DE102014105863A1 - Converter circuit and method for converting an input voltage into an output voltage - Google Patents

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Andrea Congiu
Emanuele Bodano
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Abstract

Es wird eine Wandlerschaltung beschrieben, die Folgendes umfasst: einen Schalterschaltkreis, der dazu ausgelegt ist, eine Ausgangsspannung bereitzustellen, einen Regelungsschaltkreis, der einen analogen Regelungsanteil und einen digitalen Regelungsanteil umfasst, und einen Rauschgenerator, der dazu ausgelegt ist, weißes Rauschen zu erzeugen, wobei der Rauschgenerator dazu ausgelegt ist, das erzeugte weiße Rauschen dem digitalen Regelungsanteil des Regelungsschaltkreises zuzuführen, und wobei der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt ist, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens zu regeln.A converter circuit is described, comprising: a switch circuit that is designed to provide an output voltage, a control circuit that includes an analog control component and a digital control component, and a noise generator that is designed to generate white noise, wherein the noise generator is designed to feed the generated white noise to the digital control portion of the control circuit, and wherein the control circuit is designed to control the switching circuit on the basis of the white noise.

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen Wandlerschaltungen und Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung.Various embodiments generally relate to converter circuits and methods for converting an input voltage to an output voltage.

Systemnetzgeräte, wie zum Beispiel Schaltnetzteile (SMPS, switched-mode power supplies) werden möglicherweise als Rückkopplungsschleifen implementiert, die Spannung und/oder Strom zu einer externen Last regeln. Regelschleifen werden typischerweise konservativ ausgelegt, d. h. derart, dass ein hoher Stabilitätsgrad erreicht wird. Zum Beispiel werden geschlossene Regelung und Stabilitätsspannen unterstützt, übereinstimmend mit erwarteten Betriebsbedingungsbereichen und Toleranzen bei Parametern von Lastleistungsstufen (z. B. von Induktivitäten und/oder Kondensatoren einer Leistungsstufe eines SPMS).System power supplies, such as switched-mode power supplies (SMPS), may be implemented as feedback loops that regulate voltage and / or current to an external load. Control loops are typically designed conservatively, i. H. such that a high degree of stability is achieved. For example, closed-loop control and stability margins are supported, consistent with expected operating condition ranges and tolerances on parameters of load power stages (eg, inductors and / or capacitors of a power stage of an SPMS).

Allerdings führen Nichtidealitäten von Komponenten außerhalb eines SPMS möglicherweise zu Leistungsminderung oder Stabilitätsverlusten der geschlossenen Regelschleife, wenn es maßgebliche Betriebspunktänderungen gibt, die mit Qualitätsminderung der Komponenten verknüpft sind.However, non-idealities of components outside of an SPMS may result in performance degradation or closed loop stability losses if there are significant operating point changes associated with degradation of the components.

Es wird eine Wandlerschaltung beschrieben, die Folgendes aufweist: einen Schalterschaltkreis, der dazu ausgelegt ist, eine Ausgangsspannung bereitzustellen, eine Regelungsschaltkreis, der einen analogen Regelungsanteil und einen digitalen Regelungsanteil enthält, und einen Rauschgenerator, der dazu ausgelegt ist, weißes Rauschen zu erzeugen, wobei der Rauschgenerator dazu ausgelegt ist, das erzeugte weiße Rauschen dem digitalen Regelungsanteil dem Regelungsschaltkreis zuzuführen und wobei der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt ist, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens zu regeln.A converter circuit is described, comprising: a switch circuit configured to provide an output voltage; a control circuit including an analog control portion and a digital control portion, and a noise generator configured to generate white noise; the noise generator is adapted to supply the generated white noise to the digital control portion to the control circuit and wherein the control circuit is adapted to control the switch circuit based on the white noise.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens zu regeln, um wenigstens eine Eigenschaft wenigstens eines der Folgenden zu bestimmen: der Last oder der Wandlerschaltung.According to various embodiments, the control circuit is configured to control the switch circuit based on the white noise to determine at least one property of at least one of: the load or the converter circuit.

Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, eines oder mehrere Elemente aus einer Gruppe zu bestimmen, die aus Folgenden besteht:
einer Induktivität eines Induktors;
einer Kapazität eines Kondensators;
einem äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators; und
einer elektrischen Eigenschaft der Last.
The control circuit may be further configured to determine one or more elements of a group consisting of:
an inductance of an inductor;
a capacitance of a capacitor;
an equivalent series resistance of a capacitor; and
an electrical property of the load.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis zu regeln, um die Ausgangsspannung auf Basis eines Tastgrads bereitzustellen; und der Regelungsschaltkreis ist dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens durch Addition des erzeugten weißen Rauschens zum Tastgrad zu regeln.According to one embodiment, the control circuit is configured to control the switch circuit to provide the output voltage based on a duty cycle; and the control circuit is configured to control the switch circuit based on the white noise by adding the generated white noise to the duty cycle.

Der Regelungsschaltkreis umfasst zum Beispiel einen Analog-Digital-Wandler, der dazu ausgelegt ist, einen Messwert der Ausgangsspannung aufzunehmen und einen Digitalwert bereitzustellen, der den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung angibt.The control circuit includes, for example, an analog-to-digital converter configured to receive a reading of the output voltage and provide a digital value indicative of the sensed reading of the output voltage.

Zum Beispiel ist der Analog-Digital-Wandler weiterhin dazu ausgelegt, den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen, und ein Abweichungssignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt. Das Abweichungssignal ist zum Beispiel möglicherweise ein Digitalwert, der die Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung spezifiziert.For example, the analog-to-digital converter is further configured to compare the sensed output voltage reading to a reference voltage and to generate a deviation signal representative of a difference between the sensed output voltage reading and the reference voltage. For example, the deviation signal may be a digital value that specifies the difference between the recorded measurement of the output voltage and the reference voltage.

Der Regelungsschaltkreis ist zum Beispiel dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zum Abweichungssignal zu addieren.The control circuit is designed, for example, to add the generated white noise to the deviation signal.

Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise dazu ausgelegt, die Referenzspannung sequentiell zu erhöhen.The control circuit may be configured to sequentially increase the reference voltage.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen PID(proportional-integral-derivative)-Regler, der dazu ausgelegt ist, das Abweichungssignal aufzunehmen und eine PID-Ausgabe auf Basis des aufgenommenen Abweichungssignals zu erzeugen.According to one embodiment, the control circuit further comprises a proportional-integral-derivative (PID) controller configured to receive the deviation signal and generate a PID output based on the picked-up deviation signal.

Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zur PID-Ausgabe zu addieren. The control circuitry may still be configured to add the generated white noise to the PID output.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen Pulsweitenmodulationsregler, der dazu ausgelegt ist, die PID-Ausgabe aufzunehmen und ein pulsweitenmoduliertes Regelungssignal zu erzeugen, das dazu ausgelegt ist, eine Leistungsstufe zu regeln, um der Last die Ausgangsspannung bereitzustellen.According to one embodiment, the control circuit further comprises a pulse width modulation controller configured to receive the PID output and to generate a pulse width modulated control signal configured to regulate a power stage to provide the output with the load.

Der Regelungsschaltkreis ist zum Beispiel möglicherweise dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zum pulsweitenmodulierten Regelungssignal zu addieren.For example, the control circuitry may be configured to add the generated white noise to the pulse width modulated control signal.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Rauschgenerator dazu ausgelegt, das weiße Rauschen unter Verwendung eines Sigma-Delta-Wandlers zu erzeugen.In one embodiment, the noise generator is configured to generate the white noise using a sigma-delta converter.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Rauschgenerator weiterhin dazu ausgelegt, eine Auflösung des Sigma-Delta-Wandlers zu verringern, um eine Amplitude des erzeugten weißen Rauschens zu erhöhen.In one embodiment, the noise generator is further configured to reduce a resolution of the sigma-delta converter to increase an amplitude of the generated white noise.

Der Sigma-Delta-Wandler enthält möglicherweise mehr als eine Rückkopplungsschleife. Zum Beispiel ist wenigstens eine Nullstelle des Sigma-Delta-Wandlers in der Nähe der Resonanzfrequenz der Last angeordnet.The sigma-delta converter may contain more than one feedback loop. For example, at least one zero of the sigma-delta converter is located near the resonant frequency of the load.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen Analog-Digital(AD)-Wandler, der dazu ausgelegt ist, einen Messwert einer Ausgangsspannung an der Last aufzunehmen, den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen und ein Abweichungssignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt, und der Regelungsschaltkreis ist dazu ausgelegt, das Abweichungssignal zu verarbeiten, um einen oder mehrere von Folgenden zu bestimmen: die Grenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder einen äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators.According to one embodiment, the control circuit further comprises an analog-to-digital (AD) converter configured to receive a measurement of an output voltage at the load, compare the sensed measurement of the output voltage to a reference voltage, and generate a deviation signal representing a difference between the sensed measurement of the output voltage and the reference voltage, and the control circuit is configured to process the deviation signal to determine one or more of: the cutoff frequency of the control circuit or an equivalent series resistance of a capacitor.

Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, das Abweichungssignal zu verarbeiten, um eine spektrale Leistungsdichte zu bestimmen.The control circuitry may be further configured to process the deviation signal to determine a spectral power density.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt, eines oder mehrere von Folgenden auf Basis der bestimmten spektralen Leistungsdichte zu bestimmen: eine Schleifengrenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder einen äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators.According to one embodiment, the control circuit is further configured to determine one or more of the following based on the determined spectral power density: a loop cutoff frequency of the control circuit or an equivalent series resistance of a capacitor.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt, wenigstens einen Koeffizienten eines PID-Reglers anzupassen, der dazu ausgelegt ist, das Abweichungssignal aufzunehmen und eine PID-Ausgabe auf Basis von einem oder mehreren von Folgenden zu erzeugen: der bestimmten Schleifengrenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder des bestimmten äquivalenten Serienwiderstands eines Kondensators.According to one embodiment, the control circuit is further configured to adjust at least one coefficient of a PID controller configured to receive the deviation signal and generate a PID output based on one or more of: the determined loop cutoff frequency of the control circuit or certain equivalent series resistance of a capacitor.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung gemäß der oben beschriebenen Wandlerschaltung bereitgestellt.Furthermore, a method is provided for converting an input voltage into an output voltage according to the converter circuit described above.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Referenzzeichen durchgängig durch die unterschiedlichen Ansichten im Allgemeinen die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, weil stattdessen der Schwerpunkt im Allgemeinen darauf gelegt wird, die Grundlagen der Erfindung zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben:In the drawings, like reference characters generally indicate the same parts throughout the different views. The drawings are not necessarily to scale, for the focus is generally placed upon illustrating the principles of the invention. In the following description, various embodiments of the invention will be described with reference to the following drawings:

1 zeigt eine Wandlerschaltung gemäß einer Ausführungsform. 1 shows a converter circuit according to an embodiment.

2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung veranschaulicht. 2 FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of converting an input voltage to an output voltage. FIG.

3 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für ein Schaltnetzteil (SPMS) aufzeigt. 3 is a block diagram showing an example of a switching power supply (SPMS).

4 ist ein Blockschaltbild, das ein anderes Beispiel für ein SPMS gemäß einer Ausführungsform aufzeigt. 4 FIG. 10 is a block diagram showing another example of an SPMS according to an embodiment.

5 zeigt ein Beispiel für eine Additionsschaltung gemäß einer Ausführungsform. 5 shows an example of an addition circuit according to an embodiment.

6 veranschaulicht verschiedene Beispiele für Anordnungen zum Addieren von weißem Rauschen. 6 illustrates various examples of arrangements for adding white noise.

7 zeigt ein Spannungskurvenbild der Referenzspannung über der Zeit in einer Ausführungsform, in der die Referenzspannung stufenweise erhöht wird. 7 FIG. 12 is a voltage waveform diagram of the reference voltage versus time in an embodiment in which the reference voltage is gradually increased. FIG.

8 zeigt ein Zustandsdiagramm für ein SPMS gemäß einer Ausführungsform. 8th shows a state diagram for an SPMS according to an embodiment.

9 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für ein SPMS aufzeigt, das einen Zustandsautomaten gemäß einer Ausführungsform umfasst. 9 FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of an SPMS that includes a state machine according to one embodiment.

10 zeigt Ergebnisse für eine Ausführungsform in einem beispielhaften Betriebsszenario. 10 shows results for one embodiment in an exemplary operating scenario.

11A veranschaulicht den eingeschwungenen Zustand unter Berücksichtigung von ΔΣ und DPWM mit der gleichen Auflösung. 11A illustrates the steady state taking into account ΔΣ and DPWM with the same resolution.

11B veranschaulicht den Fall, in dem die Rauschquelle ein ΔΣ-Modulator in der Schleife ist. 11B illustrates the case where the noise source is a ΔΣ modulator in the loop.

12 zeigt die PSD(power spectral density, spektrale Leistungsdichte)-Ergebnisse unter Berücksichtigung einer ΔΣ-Rauschquelle in der Schleife. 12 shows PSD (power spectral density) results considering a ΔΣ noise source in the loop.

13 veranschaulicht das Ergebnis des Modifizierens einer NTF (noise transfer function, Rausch-Übertragungsfunktion) dritter Ordnung, um eine In-Band Nullstelle in der Nähe der Resonanzfrequenz hinzuzufügen. 13 illustrates the result of modifying a third order noise transfer function (NTF) to add an in-band zero near the resonant frequency.

14 zeigt einen Schaltnetzteil(SMPS)-Wandler in einer Abwärtswandler-Konfiguration. 14 shows a switched mode power supply (SMPS) converter in a buck converter configuration.

15A zeigt eine Regelschleife. 15A shows a control loop.

15B zeigt eine Signalkurve des Ausgangssignals der Regelschleife aus 15A. 15B shows a signal curve of the output signal of the control loop 15A ,

15C zeigt eine Signalkurve der Stellgröße der Regelschleife aus 15A. 15C shows a signal curve of the manipulated variable of the control loop 15A ,

15D zeigt ein Nyquist-Diagramm für die Regelschleife aus 15A. 15D shows a Nyquist diagram for the control loop 15A ,

16 zeigt ein Kurvenbild, das Amplitude und Phase eines geregelten Systems in Abhängigkeit von der Frequenz zeigt. 16 shows a graph showing the amplitude and phase of a controlled system as a function of frequency.

Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die zugehörigen Zeichnungen, die veranschaulichend spezifische Details und Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung möglicherweise umgesetzt wird.The following detailed description refers to the accompanying drawings which illustrate, by way of illustration, specific details and embodiments in which the invention may be practiced.

Der Begriff „beispielhaft” wird hier in der Bedeutung „als Beispiel, Ausprägung oder der Veranschaulichung dienend” verwendet. Jede Ausführungsform oder Bauart, die hier als „beispielhaft” beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise so auszulegen, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Bauarten bevorzugt oder von Vorteil wäre.The term "exemplary" is used herein to mean "by way of example, expression or illustration." Any embodiment or type described herein as "exemplary" is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other embodiments or constructions.

Das Wort „über”, verwendet bezüglich eines abgeschiedenen Materials, das „über” einer Seite oder Oberfläche gebildet wird, wird hierin möglicherweise mit der Bedeutung verwendet, dass das abgeschiedene Material „direkt auf”, z. B. in direktem Kontakt mit, der besagten Seite oder Oberfläche gebildet wird. Das Wort „über”, verwendet bezüglich eines abgeschiedenen Materials, das „über” einer Seite oder Oberfläche gebildet wird, wird hierin möglicherweise mit der Bedeutung verwendet, dass das abgeschiedene Material „indirekt auf” der besagten Seite oder Oberfläche gebildet wird, mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten, die zwischen der besagten Seite oder Oberfläche und dem abgeschiedenen Material angeordnet sind.The word "about," as used with respect to a deposited material formed "over" a page or surface, may be used herein to mean that the deposited material is "directly on," e.g. B. in direct contact with, said side or surface is formed. The word "about," as used with respect to a deposited material formed "over" a page or surface, may be used herein to mean that the deposited material is formed "indirectly on" said side or surface, with one or more a plurality of additional layers disposed between said side or surface and the deposited material.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Wandlerschaltung mit einer Regelschleife, z. B. ein SPMS (Schaltnetzteil) bereitgestellt, die einen Generator für weißes Rauschen enthält, das die Regelschleife in einem weiten Frequenzbereich anregt. Aus der Reaktion der Regelschleife auf die Anregung werden möglicherweise Informationen über externe Komponenten, z. B. ein Ausgangsnetz, abgeleitet, die möglicherweise wiederum für eine Konfiguration der Regelschleife verwendet werden, z. B. für eine Einstellung von Reglerparametern.According to one embodiment, a converter circuit with a control loop, z. For example, an SPMS (switching power supply) is provided which includes a white noise generator that excites the control loop over a wide range of frequencies. From the response of the control loop to the excitation may be Information about external components, such as As an output network derived, which may be used in turn for a configuration of the control loop, z. B. for a setting of controller parameters.

Im Folgenden wird hier unter Bezugnahme auf 1 ein Beispiel für eine Wandlerschaltung 100, die mit den hierin beschriebenen Techniken konsistent ist, beschrieben.The following is here with reference to 1 an example of a converter circuit 100 which is consistent with the techniques described herein.

1 zeigt eine Wandlerschaltung 100 gemäß einer Ausführungsform. 1 shows a converter circuit 100 according to one embodiment.

Die Wandlerschaltung 100 enthält einen Schalterschaltkreis 101, der dazu ausgelegt ist, eine Ausgangsspannung 106 bereitzustellen, und einen Regelungsschaltkreis 102, der einen analogen Regelungsanteil 103 und einen digitalen Regelungsanteil 104 enthält.The converter circuit 100 contains a switch circuit 101 which is designed to be an output voltage 106 to provide, and a control circuit 102 , which has an analog control share 103 and a digital control share 104 contains.

