CN113273069A - 利用内部模拟控制环路向负载供电的电源和方法 - Google Patents

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Abstract

电源包括输出级，该输出级被配置为提供供给电流，以便获得供给电压。电源还包括被配置为接收参考电压信息和测量电压信息并且提供控制信号的数字调节器。电源还包括内部模拟控制环路，其中内部模拟控制环路被配置为向输出级提供基于供给电压的模拟反馈信号，以对供给电压的调节做出模拟调节贡献。也公开了用于向负载供电的方法。

Description

利用内部模拟控制环路向负载供电的电源和方法
技术领域
根据本发明的实施例涉及电源。
根据本发明的另外实施例涉及用于向负载供电的方法。
概括而言，根据本发明的实施例涉及用于基于数字控制环路的被测器件(device-under-test，DUT)电源的负载阶跃改善。
背景技术
电源，或者稳压电源，被应用于许多技术应用中。例如，稳压电源被用于大多数电气装置中，如计算机、多媒体设备，等等。此外，稳压电源还用于电气实验室环境中，在这些环境中，通常设置特别高的要求。
另外，稳压(或受控)电源通常也用于自动化测试设备中，以便为被测器件(甚至为多个被测器件)提供多一个或多个供给电压。例如，在自动化测试设备中，经常希望在测试程序中对供给电压进行编程，并且在不同的供给电压下执行测试。另外，在自动化测试设备中，通常希望有非常明确和稳定的供给电压，以便能够可靠地表征被测器件。
在下文中，将描述一些传统解决方案。
例如，传统的解决方案使用基于数字控制环路的VI源(例如，电压-电流源)或者使用单个控制环路的DUT电源。
然而，考虑到现有技术，希望有一种电源概念，它在负载阶跃行为、准确性和实现工作之间提供改善的权衡。
发明内容
根据本发明的一实施例创造了一种电源(例如，用于自动化测试设备中)，该电源包括输出级，该输出级被配置为提供供给电流，以便获得供给电压。例如，输出级基于控制信号例如向被测器件提供供给电流。电源还包括数字调节器，该数字调节器被配置为接收参考电压信息(例如，描述期望供给电压的数字信息，例如SV)和测量电压信息(例如，对基于实际供给电压的信号进行模数转换的模数转换器的输出)并且提供控制信号(例如，用于输出级，或者一般而言用于控制输出级)。另外，电源还包括内部模拟控制环路，其中内部模拟控制环路被配置为向输出级提供基于供给电压的模拟反馈信号，以对供给电压的调节做出模拟调节贡献。因此，供给电压的调节可以是组合的模拟和数字调节，其中一个贡献来自于数字调节器，并且其中一个贡献来自于内部模拟控制环路。
根据本发明的这个实施例是基于这样的发现，即内部模拟控制环路可能有助于改善负载阶跃行为，同时将实现工作保持在合理地少。具体地，通过将数字调节器与内部模拟控制环路相结合，即使利用低复杂度的模拟控制电路来实现内部模拟控制环路，也可达到较高的调节准确度，因为数字调节器通常可用于利用相对较慢的调节方案或调节算法来实现高精度的调节，而内部模拟控制环路以降低的准确度实现相对较快的调节。总而言之，数字调节器和内部模拟控制环路的组合允许了快速的负载阶跃行为，这主要是由于相对快速和低复杂度的内部模拟控制环路，并且同时允许了高调节准确度，这主要是由于通常相对较慢和更复杂的数字调节器。数字调节器可应用一种可高效地适应于各个应用环境的具体需要的调节方案或调节算法。例如，内部模拟控制环路甚至在数字调节器响应负载阶跃之前就可抵消响应于负载阶跃的供给电压的变化。从而，在负载阶跃之后的有限时间环境内，内部模拟控制环路的响应可能比数字调节器的响应明显更强(例如，至少强五倍或者至少强十倍)。
另外，应当注意，内部模拟控制环路的添加通常也比数字调节器(例如，包括要求的模数转换器和要求的数模转换器)的(大幅)加速容易实现(和便宜)得多，后者将带来电源的负载阶跃响应的可比改善。
总而言之，本文论述的结合了数字调节器和内部模拟控制环路的使用的电源带来了实现工作(或者等同地，成本)、调节准确度和负载阶跃行为之间的改善的权衡。
