CN101078940A - 参考电压产生器、频率产生器以及控制器 - Google Patents

Abstract

一种控制器，包含一误差比较器、一频率产生器、一脉宽调制器以及输出驱动器。该误差比较器，根据一反馈讯号及一参考电压以产生一误差讯号。该频率产生器，提供一频率讯号。该脉宽调制器耦接该误差比较器及该频率产生器，并根据该误差讯号及该频率讯号以产生一脉宽调制讯号。而该输出驱动器，耦接该脉宽调制器，以根据该脉宽调制讯号产生至少一切换讯号。该频率讯号在其频率范围内的至少一第一预定频段宽度内，于一第二预定时间长度的平均干扰量在一第三预定次数之内，使使用者无法感受其差频干扰。

Description

参考电压产生器、频率产生器以及控制器

技术领域

本发明涉及一种参考电压产生器及使用该参考电压产生器的频率产生器、控制器，特别是涉及一种产生随机参考电压的产生器使用该参考电压产生器的频率产生器、控制器。

背景技术

传统的参考电压产生器，均朝向提供更精确、不随温度和电力供给变化的参考电压发展，使得其它的组件可根据该参考电压而产生精确的结果。

例如，如图1A所示为一已知的升压转换器100。该升压转换器100包含控制器110、降压模块120及负载130。该控制器包含参考电压产生器111、频率产生器112、脉宽调制器114、输出驱动器116及反馈控制器118。其中参考电压产生器111提供精确的参考电压给频率产生器112、脉宽调制器114及反馈控制器118。反馈控制器118根据检测电路132的检测讯号及参考电压产生器111提供的参考电压来判断升压转换器100的输出状况，并输出一反馈讯号至脉宽调制器114。频率产生器112根据参考电压产生器111提供的参考电压，以产生同操作频率的三角波讯号及脉冲讯号分别送至脉宽调制器114及输出驱动器116。脉宽调制器114根据反馈讯号及三角波讯号以产生脉宽调制讯号至输出驱动器116。输出驱动器116则是根据脉冲讯号及脉宽调制讯号而产生切换讯号。

降压模块120包含一切换开关122、电感124、二极管126及电容128。切换开关122连接至一直流电压源VDC并根据切换讯号进行切换，以控制直流电压源VDC的电力输入降压模块120的时机。电感124、二极管126及电容128则将直流电压源VDC进行降压，提供一稳定而降低的直流电压至负载130。

如上述，图1A中的频率产生器111须藉由参考电压为参考基准来产生一操作频率，而反馈控制器也须藉由参考电压来与检测讯号进行运算。在此，以频率产生器112为例来说明。

图1B所示为已知的频率产生器。频率产生器112包括第一比较器152、第二比较器154、与非门(NAND)156与158、第三比较器160、开关162与164、充电电流源166、放电电流源168与电容170。其中第一比较电压Vref1及第二比较电压Vref2是由参考电压产生器111所提供，用以决定三角波的波峰、波谷电压值。当输出电压Vout充电而上升到第一比较电压Vref1时，第三比较器160输出高电平讯号，开关162会停止导通(turn off)，以停止充电电流源166对电容170的充电，而开关164会导通(turn on)，以开始放电电流源168对电容170的放电。此时，输出电压Vout开始下降。当输出电压Vout下降至第二比较电压Vref2时，第三比较器160输出低电平讯号，开关164会停止导通(turn off)，以停止放电电流源168对电容170的放电，而开关162会导通(turn on)，以开始充电电流源166对电容170的充电。此时，输出电压Vout开始上升。藉由上述轮替地充放电过程，第三比较器160输出脉冲讯号，而电容170输出同频率的三角波讯号。

而频率产生器的频率，在设计上须考虑负载的特性对频率的要求、切换开关的可操作频率范围、其它组件(如谐振槽)对频率的响应情况、与其它系统的操作频率间干扰等。因此，频率的取舍上有相当多的须注意的条件。