Die Wandlerschaltung 100 enthält weiterhin einen Rauschgenerator 105, der dazu ausgelegt ist, weißes Rauschen 107 zu erzeugen, wobei der Rauschgenerator dazu ausgelegt ist, das erzeugte weiße Rauschen dem digitalen Regelungsanteil 104 des Regelungsschaltkreises 102 zuzuführen, und der Regelungsschaltkreis 102 dazu ausgelegt ist, den Schalterschaltkreis 101 auf Basis des weißen Rauschens 107 zu regeln.The converter circuit 100 also contains a noise generator 105 which is designed to white noise 107 wherein the noise generator is adapted to transfer the generated white noise to the digital control portion 104 of the control circuit 102 supply, and the control circuit 102 designed to be the switch circuit 101 based on the white noise 107 to regulate.

Die Wandlerschaltung ist zum Beispiel als eine Gleichspannungs-Wandlerschaltung ausgelegt, zum Beispiel als eine Schaltnetzteilschaltung.The converter circuit is designed, for example, as a DC-DC converter circuit, for example as a switching power supply circuit.

Mit anderen Worten: Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird weißes Rauschen möglicherweise in eine Regelschleife eingebracht, um das System bei verschiedenen Frequenzen anzuregen. Auf Basis der Ergebnisse dieser Anregungen werden möglicherweise Parameter ermittelt, wie zum Beispiel der ESR (equivalent series resistance, äquivalenter Serienwiderstand) und die LC-Resonanzfrequenz eines Ausgangsnetzes.In other words, according to various embodiments, white noise may be introduced into a control loop to excite the system at different frequencies. Based on the results of these suggestions, parameters may be determined, such as ESR (equivalent series resistance) and the LC resonance frequency of an output network.

Weißes Rauschen ist zum Beispiel Rauschen, das durch eine Zufallsvariable gegeben wird, deren Verteilung nur über einem Intervall, das gleich der Quantisierungsstufe ist, nicht null ist. Weißes Rauschen wird möglicherweise auch als ein Zufallssignal mit einer ebenen (konstanten) spektralen Leistungsdichte verstanden.For example, white noise is noise given by a random variable whose distribution is not zero over an interval equal to the quantization level. White noise may also be understood as a random signal with a flat (constant) spectral power density.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält der Schalterschaltkreis wenigstens einen Schalttransistor.According to various embodiments, the switch circuit includes at least one switching transistor.

Zum Beispiel enthält der wenigstens eine Schalttransistor wenigstens einen Schalttransistor.For example, the at least one switching transistor includes at least one switching transistor.

Der wenigstens eine Leistungsschalttransistor enthält möglicherweise zum Beispiel wenigstens eines von Folgenden: einen Feldeffekttransistor oder einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode.For example, the at least one power switching transistor may include at least one of the following: a field effect transistor or an insulated gate bipolar transistor.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens zu regeln, um wenigstens eine Eigenschaft wenigstens eines der Folgenden zu bestimmen: der Last oder der Wandlerschaltung. Mit anderen Worten: Eine Eigenschaft der Last (wie zum Beispiel eine Induktivität, eine Kapazität und/oder ein äquivalenter Serienwiderstand) wird möglicherweise zum Beispiel auf Basis einer Reaktion der Wandlerschaltung auf das weiße Rauschen bestimmt, d. h. des Verhaltens der Wandlerschaltung als Reaktion auf das weiße Rauschen.According to various embodiments, the control circuit is configured to control the switch circuit based on the white noise to determine at least one property of at least one of: the load or the converter circuit. In other words, a property of the load (such as an inductance, a capacitance, and / or an equivalent series resistance) may be determined based on, for example, a response of the converter circuit to the white noise; H. the behavior of the converter circuit in response to the white noise.

Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, eines oder mehrere Elemente aus einer Gruppe zu bestimmen, die aus Folgenden besteht:
einer Induktivität eines Induktors;
einer Kapazität eines Kondensators;
einem äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators; oder
einer elektrischen Eigenschaft der Last.
The control circuit may be further configured to determine one or more elements of a group consisting of:
an inductance of an inductor;
a capacitance of a capacitor;
an equivalent series resistance of a capacitor; or
an electrical property of the load.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis zu regeln, um die Ausgangsspannung auf Basis eines Tastgrads bereitzustellen, und der Regelungsschaltkreis ist dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens durch Addition des erzeugten weißen Rauschens zum Tastgrad zu regeln. Mit anderen Worten: Das weiße Rauschen wird zum Beispiel zu einem Pulsweitenmodulationssignal addiert, auf dessen Basis die Wandlerschaltung die Ausgangsspannung gemäß Pulsweitenmodulation erzeugt.According to one embodiment, the control circuit is configured to regulate the switch circuit to provide the output voltage based on a duty cycle, and the control circuit is configured to control the switch circuit based on the white noise by adding the generated white noise to the duty cycle. In other words, the white noise is added, for example, to a pulse width modulation signal, based on which the converter circuit generates the output voltage according to pulse width modulation.

Der Regelungsschaltkreis umfasst zum Beispiel einen Analog-Digital-Wandler, der dazu ausgelegt ist, einen Messwert der Ausgangsspannung aufzunehmen und einen Digitalwert bereitzustellen, der den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung angibt. The control circuit includes, for example, an analog-to-digital converter configured to receive a reading of the output voltage and provide a digital value indicative of the sensed reading of the output voltage.

Zum Beispiel ist der Analog-Digital-Wandler weiterhin dazu ausgelegt, den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen, und ein Abweichungssignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt. Das Abweichungssignal ist zum Beispiel ein Digitalwert, der die Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung spezifiziert.For example, the analog-to-digital converter is further configured to compare the sensed output voltage reading to a reference voltage and to generate a deviation signal representative of a difference between the sensed output voltage reading and the reference voltage. The deviation signal is, for example, a digital value that specifies the difference between the recorded measured value of the output voltage and the reference voltage.

Der Regelungsschaltkreis ist zum Beispiel dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zum Abweichungssignal zu addieren. Mit anderen Worten: Es wird ein Digitalwert eines digitalen weißen Rauschens zu einem Digitalwert addiert, der eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt.The control circuit is designed, for example, to add the generated white noise to the deviation signal. In other words, a digital value of a digital white noise is added to a digital value representing a difference between the recorded measured value of the output voltage and the reference voltage.

Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise dazu ausgelegt, die Referenzspannung sequentiell zu erhöhen. Zum Beispiel wird die Referenzspannung möglicherweise stufenweise von einem Anfangswert (z. B. null) auf einen Sollwert erhöht. Dies wird möglicherweise zum Beispiel in einer Anfangsphase (z. B. einer Anlaufphase) durchgeführt.The control circuit may be configured to sequentially increase the reference voltage. For example, the reference voltage may be incrementally increased from an initial value (eg, zero) to a setpoint. For example, this may be done in an initial phase (eg, a startup phase).

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen PID-Regler, der dazu ausgelegt ist, das Abweichungssignal aufzunehmen und eine PID-Ausgabe auf Basis des aufgenommenen Abweichungssignals zu erzeugen.According to one embodiment, the control circuit further comprises a PID controller configured to receive the deviation signal and generate a PID output based on the received deviation signal.

Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zur PID-Ausgabe zu addieren.The control circuitry may still be configured to add the generated white noise to the PID output.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen Pulsweitenmodulationsregler, der dazu ausgelegt ist, die PID-Ausgabe aufzunehmen und ein pulsweitenmoduliertes Regelungssignal zu erzeugen, das dazu ausgelegt ist, eine Leistungsstufe zu regeln, um der Last die Ausgangsspannung bereitzustellen. Mit anderen Worten: Es wird zum Beispiel ein Signal vom Pulsweitenmodulationsregler (z. B. von einem digitalen Pulsweitenmodulationsbaustein) bestimmt, das eine Pulsbreite für eine Pulsweitenmodulation spezifiziert, und es wird einer Leistungsstufe zugeführt, die die Ausgangsspannung gemäß Pulsweitenmodulation auf Basis des die Pulsbreite spezifizierenden Signals erzeugt.According to one embodiment, the control circuit further comprises a pulse width modulation controller configured to receive the PID output and to generate a pulse width modulated control signal configured to regulate a power stage to provide the output with the load. In other words, for example, a signal from the pulse width modulation controller (eg, from a digital pulse width modulation module) specifying a pulse width modulation pulse width is input, and supplied to a power stage that measures the pulse width modulation output voltage based on the pulse width specifying value Signals generated.

Der Regelungsschaltkreis ist zum Beispiel möglicherweise dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zum pulsweitenmodulierten Regelungssignal zu addieren.For example, the control circuitry may be configured to add the generated white noise to the pulse width modulated control signal.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Rauschgenerator dazu ausgelegt, das weiße Rauschen unter Verwendung eines Sigma-Delta-Wandlers zu erzeugen.In one embodiment, the noise generator is configured to generate the white noise using a sigma-delta converter.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Rauschgenerator weiterhin dazu ausgelegt, eine Auflösung des Sigma-Delta-Wandlers zu verringern, um eine Amplitude des erzeugten weißen Rauschens zu erhöhen. Die Auflösung des Sigma-Delta-Wandlers ist zum Beispiel die Auflösung eines Ausgangsquantisierers des Sigma-Delta-Wandlers.In one embodiment, the noise generator is further configured to reduce a resolution of the sigma-delta converter to increase an amplitude of the generated white noise. The resolution of the sigma-delta converter is, for example, the resolution of an output quantizer of the sigma-delta converter.

Der Sigma-Delta-Wandler enthält möglicherweise mehr als eine Rückkopplungsschleife. Zum Beispiel ist wenigstens eine Nullstelle des Sigma-Delta-Wandlers in der Nähe der Resonanzfrequenz der Last angeordnet.The sigma-delta converter may contain more than one feedback loop. For example, at least one zero of the sigma-delta converter is located near the resonant frequency of the load.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen Analog-Digital(AD)-Wandler, der dazu ausgelegt ist, einen Messwert einer Ausgangsspannung an der Last aufzunehmen, den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen und ein Abweichungssignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt, und der Regelungsschaltkreis ist dazu ausgelegt, das Abweichungssignal zu verarbeiten, um einen oder mehrere von Folgenden zu bestimmen: die Grenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder einen äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators.According to one embodiment, the control circuit further comprises an analog-to-digital (AD) converter configured to receive a measurement of an output voltage at the load, compare the sensed measurement of the output voltage to a reference voltage, and generate a deviation signal representing a difference between the sensed measurement of the output voltage and the reference voltage, and the control circuit is configured to process the deviation signal to determine one or more of: the cutoff frequency of the control circuit or an equivalent series resistance of a capacitor.

Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, das Abweichungssignal zu verarbeiten, um eine spektrale Leistungsdichte zu bestimmen.The control circuitry may be further configured to process the deviation signal to determine a spectral power density.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt, eines oder mehrere von Folgenden auf Basis der bestimmten spektralen Leistungsdichte zu bestimmen: eine Schleifengrenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder einen äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators. According to one embodiment, the control circuit is further configured to determine one or more of the following based on the determined spectral power density: a loop cutoff frequency of the control circuit or an equivalent series resistance of a capacitor.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt, wenigstens einen Koeffizienten eines PID-Reglers anzupassen, der dazu ausgelegt ist, das Abweichungssignal aufzunehmen und eine PID-Ausgabe auf Basis von einem oder mehreren von Folgenden zu erzeugen: der bestimmten Schleifengrenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder des bestimmten äquivalenten Serienwiderstands eines Kondensators. Mit anderen Worten: Auf Basis des Ergebnisses der Bestimmung passt der Regelungsschaltkreis möglicherweise einen oder mehrere Parameter des PID-Reglers an.According to one embodiment, the control circuit is further configured to adjust at least one coefficient of a PID controller configured to receive the deviation signal and generate a PID output based on one or more of: the determined loop cutoff frequency of the control circuit or certain equivalent series resistance of a capacitor. In other words, based on the result of the determination, the control circuit may adjust one or more parameters of the PID controller.

Die Wandlerschaltung 100 führt zum Beispiel ein Verfahren aus, wie es in 2 veranschaulicht wird.The converter circuit 100 For example, execute a procedure as described in 2 is illustrated.

2 zeigt ein Flussdiagramm 200. 2 shows a flowchart 200 ,

Das Flussdiagramm 200 veranschaulicht ein Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung.The flowchart 200 illustrates a method of converting an input voltage to an output voltage.

In 201 wird weißes Rauschen erzeugt.In 201 White noise is generated.

In 202 wird das erzeugte weiße Rauschen einem digitalen Regelungsanteil einem Regelungsschaltkreis zugeführt.In 202 The generated white noise is supplied to a digital control portion of a control circuit.

In 203 regelt der Regelungsschaltkreis einen Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens, um die Ausgangsspannung bereitzustellen.In 203 The control circuit controls a switch circuit based on white noise to provide the output voltage.

Es sei angemerkt, dass die im Kontext der Wandlerschaltung 100 beschriebenen Ausführungsformen analog für das in 2 veranschaulichte Verfahren gelten und umgekehrt.It should be noted that in the context of the converter circuit 100 described embodiments analogous to the in 2 Illustrated methods apply and vice versa.

Im Folgenden werden Ausführungsformen ausführlicher beschrieben werden. Es sei angemerkt, dass die verschiedenen, im Folgenden beschriebenen Konzepte möglicherweise zusammen oder getrennt verwendet werden.Hereinafter, embodiments will be described in more detail. It should be noted that the various concepts described below may be used together or separately.

3 zeigt ein Schaltnetzteil (SMPS) 300. 3 shows a switching power supply (SMPS) 300 ,

Das SMPS 300 ist möglicherweise ein Abwärtswandler-SMPS, das in einer digitalen Regelschleife arbeitet. Es enthält möglicherweise einen Analog-Digital(AD)-Wandler 301, der eine Referenzspannung Vref und die Ausgangsspannung Vout aufnimmt. Das SMPS 300 ist dazu ausgelegt, eine Ausgangsspannung Vout zu erreichen, die so nahe wie möglich an der Referenzspannung Vref liegt. Der AD-Wandler 301 erzeugt ein Abweichungssignal e[n], das die digitalisierte Differenz zwischen der Referenzspannung Vref und der Ausgangsspannung Vout ist. Das Abweichungssignal e[n] wird dann über einen PID-Baustein 302 gefiltert. Die Parameter des PID-Bausteins sind zum Beispiel zum Erreichen einer gewissen Stabilität und einer gewissen Dynamikleistung des SMPS 300 eingestellt. Der PID-Baustein 302 erzeugt eine digitale Abbildung des von der Regelschleife erreichten Tastgrads d[n], der in einen digitalen PWM(Pulsweitenmodulations)-Baustein 303 (DPWM-Baustein) eingespeist wird. Der DPWM 303 ist ein digitaler PWM mit endlicher Auflösung (z. B. geringer als die Auflösung des PID-Bausteins 302 und der digitalen Abbildung des vom PID-Baustein 302 erzeugten Tastgrads d[n]). Er moduliert, auf Basis eines digitalen Zählers, den Tastgrad d(t) einer Rechteckschwingung gemäß einer Zeit, die der digitale Zähler braucht, um d[n] zu erreichen. Der Tastgrad d(t) wird in einen Leistungsstufenbaustein 304 eingespeist. Der Leistungsstufenbaustein 304 verbindet einen SW-Knoten 308 mittels eines niederohmigen Pfads (d. h. umgesetzt durch Umschalter) mit einem Versorgungspotential Vg, wenn d(t) auf High-Level ist, und mit Masse (gnd), wenn d(t) auf Low-Level ist.The SMPS 300 is possibly a down-converter SMPS operating in a digital loop. It may contain an analog-to-digital (AD) converter 301 which receives a reference voltage Vref and the output voltage Vout. The SMPS 300 is designed to reach an output voltage Vout that is as close as possible to the reference voltage Vref. The AD converter 301 generates a deviation signal e [n], which is the digitized difference between the reference voltage Vref and the output voltage Vout. The deviation signal e [n] is then transmitted via a PID block 302 filtered. The parameters of the PID module are, for example, to achieve a certain stability and a certain dynamic performance of the SMPS 300 set. The PID module 302 generates a digital map of the duty cycle d [n] achieved by the control loop, which is converted into a digital PWM (Pulse Width Modulation) block 303 (DPWM block) is fed. The DPWM 303 is a digital PWM with finite resolution (for example, less than the resolution of the PID device 302 and the digital mapping of the PID device 302 generated duty cycles d [n]). It modulates, based on a digital counter, the duty cycle d (t) of a square wave according to a time required for the digital counter to reach d [n]. The duty cycle d (t) becomes a power stage component 304 fed. The power stage module 304 connects a SW node 308 by means of a low impedance path (ie, switched by a switch) to a supply potential Vg when d (t) is high level and to ground (gnd) when d (t) is low level.

Ein Ausgangsnetz enthält einen Induktor 305, der in Reihe nach dem SW-Knoten 308 angeordnet ist, und einen Kondensator 306 und einen ESR 307, die in Reihe zwischen einem Masseknoten 309 und dem Ausgangsspannungsknoten 310 (der durch den nicht mit dem SW-Knoten 308 verbundenen Anschluss des Induktors gebildet wird) verbunden sind.An output network contains an inductor 305 in line after the SW node 308 is arranged, and a capacitor 306 and an ESR 307 in series between a ground node 309 and the output voltage node 310 (by not using the SW node 308 connected connection of the inductor is formed) are connected.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird möglicherweise weißes Rauschen v(n) addiert, das alle Frequenzen der Ausgangsstufe anregt (d. h. der Stufe, die die Leistungsstufe 304 und das Ausgangsnetz enthält, d. h. der Stufe, die durch den Induktor 305, den Kondensator 306 und den ESR 307 gebildet wird). Dies wird in 4 veranschaulicht.According to various embodiments, white noise v (n) may be added which excites all frequencies of the output stage (ie, the stage that is the power stage 304 and the output network contains, that is, the stage, by the inductor 305 , the condenser 306 and the ESR 307 is formed). This will be in 4 illustrated.

