CN115436788A - 工作点检测电路及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种接收输入信号并生成输出信号的工作点检测电路包括：电荷泵、比较器以及控制电路；所述电荷泵接收所述输入信号和所述输出信号，并且从所述输入信号和所述输出信号生成比较目标信号，所述比较目标信号的大小是基于所述输入信号的第一占空比与所述输出信号的第二占空比来确定的；所述比较器接收参考信号和所述比较目标信号，并且将所述参考信号与所述比较目标信号进行比较以生成比较结果信号；所述控制电路接收所述输入信号和所述比较结果信号，并且将所述输出信号的所述第二占空比调整为在所述输入信号的连续循环周期中的恒定占空比。

Description

工作点检测电路及其操作方法
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求2021年6月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0072398的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明构思涉及工作点(duty point)检测电路及其操作方法，更具体地，涉及用于检测与输入信号的占空比具有恒定比率的工作点的电路(即，用于生成具有恒定占空比的输出信号使得输入信号的占空比与输出信号的占空比之比恒定的电路)。
背景技术
随着最近对诸如智能电话、平板个人计算机(PC)等移动设备的高效电源管理的需求日益增加，电源管理集成电路(PMIC)已经成为一个重要问题。特别是，最小化移动设备的功耗和提高移动设备的效率已成为PMIC的关键。在PMIC中已使用了诸如脉宽调制(PWM)直流(DC)-DC转换器的开关稳压器，其能够提供具有高驱动电压和高功率效率的电力。
发明内容
本发明构思提供了一种用于检测与输入信号的占空比具有恒定比率的工作点(即，生成具有恒定占空比的输出信号，使得输入信号的占空比与输出信号的占空比的比率是恒定的)的电路。
根据本发明的实施例，一种接收输入信号并生成输出信号的工作点检测电路包括电荷泵、比较器以及控制电路；所述电荷泵接收所述输入信号和所述输出信号，并且从所述输入信号和所述输出信号生成比较目标信号，所述比较目标信号的大小是基于所述输入信号的第一占空比与所述输出信号的第二占空比来确定的；所述比较器接收参考信号和所述比较目标信号，并且将所述参考信号与所述比较目标信号进行比较以生成比较结果信号；所述控制电路接收所述输入信号和所述比较结果信号，并且在所述输入信号的连续循环周期中将所述输出信号的所述第二占空比调整为恒定占空比。
根据本发明的实施例，一种接收输入信号并生成输出信号的工作时段调整电路包括电荷泵、参考信号生成电路、比较器以及锁存电路；所述电荷泵接收所述输入信号和所述输出信号，并且基于所述输入信号和所述输出信号生成比较目标信号；所述参考信号生成电路基于所述输入信号生成参考信号；所述比较器基于所述比较目标信号与所述参考信号之间的比较结果，生成锁存重置信号；所述锁存电路接收所述输入信号和所述比较结果信号，并且在所述输入信号的连续循环周期中将所述输出信号的占空比调整为恒定占空比。
根据本发明的实施例，一种电路的操作方法包括：接收所述电路的输入信号和从所述电路生成并反馈的输出信号；生成比较目标信号，其中，所述比较目标信号的大小是根据所述输入信号的占空比与从所述电路反馈的所述输出信号的占空比的比率确定的；将参考信号与所述比较目标信号进行比较以生成比较结果信号；以及基于所述输入信号和所述比较结果信号，在所述输入信号的连续循环周期中生成具有恒定占空比的输出信号。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的实施例，其中：
图1是示出根据本发明构思的实施例的工作点检测电路的图；
图2是根据本发明构思的实施例的电荷泵的图；
图3是示出根据本发明构思的实施例的参考信号生成电路和比较器的图；
图4是示出根据本发明构思的实施例的锁存电路的图；
图5是示出根据本发明构思的实施例的输出信号的占空比与输入信号的占空比被调整为恒定比率的实施例的图；
图6是示出根据本发明构思的实施例的调整输出信号的占空比以生成稳定的输出信号的实施例的图；
图7是示出根据实施例的基于源极电流与漏极电流的比率来调整恒定比率的实施例的图；
图8是示出根据本发明构思的实施例的工作时段调整电路(duty adjustmentcircuit)生成调整了占空比的输出信号的方法的流程图；
图9是示出根据本发明构思的实施例的确定比较目标信号的方法的流程图；
图10是示出根据本发明构思的实施例的电源管理集成电路(PMIC)的图；
图11是示出根据本发明构思的实施例的脉宽调制(PWM)控制器、降压转换器和感测电路的电路图；
图12是示出根据本发明构思的实施例的PWM控制器、升压转换器和感测电路的电路图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明构思的示例性实施例。
图1是示出根据本发明构思的实施例的工作点检测电路10的图。
