CN104852739B - 一种用于数字电源的精度可重构延迟线模数转换器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于数字电源的精度可重构延迟线模数转换器电路，包括比较器、延迟链、编码器和转换开关；其中，比较器，负责比较输入电压和基准电压，产生误差量；延迟链，由根据精度需要有选择的打开或关闭的33个延迟单元组成，每个延迟单元由尾管电流控制，根据对误差量的采样产生温度计码；编码器，将采样所得的温度计码进行编码转化成二进制码；转换开关，根据系统的不同需要打开或关闭，使模数转换器在不同的精度下工作。本发明提供的模数转换器可以根据系统需要使其在两个精度下工作，实现精度与功耗的折中。

Description

一种用于数字电源的精度可重构延迟线模数转换器电路
技术领域：
本申请涉及用于便携式移动电子设备的数字电源，具体涉及一种用于数字电源的精度可重构延迟线模数转换器电路。
背景技术：
数字电源以对环境和工艺参数不敏感、控制算法可以通过编程实现、易于集成和节能环保等优点，被广泛应用于便携式移动电子设备中。数字电源的工作环境和负载可能随时会发生变化，这就会导致其输出电压可能会突然发生较大的变化，这就要求数字电源要实现动态电压调整的功能。作为数字电源的关键模块，模数转换器在数字电源实现动态电压调整的过程中起着关键的作用。
延迟线模数转换器，具有电路结构简单、面积小及响应速度快等优点，因此在数字电源中的应用十分广泛。对延迟线模数转换器来说，当分辨率为n时，需要2n+1个延迟单元，同时最小可分辨的输入电压(其中VFS为模数转换器的满幅度输入电压)。当n越大时，需要的延迟单元的个数就越多，功耗就越高，同时最小可分辨输入电压也就越小，即精度越高。而延迟线模数转换器的精度与功耗是矛盾的，所以使用时需要对精度和功耗进行折中。
如果数字电源中模数转换器的精度较高，当输出电压发生较大变化时，高精度的模数转换器的高功耗是一种浪费；但如果模数转换器的精度较低，较稳定输出时的电压精度则可能不足。
因此既要满足稳定输出时的高精度，瞬态时又可以节省功耗，精度可重构模数转换器是一种优选方案。
发明内容：
本发明的目的在于针对数字电源输出电压的特点，提供了一种用于数字电源的精度可重构延迟线模数转换器电路，既能在稳定工作的输出电压附近有高精度的电压检测，又能在输出电压发生较大变化时实现低精度检测以降低系统功耗。
为达到以上目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种用于数字电源的精度可重构延迟线模数转换器电路，包括
比较器，用于比较模数转换器的输入电压与基准电压，得到输入电压相对于基准电压的误差量；
延迟链，由2n+1个延迟单元串联组成，每个延迟单元由尾管电流控制，用于当输入电压变化时，根据对误差量的采样产生温度计码，其中，n为4或5；
编码器，用于将采样所得的温度计码进行编码转化成二进制码；
转换开关，用于根据系统的不同需要打开或关闭，使模数转换器在不同的精度下工作。
本发明进一步的改进在于：比较器通过模数转换器的输入电压与一个锯齿波SAW的比较，根据锯齿波的斜率得到输入电压相对于基准电压的误差量。
本发明进一步的改进在于：还包括校准回路，用于保证对输入电压精准量化。
本发明进一步的改进在于：校准回路中设有一个采样判断电路，用于对当前延迟链的状态采样，并通过采样结果反馈控制延迟单元延迟时间的大小。
本发明进一步的改进在于：还包括S信号产生电路，由比较器和逻辑电路组成；其中，比较器负责比较输入电压与基准电压的大小，再由逻辑电路判断输出电压是处于稳定工作还是相对变化的情况下，产生一个切换模数转换器精度的信号S，且信号S的取值为0或1。
本发明进一步的改进在于：转换开关选用4位和5位转换开关，4位和5位转换开关由切换模数转换器精度的S信号控制，当S为1时模数转换器工作在5位高精度模式下，S为0时模数转换器工作在4位低精度模式下，从而实现模数转换器精度在4位与5位之间的切换。
与现有技术相比，本发明对用于数字电源的模数转换器进行了优化，改进了单一精度的延迟线模数转换器不能兼顾高精度电压检测和低功耗工作的缺点，能够同时适应数字电源在输出电压稳定时和输出电压有较大波动时的电压转换要求，能满足数字电源对模数转换器功耗和精度的要求。