4 zeigt ein SMPS 400. 4 shows an SMPS 400 ,

Analog zum SPMS 300 enthält das SPMS 400 einen AD-Wandler 401, einen PID-Baustein 402, einen DPWM-Baustein 403, eine Leistungsstufe 404 und ein Ausgangsnetz (Ausgangsfilter), das einen Induktor 405, einen Kondensator 406 und einen ESR 407 enthält, die möglicherweise so angeordnet und ausgelegt sind, wie es in Bezug auf 3 erklärt wurde. Zusätzlich enthält das SPMS 400 einen digitalen Verarbeitungsbaustein 408, der das Abweichungssignal e[n] aufnimmt, und eine nach dem PID-Baustein 402 angeordnete Additionsschaltung 409, die weißes Rauschen zur Ausgabe des PID-Bausteins 402 addiert. Ein Ergebnis dieser Addition, d. h. eine Ausgabe der Additionsschaltung 401, wird dem DPWM-Baustein 403 zugeführt. Weiterhin wird in diesem Beispiel angenommen, dass ein Lastwiderstand 410 zwischen dem Ausgangsspannungsknoten und dem Masseknoten verbunden ist, d. h. parallel zum Kondensator 406 und dem ESR 407.Analogous to the SPMS 300 contains the SPMS 400 an AD converter 401 , a PID module 402 , a DPWM module 403 , a performance level 404 and an output network (output filter) that has an inductor 405 , a capacitor 406 and an ESR 407 which may be arranged and designed as to how it may be 3 was declared. In addition, the SPMS contains 400 a digital processing module 408 which receives the deviation signal e [n] and one after the PID block 402 arranged addition circuit 409 , the white noise to output the PID device 402 added. A result of this addition, ie an output of the addition circuit 401 , becomes the DPWM building block 403 fed. Furthermore, in this example, it is assumed that a load resistance 410 is connected between the output voltage node and the ground node, ie parallel to the capacitor 406 and the ESR 407 ,

Die Addition des weißen Rauschens erfolgt zum Beispiel möglicherweise auf verschiedene Arten. Die Verwendung eines Delta-Sigma(ΔΣ)-Modulators zweiter oder höherer Ordnung in einer Abweichungsrückkopplungs-Konfiguration wird in 5 veranschaulicht.For example, the addition of the white noise may be done in several ways. The use of a second-order or higher-order delta-sigma (ΔΣ) modulator in a deviation feedback configuration is disclosed in U.S. Pat 5 illustrated.

5 zeigt eine Additionsschaltung 500 gemäß einer Ausführungsform. 5 shows an addition circuit 500 according to one embodiment.

Die Additionsschaltung 500 entspricht zum Beispiel der Additionsschaltung 409.The addition circuit 500 corresponds for example to the addition circuit 409 ,

Das Eingangssignal der Additionsschaltung 500 ist der digitale Tastgrad d[n], wie er vom PID-Baustein 402 ausgegeben wird. Der Addierer 501 addiert dazu die Ausgabe eines 1-NTF-Bausteins 502. Der 1-NTF-Baustein 502 ist zum Beispiel ein für die Rauschformung verwendeter HP(Hochpass)-Filter.The input signal of the addition circuit 500 is the digital duty cycle d [n], as it is from the PID module 402 is issued. The adder 501 adds the output of a 1-NTF block 502 , The 1-NTF device 502 is, for example, an HP (high pass) filter used for noise shaping.

Sein Eingang ist die Differenz (erzeugt von einem Subtrahierer 503) zwischen der Ausgabe des Addierers 501 und der Ausgabe der Additionsschaltung 500. Die Ausgabe der Additionsschaltung 500 ist die Ausgabe des Addierers 501, quantisiert von einem Quantisierer 504. Das Abweichungssignal qe (das die Differenz zwischen der Ausgabe des Addierers 501 und dem Ausgangssignal der Additionsschaltung 500 spezifiziert) weist die Charakteristika von weißem Rauschen auf.Its input is the difference (generated by a subtractor 503 ) between the output of the adder 501 and the output of the addition circuit 500 , The output of the addition circuit 500 is the output of the adder 501 quantized by a quantizer 504 , The deviation signal qe (which is the difference between the output of the adder 501 and the output of the addition circuit 500 specified) has the characteristics of white noise.

6 veranschaulicht die Anordnungen 601, 602 zur Addition von weißem Rauschen. 6 illustrates the arrangements 601 . 602 for the addition of white noise.

Die erste Anordnung 601 wird zum Beispiel möglicherweise als der Teil des SPMS 400 verwendet, der durch den gestrichelten Kasten 411 angegeben ist.The first arrangement 601 For example, it may be considered the part of the SPMS 400 used by the dashed box 411 is specified.

Gleichermaßen wird die zweite Anordnung 602 möglicherweise zum Beispiel als der Teil des SPMS 400 verwendet, der durch den gestrichelten Kasten 411 angegeben ist.Similarly, the second arrangement 602 possibly as part of the SPMS, for example 400 used by the dashed box 411 is specified.

In der ersten Anordnung führt ein ΔΣ-Baustein 603, der als außerhalb der Regelschleife des SMPS 400 angeordnet zu sehen ist, seine Ausgabe (d. h. weißes Rauschen) einer Additionsschaltung 604 zu, die der Additionsschaltung 409 entspricht, die zwischen einem PID-Baustein 605, entsprechend dem PID-Baustein 402, und einem DPWM-Baustein 606, entsprechend dem DPWM-Baustein 403, angeordnet ist.In the first arrangement, a ΔΣ device leads 603 that is outside the control loop of the SMPS 400 can be seen, its output (ie white noise) of an addition circuit 604 to that of the addition circuit 409 corresponds to that between a PID device 605 , according to the PID module 402 , and a DPWM device 606 , according to the DPWM module 403 , is arranged.

In der zweiten Anordnung 602 wird anstelle der Additionsschaltung 409 ein ΔΣ-Baustein 607 bereitgestellt, der möglicherweise als innerhalb der Regelschleifenkette zwischen einem PID-Baustein 608, entsprechend dem PID-Baustein 402, und einem DPWM-Baustein 608, entsprechend dem DPWM-Baustein 403, angeordnet zu sehen ist. In diesem Fall kann der ΔΣ-Baustein 607 auch verwendet werden, um die effektive mittlere Auflösung des DPWM-Bausteins 403 zu erhöhen.In the second arrangement 602 is used instead of the addition circuit 409 a ΔΣ building block 607 possibly as inside the control loop chain between a PID device 608 , according to the PID module 402 , and a DPWM device 608 , according to the DPWM module 403 , can be seen arranged. In this case, the ΔΣ block 607 Also used to calculate the effective mean resolution of the DPWM device 403 to increase.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine geringe Rauschleistung addiert, z. B. von der Additionsschaltung 409, um eine Schleifenreaktion zu stimulieren. Die Schleifenreaktion umfasst möglicherweise hauptsächlich Informationen über eine Last des SPMS 400, die z. B. den Lastwiderstand 710 enthält. Im Fall einer Konfiguration, bei der sich Delta-Sigma innerhalb der Schleife in der Abweichungsrückkopplung befindet (z. B. wie in der zweiten Anordnung 602), fügt das Addieren (Aufschalten) von Rauschen keine Verzögerungen im Signalpfad ein. In diesem Fall wird das Rauschen möglicherweise so aufgeschaltet, dass es zur Stimulation der Last ausreicht, ohne das System in einen instabilen Zustand zu bringen. Eine zeitliche Analyse des eingeschwungenen Zustands zeigt, dass möglicherweise erreicht wird, dass die Vout-Ergebnisse trotz der Rauschaufschaltung nahe an Vref liegen. Durch Verarbeitung der Ausgabe des ADC 401 werden möglicherweise Lastparameter bestimmt.According to various embodiments, a low noise power is added, e.g. B. from the addition circuit 409 to stimulate a loop reaction. The loop response may mainly include information about a load of the SPMS 400 that z. B. the load resistance 710 contains. In the case of a configuration where delta-sigma is within the loop in the deviation feedback (eg, as in the second arrangement 602 ), the addition of noise introduces no delays in the signal path. In this case, the noise may be switched so that it is sufficient to stimulate the load without bringing the system into an unstable state. A temporal analysis of the steady state indicates that it may be possible to achieve the Vout results despite the noise input close to Vref. By processing the output of the ADC 401 possibly load parameters are determined.

In einer ΔΣ-Umsetzungsform außerhalb der Schleife (z. B. wie in der ersten Anordnung 601) wird der eingeschwungene Zustand des SPMS 400 möglicherweise unter Berücksichtigung des addierten Rauschens wie folgt beschrieben: Vout = 1/N·dDPWM wobei N die Beziehung zwischen der Schaltperiode (in der zum Beispiel ein Leistungs-MOS-Transistor angesteuert wird) und einer DPWM-Taktsignalperiode TSW = N·Tclk ist.In a ΔΣ conversion form outside the loop (eg, as in the first arrangement 601 ) becomes the steady state of the SPMS 400 possibly considering the added noise as follows: Vout = 1 / N · d DPWM where N is the relationship between the switching period (in which, for example, a power MOS transistor is driven) and a DPWM clock signal period T SW = N * Tclk.

Unter Berücksichtigung der Delta-Sigma-Umsetzungsform in der Schleife (wie in der zweiten Anordnung 602) wird das addierte Rauschen möglicherweise unter Herabsetzen der Auflösung eines Quantisierers des ΔΣ-Bausteins in Bezug auf die DPWM-Auflösung verstärkt. Die Auflösung des Quantisierers des ΔΣ-Bausteins wird möglicherweise über einen Parameter res_ΔΣ gesetzt. In diesem Fall kann geschrieben werden: Vout = dDPWM·Vin = 1 / N·(dPID[n] + Rauschen)·Vin Considering the delta-sigma implementation in the loop (as in the second arrangement 602 ), the added noise may be amplified by decreasing the resolution of a quantizer of the ΔΣ device with respect to the DPWM resolution. The resolution of the quantizer of the ΔΣ block may be set via a parameter res_ΔΣ. In this case you can write: Vout = d DPWM * Vin = 1 / N * (d PID [n] + noise) * Vin

Hier kann der Parameter „Rauschen” 1-NTF[n] betragen. Es sei angemerkt, dass die Varianz des Signals e[n] und/oder dpid[n] möglicherweise viel größer als die Varianz des Quantisierers des ΔΣ-Bausteins ist. Das PID-Signal (d. h. das Ausgangssignal des PID-Bausteins 402) wird zum Beispiel mit einem Quantisierer des ΔΣ quantisiert, der eine geringere Auflösung als das PID-Signal aufweist. Das niederwertigste Bit des ΔΣ-Bausteins ist Quantisierungsrauschen. Weißes Rauschen ist zum Beispiel Rauschen, das durch eine Zufallsvariable gegeben wird, deren Verteilung nur über einem Intervall, das gleich der Quantisierungsstufe ist, nicht null ist. Weißes Rauschen wird möglicherweise auch als ein Zufallssignal mit einer ebenen (konstanten) spektralen Leistungsdichte verstanden.Here the parameter "Noise" can be 1-NTF [n]. It should be noted that the variance of the signal e [n] and / or dpid [n] may be much larger than the variance of the quantizer of the ΔΣ block. The PID signal (ie the output signal of the PID block 402 ) is quantized, for example, with a quantizer of ΔΣ having a lower resolution than the PID signal. The least significant bit of the ΔΣ device is quantization noise. For example, white noise is noise given by a random variable whose distribution is not zero over an interval equal to the quantization level. White noise may also be understood as a random signal with a flat (constant) spectral power density.

Sowohl der DPWM 403 als auch der Quantisierer des ΔΣ-Bausteins 603, 607 weisen möglicherweise den gleichen Endwertbereich VFS auf. Die Auflösung des ΔΣ-Quantisierers kann 2a-mal geringer als die des DPWM sein. In diesem Fall kann der Ausdruck für das Rauschen als eine Funktion der Auflösungsdifferenz ermittelt werden:

Figure DE102014105863A1_0002
Both the DPWM 403 as well as the quantizer of the ΔΣ-block 603 . 607 may have the same final value range V FS . The resolution of the ΔΣ quantizer may be 2 a times less than that of the DPWM. In this case, the expression for the noise can be determined as a function of the resolution difference:
Figure DE102014105863A1_0002

Unter Berücksichtigung, dass der DPWM möglicherweise hauptsächlich als ein einstufiger Zähler von 1 bis 2^N arbeitet, wird der Ausdruck für das Rauschen möglicherweise unter Berücksichtigung von VFS = 2^N vereinfacht, denn: Rauschen = ∥2a – 1∥ Considering that the DPWM may work mainly as a one-step counter from 1 to 2 ^ N, the expression for the noise may be simplified taking into account V FS = 2 ^ N, because: Noise = ∥2 a - 1∥

In dem durch die erste Anordnung 601 veranschaulichten Ansatz ist der Rausch-Term einfach ein weißes Rauschen, das sich aus dem (Ausgangs-)Quantisierer des ΔΣ-Bausteins 603, wie er in 5 modelliert wird, ergibt. Das Bereitstellen eines ΔΣ-Bausteins außerhalb der Schleife (wie in der ersten Anordnung 601) als Rauschquelle gestattet es, die Rauschamplitude wie gewünscht zu dimensionieren und sie gemäß den Schleifenparametern und gemäß der DPWM-Auflösung einzustellen, damit die Systemstabilität berücksichtigt wird. Dies weist möglicherweise Vorteile auf, weil das addierte Rauschen möglicherweise, wie in den Ausführungsformen oben beschrieben wurde, ein wirkliches weißes Rauschen und keine Emulation ist. Eine PRBS-Sequenz weist typischerweise Auflösungsprobleme auf. Quantisierungsrauschen ergibt sich typischerweise sehr nahe am idealen weißen Rauschen. Wie in 5 gezeigt wird, wird die Hardware, die benötigt wird, um einen ΔΣ-Baustein in einer Abweichungsrückkopplungs-Konfiguration umzusetzen, auf der Chip-Fläche möglicherweise klein gehalten, und die gleiche Schaltung wird möglicherweise in Kompensationsphasen verwendet, um die Auflösung des Systems im eingeschwungenen Zustand zu verbessern.In that by the first arrangement 601 The noise term is simply a white noise consisting of the (output) quantizer of the ΔΣ device 603 as he is in 5 is modeled results. Providing a ΔΣ device outside the loop (as in the first arrangement 601 ) as a noise source allows the noise amplitude to be sized as desired and adjusted according to the loop parameters and DPWM resolution to account for system stability. This may have advantages because the added noise may be true white noise and no emulation, as described in the embodiments above. A PRBS sequence typically has resolution problems. Quantization noise typically results very close to the ideal white noise. As in 5 is shown, the hardware required to implement a ΔΣ device in a deviation feedback configuration may be kept small on the chip surface, and the same circuit may be used in compensation phases to increase the resolution of the system in the steady state to improve.

Der durch die zweite Anordnung 602 veranschaulichte Ansatz verwendet das ΔΣ in der Konfiguration in der Schleife. In diesem Fall könnte das Rauschen unter Berücksichtigung einer in Bezug auf dPID[n] geringeren Auflösung des Quantisierers (siehe 5) – und optional in Bezug auf die DPWM-Auflösung geringeren Auflösung – addiert werden. Der Term 2a gibt die Differenz zwischen der dPID[n]-Auflösung und der Auflösung des Quantisierers an, der Teil des ΔΣ-Bausteins 607 ist.The through the second arrangement 602 illustrated approach uses the ΔΣ in the configuration in the loop. In this case, the noise could be calculated taking into account a lower resolution of the quantizer with respect to d PID [n] (see 5 ) And optionally with respect to the lower resolution DPWM resolution. The term 2 a gives the difference between the d PID [n] resolution and the resolution of the quantizer, which is part of the ΔΣ block 607 is.

Das Erweitern der Ausgabe des ΔΣ-Bausteins 607 in die Ausgangsspannung könnte ausgedrückt werden als: Vout = 1/N·(dPID[n] – NTF(z)·(qe) + Rauschen)·Vin = = 1/N·(dPID[n] – NTF(z)·(dPID[n – 1] – dΔΣ[n – 1]) ± |2a – 1|)·Vin Extending the output of the ΔΣ block 607 in the output voltage could be expressed as: V out = 1 / N · (d PID [n] - NTF (z) · (q e ) + noise) · Vin = = 1 / N · (d PID [n] - NTF (z) · (d PID n - 1] - d ΔΣ [n - 1]) ± | 2 a - 1 |) · Vin

Während der Schleifenkompensationsphase ist der Rausch-Term (∥2a – 1∥) null, weil der DPWM- und der ΔΣ-Baustein in dieser Ausführungsform die gleiche Auflösung aufweisen. Unter dieser Bedingung wird die gemittelte Auflösung der Ausgangsspannung möglicherweise durch den ΔΣ-Baustein mit einem Prozess verbessert, der sich aus Dithering, Oversampling und Filtern zusammensetzt. Das Filtern erfolgt möglicherweise durch den Ausgangsfilter, der eine Abwärtswandler-Leistungsausgabe bildet. Das Dithering wird möglicherweise als die Rauschaufschaltung betrachtet; während eines Identifizierungsprozesses wird diese Komponente möglicherweise unter Herabsetzen der ΔΣ-Auflösung in Bezug auf die Auflösung des DPWM inkrementiert.During the loop compensation phase , the noise term (∥2 a - 1∥) is zero because the DPWM and ΔΣ devices have the same resolution in this embodiment. Under this condition, the averaged resolution of the output voltage may be improved by the ΔΣ device with a process composed of dithering, oversampling, and filtering. The filtering may be through the output filter, which forms a buck converter power output. Dithering may be considered as the noise intrusion; During an identification process, this component may be incremented by decreasing the ΔΣ resolution with respect to the resolution of the DPWM.

