off when the difference between the voltage of the first node and the voltage level of the target voltage is equal to or greater than a predetermined value. High.

실시 예로서, 상기 증폭기는 연산 증폭기이고, 상기 증폭기의 제 1 입력단은 상기 제 1 노드와 연결되고, 상기 증폭기의 출력단 및 제 2 입력단은 상기 제 2 노드와 연결된다.In an embodiment, the amplifier is an operational amplifier, a first input terminal of the amplifier is connected to the first node, and an output terminal and a second input terminal of the amplifier are connected to the second node.

실시 예로서, 상기 증폭기는 상기 제 1 노드의 전압 및 제 2 노드의 전압 간의 차이를 감지하고, 상기 감지된 전압 차이를 기반으로 상기 제 1 노드 및 제 2 노드의 전압이 동일해지도록 상기 제 2 노드의 전압을 조절한다.In one embodiment, the amplifier senses a difference between a voltage of the first node and a voltage of the second node, and the second node senses a difference between the voltage of the first node and the voltage of the second node, Adjust the voltage at the node.

실시 예로서, 상기 제 1 노드의 전압 레벨이 상기 목표 전압의 레벨과 동일한 경우, 상기 제 1 노드의 전압은 외부 장치로 전송된다.In an embodiment, when the voltage level of the first node is equal to the level of the target voltage, the voltage of the first node is transmitted to the external device.

실시 예로서, 상기 목표 전압 및 상기 제 1 노드의 전압의 차이가 소정의 레벨 이하인 경우, 상기 제어 회로는 상기 스위칭부가 턴-온되도록 상기 제어 신호를 생성한다.In an embodiment, when the difference between the target voltage and the voltage of the first node is equal to or less than a predetermined level, the control circuit generates the control signal so that the switching section is turned on.

실시 예로서, 상기 스위칭부가 턴-온된 경우, 상기 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터는 병렬 연결된다.In an embodiment, when the switching unit is turned on, the first capacitor and the second capacitor are connected in parallel.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 입력 전압을 변환하여 동작 전압을 생성하는 전압 레귤레이터의 동작 방법은 변경된 목표 전압을 수신하는 단계; 상기 변경된 목표 전압 및 상기 동작 전압의 차이가 소정의 레벨 이상인지 판별하는 단계; 상기 변경된 목표 전압 및 상기 동작 전압의 차이가 소정의 레벨 이상인 경우, 내부 합성 캐패시턴스 값을 감소시키는 단계; 및 상기 동작 전압의 레벨이 상기 변경된 목표 전압의 레벨이 되도록 트래킹 동작을 수행하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating a voltage regulator for converting an input voltage to generate an operating voltage, the method comprising: receiving a changed target voltage; Determining whether a difference between the changed target voltage and the operating voltage is equal to or greater than a predetermined level; Decreasing an internal composite capacitance value when the difference between the changed target voltage and the operating voltage is equal to or greater than a predetermined level; And performing a tracking operation so that the level of the operating voltage becomes the level of the changed target voltage.

실시 예로서, 상기 전압 레귤레이터는 제 1 노드 및 접지 단자 사이에 연결된 제 1 캐패시터; 상기 접지 단지 및 제 2 노드 사이에 연결된 제 2 캐패시터; 및In an embodiment, the voltage regulator includes a first capacitor coupled between a first node and a ground terminal; A second capacitor coupled between the ground node and a second node; And

상기 제 1 노드 및 제 2 노드 사이를 스위칭하는 스위칭부을 포함하고, 상기 변경된 목표 전압 및 상기 동작 전압의 차이가 소정의 레벨 이상인 경우, 내부 합성 캐패시턴스 값을 감소시키는 단계는, 상기 변경된 목표 전압 및 상기 동작 전압의 차이가 소정의 레벨 이상인 경우, 상기 스위칭부를 턴-오프시키는 단계를 포함한다.Wherein when the difference between the changed target voltage and the operating voltage is equal to or greater than a predetermined level, the step of decreasing the internal combined capacitance value comprises: And turning off the switching unit when the difference in the operating voltage is equal to or higher than a predetermined level.

실시 예로서, 상기 동작 전압의 레벨이 상기 변경된 목표 전압의 레벨이 되도록 트래킹 동작을 수행하는 단계는, 상기 동작 전압 및 상기 변경된 목표 전압의 전압 차이가 상기 소정의 레벨이하인 경우, 상기 스위칭부를 턴-온시켜 상기 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 병렬 연결시키는 단계를 포함한다.The step of performing the tracking operation so that the level of the operating voltage may be the level of the changed target voltage may include the steps of turning on the switching unit when the voltage difference between the operating voltage and the changed target voltage is less than the predetermined level, And turning on the first capacitor and the second capacitor in parallel.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 동적 전압 및 주파수 스케일링 시스템은 동작 전압 및 동작 주파수를 기반으로 동작하는 코어; 및 상기 코어의 동작 상태에 따라 목표 전압 및 목표 주파수를 설정하고, 상기 설정된 목표 전압 및 상기 설정된 목표 주파수를 기반으로 상기 동작 전압 및 상기 동작 주파수를 생성하는 동적 전압 및 주파수 스케일링 제어기를 포함하고, 상기 동적 전압 및 주파수 스케일링 제어기는 상기 목표 주파수를 기반으로 상기 동작 주파수를 생성하는 위상 고정 루프; 및 상기 목표 전압을 기반으로 상기 동작 전압을 생성하는 전압 레귤레이터를 포함하고, 상기 전압 레귤레이터는 펄스폭 변조 신호에 응답하여 입력 전압을 공급하는 전력 공급부; 상기 전력 공급부로부터 상기 입력 전압을 수신하고, 상기 전력 공급부 및 제 1 노드 사이에 연결된 인덕터; 상기 제 1 노드 및 접지단자 사이에 연결되고, 상기 인덕터에 의해 충전되는 제 1 캐패시터; 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 노드 및 제 2 노드 사이를 스위칭하는 스위칭부; 상기 제 1 노드 및 상기 제 2 노드 사이에 연결된 증폭기; 상기 제 2 노드 및 상기 접지단자 사이에 연결되고, 상기 스위칭부의 동작에 따라 상기 증폭기에 의해 충전되는 제 2 캐패시터; 및 상기 목표 전압 및 상기 제 1 노드의 전압을 비교하여 상기 펄스폭 변조 신호 및 상기 제어 신호를 생성하는 제어 회로를 포함한다.A dynamic voltage and frequency scaling system according to another embodiment of the present invention includes a core operating on an operating voltage and an operating frequency; And a dynamic voltage and frequency scaling controller for setting a target voltage and a target frequency according to an operating state of the core and generating the operating voltage and the operating frequency based on the set target voltage and the set target frequency, Wherein the dynamic voltage and frequency scaling controller comprises: a phase locked loop for generating the operating frequency based on the target frequency; And a voltage regulator for generating the operating voltage based on the target voltage, wherein the voltage regulator includes: a power supply for supplying an input voltage in response to a pulse width modulation signal; An inductor coupled between the power supply and the first node for receiving the input voltage from the power supply; A first capacitor connected between the first node and a ground terminal, the first capacitor being charged by the inductor; A switching unit for switching between the first node and the second node in response to a control signal; An amplifier coupled between the first node and the second node; A second capacitor connected between the second node and the ground terminal, the second capacitor being charged by the amplifier according to the operation of the switching unit; And a control circuit for comparing the target voltage and the voltage at the first node to generate the pulse width modulated signal and the control signal.

