CN101594126B

CN101594126B - 相位恢复电路、周期信号产生器、电源管理电路及方法

Info

Publication number: CN101594126B
Application number: CN2008101103230A
Authority: CN
Inventors: 贾儒林
Original assignee: Leadtrend Technology Corp
Current assignee: Leadtrend Technology Corp
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: CN101594126A

Abstract

一种用来防止噪声对周期信号产生器的干扰的相位恢复电路包含噪声检测器、相位检测器，以及相位锁定器。该周期信号产生器产生一周期信号。该噪声检测器用来检测噪声，并据以产生噪声检测信号。该相位检测器由该噪声检测信号触发，用来检测该周期信号的相位并据以输出相位检测信号。该相位锁定器根据该相位检测信号，在该噪声检测信号出现后的预设时间内，将该周期信号锁定于预设相位，且于该预设时间后，释放该周期信号。因此，在该预设时间内，该周期信号的相位不会被该噪声的出现而受到影响。

Description

相位恢复电路、周期信号产生器、电源管理电路及方法

技术领域

本发明有关一种周期信号产生器(oscillator)，更明确地说，有关一种可以不受噪声影响的周期信号产生器。

背景技术

请参考图1。图1为一先前技术的周期信号产生器100的示意图。周期信号产生器100是一种习知的环振荡器(ring oscillator)，其具有“奇数”个反相器相互串联而成。每个反相器皆耦接于一偏压源VDD(设输出电压为VDD)与一偏压源VSS(设输出电压为VSS)之间。偏压源VDD用以提供电源；偏压源VSS可为一地端(ground)。周期信号产生器100可另包含一缓冲器B，耦接于周期信号产生器100的输出端，用来接收周期信号CLK，并将周期信号CLK缓冲以产生周期信号CLKB。缓冲器B可以一放大器或一比较器来实现。设置缓冲器B的目的在于增强周期信号CLK的强度，使得周期信号CLKB能够有更强的驱动能力，或者修饰周期信号CLK的波形，使得周期信号CLKB能更趋近于方波，而更方便使用者利用。然而实质上周期信号CLK与CLKB为相等的信号。

然而，当偏压源VDD或VSS上载有噪声时，则周期信号产生器100便会受到噪声的影响，而产生不正确的周期信号CLK。

请参考图2。图2为说明偏压源上的噪声影响周期信号CLK的示意图。如图2所示，当偏压源VDD或VSS上载有噪声时，原本应为高相位的周期信号CLK，可能会受到噪声的影响，而转态成为低相位。因此，受到噪声影响的周期信号CLK便不利于使用者的应用。

请参考图3。图3为说明偏压源上的噪声影响周期信号CLK的示意图。如图3所示，当偏压源VDD或VSS上载有噪声时，原本应转态为低相位的周期信号CLK受到噪声的影响，并没有转态为低相位，而仍持续高相位的输出。因此，受到噪声影响的周期信号CLK便不利于使用者的应用。

发明内容

本发明提供一种相位恢复电路。该相位恢复电路用来防止噪声对一周期信号产生器的干扰。该周期信号产生器可经由该周期信号产生器的一输出端产生一周期信号。该相位恢复电路包含一噪声检测器、一相位检测器，以及一相位锁定器。该噪声检测器用来检测噪声，并据以产生一噪声检测信号。该相位检测器由该噪声检测信号触发，用来检测该周期信号的相位并据以输出一相位检测信号。该相位锁定器根据该相位检测信号，在该噪声检测信号出现后的一预设时间内，将该周期信号锁定于一预设相位，且于该预设时间后，释放该周期信号。因此，在该预设时间内，该周期信号的相位不会被该噪声的出现而受到影响。

本发明另提供一种周期信号产生器。该周期信号产生器包含一环状振荡器、一噪声检测器、一相位检测器，以及一相位锁定器。该环状振荡器串接有复数个反相器，其中一反相器的一输出端输出一周期信号。该噪声检测器用来检测噪声，并据以产生一噪声检测信号。该相位检测器由该噪声检测信号触发，用来检测该周期信号的相位，并据以输出一相位检测信号。该相位锁定器根据该相位检测信号，在该噪声检测信号出现后的一预设时间内，将该周期信号锁定于一预设相位，且于该预设时间后，释放该周期信号。因此，在该预设时间内，该周期信号的相位不会被该噪声的出现而受到影响。