参照图1，根据本发明构思的工作点检测电路10可以包括电荷泵100、参考信号生成电路200、比较器300和控制电路400。在一些实施例中，工作点检测电路10可以接收输入信号IN并生成输出信号OUT。电荷泵100可以接收输入信号IN和输出信号OUT。输出信号OUT可以作为工作点检测电路10的另一输入被反馈到工作点检测电路10(例如，被反馈到电荷泵100)。在一些实施例中，输入信号IN可以具有周期性的波形(例如，矩形波形)且具有恒定的占空比。在一些实施例中，输出信号OUT可以是周期性的波形(例如，矩形波形)，并且可以与输入信号IN同步。在操作时，工作点检测电路10开始会生成具有不同占空比的输出信号OUT，然后可以稳定到恒定的占空比。具有不同占空比的输出信号OUT在每个循环周期内可以具有不同的工作点，在稳定为具有恒定占空比之后，输出信号OUT可以具有相同的工作点。根据本发明构思的实施例的输出信号OUT的工作点可以表示输出信号的如下时间点：在该时间点，输入到工作点检测电路10的输入信号IN的占空比与输出信号OUT的占空比的比率是恒定的。例如，输出信号OUT的工作点可以是输出信号OUT的如下时间点：在该时间点，输入信号IN的逻辑电平保持在逻辑高电平的时段与输出信号OUT的逻辑电平保持在逻辑高电平的时段的比率是恒定的。信号的工作比(duty cycle)(即，占空比)是波形处于逻辑高电平的时段占波形周期的百分比。例如，占空比为50％的时钟信号意味着时钟信号的高电平的时段与时钟信号的低电平的时段相同。
电荷泵100可以接收输入信号IN和从工作点检测电路10反馈的输出信号OUT，并且基于输入信号IN和输出信号OUT来输出比较目标信号CMP_TG。输入到电荷泵100的输入信号IN可以是输入到开关调节器的开关信号。例如，电荷泵100可以根据输入信号IN的占空比和输出信号OUT的占空比来确定比较目标信号CMP_TG的大小。下面将参照图2描述电荷泵100确定比较目标信号CMP_TG的大小的方式。
参考信号生成电路200可以接收输入信号IN的反相信号以输出与输入信号IN同步的参考信号REF。参考信号REF可以是具有与输入信号IN的循环周期相对应的循环周期的信号，例如，锯齿波信号。然而，根据本发明构思的实施例的参考信号REF可以包括周期性波动的信号，但不限于此。
比较器300可以从电荷泵100接收比较目标信号CMP_TG以及从参考信号生成电路200接收参考信号REF，从而输出比较结果信号CMP_RS。比较器300可以依据比较目标信号CMP_TG与参考信号REF之间的比较结果来确定比较结果信号CMP_RS的逻辑电平。在下文中，比较结果信号CMP_RS可以是依据由比较器300执行的比较的结果而生成的信号，并且可以被称为作为锁存电路的重置信号输入的锁存重置信号。下面参照图3描述根据本发明构思的实施例的参考信号生成电路200和比较器300的操作方法。
控制电路400可以基于比较结果信号CMP_RS和输入信号IN生成输出信号OUT，并且基于输出信号OUT和/或比较结果信号CMP_RS检测工作点作为检测结果DET。例如，控制电路400可以将在输入信号IN保持逻辑高电平的时段内输出信号OUT和/或比较结果信号CMP_RS的逻辑电平转变的时间点检测为工作点。
根据本发明构思的实施例的工作点检测电路10可以通过将输出信号OUT反馈到电荷泵100，来控制输出信号OUT和输入信号IN的占空比保持恒定。在一些实施例中，工作点检测电路10可以通过将输出信号OUT反馈到电荷泵100来调整输出信号OUT的占空比，以在输入信号IN的连续循环周期内达到恒定的占空比(参见图7，在图7中，对于输入信号IN的连续循环周期，输出信号OUT具有恒定的占空比)。因此，工作点检测电路10可以准确地检测与相对于输入信号IN的占空比的恒定比率准确对应的工作点。例如，工作点检测电路10可以响应输入信号IN生成具有恒定占空比的输出信号OUT，并且可以准确地将输出信号OUT的每个循环周期的工作点锁定到输入信号IN的对应的循环周期。例如，在图7中，一旦输出信号OUT稳定到恒定占空比，输出信号OUT的每个循环周期的下降沿相对于输入信号IN的对应循环周期的下降沿(或上升沿)可以具有相同的定时。
图2是示出根据本发明构思的实施例的电荷泵100的图。
参照图2，根据本发明构思的实施例的电荷泵100可以包括：第一晶体管M1、第二晶体管M2、第一电容器C1、用于生成源极电流Is的源极电流源和用于生成漏极电流Id的漏极电流源。根据本发明构思的实施例的第一晶体管M1可以是P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，并且可以依据反相输入信号INb的逻辑电平(其是输入信号IN的逻辑电平的反相)来确定出是否激活第一晶体管M1。此外，第二晶体管M2可以是N型MOS(NMOS)晶体管，并且可以依据反馈输出信号OUT的逻辑电平激活第二晶体管M2。
根据本发明构思的实施例，当输入信号IN处于逻辑高电平时，源极电流Is可以被施加到第一节点Nl并且第一电容器Cl的电荷量可以由于源极电流Is而增加。另一方面，当输出信号OUT处于逻辑高电平时，漏极电流Id可以从第一节点N1流向接地节点，并且第一电容器C1的电荷量可以由于漏极电流Id而减少。也就是说，当输入信号IN的逻辑电平为高的时间段增加时，第一电容器C1中累积的电荷量可以增加，而当输出信号OUT的逻辑电平为高的时间段增加时，从第一电容器C1放电的电荷量可以增加。