在优选实施例中，内部模拟控制环路的带宽比数字调节器的带宽大，至少大5倍，或者至少大10倍，或者至少大20倍(其中，例如，数字调节器的带宽可以是50千赫兹，或者可以是50千赫兹的数量级)。
然而，通过将内部模拟控制环路的带宽选择为显著大于数字调节器的带宽，与仅包括数字调节器的电源相比，负载阶跃行为可得到显著改善。另外，已发现，带宽显著大于数字调节器带宽的内部模拟控制环路的实现通常可通过适度的实现工作来实现。。因此，易于实现和快速的内部模拟控制环路可显著改善负载阶跃行为，而不会过度增大实现成本。
在优选实施例中，内部模拟控制环路的带宽(例如，500千赫兹至1兆赫兹)高于为数字调节器提供测量电压信息的模数转换器的采样率(例如，2兆赫兹或2Msps)的十分之一。通过拥有如此高的内部模拟控制环路的带宽(这通常可通过适度的工作来实现)，可以实现内部模拟控制环路对负载阶跃的反应比数字调节器更快。换言之，通过适当选择内部模拟控制环路的带宽，可以实现内部模拟控制环路的短期(瞬时)响应强于数字调节器的短期响应(在负载阶跃之后不久)。从而，内部模拟控制环路可改善负载阶跃行为，而无需数字调节器的速度的通常更昂贵的提高(这通常也要求提高为数字调节器提供测量电压信息的模数转换器的采样率)。
在优选实施例中，内部模拟控制环路被配置为执行比例控制(即，充当比例控制器)。这例如可意味着模拟控制环路相对较快(例如，比积分控制快)，但通常即使在稳定状态下也会留下控制误差。换言之，内部模拟控制环路可例如被配置为执行纯比例控制。另外，数字调节器可被配置为执行包括积分控制的闭环控制(其中，积分控制可例如比内部模拟控制环路相对较慢，但可将稳定状态中的控制误差减小到比内部模拟控制环路更小的值)。已发现，比例控制可以用较少的工作、但较高的速度来实现，并且比例控制很适合于抵消由负载阶梯导致的供给电压波动(例如，供给电压下降或供给电压峰值)。另一方面，更精细的控制，包括积分控制，可在数字调节器中以适度的工作实现，并且通常提供所期望的供给电压的高稳态准确度。
在优选实施例中，数字调节器的控制机制(例如，控制算法)是可重配置的(例如，在时间常数和/或增益方面，例如在控制子功能方面，如比例控制、积分控制和/或差分控制)。换言之，数字调节器的功能可适应于特定应用环境的具体需要，这在存在完全模拟调节的情况下将是非常困难的。另一方面，通常没有必要改变内部模拟控制环路的特性，因为内部模拟控制环路主要负责处理负载阶跃。因此，有可能使用简单的不可配置的模拟电路来实现内部模拟控制环路，这样节省了实现工作，同时利用可重配置的数字调节器来维持期望的适应程度。从而，可以在实现工作和调节特性之间实现良好的折衷。
在优选实施例中，内部模拟控制环路被配置为在数字调节开始生效(或者采取行动)之前，减小或限制或抵消由耦合到电源的负载的电流消耗的变化引起的负载阶跃(例如，也减小或限制或抵消负载阶跃)。通过使用这样的快速内部模拟控制环路，可以有非常好的负载阶跃行为，同时避免实现非常快的数字调节的需要。因此，可以在实现工作和调节结果之间实现良好的权衡。
在优选实施例中，内部模拟控制环路被配置成使得供给电压的下降(这例如可能是在数字调节开始生效之前由耦合到电源的负载的电流消耗的快速增大而引起的)导致供给电流的增大。换言之，内部模拟控制环路可被配置成抵消(例如，通过适当地影响输出级的功率半导体的驱动信号)电源电压的变化(例如，下降)。从而，内部模拟控制环路能够以高效的方式抵消供给电压的突然变化，而且通常比数字调节器快得多。
因此，供给电压的过度突然变化可通过适度的工作来避免，这使得该电源适合用于测试设备中。
在优选实施例中，内部模拟控制环路包括供给电压或者基于供给电压的模拟信号(例如，供给电压的比例版本)到输出级的反馈。通过将供给电压或者基于供给电压的模拟信号反馈到输出级，由内部模拟控制环路实现的闭环控制可非常快速地对供给电压变化作出反应。例如，形成内部模拟控制环路的调节器的控制放大器(例如，差分放大器或运算放大器)可以是输出级的一部分，这通常会导致内部模拟控制环路的延迟非常低。所述控制放大器例如也可考虑由数字调节器提供的控制信号，从而获得用于为负载提供供给电流的输出级的功率元件(例如，功率半导体)的驱动信号。