본 발명에 따르면, 전압 레귤레이터의 트래킹 동작동안 내부 캐패시턴스 값을 감소시킴으로써 트래킹 시간을 감소시킬 수 있다. 따라서, 향상된 성능을 갖는 전압 레귤레이터, 그것의 동작 방법 및 그것을 포함하는 동적 전압 및 주파수 스케일링 시스템이 제공된다.According to the present invention, it is possible to reduce the tracking time by reducing the internal capacitance value during the voltage regulator's tracking operation. Accordingly, there is provided a voltage regulator having improved performance, a method of operating the same, and a dynamic voltage and frequency scaling system including the same.

도 1은 동적 전압 주파수 변환 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전압 레귤레이터의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 전압 레귤레이터의 다른 동작을 설명하기 위한 그래프이다. .
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 레귤레이터를 보여주는 회로도이다.
도 5 내지 도 7은 도 4에 도시된 전압 레귤레이터의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 도 4에 도시된 전압 레귤레이터의 동작을 보여주는 순서도이다.
1 is a block diagram showing a dynamic voltage frequency conversion system.
2 is a graph for explaining the operation of the voltage regulator shown in FIG.
3 is a graph for explaining another operation of the voltage regulator shown in FIG. .
4 is a circuit diagram showing a voltage regulator according to an embodiment of the present invention.
5 to 7 are diagrams for explaining the operation of the voltage regulator shown in FIG.
8 is a flowchart showing the operation of the voltage regulator shown in FIG.

이하에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여 본 발명의 실시 예들을 첨부된 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention. .

본 발명의 실시 예에 따른 전압 레귤레이터는 입력 전압을 수신하고, 수신된 입력 전압을 변환하여 출력 전압을 출력할 수 있다. 이 때, 벅 변환기는 출력 전압이 목표 전압이 되도록 트래킹 동작을 수행할 수 있다. 벅 변환기는 트래킹 동작동안 목표 전압 및 출력 전압을 비교하여 내부 커패시터의 용량이 작아지도록 내부 스위치들을 제어할 수 있다. 따라서, 벅 변환기의 트래킹 속도가 향상되므로, 향상된 성능을 갖는 벅 변환기가 제공된다.A voltage regulator according to an embodiment of the present invention receives an input voltage and converts the received input voltage to output an output voltage. At this time, the buck converter can perform the tracking operation so that the output voltage becomes the target voltage. The buck converter may compare the target voltage and the output voltage during the tracking operation to control the internal switches such that the capacity of the internal capacitor is reduced. Thus, the tracking speed of the buck converter is improved, so that a buck converter with improved performance is provided.

도 1은 동적 전압 및 주파수 스케일링(DVFS; Dynamic Voltage Frequency Scaling) 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, DVFS 시스템(100)은 코어(110) 및 DVFS 제어기(120)를 포함한다. 코어(110)는 DVFS 제어기(120)로부터 동작 주파수(Fdd) 및 동작 전압(Vdd)을 수신하고, 수신된 동작 주파수(Fdd) 및 동작 전압(Vdd)을 기반으로 동작할 수 있다. 코어(110)는 소프트웨어 계층의 사용자 프로그램의 작업 요청에 따라 연산을 통해 요청된 작업을 처리할 수 있다. 예시적으로, 사용자 프로그램은 운영 프로그램(operating system program, OS) 또는 응용 프로그램(application program)일 수 있다. 예시적으로, 코어(110)는 멀티 코어로 구현될 수 있다. 예시적으로, 코어(110)는 모바일 시스템의 어플리케이션 프로세서로 제공될 수 있다.Figure 1 is a block diagram illustrating a dynamic voltage and frequency scaling (DVFS) system. Referring to FIG. 1, a DVFS system 100 includes a core 110 and a DVFS controller 120. The core 110 receives the operating frequency Fdd and the operating voltage Vdd from the DVFS controller 120 and can operate based on the received operating frequency Fdd and the operating voltage Vdd. The core 110 may process the requested operation through operation according to the operation request of the user program of the software layer. Illustratively, the user program may be an operating system program (OS) or an application program. Illustratively, the core 110 may be implemented as a multicore. Illustratively, core 110 may be provided to an application processor of a mobile system.

예시적으로, 코어(110)는 동작 주파수(Fdd) 및 동작 전압(Vdd)에 따라 동작 속도가 다를 수 있다. 예를 들어, 노멀 모드시, 코어(110)는 제 1 주파수 값을 갖는 동작 주파수(Fdd) 및 제 1 전압 값을 갖는 동작 전압(Vdd)을 기반으로 동작할 수 있다. 이 때, 동작 주파수(Fdd)가 제 2 주파수 값(제 2 주파수 값은 제 1 주파수 값보다 높다.)을 갖고, 동작 전압(Vdd)이 제 2 전압 값(제 2 전압 값은 제 1 전압 값보다 높다.)을 갖도록 바뀔 수 있다. 이 경우, 코어(110)의 동작 속도는 노멀 모드의 동작 속도보다 빠르고, 전력 소모는 증가할 것이다. 이와 달리, 동작 주파수(Fdd)가 제 3 주파수 값(제 3 주파수 값은 제 1 주파수 값보다 낮다.)을 갖고, 동작 전압(Vdd)이 제 3 전압 값(제 3 전압 값은 제 1 전압 값보다 낮다.)을 갖도록 바뀔 수 있다. 이 경우, 코어(110)의 동작 속도는 노멀 모드의 동작 속도보다 느리고, 전력 소모는 감소할 것이다.Illustratively, the core 110 may have different operating speeds depending on the operating frequency Fdd and the operating voltage Vdd. For example, in the normal mode, the core 110 may operate based on an operating frequency (Fdd) having a first frequency value and an operating voltage (Vdd) having a first voltage value. At this time, when the operating frequency Fdd has a second frequency value (the second frequency value is higher than the first frequency value) and the operating voltage Vdd is the second voltage value (the second voltage value is the first voltage value ≪ / RTI > In this case, the operating speed of the core 110 is faster than the operating speed of the normal mode, and the power consumption will increase. Alternatively, the operating frequency Fdd may be a third frequency value (the third frequency value is lower than the first frequency value), the operating voltage Vdd may be a third voltage value (the third voltage value may be a first voltage value ). ≪ / RTI > In this case, the operating speed of the core 110 is slower than that of the normal mode, and the power consumption will decrease.

DVFS 제어기(120)는 DVFS 관리자(121), 위상 고정 루프(122, PLL; Phase Locked Loop), 및 전압 레귤레이터(123)를 포함한다. DVFS 관리자(121)는 코어(110)의 동작 주파수(Fdd) 및 동작 전압(Vdd)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 코어(120)의 제어에 따라 DVFS 관리자(121)는 전력 소비를 감소시키기 위하여 동작 주파수(Fdd) 및 동작 전압(Vdd)을 낮출 수 있다. 또는 코어(120)의 제어에 따라 DVFS 관리자(121)는 동작 속도를 향상시키기 위하여 동작 주파수(Fdd) 및 동작 전압(Vdd)을 높일 수 있다. 예시적으로, DVFS 관리자(121)는 동작 주파수(Fdd) 및 동작 전압(Vdd)을 조절하기 위하여 목표 주파수(Ftar)의 정보 및 목표 전압(Vtar)의 정보를 각각 위상 고정 루프(122) 및 전압 레귤레이터(123)로 전송할 수 있다.The DVFS controller 120 includes a DVFS manager 121, a phase locked loop (PLL) 122, and a voltage regulator 123. The DVFS manager 121 can control the operating frequency Fdd and the operating voltage Vdd of the core 110. [ For example, under control of the core 120, the DVFS manager 121 may lower the operating frequency Fdd and the operating voltage Vdd to reduce power consumption. The DVFS manager 121 may increase the operating frequency Fdd and the operating voltage Vdd in order to improve the operating speed according to the control of the core 120. [ Illustratively, the DVFS manager 121 supplies the information of the target frequency Ftar and the information of the target voltage Vtar to the phase locked loop 122 and the voltage Vtar, respectively, in order to adjust the operating frequency Fdd and the operating voltage Vdd, To the regulator 123.

