CN101369776B

CN101369776B - 遮蔽切换噪声的切换式电压转换器及其方法

Info

Publication number: CN101369776B
Application number: CN2007101423304A
Authority: CN
Inventors: 张文豪
Original assignee: Richtek Technology Corp
Current assignee: Richtek Technology Corp
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2027-08-13
Also published as: CN101369776A

Abstract

本发明涉及遮蔽切换噪声的切换式电压转换器及其方法，该切换式电压转换器包含多个通道，每一该通道包含一输出级具有至少一开关，一控制器根据一第一信号产生一第二信号切换该至少一开关以产生一输出信号，以及一感测电路感测该输出信号产生该第一信号。通过本发明的切换式电压转换器及其方法可有效地遮蔽电压转换器切换时产生的噪声。

Description

遮蔽切换噪声的切换式电压转换器及其方法

技术领域

本发明涉及一种切换式电压转换器，特别涉及一种能遮蔽切换噪声的切换式电压转换器及其方法。

背景技术

图1为传统的多通道切换式电压转换器100，其包括多个通道106、108及110。在第一个通道106中，晶体管MH1及ML1串联在电源线(power line)VIN端及接地线(ground line)或基底(substrate)GND端之间，驱动器116根据脉宽调变信号PWM1产生信号U1及L1切换晶体管MH1及ML1产生输出电压VOUT1，电阻R1及R2分压输出电压VOUT1产生回授信号FB1，电流感测电路118感测通过晶体管MH1上的电流产生电流感测信号ISENSE1，控制器114根据回授信号FB1及电流感测信号ISENSE1产生脉宽调变信号PWM1。在第二个通道108中，晶体管MH2及ML2串联在电源线VIN及接地线或基底GND端之间，驱动器122根据脉宽调变信号PWM2产生信号U2及L2切换晶体管MH2及ML2产生输出电压VOUT2，电阻R3及R4分压输出电压VOUT2产生回授信号FB2，电流感测电路124感测通过晶体管MH2上的电流产生电流感测信号ISENSE2，控制器120根据回授信号FB2及电流感测信号ISENSE2产生脉宽调变信号PWM2。在第N个通道110中，晶体管MHN及MLN串联在电源线VIN及接地线GND之间，驱动器128根据脉宽调变信号PWMN产生信号UN及LN切换晶体管MHN及MLN产生输出电压VOUTN，电阻R5及R6分压输出电压VOUTN产生回授信号FBN，电流感测电路130感测通过晶体管MHN上的电流产生电流感测信号ISENSEN，控制器126根据回授信号FBN及电流感测信号ISENSEN产生脉宽调变信号PWMN。

在转换器100中，多个通道106、108及110整合在单一芯片102中，而且所有通道为共享电源线VIN以及接地线或基底GND，封装电感Lp1、Lp2及LpN由拉线(bouning wire)产生的，而封装电感Lg1、Lg2及LgN则分别由接地线GND与晶体管ML1、ML2及MLN之间的拉线提供。然而，当通道106、108及110中的晶体管MH1、ML1、MH2、ML2、MHN及MLN切换时，将产生电源噪声(power bounce)及接地噪声(ground bounce)经由共享的电源线VIN及接地线或基底GND影响其它通道。电源噪声及接地噪声一般也称为切换噪声。切换噪声除了经由电源线VIN或者接地线或基底GND影响其它通道外，也可以经由某些共享组件来影响其它通道，例如，能隙参考值及比较器等。

图2为图1中通道106的局部放大图。图3为图2中封装电感Lp1上的电流I1及电压V1波形图，其中波形200为电流I1，波形202为电压V1。参照图1至图3，当信号U1切换晶体管MP1时，封装电感Lp1上的电流I1将产生变化，如波形200所示，因而导致封装电感Lp1上的电压V1将出现涟波，如波形202所示，进而在电源线VIN上产生切换噪声Snoise，电流I1的变化量越大，切换噪声Snoise也将越大，又所有通道106、108及110共享电源线VIN，故通道106所产生的切换噪声Snoise将影响其它通道108及110。