在优选实施例中，内部模拟控制环路包括由数字调节器提供的控制信号和表示供给电压的反馈信号(其中表示供给电压的反馈信号例如可等于供给电压或者可基于供给电压)之间的减法(例如，模拟减法)，以便获得用于输出级的驱动信号(例如，用于提供供给电流的一个或多个功率半导体器件的驱动信号)。例如，通过从数字调节器提供的控制信号中减去反馈信号，可以一种非常高效的方式获得用于一个或多个功率半导体器件的驱动信号。例如，该减法可由控制放大器或运算放大器执行，其中该差分放大器或运算放大器的增益可被适当地调整以适于例如具有稳定的控制环路、充分的带宽和适当的调节准确度和特性。
在优选实施例中，该电源还包括用于数字调节器的反馈路径，被配置为基于由数字调节器提供的数字控制信息来获得模拟控制信号的数模转换器，以及模拟调节器(例如，差分放大器或运算放大器)，该模拟调节器被配置为接收由数模转换器提供的模拟控制信号和表示供给电压的模拟反馈信号，并且基于由数模转换器提供的模拟控制信号和模拟反馈信号来提供用于输出级的驱动信号。已发现，这样的电路结构允许了特别好的调节。数字调节环路包括用于数字调节器的反馈路径(其可能与用于内部模拟控制环路的反馈路径不同，或者可以与内部模拟控制环路部分重叠)、数字调节器和获得模拟控制信号的数模转换器。另外，模拟反馈信号和由数模转换器提供的模拟控制信号可在模拟调节器中被组合，以获得用于输出级的功率组件(例如，半导体器件)的驱动信号。
从而，本文描述的结构可允许简单地实现包括数字控制环路和内部模拟控制环路两者的多环路调节。利用模拟控制信号(基于数字调节)和模拟反馈信号(经由内部模拟控制环路提供)，数字调节和模拟调节两得的具体优点可通过适度的工作组合起来，其中模拟控制信号和模拟反馈信号在模拟调节器中的组合可导致模拟调节的高带宽(或者等同地，模拟调节的小时延)。
在优选实施例中，用于数字调节器的反馈路径包括模数转换器和滤波器(例如，低通滤波器)。滤波器(例如，低通滤波器)耦合在负载连接(在该处供给电压被提供给负载)和模数转换器的输入之间。因此，获得用于数字调节器的数字反馈信息，其中，例如，考虑到模数转换器的有限采样率，输入到模数转换器中的信号的带宽被限制，从而避免混叠。
在优选实施例中，用于数字调节器的反馈路径包括缓冲器，该缓冲器耦合在负载连接和滤波器之间。因此，可以实现解耦合，并且负载保持基本上不受反馈路径的影响。
在优选实施例中，该电源进一步包括用于电流测量的分流电阻器，它被耦合在输出级和负载连接之间(在该负载连接处供给电压被提供给负载)。分流电阻器从而允许了电流测量，但也可提供一些寄生电压下降，特别是在负载阶跃的情况下，然而这可由内部模拟控制环路来合理补偿。从而，可以实现分流电阻器的存在不会显著劣化负载阶跃行为。
根据本发明的实施例创造了一种利用包括数字调节器和内部模拟调节环路的电源向负载供电的方法。例如，该电源可包括输出级(其例如基于控制信号向例如被测器件提供供给电流)，该输出级被配置为提供供给电流，以获得供给电压；数字调节器，被配置为接收参考电压信息(例如，描述期望供给电压的数字信息，例如SV)和测量电压信息(例如，对基于实际供给电压的信号进行模数转换的模数转换器的输出)并且为输出级提供控制信号；以及内部模拟控制环路，其中内部模拟控制环路被配置为向输出级提供基于供给电压的模拟反馈信号，以对供给电压的调节做出模拟调节贡献(其中供给电压的调节是组合的模拟和数字调节，其中一个贡献来自于数字调节器，并且其中一个贡献来自于内部模拟控制环路)。该方法包括利用内部模拟控制环路利用第一时间常数对由负载变化引起的供给电压的下降或峰值进行至少部分补偿，并且利用数字调节利用第二时间常数对供给电压进行精细调节。第一时间常数比第二时间常数小，例如至少小5倍。