然而，由于一个系统，例如：液晶显示器(LCD)，系由相当多的模块组件所组成，而每个模块组件可能有其各自的操作频率，若这些操作频率并未加一统合，其造成的干扰就会反映在其影像表现上，例如：液晶显示器(LCD)的显示影像会出现水波纹。而这些干扰并不容易完全在事先可以预期并加以预防，或者在事后可以了解干扰的来源而加以修正排除，因而造成设计上的困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供具有随机或类随机频率的频率讯号，令差频干扰所造成的影响不会累积，故使用者将无法察觉到这些分散的干扰。也就是，令该频率产生器的频率在一预定频率范围内变化，且该预定频率范围内的至少一预定频段宽度内的某一预定时间长度的平均干扰量在一预定比例之内，令使用者将无法察觉到干扰。

为实现上述及其它目的，本发明提供了一种参考电压产生器，包含一参考电压产生单元，产生一第一参考电压；一不规则讯号产生器，产生一不规则讯号；以及一运算单元，耦接参考电压产生单元及该不规则讯号产生器，并根据该第一参考电压及该不规则讯号进行运算而输出一第二参考电压。

本发明还提供一种频率产生器，包含一频率产生单元，产生一频率讯号；以及一频率调整单元，耦合该频率产生单元，以调整该频率讯号的频率。其中，该频率讯号在其频率范围内的至少一第一预定频段宽度内，于一第二预定时间长度的次数在一第三预定次数之内。

本发明还提供一种控制器。该控制器包含一误差比较器、一频率产生器、一脉宽调制器以及一输出驱动器。该误差比较器根据一反馈讯号及一参考电压以产生一误差讯号。该频率产生器提供一频率讯号。该脉宽调制器耦接该误差比较器及该频率产生器，根据该误差讯号及该频率讯号以产生一脉宽调制讯号。而该输出驱动器耦接该脉宽调制器，以根据该脉宽调制讯号产生至少一切换讯号；其中，该至少一切换讯号的频率在一预定范围内变化。

附图说明

图1A示出了一种已知的升压转换器的电路示意图；

图1B示出了一种已知的频率产生器的电路示意图；

图2A示出了本发明的一较佳实施例的参考电压产生器的电路示意图；

图2B示出了本发明的另一较佳实施例的参考电压产生器的电路示意图；

图3示出了图2A及2B中参考电压Vref’随时间变化的示意图；

图4示出了将参考电压Vref’作为图1B中的频率产生器的第二参考电压Vref2时，频率产生器产生的三角波讯号随时间变化的示意图；

图5示出了具有随机变化的电流源的示意图；

图6示出了使用本发明的具有随机频率的频率产生器的转换控制器；

图7A示出了已知技术中差频的干扰示意图；

图7B示出了利用本发明的差频干扰示意图；以及

图8示出了应用本发明的频率产生器的转换控制器示意图。

附图符号说明

100～升压转换                   110～控制器

111～参考电压产生器             112～频率产生器

114～脉宽调制器                 116～输出驱动器

118～反馈控制器                120～降压模块

122～切换开关                  124～电感

126～二极管                    128～电容

130～负载                      132～检测电路

152、154、156～比较器          154～第二比较器

156、158～与非门               162、164～开关

166、168～电流源               170～电容

202～电阻                      204～放大器

210～不规则讯号产生器          230～运算单元

220～参考电压产生单元          502～电阻

504～放大器                    510～不规则电流源

520～定电流源                  600、800转换控制器

610、810～误差比较器           620、820～频率产生器

630、830～脉宽调制器           640、840～输出驱动器

822～频率产生单元              824～频率调整单元

FB～反馈讯号                   Nos～噪声讯号

R1、R2、R3～电阻

Vref、Vref1、Vref2、Vref’～参考电压

具体实施方式

为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并结合附图，详细说明如下。

实施例：

本发明的精神是产生一具有随机或类随机频率的频率讯号，令差频干扰所造成的影响不会累积，故使用者将无法察觉到这些分散的干扰。

对于具有随机或类随机频率的频率讯号，其可藉由噪声等组件电气特性的飘移产生或者可程序的组件来产生随机或类随机的参考讯号，而该具有随机或类随机频率的频率讯号即是基于该参考讯号与一较稳定的讯号基准来运算而得。

请参考图1B，该已知的频率产生器112为了产生一稳定频率的三角波讯号或脉冲讯号，其必须有稳定的电流源166及168、稳定的电容170以及稳定的第一比较电压Vref1、第二比较电压Vref2。相对而言，只要上述特性之一具有随机或类随机的变化，即可使所产生的三角波讯号或脉冲讯号具有随机或类随机的频率。