위상 고정 루프(122)는 DVFS 관리자(121)로부터 목표 주파수(Ftar)의 정보를 수신하고, 수신된 목표 주파수(Ftar)의 정보를 기반으로 동작 주파수(Fdd)를 생성할 수 있다. 예시적으로, 동작 주파수(Fdd)는 목표 주파수(Ftar)와 동일할 수 있다.The phase locked loop 122 may receive the information of the target frequency Ftar from the DVFS manager 121 and may generate the operating frequency Fdd based on the information of the received target frequency Ftar. Illustratively, the operating frequency Fdd may be equal to the target frequency Ftar.

전압 레귤레이터(123)는 입력 전압(Vin)을 수신하고, 수신된 입력 전압(Vin)을 변환하여 동작 전압(Vdd)을 생성할 수 있다. 전압 레귤레이터(123)는 수신된 DVFS 관리자(121)로부터 목표 전압(Vtar)의 정보를 수신할 수 있다. 이 때, 전압 레귤레이터(123)는 동작 전압(Vdd)이 목표 전압(Vtar)이 되도록 동작 전압(Vdd)을 생성할 것이다. 예시적으로, 전압 레귤레이터(123)는 벅 변환기(Buck Convertor)로 제공될 수 있다.The voltage regulator 123 may receive the input voltage Vin and convert the received input voltage Vin to generate the operating voltage Vdd. The voltage regulator 123 can receive the information of the target voltage Vtar from the received DVFS manager 121. [ At this time, the voltage regulator 123 will generate the operating voltage Vdd so that the operating voltage Vdd becomes the target voltage Vtar. Illustratively, the voltage regulator 123 may be provided as a Buck Converter.

상술된 본 발명의 실시 예에 따르면, DVFS 시스템은 동작 모드에 따라 동작 주파수 및 동작 전압을 제어할 수 있다. 따라서, 향상된 성능 및 감소된 소비 전력을 갖는 DVFS 시스템이 제공된다.According to the embodiment of the present invention described above, the DVFS system can control the operation frequency and the operation voltage according to the operation mode. Thus, a DVFS system with improved performance and reduced power consumption is provided.

도 2는 도 1에 도시된 전압 레귤레이터의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 전압 레귤레이터(123)는 입력 전압(Vin)을 수신하고, 수신된 입력 전압(Vin)을 변환하여 동작 전압(Vdd)을 생성할 수 있다. 전압 레귤레이터(123)는 DVFS 관리자(121)로부터 목표 전압(Vtar)의 정보를 수신할 수 있다. 전압 레귤레이터(123)는 동작 전압(Vdd)의 레벨을 목표 전압(Vtar)의 레벨만큼 증가시킬 수 있다. 예시적으로, 동작 전압(Vdd)의 레벨을 목표 전압(Vtar)의 레벨이 되도록 동작 전압(Vdd)의 레벨을 조절하는 동작은 트래킹 동작(Tracking)이라 불린다. 목표 전압(Vtar)이 변경된 시점부터, 동작 전압(Vdd)이 목표 전압(Vtar)에 도달하는 시점까지의 시간은 트래킹 시간이라 불린다. 전압 레귤레이터(123)는 트래킹 동작을 수행하여 동작 전압(Vdd)의 레벨이 목표 전압(Vtar)의 레벨이 되도록 할 수 있다. 2 is a graph for explaining the operation of the voltage regulator shown in FIG. 1 and 2, the voltage regulator 123 may receive the input voltage Vin and convert the received input voltage Vin to generate the operating voltage Vdd. The voltage regulator 123 can receive the information of the target voltage Vtar from the DVFS manager 121. [ The voltage regulator 123 can increase the level of the operating voltage Vdd by the level of the target voltage Vtar. Illustratively, the operation of adjusting the level of the operating voltage Vdd such that the level of the operating voltage Vdd becomes the level of the target voltage Vtar is called a tracking operation. The time from when the target voltage Vtar has changed to when the operating voltage Vdd reaches the target voltage Vtar is called the tracking time. The voltage regulator 123 may perform a tracking operation so that the level of the operating voltage Vdd becomes the level of the target voltage Vtar.

도 3은 도 1에 도시된 전압 레귤레이터의 다른 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 전압 레귤레이터(123)에 의해 생성된 동작 전압(Vdd)이 안정화되기 전에 목표 전압(Vtar)이 변할 수 있다. 예를 들어, 전압 레귤레이터(123) 제 1 시점(t1)에서 목표 전압이 제 1 목표 전압(Vtar1)으로 변경될 수 있다. 이 때, 전압 레귤레이터(123)는 동작 전압(Vdd)을 제 1 목표 전압(Vtar1)의 레벨이 되도록 동작 전압(Vdd)을 제어할 것이다. 이 후, 제 2 시점(t2)에서 목표 전압이 제 2 목표 전압(Vtar2)으로 변경될 수 있다. 이 때, 전압 레귤레이터(123)는 동작 전압(Vdd)이 제 2 목표 전압(Vtar2)이 되도록 동작 전압(Vdd)을 제어할 것이다. 이 후, 제 3 시점(t3)에서 목표 전압이 제 3 목표 전압(Vtar3)으로 변경될 수 있다. 제 3 시점(t3)에서 전압 레귤레이터(123)로부터 생성된 동작 전압(Vdd)은 제 2 목표 전압(Vtar2)에 도달하지 않은 상태일 것이다. 이후, 제 4 시점(t4)에서 목표 전압이 제 1 목표 전압(Vtar1)으로 변경될 수 있다. 이 때, 전압 레귤레이터(123)는 동작 전압(Vdd)의 레벨이 제 1 목표 전압(Vtar1)의 레벨이 되도록 동작 전압(Vdd)을 제어할 것이다.3 is a graph for explaining another operation of the voltage regulator shown in FIG. 1 and 3, the target voltage Vtar may be changed before the operating voltage Vdd generated by the voltage regulator 123 is stabilized. For example, at the first time point t1 of the voltage regulator 123, the target voltage may be changed to the first target voltage Vtar1. At this time, the voltage regulator 123 will control the operating voltage Vdd such that the operating voltage Vdd becomes the level of the first target voltage Vtar1. Thereafter, the target voltage may be changed to the second target voltage Vtar2 at the second time point t2. At this time, the voltage regulator 123 will control the operating voltage Vdd so that the operating voltage Vdd becomes the second target voltage Vtar2. Thereafter, the target voltage may be changed to the third target voltage Vtar3 at the third time point t3. The operating voltage Vdd generated from the voltage regulator 123 at the third time point t3 does not reach the second target voltage Vtar2. Thereafter, the target voltage may be changed to the first target voltage Vtar1 at the fourth time point t4. At this time, the voltage regulator 123 will control the operating voltage Vdd so that the level of the operating voltage Vdd becomes the level of the first target voltage Vtar1.