本发明另提供一种相位恢复的方法，用来防止噪声对一周期信号的干扰。该方法包含有检测噪声以产生一噪声检测信号、根据该噪声检测信号，检测该周期信号的相位以输出一相位检测信号、根据该相位检测信号，将该周期信号锁定于一预设相位，以及当该噪声检测信号出现一预设时间后，释放该周期信号。因此，在该预设时间内，该周期信号的相位不会被该噪声的出现而受到影响。

附图说明

图1为一先前技术的周期信号产生器的示意图。

图2为说明偏压源上的噪声影响周期信号的示意图。

图3为说明偏压源上的噪声影响周期信号的示意图。

图4为本发明的对噪声有高度免疫力的周期信号产生器的示意图。

图5为说明本发明的噪声检测信号与周期信号的时序图。

图6为说明利用本发明的周期信号产生器的交换式电压转换电路的示意图。

图7为说明开关控制信号与噪声检测信号的时序图。

主要元件符号说明

100、400 周期信号产生器

B 缓冲器

CLK、CLK_B 周期信号

V_DD、V_SS、V₁、V₂、V_CC 偏压源

410 相位恢复电路

411 噪声检测器

412 相位检测器

413 相位锁定器

SW₁、SW₂、SW₃ 开关

I 输入端

O₁、O₂ 输出端

C 控制端

S_P 噪声检测信号

S_V 相位检测信号

700 交换式电压转换电路

600 电源管理电路

610 占空比调整器

Q₁ 功率开关

D₁ 二极管

C₁ 电容

T_P1、T_P2 时间长度

S_PWM 开关信号

具体实施方式

请参考图4。图4为本发明的对噪声有高度免疫力的周期信号产生器400的示意图。如图4所示，周期信号产生器400包含周期信号产生器100与相位恢复电路(phase recovery circuit)410。周期信号产生器400的周期信号产生器100与前述相同，相关功能性描述于此不再赘述。譬如说，周期信号产生器400为一种环状振荡器，具有奇数个相串联的反相器，亦可另包含一缓冲器B。相位恢复电路410包含一噪声检测器411、一相位检测器412及一相位锁定器(phase locker)413。

噪声检测器411用来检测偏压源VDD或VSS上是否可能会有噪声存在。若偏压源VDD或VSS上可能存在有噪声，则噪声检测器411会产生一噪声检测信号SP。噪声检测器411可以直接检测偏压源VDD或VSS上的噪声大小，来产生噪声检测信号SP。另一种方式是藉由工作经验，可以得知某一特定信号的出现可能会导致偏压源VDD或VSS产生可观的噪声，那噪声检测器411就可以检测该特定信号是否出现，来判断偏压源VDD或VSS上是否可能开始有噪声。举例来说，功率开关(power switch)的切换一般会引起大量的电流瞬间开启或是瞬间关闭。因为寄生电感与电阻的缘故，大量的电流瞬间切换容易影响偏压源VDD或VSS的电压电平。所以，噪声检测器可以检测功率开关(power switch)的切换信号是否出现，来判断噪声出现的可能性。噪声检测信号SP可为一单一脉冲信号，其脉冲信号的宽度(时间长度)TP1，可由一内建的计时器来决定。

相位检测器412由噪声检测信号SP所触发，用来检测周期信号产生器400的一输出端的周期信号的相位并据以输出一相位判断信号SV。譬如说，被检测的输出端可以是一环状振荡器中的任一反相器的输出，但比较适切的被检测的输出端是一环状振荡器中最后输出该周期信号CLK，以驱动其他装置的反相器的输出端。