本发明适用于数字电源，在数字电源稳定工作时，高精度延迟线模数转换器准确地检测到输出电压的微小变化，使输出电压更加稳定；当输入电压或负载的改变引起数字电源的输出电压发生较大变化时，低精度延迟线模数转换器能在降低功耗的前提下检测到输出电压的变化，并使其回到稳定状态。
本发明的精度可以在4位和5位之间调节，其优势在于：既能够在数字电源稳定工作时提供小纹波的输出电压，又能够在输出电压发生较大变化时，在降低功耗的前提下调节输出回到稳定状态。在功能上既能满足稳定工作时的高精度要求，又能够适应输出电压的瞬态变化。
附图说明：
图1为显示4位延迟线模数转换器的电路结构。
图2为显示4位延迟线模数转换器校准回路等效电路。
图3为显示4位延迟线模数转换器中的校准回路采样判断电路。
图4为显示尾管电流控制的延迟单元结构。
图5为显示4位延迟线模数转换器中控制延迟单元的尾管电流控制单元。
图6为显示4位和5位精度可重构的延迟线模数转换器的整体电路结构。
图7为显示产生切换信号S的电路。
图8为显示依据本发明所实施的4位和5位切换电路中的控制延迟单元的尾管电流控制单元。
图9为显示4位和5位延迟链切换电路。
图10为显示4位和5位切换的校准回路采样判断电路。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明一种用于数字电源的精度可重构延迟线模数转换器电路，包括
比较器，用于比较模数转换器的输入电压与基准电压，通过模数转换器的输入电压与一个锯齿波SAW的比较，根据锯齿波的斜率得到输入电压相对于基准电压的误差量；
延迟链，由2n+1个延迟单元串联组成，每个延迟单元由尾管电流控制，用于当输入电压变化时，根据对误差量的采样产生温度计码，其中，n为4或5；
校准回路，用于保证对输入电压精准量化；由于延迟线模数转换器的延迟单元较容易受到电源电压、工艺和环境温度变化的影响，造成延迟单元的延迟时间在不同的工作条件下发生较大的改变，而且经过延迟链的累积后，延迟链越长影响越显著，所以校准电路不可或缺；校准回路中设有一个采样判断电路，对当前延迟链的状态采样，并通过采样结果反馈控制延迟单元延迟时间的大小，实现精准量化；
编码器，用于将采样所得的温度计码进行编码转化成二进制码；
S信号产生电路，由比较器和逻辑电路组成；其中，比较器负责比较输入电压与基准电压的大小，再由逻辑电路判断输出电压是处于稳定工作还是相对变化的情况下，产生一个切换模数转换器精度的信号S，且信号S的取值为0或1；
4位和5位转换开关，用于使模数转换器根据系统的不同需要打开或关闭从而工作在不同的精度下，具体地说，4位和5位转换开关由切换模数转换器精度的S信号控制，当S为1时模数转换器工作在5位高精度模式下，S为0时模数转换器工作在4位低精度模式下，从而实现模数转换器精度在4位与5位之间的切换。
实施例：
图1为4位延迟线模数转换器的结构图。工作过程分为校准和量化两个部分。图2为4位延迟线模数转换器的校准部分的工作原理图。在理想情况下，信号从第1个延迟单元依次传输到第17个延迟单元。信号通过第n个延迟单元后为dn，每经过一个延迟单元，延迟时间为td，则经过16个延迟单元总的延迟时间为16td。要使得模数转换器对输入电压精确量化，则要保证一个时钟周期内，信号刚好从第1个延迟单元传输到第17个延迟单元，即要满足16td等于一个时钟周期的长度TD。
为了保证延迟单元在不同的工艺、电源电压以及环境温度下能维持正确的延迟时间，需要对延迟单元进行自适应控制。实现方式分为以下两个步骤：对当前延迟链状态的采样；通过采样结果反馈控制延迟单元延迟时间的大小。
图3为4位延迟线模数转换器中的校准回路采样判断电路。采样判断电路使用D触发器对d16和d17进行采样。根据上文的分析，采样结果的不同反映了延迟单元的延迟时间大小的情况。设计一个对采样结果进行判断的电路，从而判断延迟单元的延迟大小是否符合要求。
CLK1的上升沿信号经过第16个延迟单元后为d16，D触发器对d16采样的结果为DFF16，d17的采样结果为DFF17，然后将DFF16和DFF17作为二输入或非门和异或门的输入信号，输出结果分别为ADD和HOLD信号。根据校准的目标可以得出下面的情况以及调整的方向：
当DFF16为1、DFF17也为1时，此时ADD为0、HOLD为0，表明延迟过小，应当减小电流以增大延迟单元的延迟时间；当DFF16为0、DF17也为0时，此时ADD为1、HOLD为0，表明延迟过大，应当增大电流以减小延迟单元的延迟时间；当DFF16为1、DFF17为0时，此时ADD为0、HOLD为1，表明延迟合适，应当保持电流不变以维持延迟单元的延迟时间。然后将ADD与HOLD信号以数字信号的形式输入其后的尾管电流控制模块。