도 3에 도시된 바와 같이 제 2 내지 제 4 시간동안 전압 레귤레이터(123)로부터 생성된 동작 전압(Vdd)은 목표 전압에 도달하지 못할 것이다. 즉, 전압 레귤레이터(123)의 트래킹 동작이 완료되기 전에 목표 전압이 변경됨으로써 안정적인 동작 전압(Vdd)이 제공되지 못한다. 이로 인하여, 오작동 또는 전력 소모가 증가하게 된다. 이에 따라, 전압 레귤레이터(123)의 트래킹 동작에 요구되는 시간(이하에서, "트래킹 시간"이라 칭한다.)의 감소가 요구된다.The operation voltage Vdd generated from the voltage regulator 123 for the second to fourth times as shown in FIG. 3 will not reach the target voltage. That is, the target voltage is changed before the tracking operation of the voltage regulator 123 is completed, so that the stable operating voltage Vdd is not provided. This increases malfunction or power consumption. Accordingly, a reduction in the time required for the tracking operation of the voltage regulator 123 (hereinafter referred to as "tracking time") is required.

전압 레귤레이터(123)의 트래킹 시간을 감소시키기 위하여 전압 레귤레이터(123)에 포함된 스위치들의 스위칭 주파수를 상승시킬 수 있다. 그러나 스위칭 주파수를 상승시킬 경우, 파워 트랜지스터들의 기생 캐패시터 성분에 의한 스위칭 손실이 증가하게 되므로, 전압 레귤레이터(123)의 전압 효율이 떨어지게 된다.The switching frequency of the switches included in the voltage regulator 123 may be increased to reduce the tracking time of the voltage regulator 123. [ However, when the switching frequency is increased, the switching loss due to the parasitic capacitor component of the power transistors is increased, so that the voltage efficiency of the voltage regulator 123 is lowered.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 레귤레이터를 보여주는 회로도이다. 도 1 및 도 4를 참조하면, 전압 레귤레이터(123)는 제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1), 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1), 인덕터(L1), 제 1 캐패시터(C1), 제 2 캐패시터(C2), 증폭기(AMP), 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2), 및 제어 회로(123a)를 포함한다. 4 is a circuit diagram showing a voltage regulator according to an embodiment of the present invention. 1 and 4, the voltage regulator 123 includes a first pMOS transistor Mp1, a first nMOS transistor Mn1, an inductor L1, a first capacitor C1, a second capacitor C2, An amplifier AMP, a second pMOS transistor Mp2, and a control circuit 123a.

제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1)의 소스는 입력 전압(Vin)을 수신하고, 게이트는 제어 회로(123a)로부터 PWM 신호(PWM)를 수신하고, 드레인은 인덕터(L1)의 일단과 연결된다. 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1)의 게이트는 제어 회로(123a)로부터 PWM 신호(PWM)를 수신하고, 드레인은 인덕터(L1)의 일단과 연결되고, 소스는 접지된다. 제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1)는 PWM 신호(PWM)에 응답하여 입력 전압(Vin)을 인덕터(L1)로 제공한다. 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1)는 PWM 신호(PWM)에 응답하여 인덕터(L1)에 저장된 전력을 제 1 캐패시터(C1) 또는 제 2 캐패시터(C2)로 제공할 수 있다.The source of the first pMOS transistor Mp1 receives the input voltage Vin and the gate receives the PWM signal PWM from the control circuit 123a and the drain is connected to one end of the inductor L1. The gate of the first nMOS transistor Mn1 receives the PWM signal PWM from the control circuit 123a, the drain thereof is connected to one end of the inductor L1, and the source thereof is grounded. The first pMOS transistor Mp1 provides the input voltage Vin to the inductor L1 in response to the PWM signal PWM. The first nMOS transistor Mn1 may provide the power stored in the inductor L1 to the first capacitor C1 or the second capacitor C2 in response to the PWM signal PWM.

비록 도면에 도시되지는 않았으나, 제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1) 및 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1)는 전력 공급부로 제공될 수 있다. 전력 공급부는 제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1) 및 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1)를 포함하고, PWM 신호(PWM)에 응답하여 입력 전압(Vin)을 인덕터(L1)로 제공할 수 있다.Although not shown in the figure, the first pMOS transistor Mp1 and the first nMOS transistor Mn1 may be provided as a power supply. The power supply unit includes a first pMOS transistor Mp1 and a first nMOS transistor Mn1 and may provide the input voltage Vin to the inductor L1 in response to the PWM signal PWM.

인덕터(L1)의 일단은 제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1)의 드레인 및 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1)의 드레인과 연결되고, 타단은 제 1 노드(n1)와 연결된다. 제 1 캐패시터(C1)의 일단은 제 1 노드(n1)와 연결되고, 타단은 접지된다. 제 2 캐패시터(C2)의 일단은 제 2 노드(n2)와 연결되고, 타단은 접지된다.One end of the inductor L1 is connected to the drain of the first PMOS transistor Mp1 and the drain of the first nMOS transistor Mn1 and the other end is connected to the first node n1. One end of the first capacitor C1 is connected to the first node n1, and the other end is grounded. One end of the second capacitor C2 is connected to the second node n2, and the other end is grounded.

인덕터(L1)는 제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1)를 통해 입력 전압(Vin)을 수신하고, 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1)를 통해 충전된 전압을 제 1 캐패시터(C1) 또는 제 2 캐패시터(C2)로 제공할 수 있다.The inductor L1 receives the input voltage Vin through the first pMOS transistor Mp1 and supplies the charged voltage through the first nMOS transistor Mn1 to the first capacitor C1 or the second capacitor C2 .

증폭기(AMP)는 제 1 노드 및 제 2 노드(n1, n2) 사이에 연결된다. 예를 들어, 증폭기(AMP)는 연산 증폭기(OP-AMp; Operational AMplifier)일 수 있다. 증폭기(AMP)의 제 1 입력단은 제 1 노드(n1)와 연결되고, 제 2 입력단 및 출력단은 제 2 노드(n2)와 연결될 수 있다. 증폭기(AMP)는 제 1 노드 및 제 2 노드(n1, n2) 사이의 전압 차이를 감지하고, 제 1 노드 및 제 2 노드(n1, n2)의 전압이 동일해지도록 제 2 노드(n2)의 전압을 조절할 수 있다.The amplifier AMP is connected between the first node and the second node n1, n2. For example, the amplifier AMP may be an operational amplifier (OP-AMp). The first input terminal of the amplifier AMP may be connected to the first node n1, and the second input terminal and the output terminal may be connected to the second node n2. The amplifier AMP senses the voltage difference between the first node n1 and the second node n2 and controls the voltage of the second node n2 so that the voltages of the first node n1 and the second node n2 become equal to each other. The voltage can be adjusted.

제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2)의 소스는 제 1 노드(n1)와 연결되고, 드레인은 제 2 노드(n2)와 연결되고, 게이트는 제어 회로(123a)로부터 제어 신호(CTRL)를 수신한다. 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2)는 제어 신호(CTRL)에 응답하여 제 1 노드 및 제 2 노드(n1, n2)의 사이를 서로 연결시키거나 또는 개방시킬 수 있다.The source of the second pMOS transistor Mp2 is connected to the first node n1 and the drain is connected to the second node n2 and the gate receives the control signal CTRL from the control circuit 123a. The second pMOS transistor Mp2 may connect or disconnect the first node and the second node n1, n2 with each other in response to the control signal CTRL.