当相位检测器412判断所接收的周期信号为低相位(电压电平小于一第一预设值)时，则相位判断信号SV为一预定电位VL；当相位检测器412判断所接收的信号为高相位(电压电平高于一第二预设值)时，则相位判断信号SV为一预定电位VH。该第一预设值与该第二预设值可为相同，或该第一预设值可小于该第二预设值，端看使用者需求所设计。举例来说，若周期信号产生器100包含M个反相器，而第M个反相器的输出同时连接到第1个反相器以及其他电路，则相位检测器412可以耦接到M个反相器中的任何一个反相器的输出端，但比较好的是耦接于周期信号产生器100的第M个反相器的输出端，用来接收所输出的周期信号CLK。因此，相位检测器412可判断该第M个反相器所输出的信号为高相位或为低相位，进而据以输出该相位判断信号SV。于以下实施例中，皆设定将相位检测器412耦接于第M个反相器的输出端，以方便说明。

相位锁定器413包含三开关SW1、SW2及SW3。相位锁定器根据该相位检测信号SV，在该噪声检测信号SP出现后的一预设时间TP2内，将该周期信号CLK锁定于一预设相位(预设电位)，或是将该周期信号CLK努力维持在相位检测器412所检测到的相位(电位)。这个预设相位需要与当时该周期信号CLK被检测到的相位相一致，也就是同样为高，或是同样为低。如此，在该预设时间TP2内，该周期信号CLK的相位不会受到该可能噪声源的出现的影响。而于该预设时间TP2之后，相位锁定器413便会释放周期信号CLK。因此，在该预设时间TP2内，该周期信号CLK的相位便不会受到噪声的影响。在相位锁定器413中，开关SW1受控于相位检测信号SV，以据以将噪声检测信号SP传送至开关SW2或SW3以启动开关SW2或SW3。而被启动的开关SW2或SW3便可在该预设时间TP2内，将周期信号CLK锁定在预设的高相位或预设的低相位；而在经过该预设时间TP2后，周期信号CLK便可被释放，如此便能降低噪声对周期信号CLK所造成的干扰。此外，该预设时间TP2须小于该周期信号CLK的周期，以防止影响周期信号CLK的相位而造成相位错误。而该预设时间TP2可与该噪声检测信号SP的脉冲宽度TP1相同。在图4的例子中，相位锁定器包含有开关SW1、SW2及SW3。但是在其他实施例，相位锁定器可以有其他可能的电路结构。

开关SW1包含一控制端C、一输入端I、以及二输出端O1及O2。开关SW1的输入端I耦接于噪声检测器411的输出端，用来接收噪声检测信号SP。开关SW1的控制端C耦接于相位检测器412的输出端，用来接收相位判断信号SV。开关SW1的输出端O1耦接于开关SW2的控制端C。开关SW1的输出端O2耦接于开关SW3的控制端C。开关SW1便根据相位判断信号SV，将噪声检测信号SP传送至开关SW1的输出端O1或O2。更明确地说，当相位判断信号SV为预定电位VH(判断此时周期信号CLK为高相位)时，则开关SW1的输入端I耦接于开关SW1的输出端O1，以将噪声检测信号SP传送至开关SW2的控制端C；当相位判断信号SV为预定电位VL(判断此时周期信号CLK为低相位)时，则开关SW1的输入端I耦接于开关SW1的输出端O2，以将噪声检测信号SP传送至开关SW3的控制端C。

开关SW2包含一控制端C、一第一端1及一第二端2。开关SW2的第一端1耦接于一偏压源V1。开关SW2的第二端耦接于该第M个反相器的输出端。偏压源V1可为一高电位的偏压源，或者偏压源V1可为偏压源VDD。当开关SW1的输出端O1输出噪声检测信号SP时，亦即开关SW2接收到噪声检测信号SP时，开关SW2便会被启动。此时，开关SW2的该第一端1与开关SW2的该第二端2耦接，如此便可将偏压源V1耦接于该第M个反相器的输出端，而将该第M个反相器的输出端所输出的信号(周期信号CLK)的相位箝制在一高相位(其电位接近电位V1或VDD)。