根据本发明构思的实施例，可以依据源极电流Is的大小和输入信号IN为逻辑高的时间段的长度，来确定累积在第一电容器C1中的电荷量，其可以由式1定义。
[式1]
Q1＝D1 x Is
Q1可以指示累积在第一电容器C1中的电荷量，并且D1可以指示输入信号IN为逻辑高的时间段。
另一方面，可以依据漏极电流Id的大小和输出信号OUT为逻辑高的时间段的长度，来确定从第一电容器C1放电的电荷量，其可以由式2定义。
[式2]
Q2＝D2 x Id
Q2可以指示放电的电荷量，并且D2可以指示输出信号OUT为逻辑高的时间段。
第一节点N1的电压电平可以取决于累积在第一电容器Cl中的电荷量(例如，第一节点N1的电压电平可以与累积在第一电容器Cl中的电荷量成比例)。因此，比较目标信号CMP_TG的电压电平可以随着源极电流Is的大小增加以及输入信号IN处于逻辑高电平的时间段增加而增大，但是比较目标信号CMP_TG的电压电平可以随着漏极电流Id的大小增加以及输出信号OUT处于逻辑高电平的时间段增加而减小。
根据本发明构思的实施例，工作点检测电路10可以基于源极电流Is的大小与漏极电流Id的大小的大小比率来确定比较目标信号CMP_TG的电压电平，可以基于比较目标信号CMP_TG的电压电平连续地调整输入信号IN的占空比与反馈输出信号OUT的占空比的比率。也就是说，根据本发明构思的输入信号IN的占空比与输出信号OUT的占空比的比率可以基于源极电流Is和漏极电流Id的大小比率来确定。
图3是示出根据本发明构思的实施例的参考信号生成电路200和比较器300的图。
参照图3，参考信号生成电路200可以包括：第一电流源I1、第二电流源I2、第二电容器C2、第三晶体管M3和第四晶体管M4。第三晶体管M3可以依据反相输入信号INb的逻辑电平被激活，并且第二电容器C2的电荷可以在第三晶体管M3被激活时放电，并且第二电容器C2的电荷可以在第三晶体管M3被去激活(deactivated)时充电。因此，参考信号生成电路200可以生成在输入信号IN具有逻辑高电平时以恒定斜率增加的参考信号REF，并且可以生成在输入信号IN具有逻辑低电平时具有接地电平的参考信号REF。
根据本发明构思的实施例的参考信号生成电路200可以是用于生成锯齿波信号的电路，其包括图3所示的组件。例如，参考信号REF可以是锯齿波信号。然而，电路的组件可以不限于此，而是可以包括能够生成锯齿信号的任何类型的电路。
比较器300可以将参考信号REF的电压电平与比较目标信号CMP_TG的电压电平进行比较，并依据比较结果确定比较结果信号CMP_RS的逻辑电平。例如，当参考信号REF的电压电平高于比较目标信号CMP_TG的电压电平时，比较器300可以生成具有逻辑高电平的比较结果信号CMP_RS，而当参考信号REF的电压电平低于比较目标信号CMP_TG的电压电平时，比较器300可以生成具有逻辑低电平的比较结果信号CMP_RS。本发明不限于此。在一些实施例中，当参考信号REF的电压电平高于比较目标信号CMP_TG的电压电平时，比较器300可以生成具有逻辑低电平的比较结果信号CMP_RS，而当参考信号REF的电压电平低于比较目标信号CMP_TG的电压电平时，比较器300可以生成具有逻辑高电平的比较结果信号CMP_RS。
图4是示出根据本发明构思的实施例的锁存电路的图。
图1的控制电路400可以包括锁存电路，该锁存电路可以包括第一或非(NOR)门410和第二NOR门420。锁存电路可以接收输入信号IN和比较结果信号CMP_RS，并对输入信号IN和比较结果信号CMP_RS执行计算(即，锁存运算)以生成输出信号OUT。
锁存电路可以在比较结果信号CMP_RS和输入信号IN都处于逻辑高电平时生成具有逻辑低电平的输出信号OUT，并且可以在输入信号IN处于逻辑高电平且比较结果信号CMP_RS处于逻辑低电平时生成具有逻辑高电平的输出信号OUT。
根据本发明构思的实施例，锁存电路可以生成具有恒定占空比的输出信号OUT，使得输入信号IN的占空比与输出信号的占空比的比率是恒定的。输出信号OUT可以具有与输入信号IN相同的循环周期，并且可以与输入信号IN同步。控制电路400可以通过将输入信号IN与输出信号OUT进行比较来检测与相对于输入信号IN的占空比的恒定比率相对应的工作点。例如，控制电路400可以生成具有恒定占空比的输出信号OUT，使得输入信号IN的占空比与输出信号OUT的占空比的比率是恒定的。输出信号OUT的每个循环周期内的工作点相对于输入信号IN的相应循环周期内的下降沿或上升沿可以是恒定的。
例如，当源极电流Is的大小是漏极电流Id的大小的50％时，锁存电路可以生成占空比为输入信号IN的占空比的50％的输出信号OUT，并且控制电路400可以通过将输入信号IN与输出信号OUT进行比较来检测与输入信号IN具有逻辑高电平的时间段的一半相对应的时间点。
在下文中，将参照图5至图7描述基于每个电路的计算结果来生成相对于输入信号IN具有预设占空比的输出信号OUT的方法。
图5是示出根据本发明构思的实施例的输出信号OUT的占空比与输入信号IN的占空比被调整为恒定比率的实施例的图。
参照图5，图2的第一电容器C1中存储的电荷量可以与比较目标信号CMP_TG成比例，使得当第一电容器C1的电荷被放电时，比较目标信号CMP_TG可以减小，从而输出信号OUT的占空比可以被调整。