제어 회로(123a)는 목표 전압(Vtar) 및 동작 전압(Vdd)을 수신하고, 수신된 목표 전압(Vtar) 및 동작 전압(Vdd)을 기반으로 PWM 신호(PWM) 및 제어 신호(CTRL)을 생성한다. 예를 들어, 목표 전압(Vtar)이 동작 전압(Vdd)보다 높을 수 있다. 이 경우, 제어 회로(123a)는 PWM 신호(PWM)의 듀티율을 증가시키고, 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2)가 턴 오프되도록 제어 신호(CTRL)를 로직 하이로 출력할 수 있다. 다시 말해서, 전압 레귤레이터(123)의 트래킹 동작동안 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2)는 턴 오프될 것이다. 이 때, 제 1 캐패시터(C1)는 인덕터(L1)에 의해 충전되고, 제 2 캐패시터(C2)는 증폭기(AMP)에 의해 충전될 것이다. 즉, 전압 레귤레이터(123)의 트래킹 동작동안 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터(C1, C2)에 의한 합성 캐패시턴스 값이 감소되기 때문에, 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터(C1, C2)의 충전 속도가 빨라질 수 있다. 따라서, 전압 레귤레이터(123)의 트래킹 시간이 감소될 것이다.The control circuit 123a receives the target voltage Vtar and the operation voltage Vdd and generates the PWM signal PWM and the control signal CTRL based on the received target voltage Vtar and the operation voltage Vdd do. For example, the target voltage Vtar may be higher than the operation voltage Vdd. In this case, the control circuit 123a can increase the duty ratio of the PWM signal PWM and output the control signal CTRL as a logic high so that the second pMOS transistor Mp2 is turned off. In other words, during the tracking operation of the voltage regulator 123, the second pMOS transistor Mp2 will be turned off. At this time, the first capacitor C1 is charged by the inductor L1 and the second capacitor C2 is charged by the amplifier AMP. That is, since the combined capacitance value by the first capacitor and the second capacitor (C1, C2) is reduced during the tracking operation of the voltage regulator 123, the charging speed of the first capacitor and the second capacitor (C1, C2) . Therefore, the tracking time of the voltage regulator 123 will be reduced.

예시적으로, 동작 전압(Vdd)은 제 1 캐패시터(C1)의 충전전압일 수 있다. 또는 동작 전압(Vdd)은 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터(C1, C2)가 합성된 합성 캐패시터의 충전 전압일 수 있다. 또는 동작 전압(Vdd)은 제 1 노드(n1)의 전압일 수 있다.Illustratively, the operating voltage Vdd may be the charging voltage of the first capacitor C1. Or the operating voltage Vdd may be the charging voltage of the combined capacitor in which the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are combined. Or the operating voltage Vdd may be the voltage of the first node n1.

예시적으로, 전압 레귤레이터(123)는 벅 변환기일 수 있다. 전압 레귤레이터(123)의 동작은 이하의 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.Illustratively, voltage regulator 123 may be a buck converter. The operation of the voltage regulator 123 is described in more detail with reference to the following figures.

상술된 본 발명에 따르면, 전압 레귤레이터(123)의 트래킹 동작동안 내부 캐패시턴스 값을 감소시킴으로써 트래킹 시간을 단축시킬 수 있다. 따라서, 향상된 성능을 갖는 전압 레귤레이터가 제공된다.According to the present invention described above, the tracking time can be shortened by reducing the internal capacitance value during the tracking operation of the voltage regulator 123. [ Thus, a voltage regulator with improved performance is provided.

도 5 내지 도 7은 도 4에 도시된 전압 레귤레이터의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 4 내지 도 7을 참조하면, 전압 레귤레이터(123)는 제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1), 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1), 인덕터(L1), 제 1 캐패시터(C1), 제 2 캐패시터(C2), 증폭기(AMP), 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2), 및 제어 회로(123a)를 포함한다. 제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1), 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1), 인덕터(L1), 제 1 캐패시터(C1), 제 2 캐패시터(C2), 증폭기(AMP), 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2), 및 제어 회로(123a)는 도 4를 참조하여 설명되었으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.5 to 7 are diagrams for explaining the operation of the voltage regulator shown in FIG. 4 to 7, the voltage regulator 123 includes a first pMOS transistor Mp1, a first nMOS transistor Mn1, an inductor L1, a first capacitor C1, a second capacitor C2, An amplifier AMP, a second pMOS transistor Mp2, and a control circuit 123a. The first pMOS transistor Mp1, the first nMOS transistor Mn1, the inductor L1, the first capacitor C1, the second capacitor C2, the amplifier AMP, the second pMOS transistor Mp2, Since the circuit 123a has been described with reference to FIG. 4, a detailed description thereof is omitted.

전압 레귤레이터(123)는 제 1 구간(Ⅰ)동안 제 1 목표 전압(Vtar)의 레벨을 갖는 동작 전압(Vdd)을 출력할 수 있다. 이 후, 제 2 구간(Ⅱ)에서 목표 전압(Vtar)의 레벨이 변경될 수 있다. 이 때, 전압 레귤레이터(123)는 트래킹 동작을 수행할 수 있다. 제 2 구간(Ⅱ)동안 제어 신호(CTRL)는 로직 하이일 수 있다. 제 2 구간(Ⅱ)동안 로직 하이의 제어 신호(CTRL)에 응답하여 도 6에 도시된 바와 같이 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2)는 턴-오프될 것이다. 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2)는 턴-오프됨에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 노드 및 제 2 노드(n1, n2)는 서로 분리될 것이다. 이에 따라, 제 1 캐패시터(C1)는 인턱터(L1)에 의해 충전되고, 제 2 캐패시터(C2)는 증폭기(AMP)에 의해 충전될 것이다.The voltage regulator 123 can output the operating voltage Vdd having the level of the first target voltage Vtar during the first interval I. [ Thereafter, the level of the target voltage Vtar may be changed in the second section II. At this time, the voltage regulator 123 can perform the tracking operation. During the second period II, the control signal CTRL may be logic high. In response to the logic high control signal CTRL during the second period II, the second pMOS transistor Mp2 will be turned off as shown in Fig. As the second pMOS transistor Mp2 is turned off, the first node and the second node n1 and n2 will be separated from each other as shown in Fig. Accordingly, the first capacitor C1 will be charged by the inductor L1 and the second capacitor C2 will be charged by the amplifier AMP.

예를 들어, 제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1) 및 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1)는 PWM 신호(PMW)에 따라 동작할 것이다. 제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1) 및 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1)의 동작에 따라 제 1 캐패시터(C1)는 인덕터(L1)에 저장된 전력에 의해 제 1 노드(n1)의 전압으로 충전될 것이다. 제 2 캐패시터(C2)는 제 2 노드(n2)의 전압으로 충전될 것이다. 이 때, 제 1 노드(n1)의 전압이 제 2 노드(n2)의 전압보다 높아지는 경우, 증폭기(AMP)는 제 1 노드 및 제 2 노드(n1, n2)의 전압이 동일해지도록 제 2 노드(n2)의 전압을 조절할 수 있다. 따라서, 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2)가 턴-온된 경우와 비교하여 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2)가 턴-오프된 경우에는 인덕터(L1)에 의해 충전되는 캐패시턴스 값이 감소되므로 제 1 캐패시터(C1)의 충전 속도(즉, 전압 레귤레이터(123)의 트래킹 속도)가 증가할 것이다.For example, the first pMOS transistor Mp1 and the first nMOS transistor Mn1 will operate according to the PWM signal PMW. The first capacitor C1 will be charged to the voltage of the first node n1 by the power stored in the inductor L1 according to the operation of the first pMOS transistor Mp1 and the first nMOS transistor Mn1. And the second capacitor C2 will be charged with the voltage of the second node n2. At this time, when the voltage of the first node n1 becomes higher than the voltage of the second node n2, the amplifier AMP amplifies the voltages of the first and second nodes n1 and n2, (n2) can be adjusted. Therefore, when the second pMOS transistor Mp2 is turned off as compared with the case where the second pMOS transistor Mp2 is turned on, the capacitance value charged by the inductor L1 is reduced, (That is, the tracking speed of the voltage regulator 123) will increase.