该方法是基于与上述电源相同的考虑的。具体地，该方法允许了实现复杂性、调节准确度和负载阶跃行为之间的良好权衡。内部模拟控制环路和数字调节的组合有助于对负载变化快速做出反应，同时仍实现出色的稳态调节准确度，而不需要过度昂贵的高速数字调节(其中应当注意，同时具有非常高的准确度和高采样率的模数转换器通常是非常昂贵的)。从而，通过将不同的功能，即对负载阶跃的快速反应和对稳定状态的准确调节，分配给具有不同调节速度的两个不同组件，即内部模拟控制环路和数字调节，可以用适度的实现工作来实现特别好的整体功能。
然而，应当注意，这里描述的方法可以可选地被补充以本文公开的也是关于电源的任何特征、功能和细节。应当注意，该方法可以可选地由这样的特征、功能和细节单独或结合起来进行补充。
附图说明
随后将参考附图描述根据本发明的实施例，附图中：
图1根据本发明的实施例示出了电源的示意性框图；
图2示出了本发明的实施例可以实现的调节功能的示意性表示；
图3根据本发明的另一实施例示出了带有内部模拟环路的数字控制的示意性框图；并且
图4示出了传统数字控制环路的示意性框图。
具体实施方式
5.1.根据图1的电源
图1根据本发明的实施例示出了电源100的示意性框图。
电源100被配置为接收参考电压110，并且在此基础上在负载连接112处提供输出电流Isup或者等效地提供输出电压Vsup(其中负载可在负载连接处耦合到电源)。电源包括输出级120，其中输出级120提供供给电流Isup，以获得(期望的)供给电压Vsup。输出级120例如可依据由数字调节器130提供的控制信号132并且依据经由内部模拟控制环路提供的模拟反馈信号142来提供供给电流Isup。数字调节器132被配置为接收参考电压信息110(例如，描述期望供给电压的数字信息，例如SV)和测量电压信息134(例如，对基于实际供给电压Vsup的信号进行模数转换的模数转换器的输出)。另外，数字调节器130被配置为提供控制信号132。内部模拟控制环路被配置为向输出级提供模拟反馈信号142，以对供给电压的调节做出模拟调节贡献。例如，该模拟反馈信号可基于供给电压Vsup。
因此，供给电压Vsup的调节是组合的模拟和数字调节，其中一个贡献来自数字调节器130并且其中一个贡献来自内部模拟控制环路。例如，控制信号132的模拟表示和模拟反馈信号142都可被馈送到输出级，其中输出级120对于电流Isup的调整可考虑控制信号132的模拟表示和模拟反馈信号142两者。例如，控制信号132的模拟表示和模拟反馈信号142之间的差异可由输出级120考虑用于调整供给电流Isup。
在电源100中，内部模拟控制环路和数字调节器130都支持供给电压Vsup的调节，其中内部模拟控制环路通常对负载阶跃提供更快的响应，并且其中数字调节器130通常提供稳态供给电压的更精确调节。然而，已发现，数字调节器和内部模拟控制环路的组合构成了一种成本效益高的方式来改善整体调节行为。
通常，内部模拟控制环路在负载阶跃的情况下包括更好的调节特性，而数字调节器对于稳态供给电压的调节包括更好的调节特性。
然而，应当注意，电源100可以可选地被补充以本文公开的任何特征、功能和细节。
在下文中，将参考图2描述可由电源100实现的调节特性的示例。图2示出了供给电压Vsup随着时间的流逝的时间演变的示意性表示。横坐标210描述时间，纵坐标212描述供给电压Vsup。从图2可以看出，供给电压Vsup最初取值为Vsup1。然而，在时间t1有负载阶跃，这意味着耦合到负载连接112的负载增大了负载电流。例如，负载电流的增大可以是突然的或阶梯式的。响应于负载阶跃，供给电压Vsup减小，其中减小的速度可被限制，例如，被与负载并联耦合的一个或多个电容所限制。与负载并联耦合的这些电容可以是电源100的一部分，或者可以是外部组件。然而，在时间t2，内部模拟控制环路可开始生效，并且可抵消供给电压的进一步降低。例如，内部模拟控制环路可向输出级提供反馈，从而增大供给电流Isup。例如，经由内部模拟控制环路的反馈可具有如下效果：可提供(或递送)供给电流Isup的输出级的功率器件的驱动信号被增大。因此，相对于先前状态，供给电流Isup也增大了，并且输出级120因此抵消了供给电压Vsup的下降。因此，可以看出，在时间t2，供给电压Vsup再次开始向目标值Vsup1(其例如可由参考电压信息定义)增大。从时间t3开始，数字调节器也可变得活跃，并且可朝着期望值Vsup1对供给电压Vsup进行精细调节。