图4为用以说明图2中切换噪声Snoise的影响示意图，其中波形300为临界值Verror1，波形302为电流感测信号ISENSE1，波形304为信号U1，波形306为切换噪声Snoise，波形308为临界值Verror2，波形310为电流感测信号ISENSE2，波形312为信号U2，临界值Verror1为利用误差放大器放大回授信号FB1及预设的参考电压之间的差值而产生的，临界值Verror2亦是回授信号FB2及预设的参考电压之间的差值的放大。同时参照图1、图2和图4，以通道106及108为例，在正常操作下，当信号U1转为低准位时，晶体管MH1将打开(turn on)直至电流感测信号ISENSE1达到临界值Verror1时，晶体管MH1才关闭(turn off)，如时间t1及t2所示，同样的，当信号U2转为低准位时，晶体管MH2将打开直至电流感测信号ISENSE2达到临界值Verror2时，晶体管MH2才关闭，然而，在时间t1时，由于晶体管MP1打开，因而产生切换噪声Snoise，如波形306所示，切换噪声Snoise经由共享电源线VIN迭加到电流感测信号ISENSE2，如波形310所示，导致通道108出现误动作而提前关闭晶体管MH2。

发明内容

本发明的目的在于提出一种遮蔽切换噪声的切换式电压转换器及其方法，通过本发明的切换式电压转换器及其方法能避免因切换噪声而产生误动作。

为实现上述目的，本发明提供一种遮蔽切换噪声的切换式电压转换器，其实质性特点在于，所述切换式电压转换器包括：多个通道，所述每一通道包括：一输出级，具有至少一开关；一控制器，根据一第一信号产生一第二信号以切换所述至少一开关以产生一输出信号；以及一感测电路，感测所述输出信号产生所述第一信号；以及一遮蔽装置，在所述每一通道的所述至少一开关切换时遮蔽因其切换而产生的切换噪声，所述遮蔽装置包括多个子电路对应所述多个通道，所述每一子电路侦测对应通道中的所述第二信号，所述每一子电路包括一侦测电路侦测所述对应通道中所述第二信号的上升边缘及下降边缘以产生一第三信号。

在上述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器中，所述的侦测电路包括：一延迟电路，延迟所述对应通道的所述第二信号以产生一第四信号；以及一互斥或门电路，根据所述对应通道的所述第二信号及所述第四信号产生所述第三信号。

在上述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器中，所述每一子电路还包括一单稳态电路根据所述第三信号产生一第四信号以供遮蔽所述切换噪声。

在上述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器中，所述第四信号的遮蔽时间随所述的切换噪声的长度调整。

在上述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器中，所述第四信号遮蔽所述感测电路。

在上述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器中，所述第四信号遮蔽所述第一信号。

在上述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器中，所述第四信号遮蔽所述第二信号。

在上述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器中，所述遮蔽装置还包括选择性地遮蔽所述切换噪声。

本发明的另一方案是提供一种遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法，所述转换器包含数个通道，每一所述通道包含一输出级具有至少一开关，一控制器根据一第一信号产生一第二信号切换所述至少一开关以产生一输出信号，以及一感测电路感测所述输出信号产生所述第一信号，其特征在于，所述的方法包括下列步骤：(a)侦测所述每一通道中所述的至少一开关的切换信息；(b)在所述每一通道的所述至少一开关切换时遮蔽因其切换而产生的切换噪声，所述侦测每一该通道中的所述至少一开关的切换信息的步骤包括侦测所述每一通道中的所述第二信号的上升边缘及下降边缘。

在上述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法中，所述遮蔽所述切换噪声的步骤包括遮蔽所述感测电路。

在上述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法中，所述遮蔽所述切换噪声的步骤包括遮蔽所述第一信号。

在上述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法中，所述遮蔽所述切换噪声的步骤包括遮蔽所述第二信号。

在上述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法中，所述遮蔽所述切换噪声的步骤包括选择性地遮蔽所述切换噪声。

在上述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法中，所述遮蔽所述切换噪声的步骤包括以一遮蔽时间遮蔽所述切换噪声。

在上述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法中，所述遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法更包括根据所述切换噪声的长度调整所述遮蔽时间。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：通过本发明的切换式电压转换器及其方法能避免因切换噪声而产生误动作。

附图说明

本发明的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器及其方法由以下的实施例及附图给出。

图1为传统的多通道切换式电压转换器电路原理图；

图2为图1中通道106的局部放大图；

图3为图2中封装电感Lp1上的电流I1及电压V1波形图；

图4为用以说明图2中切换噪声Snoise的影响示意图；

图5为本发明的实施例电路原理图示意图；

图6为用以说明图5中转换器400的操作示意图；

图7为图5中遮蔽装置404的实施例示意图；以及

图8为图7中边缘侦测电路604的实施例示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器及其方法作进一步的详细描述。

