CN104300927B - 具有斜度控制的自适应升压供电 - Google Patents

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Abstract

具有斜度控制的自适应升压供电。设备包括被配置成产生升高电压的第一电路，和被配置成当升高电压的幅度减小时控制升高电压的幅度的斜度的第二电路。第一电路被配置成当控制信号处于第一状态时、产生具有等于第一电压的幅度的升高电压，并且当控制信号处于第二状态且升高电压的幅度大于比第一电压小的第二电压时、减小升高电压的幅度。提供升高电压的方法包括当升高电压的幅度减小时控制升高电压的幅度的斜度。

Description

具有斜度控制的自适应升压供电
相关申请的交叉引用
本公开要求2013年7月16日提交的美国临时申请No.61/846,813的权益，该申请通过引用全部合并于此。
背景技术
此处提供的背景描述是用于概括地呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作、在某种程度上本背景部分中所描述的工作以及在提交时可能不适格作为现有技术的描述的方面既不被明确地也不被隐含地承认作为针对本公开的现有技术。
在由电池供电的便携式电子装置中使用高能效电路增加了电池寿命并且降低了便携式电子装置的散热要求。D类放大器是高效能放大器，于是便携式电子装置可以使用D类放大器以驱动诸如扬声器等的负载。
D类放大器通过使诸如晶体管等的一个或多个开关装置迅速地接通和断开来操作，其中接通时间与断开时间的比率(占空比)由D类放大器的输入信号确定。可以以比输入信号的最大频率更高的频率来控制开关。低通滤波器连接至D类放大器的输出以去除输出信号中的高频成分，仅留下经放大的输入信号。
在由电池供电的装置中，电压升高电源可以用于产生即使电池电压归因于电池的放电或充电而改变时也依然恒定的升高电压。电压升高电源也可以用于供给比电池供给的电压高的电压。
自适应升压电源根据操作条件的改变来改变升高电压。例如，自适应升压供电可以在放大器的功率输出为低时提供第一电压作为放大器的电源，并且在放大器的功率输出为高时提供高于第一电压的第二电压作为放大器的电源。自适应升压电源可以确定是利用一个或多个输入信号将高升高电压供给至放大器还是将低电压供给至放大器。
发明内容
在实施例中，设备包括被配置成产生升高电压的第一电路以及被配置成当升高电压的幅度减小时控制升高电压的幅度的斜度的第二电路。
在实施例中，第一电路被配置成当控制信号处于第一状态时产生具有等于第一电压的幅度的升高电压，并且当控制信号处于第二状态且升高电压的幅度大于第二电压时减小升高电压的幅度。第二电压小于第一电压。
在实施例中，设备包括目标电压电路，目标电压电路被配置成当控制信号处于第一状态时没有延迟地将目标电压提升至第一电压，并且响应于控制信号从第一状态变成第二状态而将目标电压减小至第二电压。第一电路被配置成利用目标电压确定升高电压的幅度。
在实施例中，设备包括D类放大器，并且升高电压是D类放大器的供电电压。
在实施例中，设备是包括集成电路的半导体芯片。
在提供升高电压的方法的实施例中，方法包括提供升高电压和当升高电压的幅度减小时控制升高电压的幅度的斜度。
在本方法的实施例中，升高电压由升压电路提供，并且方法包括根据目标电压提供升高电压，和当目标电压的幅度减小时控制目标电压的幅度的斜度。
附图说明
图1是包括本公开的实施例的装置的框图。
图2是根据实施例的放大器电路的框图。
图3是根据实施例的升压电路的电路图。
图4A和图4B分别图示了传统升压电路的操作和图3中的升压电路的操作。
图5是根据另一实施例的升压电路的电路图。
图6是根据实施例的控制升高电压的过程的流程图。
具体实施方式
图1示出根据实施例的便携式装置100。便携式装置100包括电子电路102、电池104、低通滤波器(LPF)106和扬声器108。在实施例中，电路102包括诸如片上系统(SOC)或音频子系统IC等的集成电路(IC)。
电池102将电池电压VBAT供给至电路102。电路102在第一和第二输出OUTP和OUTM上产生音频信号。第一和第二输出OUTP和OUTM是脉宽调制(PWM)信号。在实施例中，第一和第二输出OUTP和OUTM是差分输出，但是实施例不限于此。
LPF106使第一和第二输出OUTP和OUTM的高频成分衰减。LPF106的经过滤的输出被提供至扬声器108以产生声音。尽管所描述的实施例利用音频信号驱动扬声器108，但是实施例不限于此。
图2是适于用在图1中的电路102中以产生其第一和第二输出OUTP和OUTM的放大器电路200的框图。放大器电路200包括数字/音频转换器(DAC)202、重建滤波器206、D类扬声器驱动器214和自适应升压电路210。