参照图2和图5，在第一时间段T1内在输入信号IN处于逻辑高电平的第一_第一工作时段(duty period)D1_1内输出源极电流Is的源极电流源可以连接到第一节点N1，并且等于第一_第一工作时段D1_1的时间与源极电流Is的大小的乘积的电荷量可以存储在第一电容器C1中。
另一方面，在第一时间段T1内在输出信号OUT处于逻辑高电平的第二_第一工作时段D2_l内输出漏极电流Id的漏极电流源可以连接到第一节点Nl，并且等于第二_第一工作时段D2_l的时间与漏极电流Id的大小的乘积的电荷量可以从第一电容器C1放电。
比较目标信号CMP_TG的大小可以基于存储在第一电容器C1中或从第一电容器C1放电的电荷量来确定，从而当电荷存储在第一电容器C1中时比较目标信号CMP_TG的大小可以增大，而当第一电容器C1的电荷被放电时比较目标信号CMP_TG的大小可以减小。在一些实施例中，比较目标信号CMP_TG的大小可以基于由于输入信号IN的第一_第一工作时段D1_1的充电和输出信号OUT的第二_第一工作时段D2_l的放电产生的存储在第一电容器C1中的净电荷量来确定。根据图5所示的本发明构思的实施例，当从第一电容器C1放电的电荷量大于存储在第一电容器C1中的电荷量时，比较目标信号CMP_TG的大小会减小。
参照图3和图5，比较器300可以依据比较目标信号CMP_TG与参考信号REF之间的比较结果来输出比较结果信号CMP_RS。例如，当参考信号REF的大小大于比较目标信号CMP_TG的大小时，比较器300可以输出逻辑高电平的比较结果信号CMP_RS；当比较目标信号CMP_TG的大小大于参考信号REF的大小时，比较器300可以输出逻辑低电平的比较结果信号CMP_RS。
参照图4和图5，锁存电路可以依据比较结果信号CMP_RS的逻辑电平和输入信号IN的逻辑电平来确定输出信号OUT的逻辑电平。当输入信号IN处于逻辑高电平并且比较结果信号CMP_RS处于逻辑低电平时，锁存电路可以生成逻辑高电平的输出信号OUT。另一方面，当输入信号IN和比较结果信号CMP_RS都处于逻辑高电平时，锁存电路可以生成逻辑低电平的输出信号OUT。
输出信号OUT可以被反馈到电荷泵100并且因此可以被输入到第二晶体管M2的栅极。参照图5，在第一时间段T1内生成的输出信号OUT可以在第二时间段T2内被输入到电荷泵100。也就是说，比较结果信号CMP_RS在第一时间段T1内处于逻辑高电平的时间段可以与在第二时间段T2内从第一_第二工作时段D1_2减去第二_第二工作时段D2_2得到的时间段相同。
在第二时间段T2内，工作点检测电路10可以接收输出信号OUT的反馈，该输出信号OUT与第一时间段T1内的相比具有减小的占空比，因此从电荷泵100中放电的电荷量与第一时间段T1内相比可以减小。然而，当从第一电容器C1放电的电荷量大于在第一电容器C1中充电的电荷量时，在第二时间段T2内生成的比较目标信号CMP_TG的大小可以减小，并且与第一时间段T1内相比，比较结果信号CMP_RS具有逻辑高电平的时间段可以增加。
根据本发明构思的实施例的工作点检测电路10可以通过再次反馈输出信号OUT，来调整比较目标信号CMP_TG的电压电平、比较结果信号CMP_RS的占空比以及输出信号OUT的占空比，直到因为放电的电荷量变得等于充电的电荷量使得比较目标信号CMP_TG的电压电平达到恒定电平。也就是说，工作点检测电路10可以调整输出信号OUT的占空比，直到输出信号OUT的占空比与输入信号IN的占空比具有恒定的比率。在一些实施例中，输出信号OUT的占空比可以增加到恒定的占空比(即，比较目标信号CMP_TG的恒定电平，其中，电容器1的净充电为零)。
图6是示出根据本发明构思的实施例的输出信号OUT的占空比被调整以生成稳定的输出信号OUT的实施例的图。
参照图6，工作点检测电路10可以通过反馈输出信号OUT来调整输出信号OUT的占空比，并且基于输出信号OUT的调整后的占空比，存储在图2的第一电容器C1中的电荷量可以变得等于从第一电容器C1放电的电荷量。由于存储在第一电容器C1中的电荷量变得等于从第一电容器C1放电的电荷量，比较目标信号CMP_TG的大小可以变得恒定，并且可以通过源极电流Is的大小与漏极电流Id的大小的大小比率来固定输出信号OUT的占空比。
例如，当漏极电流Id的大小是源极电流Is的大小的两倍时，在恒定周期Ts内用于使存储在第一电容器C1中的电荷量等于从第一电容器C1放电的电荷量的第一工作时段Dl的长度可以是第二工作时段D2的长度的两倍。例如，用于充电的源极电流Is可以在时段D1期间流动，并且用于放电的漏极电流Id可以在时段D2期间流动。在这种情况下，第一面积CQ可以表示每个时段内存储的电荷量，第二面积DQ可以表示每个时段中放电的电荷量。在第一面积CQ等于第二面积DQ的时段，净充电(或净放电)为零，输出信号OUT具有固定的占空比。
根据本发明构思的实施例的工作点检测电路10可以在输出信号OUT的占空比和/或比较目标信号CMP_TG的电压电平达到恒定水平之后检测工作点。更具体地，工作点检测电路10可以检测输出信号OUT的逻辑电平在输入信号IN处于逻辑高电平的第一工作时段D1内转变的时间点作为工作点。例如，当第二工作时段D2是第一工作时段D1的一半时，可以将第二工作时段D2的终点检测为工作点。