开关SW3包含一控制端C、一第一端1及一第二端2。开关SW3的第一端1耦接于一偏压源V2。开关SW3的第二端耦接于该第M个反相器的输出端。偏压源V2可为一低电位的偏压源，或者偏压源V2可为偏压源VSS(地端)。当开关SW1的输出端O2输出噪声检测信号SP时，亦即开关SW3接收到噪声检测信号SP时，开关SW3便会被启动。此时，开关SW3的该第一端1与开关SW3的该第二端2耦接，如此便可将偏压源V2耦接于该第M个反相器的输出端，而将该第M个反相器的输出端所输出的信号(周期信号CLK)的相位箝制在一低相位(其电位接近电位V2或VSS)。

如此一来，当偏压源VDD或VSS上有噪声产生或是预期要有噪声产生时，噪声检测器411便会产生噪声检测信号SP。而相位检测器412便会根据该第M个反相器的输出端所输出信号的高/低相位，控制开关SW1，而将噪声检测信号SP传送至开关SW2或SW3，以将第M个反相器的输出端的信号(周期信号CLK)的相位箝制在相对应的高/低相位。此时该第M个反相器的输出端的信号会维持在高/低电相位而不会转态。换句话说，本发明的相位恢复电路410，在当噪声期望可能产生于偏压源VDD或VSS时，会检测并箝制周期信号产生器100的输出相位；待一段预定时间TP2后，噪声应该消失于偏压源VDD或VSS之后，相位恢复电路410停止对周期信号产生器100的输出的箝制，而使得周期信号产生器100能继续输出周期信号CLK。如此一来，本发明的周期信号产生器400所输出的周期信号CLK，便能不受噪声的影响。

请参考图5。图5为说明本发明的噪声检测信号SP与周期信号CLK的时序图。在图5的图式中，假设相位检测器412耦接于第M个反相器的输出端，亦即周期信号产生器100的输出端，以方便说明。在噪声预期或是开始产生于偏压源VDD或VSS时，相位检测器412会先检测此时周期信号CLK的相位。如图5所示，相位检测器412检测到此时的周期信号CLK的相位为高相位。因此传送电位为VH的相位检测信号SV至开关SW1的控制端C。而噪声检测器411所传送的噪声检测信号SP便可将偏压源V1耦接至周期信号产生器100的输出端，并将周期信号CLK箝制在高电位V1(VDD)，也就是一高相位。如此一来，周期信号CLK便不会因为噪声的影响而产生错误的相位转态。另外，噪声检测信号SP的预定时间长度TP1可根据使用者的需求而设定。预定时间长度TP须大于噪声期望存在于偏压源VDD或VSS的时间，如此方可消除噪声对周期信号CLK的影响。然而，预定时间长度TP1亦不可过长(须小于周期信号CLK的周期)。若预定时间长度TP1过长，很可能会造成周期信号CLK的相位错误。

请参考图6。图6为说明利用本发明的周期信号产生器的交换式电压转换电路(switching regulator)700的示意图。如图所示，交换式电压转换电路700包含一电源管理电路(power management circuit)600、一电感L1、一二极管D1及一电容C1。交换式电压转换电路700将一偏压源VDD转换成一偏压源VCC(设输出电压为VCC)，亦即将电压电平VDD转换成VCC。于图6中，交换式电压转换电路700为一升压电路(voltage booster)。

电源管理电路600包含一功率开关Q1、一占空比(duty cycle)调整器610及一周期信号产生器400。于此实施例中，功率开关Q1可为一N型金属氧化物半导体晶体管(NMOS)。周期信号产生器400用来产生周期信号CLK，并提供给占空比调整器610。占空比调整器610用来接收周期信号CLKB(实质上等同于周期信号CLK)，并调整周期信号CLKB的占空比，以产生开关信号SPWM。占空比调整器610可根据所需的电压VCC的大小，适当地调整周期信号CLKB的占空比，以使得开关信号SPWM能切换功率开关Q1的导通状态与关闭状态，而产生所需大小的电压VCC。