图4为尾管电流控制的延迟单元结构，当输入IN由低变高时，X点寄生电容上的电荷通过M2和M3放电，其放电时间与I_IN成反比；输入IN由高变低时，X点的寄生电容则通过M1充电，其充电速度很快。所以延迟单元在一个周期内翻转2次，对电容充放电各1次，只对上升沿有一定延迟，对下降沿则几乎没有延迟，并且上升沿的延迟与控制电流成反比。
X点的电荷量Q(v)根据下式计算：
式中：C(v)为X点的寄生电容，受工艺的影响X点的电荷量Q(v)会处于QMAX与QMIN之间；VDD为电源电压。
图5为尾管电流控制单元的结构。尾管电流控制单元保存上一时钟周期时尾管电流大小的数字信号、结合输入ADD与HOLD信号进行运算、并输出当前时钟周期的尾管电流大小数字信号。该数字信号的处理部分通过编写行为级Verilog代码综合生成门级网表作为数字模块，被系统调用。根据该数字模块的输出，尾管电流控制单元向延迟单元提供大小不同的电流，从而控制延迟单元的延迟大小。
4位数字信号控制开关D0～D3决定n管电流镜比例，进而控制IOUT的大小，IOUT可以用式(2)表示。
式中：D0～D3的值根据数字模块的计算结果决定，其值为1或者0；IOUT为尾管电流控制单元的输出电流，与延迟单元中的I_IN相连，用于控制延迟单元的延迟大小；IIN为尾管电流控制单元的输入电流。
由此可以得到尾管电流控制单元输出的电流最小值与最大值：
为了保证延迟单元能提供足够小的延迟，也即在时钟周期内的最大电流能够提供的电荷不少于QMAX，以完成延迟单元中非门的翻转。同理，为了保证延迟单元能够提供足够大的延迟，也即在时钟周期内的最小电流能够提供的电荷不多于QMIN。因此可以得到对IOUT,MAX与IOUT,MIN的约束条件：
将上面两式联立，可得
在IOUT,MAX与IOUT,MIN的要求下，可以对IIN和n进行调整。
图6为4位和5位精度可重构的延迟线模数转换器的整体电路结构。实现4位和5位的切换首先需要产生一个切换信号S，这个信号控制尾管电流控制单元产生合适的电流以保证延迟单元提供足够的延迟。同时S信号控制延迟链中正在工作的延迟单元的个数和校准判断电路采样的延迟信号。根据S信号的两个值最终实现延迟线模数转换器在4位或5位的精度下进行工作。
图7是产生切换信号S的电路。当数字电源处于稳定的工作状态时，输出电压变化较小，处在VREFH和VREFL之间，这时电路输出S信号为1，进行5位高精度量化，以保证系统在稳定工作的输出电压附近有高精度的电压检测；当数字电源的输出电压由于输入或负载的变化而发生较大变化时，处于VREFH之上或者VREFL之下时，这时电路输出S信号为0，进行4位低精度量化，以降低系统功耗。
图8为依据本发明所实施的4位和5位切换电路中的尾管电流控制单元。4位和5位延迟线模数转换器之间的差别在于延迟单元的个数以及尾管电流控制单元的输出电流的大小。对于改变尾管电流控制单元的输出电流的大小，这里在4位延迟线模数转换器尾管电流控制单元的结构上，再加一个与由数字信号控制开关D0～D3相同的由切换信号S控制的电流镜，S为‘0’时进行4位量化，S为‘1’时进行5位量化。从图中可以看出当S为‘0’时，这个结构就与4位时的尾管电流控制单元的结构一样，即进行4位量化；当S为‘1’时，进行5位量化，这时：
这样：
为了保证延迟单元在4位和5位的要求下都能提供足够小的延迟，也即在时钟周期内的最大电流能够提供的电荷不少于QMAX，以完成延迟单元中非门的翻转。同理，为了保证延迟单元在4位和5位的要求下都能够提供足够大的延迟，也即在时钟周期内的最小电流能够提供不多于QMIN。因此可以得到对IOUT,MAX与IOUT,MIN的约束条件：
将上面两式联立，可得：
在IOUT,MAX与IOUT,MIN的要求下，可以对IIN和n进行调整。
图9为4位和5位延迟链切换电路。对于延迟单元个数的控制通过MOS开关来选择。在第17个和第18个延迟单元之间加一个NMOS，栅极接S信号，这样当S为‘0’时，开关关断，进行4位量化，后面的16个延迟单元不再工作，节省了功耗；当S为‘1’时，开关导通，33个延迟单元同时工作，进行5位量化。
图10为4位和5位切换的校准判断电路。通过两个二选一多路选择器(MUX)来实现。当4位量化时，是通过D触发器对d16和d17进行采样；5位量化时，是通过D触发器对d32和d33进行采样。这样由S信号控制两个MUX即可实现对这两对信号的选择。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种用于数字电源的精度可重构延迟线模数转换器电路，其特征在于：包括