图7是示出根据实施例的基于源极电流Is和漏极电流Id的比率来调整恒定比率的实施例的图。
参照图7，通过调整预设的源极电流Is和漏极电流Id中的任何一者的大小，可以调整用于检测工作点的恒定比率。图2中用于输出源极电流Is的源极电流源和用于输出漏极电流Id的漏极电流源可以基于电流电平控制信息来调整电流电平。电流电平控制信息可以是例如包括一系列比特的代码信息。在一些实施例中，调整源极电流Is和漏极电流Id中的任何一者的大小可以改变达到固定占空比的输出信号OUT的占空比。
与图5的实施例相比，当图7的实施例的源极电流源输出的源极电流Is的大小越大时，第一电容器C1中充电的电荷量就可以越大，使得从第一电容器C1放电电荷的第二工作时段D2可以比图5的实施例中的长。即，输出信号OUT变为逻辑高的第二工作时段D2的长度可以表示为式3。
[式3]
Figure BDA0003677737610000111
因此，根据本发明构思的实施例，工作点检测电路10可以控制源极电流源增大源极电流Is的大小，或者控制漏极电流源减小漏极电流Id的大小，从而增大输出信号OUT的占空比与输入信号IN的占空比的比率。
在图5至图7的实施例中，当比较比较目标信号CMP_TG时，在图5的实施例中比较目标信号CMP_TG逐渐减小且不稳定，在图6的实施例中比较目标信号CMP_TG通过被稳定而具有恒定值。与图5和图6的实施例不同，图7的实施例是基于源极电流Is的大小与漏极电流Id的大小的大小比率来稳定比较目标信号CMP_TG的实施例。
图8是示出根据本发明构思的实施例的工作时段调整电路生成调整了占空比的输出信号OUT的方法的流程图。
参照图8，工作时段调整电路可以生成以相对于输入信号IN的占空比的恒定比率调整了占空比的输出信号OUT。
在操作S10中，工作时段调整电路可以接收输入信号IN和反馈输出信号OUT。根据本发明构思的实施例，工作时段调整电路的电荷泵100可以包括第一晶体管M1和第二晶体管M2，在第一晶体管M1的栅极接收输入信号IN，并且在第二晶体管M2的栅极接收反馈输出信号OUT。
在操作S20中，工作时段调整电路可以基于输入信号IN的占空比与反馈输出信号OUT的占空比的比率、以及电荷泵100中包括的源极电流Is的大小与漏极电流Id的大小的大小比率，来生成比较目标信号CMP_TG。比较目标信号CMP_TG的电压电平可以与电荷泵100中包括的电容器的电荷量成比例，并且可以依据输入信号IN的占空比与输出信号OUT的占空比的比率来确定电容器的电荷量。
根据本发明构思的实施例，源极电流Is的大小与输入信号IN的工作时段(即，输入信号IN保持在逻辑高电平的时段)的乘积可以是电容器中充电的电荷量，漏极电流Id的大小与输出信号OUT的工作时段的乘积可以是从电容器放电的电荷量。在这种情况下，比较目标信号CMP_TG的电压电平可以与在电容器中充电的电荷量和从电容器放电的电荷量之间的差成比例，并且当在电容器中充电的电荷量大于从电容器放电的电荷量时，比较目标信号CMP_TG的电压电平可以增大。
在操作S30中，工作时段调整电路可以基于比较目标信号CMP_TG与参考信号REF之间的比较结果来生成比较结果信号CMP_RS。当参考信号REF的大小大于比较目标信号CMP_TG的大小时，根据本发明构思的实施例的工作时段调整电路的比较器300可以输出具有逻辑高电平的比较结果信号CMP_RS；当比较目标信号CMP_TG的大小大于参考信号REF的大小时，比较器300可以输出具有逻辑低电平的比较结果信号CMP_RS。
根据本发明构思的实施例的参考信号REF可以与输入信号IN同步，使得参考信号REF可以在输入信号IN具有逻辑高电平时以恒定的正斜率增加，并且可以在输入信号IN具有逻辑低电平时具有接地电平。
在操作S40中，工作时段调整电路可以基于比较结果信号CMP_RS和输入信号IN生成输出信号OUT。根据本发明构思的实施例，比较结果信号CMP_RS和输入信号IN可以被输入到工作时段调整电路中包括的锁存电路，并且锁存电路可以依据比较结果信号CMP_RS的逻辑电平和输入信号IN的逻辑电平确定输出信号OUT的逻辑电平。
根据本发明构思的工作时段调整电路可以控制输出信号OUT的占空比，以通过将输出信号OUT反馈到电荷泵100，将输出信号OUT的占空比与输入信号IN的占空比的比率调整为恒定比率。
图9是示出根据本发明构思的实施例的确定比较目标信号CMP_TG的方法的流程图。
根据本发明构思的实施例的工作时段调整电路的电荷泵100可以并行接收输入信号IN和反馈输出信号OUT，并且确定电容器的放电电荷量和充电电荷量。例如，电荷泵100可以通过第一晶体管M1接收输入信号IN，通过第二晶体管M2接收输出信号OUT。
在操作S211中，可以依据输入信号IN的逻辑电平来激活第一晶体管Ml。根据本发明构思的实施例，第一晶体管M1可以是PMOS晶体管，并且第一晶体管M1的栅极可以接收输入信号IN的反相信号。因此，当输入信号IN处于逻辑高电平时，第一晶体管M1可以被激活；当输入信号IN处于逻辑低电平时，第一晶体管M1可以被去激活。
在操作S212中，可以依据输出信号OUT的逻辑电平来激活第二晶体管M2。根据本发明构思的实施例，第二晶体管M2可以是NMOS晶体管，并且第二晶体管M2的栅极可以接收输出信号OUT。因此，当输出信号OUT处于逻辑高电平时，第二晶体管M2可以被激活；当输出信号OUT处于逻辑低电平时，第二晶体管M2可以被去激活。