总而言之，就在负载阶跃之后，电压下降主要由与负载并联的电容来限制。然而，远在数字调节器开始生效之前，内部模拟控制环路就已开始生效。内部模拟控制环路通常能够将电压下降限制到可接受的值，但通常不能将供给电压完全恢复到期望值Vsup1。这一部分是由于内部模拟控制可例如只提供比例控制功能而可能没有带来积分控制功能这个事实而引起的。然而，数字调节器最终可对供给电压执行非常精确的调节，例如利用积分控制组件来执行，并且可能因此在一定量的时间之后将供给电压恢复到期望值Vsup1(或者非常接近期望值)。从而，内部模拟控制环路和数字调节器可相互补充，以提供良好的供给电压调节，无论是在负载阶跃之后不久还是在稳定状态中。
应当注意，参考图2描述的电源100的行为可例如通过以下事实来实现：内部模拟控制环路的带宽比数字调节器130的带宽大(例如，大5倍，或者大10倍或20倍)。该功能也可通过以下事实来实现：内部模拟控制环路的带宽高于为数字调节器提供测量电压信息134的模数转换器的采样率的十分之一。
例如，内部模拟控制环路的快速反应可通过以下事实来实现：内部模拟控制环路可被配置为执行比例控制(或者仅是比例控制)。与之不同，数字调节器可包括更先进的控制功能。例如，数字调节器130可执行闭环控制，其中包括积分控制。作为一示例，数字调节器130可被配置为执行比例-积分调节或者执行比例-积分-微分调节(PID-调节)。然而，数字调节器130也可执行不同的控制功能，甚至可包括非线性调节特性。
另外，应当注意，可选地，数字调节器可以是可重配置的，因为由数字调节器130执行的控制功能(或者控制机制，或控制算法)可由软件定义，而该软件可根据具体要求来进行修正和调整。从而，与提供模拟闭环控制贡献的内部控制环路相比，数字调节器130在其配置方面可能更加灵活。如上文所概述，内部模拟控制环路可抵消由耦合到电源(例如，经由负载连接112)的负载的电流消耗的变化引起的供给电压变动(例如，供给电压下降或者供给电压过冲)。例如，内部模拟控制环路可足够快，甚至在数字调节变得活跃之前就能抵消供给电压变动。
如上文所概述，供给电压的下降(如图2中的时间t1所示)可导致供给电流ISUP的增大，这最初可能是由经由内部模拟控制环路的反馈引起的。
然而，应当注意，本文公开的任何其他特征、功能和细节也可以可选地被应用在电源100中。另一方面，关于电源100所描述的任何特征、功能和细节可以可选地被引入到本文所公开的任何其他实施例中。
5.2根据图3的实施例
图3根据本发明的另一实施例示出了电源300的示意性框图。
电源300被配置为接收参考电压信息或者期望电压信息310，并且在此基础上向负载314提供供给电压Vsup，该负载314可耦合到负载连接312。负载314例如可包括被测器件，或者概括来说，包括第一负载组件314a，它由电阻器表示。然而，应当注意，负载组件314a不一定需要是电阻器，而可以例如是集成电路。另外，负载314例如还可包括(例如作为第二负载组件)电容314b，它可与第一负载组件或被测器件314a并联。例如，电容314b可用于在“负载阶跃”的情况下，即，在负载组件314突然改变其电流消耗的情况下，避免供给电压Vsup的突然变化。电流消耗的这种突然变化可例如发生在负载组件314a被激活或者被指示执行耗电操作(例如，在空闲状态之后)时。
然而，应当注意，负载314通常不是电源300的一部分，而是经由负载连接312耦合到电源。
电源300包括输出级320作为重要组件，该输出级320可例如依据模拟控制信号322和模拟反馈信号342提供供给电流Isup。
例如，输出级320可包括控制放大器或差分放大器或运算放大器，这样，供给电流Isup可例如由模拟控制信号322和模拟反馈信号342之间的差异来确定。例如，输出级320可包括一个或多个功率半导体器件，它们依据一个或多个驱动信号来提供供给电流Isup，其中用于一个或多个功率半导体器件的所述一个或多个驱动信号可依据模拟控制信号322和模拟反馈信号342来确定(例如，依据模拟控制信号322和模拟反馈信号342之间的差异来确定)。另外，应当注意，输出级320的输出可例如经由分流电阻器324和连接326与负载连接312耦合。