DAC202接收数字音频信号DAIN并将其转换成第一和第二模拟音频信号AAP和AAM。在实施例中，第一和第二模拟音频信号AAP和AAM提供差分音频信号，但实施例不限于此。
重建滤波器206将第一和第二模拟音频信号AAP和AAM过滤以产生至扬声器驱动器214的第一和第二输入信号INP和INM。扬声器驱动器214进行第一和第二输入信号INP和INM的D类放大以产生PWM的第一和第二输出OUTP和OUTM。
自适应升压电路210将升高电压VBOOST供给至扬声器驱动器214。升高电压VBOOST由电池电压VBAT产生，并且根据扬声器驱动器214的功率输出而变化。在实施例中，升高电压VBOOST可以被控制为从电池电压VBAT到基本上高于电池电压VBAT的电压的范围。在另一实施例中，升高电压VBOOST可以从第一电压变化至基本上高于第一电压的第二电压，其中，第一电压可以高于或低于电池电压VBAT。
在实施例中，自适应升压电路210将升高电压VBOOST控制为第一电压和第二电压中的一个，第二电压基本上高于第一电压，但是实施例不限于。在实施例中，第一电压是电流电池电压VBAT。
自适应升压电路210根据第一和第二输入信号INP和INM来控制升高电压VBOOST。在实施例中，自适应升压电路210根据第一和第二输入信号的INP和INM的包络(envelope)来控制升高电压VBOOST。在另一实施例中，自适应升压电路210根据数字音频信号DAIN的值来控制升高电压VBOOST。
自适应升压电路210可以在第一和第二输入信号INP和INM的包络的幅度小于触发值时将升高电压VBOOST控制成具有第一电压，并且在包络的幅度大于或等于触发值将升高电压VBOOST控制成具有高于第一电压的第二电压。触发值可以是固定的，或者可以根据电池电压VBAT、音量控制信号等等中的一个或多个而变化。
图3示出适于用在根据实施例的自适应升压电路210中的升压电路300。升压电路300被被配置成要么供给电池电压VBAT作为升高电压VBOOST，要么供给利用升高目标电压(target VOltage)VBT确定的电压。升压电路300被被配置成对升高目标电压VBT进行控制以便防止升高电压VBOOST从基本上高于电池电压VBAT的第一电压突然过渡至基本上等于电池电压VBAT的第二电压。
升压电路300包括差分放大器3-302。差分放大器3-302与第一电容器3-310一起操作以起到积分器的作用，并且对差分放大器3-302的正输入与负输入之间的差进行积分。所以，差分放大器3-302的输出电压在负输入上的信号的幅度小于正输入上的信号的幅度时增加，并且在负输入上的信号的幅度超过正输入上的信号的幅度时减小。
差分放大器3-302的正输入连接至升高目标电压VBT。差分放大器3-302的负输入连接至由第一和第二电阻器3-304和3-306形成的分压器的输出。分压器操作成以比例值S＝R1+R2/R2将升高电压VBOOST分压，其中，R1和R2分别是第一和第二电阻器3-304和3-306的电阻。第四电容器3-308跨第一电阻器3-304连接以产生差分放大器3-302的适当的传递函数。
当升高电压VBOOST大于比例值S与升高目标电压VBT的乘积时，即当Vboost＞S×Vbt时，第一差分放大器3-302的输出的幅度减小。当升高电压VBOOST小于比例值S与升高目标电压VBT的乘积时，即当Vboost＜S×Vbt时，第一差分放大器3-302的输出的幅度增加。
由差分放大器3-302和第一电容器3-310形成的积分器的输出耦合至比较器3-312的正输入。比较器3-312的负输入连接至电流检测电路3-332的输出。当积分器的输出的幅度超过电流检测电路3-332的输出的幅度时，比较器3-312输出高位(逻辑1)值。否则的话，比较器3-312输出低位(逻辑0)值。
比较器3-312的输出连接至由交叉耦合的第一和第二NAND门3-320和3-322形成的锁存器的第一输入。锁存器的第二输入连接至振荡器3-314。振荡器3-314具有以一频率在高位(逻辑1)与低位(逻辑0)值之间交替的输出信号。
当连接至锁存器的第二输入的振荡器3-314的输出具有低位值时，锁存器的输出具有高位(逻辑1)值。当连接至第二输入的振荡器3-314的输出具有高位值并且连接至第一输入的比较器3-312的输出具有低位值时，锁存器的输出具有低位(逻辑0)值。当比较器3-312的输出和振荡器3-314的输出都具有高位值时，锁存器的输出保持其之前值。