在操作S221中，当第一晶体管Ml被激活时，第一晶体管Ml可以将源极电流Is提供给比较器300的一端。当比较器300的该端连接到电容器并且源极电流Is输入到比较器300的该端时，电容器可以被充电，使得在比较器300的该端处的比较目标电压的大小可以增加。
另一方面，在操作S222中，当第二晶体管M2被激活时，第二晶体管M2可以从比较器300的该端释放漏极电流Id。在这种情况下，当从比较器300的该端释放漏极电流Id时，电容器可以放电，使得在比较器300的该端处的比较目标电压的大小可以减小。
在操作S230中，可以依据通过源极电流Is对电容器充电的电荷量的多少和通过漏极电流Id从电容器放电的电荷量的多少，来确定比较目标信号CMP_TG的电压电平。例如，当在电容器中充电的电荷量大于通过漏极电流Id从电容器放电的电荷量时，比较目标信号CMP_TG的电压电平可以增大，而当在电容器中充电的电荷量小于通过漏极电流Id从电容器放电的电荷量时，比较目标信号CMP_TG的电压电平可以减小。
图10是示出根据本发明构思的实施例的电源管理集成电路(PMIC)的图。
参照图10，根据本发明构思的PMIC可以向电子设备供应电力或时钟信号。PMIC可以将来自外部的电力转换成稳定的电压或电流，对其进行整流，并且分配和控制电压和电流。PMIC可以被实现为或被集成为一个半导体芯片，或者可以被实现为多个半导体芯片的组。
根据本发明构思的PMIC可以包括控制器1100、DC-DC转换器1200、感测电路1000和负载1300，并且感测电路1000可以包括工作点检测电路10和传感器11。传感器11可以包括例如峰电流传感器和谷电流传感器。
控制器1100可以控制包括在PMIC中的元件。例如，控制器1100可以通过向感测电路1000和DC-DC转换器1200提供控制信号来控制感测电路1000和DC-DC转换器1200。
根据本发明构思的实施例，控制器1100可以通过基于从感测电路1000检测到的峰电流和谷电流调整DC-DC转换器1200的切换时间，来调整DC-DC转换器1200提供给负载1300的输出信号的大小。例如，控制器1100可以通过将从感测电路1000检测到的峰电流和谷电流与预设参考电流电平进行比较，来调整DC-DC转换器1200的切换时间。
控制器1100可以被实现为但不限于中央处理单元(CPU)、执行算术和逻辑运算、移位等的算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、专用集成电路(ASIC)、控制逻辑等。在本发明构思的一些实施例中，控制器1100可以包括：包括多个逻辑门的状态机、处理器和存储要由处理器执行的指令的存储器。
DC-DC转换器1200可以将具有特定大小的DC电力转换成另一大小的DC电力。在本发明构思的实施例中，DC-DC转换器1200可以使用开关元件间歇地接收从外部提供的输入DC电力，并且通过调整开关周期来生成输出DC电力。在本发明构思的实施例中，从外部提供的输入DC电力可以由电池供应。在本发明构思的实施例中，输出DC电力可以被提供给PMIC中包括的负载1300。
在本发明构思中，假设DC电力被转换成另一大小的DC电力。然而，在本发明构思中，应当理解，当从外部供应交流电(AC)时，可以通过适当的AC-DC转换(例如，使用AC-DC转换器)将DC电力供应给DC-DC转换器1200。
感测电路1000可以接收具有特定占空比的开关信号，并且感测DC-DC转换器1200的电感电流的峰电流或谷电流。开关信号可以是上面参照图1至图9描述的输入信号IN，感测电路1000的工作点检测电路10可以向传感器11提供如下信号：该信号的占空比与开关信号的占空比具有恒定比率，和/或该信号具有与相对于开关信号的占空比的恒定比率相对应的工作点。传感器11可以基于从工作点检测电路10接收到的信号和/或工作点，确定感测DC-DC转换器1200的电感电流的时间点。
例如，根据本发明构思的实施例，工作点检测电路10可以检测与相对于开关信号的占空比的恒定比率相对应的点，并且传感器11可以感测DC-DC转换器1200在相应点处的电感电流。感测电路1000可以基于感测到的电感电流的大小来调整开关信号的占空比。
负载1300可以是用于执行作为PMIC或包括PMIC的系统的一部分的电子设备的操作的组件。在本发明构思中，负载1300被描述为包括在PMIC中，但这仅仅是为了描述方便的示例，并且负载1300可以被理解为对需要用于电子设备的操作的电压和/或电流的各种智能元件的建模。
根据本发明构思的实施例，PMIC可以通过测量与提供给负载1300的电流相关的电感电流的大小，来控制DC-DC转换器1200输出目标负载电流。在这种情况下，通过准确检测与相对于开关信号的占空比的恒定比率相对应的工作点，工作点检测电路10可以准确地调整负载电流。
图11是示出根据本发明构思的实施例的PWM控制器、降压转换器和感测电路的电路图。图12是示出根据本发明构思的实施例的PWM控制器、升压转换器和感测电路的电路图。
