[0001] 本公开涉及快速瞬变检测。

[0002] 许多现代电子设备(包括电子系统和各个电子部件)具有严格的电源操作范围。当被供应有适当的操作范围之外的功率时，这些电子设备可能被损坏、出故障和/或遭受性能下降的影响。如果所供应的功率在适当的操作范围之外，某些电子设备可能无法通电。

[0003] 电压监控器(有时也称为复位集成电路、掉电检测器或电压检测器)是可以监测和控制递送到电子设备的功率的设备。电压监控器可以检测电压瞬变，这些电压瞬变是欠压或过压事件。欠压事件是电压压降或下降至某个阈值以下的情况，以及过压事件是指电压浪涌至某个阈值以上。当电压监控器检测到电压瞬态事件时，电压监控器可以置效(assert)信号以启用、禁用或复位另一设备，诸如电子设备。通过这样做，电压监控器可以防止电子设备的性能问题或故障。

[0004] 典型的电压监控器只能检测长于100ns的电压瞬态事件。然而，快速瞬态事件(诸如持续少于100ns且未被电压监控器检测到的那些事件)仍然损坏电子设备并负面地影响其性能。

[0030] 本公开提供了一种能够检测快速电压瞬变的电压监控器(VS)或电压感测电路或架构。为了检测快速电压瞬变，在负载点PoL(诸如管芯或其它芯片、处理器等)与电压监控器的电路之间布设专用差分对。通过在负载点处连接差分对，可以在负载水平下(例如，在负载点处)检测快速电压瞬变，并且之后将其用于例如启用、禁用和/或重启电子设备，诸如管芯、芯片、处理器或其他电子部件或系统。

[0031] 图1示出了由压降103(即电压方面的降低)触发的示例瞬态事件。图1示出了在时间段t内递送到电子设备的功率信号101的电压电平。在时间t1之前，功率信号101的电压是V2。然而，在时间t1，功率信号101的电压开始压降，并且在时间t2，功率信号101的电压可能下降到阈值电压(示出为V1)以下。在越过阈值V1时，可以认为瞬态事件已经发生。在时间t3，当功率信号101的电压超过阈值V1时，可以认为瞬态事件已经结束。功率信号101的电压在时间t4返回到V2。压降可以由其宽度(由线107示出)和其“幅值”(即，压降宽度上的信号的电压值方面的最大降低)来限定。

[0032] 当诸如功率信号101的功率信号浪涌超过阈值电压时，也可能发生瞬态事件。例如，并且如图1中进一步所示，如果功率信号101超过上限阈值电压(示出为V3)，则可以认为瞬态事件已经发生。因此，瞬态事件可能由功率浪涌和功率降低引起。

[0033] 如本文所用，当功率信号101的电压保持低于阈值的时间少于100ns时，快速瞬态事件可以被认为是瞬态事件。继续图1中示出的示例，可以通过从t3中减去时间t2来确定瞬态事件是否是快速瞬态事件的确定。如果所得到的值小于100ns，则由压降引起的所示的瞬态事件可以被认为是快速瞬态事件。类似地，如果功率信号101保持超过上限阈值电压V3的时间少于100ns(即，在少于100ns的时间内超过V3并且然后低于V3)，则由浪涌引起的瞬态事件可以被认为是快速瞬态事件。

[0034] 图2示出了经由功率递送网络200(PDN)连接到集成电路(IC)250的典型VR 220。IC 250包括印刷电路板(PCB)251、封装(Pkg)252和管芯253。PDN 200包括PCB 251内的电路
211、Pkg 252内的电路213和管芯253内的电路215。由211、213和215示出的电路仅仅是旨在代表通常分别存在于PCB、Pkg和管芯中的RLC网络的示例。可以存在比电路211、213和215中所示的处于相同或不同配置的更多或更少的部件。尽管IC 250被示出为包括单个PCB 251、Pkg 252和管芯253，但是IC 250可以包括集成电路中找到的任何数量的管芯、封装、PCB和其他部件(例如，晶体管、电阻器、电容器、电感器、芯片、处理器等)和电路。进一步，尽管示出了IC 250，但是VR 220可以连接到印刷电路板和/或片上系统。

[0035] 如图2进一步所示，VR 220可以通过功率线292连接到PDN 200。尽管未示出，VR 220可以包括或连接到一个或多个晶体管，诸如场效应晶体管(FET)或金属氧化物半导体FETS(MOSFET)，用于控制由VR 220输出的电压，例如通过增加或降低输出电压来保持一致的输出电压。尽管VR 220被示出为在IC 250的外部，但是在一些实现方式中，VR 220可以在IC内。在这样的实现方式中，PDN 200也可以完全在IC 250内。