由第一和第二NAND门3-320和3-322形成的锁存器的输出连接至缓冲器3-323的输入。缓冲器3-323的输出连接至PMOS晶体管3-324和NMOS晶体管3-326的门极。当锁存器的输出具有低位值时，缓冲器3-323的输出具有低位值，PMOS晶体管3-324接通并且NMOS晶体管3-326截止。当锁存器的输出具有高位值时，缓冲器3-323的输出具有高位值，PMOS晶体管3-324截止并且NMOS晶体管3-326接通。NMOS晶体管3-326和PMOS晶体管3-324的漏极端子连接至电感器3-328的第一端子。电感器3-328的第二端子连接至电池电源VBAT。
NMOS晶体管3-326的源极端子连接至电流检测电阻器3-334的第一端子并且连接至电流检测电路3-332的输入。电流检测电阻器3-334的第二端子接地。PMOS晶体管3-326的源极端子连接至第二电容器3-330的第一端子并且连接至升高电压VBOOST。第二电容器3-330的第二端子接地。
当NMOS晶体管3-326接通时，来自电池电压VBAT的电流流过电感器3-328并且能量被存储至电感器3-328内。当NMOS晶体管3-326截止并且PMOS晶体管3-326接通时，来自电池电压VBAT的电流与存储在电感器3-328内的能量(如果有的话)可能流到第二电阻器3-330内，这引起升高电压VBOOST的增加。
本领域技术人员鉴于此处的教导和公开能够理解的是，通过上述装置的操作，当Vbat＜Vbt×R1+R2/R2时，升压电路300产生等于Vbt×R1+R2/R2的升高电压VBOOST，其中，R1和R2分别是第一和第二电阻器3-304和3-306的电阻。当Vbat≥Vbt×R1+R2/R2时，升压电路300产生等于电池电压VBAT的升高电压VBOOST。
升高目标电压VBT由包括开关装置3-340、第三电阻器3-342和第三电容器3-344的子电路确定。开关装置3-340的第一端子接收基准电压VREF。开关装置3-340的第二端子连接至第三电阻器3-342的第一端子、第三电容器3-344的第一端子和差分放大器3-302的正输入。第三电阻器3-342和第三电容器3-344的第二端子接地。升高目标电压VBT产生在开关装置3-340的第二端子上。
本领域普通技术人员鉴于此处的公开能理解的是，如图3中示出的开关的开关装置3-340可以利用多种开关技术中的任一种来实现，包括晶体管、旁通门(pass gate)等等。
开关装置3-340由控制信号CTL控制。控制信号CTL在当需要具有较高幅度的升高电压VBOOST时具有第一状态，并且在当不需要具有较高幅度的升高电压VBOOST时具有第二状态。
当控制信号CTL具有第一状态时，开关装置3-340接通(即闭合)，并且第三电容器3-344上的电压和升高目标电压VBT都等于基准电压VREF。结果，升高电压VBOOST的幅度被控制成等于Vref×R1+R2/R2。基准电压VREF与第一和第二电阻器3-304和3-306的电阻R1和R2被选择成使得Vref×R1+R2/R2大于电池电压VBAT。
当控制信号CTL具有第二状态时，开关装置3-340断开(即开路)，并且升高目标电压VBT由于第三电容器3-344通过第三电阻器3-342放电而减小。升高目标电压VBT的下降的第一斜度由等于C3×R3的时间常数TRC控制，其中，C3是第三电容器3-344的电容并且R3是第三电阻器3-342的电阻。结果，升高电压VBOOST从Vref×R1+R2/R2下降至电池电压VBAT，升高电压VBOOST的下降具有由第一斜度控制的第二斜度。
因此，当开关装置3-340接通时，升高目标电压VBT在对于基准电压VREF基本上上没有延迟的情况下增加，并且升高电压VBOOST相应地迅速增加。当开关装置3-340断开时，升高目标电压VBT根据第一斜度减小，并且升高电压VBOOST因此根据第二斜度减小，直到升高电压VBOOST等于电池电压VBAT。
以这样的方式，当需要具有较高幅度的升高电压VBOOST时，升压电路控制升高电压VBOOST的幅度减小的斜度，同时仍然允许升高电压VBOOST的幅度在基本上没有延迟的情况下增加。
图4A和图4B图示了图3中的升压电路300的操作与现有技术的升压电路的比较。特别是，图4A示出由现有技术的电路产生的升高电压V(VB)。在时间为大约550微秒时，不再需要较高的升高电压，并且现有技术的升压电路被断开。升压电路的能量存储电感器与能量存储电容器之间的共振引起了在550微秒与750微秒之间的时段中示出的升高电压V(VB)中的振铃(ringing)。升高电压V(VB)中的振铃可能会产生电磁干涉(EMI)并且可能会把失真引入到利用升高电压V(VB)供电的放大器的输出内。此外，在约568微秒时到达约3.0V的振铃的最负的偏离可能会引起不适当地触发欠压保护电路，这可能会关闭含有升压电路的装置的操作或否则与含有升压电路的装置的操作干涉。