参照图11和图12，作为各种实施示例之一，DC-DC转换器可以通过使用开关调节器来调节输出信号OUT的大小。开关调节器可以指通过调节开关元件的开关周期生成DC电力的调节器。例如，PWM控制器可以生成开关信号(SW)，并且开关调节器可以基于开关信号升高或降低输入电压以生成期望的输出电压。
参照图11，DC-DC转换器可以是生成大小低于输入电力的大小的电力的降压转换器，参照图12，DC-DC转换器可以是生成大小高于输入电力的大小的电力的升压转换器。然而，根据本发明构思的实施例的DC-DC转换器可以包括生成大小高于或低于输入电力的大小的电力的降压-升压转换器，但不限于此，并且DC-DC转换器可以执行各种方案的DC转换。
参照图11，PWM控制器可以接收分别由峰电流传感器11_1和谷电流传感器11_2感测的第一感测电压Vsen1和第二感测电压Vsen2，并基于第一感测电压Vsen1和第二感测电压Vsen2中的至少一者确定开关信号的占空比。例如，当PWM控制器确定第一感测电压Vsen1和第二感测电压Vsen2中的至少一者大于参考电压时，PWM控制器可以通过调整开关信号的占空比来降低输出电压Vo。
可以依据开关信号的逻辑电平确定出是否激活连接到降压转换器的PMOS栅极PG和NMOS栅极NG的晶体管，并且可以依据晶体管是否被激活来确定电感电流(即，流经电感器L的电流)的大小。在这种情况下，峰电流传感器11_1和谷电流传感器11_2中的至少一者可以在与相对于开关信号的占空比的恒定比率相对应的时间点处测量电感电流。例如，峰电流传感器11_1和谷电流传感器11_2中的至少一者可以在开关信号处于逻辑高电平的时段内的50％的点处测量电感电流。
更具体地，为了在与相对于开关信号的占空比的恒定比率相对应的时间点处测量电感电流，可以通过第一检测信号DET1从第一工作点检测电路10_1向峰电流传感器11_1提供用于测量电感电流的工作点。峰电流传感器11_1可以与第一检测信号DET1同步以测量电感电流。例如，第一工作点检测电路10_1可以生成具有恒定占空比的输出信号OUT，使得开关信号的占空比与输出信号OUT的占空比的比率恒定，并且可以通过第一检测信号DET1向峰电流传感器11_1提供输出信号OUT的逻辑电平转变的时间点。
同样地，可以通过第二检测信号DET2从第二工作点检测电路10_2向谷电流传感器11_2提供用于测量电感电流的工作点。例如，第二工作点检测电路10_2可以生成相对于开关信号的占空比具有恒定占空比的输出信号OUT，并且通过第二检测信号DET2向谷电流传感器11_2提供输出信号OUT的逻辑电平转变的时间点。
参照图12，PWM控制器可以接收分别由谷电流传感器11_3和峰电流传感器11_4感测的第三感测电压Vsen3和第四感测电压Vsen4，并且基于第三感测电压Vsen3和第四感测电压Vsen4中的至少一者确定开关信号的占空比。例如，当PWM控制器确定第三感测电压Vsen3和第四感测电压Vsen4中的至少一者大于参考电压时，PWM控制器可以通过调整开关信号的占空比来降低输出电压Vo。
峰电流传感器11_4和谷电流传感器11_3中的至少一者可以在与相对于开关信号的占空比的恒定比率相对应的时间点测量电感电流。例如，峰电流传感器11_4和谷电流传感器11_3中的至少一者可以在开关信号处于逻辑高电平的时段的50％的点处测量电感电流。
可以通过第三检测信号DET3从第三工作点检测电路10_3向谷电流传感器11_3提供用于测量电感电流的工作点。谷电流传感器11_3可以与第三检测信号DET3同步以测量电感电流。例如，第三工作点检测电路10_3可以生成具有恒定占空比的输出信号OUT，使得开关信号的占空比与输出信号OUT的占空比的比率恒定，并且可以通过第三检测信号DET3向谷电流传感器11_3提供输出信号OUT的逻辑电平转变的时间点。
同样地，为了在与相对于开关信号的占空比的恒定比率相对应的时间点测量电感电流，可以通过第四检测信号DET4从第四工作点检测电路10_4向峰电流传感器11_4提供用于测量电感电流的工作点。例如，第四工作点检测电路10_4可以生成具有恒定占空比的输出信号OUT，使得开关信号的占空比与输出信号OUT的占空比的比率恒定，并且通过第四检测信号DET4向峰电流传感器11_4提供输出信号OUT的逻辑电平转变的时间点。
尽管本发明构思已经参照其实施例进行了具体展示和描述，但是将理解，在不背离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中做出各种形式和细节的各种改变。

Claims (20)

1.一种接收输入信号并生成输出信号的工作点检测电路，包括：
电荷泵，所述电荷泵被配置为：
接收所述输入信号和所述输出信号，并且
从所述输入信号和所述输出信号生成比较目标信号，其中，所述比较目标信号的大小基于所述输入信号的第一占空比与所述输出信号的第二占空比被确定；
比较器，所述比较器被配置为：
接收参考信号和所述比较目标信号，并且
将所述参考信号与所述比较目标信号进行比较以生成比较结果信号；以及
控制电路，所述控制电路被配置为：
接收所述输入信号和所述比较结果信号，并且
在所述输入信号的连续循环周期中将所述输出信号的所述第二占空比调整为恒定占空比。
2.如权利要求1所述的工作点检测电路，
其中，所述控制电路还被配置为：检测在所述输入信号保持在预定逻辑电平的时段内所述比较结果信号的逻辑电平转变的时间点作为工作点。