比较器，用于比较模数转换器的输入电压与基准电压，得到输入电压相对于基准电压的误差量；
延迟链，由2n+1个延迟单元串联组成，每个延迟单元由尾管电流控制，用于当输入电压变化时，根据对误差量的采样产生温度计码，其中，n为4或5；
编码器，用于将采样所得的温度计码进行编码转化成二进制码；
转换开关，用于使模数转换器根据系统的不同需要打开或关闭从而工作在不同的精度下；
还包括S信号产生电路，由比较器和逻辑电路组成；其中，比较器负责比较输入电压与基准电压的大小，再由逻辑电路判断输出电压是处于稳定工作还是相对变化的情况下，产生一个切换模数转换器精度的信号S，且信号S的取值为0或1，当输出电压处于稳定工作的情况下时信号S的取值为1，当输出电压处于相对变化的情况下时信号S的取值为0；
转换开关选用4位和5位转换开关，4位和5位转换开关由切换模数转换器精度的S信号控制，当S为1时模数转换器工作在5位高精度模式下，S为0时模数转换器工作在4位低精度模式下，从而实现模数转换器精度在4位与5位之间的切换。
2.根据权利要求1所述的一种用于数字电源的精度可重构延迟线模数转换器电路，其特征在于：比较器通过模数转换器的输入电压与一个锯齿波SAW的比较，根据锯齿波的斜率得到输入电压相对于基准电压的误差量。
3.根据权利要求1所述的一种用于数字电源的精度可重构延迟线模数转换器电路，其特征在于：还包括校准回路，用于保证对输入电压精准量化。
4.根据权利要求3所述的一种用于数字电源的精度可重构延迟线模数转换器电路，其特征在于：校准回路中设有一个采样判断电路，用于对当前延迟链的状态采样，并通过采样结果反馈控制延迟单元延迟时间的大小。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105319798B (zh) * 2015-11-16 2018-01-12 上海交通大学 采样率按2的任意幂次可重构的光学模数转换装置
CN105959011B (zh) * 2016-06-13 2019-03-19 东南大学 一种分段延迟环模数转换器
CN106059521B (zh) * 2016-06-28 2019-05-07 中国科学院微电子研究所 基于延迟链结构的时域放大器
CN113126670A (zh) * 2021-03-31 2021-07-16 武汉益邦汽车技术有限公司 一种lpg汽化装置的控制方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101174825A (zh) * 2006-10-27 2008-05-07 英飞凌科技股份公司 延迟级、环形振荡器、pll电路和方法
CN102832939A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 电子科技大学 一种adc转换器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2330744A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-08 Nxp B.V. Analog to digital conversion circuit and method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101174825A (zh) * 2006-10-27 2008-05-07 英飞凌科技股份公司 延迟级、环形振荡器、pll电路和方法
CN102832939A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 电子科技大学 一种adc转换器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种应用于数字电源的模数转换器的设计;张国贤等;《复旦学报（自然科学版）》;20140830;全文 *
开关电源的数字控制技术;高锐等;《通信电源技术》;20090525;全文 *

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