图4B示出图3中的升压电路300的操作，其中升高电压V(VB)对应于图3中的升高电压VBOOST。通过控制升高电压V(VB)的降低的斜度，一旦不再需要较高升高电压V(VB)，升压电路300基本上基本上减少了升高电压V(VB)中的振铃。结果，可以减少EMI、利用升高电压V(VB)供电的放大器的输出中的失真以及不适当地触发欠压保护电路的可能性。
图5示出适于用在根据另一实施例的自适应升压电路210中的升压电路500。升压电路500通过在当不需要较高升高电压VBOOST时更改升压电路的开关频率而不同于图3中的升压电路300。
图5中的升压电路500的组成部分类似于图3中的升压电路300的类似编号的组成部分，并因此不详细描述。在升压电路500中，第一开关装置5-340对应于图3中的开关装置3-340，第一振荡器5-314对应于振荡器3-314，并且第二开关装置518连接在第一振荡器5-314与由交叉耦合的第一和第二NAND门5-320和5-322形成的锁存器的第二输入之间。
第二开关装置518在第二开关装置518处于第一状态时将锁存器的第二输入耦合至第一振荡器5-314，并且在第二开关装置518处于第二状态时将锁存器的第二输入耦合至第二振荡器516。本领域普通技术人员鉴于此处的公开能够理解的是，如图5中的单刀双掷开关所示的第二开关装置518可以利用多种技术中的任一种来实现，包括晶体管、多路复用器、旁通门、逻辑门等等。
开关装置518在当需要较高升高电压VBOOST时被控制信号CTL控制成处于第一状态，并且在当不需要较高升高电压VBOOST时被控制信号CTL控制成处于第二状态。第二开关装置518在当第一开关装置5-340接通时处于第一状态，并且在当第一开关装置5-340断开时处于第二状态。
第二振荡器516输出基本上低于来自第一振荡器5-314的频率的频率。在实施例中，由第二振荡器516输出的频率在由第一振荡器5-314输出的频率的八分之一与十分之一之间。在实施例中，第二振荡器516的输出由分割第一振荡器5-314的输出的频率产生。
PMOS晶体管5-314和NMOS晶体管5-326因此在当需要较高升高电压时利用第一频率操作，并且在当需要较高升高电压时利用第二频率操作，其中第二频率基本上低于第一频率。通过在当不需要较高电压升高电压VBOOST时利用较低的频率，升压电路500确保升高电压VBOOST从较高电压降低。
图6示出根据实施例的控制升高电压的过程600。
起初，在S602中，将升高电压VBOOST控制成等于第一电压V1。在实施例中，第一电压V1是电池电压。
在S604中，确定是否需要较高升高电压VBOOST。
当需要较高升高电压VBOOST时，在S606中，将升高电压VBOOST控制成等于第二电压V2。第二电压V2基本上高于第一电压V1。将升高电压VBOOST控制成等于第二电压V2可以包括增加目标电压VBT并根据目标电压VBT控制升高电压VBOOST。将升高电压VBOOST控制为第二电压V2可以包括以第一频率操作升压电路的一部分。
在S608中，确定是否仍然需要较高升高电压VBOOST。
当不再需要较高升高电压VBOOST时，在S610中，使升高电压VBOOST从第二电压V2逐渐减小至第一电压V1。逐渐减小升高电压VBOOST可以包括逐渐减小目标电压VBT并根据目标电压VBT控制升高电压VBOOST。逐渐减小升高电压VBOOST可以包括以基本上低于第一频率的第二频率操作升压电路的所述部分。
已结合作为示例的提出的本公开的具体实施例描述了本公开的多个方面。可以在不脱离所述权利要求的范围的情况下对实施例进行多种替换、变型和变化。因此，如此处所述的实施例用于说明性的并且不是限制性的。

Claims (16)

1.一种设备，包括：
第一电路，所述第一电路被配置成：
接收控制信号，
响应于所述控制信号处于第一状态，产生具有等于第一预定值的幅度的升高电压；以及
响应于所述控制信号处于第二状态，产生具有等于第二预定值的幅度的升高电压；以及
第二电路，所述第二电路被配置成：
当所述第一电路正将所述升高电压的幅度从所述第一预定值减小至所述第二预定值时，根据第一预定斜度控制所述升高电压的幅度的斜度，并且
当所述第一电路正将所述升高电压的幅度从所述第二预定值增大至所述第一预定值时，没有实质上延迟地增大所述升高电压的幅度，
其中所述第二预定值实质上小于所述第一预定值。
2.根据权利要求1所述的设备，其中当减小所述升高电压的幅度时，所述设备通过根据所述第一预定斜度控制所述升高电压的幅度的斜度来减小所升高电压中的振铃的幅度。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一电路接收幅度实质上等于所述第二预定值的供电电压。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一电路包括晶体管，并且