分流电阻器324例如对于1A范围可包括100毫欧的值。换言之，可以提供分流电阻器324来生成与供给电流Isup成比例的电压下降，以允许电流测量。然而，应当注意，分流电阻器324可被认为是可选的，并且也可使用分流电阻器的不同值。
连接326可例如包括线缆和/或印刷电路板上的迹线和/或一个或多个针头(例如，弹簧式针头触点)。然而，应当注意，任何类型的电气连接可用来连接输出级320的输出与负载连接312。
另外，应当注意，电源300还包括数字调节器330，它接收参考电压信息310(例如“SV”)并且还接收测量电压信息334。数字调节器330基于参考电压信息310和测量电压信息334向数模转换器336提供数字控制信号或数字控制信息332。数模转换器336可基于数字控制信号332提供模拟控制信号322。
应当注意，数字调节器330可使用任何调节机制或调节算法。例如，数字调节器330可使用包括积分控制的调节机制或调节算法。然而，此外，数字调节器330优选地还可使用比例控制组件，并且可选地还可使用差分控制组件。例如，数字调节器330可被配置为执行PI控制功能或PID控制功能(其中PI指的是比例-积分，并且其中PID指的是比例-积分-微分)。
测量电压信息334可经由反馈路径350被提供给数字调节330。反馈路径350可例如包括缓冲器352、滤波器354和模数转换器356。例如，反馈路径350可以在负载314或第一负载组件314a的端子和数字调节330之间。反馈路径350可例如包括缓冲器352，它避免了滤波器354影响供给电压Vsup或电流测量。例如，缓冲器352的输入耦合到负载314或第一负载组件314a的端子，并且缓冲器352的输出耦合到滤波器354的输入。滤波器354可例如包括低通特性，以避免混叠伪影。然而，滤波器354也可帮助降低模数转换的噪声。滤波器354的输出可耦合到模数转换器356的输入，模数转换器356例如可对滤波器354的输出信号进行模数转换。另外，由模数转换器基于其输入信号提供的数字输出信息可构成测量电压信息334，并且可被输入到数字调节330中。
从而，数字调节器330可接收存在于负载314处或第一负载组件314a处的供给电压的经滤波和模数转换的表示作为测量电压信息334。
然而，应当注意，缓冲器352和滤波器354可被认为是可选的，并且模数转换器356的输入可例如直接耦合到负载314或第一负载组件314a的端子。
然而，电源300还包括内部模拟控制环路，该环路是通过将模拟反馈信号342馈送到输出级320而形成的。换言之，输出级320的输入可直接耦合(例如，没有任何额外的滤波器和/或没有任何中间的数字处理)到负载314或第一负载组件314a的端子。从而，模拟反馈信号342可表示存在于负载314处或第一负载组件314a处的供给电压。换句话说，测量电压信息334和模拟反馈信号342都可表示存在于负载314处或负载组件314a处的供给电压Vsup，但显然，模拟反馈信号342跟随供给电压Vsup的变化比输入到数字调节器330中的数字测量电压信息334快得多，因为模拟反馈信号342避免了由模数转换器356执行的相对缓慢的模数转换过程(并且通常也不经历滤波)。
关于电源300的功能，应当注意，由于内部模拟控制环路的存在，供给电流Isup可响应于供给电压Vsup的下降被迅速增大，其中反应(供给电流Isup的增大)的速度只受输出级的调节放大器和输出级的功率半导体器件的惯性限制。从而，就在负载阶跃之后，调节(例如，供给电流Isup的增大)是由内部模拟控制环路实现的。换句话说，响应于负载阶跃，有相对较高的传播时间，直到所产生的供给电压Vsup的变动被测量电压信息334所反映为止。由于模数转换器356、数字调节器330和数模转换器336施加的延迟，在供给电压的变动被反映在数字控制信号332中或者甚至模拟控制信号322中之前，有甚至更大的延迟。