图5为本发明的实施例电路原理图示意图。在多通道切换式电压转换器400中，振荡器402提供频率CLK<1>、CLK<2>及CLK<N>给通道406、408及410。通道406包括驱动器414根据脉宽调变信号PWM1产生信号U1及L1切换串联在电源线VIN端及接地线或基底GND端之间的晶体管MH1及ML1以产生输出电压VOUT1，电阻R1及R2分压输出电压VOUT1产生回授信号FB1，电流感测电路416感测晶体管MH1上的电流产生电流感测信号ISENSE1，控制器412根据电流感测信号ISENSE1及回授信号FB1产生脉宽调变信号PWM1。通道408包括驱动器420根据脉宽调变信号PWM2产生信号U2及L2切换串联在电源线VIN端及接地线或基底GND端之间的晶体管MH2及ML2以产生输出电压VOUT2，电阻R3及R4分压输出电压VOUT2产生回授信号FB2，电流感测电路422感测晶体管MH2上的电流产生电流感测信号ISENSE2，控制器418根据电流感测信号ISENSE2及回授信号FB2产生脉宽调变信号PWM2。通道410包括驱动器426根据脉宽调变信号PWMN产生信号UN及LN切换串联在电源线VIN端及接地线或基底GND端之间的晶体管MHN及MLN以产生输出电压VOUTN，电阻R5及R6分压输出电压VOUTN产生回授信号FBN，电流感测电路428感测晶体管MHN上的电流产生电流感测信号ISENSEN，控制器424根据电流感测信号ISENSEN及回授信号FBN产生脉宽调变信号PWMN。遮蔽装置404侦测所有通道406、408及410中的脉宽调变信号PWM1、PWM2及PWMN，藉以获得晶体管MH1、ML1、MH2、ML2、MHN及MLN的切换信息，进而产生遮蔽信号BLK1、BLK2及BLKN至通道406、408及410以遮蔽因切换而产生的切换噪声。

图6为用以说明图5中转换器400的操作示意图，其中波形500为临界值Verror1，波形502为电流感测信号ISENSE1，波形504为信号U1，波形506为切换噪声Snoise，波形508为遮蔽信号BLK2，波形510为临界值Verror2，波形512为电流感测信号ISENSE2，波形514为信号U2，临界值Verror1利用误差放大器放大回授信号FB1及预设的参考电压之间的差值而产生的，临界值Verror2亦是回授信号FB2及预设的参考电压之间的差值的放大，当电流感测信号ISENSE1及ISENSE2分别高于临界值Verror1及Verror2时，关闭晶体管MH1及MH2。以通道406及408为例，在时间t1时，晶体管MH1因信号U1转为低准位而打开，直至电流感测信号ISENSE1达到临界值Verror1后才关闭，如时间t2所示，不论晶体管MH1打开或关闭都将产生切换噪声Snoise，如波形506所示，遮蔽装置404侦测脉宽调变信号PWM1，当脉宽调变信号PWM1改变准位而使晶体管MH1切换时，如时间t1所示，遮蔽装置404很快地送出遮蔽信号BLK2去遮蔽通道408的电流感测电路422，使得电流感测电路422在切换噪声Snoise出现的期间不感测，避免切换噪声Snoise迭加至电流感测信号ISENSE2而导致信号U2在错误的时间打开或关闭晶体管MH2。

在本实施例中对每一个切换噪声Snoise都进行遮蔽，但并不是每一个切换噪声Snoise都会影响通道408的操作，例如，当晶体管MH2关闭时，晶体管MH2上没有电流通过，故在晶体管MH2关闭的期间，切换噪声Snoise不影响通道408的操作，因此可以选择性地遮蔽切换噪声Snoise。在前述中藉由遮蔽电流感测电路422来遮蔽切换噪声，但也可以藉由遮蔽电流感测信号ISENSE2或脉宽调变信号PWM2来达成遮蔽切换噪声的目的。此外，遮蔽信号BLK1、BLK2及BLKN的遮蔽时间可随切换噪声的长度改变。