[0036] PDN 200可以通过功率线292将来自VR 220的功率信号携载到管芯253中的负载点216。在功率信号在PDN上被传送到负载点216时，电路211、213和215内的RLC部件或其组合可以充当高频滤波器，这些高频滤波器可以滤除PCB或封装级下的高频瞬变。而且，由于功率信号的电流(I)在其穿过PDN 200到达负载点216时遇到来自RLC部件和其他这种电路的电阻(R)，RLC部件可能导致电流降低(IR降低)。如本文所用，除非另有说明，电阻(R)不限于电阻器的电阻，而是指电流在其行进通过PDN(诸如PDN 200)时面临的电阻。

[0037] IR降低可能导致递送功率方面的效率损失。在这点上，电流降低可能被耗散(例如，呈热损失的形式)，而不是被提供给预期的目的地(例如，PoL)。因此，功率递送低效，这可能增加操作成本、浪费金钱等。

[0038] 由PCB 251、Pkg 252和/或管芯253中的RLC部件引入的IR降低也可能使由电压监控器进行的瞬态事件的检测较慢，因为瞬态事件在被检测到之前必须传播通过PCB和将PCB连接到电压监控器的电路。在这点上，电压监控器通常监测PCB级下的电压瞬变，并通过PCB连接到PDN 200。因此，在瞬态事件已经传播到电压监控器之前和/或在电压监控器有时间作用在所检测到的瞬态事件之前，瞬态事件可能击中负载点216。而且，在PCB 251之后(诸如在Pkg 252和/或管芯253中)发生的IR降低可能不会被检测到。

[0039] 如本文所述，所公开的技术的VS通过在负载点处或靠近负载点实施差分远程电压感测来解决滤波。通过在负载点处检测差分远程电压，可以减小或消除在PCB或封装级下出现检测时出现的快速瞬变滤波的效应。此外，通过将差分引线对从管芯或其它负载点布设到VS，使得VS能够允许以较小的增量调节VR电压触发电平。进一步，该技术使得能够监测PCB上或封装或管芯内的多个功率轨。

[0040] 所公开的技术的另一方面是尽可能靠近负载点或者如果可能的话直接从负载点感测有效电源电压。在这点上，VS可以集成到管芯或其他这样的部件中，以最小化瞬变到VS的传播时间。这将补偿PCB、封装处以及可能地管芯上出现的大部分电流降低(IR降低)。

[0041] 本文描述的技术还有利地允许VS检测导致瞬态事件(包括快速瞬态事件)的压降。检测压降可以使得VS能够监测系统(例如PCB、封装等)内的电压轨，以检测这种压降并发送可以用于复位系统、处理器等的警报。如前所解释那样，在快速瞬变发生时生成警报的故障可能导致系统经历性能问题，诸如掉电(例如，导致以比预期更低的速度操作)、故障(例如，不同于预期操作或完全关闭)或被损坏。这个技术可以减轻或防止这些类型的事件。

[0042] 图3示出了集成电路350内包括VR 320和VM 322的示例电压监控器325。尽管VS 325被示出为与包括PCB 351、Pkg 352和管芯353的IC的其他所示的部件分离，但是VS可以被集成到这些部件中。例如，VS 320可以安装到PCB 351或者集成到管芯353中。尽管IC 250被示出为包括单个PCB 351、Pkg 352和管芯353，但是IC 350可以包括集成电路中找到的任何数量的管芯、封装、PCB和其他部件(例如，晶体管、电阻器、电容器、电感器、芯片、处理器等)和电路。通过将VS 325定位在IC 350内，避免了由典型电压监控器经历的传播延迟。

[0043] 尽管图3示出了包括VR 320的示例VS 325。然而，在一些示例中，VR 320可以是与VS 325分离的部件。在这种情况下，VR 320可以通过VS 325和VR 320之间的外部连接而连接到VM 322。

[0044] 在操作中，可以与VR 220相比的VR 320向管芯353中的负载点(未示出)递送功率。VM 322检测由VR 320递送给PoL的功率相对于参考功率的电压变化。基于VM 322可以提供给VR的这些所检测到的差异，VR可以调节(即，增加或减少)提供给PoL的电压量。在提供给PoL的功率移动到预定操作范围之外(诸如由于瞬态事件(包括快速瞬态事件))的情况下，VS 325(诸如通过VR 320)可以置效复位线391上的信号以启用、禁用或复位管芯353。在其他情况下，VM 322或VS 325的其他元件部分可以置效信号以启用、禁用或复位管芯353。在这些示例中，复位线391可以从VM 322或VS 325的其他元件部分行进。

[0045] 如所示出的那样，VR 320经由功率线392向集成电路350的其他部件(包括可以分别与PCB 251、Pkg 252和管芯253进行比较的PCB351、Pkg 352和管芯353内的任何部件)提供功率。尽管未示出，VR320可以向集成电路350中的任意数量的部件(包括PCB 351、Pkg 352和管芯353上的部件)提供功率。