图2A为本发明的一较佳实施例的参考电压产生器的电路示意图。如图所示，此参考电压产生器包含：不规则讯号产生器210、参考电压产生单元220及运算单元230。不规则讯号产生器210包含电阻202与放大器204，其会将电阻202的热噪声讯号经由放大器204放大而产生随机变化的噪声讯号Nos(即不规则讯号)。参考电压产生单元220提供一个较稳定的参考电压Vref。而运算单元230可为包含电阻R1、R2、R3与放大器232的模拟加法器，其将噪声讯号Nos与参考电压Vref进行加法运算后输出具有随机变化的参考电压Vref’。该参考电压Vref’提供至如图1B的频率产生器，作为第一比较电压Vref1或第二比较电压Vref2，如此即可产生随机变化频率的三角波讯号及脉冲讯号。

图2B为本发明的另一较佳实施例的参考电压产生器的电路示意图。图2B与图2A的参考电压产生器的主要差异在于进行运算单元230的组成不同，其包含两个电阻R1、R2及一个比较器232。其它的主要操作与图2A相似，故不再累述。

参考图3，为参考电压Vref’随时间变化的示意图，其中，虚线为参考电压Vref经运算后的值，而实线与虚线之差即为噪声讯号Nos部分。由图明显可知，由于噪声讯号Nos相对于参考电压Vref不大，所以参考电压Vref’的变化是在一可预定范围内变化，如此可降低变化本身对系统稳定度的影响。

图4示出了将参考电压Vref’作为图1B中的频率产生器(三角波产生单元)的第二参考电压Vref2时，频率产生器产生的三角波讯号随时间变化的示意图。由图明显可知，三角波讯号的邻近两波谷的值不相同的情况下，其时间间隔并不相同。也就是说，频率有所变化。如此，利用本发明的参考电压产生器作为参考电压的产生源时，可得到具有随机频率的(三角波讯号、脉冲讯号等)频率讯号。当然，参考电压Vref’也可作为图1B中的第一参考电压Vref1，或同时两个不同参考电压Vref’分别作为第一参考电压Vref1及第二参考电压Vref2。

参考图5，图5为具有随机变化的电流源的示意图。该电流源包含一不规则电流源510及一定电流源520。其中，该不规则电流源510包含电阻502、放大器504及电阻R，电阻502的热噪声讯号经由放大器504放大而产生随机变化的噪声电压讯号，并经电阻R而产生不规则电流i。不规则电流i与定电流I合并而成为具有随机变化的电流I’，而不规则电流i相较于定电流I是比较小的情况下，电流I’可在一预定范围内变化。同样地，将上述的电流源作为如图1B所示的频率产生器的中的充电电流源或(/和)放电电流源，而可得到具有随机频率的(三角波讯号、脉冲讯号等)频率讯号。

利用具有随机变化的电流源或具有随机变化的参考电压而产生的具有随机频率的频率讯号，其不同处在于前者为三角波讯号的斜率会随机变化，而后者为三角波的波峰或波谷电压值会随机变化。至于利用具有随机变化的电流源或具有随机变化的参考电压来产生具有随机频率的频率讯号，则可视应用的不同来决定。

另外值得注意的是，噪声的平均功率为零。也就是说，噪声对于整体系统的稳定度，就一较长的时间尺度或平均来看并没有影响。因此，发明的随机变化的电流源、具有随机变化的参考电压源，或利用上述的电流源或参考电压源的任何电路(例如：频率产生器)，适合使用于具反馈控制系统而不会对系统的稳定度产生影响。

举例来说，请参考图6，图6为使用本发明的具有随机频率的频率产生器的直流/交流(或直流/直流)转换控制器。该转换控制器600包含一误差比较器610、一频率产生器620、一脉宽调制器630以及一输出驱动器640。误差比较器610比较参考电压及一反馈讯号FB后输出一误差讯号。脉宽调制器630，耦接该误差比较器610及该频率产生器620，并根据该误差讯号及频率产生器620的三角波讯号而产生一脉宽调制讯号至输出驱动器640。然后，该输出驱动器640根据该脉宽调制讯号而产生切换讯号以控制功率开关的切换动作。由于频率产生器620的三角波讯号的频率随机变化，故根据三角波讯号所产生的脉宽调制讯号及切换讯号的频率也会随机变化。