예시적으로, 동작 전압(Vdd)이 소정의 값(예를 들어, 목표 전압(Vtar)의 90% 레벨)만큼 충전될 수 있다. 전압 레귤레이터(123)는 제 3 구간(Ⅲ)동안 제어 신호(CTRL)를 로직 로우로 천이시키고, 동작 전압(Vdd)을 목표 전압(Vdd)이 되도록 전압 레벨을 상승시킬 것이다. 제 3 구간(Ⅲ)동안 전압 레귤레이터(123)는 도 7에 도시된 바와 같은 회로 구성을 가질 것이다. 즉, 제어 신호(CTRL)가 로직 로우가 됨에 따라 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2)가 턴-온되고, 제 1 노드 및 제 2 노드(n1, n2)는 서로 연결될 것이다. 즉, 제 1 노드 및 제 2 노드(n1, n2)의 전압들은 서로 동일해지고, 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터(C1, C2)는 병렬 연결된다. 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터(C1, C2)가 병렬 연결되기 때문에, 제 3 구간(Ⅲ)동안 인덕터(L1)에 의해 충전되는 캐패시턴스 값은 제 2 구간(Ⅱ)동안 인덕터(L1)에 의해 충전되는 캐패시턴스 값보다 커질 수 있다. 즉, 제 3 구간(Ⅲ)의 동작 전압(Vdd)의 충전 속도는 제 2 구간(Ⅱ)의 동작 전압(Vdd)의 충전 속도보다 느릴 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 전압 레귤레이터(123)는 트래킹 동작동안(즉, 제 2 구간(Ⅱ)동안) 인덕터(L1)에 의해 충전되는 캐패시턴스 값을 감소시킴으로써 트래킹 시간을 감소시킬 수 있다. 따라서, 향상된 성능을 갖는 전압 레귤레이터가 제공된다.Illustratively, the operating voltage Vdd may be charged to a predetermined value (e.g., 90% level of the target voltage Vtar). The voltage regulator 123 will transit the control signal CTRL to a logic low during the third period III and increase the voltage level such that the operating voltage Vdd is the target voltage Vdd. During the third period (III), the voltage regulator 123 will have the circuit configuration as shown in FIG. That is, as the control signal CTRL becomes a logic low, the second pMOS transistor Mp2 is turned on, and the first node and the second node n1, n2 are connected to each other. That is, voltages of the first node and the second node (n1, n2) become equal to each other, and the first capacitor and the second capacitor (C1, C2) are connected in parallel. The capacitance value charged by the inductor L1 during the third section III is charged by the inductor L1 during the second section II because the first capacitor and the second capacitor C1 and C2 are connected in parallel. Lt; / RTI > capacitance value. That is, the charging rate of the operating voltage Vdd of the third section III may be slower than the charging rate of the operating voltage Vdd of the second section II. However, the voltage regulator 123 according to the present invention can reduce the tracking time by reducing the capacitance value charged by the inductor L1 during the tracking operation (i.e., during the second period II). Thus, a voltage regulator with improved performance is provided.

도 8은 도 4에 도시된 전압 레귤레이터의 동작을 보여주는 순서도이다. 도 4 및 도 8을 참조하면, S110 단계에서, 전압 레귤레이터(123)는 변경된 목표 전압(Vtar)의 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 전압 레귤레이터(123)는 DVFS 관리자(121, 도 1 참조)의 제어에 의해 변경된 목표 전압(Vtar)의 정보를 수신할 수 있다.8 is a flowchart showing the operation of the voltage regulator shown in FIG. Referring to FIGS. 4 and 8, in step S110, the voltage regulator 123 may receive information of the changed target voltage Vtar. For example, the voltage regulator 123 may receive information of the target voltage Vtar changed by the control of the DVFS manager 121 (see FIG. 1).

S120 단계에서, 전압 레귤레이터(123)는 동작 전압(Vdd) 및 변경된 목표 전압(Vtar)의 차이가 소정의 레벨 이상인지 판별할 수 있다.In step S120, the voltage regulator 123 can determine whether the difference between the operating voltage Vdd and the changed target voltage Vtar is equal to or greater than a predetermined level.

동작 전압(Vdd) 및 변경된 목표 전압(Vtar)의 차이가 소정의 레벨 이상인 경우, S130 단계에서, 전압 레귤레이터(123)는 내부 합성 캐패시턴스 값을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 전압 레귤레이터(123)는 제어 신호(CTRL)를 로직 하이로 천이시킬 수 있다. 제어 신호(CTRL)에 응답하여 제 2 pMOS 트랜지스터(Mp2)는 턴 오프될 수 있다. 이에 따라 제 1 노드(n1) 및 제 2 노드(n2)는 서로 분리됨으로써, 제 1 캐패시터(C1)만 인덕터(L1)에 의해 충전될 것이다. 즉, 인덕터(L1)에 의해 충전되는 캐패시턴스 값이 감소할 것이다.When the difference between the operating voltage Vdd and the changed target voltage Vtar is equal to or greater than the predetermined level, in step S130, the voltage regulator 123 can reduce the internal composite capacitance value. For example, the voltage regulator 123 may transition the control signal CTRL to a logic high. In response to the control signal CTRL, the second pMOS transistor Mp2 may be turned off. Accordingly, the first node n1 and the second node n2 are separated from each other, so that only the first capacitor C1 will be charged by the inductor L1. That is, the capacitance value charged by the inductor Ll will decrease.

S140 단계에서, 전압 레귤레이터(123)는 트래킹 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제 1 pMOS 트랜지스터(Mp1)는 PWM 신호(PWM)에 응답하여 입력 전압(Vin)을 인덕터(L1)로 제공할 것이다. 제 1 nMOS 트랜지스터(Mn1)는 PWM 신호(PWM)에 응답하여 인덕터(L1)에 저장된 전력을 제 1 캐패시터(C1)로 재공할 것이다. 전압 레귤레이터(123)는 상술된 동작을 반복 수행하여 동작 전압(Vdd)의 레벨을 증가 또는 감소시킬 수 있다.In step S140, the voltage regulator 123 may perform a tracking operation. For example, the first pMOS transistor Mp1 will provide the input voltage Vin to the inductor L1 in response to the PWM signal PWM. The first nMOS transistor Mn1 will regenerate the power stored in the inductor L1 in response to the PWM signal PWM to the first capacitor C1. The voltage regulator 123 may repeat the above-described operation to increase or decrease the level of the operating voltage Vdd.

동작 전압(Vdd) 및 변경된 목표 전압(Vtar)의 차이가 소정의 레벨 이상이 아닌 경우, 전압 레귤레이터(123)는 S140 단계의 동작을 수행한다. 이 때, 전압 레귤레이터(123)는 내부 합성 캐패시턴스 값의 감소없이 트래킹 동작을 수행할 것이다.When the difference between the operating voltage Vdd and the changed target voltage Vtar is not equal to or greater than the predetermined level, the voltage regulator 123 performs the operation of step S140. At this time, the voltage regulator 123 will perform the tracking operation without decreasing the value of the internal composite capacitance.