[0046] 如图3所示，VM 322被配置为接收在PCB 351和管芯353处获取的差分电压测量。在这点上，在PCB 351处获取的差分电压测量V1通过由线371表示的连接提供给VM 322。类似地，在管芯353处获取的差分电压测量V2通过由线372表示的连接提供给VM 322。尽管图3示出了在PCB 351处捕获的差分电压测量V1，但是V1可以在Pkg 352处或者在PCB 351之前捕获。在一些实施例中，可以在Pkg 352处捕获第三差分电压测量，在这种情况下，可以向VM 322提供三个差分电压测量。

[0047] 图4示出了分别用于捕获PCB 351和管芯353中的差分电压测量V1和V2的示例连接点。在这点上，可以在PCB电路311中的电容器317两端的连接点451a和451b处捕获差分电压测量V1。类似地，可以在管芯电路315中串联连接的电容器318和电阻器319两端的连接点453a和453b处捕获差分电压测量V2。差分电压测量V2是管芯353内负载点两端的差分电压测量。图4中示出的连接点仅仅是示例。捕获功率线(诸如功率线392)和接地线(诸如接地线
393)上的电压的任何连接点可以用于测量差分电压。

[0048] 对应于V1和V2的测量可以通过连接传递回到电压监测器322。例如，与在点451a和451b捕获的电压测量V1相关联的测量可以分别经由线551a和551b传递到VM 322。同样地，与在点453a和453b处捕获的电压测量V1相关联的测量可以分别经由线553a和553b传递到VM 322。

[0049] 图5示出了差分电压测量与VM 322内的差分放大器的连接。在这点上，线551a和551b连接到差分放大器(DA)561，并且线553a和553b连接到DA 563。差分放大器561和563将差分电压测量转换成单端接地参考信号。差分电压测量是输入到DA中的线上的电压之间的差。例如，DA 561可以确定线551a和551b上的电压之间的差分电压，其对应于PCB 351处的电压。同样地，DA 563确定线553a和553b上的电压之间的差分电压，其对应于管芯353处的电压。

[0050] 由DA 561和563输出的差分电压可以根据由DA引入的增益而提升或衰减。在这点上，DA 561和563可以在差分电压分别在线571和573上输出之前向差分电压提供增益值。

[0051] 分别在线571和573上从DA 561和563输出的差分电压可以输入到由电阻器对形成的分压器中。例如，携载来自DA 561的差分电压的线571可以输入到由并联连接的电阻器581和582形成的分压器586中，其中电阻器582连接到地585。同样地，线537可以输入到由并联连接的电阻器583和584形成的分压器586中，其中电阻器584连接到地585。分压器586和
587可以基于所使用的电阻器值来衰减差分电压值。在一些情况下，VM 322可以不包括分压器。

[0052] 回头参考图3，VM 322可以通过被示出为线323的连接而连接到VR 320。VM 322可以经由这个连接将差分电压传递给VR 320。例如，并且如图5所示，来自DA 561的差分电压可以通过线591传递到运算放大器565上的输入。类似地，来自DA 563的差分电压可以经由线593传递到运算放大器567上的输入。

[0053] 每个运算放大器565和567可以将它们接收的相应的差分电压与分别经由线592和594接收的参考电压进行比较。参考电压是将差分电压与其进行比较的预定值。阈值电压能够以5毫伏或更多或更少的增量进行调节。如果差分电压低于预定值，则可能发生了瞬态事件。在一些情况下，当差分电压超过参考电压时，可以确定瞬态事件已经发生。

[0054] 来自运算放大器的输出可以经由线575和577发送到其他电路或过程，如框567所示。其他电路或处理器567可以基于运算放大器的输出来确定是否置效复位线391上的信号以启用、禁用或复位管芯353。

[0055] 尽管已经参考特定实施例描述了本文中的技术，但是应该理解的是，这些实施例仅示出了本技术的原理和应用。因此，应当理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本技术的精神和范围的情况下，可以对说明性实施例进行多种修改，并且可以设计出其他布置。

[0056] 大多数前述替代性示例并不相互排斥，而是可以以各种组合来实现以实现独特的优点。由于在不脱离权利要求所定义的主题的情况下，可以利用以上讨论的特征的这些和其他变化和组合，因此实施例的前述描述应当以说明的方式看待，而不是以权利要求所定义的主题的限制的方式看待。作为示例，前面的操作不必按照以上描述的精确顺序来执行。相反，各种步骤可以以不同的顺序处理，诸如颠倒处理或同时处理。除非另有说明，也可以省略步骤。此外，提供本文中描述的示例以及措辞为“诸如”、“包括”等的语句不应该被解释为将权利要求的主题限制到特定的示例；相反，这些示例旨在仅示出许多可能实施例中的一个。进一步，不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。