Falls zum Beispiel Rauschen eingebracht werden soll, die Amplitude der Ausgangsspannung im eingeschwungenen Zustand aber begrenzt werden soll, setzt eine Regelungs-/Verarbeitungsschaltung (z. B. der Zustandsautomat 910 oder der Verarbeitungsbaustein 908, wie nachstehend mit Bezug auf 9 beschrieben wird) den Parameter a möglicherweise auf „1”, was Folgendes ergibt: Vout = 1/N·(dPID[n] – NTF(z)·(dPID[n – 1] – dΔΣ[n – 1]) ± 1)·Vin If, for example, noise is to be introduced, but the amplitude of the output voltage in the steady state is to be limited, a control / processing circuit (eg the state machine 910 or the processing module 908 as described below with reference to 9 the parameter a may be set to "1", resulting in: Vout = 1 / N · (d PID [n] - NTF (z) · (d PID [n-1] -d ΔΣ [n-1]) ± 1) · Vin

Der Ansatz mit einem ΔΣ-Baustein in der Schleife gestattet ebenso, die Rauschleistung unter Berücksichtigung unterschiedlicher NTF(z)-Konfigurationen zu beeinflussen. Ein Rauschformerfilter des ΔΣ-Bausteins (z. B. entsprechend dem 1-NTF-Baustein 502) weist möglicherweise unterschiedliche Ordnungen auf (beginnend mit der zweiten), könnte aber auch eine oder mehrere In-Band Nullstellen aufweisen. Die In-Band Nullstelle wird möglicherweise verwendet, um die Rauschaufschaltung zu bündeln. Das Bündeln der Rauschaufschaltung hilft während der Parameteridentifizierung, insbesondere während der ESR-Ermittlung. Der Rauschformerfilter weist zum Beispiel einen Polynomausdruck auf, der die Ordnung des ΔΣ-Bausteins definiert. Zum Beispiel wird möglicherweise eine NTF 3. Ordnung in Betracht gezogen, die möglicherweise eine oder zwei In-Band Nullstellen hinzufügt. Ein Rauschformerfilter 3. Ordnung mit einer In-Band Nullstelle lautet zum Beispiel wie folgt: NTF(z) = (1 – z–1)·(1 – K1z–1 + z–2) The approach with a ΔΣ block in the loop also allows to influence the noise power taking into account different NTF (z) configurations. A noise shaper filter of the ΔΣ block (eg corresponding to the 1-NTF block 502 ) may have different orders (starting with the second) but could also have one or more in-band zeros. The in-band zero may be used to aggregate the noise injection. Banding noise isolation helps during parameter identification, especially during ESR detection. The noise shaper filter, for example, has a polynomial term that defines the order of the ΔΣ block. For example, a 3rd order NTF may be considered, possibly adding one or two in-band zeros. For example, a 3rd order noise shaper filter with an in-band zero is as follows: NTF (z) = (1 - z -1 ) · (1 - K 1 z -1 + z -2 )

Unter Berücksichtigung von fSW als der Schaltfrequenz, f0 als der Ausgangsresonanzfrequenz, ergibt sich K1 mit:

Figure DE102014105863A1_0003
Considering f SW as the switching frequency, f 0 as the output resonant frequency, K 1 results with:
Figure DE102014105863A1_0003

Veranschaulichend wird möglicherweise ein zweistufiger Ansatz verwendet: Zuerst wird f0 bestimmt (z. B. durch eine Regelungs-/Verarbeitungsschaltung) und dann der ESR, und der bestimmte ESR wird in der Regelschleife (z. B. durch die Regelungs-/Verarbeitungsschaltung) kompensiert.Illustratively, a two-step approach may be used: first, f 0 is determined (eg, by a control / processing circuit) and then the ESR, and the particular ESR is looped in the control loop (eg, by the control / processing circuitry) compensated.

Mit K1 = 1 wird die NTF eine normale NTF dritter Ordnung ohne In-Band Nullstellen. In der oben genannten Formel für K1 stellt der Ausdruck A einen Skalierungsfaktor dar, der es gestattet, die In-Band Nullstellenposition in Bezug auf die Resonanzfrequenz einzustellen. Unter Festlegung der N-ten Ordnung des ΔΣ könnte die Anzahl der In-Band Nullstellen von 0 bis N/2, wenn die Ordnung gerade ist, oder bis (N – 1)/2, wenn die Ordnung ungerade ist, laufen. Zum Beispiel könnte eine NTF 5. Ordnung 0 oder 1 oder 2 In-Band Nullstellen aufweisen, und eine NTF 6. Ordnung könnte 0 oder 1 oder 2 oder 3 In-Band-Nullstellen aufweisen. Wenn Nullstelle(n) für die ESR-Identifizierung verwendet werden, sind sie möglicherweise über die Frequenz verteilt.With K 1 = 1, the NTF becomes a normal third order NTF without in-band zeros. In the above formula for K 1 , the expression A represents a scaling factor that allows to set the in-band zero position with respect to the resonance frequency. Assuming the Nth order of ΔΣ, the number of in-band zeros could range from 0 to N / 2 when the order is even or to (N-1) / 2 when the order is odd. For example, a 5th order NTF could have 0 or 1 or 2 in-band zeroes, and a 6th order NTF could have 0 or 1 or 2 or 3 in-band zeros. If zero (s) are used for ESR identification, they may be spread over the frequency.

Im Fall von zum Beispiel drei In-Band Nullstellen wird möglicherweise eine oberhalb der Resonanzfrequenz gelegt, um die Rauschaufschaltung bei dieser Frequenz zu begrenzen, um dann zu versuchen, einen spezifizierten Bereich von Frequenzen anzuregen, in dem höhere Auflösung erwünscht ist. Dies geschieht möglicherweise insbesondere, wenn nach dem ESR-Beitrag gesucht wird.For example, in the case of three in-band zeroes, one may be placed above the resonant frequency to limit the noise overhead at that frequency and then try to excite a specified range of frequencies where higher resolution is desired. This may happen in particular when searching for the ESR contribution.

Parameterermittlung erfolgt möglicherweise durch den Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 aus 4. Nach dem Aufzeichnen der ADC-Ausgangsabweichung e[n] führt der Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 möglicherweise Algorithmen zur Verarbeitung der zeitlichen Aufzeichnung der Ausgangsabweichung e[n] durch, einschließlich Fensterung, Filtern und/oder Mittelung, Korrelieren (um den Rauschbeitrag zu verringern), FFT und Analyse der spektralen Leistungsdichte (PSD). Möglicherweise führt irgendeine andere Regelungs-/Verarbeitungsschaltung diese Verarbeitung anstelle des Digitalsignalverarbeitungsbausteins 408 durch.Parameter determination may be performed by the digital signal processing module 408 out 4 , After the ADC output deviation e [n] has been recorded, the digital signal processing module is executed 408 possibly algorithms for processing the timing of the output deviation e [n], including windowing, filtering and / or averaging, correlating (to reduce the noise contribution), FFT and spectral power density (PSD) analysis. It is possible that some other control / processing circuit will perform this processing instead of the digital signal processing module 408 by.

Vor irgendwelchen Algorithmen zur Verarbeitung führt der Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 ein Downsampling und/oder eine Fensterung im Zeitbereich des aufgezeichneten (zeitliche Aufzeichnung) Vektors e[n] durch.Before any algorithms for processing results in the digital signal processing module 408 downsampling and / or windowing in the time domain of the recorded (temporal recording) vector e [n].

Zum Beispiel beinhalten vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 im Zeitbereich verwendete Verarbeitungsalgorithmen möglicherweise Folgendes:

  • – Downsampling. Unter Aufnahme einer Abtastung aller N wird die maximal betrachtete Frequenz um einen Faktor von 1/N reduziert.
  • – Fensterung. Zum Beispiel wird ein Blackman-Fenster w(n) in Betracht gezogen: w(n)= a0 – a1cos( 2πn / N-1) + a2cos( 4πn / N-1) a0 = 1-α / 2 ; a = 1 / 2 ; a2 = α / 2
For example, from the digital signal processing module 408 Processing algorithms used in the time domain may include the following:
  • - Downsampling. Taking a sample of all N, the maximum frequency considered is reduced by a factor of 1 / N.
  • - Windowing. For example, a Blackman window w (n) is considered: w (n) = a 0 -a 1 cos (2πn / N-1) + a 2 cos (4πn / N-1) a 0 = 1-α / 2 ; a = 1/2 ; a 2 = α / 2

Der gefensterte Ergebnisvektor ergibt sich als: e[n] = e[n]·wT[n] e[n] wird möglicherweise downgesampelt oder nicht.The windowed result vector results as: e [n] = e [n] * w T [n] e [n] may or may not be down sampled.

Die Fensterung im Zeitbereich erfolgt möglicherweise durch den Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408, um ein periodisches Verhalten der Funktion in einer kurzen Zeitspanne zu analysieren. Die Fensterung im Frequenzraum wird möglicherweise vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 als ein Bandpassfilterprozess verwendet.

  • – Korrelation. Möglicherweise wird ein Korrelationsalgorithmus vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 sowohl zur Signalbereinigung (Vektoren im Zeitbereich und Frequenzraum) als auch zur PSD-Analyse verwendet.
Windowing in the time domain may be performed by the digital signal processing chip 408 to analyze a periodic behavior of the function in a short period of time. The fenestration in frequency space may be from the digital signal processing chip 408 is used as a bandpass filter process.
  • - correlation. It may become a correlation algorithm from the digital signal processing chip 408 used both for signal pruning (vectors in the time domain and frequency domain) and for PSD analysis.

Figure DE102014105863A1_0004
Figure DE102014105863A1_0004

Die zeitliche Aufzeichnung e(n) könnte vor dem Downsampling und/oder der Fensterung liegen. Unter Berücksichtigung der FFT des autokorrelierten Vektors wird die PSD möglicherweise wie folgt gewonnen:

Figure DE102014105863A1_0005
The time record e (n) could be before downsampling and / or windowing. Considering the FFT of the autocorrelated vector, the PSD may be obtained as follows:
Figure DE102014105863A1_0005

Die PSD könnte auch als Produkt der Abweichung und ihrer eigenen komplex Konjugierten ausgewertet werden:

Figure DE102014105863A1_0006
PSD = E(k)·E*(K) The PSD could also be evaluated as a product of the deviation and its own complex conjugates:
Figure DE102014105863A1_0006
PSD = E (k) * E * (K)

Bevor die FFT angewendet wird, führt der Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 möglicherweise Downsampling und/oder Fensterung und/oder Autokorrelieren der zeitlichen Aufzeichnung durch. Für downgesampelte und/oder normale Datenaufzeichnungen wird vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 möglicherweise Fensterung und Autokorrelation verwendet. Jeder dieser Fälle wird möglicherweise vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 im Frequenzraum unter Verwendung von FFT analysiert. Jeder Vektor im Frequenzraum wird vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 möglicherweise gefiltert und/oder gemittelt.Before the FFT is applied, the digital signal processing chip leads 408 possibly downsampling and / or windowing and / or autocorrelating the temporal record. For down sampled and / or normal data records is from the digital signal processing chip 408 possibly using fenestration and autocorrelation. Each of these cases may be from the digital signal processing chip 408 in frequency domain using FFT. Each vector in frequency space is from the digital signal processing block 408 possibly filtered and / or averaged.

Die vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 im Frequenzraum verwendeten Verarbeitungsalgorithmen beinhalten möglicherweise Folgendes:

  • – Filtern. Um einen Vektor zu bereinigen (z. B. den Vektor e[n] oder das Ergebnis der Verarbeitung dieses Vektors) filtert der Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 ihn möglicherweise im Frequenzraum mit einem TP(Tiefpass)-, einem HP(Hochpass)- oder einem BP(Bandpass)-Filter. Der Vektor, der gefiltert wird, ist zum Beispiel möglicherweise das Ergebnis einer FFT- oder einer PSD-Analyse. In beiden Fällen wird das Mitteln möglicherweise vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 vor oder nach dem Filtern vorgenommen. Vor dem Verarbeiten des Vektors wird er möglicherweise downgesampelt. Während der ESR-Identifizierung wird die Filterungsverarbeitung möglicherweise verwertet, indem die Grenzfrequenz gemäß der bereits geschätzten Resonanzfrequenz eingestellt wird. Vektoren, die dem Mitteln unterzogen werden, sind allesamt Datenaufzeichnungen unter Berücksichtigung des Frequenzraums, die möglicherweise vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 vor der Verarbeitung gemittelt werden.
The from the digital signal processing module 408 Processing algorithms used in the frequency domain may include the following:
  • - Filter. To clean up a vector (eg, the vector e [n] or the result of processing this vector) the digital signal processing chip filters 408 it may be in frequency space with a TP (low pass), HP (high pass) or BP (bandpass) filter. For example, the vector being filtered may be the result of FFT or PSD analysis. In either case, the means may be handled by the digital signal processing module 408 made before or after filtering. It may be down sampled before processing the vector. During ESR identification, filtering processing may be exploited by adjusting the cutoff frequency according to the already estimated resonant frequency. Vectors subjected to averaging are all data records in consideration of the frequency space possibly occupied by the digital signal processing chip 408 be averaged before processing.

HP-Filter: Zum Beispiel wird möglicherweise ein Hochpass-Filter erster Ordnung vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 wie folgt verwendet: y(k) = A·[x(k) – x(k – 1) + y(k – 1)] with k = 1...n – 1 HP Filter: For example, a high-order first order filter may become corrupted by the digital signal processing device 408 used as follows: y (k) = A • [x (k) - x (k - 1) + y (k - 1)] with k = 1 ... n - 1

TP-Filter: Zum Beispiel wird möglicherweise ein Tiefpass-Filter erster Ordnung vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 wie folgt verwendet: y(k) = A·[(τ/TS)·x(k) + y(k – 1)] with k = 1...n – 1 TP Filter: For example, a first-order low-pass filter may be produced by the digital signal processing device 408 used as follows: y (k) = A * [(τ / T S ) x (k) + y (k-1)] with k = 1 ... n-1

BP-Filter: Bandpassfiltern erfolgt möglicherweise durch Vermischen von HP- und TP-Filterstrukturen.BP Filter: Bandpass filtering may be done by mixing HP and TP filter structures.

Der TS-Faktor steht in Beziehung zum Downsampling-Faktor. Die Daten werden bei der Schaltfrequenz fSW des Systems (z. B. des SPMS 400) ermittelt. Falls die Datenaufzeichnung um einen Faktor N downgesampelt worden ist, ist TS gleich N/fSW. Sonst ist er gleich 1/fSW. Der Faktor τ steht in Beziehung zu der für den Verarbeitungsfilter gewählten Grenzfrequenz, er ist gleich 1/(ωc), wobei ωc die Grenzfrequenz ist. Bei beiden in Betracht gezogenen Filtern lautet der Term A: A = (τ/TS)/(1 + τ/TS)

  • – Mitteln. Unter Berücksichtigung von Datenaufzeichnungen im Frequenzraum wird möglicherweise ein Prozess des Mittelns eines einzelnen Vektors (z. B. e[n] oder einer verarbeiteten Version von e[n]) oder von zwei oder mehr Vektoren verwendet. Zum Beispiel wird möglicherweise ein Vektor im Frequenzraum gemittelt. Dies erfolgt möglicherweise zum Beispiel vor dem Filtern.
The T S factor is related to the downsampling factor. The data is at the switching frequency f SW of the system (eg the SPMS 400 ). If the data record has been downsampled by a factor N, T S is equal to N / f SW . Otherwise it is equal to 1 / f SW . The factor τ is related to the cutoff frequency chosen for the processing filter, it is equal to 1 / (ω c ), where ω c is the cutoff frequency. For both considered filters, the term A is: A = (τ / T S ) / (1 + τ / T S )
  • - funds. Considering data records in frequency space, a process of averaging a single vector (e.g., e [n] or a processed version of e [n]) or two or more vectors may be used. For example, a vector may be averaged in frequency space. For example, this may be done before filtering.

Der oben unter Bezugnahme auf 4 beschriebene Ansatz behandelt die Identifizierung durch Addieren von Rauschen. Die Regelschleifenauflösung wird herabgesetzt, um die Last für viele Frequenzen zu stimulieren. Die Schleifenreaktion umfasst die Lastfrequenzinformationen, und das Verarbeiten der zeitlichen Aufzeichnung der Lastparameter wird möglicherweise durch Signalverarbeitung ermittelt. Das System (d. h. das SMPS 400) braucht nicht in einen besonderen, der Identifizierung zugeordneten Zustand gebracht zu werden. In beiden Fällen behält die digitale Schleife möglicherweise die gleiche Konfiguration wie während des normalen Betriebs bei. In einer Ausführungsform zum Beispiel wird möglicherweise lediglich die Regelschleifenauflösung geändert, um die Last anzuregen, d. h. andere Komponenten und Parameter bleiben möglicherweise unverändert.The above with reference to 4 The approach described deals with the identification by adding noise. The control loop resolution is lowered to stimulate the load for many frequencies. The loop response includes the load frequency information, and the processing of the timing of the load parameters may be determined by signal processing. The system (ie the SMPS 400 ) does not need to be brought into a particular state associated with the identification. In both cases, the digital loop may retain the same configuration as during normal operation. For example, in one embodiment, only the loop resolution may be changed to excite the load, ie, other components and parameters may remain unchanged.

Weiterhin muss das System gemäß den oben genannten Ansätzen nicht in die Nähe von instabilen Zuständen gebracht werden. Weiterhin wird der PID-Regler 402 auch während der Identifizierung verwendet. Während dieser Phase könnte der PID-Koeffizient abgeschwächt werden (z. B. durch eine Regelungs-/Verarbeitungsschaltung). Nach der Parameteridentifizierung wird er möglicherweise abgestimmt, um einen Soll-Regelungszustand zu erlangen.Further, according to the above approaches, the system need not be brought near unstable states. Furthermore, the PID controller 402 also used during identification. During this phase, the PID coefficient could be mitigated (eg by a control / processing circuit). After the parameter identification, it may be tuned to obtain a desired control state.

Es sei angemerkt, dass Auflösungsprobleme in einem nicht parametrischen Identifizierungsansatz, wie auf Basis der PRBS (als nicht parametrisch werden alle Ansätze betrachtet, die versuchen, jede Impulsantwort des Systems zu ermitteln), es typischerweise nicht gestatten, das mögliche Vorhandensein der vom ESR eingebrachten Nullstelle zu identifizieren.It should be noted that resolution problems in a non-parametric identification approach, such as based on the PRBS (considered non-parametric, all approaches attempting to detect each impulse response of the system) typically do not allow for the possible presence of the zero introduced by the ESR to identify.