S150 단계에서, 전압 레귤레이터(123)는 동작 전압(Vdd) 및 변경된 목표 전압(Vtar)이 동일한지 판별할 수 있다. 동작 전압(Vdd) 및 변경된 목표 전압(Vtar)이 동일하지 않은 경우, 전압 레귤레이터(123)는 S120 단계의 동작을 수행한다. 동작 전압(Vdd) 및 변경된 목표 전압(Vtar)이 동일한 경우, 전압 레귤레이터(123)는 동작을 종료한다. 예시적으로, 전압 레귤레이터(123)는 생성된 동작 전압(Vdd)을 코어(110, 도 1 참조)로 제공할 수 있다. 또는 전압 레귤레이터(123)는 생성된 동작 전압(Vdd)을 다른 외부 장치로 제공할 수 있다.In step S150, the voltage regulator 123 can determine whether the operating voltage Vdd and the changed target voltage Vtar are the same. If the operating voltage Vdd and the changed target voltage Vtar are not equal, the voltage regulator 123 performs the operation of step S120. When the operating voltage Vdd and the changed target voltage Vtar are equal to each other, the voltage regulator 123 ends the operation. Illustratively, the voltage regulator 123 can provide the generated operating voltage Vdd to the core 110 (see FIG. 1). Or the voltage regulator 123 may provide the generated operating voltage Vdd to another external device.

상술된 본 발명의 실시 예에서, pMOS 및 nMOS 트랜지스터들을 기반으로 설명되었으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, pMOS 및 nMOS 트랜지스터들은 각각 nMOS 트랜지스터 및 pMOS 트랜지스터로 변경되거나 또는 BJT, 파워 다이오드 등과 같은 전력 스위치 소자로 변경될 수 있다.Although the embodiments of the present invention have been described based on pMOS and nMOS transistors, the scope of the present invention is not limited thereto. The pMOS and nMOS transistors may be replaced with nMOS transistors and pMOS transistors, It can be changed to the same power switch element.

상술된 본 발명의 실시 예에 따르면, 전압 레귤레이터(123)는 트래킹 동작동안 내부 합성 캐패시턴스 값을 감소시킴으로써 트래킹 시간을 단축시킬 수 있다. 따라서, 향상된 성능을 갖는 전압 레귤레이터가 제공된다.According to the embodiment of the present invention described above, the voltage regulator 123 can shorten the tracking time by reducing the internal composite capacitance value during the tracking operation. Thus, a voltage regulator with improved performance is provided.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the claims equivalent to the claims of the present invention as well as the following claims.

100 : DVFS 시스템
110 : 코어
120 : DVFS 제어기
121 : DVFS 관리자
122 : 위상 고정 루프
123 : 전압 레귤레이터
Mp1, Mp2 : 제 1 pMOS 트랜지스터 및 제 2 pMOS 트랜지스터
Mn1 : 제 1 nMOS 트랜지스터
AMP : 증폭기
n1, n2 : 제 1 노드 및 제 2 노드
123a : 제어 회로
100: DVFS system
110: Core
120: DVFS controller
121: DVFS Manager
122: phase locked loop
123: Voltage regulator
Mp1, Mp2: a first pMOS transistor and a second pMOS transistor
Mn1: first nMOS transistor
AMP: Amplifier
n1, n2: the first node and the second node
123a: control circuit

Claims (13)