3.如权利要求1所述的工作点检测电路，
其中，所述电荷泵包括：
第一晶体管，所述第一晶体管被配置为：
依据所述输入信号的逻辑电平被激活，并且
当被激活时，向所述比较器的一端提供源极电流；
第二晶体管，所述第二晶体管被配置为：
依据所述输出信号的逻辑电平被激活，并且
当被激活时，从所述比较器的所述一端释放漏极电流；以及
电容器，所述电容器连接到所述比较器的所述一端。
4.如权利要求3所述的工作点检测电路，
其中，所述电荷泵被配置为：基于所述源极电流的大小与所述漏极电流的大小的大小比率，来确定所述比较目标信号的电压电平。
5.如权利要求3所述的工作点检测电路，
其中，所述控制电路被配置为：调整所述输出信号的所述第二占空比，使得所述源极电流的大小与所述漏极电流的大小的大小比率等于所述输入信号的所述第一占空比与所述输出信号的调整后的第二占空比的比率。
6.如权利要求3所述的工作点检测电路，
其中，所述电荷泵被配置为：通过调整所述漏极电流的大小和所述源极电流的大小中的至少一者，来确定所述输出信号的所述恒定占空比。
7.如权利要求1所述的工作点检测电路，还包括：
参考信号生成电路，所述参考信号生成电路被配置为：生成具有与所述输入信号的循环周期相同的循环周期的锯齿波信号作为所述参考信号。
8.如权利要求2所述的工作点检测电路，
其中，所述比较器被配置为：当所述参考信号的电压电平高于所述比较目标信号的电压电平时，生成具有逻辑高电平的比较结果信号。
9.如权利要求8所述的工作点检测电路，
其中，所述比较结果信号的逻辑电平转变的时间点对应于具有所述恒定占空比的所述输出信号的所述工作点，并且
其中，所述比较结果信号的逻辑电平转变的时间点是所述参考信号的电压电平开始变得高于所述比较目标信号的电压电平的时间点。
10.如权利要求1所述的工作点检测电路，
其中，所述控制电路包括锁存电路，所述锁存电路被配置为：
接收所述输入信号和所述比较结果信号；并且
基于所述比较结果信号和所述输入信号生成具有所述恒定占空比的所述输出信号。
11.一种接收输入信号并生成输出信号的工作时段调整电路，包括：
电荷泵，所述电荷泵被配置为：接收所述输入信号和所述输出信号，并且基于所述输入信号和所述输出信号生成比较目标信号；
参考信号生成电路，所述参考信号生成电路被配置为基于所述输入信号生成参考信号；
比较器，所述比较器被配置为：基于所述比较目标信号与所述参考信号的比较结果，生成锁存重置信号；以及
锁存电路，所述锁存电路被配置为：接收所述输入信号和所述比较结果信号，并且在所述输入信号的连续循环周期中将所述输出信号的占空比调整为恒定占空比。
12.如权利要求11所述的工作时段调整电路，
其中，所述电荷泵包括：
第一晶体管，所述第一晶体管被配置为：依据所述输入信号的逻辑电平被激活，并且当被激活时，向所述比较器的一端提供源极电流；
第二晶体管，所述第二晶体管被配置为：依据所述输出信号的逻辑电平被激活，并且当被激活时，从所述比较器的所述一端释放漏极电流；以及
电容器，所述电容器连接到所述比较器的所述一端。
13.如权利要求12所述的工作时段调整电路，
其中，所述电荷泵被配置为：基于所述源极电流的大小与所述漏极电流的大小的大小比率，来确定所述比较目标信号的电压电平。
14.如权利要求12所述的工作时段调整电路，
其中，所述锁存电路被配置为：调整所述输出信号的所述占空比，使得所述源极电流的大小与所述漏极电流的大小的大小比率等于所述输入信号的占空比与所述输出信号的调整后的占空比的比率。
15.如权利要求12所述的工作时段调整电路，
其中，所述电荷泵被配置为：通过调整所述漏极电流的大小和所述源极电流的大小中的至少一者，来确定所述输出信号的所述恒定占空比。
16.如权利要求11所述的工作时段调整电路，
其中，所述参考信号生成电路被配置为：生成具有与所述输入信号的循环周期相同的循环周期的锯齿波信号作为所述参考信号。
17.如权利要求11所述的工作时段调整电路，
其中，所述比较器被配置为：当所述参考信号的电压电平高于所述比较目标信号的电压电平时，生成具有逻辑高电平的锁存重置信号。
18.一种电路的操作方法，所述操作方法包括：
接收所述电路的输入信号和从所述电路生成并反馈的输出信号；
生成比较目标信号，其中，所述比较目标信号的大小根据所述输入信号的占空比与从所述电路反馈的所述输出信号的占空比被确定；
将参考信号与所述比较目标信号进行比较以生成比较结果信号；以及
基于所述输入信号和所述比较结果信号，在所述输入信号的连续循环周期中生成具有恒定占空比的所述输出信号。
19.如权利要求18所述的操作方法，
其中，生成所述比较目标信号包括：
依据所述输入信号的逻辑电平激活第一晶体管；
当所述第一晶体管被激活时，向比较器的一端提供源极电流；
依据所述输出信号的逻辑电平激活第二晶体管；
当所述第二晶体管被激活时，从所述比较器的所述一端释放漏极电流；以及
基于所述漏极电流的大小、所述源极电流的大小、所述第一晶体管被激活的时间段以及所述第二晶体管被激活的时间段，来确定所述比较目标信号的电压电平。
20.如权利要求19所述的操作方法，还包括：
通过调整所述漏极电流的大小和所述源极电流的大小中的至少一者，来确定所述输出信号的所述恒定占空比。
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