从而，就在供给电压的变动(例如，下降)之后(这是响应于负载阶跃发生的)，模拟控制信号322仍然保持恒定，但模拟反馈信号342已经反映了供给电压变动。由于供给电流Isup可例如由模拟控制信号322和模拟反馈信号342之间的差异确定，所以由于内部模拟控制环路的存在，供给电流Isup可非常快速地响应于供给电压的变动而被改变。具体地，由于内部模拟控制环路的存在，甚至在模拟控制信号322表现出对供给电压的变动的响应之前，供给电压Isup就可被改变。从而，对供给电压Vsup的变动的反应(例如，以供给电流Isup的适当变动的形式)由于内部控制环路的存在而显著加速，而不需要减小数字调节环路(或数字控制环路)的时延。然而，随着时间的推移，数字调节330也开始生效，并且可导致比仅使用内部模拟控制环路所能实现的更准确的供给电压调节。
鉴于以上论述，很明显，内部模拟控制环路的存在带来了显著的优势。
然而，应当注意，根据图3的电源可包括类似的调节特性，因为已经参考图2对其进行了描述。
另外，应当注意，电源300可以可选地被补充以本文公开的任何特征、功能和细节，既可以单独地也可以组合地。
此外，应当注意，电源300(以及电源100)例如可用于自动化测试设备中，其中被测器件可承担负载300或第一负载组件314a的角色。在此情况下，电容314b可以是电源的一部分，和/或可被布置在承载DUT的负载板上。参考电压信息310可例如由自动化测试设备的控制电路提供，并且参考电压信息310的时间演变可例如由测试程序来确定。
5.3根据图4的参考示例
图4示出了参考电源400的示意性框图。然而，应当注意，参考电源400与电源300相似，只不过没有内部模拟控制环路。因此，参考电源400对供给电压变化的反应通常比电源300对供给电压变动的反应慢得多。
5.4结论
应当注意，根据本发明的实施例为基于数字控制环路的电源或DUT电源创造了负载阶跃改善。
根据本发明的实施例，向基于数字控制环路的VI源或者使用单一控制环路的DUT电源添加了额外的内部模拟控制环路。有了额外的内部模拟控制环路，负载阶跃行为得到了显著改善。换言之，根据本发明的实施例解决了改善负载阶跃行为的问题。例如，标准的方案在输出处有大约100毫伏的下降电压，并且要花大约100μs来回到该电压(或者期望的供给电压)。有了内部反馈环路(或者内部模拟反馈环路)，负载阶跃可被改善到20毫伏，并且只需花几个1μs(例如，直到调节变得活跃为止，或者直到电压被带回可容忍的范围为止)。
根据本发明的实施例不需要电压测量模数转换器(例如模数转换器356)的非常高的采样率。例如，电压精度可由数字调节器给出，并且高速调节环路(或者一般而言，高速调节)由本地模拟控制环路(或者内部模拟控制环路)给出。
总而言之，本发明(或者根据本发明的实施例)的基本思想是将数字控制环路与内部高速控制环路相结合。
关于实施例的结构和操作的细节例如在图1、图2和图3中示出。
总而言之，已经公开了一种电源概念，它结合了不同调节概念的优点。数字调节器通常非常灵活，并且例如有可能调整带宽和/或调节特性。然而，通常包括模拟控制放大器的内部模拟控制环路通常比数字调节器快得多。在一些实施例中，内部模拟控制环路比数字调节器(或者比包括数字调节器的数字控制环路)至少快10倍。例如，内部模拟控制环路的带宽比包括数字调节器的(外部)数字控制环路的带宽至少大10倍。作为一示例，数字调节器可具有大约50kHz的带宽，或者50kHz量级的带宽，而内部模拟控制环路可具有在500kHz和1MHz之间的范围内的带宽。
另外，内部模拟控制环路可只包括纯比例调节器(而外部数字控制环路可能也包括积分调节器组件)。(可以是输出级的一部分的)模拟调节放大器的输入可例如与电源的输出或者与电源的负载连接直接耦合。这种直接连接可导致模拟调节的带宽特别高。
总而言之，根据本发明的实施例在复杂性和调节特性之间提供了良好的权衡。

Claims (14)

1.一种电源(100；300)，包括：
输出级(120；320)，被配置为提供供给电流(Isup)，以便获得供给电压(Vsup)；