功率开关Q1的控制端(栅极)耦接于占空比调整器610的输出端，用来接收开关信号SPWM。功率开关Q1的第一端耦接于电感L1。功率开关Q1的第二端耦接于偏压源VSS。当开关信号SPWM为低电位时，功率开关Q1被关闭，因此电感L1并不会耦接至偏压源VSS(地端)；当开关信号SPWM为高电位时，功率开关Q1被导通，因此电感L1便耦接至偏压源VSS(地端)，而此时偏压源VDD与VSS仅经由电感L1耦接。当开关信号SPWM由高转低时(下降缘)，流经功率开关Q1的电流是会由一大电流骤降至接近无电流的状态。在这样的状况下，偏压源VDD便容易因为此大电流变化而被干扰，而噪声也容易在此时产生于偏压源VDD上。当然，也可能有别的状况，使噪声容易产生于偏压源VSS上。

电感L1耦接于偏压源VDD与功率开关Q1的第一端(漏极)之间。二极管D1耦接于功率开关Q1的第一端(漏极)与输出电压VCC之间。电容C1耦接于输出电压VCC与偏压源VSS之间。而交换式电压转换电路700的升压原理非为本发明的重点且为本领域具有通常知识者所熟知，于此不再赘述。

在图6中，占空比调整器610的输出端另耦接于噪声检测器411的输入端。也就是说，噪声检测器411可根据开关信号SPWM，来判断何时可能会有噪声产生。在前述的说明中，可以得知，当功率开关Q1被关闭的瞬间，噪声可能会产生于偏压源VDD上。因此，噪声检测器411可以根据开关信号SPWM，得知功率开关Q1被关闭的瞬间(开关信号SPWM的下降缘)，亦即可以得知何时将可能会有噪声开始产生，而进而产生噪声检测信号SP，以箝制周期信号产生器110。

然而，本发明可应用于各式交换式电压转换电路，如降压电路(voltagebulk circuit)、或升/降两用电路(voltage bulk/boost circuit)，并不限定于本发明所举例的电路。本发明也可应用于任何用以产生周期信号的装置，用以避免周期信号受到噪声的影响而产生错误的相位。

请参考图7。图7为说明开关信号SPWM与噪声检测信号SP的时序图。在图7中，占空比调整器610将开关控制信号SPWM的占空比设定为导通状态为12.5％、关闭状态为87.5％，亦即功率开关Q1在周期信号CLK的一个周期内仅导通12.5％的周期时间。而噪声检测信号SP可根据开关信号SPWM来设定。在图7的实施例中，噪声检测信号SP根据开关信号SPWM的下降缘(falling edge)来触发。由图7可看出，在每个开关信号SPWM的下降缘，皆会触发一预定时间长度为TP1的脉冲信号以作为噪声检测信号SP。由于每个开关信号SPWM的下降缘皆会开始关闭功率开关Q1，亦即在每个开关信号SPWM的下降缘之后，噪声可能会开始产生在偏压源VDD上，因此噪声检测信号SP便能有效地去触发箝制住周期信号产生器100，使得周期信号产生器100不会受到噪声的影响而产生错误的周期信号。

综上所述，本发明的实施例所提供的周期信号产生器，能够不受噪声的影响(对噪声具有高度免疫力)，而产生稳定的周期信号。而利用本发明的实施例所提供的周期信号产生器的电源管理电路，亦能够产生较稳定的开关控制信号，进而产生更稳定的输出电压，提供给使用者更大的便利性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种相位恢复电路，用来防止噪声对一周期信号产生器的干扰，该周期信号产生器可经由该周期信号产生器的一输出端产生一周期信号，该相位恢复电路包含：

一噪声检测器，用来检测噪声，并据以产生一噪声检测信号；

一相位检测器，由该噪声检测信号触发，用来检测该周期信号的相位并据以输出一相位检测信号；以及

一相位锁定器，根据该相位检测信号，在该噪声检测信号出现后的一预设时间内，将该周期信号锁定于一预设相位，且于该预设时间后，释放该周期信号；因此，在该预设时间内，该周期信号的相位不会被该噪声的出现而受到影响，