图7为图5中遮蔽装置404的实施例示意图，其包括数个子电路600以供侦测各通道406、408及410的脉宽调变信号PWM1、PWM2及PWMN，每一个子电路600都包含一边缘侦测电路604来侦测脉宽调变信号PWM1、PWM2及PWMN的上升边缘及下降边缘产生一边缘信号Se，以及单稳态电路606根据边缘信号Se产生信号S1、S2及SN，或门电路602根据信号S1、S2及SN输出遮蔽信号BLK1、BLK2及BLKN。信号S1、S2及SN的遮蔽时间可以随切换噪声Snoise的长度调整。图8为图7中边缘侦测电路604的实施例示意图，其包括一RC延迟电路700延迟脉宽调变信号PWM1产生信号PWMP’，以及一互斥或门电路702根据信号PWM1及PWMP’产生信号Se。在此实施例中，任一通道的晶体管切换而产生切换噪声时，遮蔽装置404将遮蔽所有通道的电流感测电路，但在大部分的情况下，只有邻近通道因为切换时间较为接近，故较易受到切换噪声的影响，因此也可以只对产生切换噪声的通道的邻近通道进行遮蔽。

在前述说明中，虽以同步式的电流模式电压转换器为例，但本发明亦可应用在电压模式、异步式及其它类型的电压转换器中。

以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种遮蔽切换噪声的切换式电压转换器，其特征在于，所述切换式电压转换器包括：

多个通道，所述每一通道包括：

一输出级，具有至少一开关；

一控制器，根据一第一信号产生一第二信号以切换所述至少一开关以产生一输出信号；

一感测电路，感测所述输出信号产生所述第一信号；以及

一遮蔽装置，在所述每一通道的所述至少一开关切换时遮蔽因其切换而产生的切换噪声，所述遮蔽装置包括多个子电路对应所述多个通道，所述每一子电路侦测对应通道中的所述第二信号；

其中，所述每一子电路包括一侦测电路侦测所述对应通道中所述第二信号的上升边缘及下降边缘以产生一第三信号。

2.如权利要求1所述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器，其特征在于，所述的侦测电路包括：

一延迟电路，延迟所述对应通道的所述第二信号以产生一第四信号；以及

一互斥或门电路，根据所述对应通道的所述第二信号及所述第四信号产生所述第三信号。

3.如权利要求1所述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器，其特征在于，所述每一子电路还包括一单稳态电路根据所述第三信号产生一第四信号以供遮蔽所述切换噪声。

4.如权利要求3所述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器，其特征在于，所述第四信号的遮蔽时间随所述的切换噪声的长度调整。

5.如权利要求3所述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器，其特征在于，所述第四信号遮蔽所述感测电路。

6.如权利要求3所述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器，其特征在于，所述第四信号遮蔽所述第一信号。

7.如权利要求3所述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器，其特征在于，所述第四信号遮蔽所述第二信号。

8.如权利要求1所述的遮蔽切换噪声的切换式电压转换器，其特征在于，所述遮蔽装置可选择性遮蔽感测电路、第一信号或第二信号以遮蔽所述切换噪声。

9.一种遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法，所述转换器包含数个通道，每一所述通道包含一输出级，该输出级具有至少一开关，一控制器根据一第一信号产生一第二信号以切换所述至少一开关以产生一输出信号，以及一感测电路感测所述输出信号产生所述第一信号，其特征在于，所述的方法包括下列步骤：

(a)侦测所述每一通道中所述的至少一开关的切换信息；以及

(b)在所述每一通道的所述至少一开关切换时遮蔽因其切换而产生的切换噪声；

其中，所述侦测每一该通道中的所述至少一开关的切换信息的步骤包括侦测所述每一通道中的所述第二信号的上升边缘及下降边缘。

10.如权利要求9所述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法，其特征在于，所述遮蔽所述切换噪声的步骤包括遮蔽所述感测电路。

11.如权利要求9所述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法，其特征在于，所述遮蔽所述切换噪声的步骤包括遮蔽所述第一信号。

12.如权利要求9所述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法，其特征在于，所述遮蔽所述切换噪声的步骤包括遮蔽所述第二信号。

13.如权利要求9所述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法，其特征在于，所述遮蔽所述切换噪声的步骤包括可选择性遮蔽感测电路、第一信号或第二信号来遮蔽所述切换噪声。

14.如权利要求9所述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法，其特征在于，所述遮蔽所述切换噪声的步骤包括以一遮蔽时间遮蔽所述切换噪声。

15.如权利要求14所述的遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法，其特征在于，所述遮蔽切换式电压转换器切换噪声的方法还包括根据所述切换噪声的长度调整所述遮蔽时间。