除如上述，可使用噪声电阻或其它可产生随机讯号的组件外，亦可使用数字电路来产生类随机的讯号而使频率产生器所产生的频率讯号可随之随机变化。这是因为并非只有随机变化才可令使用者察觉不到差频干扰，而仅要在使用者可察觉的频率范围内的干扰不是使用者能察觉到的即可。例如：人眼可察觉200Hz以下某一变化大小以上的干扰，所以在200Hz以下的每个变化量或累积变化量的只要小于人眼可察觉的变化范围即可。所以，若能产生一规律但平均的变化的频率，使落在使用者可察觉的范围内的每个或累积干扰量都低于可察觉量即可。在此，我们以视觉为例来说明。

以一个液晶屏幕而言，内部有多个不同操作频率的组件，故要预期可避开所有的频率间所产生的干扰几乎不可能。例如，某一个组件的操作频率是f1，然f1的大小未知。因此另一个组件的操作频率f2要设在多少以避免干扰也无从得知。在本发明中，系将f2的频率变化，且频率变化的频度在某一预定值以上，使f2在每一个200Hz的变化范围内的累积干扰都小于人眼可察觉的范围或比例(例如：亮度干扰的比例在0.4％以下)。换句话说，将干扰打散于各个频率上，而可感受的频率下的干扰仅占所有干扰的部分下，即可降低干扰。再利用一个具有数值的例子，以更清楚地表达。假设转换器的操作频率在50KHz，和另一具有不同操作频率的组件的干扰量为0.03％(X)，而转换器的操作频率在49～51KHz之间变化，其操作频率每格1ms(即1Kz的变化频度，为200Hz的Y倍，Y大于等于1，此例中Y为5)改变一次，每次频率变化量为60Hz，为200Hz的Z(Z的定义为5ms内，落在200Hz变化范围内的次数，此例中Z为4)分之一以下。则只要(X/Y)*Z≤0.4％，人眼即察觉不到。上述例子中只要(X/Y)*Z＝(0.03％/5)*4＝0.024％＜0.4％，故符合此条件。由于人眼无法分辨高于200Hz(5ms)的变化，故在5ms内的变化对人眼而言会累积其变化并平均。所以，X/Y代表的是每次操作频率变化前的对人眼而言干扰的累积平均量；而Z代表可能落在人眼可观察到的干扰频率的次数，例如：设f1及f2的最初差频的频率10Hz，第一次变化成70Hz(增加60Hz)，第二次变化成130Hz，第四次变化成190Hz，而此四个差频均在5ms内，最大的干扰为该四个差频为建设性干涉时，故最大的可能总干扰量需乘以Z。

因此，对于使用者可察觉的最小分辨率为fHz及最小的感受度为d的假设下，仅要使干扰的频率落于fHz的次数小于一预定次数(即，使平均干扰小于d)，即可令使用者察觉不到该干扰。

请参考图7A，图7A为已知技术中差频的干扰示意图。由于其差频干扰A几乎落在同一频率上，其干扰能量会集中于此，而使平均差频干扰大于0.4％而被人眼感受到(图7A中标号B的部分为人眼所见的平均干扰)。而对于图7B，由于差频干扰A被打散于各个部分(以5ms内出现的干扰而言)，所以在200Hz内的干扰的平均小于0.4％而不至于被人眼所感受到(图7B中标号B的部分为人眼所见的平均干扰)。

参考图8，图8为应用上述频率产生器的转换控制器。该转换控制器800包含一误差比较器810、一频率产生器820、一脉宽调制器830以及一输出驱动器840。误差比较器810比较参考电压及一反馈讯号FB后输出一误差讯号。脉宽调制器830，耦接该误差比较器810及该频率产生器820，并根据该误差讯号及频率产生器820的三角波讯号而产生一脉宽调制讯号至输出驱动器840。然后，该输出驱动器840根据该脉宽调制讯号而产生切换讯号以控制功率开关的切换动作。其中，频率产生器820包含一频率产生单元822及一频率调整单元824，而频率调整单元824耦合该频率产生单元822，以控制其输出的频率的变化，例如控制如图1B中的频率产生器的电流源的电流、稳定的电容或比较电压而使其频率变化。该频率调整单元824指令该频率产生单元822在一预定频率范围内变化，且该预定频率范围内的至少一预定频段宽度(端视使用者可察觉的频宽，例如：200Hz)内的某一预定时间长度(视使用者可察觉的时间长度，例如：5ms)的平均干扰量在一预定比例之内(视使用者可察觉的变化量比例，例如：0.4％)。该频率调整单元824可为模拟电路(例：上述实施例中的不规则讯号产生器或不规则电流源)或数字电路(可以微处理器来实现)。而若无法预期产生差频干扰的频段，而无法如上述特定出该频段时，可令所有的预定频段宽度内的某一预定时间长度的平均干扰量在一预定比例之内，即可避免所有可能的差频干扰。