Gemäß den oben beschriebenen Ansätzen wird der ESR möglicherweise insbesondere durch Arbeiten mit PSD-Analyse unter Verarbeitung des Abweichungsvektors e[n] (der downgesampelt und/oder gefenstert werden könnte) durch Autokorrelation identifiziert. Der gewonnene Vektor zeigt typischerweise eine zweiten Spitze (wobei die erste Spitze der Resonanzfrequenz entspricht). In particular, according to the approaches described above, the ESR may be identified by autocorrelation by working with PSD analysis processing the deviation vector e [n] (which could be downsampled and / or windowed). The recovered vector typically exhibits a second peak (where the first peak corresponds to the resonant frequency).

Das Mitteln und/oder Filtern von zeitlichen Datenaufzeichnungen im Frequenzraum hilft bei der Bereinigung des Signals für die Parameterermittlung. Die Ergebnisse dieser weiteren Verarbeitung sind möglicherweise während der Identifizierung des ESR nützlich. Nach der Resonanzfrequenz verringert sich die Verstärkung des Systems möglicherweise schnell in der Frequenz, so dass der ESR-Beitrag sehr schwierig zu ermitteln sein könnte. In diesem Fall wird möglicherweise eine NTF mit In-Band Nullstellen (die das Einbringen von Rauschen im interessierenden Frequenzbereich bündeln) verwendet, die mit einer numerischen Filterung und/oder Mittelung verknüpft wird, um das Signal im Frequenzraum zu bereinigen. Die Auflösung der Datenverarbeitung wird möglicherweise aus dem Zeitbereich heraus unter Berücksichtigung von Verarbeitungsalgorithmen zum Downsampling, zur Fensterung und/oder zur Autokorrelation verbessert.The averaging and / or filtering of temporal data records in frequency space helps to clean up the signal for parameter determination. The results of this further processing may be useful during the identification of the ESR. After the resonance frequency, the gain of the system may rapidly decrease in frequency, so that the ESR contribution could be very difficult to detect. In this case, an NTF may be used with in-band zeros (which focus the introduction of noise in the frequency range of interest) associated with numerical filtering and / or averaging to clean up the signal in frequency space. The resolution of the data processing may be improved out of the time domain, taking into account processing algorithms for downsampling, windowing and / or autocorrelation.

Auch unter direktem Verarbeiten der Datenaufzeichnung e[n] mit einem FFT-Ergebnis könnte ein hoher Wert des ESR vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 identifiziert werden. Die Auflösung der Ergebnisse könnte unter Berücksichtigung der Mittelung und/oder Filterung von Frequenzvektoren verbessert werden.Also, directly processing the data record e [n] with an FFT result could result in a high value of the ESR from the digital signal processing chip 408 be identified. The resolution of the results could be improved taking into account the averaging and / or filtering of frequency vectors.

Eine andere Betrachtung in Hinsicht auf die ESR-Ermittlung ist, dass, nachdem die Resonanzfrequenz bekannt ist, die ΔΣ-Konfiguration durch eine Regelungs-/Verarbeitungsschaltung (z. B. durch den Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408) angepasst werden kann, um die Resonanzfrequenz wo auszufiltern und den ESR-Frequenzbereich hervorzuheben. Die NTF des ΔΣ-Bausteins kann durch eine Regelungs-/Verarbeitungsschaltung angepasst werden, die etwa bei wo eine oder mehrere Nullstellen hinzufügt. In diesem Fall wird möglicherweise ein zweistufiger Ansatz verwendet. Zuerst wird der ΔΣ-Baustein ohne Nullstellen bei wo verwendet, um wo herauszufinden, wie bereits beschrieben wurde. Dann wird in einer zweiten Stufe der ΔΣ-Baustein modifiziert, indem etwa bei wo Nullstellen hinzugefügt werden.Another consideration with respect to ESR detection is that after the resonant frequency is known, the ΔΣ configuration is controlled by a control / processing circuit (eg, the digital signal processing device 408 ) can be adjusted to filter out the resonant frequency where and emphasize the ESR frequency range. The NTF of the ΔΣ block can be adjusted by a control / processing circuit that adds approximately where or where one or more zeros. In this case, a two-step approach may be used. First, the zero ΔΣ building block is used where to find where, as previously described. Then, in a second stage, the ΔΣ block is modified by adding zeroes at about where.

Eine andere Stufe, die hinzugefügt werden kann oder die anstelle des zweiten Teils verwendet werden kann, um ESR-Einfluss herauszufinden, ist die Analyse der Spektralleistung, die sich mit der Bandbreite erhöht.Another level that can be added or used instead of the second part to find ESR influence is the analysis of spectral power, which increases with bandwidth.

Bei einem Signal x[n] wird die Spektralleistung definiert als: E(ω) = X(ω)·X*(ω). For a signal x [n] the spectral power is defined as: E (ω) = X (ω) · X * (ω).

Das bedeutet, dass es durch Berechnen mittels Signalverarbeitung der Spektralleistung von e[n] für ein gegebenes System möglich ist, die Bandbreite auszuwerten und zu berechnen. Im Fall, dass die ESR-Nullstellenfrequenz nahe an wo liegt, erhöht sich die Bandbreite. Dies kann über die Spektralleistung herausgefunden werden, und diese Information kann verwendet werden, um den System-Kompensationskoeffizienten anzupassen.That is, by computing by means of signal processing the spectral power of e [n] for a given system, it is possible to evaluate and calculate the bandwidth. In case the ESR zero frequency is close to where, the bandwidth increases. This can be found out about the spectral power, and this information can be used to adjust the system compensation coefficient.

Eine andere Stufe, die hinzugefügt werden kann oder die vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 verwendet werden kann, um wo herauszufinden, ist die Folgende: Während des Anlaufs des Systems muss die Vout die endgültige Einstellspannung erreichen. Falls die Referenzspannung stufenweise erhöht wird, umfasst die Reaktion der Ausgangsspannung Vout die Frequenzinformationen des Ausgangsfilters.Another level that can be added or that from the digital signal processing block 408 can be used to find out where is the following: During startup of the system, the Vout must reach the final setting voltage. If the reference voltage is increased stepwise, the response of the output voltage Vout includes the frequency information of the output filter.

7 zeigt ein Spannungskurvenbild 700. 7 shows a voltage curve image 700 ,

Das Spannungskurvenbild 700 veranschaulicht die Ausgangsspannung über der Zeit in einer ersten Kurve 701, wenn sich die Referenzspannung (gezeigt in der zweiten Kurve 702) in mehreren Stufen 703 erhöht. Im Spannungskurvenbild 700 erhöht sich die Spannung von unten nach oben entlang einer Spannungsachse 704 und die Zeit verläuft von links nach rechts entlang einer Zeitachse 705.The voltage curve image 700 illustrates the output voltage over time in a first curve 701 when the reference voltage (shown in the second curve 702 ) in several stages 703 elevated. In the voltage curve image 700 the voltage increases from bottom to top along a voltage axis 704 and the time runs from left to right along a time axis 705 ,

Die Ausgangsspannung Vout, die sich in diesem Fall ergibt, kann verarbeitet werden, z. B. vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 (z. B. ähnlich wie oben für die Anregung mit weißem Rauschen beschrieben worden ist) und wo kann identifiziert werden. In diesem Fall erfolgt die Bestimmung möglicherweise auf Basis der Sprungantwort des Systems. Die Sprungantwort steht in strenger Beziehung zur Impulsantwort des Systems: Durch Ableitung der Sprungantwort (Y(z)) wird möglicherweise die Impulsantwort (G(z)) gewonnen: G(z) = ((z – 1)/z)·Y(z) The output voltage Vout, which results in this case, can be processed, for. B. from the digital signal processing module 408 (eg, similar to what has been described above for white noise excitation) and where can be identified. In this case, the determination may be based on the system's step response. The step response is strictly related to the impulse response of the system: By deriving the step response (Y (z)), the impulse response (G (z)) may be obtained: G (z) = ((z-1) / z) * Y (z)

Zum Beispiel wird dieser Ansatz nur während des Anlaufens verwendet. Er kann zum Beispiel von einer Regelungs-/Verarbeitungsschaltung als eine erste Schätzung verwendet werden, und schließlich können die anderen Ansätze, wie sie oben beschrieben werden, verwendet werden, um auch den ESR herauszufinden und Systemänderungen während der Systemlaufzeit zu verfolgen (d. h. im Fall von niedrigen Temperaturen erhöht sich bei manchen Kondensatortypen der ESR um 1–2 Größenordnungen). For example, this approach is used only during startup. For example, it may be used by a control / processing circuit as a first estimate and, finally, the other approaches described above may be used to also discover the ESR and track system changes during system run time (ie in the case of low temperatures increase by 1-2 orders of magnitude for some ESR capacitor types).

Gemäß einer Ausführungsform wird zusammenfassend eines oder mehrere der Folgenden ausgeführt:

  • 1. Weißes Rauschen wird aufgeschaltet, indem es zum d[n]-Wert addiert wird.
  • 2. Das Rauschen wird im normalen Betrieb und bei geschlossener Regelschleife aufgeschaltet, ohne das Frequenzverhalten des geschlossenen Regelschleifensystems zu ändern.
  • 3. ΔΣ wird verwendet, um Rauschen gemäß der ersten Anordnung 601 oder der zweiten Anordnung 602 zu erzeugen.
  • 4. Gemäß der zweiten Anordnung wird die ΔΣ-Auflösung verringert, um die Rauschamplitude zu erhöhen.
  • 5. ΔΣ einer Ordnung > 2 wird verwendet, um die Nullstellen etwa bei wo zu platzieren und die Frequenz um die ESR-Nullstellenfrequenz hervorzuheben.
  • 6. Das oben Genannte (Punkte 1 bis 5) wird kombiniert, und durch Anwenden von Signalverarbeitung auf den gespeicherten e[n]-Vektor werden wo und/oder die ESR-Nullstellenfrequenz ermittelt, und diese Informationen werden verwendet, um den PID-Koeffizienten anzupassen.
  • 7. Das oben Genannte (Punkte 1 bis 5) wird kombiniert, und durch Anwenden von Signalverarbeitung auf den gespeicherten e[n]-Vektor wird die spektrale Leistungsdichte berechnet, und die Schleifengrenzfrequenz und die ESR-Nullstelleneffekt werden geschätzt.
  • 8. Beim Anlauf wird die Referenzspannung stufenweise erhöht, und die e[n]-Sprungantwort wird analysiert.
  • 9. Punkt 8 wird mit allen oder einem Teil der Punkte 1 bis 4 kombiniert.
In one embodiment, one or more of the following is summarized:
  • 1. White noise is switched on by adding it to the d [n] value.
  • 2. The noise is switched on in normal operation and with the control loop closed, without changing the frequency response of the closed loop control system.
  • 3. ΔΣ is used to generate noise according to the first arrangement 601 or the second arrangement 602 to create.
  • 4. According to the second arrangement, the ΔΣ resolution is reduced to increase the noise amplitude.
  • 5. ΔΣ of order> 2 is used to place the zeroes at about where and highlight the frequency around the ESR zero frequency.
  • 6. The above (points 1 to 5) is combined, and by applying signal processing to the stored e [n] vector, where and / or the ESR zero frequency are determined, and this information is used to obtain the PID coefficient adapt.
  • 7. The above (items 1 to 5) is combined, and by applying signal processing to the stored e [n] vector, the spectral power density is calculated, and the loop cutoff frequency and the ESR nulling effect are estimated.
  • 8. At startup, the reference voltage is incrementally increased and the e [n] jump response is analyzed.
  • 9. Point 8 is combined with all or part of points 1 to 4.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden Ansätze verwendet, die möglicherweise hauptsächlich so angesehen werden, dass sie eine Art von parametrischem Identifizierungsprozess enthalten, weil sie sich auf die Ermittlung von Lastcharakteristika, wie zum Beispiel Resonanzfrequenz, ESR und Bandbreite, konzentrieren. Beim Aufschalten einer geringen Rauschleistung liegen die Systemergebnisse weit von Instabilität entfernt, und Lastfrequenzen werden mehr stimuliert. Die Ausgangsfilterantwort könnte aus der Abweichung ermittelt werden, die durch die digitale Regelschleife beeinflusst wird: Das addierte Rauschen könnte als nahe an einem idealen weißen Rauschen betrachtet werden.According to various embodiments, approaches may be considered that may be primarily considered to contain some sort of parametric identification process because they focus on determining load characteristics such as resonant frequency, ESR, and bandwidth. When a low noise power is applied, the system results are far from instable and load frequencies are more stimulated. The output filter response could be determined from the deviation affected by the digital control loop: the added noise could be considered close to ideal white noise.

Die DPWM könnte als eine Trunkierungsfunktion betrachtet werden. Beim Fehlen eines ΔΣ-Bausteins wird dieses Rauschen möglicherweise innerhalb der Regelschleife addiert. Diese Art von Rauschen steht möglicherweise in Beziehung zur LSB-Trunkierung. Es liegt möglicherweise sehr nahe an der Resonanzfrequenz und bewirkt eine Ringoszillation, deren Amplitude normalerweise umso größer ist, je näher ihre Frequenzergebnisse an der Resonanzfrequenz liegen. In einer digitalen Regelschleife oversampelt der ΔΣ-Baustein (mit der gleichen Auflösung wie der DPWM) typischerweise diese Abweichung, weil die Ringoszillationsfrequenz notwendigerweise geringer als die Frequenz ist, mit der die Abweichung verarbeitet wird (welches die Schaltfrequenz ist). Dieser Prozess bewirkt typischerweise, dass die LSB(least significant bit, niederwertigstes Bit)-Trunkierung im Mittel nicht immer die gleiche ist. Somit weist die Ringoszillation eine andere Frequenzkomponente auf.The DPWM could be considered as a truncation function. In the absence of a ΔΣ block, this noise may be added within the control loop. This type of noise may be related to LSB truncation. It may be very close to the resonant frequency and cause ring oscillation, the amplitude of which is normally greater the closer its frequency results are to the resonant frequency. In a digital control loop, the ΔΣ (with the same resolution as the DPWM) typically oversubssteps this deviation because the ring oscillation frequency is necessarily less than the frequency at which the deviation is processed (which is the switching frequency). This process typically causes the LSB (least significant bit) truncation to not always be the same on average. Thus, ring oscillation has a different frequency component.

Wenn eine Rauschquelle eingebracht wird, wird die LSB-Trunkierung zufällig, was einen großen Bereich von Lastfrequenzen stimuliert, die in der AD-Wandler-Ausgabe des AD-Wandlers 401 sichtbar werden. Definitionsgemäß umfasst das weiße Rauschen alle Frequenzen, ist also in der Lage, die Last zu stimulieren. Die ADC-Ausgabe ist einfach eine digitale Wandlung des um die Referenzspannung Vref skalierten Ausgangsfilters: e[n] = Vout[n] – Vref[n] → zeitliche Datenaufzeichnung When a noise source is introduced, the LSB truncation becomes random, stimulating a wide range of load frequencies in the AD converter output of the AD converter 401 become visible. By definition, the white noise encompasses all frequencies, so it is able to stimulate the load. The ADC output is simply a digital conversion of the output filter scaled by the reference voltage Vref: e [n] = Vout [n] - Vref [n] → temporal data recording

Die aufgeschaltete Rauschleistung wird möglicherweise so gewählt, dass sie nicht zu groß ist, damit sie das System nicht in besondere Zustände bringt, die weit entfernt vom normalen Verhalten und nahe am instabilen Zustand der Schleife liegen. Die Schleifenkonfiguration und das hauptsächliche Verhalten bleiben ähnlich wie bei einer normalen Regelungslaufzeit. Das addierte Rauschen erhöht das Ausgangsrauschen.The applied noise power may be chosen so that it is not too large so that it does not bring the system into special states that are far from normal behavior and close to the unstable state of the loop. The loop configuration and the main behavior remain similar to a normal control runtime. The added noise increases the output noise.

Die oben beschriebenen Ansätze unterbrechen die Schleife nicht, indem sie dem Signalpfad irgendeine Verzögerung hinzufügen. Es wird möglicherweise die gleiche Hardware verwendet, die verwertet werden könnte, um die mittlere Auflösung während des Arbeitens im eingeschwungenen Zustand zu verbessern.The approaches described above do not break the loop by adding any delay to the signal path. It may use the same hardware that could be used to improve the average resolution while working in the steady state.

In der Digitalschleife, die gemäß einer Ausführungsform verwendet wird, wie sie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wird, wird das addierte Rauschen als ein Summierknoten dargestellt. Diese Quelle des Rauschknotens ist ein ΔΣ-Baustein (wobei die beiden Konfigurationen der ersten Anordnung 601 und der zweiten Anordnung 602 möglich sind), der auch nach dem Identifizierungsprozess verwertet werden könnte, um die zeitliche Auflösung der Schleife zu verbessern. In the digital loop used in accordance with one embodiment as described with reference to FIG 6 is described, the added noise is represented as a summing node. This source of the noise node is a ΔΣ device (the two configurations of the first device 601 and the second arrangement 602 possible), which could also be utilized after the identification process to improve the temporal resolution of the loop.

Beim Arbeiten mit einem ΔΣ-Modell in der Schleife (wie es durch die zweite Anordnung 602 veranschaulicht wird) wird möglicherweise die gleiche Schleife sowohl während der Identifizierung als auch während der feinabgestimmten Regelung verwendet. Um das ΔΣ in der Schleife als Rauschquelle zu verwenden, wird möglicherweise die Auflösung angepasst: Die Auflösung des ΔΣ-Quantisierers wird möglicherweise im Vergleich zu der des DPWM reduziert. Diese weitere LSB-Trunkierung gestattet das Anregen des Bereichs von stimulierten Frequenzen.When working with a ΔΣ model in the loop (as determined by the second arrangement 602 illustrated), the same loop may be used during both identification and fine-tuning control. To use the ΔΣ in the loop as a noise source, the resolution may be adjusted: The resolution of the ΔΣ quantizer may be reduced compared to that of the DPWM. This further LSB truncation allows stimulation of the range of stimulated frequencies.

