线性稳压器：工作原理极其补偿

需要注意的是，只要漏电流随电压单调递增都将得到这个负反馈（例如MOSFET）。这样就保证了(3)式中在任何时刻都至少有两项大于等于零。

对于更高的频率，(3)式中剩下的项不能再被忽略。假设我们现在切断负载电流。电源噪声可以被写为：

在Q>0.5的电网中，当噪声源关掉之后，网格要继续振荡大概Q个周期。系统的Q值取决于L和C中储存的能量与R中消耗的能量比值。如果系统是为高效输能（高Q）而设计的，那么在连续的周期中，网格里产生的噪声能量在单周期里要保持一个更大的比例。这个能量足以支持IC中的负载。然而，低功耗系统还拥有很大的动态电压消沉，特别在共振频率wo附近的时候。即使设计者使用诸如低漏电流工艺和电路设计技术这样的用来降低能量损失的设计，动态噪声的增大也是无法避免的。ANR给设计者提供了高速系统中降低噪声而不会产生额外的热量的方法。用ANR增大系统Q值，不是通过降低电阻，而是利用了随电压成平方增长的电容中的能量来给负载供电的优势。这个可以在负载端保持高电压而低能量损失的优势自从输电技术的早期就为人所熟知。现在在高速系统中可以通过ANR来发挥这个优势。

有源VLSI封装中，一个严重的限制是芯片电容储存电荷的能力遵从下面的关系：

这里使用的是单位面积的电荷和电容，E是储存电荷设备里的电场强度。

在一个MOS电容里，芯片内集成的单位面积的电容很典型。大多数的生产工艺都尽量使MOS电容的尺寸（栅绝缘层厚度）达到最小，接近于栅绝缘层可靠性的极限。因此，在MOS电容中使用更高电压来提高电位面积的储存电荷（和能量）的方案是不可行的，既然耐高压设备必然要有一个更厚的栅绝缘层，因此就要跟所求的高压大致成比例地降低单位面积的电容。

封装电容的重要性已经在一些大面积处理器制造商的生产中广泛体现出来。即使是出现一个land-side封装电容，集成的对模（on-die）电容配额似乎也无法适应元件的性能（最大频率）。Land-side封装电容紧贴在处理器封装衬底的对面的下面，这样封装衬底的厚度将这个电容和处理器电路分隔开来。这是装配中离电路最近的电容之一，它的电容值很大，无论从物理还是从电学角度，它都积累了很多的电荷。换句话说，集成的芯片电容会很大。因此，降低噪声的电容值要比设计的封装电容大得多。因此封装电阻在保持处理器电源完善性上显得更加有效。

另有实践经验证明，保留一少部分而取消大多数封装电容对处理器的性能的影响也似乎很小。这个结果表明理解一个芯片格中动态噪声的准确的空间和时间性质的重要性；一个弱动态噪声位置或者芯片的动态噪声不符合一个临界电路或电路路径处的封装电容在优化电源完善性管理的时候不会很有用。

像封装电容这样的无源设备的一个关键限制就是它们是“reactive”设备。换句话说，它们会根据周围的电学条件的变化而有所反应。因此只有在一个电容两端有很明显的电压变化率的时候，它才可以提供一个电流。所以，当一个电容被当作电荷池的时候，它们不能主动地提供大量电荷来消除电压的瞬间或暂态变化。它只有遇到一个很显著的电压变化或者消沉的时候才会提供电荷。

另外，这些电容的有效串联电阻（ESR）和有效串联电感（ESL）有个确定的值，因此用生产和设备设计改进来降低这些干扰因素的值是没有帮助的。然而低ESR值却有助于最小化提供电荷的电容电压和能耗。而低ESR无助于抑制负载性质变化引起的供电格振荡。所以无源设备对消除供电电压变化没有帮助。

在有源VLSI封装中，封装电容与land-side ANR设备结合在一起（图6）。这些结果把高压池电容和控制电路放在距离处理器和SoC模正好一个封装衬底厚度的位置。ANR设备利用这些电荷池的高电能储存能力来给对模（on-die）电源格预储存电荷。那么这个技术就可以主动控制动态电源噪声而消耗最少的能量。另外，主动噪声控制器提供了一个将动态抑制阻抗引入到芯片的输电系统中的方法，这样就事先控制了供电共振。

图6：ANR和LVR设备可以安装到封装或PCB上，这样就可以确保阻抗很小，并且连接到高性能IC的延迟路径也最短（专利申请中）。

本地电压调节器（LVR）中的ANR的发展提供了极高的带宽、封装能力、高效能量转换。LVR利用与封装电容和连接芯片电源格的供电路径相关的干扰因素来提供极高的变频能量转换能力。LVR阵列增强了外部低压供电并很大程度地提高了整个输电系统的带宽。这样使高能SoC元件可以快速地调制电路的供电电压以便于最小化平均耗电。使LVR与负载元件更加接近能够确保SoC和LVR阵列的快速沟通，从而使供电电压快速转换，也有助于利用动态能量管理系统降低能耗。

结论

系统级模拟方法显示有源噪声调整可以被用于低能量损失格中的噪声控制。这些工具和设计理念允许系统设计者提高对低噪声高速系统的最小化能耗设计灵活性。另外，作者认为封装不只限于提供能量和信号连接的通路，它还可以做很多事情。在RF和高速设计中，有一个现象越来越明显，那就是封装元件可以作为高性能无源器件以增强IC性能。RFID元件的封装为电路提供了能量。使封装元件更接近于IC，可以使它与SoC芯片更主动更同步，并且给能量和信号完善性管理提供了有效廉价的系统解决方案。ANR和LVR设备和阵列可以以无损方式修改已有IC和能量完善性管理系统的封装结构。电路和系统封装将在系统功能和性能中扮演一个“积极”的角色，并将集成推动到纳米技术时代。