펄스폭 변조 신호에 응답하여 입력 전압을 공급하는 전력 공급부;
상기 전력 공급부로부터 상기 입력 전압을 수신하고, 상기 전력 공급부 및 제 1 노드 사이에 연결된 인덕터;
상기 제 1 노드 및 접지단자 사이에 연결되고, 상기 인덕터에 의해 충전되는 제 1 캐패시터;
제어 신호에 응답하여 상기 제 1 노드 및 제 2 노드 사이를 스위칭하는 스위칭부;
상기 제 1 노드 및 상기 제 2 노드 사이에 연결된 증폭기;
상기 제 2 노드 및 상기 접지단자 사이에 연결되고, 상기 스위칭부의 동작에 따라 상기 증폭기에 의해 충전되는 제 2 캐패시터; 및
목표 전압 및 상기 제 1 노드의 전압을 비교하여 상기 펄스폭 변조 신호 및 상기 제어 신호를 생성하는 제어 회로를 포함하는 전압 레귤레이터.
A power supply for supplying an input voltage in response to the pulse width modulation signal;
An inductor coupled between the power supply and the first node for receiving the input voltage from the power supply;
A first capacitor connected between the first node and a ground terminal, the first capacitor being charged by the inductor;
A switching unit for switching between the first node and the second node in response to a control signal;
An amplifier coupled between the first node and the second node;
A second capacitor connected between the second node and the ground terminal, the second capacitor being charged by the amplifier according to the operation of the switching unit; And
And a control circuit for comparing the target voltage and the voltage of the first node to generate the pulse width modulation signal and the control signal.
제 1 항에 있어서,
상기 전력 공급부는 pMOS 트랜지스터 및 nMOS 트랜지스터를 포함하고,
상기 pMOS 트랜지스터의 소스는 상기 입력 전압을 수신하고, 상기 pMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 인덕터와 연결되고, 상기 pMOS 트랜지스터의 게이트는 상기 펄스폭 변조 신호를 수신하고, 상기 nMOS 트랜지스터의 소스는 상기 접지 단자와 연결되고, 상기 nMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 인덕터와 연결되고, 상기 nMOS 트랜지스터의 게이트는 상기 펄스폭 변조 신호를 수신하는 전압 레귤레이터.
The method according to claim 1,
Wherein the power supply unit includes a pMOS transistor and an nMOS transistor,
Wherein a source of the pMOS transistor receives the input voltage, a drain of the pMOS transistor is coupled to the inductor, a gate of the pMOS transistor receives the pulse width modulation signal, and a source of the nMOS transistor is connected to the ground terminal Wherein a drain of the nMOS transistor is coupled to the inductor and a gate of the nMOS transistor receives the pulse width modulated signal.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 제 1 노드의 전압 및 상기 목표 전압의 전압 레벨 차이가 소정의 값 이상인 경우, 상기 스위칭부가 턴 오프되도록 상기 제어 신호를 생성하는 전압 레귤레이터.
The method according to claim 1,
Wherein the control circuit generates the control signal such that the switching unit is turned off when the difference between the voltage of the first node and the voltage level of the target voltage is equal to or greater than a predetermined value.
제 3 항에 있어서,
상기 스위칭부는 pMOS 트랜지스터를 포함하고,
상기 제어 회로는 상기 제 1 노드의 전압 및 상기 목표 전압의 전압 레벨 차이가 소정의 값 이상인 경우, 상기 pMOS 트랜지스터가 턴 오프되도록 상기 제어 신호를 로직 하이로 생성하는 전압 레귤레이터.
The method of claim 3,
Wherein the switching unit includes a pMOS transistor,
Wherein the control circuit generates the control signal to a logic high such that the pMOS transistor is turned off when the difference between the voltage of the first node and the voltage level of the target voltage is equal to or greater than a predetermined value.
제 1 항에 있어서,
상기 증폭기는 연산 증폭기이고, 상기 증폭기의 제 1 입력단은 상기 제 1 노드와 연결되고, 상기 증폭기의 출력단 및 제 2 입력단은 상기 제 2 노드와 연결되는 전압 레귤레이터.
The method according to claim 1,
Wherein the amplifier is an operational amplifier, a first input terminal of the amplifier is connected to the first node, and an output terminal and a second input terminal of the amplifier are connected to the second node.
제 5 항에 있어서,
상기 증폭기는 상기 제 1 노드의 전압 및 제 2 노드의 전압 간의 차이를 감지하고, 상기 감지된 전압 차이를 기반으로 상기 제 1 노드 및 제 2 노드의 전압이 동일해지도록 상기 제 2 노드의 전압을 조절하는 전압 레귤레이터.
6. The method of claim 5,
Wherein the amplifier detects a difference between the voltage of the first node and the voltage of the second node and controls the voltage of the second node to be equal to the voltage of the first node and the second node based on the sensed voltage difference Voltage regulator to regulate.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 노드의 전압 레벨이 상기 목표 전압의 레벨과 동일한 경우, 상기 제 1 노드의 전압은 외부 장치로 전송되는 전압 레귤레이터.
The method according to claim 1,
Wherein the voltage of the first node is transmitted to an external device when the voltage level of the first node is equal to the level of the target voltage.
제 1 항에 있어서,
상기 목표 전압 및 상기 제 1 노드의 전압의 차이가 소정의 레벨 이하인 경우, 상기 제어 회로는 상기 스위칭부가 턴-온되도록 상기 제어 신호를 생성하는 전압 레귤레이터.
The method according to claim 1,
And the control circuit generates the control signal so that the switching section is turned on when a difference between the target voltage and the voltage of the first node is equal to or lower than a predetermined level.
제 8 항에 있어서,
상기 스위칭부가 턴-온된 경우, 상기 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터는 병렬 연결되는 전압 레귤레이터.
9. The method of claim 8,
Wherein when the switching unit is turned on, the first capacitor and the second capacitor are connected in parallel.
입력 전압을 변환하여 동작 전압을 생성하는 전압 레귤레이터의 동작 방법에 있어서,
변경된 목표 전압을 수신하는 단계;
상기 변경된 목표 전압 및 상기 동작 전압의 차이가 소정의 레벨 이상인지 판별하는 단계;
상기 변경된 목표 전압 및 상기 동작 전압의 차이가 소정의 레벨 이상인 경우, 내부 합성 캐패시턴스 값을 감소시키는 단계; 및
상기 동작 전압의 레벨이 상기 변경된 목표 전압의 레벨이 되도록 트래킹 동작을 수행하는 단계를 포함하는 동작 방법.
A method of operating a voltage regulator for converting an input voltage to generate an operating voltage,
Receiving a modified target voltage;
Determining whether a difference between the changed target voltage and the operating voltage is equal to or greater than a predetermined level;
Decreasing an internal composite capacitance value when the difference between the changed target voltage and the operating voltage is equal to or greater than a predetermined level; And
And performing a tracking operation such that the level of the operating voltage is the level of the changed target voltage.
제 10 항에 있어서,
상기 전압 레귤레이터는
제 1 노드 및 접지 단자 사이에 연결된 제 1 캐패시터;
상기 접지 단지 및 제 2 노드 사이에 연결된 제 2 캐패시터; 및
상기 제 1 노드 및 제 2 노드 사이를 스위칭하는 스위칭부를 포함하고,
상기 변경된 목표 전압 및 상기 동작 전압의 차이가 소정의 레벨 이상인 경우, 내부 합성 캐패시턴스 값을 감소시키는 단계는,
상기 변경된 목표 전압 및 상기 동작 전압의 차이가 소정의 레벨 이상인 경우, 상기 스위칭부를 턴-오프시키는 단계를 포함하는 동작 방법.
11. The method of claim 10,
The voltage regulator
A first capacitor connected between the first node and the ground terminal;
A second capacitor coupled between the ground node and a second node; And
And a switching unit for switching between the first node and the second node,
And decreasing the internal composite capacitance value when the difference between the changed target voltage and the operating voltage is equal to or greater than a predetermined level,
And turning off the switching unit if the difference between the changed target voltage and the operating voltage is greater than or equal to a predetermined level.
제 11 항에 있어서,
상기 동작 전압의 레벨이 상기 변경된 목표 전압의 레벨이 되도록 트래킹 동작을 수행하는 단계는,
상기 동작 전압 및 상기 변경된 목표 전압의 전압 차이가 상기 소정의 레벨이하인 경우, 상기 스위칭부를 턴-온시켜 상기 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 병렬 연결시키는 단계를 포함하는 동작 방법.
12. The method of claim 11,
The step of performing the tracking operation so that the level of the operating voltage becomes the level of the changed target voltage,
And turning on the switching unit to parallel-connect the first capacitor and the second capacitor when the voltage difference between the operating voltage and the changed target voltage is less than or equal to the predetermined level.
동작 전압 및 동작 주파수를 기반으로 동작하는 코어; 및
상기 코어의 동작 상태에 따라 목표 전압 및 목표 주파수를 설정하고, 상기 설정된 목표 전압 및 상기 설정된 목표 주파수를 기반으로 상기 동작 전압 및 상기 동작 주파수를 생성하는 동적 전압 및 주파수 스케일링 제어기를 포함하고,
상기 동적 전압 및 주파수 스케일링 제어기는
상기 목표 주파수를 기반으로 상기 동작 주파수를 생성하는 위상 고정 루프; 및
상기 목표 전압을 기반으로 상기 동작 전압을 생성하는 전압 레귤레이터를 포함하고,
상기 전압 레귤레이터는
펄스폭 변조 신호에 응답하여 입력 전압을 공급하는 전력 공급부;
상기 전력 공급부로부터 상기 입력 전압을 수신하고, 상기 전력 공급부 및 제 1 노드 사이에 연결된 인덕터;
상기 제 1 노드 및 접지단자 사이에 연결되고, 상기 인덕터에 의해 충전되는 제 1 캐패시터;
제어 신호에 응답하여 상기 제 1 노드 및 제 2 노드 사이를 스위칭하는 스위칭부;
상기 제 1 노드 및 상기 제 2 노드 사이에 연결된 증폭기;
상기 제 2 노드 및 상기 접지단자 사이에 연결되고, 상기 스위칭부의 동작에 따라 상기 증폭기에 의해 충전되는 제 2 캐패시터; 및
상기 목표 전압 및 상기 제 1 노드의 전압을 비교하여 상기 펄스폭 변조 신호 및 상기 제어 신호를 생성하는 제어 회로를 포함하는 동적 전압 및 주파수 스케일링 시스템.

A core operating based on operating voltage and operating frequency; And
And a dynamic voltage and frequency scaling controller for setting a target voltage and a target frequency according to an operation state of the core and generating the operation voltage and the operation frequency based on the set target voltage and the set target frequency,
The dynamic voltage and frequency scaling controller
A phase locked loop for generating the operating frequency based on the target frequency; And
And a voltage regulator for generating the operating voltage based on the target voltage,
The voltage regulator
A power supply for supplying an input voltage in response to the pulse width modulation signal;
An inductor coupled between the power supply and the first node for receiving the input voltage from the power supply;
A first capacitor connected between the first node and a ground terminal, the first capacitor being charged by the inductor;
A switching unit for switching between the first node and the second node in response to a control signal;
An amplifier coupled between the first node and the second node;
A second capacitor connected between the second node and the ground terminal, the second capacitor being charged by the amplifier according to the operation of the switching unit; And
And a control circuit for comparing the target voltage and the voltage at the first node to generate the pulse width modulated signal and the control signal.

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