Ausführungsformen werden möglicherweise so angesehen, dass sie sich auch auf die Identifizierung von Nichtidealitäten konzentrieren, die die Stabilität des Systems beeinflussen könnten. Das wichtigste nicht ideale Phänomen stellt der äquivalente Serienwiderstand (ESR) dar, der eine Nullstelle in der Übertragungsfunktion der geschlossenen Regelschleife hinzufügt. Dieses Problem einer weiteren Nullstelle steht in Beziehung zu ihrer Position: Das Frequenzverhalten des Systems könnte sich stark ändern, falls sich ergibt, dass sie nahe oder sogar innerhalb der Bandbreite des Systems liegt. Der ESR wird möglicherweise einfach über die PSD ermittelt (häufig gibt es in der PSD zwei Spitzen, die höhere etwa bei der Resonanzfrequenz und die zweite in Beziehung zur eingebrachten Nullstelle).Embodiments may be considered to also focus on the identification of non-ideals that could affect the stability of the system. The most important non-ideal phenomenon is the equivalent series resistance (ESR), which adds a zero in the closed-loop transfer function. This problem of another zero is related to its position: the frequency response of the system could change dramatically if it turns out to be close to or even within the bandwidth of the system. The ESR may be easily determined from the PSD (often there are two peaks in the PSD, the higher at about the resonant frequency and the second in relation to the zero introduced).

In einem zweistufigen Ansatz wird die Rauschaufschaltung möglicherweise zuerst auf die Frequenzen vor und zweitens auf die Frequenzen hinter der Resonanzfrequenz gebündelt. Das aufgeschaltete Rauschen kann durch Beeinflussen der NTF gelenkt werden: Die Rausch-Übertragungsfunktion (NTF, noise transfer function) kann einfach ein Hochpassfiltern des Rauschens (Rauschformung) sein, so dass dies möglicherweise auf Basis sowohl der Ordnung als auch der Struktur der NTF erfolgt. Auf Basis der Ordnung der NTF bedeutet auf Basis des Kompromisses zwischen der Rauschleistung, die bei niedrigen, und der Rauschleistung, die bei mittelhohen Frequenzen aufgeschaltet wird. Auf Basis der NTF-Struktur bedeutet, dass es möglich ist, einige In-Band Nullstellen hinzuzufügen, um die Aufschaltung des Rauschens bei besonderen Frequenzen zu vermeiden (Erhöhen der Anzahl der Nullstellen erhöht auch die Ordnung der NTF).In a two-step approach, noise injection may be focused first on the frequencies before and secondly on the frequencies behind the resonance frequency. The switched noise can be controlled by affecting the NTF: The noise transfer function (NTF) can simply be a high pass filtering of noise (noise shaping), possibly based on both the order and structure of the NTF. Based on the order of the NTF means on the basis of the trade-off between the noise power, at low, and the noise power, which is switched on at medium high frequencies. On the basis of the NTF structure, it means that it is possible to add some in-band zeros in order to avoid introducing noises at particular frequencies (increasing the number of zeros also increases the order of the NTF).

In der PSD-Analyse gibt es eine Spitze, die in Beziehung zur Resonanzfrequenz steht. Falls zum Beispiel ein NTF dritter Ordnung unter Hinzufügen einer Nullstelle sehr nahe an den Resonanzfrequenzen modifiziert wird, kann sie die relative Spitze aufgrund des ESR-Nullstelleneffekts anregen. Es wird möglicherweise ein zweistufiger Ansatz verwendet, weil die Position der zweiten Nullstelle in Beziehung zur Resonanzfrequenz steht, die normalerweise den Hauptbeitrag aufweist, und weil sie den ESR-Beitrag verdecken kann.In PSD analysis, there is a peak related to the resonance frequency. For example, if a third-order NTF is modified with the addition of a zero very close to the resonance frequencies, it can excite the relative peak due to the ESR nulling effect. A two-step approach may be used because the position of the second zero is related to the resonant frequency, which is usually the major contributor, and because it can obscure the ESR contribution.

Die Parameterermittlung erfolgt möglicherweise durch Signalverarbeitungsalgorithmen für die aufgezeichnete ADC-Abweichungsausgabe, die einfach ein digitalisierter Ausdruck der skalierten Ausgangsspannung Vout ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen steht der Signalverarbeitungsprozess hauptsächlich in Beziehung zur PSD-Analyse. Vor der FFT wird möglicherweise eine Autokorrelation der zeitlichen Aufzeichnung durchgeführt. Die autokorrelierte zeitliche Aufzeichnung könnte stattfinden, bevor sie downgesampelt und/oder gefenstert wird, um den Hochfrequenzgehalt zu reduzieren und die Signalverarbeitungs-Hardware zu reduzieren. Um rauschärmere Ergebnisse nach der FFT zu erlangen, ist es möglich, das aus der FFT resultierende Signal durch Mittelung und/oder Filtern zu bereinigen. Die Parameterermittlung ist möglicherweise einfach und besteht möglicherweise einfach aus dem Suchen nach den absoluten und/oder relativen Maxima in den verarbeiteten Daten: Normalerweise wird, unter Berücksichtigung von PSD und/oder FFT (die im Frequenzraum gemittelt und/oder gefiltert, im Zeitbereich gefenstert und/oder downgesampelt werden könnten), die Resonanzfrequenz möglicherweise als das absolute Maximum ermittelt und – falls vorhanden – die Position der ESR-Frequenz als zweite Spitze.The parameter determination may be performed by the recorded ADC deviation output signal processing algorithms, which is simply a digitized expression of the scaled output voltage Vout. According to various embodiments, the signal processing process is primarily related to PSD analysis. Before the FFT, an autocorrelation of the time recording may be performed. The autocorrelated timing could take place before being downsampled and / or windowed to reduce the high frequency content and reduce the signal processing hardware. In order to obtain lower-noise results after the FFT, it is possible to correct the signal resulting from the FFT by averaging and / or filtering. The parameter determination may be simple and may simply be based on searching for the absolute and / or relative maxima in the processed data: Normally, considering the PSD and / or FFT (averaged and / or filtered in frequency space, the time domain is windowed and / or downsampled), the resonant frequency may be determined as the absolute maximum and, if present, the position of the ESR frequency as the second peak.

Nach der Parameterermittlung werden die PID-Parameter möglicherweise angepasst, um ein gut geregeltes System zu gewinnen, das mit Vorgaben für die geschlossene Regelschleife (Bandbreite und Phasenrand) zusammenpasst.After parameter discovery, the PID parameters may be adjusted to produce a well-controlled system that complies with closed loop (bandwidth and phase margin) constraints.

Ansätze auf Basis von Rauschaufschaltung könnten mit einem Verfahren der Identifizierung beim Anlaufen kombiniert werden. Die Referenzspannung (Vref) soll der am Ausgang des SMPS benötigte Spannungspegel sein. Falls eine Referenzspannung mit einer stufenweisen Entwicklung betrachtet wird, wird die digitalisierte Systemsprungantwort möglicherweise aufgezeichnet, indem die AD-Wandler-Ausgabe aufgezeichnet wird. Die Sprungantwort ist mathematisch mit der Impulsantwort des Systems verknüpft. Unter Verarbeiten der AD-Wandler-Ausgabe, wie oben beschrieben wurde, wird möglicherweise die Resonanzfrequenz (Maximum der FFT und/oder der PSD) und schließlich der ESR (als eine zweite Spitze) bestimmt. Auch modifiziert dieser Ansatz nicht die digitale Regelschleife, und es könnte in Betracht gezogen werden, dass er während einer normalen Laufzeit arbeitet: Eine sich stufenweise entwickelnde Vref ist ein realistisches Verhalten während des Sanft-Anlaufs des Systems.Ripple-based approaches may be combined with a start-up identification method. The reference voltage (Vref) should be the voltage level required at the output of the SMPS. If a reference voltage having a stepwise development is considered, the digitized system hop response may be recorded by recording the AD converter output becomes. The step response is mathematically linked to the impulse response of the system. By processing the AD converter output as described above, the resonance frequency (maximum of the FFT and / or the PSD) and finally the ESR (as a second peak) may be determined. Also, this approach does not modify the digital control loop, and it could be considered to work during a normal runtime: A stepwise evolving Vref is a realistic behavior during soft start of the system.

Der Ansatz gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird in 8 veranschaulicht.The approach according to various embodiments is in 8th illustrated.

8 zeigt ein Zustandsdiagramm 800 eines Systems, z. B. für ein SMPS, oder eines regelnden Zustandsautomaten für ein SMPS (wie zum Beispiel der in 9 veranschaulichte Zustandsautomat 910). 8th shows a state diagram 800 of a system, e.g. For a SMPS, or a controlling state machine for a SMPS (such as the one described in U.S. Patent Nos. 4,974,855, 5,866,807, 5,848,846, 5,872,846, 5,872,846, 5,872,846, 5,872,846, 5,872,842, 5,872,842, 5,872,842, 5,801,842, etc. 9 illustrated state machine 910 ).

Im Zustandsdiagramm 800 stellt ein Zustand (oder eine Bedingung) IDLE 801 den Zustand dar, in dem die Systemparameter (PID-Default-Parameter, NTF-Ordnung und Auflösung des ΔΣ-Quantisierers) und die Optionen des Identifizierungsalgorithmus (ΔΣ in der Schleife oder ΔΣ außerhalb der Schleife, Identifizierungsprozess beim Anlaufen durch eine stufenweise Entwicklung der Referenzspannung) eingeschwungen sind.In the state diagram 800 represents a state (or condition) IDLE 801 the state in which the system parameters (PID default parameters, NTF order and resolution of the ΔΣ quantizer) and the options of the identification algorithm (ΔΣ in the loop or ΔΣ out of loop, identification process at start-up by a stepwise development of the reference voltage ) have settled.

In dem Fall, dass der Identifizierungsprozess auf dem Vorhandensein eines ΔΣ in der Schleife als Rauschquelle basiert (wie in der zweiten Anordnung 602), nimmt das Signal res_ΔΣ (das die Auflösung des DPWM angibt) einen Wert an, der gleich der DPWM-Auflösung minus eins ist.In the case that the identification process is based on the presence of a ΔΣ in the loop as a noise source (as in the second arrangement 602 ), the signal res_ΔΣ (which indicates the resolution of the DPWM) assumes a value equal to the DPWM resolution minus one.

Wenn das System eingeschaltet wird, geht es vom Zustand IDLE 801 in den Zustand START-UP 802 über. Dieser Zustand ist der erste, in dem es Optionen für den Algorithmus in Betracht zieht: Falls es entscheidet, den Identifizierungsprozess bereits während des Anlaufens des Systems anzuwenden (wie es oben unter Berücksichtigung der aus der sich schrittweise entwickelnden Referenzspannung kommenden Sprungantwort beschrieben wurde), läuft das System mit einem WAIT-STEP 803 weiter. Andernfalls geht das System möglicherweise in einen Zustand WAIT-SS (steady state, eingeschwungener Zustand) über, falls es entscheidet, dass der Identifizierungsprozess so umgesetzt wird, dass er nur während des eingeschwungenen Zustands ausgeführt werden soll.When the system is turned on, it goes from the IDLE state 801 in the state START-UP 802 above. This state is the first one to consider options for the algorithm: If it decides to apply the identification process already during the startup of the system (as described above with respect to the step response coming from the stepwise evolving reference voltage) the system with a WAIT-STEP 803 further. Otherwise, the system may transition to a WAIT-SS (Steady State) state if it decides that the identification process will be implemented so that it will only be executed during the steady state.

Unter Berücksichtigung eines Identifizierungsprozesses, der Analyse im eingeschwungenen Zustand und beim Anlaufen kombiniert, ist der Istzustand des Systems der Zustand WAIT-STEP 803. Wenn die Stufe der Referenzspannung beginnt, ist der nächste Zustand ein ADC-REC-SU (SU bedeutet Start-Up, Anlaufen) 805. Hier wird die AD-Wandler-Ausgabe (Abweichungssignal) aufgezeichnet. Am Ende der Stufe können aufgezeichnete Daten verarbeitet werden. Diese Operation wird durch einen Zustand DATA-PRO 806 dargestellt. Während das System mit der Default-Konfiguration läuft, werden in diesem Zustand alle erforderlichen Algorithmen zur Datenverarbeitung vom System angewendet. Wenn der Verarbeitungsalgorithmus endet, ist die erste Lastparameterermittlung verfügbar, die in einem Zustand PARAM-ID 807 vorgenommen wird. Das System bestimmt hauptsächlich in diesem Zustand die absoluten und relativen Maxima der eben verarbeiteten Datenaufzeichnung. Dem Wert der Resonanzfrequenz, der aus einer Identifizierung im Anlaufprozess herrührt, wird in diesem Zustand möglicherweise vertraut, und er wird als eine Basis verwendet. Der ESR-Wert könnte während der ersten Einstellung der Regelungsparameter (PID) ermittelt, aber nicht in Betracht gezogen werden.Taking into account an identification process combining steady-state analysis and start-up, the actual state of the system is the WAIT-STEP state 803 , When the reference voltage stage starts, the next state is an ADC-REC-SU (SU means start-up, start-up) 805 , Here, the AD converter output (deviation signal) is recorded. At the end of the stage, recorded data can be processed. This operation is by a DATA-PRO state 806 shown. While the system is running with the default configuration, all necessary data processing algorithms are applied by the system in this state. When the processing algorithm ends, the first load parameter determination is available, which is in a state PARAM-ID 807 is made. The system mainly determines the absolute and relative maxima of the data record just processed in this state. The value of the resonance frequency resulting from an identification in the startup process may be trusted in this state and it will be used as a basis. The ESR value could be determined during the first adjustment of the control parameters (PID), but not taken into account.

Nach der Parameterermittlung läuft das System in einen Zustand PID-COMP 808. In diesem Zustand werden die PID-Parameter (Ki, Kp, Kd und Kgain) in Übereinstimmung sowohl mit den eben ermittelten Lastparametern als auch mit den Vorgaben für die geschlossene Regelschleife, die nach einem erfolgreichen Regelungsprozess erreicht werden sollten, eingestellt.After the parameter determination, the system runs in a PID-COMP state 808 , In this state, the PID parameters (Ki, Kp, Kd, and Kgain) are set in accordance with both the just-determined load parameters and the closed-loop conditions that should be achieved after a successful control process.

Falls entschieden wird, dass der durchzuführende Identifizierungsprozess nur während des eingeschwungenen Zustands des Systems umgesetzt werden soll, läuft das System möglicherweise nach dem Zustand START-UP 802 in den Zustand WAIT-SS 804, in dem das System bis zum Ende des Anlaufens wartet. Wenn das Anlaufen als beendet betrachtet wird, umfasst die ADC-Ausgabe die Abweichung im eingeschwungenen Zustand. Nach dem Zustand WAIT-SS 804 läuft das System in einen Zustand ADFC-REC-SS 809, in dem die Abweichung aufgezeichnet wird. In diesem Zustand werden möglicherweise unterschiedliche downgesampelte Datenaufzeichnungen von gleicher Länge aufgezeichnet, um mehrfach gemittelte Ergebnisse auszuwerten. Wenn die Datenaufzeichnung beendet wird, wird die gleiche Routine, wie eben beschrieben wurde, durchgeführt: Verarbeitung (Zustand DATA-PRO 806), Lastparameterermittlung (Zustand PARAM-ID 807) und PID-Regelung (Zustand PID-COMP 808).If it is decided that the identification process to be performed is to be implemented only during the steady state of the system, the system may run after the START-UP state 802 in the state WAIT-SS 804 in which the system waits until the end of the startup. If startup is considered complete, the ADC output will include steady state deviation. After the state WAIT-SS 804 the system goes into a state ADFC-REC-SS 809 in which the deviation is recorded. In this state, different down-sampled data records of equal length may be recorded to evaluate multi-averaged results. When data recording is finished, the same routine as described above is performed: Processing (DATA-PRO state 806 ), Load parameter determination (state PARAM-ID 807 ) and PID control (state PID-COMP 808 ).

Das oben Genannte beschreibt die erste Identifizierungsschleife, die entweder Identifizierung beim Anlaufen oder Identifizierung im eingeschwungenen Zustand in Betracht zieht. The above describes the first identification loop, which considers either identification at start-up or identification in the steady state.

Zusammenfassend setzt sich diese erste Identifizierungsschleife im Fall von Identifizierung beim Anlaufen aus den folgenden Zuständen zusammen:
IDLE → START-UP → WAIT-STEP → ADC-REC-SU → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP
In summary, in the case of identification at start-up, this first identification loop is composed of the following states:
IDLE → START-UP → WAIT-STEP → ADC-REC-SU → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP

Die erste Identifizierungsschleife im Fall der Identifizierung im eingeschwungenen Zustand (dann im Fall des Fehlens des Identifizierungsprozesses beim Anlaufen) setzt sich aus diesen Zuständen zusammen:
IDLE → START-UP → WAIT-SS → ADC-REC-SS → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP.
The first identification loop in the case of identification in the steady state (then in the case of lack of the identification process at startup) consists of these states:
IDLE → START-UP → WAIT-SS → ADC-REC-SS → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP.

Jedes Mal, wenn neue Daten aufgezeichnet werden, werden sie in der normalen Sequenz von Zuständen verarbeitet (DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP). Im eingeschwungenen Zustand wird möglicherweise eine Zustandsschleife eingebracht, die Überwachungsschleife genannt werden könnte, um jegliche Lastqualitätsminderung auszuwerten und die kompensierten PID-Koeffizienten zu berechnen. Diese Sequenz könnte wiederholt werden, weil Lastparameteridentifizierung benötigt wird. Wenn keine Überwachungsschleife benötigt wird, läuft der Zustand von PID-COMP in einen Zustand NORM-RUN 810 (in dem normaler Betrieb durchgeführt wird), weil keine weiteren Daten aufgezeichnet werden müssen.Each time new data is recorded, it is processed in the normal sequence of states (DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP). In the steady state, a state loop may be introduced, which could be called the monitoring loop, to evaluate any load quality degradation and calculate the compensated PID coefficients. This sequence could be repeated because load parameter identification is needed. If no monitoring loop is needed, the state of PID-COMP goes to a NORM-RUN state 810 (in which normal operation is performed) because no further data needs to be recorded.