数字调节器(130；330)，被配置为接收参考电压信息(110；310)和测量电压信息(134；334)并且提供控制信号(132；332)；
内部模拟控制环路，其中所述内部模拟控制环路被配置为向所述输出级(120；320)提供基于所述供给电压(Vsup)的模拟反馈信号(142；342)，以对所述供给电压的调节做出模拟调节贡献。
2.根据权利要求1所述的电源(100；300)，
其中所述内部模拟控制环路的带宽比所述数字调节器(130；330)的带宽大至少5倍或者至少10倍或者至少20倍。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电源(100；300)，
其中所述内部模拟控制环路的带宽高于为所述数字调节器(130；330)提供所述测量电压信息(134；334)的模数转换器(356)的采样率的十分之一。
4.根据权利要求1至3之一所述的电源(100；300)，
其中所述内部模拟控制环路被配置为执行比例控制，并且
其中所述数字调节器(130；330)被配置为执行闭环控制，所述闭环控制包括积分控制。
5.根据权利要求1至4之一所述的电源(100；300)，
其中所述数字调节器(130；330)的控制机制是可重配置的。
6.根据权利要求1至5之一所述的电源(100；300)，
其中所述内部模拟控制环路被配置为在所述数字调节(130；330)开始生效之前减小或限制或抵消由耦合到所述电源的负载(314)的电流消耗的变化引起的供给电压变动。
7.根据权利要求1至6之一所述的电源(100；300)，
其中所述内部模拟控制环路被配置成使得所述供给电压(Vsup)的下降导致所述供给电流(Isup)的增大。
8.根据权利要求1至7之一所述的电源(100；300)，
其中所述内部模拟控制环路包括所述供给电压(Vsup)的或者基于所述供给电压(Vsup)的模拟信号的反馈。
9.根据权利要求1至8之一所述的电源(100；300)，
其中所述内部模拟控制环路包括由所述数字调节器(330)提供的控制信号(322)与表示所述供给电压(Vsup)的反馈信号(342)之间的减法以便获得用于所述输出级的驱动信号。
10.根据权利要求1至9之一所述的电源(100；300)，
其中所述电源包括用于所述数字调节器(330)的反馈路径(350)，
数模转换器(336)，被配置为基于由所述数字调节器提供的数字控制信息(332)来获得模拟控制信号(322)，
模拟调节器(320)，其被配置为接收由所述数模转换器(336)提供的模拟控制信号(322)和表示所述供给电压(Vsup)的模拟反馈信号(342)，并且基于由所述数模转换器(336)提供的模拟控制信号(322)和所述模拟反馈信号(342)来提供用于所述输出级的驱动信号。
11.根据权利要求10所述的电源(100；300)，
其中用于所述数字调节器的反馈路径(350)包括模数转换器(356)，以及滤波器(354)，
其中所述滤波器(354)耦合在负载连接(112；312)和所述模数转换器(356)的输入之间。
12.根据权利要求11所述的电源(100；300)，
其中用于所述数字调节器(330)的反馈路径包括缓冲器(352)，所述缓冲器(352)耦合在所述负载连接(112；312)和所述滤波器(354)之间。
13.根据权利要求1至12之一所述的电源(100；300)，
其中所述电源还包括耦合在所述输出级(120；320)和负载连接(112；312)之间的用于电流测量的分流电阻器(324)。
14.一种用于利用包括数字调节和内部模拟调节环路的电源向负载供电的方法，
其中所述方法包括利用所述内部模拟控制环路利用第一时间常数对由负载变化引起的供给电压(Vsup)的下降或峰值进行至少部分补偿，并且
利用所述数字调节利用第二时间常数对所述供给电压进行精细调节，
其中所述第一时间常数比所述第二时间常数小至少五倍。
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