其中该相位锁定器包含：

一第一开关、一第二开关，以及一第三开关；

其中：

该第一开关受控于该相位检测信号，据以启动该第二开关或该第三开关；

当该第二开关被启动时，该第二开关于该预设时间内，将该周期信号产生器的该输出端耦接至一第一偏压源；以及

当该第三开关被启动时，该第三开关于该预设时间内，将该周期信号产生器的该输出端耦接至一第二偏压源。

2.如权利要求1所述的相位恢复电路，其中，该第一开关受控于该相位检测信号，据以决定传输该噪声检测信号至该第二开关或该第三开关，来启动该第二开关或该第三开关。

3.如权利要求1所述的相位恢复电路，其中该第一偏压源为一高电位的偏压源；该第二偏压源为一低电位的偏压源；当该相位检测器检测该周期信号的相位为高相位时，该相位检测信号控制该第一开关，来启动该第二开关；当该相位检测器检测该周期信号的相位为低相位时，该相位检测信号控制该第一开关，来启动该第三开关。

4.一种周期信号产生器，包含：

一环状振荡器，串接有奇数个反相器，其中一反相器的一输出端输出一周期信号；

一相位检测器，由该噪声检测信号触发，用来检测该周期信号的相位，并据以输出一相位检测信号；以及

其中该相位锁定器包含：

一第一开关，包含：

一输入端，耦接于该噪声检测器的输出端，用来接收该噪声检测信号；

一控制端，耦接于该相位检测器的输出端，用来接收该相位检测信号；

一第一输出端；以及

一第二输出端；

其中该第一开关根据该相位检测信号将该第一开关的该输入端耦接于该第一开关的该第一输出端或该第一开关的该第二输出端；

一第二开关，包含：

一第一端，耦接于一第一偏压源；

一第二端，耦接于输出周期信号的反相器的输出端；及

一控制端，耦接于该第一开关的该第一输出端；

其中当该第二开关经由该第二开关的该控制端接收到该噪声检测信号时，该第二开关的该第一端耦接于该第二开关的该第二端；及

一第三开关，包含：

一第一端，耦接于一第二偏压源；

一第二端，耦接于输出周期信号的反相器的输出端；及

一控制端，耦接于该第一开关的该第二输出端；

其中当该第三开关经由该第三开关的该控制端接收到该噪声检测信号时，该第三开关的该第一端耦接于该第三开关的该第二端。

5.如权利要求4所述的周期信号产生器，其中该第一偏压源为一高电位的偏压源；该第二偏压源为一低电位的偏压源；当该相位检测器检测该周期信号的相位为高相位时，所输出的该相位检测信号将该第一开关的该输入端耦接于该第一开关的该第一输出端；当该相位检测器检测该周期信号的相位为低相位时，所输出的该相位检测信号将该第一开关的该输入端耦接于该第一开关的该第二输出端。

6.一种电源管理电路，用来将一第一偏压源所输出的一第一电压转换成一第二电压以作为一第二偏压源，该电源管理电路包含：

如权利要求5所述的周期信号产生器；

一功率开关，具有一控制端，接收一开关信号；以及

一电感，其中的导通电流受该功率开关控制；

其中，该噪声检测器接收该开关信号，并据以产生该噪声检测信号。

7.一种相位恢复的方法，用来防止噪声对一周期信号的干扰，该方法包含有：

检测噪声以产生一噪声检测信号；

根据该噪声检测信号，检测该周期信号的相位以输出一相位检测信号；

根据该相位检测信号，将该周期信号锁定于一预设相位；以及

当该噪声检测信号出现一预设时间后，释放该周期信号；因此，在该预设时间内，该周期信号的相位不会被该噪声的出现而受到影响。

8.如权利要求7所述的方法，其中将该周期信号锁定于该预设相位的步骤包含：

当该相位检测信号检测到该周期信号为高相位时，将该周期信号锁定于一预设的高相位；及

当该相位检测信号检测到该周期信号为低相位时，将该周期信号锁定于一预设的低相位。