Der letzte mögliche Übergang vom Zustand PID-COMP 808 ist direkt in den Zustand NTF 811. Unter Berücksichtigung, dass die ΔΣ-Konfiguration in der Schleife vorliegt (das bedeutet, dass der gesamte Identifizierungsprozess unter Verwendung der ΔΣ-Konfiguration in der Schleife erledigt worden ist oder dass die Konfiguration von ΔΣ außerhalb der Schleife nach ΔΣ innerhalb der Schleife umschaltet, wenn dieser Teil des Algorithmus ausgeführt werden muss) ist es möglich, die Struktur der ΔΣ-NTF zu bearbeiten, um den ESR-Effekt eventuell zu extrapolieren oder hervorzuheben. In dem Fall, dass die ESR-Nullstellen während voriger Identifizierungsläufe (die erfolgen, ohne dass irgendeine Modifikation der NTF-Struktur vorliegt, die im Zustand IDLE 801 entschieden wird, in dem die Systemparameter festgelegt werden) identifiziert worden sind oder dass sichergestellt werden soll, dass keine weiteren In-Band Nullstellen hinzugefügt werden, stellt der Algorithmus die Möglichkeit des Modifizierens der NTF-Struktur bereit. Das Modifizieren der NTF-Struktur bedeutet, die Ordnung durch Hinzufügen von Nullstellen in der Rauschformungsfunktion zu ändern. Weil die ESR-Nullstellenermittlung durch die Ermittlung eines relativen Maximums vorgenommen wird, wird der Beitrag des absoluten Maximums, der durch die Resonanzfrequenz gegeben wird, möglicherweise unterdrückt oder reduziert. Es ist möglich, in der NTF eine oder mehrere Nullstellen hinzuzufügen, die sehr nahe an der LC-Resonanzfrequenz liegen. Auf diese Weise wird das aufgeschaltete Rauschen möglicherweise in dem Bereich der Frequenzen kanalisiert, die größer als die LC-Resonanzfrequenz sind. Weil in diesem Algorithmus die Nullstellenlage in der NTF-Rauschformungsfunktion in Beziehung zur Resonanzfrequenz steht, braucht der Algorithmus in diesem Fall eine vorherige Stufe für die Identifizierung des LC. Deshalb erfolgt der Übergang PID-COMP → NTF → ADC-REC-SS nach einem Identifizierungsprozess im eingeschwungenen Zustand, der sowohl das Ermitteln der Resonanzfrequenz als auch das Vereinzeln des ESR-Nullstellenbeitrags gestattet.The last possible transition from the PID-COMP state 808 is directly in the state NTF 811 , Considering that the ΔΣ configuration is in the loop (that is, the entire identification process has been done using the ΔΣ configuration in the loop, or that the configuration of ΔΣ out of the loop switches to ΔΣ within the loop, if this Part of the algorithm), it is possible to manipulate the structure of the ΔΣ-NTF to possibly extrapolate or emphasize the ESR effect. In the case that the ESR zeroes occur during previous identification runs (that occur without any modification of the NTF structure that is in the IDLE state 801 or identifying that no further in-band zeros are added, the algorithm provides the capability of modifying the NTF structure. Modifying the NTF structure means changing the order by adding zeros in the noise shaping function. Because the ESR nulling is done by determining a relative maximum, the contribution of the absolute maximum given by the resonant frequency may be suppressed or reduced. It is possible to add one or more zeros in the NTF that are very close to the LC resonance frequency. In this way, the switched noise may be channeled in the range of frequencies greater than the LC resonant frequency. Because in this algorithm the zero position in the NTF noise shaping function is related to the resonance frequency, in this case the algorithm needs a previous stage for the identification of the LC. Therefore, the transition PID-COMP → NTF → ADC-REC-SS after a identification process in the steady state, which allows both the determination of the resonance frequency and the singling of the ESR zero contribution.

Somit ist es jedes Mal, wenn sich das System im Zustand PID-COMP 808 während des eingeschwungenen Zustands befindet, möglich, die NTF-Struktur durch Hinzufügen von In-Band Nullstellen zu ändern (Einstellen des Signals zero_loc in 9), um die auf die Resonanzfrequenz folgenden Frequenzen anzuregen.Thus, every time the system is in the PID-COMP state 808 during the steady state, it is possible to change the NTF structure by adding in-band zeros (setting the signal zero_loc in 9 ) to excite the frequencies following the resonant frequency.

9 zeigt ein SMPS 900. 9 shows an SMPS 900 ,

Analog zum SPMS 400 enthält das SPMS 900 einen AD-Wandler 901, einen PID-Baustein 902, einen DPWM-Baustein 903, eine Leistungsstufe 904, ein Ausgangsnetz (Ausgangsfilter), das einen Induktor 905, einen Kondensator 906 und einen ESR 907 enthält, und einen digitalen Verarbeitungsbaustein 908. Das SMPS 900 enthält einen ΔΣ-Baustein in der Schleife wie in der zweiten Anordnung 602. Die unter Bezugnahme auf 8 beschriebenen Zustände werden möglicherweise durch einen Zustandsautomaten 910 getriggert, der möglicherweise die Ergebnisse vom digitalen Verarbeitungsbaustein 908 aufnimmt. Die Referenzspannung wird in diesem Beispiel von einer Referenzspannungsquelle 911 geliefert, die möglicherweise die Referenzspannung stufenweise erhöht. Zusätzlich wird in diesem Beispiel angenommen, dass ein Lasttransistor 912 zwischen dem Ausgangsspannungsknoten und dem Masseknoten verbunden ist.Analogous to the SPMS 400 contains the SPMS 900 an AD converter 901 , a PID module 902 , a DPWM module 903 , a performance level 904 , an output network (output filter) that has an inductor 905 , a capacitor 906 and an ESR 907 contains, and a digital processing block 908 , The SMPS 900 contains a ΔΣ block in the loop as in the second arrangement 602 , The referring to 8th states described may be due to a state machine 910 triggered, possibly the results of the digital processing block 908 receives. The reference voltage in this example is from a reference voltage source 911 which may increase the reference voltage gradually. In addition, it is assumed in this example that a load transistor 912 is connected between the output voltage node and the ground node.

In diesem Beispiel ist die Digitalschleife für die folgenden Parameter dimensioniert:

  • – C Lastfilter-Kapazität und ihr ESR, zum Beispiel die Haupt-Filterkapazität, und parallel ein kleiner Lastkondensator CL = C/1000.
  • – L = Filterinduktor, ω0 = 1/(LC) ist wenigstens 2 Ordnungen niedriger als 2π·*fSW.
  • – Vg Eingangsspannung der Leistungsstufe, wobei sich die Leistungsstufe aus Treiber und Umschaltern zusammensetzt.
  • – Vref = Soll-Vout, d. h. 3,3 V, sie ist der Eingang des AD-Wandlers.
  • – Fck = schnelles digitales Taktsignal und DPWM-Basiszähler
  • – DPWM ist der digitale PWM, er weist eine Auflösung von DPWM_res = 6 Bit auf (Zähler von 1 bis 2^6 = 64, er bestimmt die fSW)
  • – ΔΣ, wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde. Die Auflösung kann gleich der DPWM sein oder sie kann während des Identifizierungsprozesses um 1 verringert werden (DPWM_res-1). Die ΔΣ-Auflösung wird durch das Signal res_ΔΣ abgestimmt. Hier ist sie während der Identifizierung gleich DPWM_res-1 und, während die volle Auflösung läuft, gleich mit DPWM_res. Das zero_loc des ΔΣ-Eingangs, das eventuell während der ESR-Identifizierung benötigt wird, umfasst die Soll-Nullstellenposition für die NTF. Das Signal zero_loc ist wie ein Vektor mit einem 4 Nullstellenwert für die ΔΣ-Nullstellen.
  • – PID ist der Digitalfilter mit den Parametern Kp, Kd, Ki, Kgain.
In this example, the digital loop is dimensioned for the following parameters:
  • C load filter capacitance and its ESR, for example the main filter capacitance, and in parallel a small load capacitor CL = C / 1000.
  • - L = filter inductor, ω 0 = 1 / (LC) is at least 2 orders lower than 2π * * f SW .
  • - Vg input voltage of the power stage, where the power stage consists of drivers and switches.
  • - Vref = target Vout, ie 3.3V, it is the input of the AD converter.
  • Fck = fast digital clock signal and DPWM base counter
  • - DPWM is the digital PWM, it has a resolution of DPWM_res = 6 bits (counter from 1 to 2 ^ 6 = 64, it determines the f SW )
  • - ΔΣ, as with reference to 5 has been described. The resolution may be equal to the DPWM or it may be decreased by 1 during the identification process (DPWM_res-1). The ΔΣ resolution is tuned by the signal res_ΔΣ. Here it is equal to DPWM_res-1 during identification and, while the full resolution is running, equal to DPWM_res. The zero_loc of the ΔΣ input that may be needed during ESR identification includes the target zero position for the NTF. The signal zero_loc is like a vector with a 4 zero value for the ΔΣ zeros.
  • - PID is the digital filter with the parameters Kp, Kd, Ki, Kgain.

Unter Berücksichtigung dieser Parameter ist die Resonanzfrequenz in diesem Beispiel ω0 = 2π·5 kHz und die ESR-Nullstellenfrequenz ωESR = 2π·14 kHz. Im Folgenden werden Ergebnisse beschrieben, die einige Signalverarbeitungsprozeduren berücksichtigen, die verwendet werden, um einen zuverlässigen Identifizierungsprozess zu gewinnen. Die Beschreibung konzentriert sich hauptsächlich auf den Identifizierungsprozess, ohne die Ergebnisse nach der Regelung in Betracht zu ziehen. Alle Ergebnisse basieren auf den gleichen Konfigurationswerten (einschließlich der PID-Koeffizienten).Taking these parameters into account, the resonance frequency in this example is ω 0 = 2π × 5 kHz and the ESR zero frequency ω ESR = 2π × 14 kHz. The following describes results that account for some signal processing procedures used to obtain a reliable identification process. The description focuses mainly on the identification process, without considering the results under the scheme. All results are based on the same configuration values (including the PID coefficients).

Unter Berücksichtigung des Identifizierungsprozesses beim Anlaufen, mit Bezug auf die unter Bezugnahme auf 8 beschriebenen Zustände, läuft der Zustandsautomat 910 durch die Zustandssequenz:
IDLE → START-UP → WAIT-STEP → ADC-REC-SU → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP
(Ergebnisse der Parameteridentifizierung werden zum Beispiel in der Stufe PARAM-ID vorgelegt, z. B. einem Nutzer).
Taking into account the identification process at startup, with reference to the with reference to 8th states described, the state machine is running 910 through the state sequence:
IDLE → START-UP → WAIT-STEP → ADC-REC-SU → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP
(Results of the parameter identification are presented, for example, in the stage PARAM-ID, eg a user).

Weil der Identifizierungsprozess im eingeschwungenen Zustand durch Addition von Rauschen erfolgt, werden auch Ergebnisse im Zeitbereich gezeigt, um zu zeigen, dass unser System nicht allzu sehr gestört wird.Because the steady-state identification process is done by adding noise, time-domain results are also shown to show that our system is not disturbed too much.

Während des Zustands START-UP 802 entwickelt sich das System dahin, als Eingabe eine stufenweise Referenzspannung, wie sie in 7 veranschaulicht wird, zu berücksichtigen. Während der Entwicklung der Referenzspannung wartet der Algorithmus (d. h. der Zustandsautomat 910) auf die Spannungsstufe (im Zustand WAIT-STEP 803), um mit dem Aufzeichnen der ADC-Ausgabe zu beginnen (Zustand ADC-REC-SU 805). Der WAIT-STEP 803 ist möglicherweise wichtig, weil es möglicherweise mehrere Stufen gibt und entschieden werden könnte, die Ausgabe bei nur einem von ihnen aufzuzeichnen. Außerdem wird, um jede Antwort des Systems aufzuzeichnen, möglicherweise eine längerer Stufe gewählt, und die anderen Stufen könnten folglich kürzer sein.During the status START-UP 802 the system evolves by inputting a stepwise reference voltage, as in 7 is illustrated, to be considered. During the development of the reference voltage the algorithm waits (ie the state machine 910 ) to the voltage level (in the state WAIT-STEP 803 ) to start recording the ADC output (ADC-REC-SU state 805 ). The WAIT-STEP 803 may be important because there may be multiple levels and it might be decided to record the output on only one of them. In addition, to record each response of the system, a longer level may be selected, and the other levels could be shorter.

Im WAIT-STEP 803 entscheidet der Zustandsautomat 910, die dritte Stufe abzuwarten, um die ADC-Ausgabeaufzeichnung zu aktivieren. In diesem Beispiel entscheidet der Zustandsautomat 910, das Aufzeichnen zu beenden, wenn die vierte Stufe kommt. Der Algorithmus geht dann zur Datenverarbeitung weiter (Zustand DATA-PRO 806).In WAIT-STEP 803 the state machine decides 910 to wait for the third stage to activate the ADC output record. In this example, the state machine decides 910 to stop recording when the fourth stage comes. The algorithm then proceeds to data processing (state DATA-PRO 806 ).

10 zeigt PSD-Ergebnisse unter Berücksichtigung von ωESR = 0 (keine In-Band Nullstellen). 10 shows PSD results considering ω ESR = 0 (no in-band zeros).

Wie im Beispiel in 10 gezeigt wird, wird die Resonanzfrequenz möglicherweise aus der Anlaufphase ermittelt. Unter Berücksichtigung einer stufenweisen Entwicklung von Vref und zum Beispiel unter Ermittlung des Maximums der PSD (oder der FFT), werden möglicherweise die LC-Beiträge des Ausgangsfilters ermittelt.As in the example in 10 is shown, the resonance frequency may be determined from the start-up phase. Considering a stepwise evolution of Vref and, for example, determining the maximum of the PSD (or FFT), the LC contributions of the output filter may be determined.

In diesem Ansatz ist das Vorhandensein der zweiten Spitze möglicherweise zur ESR-Ermittlung nicht einfach zu gewinnen.In this approach, the presence of the second peak may not be easy to obtain for ESR detection.

Nachdem Verarbeitungsergebnisse berechnet worden sind, bewegt der Zustandsautomat 910 das System in den Zustand der Parameterermittlung (Zustand PARAM-ID 1107), in dem es absolute und/oder relative Maxima sucht und ermittelt, um die richtigen, für die Korrektur benötigten PID-Parameter zu definieren (die Korrektur wird hier nicht dargestellt).After processing results have been calculated, the state machine moves 910 the system enters the state of the parameter determination (state PARAM-ID 1107 ) in which it seeks and determines absolute and / or relative maxima to define the correct PID parameters needed for the correction (the correction is not shown here).

Der Identifizierungsprozess im eingeschwungenen Zustand beinhaltet, dass der Zustandsautomat 910 durch die folgende Sequenz von Zuständen läuft, wie unter Bezugnahme auf 8 beschrieben wird:
IDLE → START-UP → WAIT-SS → ADC-REC-SS → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP
(Ergebnisse werden möglicherweise in der Stufe PARAM-ID vorgelegt)
The steady state identification process involves the state machine 910 by the following sequence of states as described with reference to 8th is described:
IDLE → START-UP → WAIT-SS → ADC-REC-SS → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP
(Results may be presented in the PARAM-ID stage)

Nach dem Anlaufen wird der eingeschwungene Zustand (Zustand WAIT-SS 804) erreicht. Dann beginnt das System, die ADC-Ausgabe aufzuzeichnen (Zustand ADC-REC-SS 809).After startup, the steady state (state WAIT-SS 804 ) reached. Then the system starts to record the ADC output (state ADC-REC-SS 809 ).

Wie oben erwähnt wurde, wird der Fall ausgewertet, in dem das Rauschen unter Verringerung der Auflösung des ΔΣ in der Schleife unter Verwendung des Signals res_ΔΣ aufgeschaltet wird.As mentioned above, the case is evaluated in which the noise is switched by reducing the resolution of the ΔΣ in the loop using the signal res_ΔΣ.

11A veranschaulicht den eingeschwungenen Zustand, unter Berücksichtigung von ΔΣ und DPWM mit der gleichen Auflösung. 11A illustrates the steady state, taking into account ΔΣ and DPWM with the same resolution.

11B veranschaulicht den Fall, in dem die Rauschquelle ein ΔΣ-Modulator in der Schleife ist (mit Bezug auf das SMPS 900 aus 9 mit ΔΣ_res = DPWM_res-1). 11B Fig. 10 illustrates the case where the noise source is a ΔΣ modulator in the loop (with respect to the SMPS 900 out 9 with ΔΣ_res = DPWM_res-1).

11A und 11B zeigen die entsprechende Ausgangsspannung des SMPS über der Zeit. 11A and 11B show the corresponding output voltage of the SMPS over time.

In 11B wird der Fall eines von einem 5-Bit ΔΣ-Quantisierer aufgeschalteten Rauschens in Betracht gezogen. In 11A weisen sowohl der DPWM als auch der ΔΣ 6-Bit-Quantisiererauflösungen auf. Sowohl in 11A als auch in 11B ist Folgendes zu erkennen: Weil beim Aufschalten von Rauschen ein großer Bereich von Lastfrequenzen angeregt wird, werden diese Frequenzen von einem LC-Filter ausgefiltert, der einen Abwärtswandler bildet. Indem die aus dem AD-Wandler kommende digitalisierte Abweichung analysiert wird, werden möglicherweise Lastparameter ermittelt.In 11B the case of a noise applied by a 5-bit ΔΣ quantizer is considered. In 11A Both the DPWM and ΔΣ have 6-bit quantizer resolutions. As well in 11A as well as in 11B As can be seen, since noise is applied to a large range of load frequencies, these frequencies are filtered out by an LC filter which forms a buck converter. By analyzing the digitized deviation coming from the ADC, load parameters may be determined.