其中所述第一电路被配置成当所述控制信号处于所述第一状态时利用第一频率控制所述晶体管，并且当所述控制信号处于所述第二状态时利用第二频率代替所述第一频率来控制所述晶体管，所述第一频率实质上高于所述第二频率。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第一频率是所述第二频率的八至十倍高。
6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括D类放大器，其中所述升高电压是所述D类放大器的供电电压。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备是包括集成电路的半导体芯片。
8.一种设备，包括：
第一电路，所述第一电路被配置成产生升高电压；以及
第二电路，所述第二电路被配置成：
当所述第一电路正将所述升高电压的幅度从第一预定值减小至第二预定值时，根据第一预定斜度控制所述升高电压的幅度的斜度，并且
当所述第一电路正将所述升高电压的幅度从所述第二预定值增大至所述第一预定值时，没有实质上延迟地增大所述升高电压的幅度，
其中所述设备被配置成接收控制信号，以及
其中所述第二电路包括：
目标电压电路，所述目标电压电路被配置成响应于所述控制信号处于第一状态没有延迟地将目标电压提升至第一电压，并且响应于所述控制信号从所述第一状态变成第二状态、在根据第二预定斜度控制所述目标电压的幅度的斜度的同时而将所述目标电压减小至第二电压，
其中所述第一电路被配置成利用所述目标电压来确定所述升高电压的幅度使得所述升高电压等于所述目标电压乘以预定比例值，以及
其中所述第二电压实质上小于所述第一电压。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述目标电压电路包括：
开关装置，所述开关装置具有耦合至基准电压的第一端子；
电容器，所述电容器具有耦合至所述开关装置的第二端子的第一端子和耦合至地的第二端子；以及
电阻器，所述电阻器具有耦合至所述开关装置的所述第二端子的第一端子和耦合至所述地的第二端子，
其中所述目标电压由所述开关装置的所述第二端子上的电压来确定，并且所述开关装置在当所述控制信号处于所述第一状态时闭合并且在当所述控制信号处于所述第二状态时开路。
10.一种提供升高电压的方法，所述方法包括：
接收控制信号；
响应于所述控制信号具有第一状态而提供等于第一预定值的所述升高电压；
响应于所述控制信号具有第二状态而提供等于第二预定值的所述升高电压；
当所述升高电压的幅度从所述第一预定值减小至所述第二预定值时，根据第一预定斜度控制所述升高电压的幅度的斜度；以及
当所述升高电压的幅度从所述第二预定值增大至所述第一预定值时，无实质上延迟地增大所述升高电压的幅度；
其中所述第二预定值实质上小于所述第一预定值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述升高电压由升压电路提供，所述方法进一步包括：
根据目标电压来提供所述升高电压；以及
当所述目标电压的幅度减小时，根据第二预定斜度控制所述目标电压的幅度的斜度，
其中所述升高电压的幅度等于所述目标电压的幅度乘以预定比例值。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括将所述升高电压提供至D类放大器作为供电电压。
13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
当减小所述升高电压的幅度时，通过根据所述第一预定斜度控制所述升高电压的幅度的斜度来减小所升高电压中的振铃的幅度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述升高电压由升压电路提供，以及
其中所述第二预定值实质上等于所述升压电路的供电电压的幅度。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述升高电压由升压电路提供，所述方法进一步包括：
响应于所述控制信号处于所述第一状态，以第一频率操作所述升压电路的一部分；以及
响应于所述控制信号处于所述第二状态，以第二频率代替所述第一频率操作所述升压电路的所述部分，
其中所述第一频率实质上高于所述第二频率。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一频率是所述第二频率的八至十倍高。
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