本发明虽以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可做若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (14)

1.一种参考电压产生器，包含：

一参考电压产生单元，产生一第一参考电压；

一不规则讯号产生器，产生一不规则讯号；以及

一运算单元，耦接参考电压产生单元及该不规则讯号产生器，并该根据该第一参考电压及该不规则讯号进行运算而输出一第二参考电压。

2.如权利要求1所述的参考电压产生器，其中该不规则讯号产生器包含一噪声电阻及一放大器，该放大器根据该噪声电阻的噪声讯号以产生该不规则讯号。

3.如权利要求1所述的参考电压产生器，其中第二参考电压在一预定范围内变化。

4.一种频率产生器，包含：

一频率产生单元，产生一频率讯号；以及

一频率调整单元，耦合该频率产生单元，以调整该频率讯号的频率；

其中，该频率讯号在其频率范围内的至少一第一预定频段宽度内，于一第二预定时间长度的次数在一第三预定次数之内。

5.如权利要求4所述的频率产生器，其中该频率调整单元为一模拟电路以及一数字电路之一，其中该模拟电路控制该频率产生单元内的电容、电流、比较电压或其组合。

6.如权利要求5所述的频率产生器，其中该模拟电路包含一噪声电阻及一放大器，该放大器根据该噪声电阻的噪声讯号以产生一不规则讯号，以调整该频率讯号的频率。

7.如权利要求4所述的频率产生器，其中该频率讯号的频率在一预定范围内变化。

8.如权利要求5所述的频率产生器，其中该模拟电路包含一不规则讯号产生器，该不规则讯号产生器通过一电阻以产生一不规则电流，以调整该频率讯号的频率。

9.一种控制器，包含：

一误差比较器，根据一反馈讯号及一参考电压以产生一误差讯号；

一频率产生器，提供一频率讯号；

一脉宽调制器，耦接该误差比较器及该频率产生器，根据该误差讯号及该频率讯号以产生一脉宽调制讯号；以及

一输出驱动器，耦接该脉宽调制器，以根据该脉宽调制讯号产生至少一切换讯号；

其中，该至少一切换讯号的频率在一预定范围内变化。

10.如权利要求9所述的控制器，其中该频率产生器包含：

一频率产生单元，产生一频率讯号；以及

一频率调整单元，耦合该频率产生单元，以调整该频率讯号的频率；

其中，该频率讯号在其频率范围内的至少一第一预定频段宽度内，于一第二预定时间长度的平均干扰量在一第三预定次数之内。

11.如权利要求10所述的控制器，其中该频率调整单元为一模拟电路以及一数字电路之一，其中该模拟电路控制该频率产生单元内的电容、电流、比较电压或其组合。

12.如权利要求9所述的控制器，其中该频率产生器包含：

一三角波产生单元，包含一电容、一充电电流源及一放电电流源，该充电电流源及该放电电流源轮流对该电容进行充电及放电以产生一三角波讯号；以及

一参考电压产生器，耦接该三角波产生单元，并决定该三角波讯号的振幅；

其中，该充电电流源及该放电电流源的至少其一为随时间变化的电流源。

13.如权利要求12所述的控制器，其中该参考电压产生器，包含：

一参考电压产生单元，产生一第二参考电压；

一不规则讯号产生器，产生一不规则讯号；以及

一运算单元，根据该第二参考电压及该不规则讯号进行运算而输出该第一参考电压。

14.如权利要求9所述的控制器，其中该频率产生器包含：

一三角波产生单元，包含一电容、一充电电流源及一放电电流源，该充电电流源及该放电电流源轮流对该电容进行充电及放电以产生一三角波讯号；以及

一参考电压产生器，耦接该三角波产生单元，并决定该三角波讯号的振幅；

其中该充电电流源及该放电电流源的至少其一为随时间变化的电流源。

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