Nach dem Aufzeichnen der ADC-Ausgabe im eingeschwungenen Zustand (in diesem Fall wird nur eine zeitliche Aufzeichnung vorgenommen, aber möglicherweise werden mehrere Aufzeichnungen vorgenommen, um mehrfach mittelwertbildende Verarbeitung umzusetzen) berechnet der Zustandsautomat 910 die Verarbeitungsergebnisse im Zustand DATA-PRO 806. Wenn das Verarbeiten beendet ist, läuft der Zustandsautomat 910 in den Zustand PARAM-ID 807, in dem Lastparameter durch die normale Suche nach absoluten (Resonanzfrequenz) und relativen Maxima (ESR-Beitrag) ermittelt werden.After recording the ADC output in steady state (in this case, only one time record is made, but possibly multiple records are taken to perform multiple averaging processing), the state machine computes 910 the processing results in the DATA-PRO state 806 , When processing is finished, the state machine is running 910 in the state PARAM-ID 807 in which load parameters are determined by the normal search for absolute (resonant frequency) and relative maxima (ESR contribution).

12 zeigt PSD-Ergebnisse in zwei Kurven 1201, 1202 unter Berücksichtigung einer ΔΣ-Rauschquelle in der Schleife. Die beiden Kurven 1201, 1202 unterscheiden sich voneinander, weil ESR-Beiträge in der oberen Kurve 1201 nicht berücksichtigt werden (dort gibt es nur das absolute Maximum, das sich auf die Resonanzfrequenz bezieht, in der unteren Kurve 1202 bezieht sich das zusätzliche relative Maximum auf den ESR). 12 shows PSD results in two curves 1201 . 1202 considering a ΔΣ noise source in the loop. The two curves 1201 . 1202 differ from each other because ESR posts in the upper curve 1201 are not considered (there is only the absolute maximum, which refers to the resonance frequency, in the lower curve 1202 the additional relative maximum refers to the ESR).

Aus den in 12 vorgelegten Ergebnissen ist zu erkennen, dass es möglich ist, ESR-Effekte unter Berücksichtigung des relativen Maximums in den PSD auszuwerten.From the in 12 It can be seen that it is possible to evaluate ESR effects taking into account the relative maximum in the PSD.

Weiterhin ist es möglich, die ESR-Effekte hinsichtlich der Resonanzfrequenzeffekte (absolutes Maximum) durch Bearbeiten der Rauschaufschaltung anzuregen. In diesem Fall weisen die beiden externen Eingänge der ΔΣ-Einrichtung diese mögliche Konfiguration auf: –zero_loc = [0,9 0 0 0]. Das heißt, dass eine Nullstelle bei 90% der Resonanzfrequenz hinzugefügt wird. Dies bestätigt, dass der Ansatz sich möglicherweise aus zwei Stufen zusammensetzt: Es ist möglicherweise erforderlich, die Resonanzfrequenz zu kennen, um die NTF-Nullstelle(n) in ihre Nähe zu legen. Vorher wird möglicherweise wenigstens eines von Folgenden verwendet: ein Identifizierungsprozess beim Anlaufen und/oder im eingeschwungenen Zustand. Es könnte sinnvoll sein, wenn vorher eine Identifizierungsstufe vorhanden ist, um den In-Band ESR zu erfassen und/oder zu vereinzeln, und es ist dann möglich, hinsichtlich der ESR-Lage mit einer zweiten Stufe (in der der NTF-Ausdruck modifiziert wird) sicher zu werden.Furthermore, it is possible to stimulate the ESR effects in terms of the resonant frequency effects (absolute maximum) by processing the noise input. In this case, the two external inputs of the ΔΣ device have this possible configuration: -zero_loc = [0.9 0 0 0]. That is, a zero is added at 90% of the resonant frequency. This confirms that the approach may be composed of two stages: It may be necessary to know the resonant frequency in order to place the NTF null (s) near it. Previously, at least one of the following may be used: an identification process at start-up and / or in the steady state. It may be useful to have an identification stage in advance to detect and / or singulate the in-band ESR, and then it is possible to have a second stage ESR situation (in which the NTF term is modified ) to be sure.

13 veranschaulicht das Ergebnis des Modifizierens einer NTF dritter Ordnung, um eine In-Band Nullstelle in der Nähe der Resonanzfrequenz (Z1 = 0,9·f0) hinzuzufügen. Eine erste Kurve 1301 (ESR-Beitrag) zeigt einen Unterschied zwischen dem absoluten und dem relativen Maximum, das niedriger als in 12 ist, wo keine In-Band Nullstellen eingebracht worden sind. Eine zweite Kurve 1302 entspricht dem Fall ohne ESR-Beiträge. 13 Figure 11 illustrates the result of modifying a third-order NTF to add an in-band zero near the resonant frequency (Z1 = 0.9 x f 0 ). A first turn 1301 (ESR contribution) shows a difference between the absolute and the relative maximum, which is lower than in 12 is where no in-band zeros have been introduced. A second turn 1302 corresponds to the case without ESR contributions.

Wenn die Resonanzfrequenz und die ESR-Position bekannt sind, wird möglicherweise die erwartete Leerlaufbandbreite des Systems bestimmt.If the resonant frequency and the ESR position are known, the expected idle bandwidth of the system may be determined.

Dann wird möglicherweise die zeitliche Aufzeichnung verarbeitet, um die Resonanzfrequenz zu ermitteln, und in einer zweiten Stufe wird möglicherweise die NTF unter Hinzufügen einer oder mehrerer In-Band Nullstellen modifiziert, um die ESR-Nullstelle zu ermitteln. Es werden möglicherweise zwei Stufen verwendet, um die In-Band Nullstellen in eine Position, die in Beziehung zur Resonanzfrequenz steht, zu legen. Jedenfalls ist in der PSD-Analyse zu erkennen, dass der ESR auch ohne irgendeine Modifikation der NTF-Struktur extrapoliert werden könnte: Das Modifizieren der NTF führt zu einem Prozess, der zum Bestätigen und/oder zum Vereinzeln von Minimum-ESR-Beiträgen verwendet werden könnte. Mittelungs- und/oder Filterungsverarbeitungsfunktionen, beide in Kombination mit Downsampling und Fensterung, könnten diese Effekte anregen, um wirklich zuverlässige, ermittelte Daten zu haben. Then, the timing may be processed to determine the resonant frequency, and in a second stage, the NTF may be modified by adding one or more in-band zeros to determine the ESR null. There may be two stages used to place the in-band zeros into a position related to the resonant frequency. In any case, it can be seen in the PSD analysis that the ESR could also be extrapolated without any modification of the NTF structure: modifying the NTF results in a process used to validate and / or singulate minimum ESR contributions could. Averaging and / or filtering processing functions, both in combination with downsampling and windowing, could arouse these effects to have truly reliable, determined data.

Im Folgenden werden konventionelle Ansätze zum Bestimmen von Parametern externer Komponenten, wie zum Beispiel eines Ausgangsnetzes, beschrieben.In the following, conventional approaches for determining parameters of external components, such as an output network, will be described.

14 zeigt ein Beispiel für einen typischen SMPS-Wandler 1400 in einer Abwärtswandler-Konfiguration. Der Wandler 1400 ist ein Spannungsregler, der eine Ausgangsspannung Vout regelt. 14 shows an example of a typical SMPS converter 1400 in a down converter configuration. The converter 1400 is a voltage regulator that regulates an output voltage Vout.

Der SMPS-Wandler 1400 enthält eine Eingangsspannungsquelle 1401, deren Plus-Ausgang über einen Feldeffekttransistor 1402 mit einem Induktor 1403 verschaltet ist. Der Feldeffekttransistor 1402 umfasst ein Gate. Die Kathode einer Diode 1404 ist zwischen dem Feldeffekttransistor 1402 und dem Induktor 1403 verbunden. Die Anode der Diode 1404 ist mit dem Minus-Ausgang der Eingangsspannungsquelle 1401 (dies ist z. B. ein Masseanschluss) verbunden. Der Induktor 1403 liegt zwischen der Kathode der Diode 1404 und dem Verbindungsknoten einer Last 1405. Der andere Verbindungsknoten für die Last ist die Anode der Diode 1404. Die Spannung über der Last 1405 ist die Ausgangsspannung Vout. Ein Kondensator 1406 liegt parallel zur Last 1405. Die Ausgangsspannung Vout wird in einen Multiplizierer 1407 eingespeist, der eine vervielfachte Ausgangsspannung erzeugt. Die vervielfachte Ausgangsspannung wird in einen Regler 1408 eingespeist, der einen Subtrahierer 1409 enthält, der eine Differenz e(t) zwischen der multiplizierten Ausgangsspannung und einer Referenzspannung Vref bestimmt. Diese Differenz (Abweichungssignal) wird möglicherweise in einen Fehlerverstärker und -kompensator 1410 eingespeist, der einen Pulsweitenmodulator 1411 regelt, der einen Treiber 1412 regelt, der eine Spannung des Gates des Feldeffekttransistors 1402 und somit die Ausgangsspannung regelt.The SMPS converter 1400 contains an input voltage source 1401 , whose plus output via a field effect transistor 1402 with an inductor 1403 is interconnected. The field effect transistor 1402 includes a gate. The cathode of a diode 1404 is between the field effect transistor 1402 and the inductor 1403 connected. The anode of the diode 1404 is with the minus output of the input voltage source 1401 (this is eg a ground connection). The inductor 1403 lies between the cathode of the diode 1404 and the connection node of a load 1405 , The other connection node for the load is the anode of the diode 1404 , The voltage across the load 1405 is the output voltage Vout. A capacitor 1406 is parallel to the load 1405 , The output voltage Vout becomes a multiplier 1407 fed, which generates a multiplied output voltage. The multiplied output voltage becomes a regulator 1408 fed, which is a subtractor 1409 which determines a difference e (t) between the multiplied output voltage and a reference voltage Vref. This difference (deviation signal) may become an error amplifier and compensator 1410 fed to a pulse width modulator 1411 fixes a driver 1412 regulates the voltage of the gate of the field effect transistor 1402 and thus regulates the output voltage.

Der Induktor 1403 und der Kondensator 1406 sind für den SMPS-Wandler 1400 externe Komponenten. Der Transistor 1402 ist ein Referenzschalter. Das System regelt Vout auf Basis der Spannung Vref. Das Ausgangsnetz (einschließlich des Induktors 1403 und des Kondensators 1406) erzeugt ein Paar komplexer Polstellen. Der Regler 1408 ist dazu ausgelegt, Schleifenstabilität und hohe Leerlaufverstärkung des Systems aufrechtzuerhalten, um die Genauigkeit von Vout zu erhöhen.The inductor 1403 and the capacitor 1406 are for the SMPS converter 1400 external components. The transistor 1402 is a reference switch. The system regulates Vout based on the voltage Vref. The output network (including the inductor 1403 and the capacitor 1406 ) creates a pair of complex poles. The regulator 1408 is designed to maintain loop stability and high open loop gain of the system to increase the accuracy of Vout.

Der Regler 1408 erzeugt eine niederfrequente Polstelle und zwei Nullstellen, um die Soll-Schleifenübertragungsfunktion zu erreichen.The regulator 1408 generates a low frequency pole and two zeros to achieve the desired loop transfer function.

Eine Schwankung des Induktors 1403, des Kondensators 1406 oder des äquivalenten Serienwiderstands (ESR, in 14 nicht dargestellt) könnte das System instabil werden lassen. Der Regler 1408 sollte in der Lage sein, diese Schwankungen zu berücksichtigen. Dazu wird er möglicherweise auf konservative Weise ausgelegt, d. h. auf sichere Art und Weise, die ihn gegenüber Instabilität robust macht. Wenn der Regler 1408 allerdings auf diese Art ausgelegt wird, ist die Dynamikleistung der Systemschleife (d. h. die Last-Sprungantwort) möglicherweise zu niedrig und wird den Systemanforderungen nicht gerecht.A variation of the inductor 1403 , the capacitor 1406 or the equivalent series resistance (ESR, in 14 not shown) the system could become unstable. The regulator 1408 should be able to take these fluctuations into account. To do so, it may be interpreted in a conservative manner, that is, in a safe manner that makes it robust to instability. If the regulator 1408 however, in this way, the dynamic performance of the system loop (ie the load step response) may be too low and may not meet system requirements.

Eine Parameterdrift in der Leistungsstufe, wie zum Beispiel eine Schwankung beim Induktor 1403, beim Kondensator 1406 oder bei anderen Komponenten, kann durch Offline-Neukalibrierung des Reglers abgeschwächt werden, um Soll-Dynamikleistungsvorgaben einzuhalten. Diese Techniken werden häufig Auto-Tuning oder Selbst-Tuning genannt. Typischerweise ist es möglicherweise wünschenswert, eine externe Komponente zu identifizieren (z. B. einen Induktor und/oder einen Kondensator) oder die Ausgangsleistungs-Filter-Frequenzcharakteristika (Polstellen und Nullstellen). Derartige Verfahren erfordern möglicherweise komplexe numerische Berechnungen, aus diesem Grund sind sie für digitalisierte Systeme und für fortschrittliche Siliziumtechnologien geeignet, die eine hohe Chip-Integration ermöglichen, so dass eine kleine Chip-Fläche erforderlich ist, um die rechnerischen Ressourcen für die Berechnungen bereitzustellen (z. B. ist möglicherweise eine aufwendige Berechnung auf einer kleinen Siliziumfläche erforderlich).A parameter drift in the power stage, such as a fluctuation in the inductor 1403 , at the condenser 1406 or other components, can be mitigated by off-line recalibration of the controller to meet target dynamic performance specifications. These techniques are often called auto-tuning or self-tuning. Typically, it may be desirable to identify an external component (eg, an inductor and / or a capacitor) or the output power filter frequency characteristics (poles and zeros). Such methods may require complex numerical computations, for this reason they are suitable for digitized systems and for advanced silicon technologies that enable high chip integration, so that a small chip area is required to provide the computational resources for the computations (e.g. B. may require a complex calculation on a small area of silicon).

Im Folgenden werden zwei typische übliche Ansätze für ein SMPS (Schaltnetzteil) beschrieben, das mit einem externen Filter (der z. B. sowohl durch einen Induktor als auch einen Kondensator umgesetzt wird, wie zum Beispiel den Induktor 1403 und den Kondensator 1406, veranschaulicht in 14) verschaltet ist, der außerhalb des SMPS liegt, der ein paar komplex konjugierte Polstellen einbringt.In the following there will be described two typical conventional approaches to a SMPS (switched mode power supply) which is implemented with an external filter (eg implemented by both an inductor and a capacitor, such as the inductor 1403 and the capacitor 1406 , illustrated in 14 ), which is outside the SMPS, which introduces a few complex conjugate poles.

Der erste Ansatz basiert auf hervorgerufenen Regelschleifenschwingungen, die durch Einbringen sowohl eines Relais als auch eines Integrators in die Regelschleife verursacht werden. Dies wird in 15 veranschaulicht.The first approach is based on evoked control loop vibrations caused by introducing both a relay and an integrator into the control loop. This will be in 15 illustrated.

15 zeigt eine Regelschleife 1501. 15 shows a control loop 1501 ,

Die Regelschleife 1501 enthält einen Subtrahierer 1505, der dazu ausgelegt ist, das Signal der Differenz zwischen einem Referenzsignal yref (z. B. einer Referenzspannung) und einem Ausgangssignal y (z. B. einer Ausgangsspannung) zu erzeugen. Ein Relais 1506 erzeugt ein Regelungssignal u aus dem Differenzsignal e. Das Relais (z. B. ein selbsthaltendes Relais) 1506 wird in diesem Beispiel verwendet, um eine Hysterese bereitzustellen. Das Regelungssignal u hat entsprechend dem geregelten System 1507 die Ausgangsspannung y zur Folge. 15B zeigt eine Signalkurve 1502 des Ausgangssignals y der Regelschleife aus 15A.The control loop 1501 contains a subtractor 1505 which is adapted to generate the signal of the difference between a reference signal yref (eg, a reference voltage) and an output signal y (eg, an output voltage). A relay 1506 generates a control signal u from the difference signal e. The relay (eg a self-holding relay) 1506 is used in this example to provide hysteresis. The control signal u has according to the regulated system 1507 the output voltage y result. 15B shows a signal curve 1502 of the output signal y of the control loop 15A ,

Die Signalkurve 1502 zeigt die hervorgerufenen Schwingungen des Ausgangssignals y über der Zeit.The signal curve 1502 shows the evoked vibrations of the output signal y over time.

15C zeigt eine Signalkurve 1503 der Stellgröße u der Regelschleife aus 15A. 15C shows a signal curve 1503 the manipulated variable u of the control loop off 15A ,

Die zweite Signalkurve 1503 zeigt das Regelungssignal u (Stellgröße), d. h. die Ausgabe des Relais 1506, über der Zeit.The second signal curve 1503 shows the control signal u (manipulated variable), ie the output of the relay 1506 , over time.

Ein Nutzer verwendet möglicherweise beides, Frequenz und/oder Amplitude der Schwingungen, um Systemcharakteristika und insbesondere die Last zu identifizieren. Ein Nutzer versetzt das System möglicherweise zum Beispiel durch eine geeignete Anregung in Schwingungen. Das Relais 1506 bringt eine Nichtlinearität ein.A user may use both the frequency and / or amplitude of the vibrations to identify system characteristics and, in particular, the load. For example, a user may cause the system to vibrate with appropriate excitation. The relay 1506 introduces a nonlinearity.

15D zeigt ein Nyquist-Diagramm 1504 für die Regelschleife aus 15A. 15D shows a Nyquist diagram 1504 for the control loop off 15A ,

Das Nyquist-Diagramm 1504 zeigt einen Graphen 1505 von G(jω) (d. h. der Funktion, die das geregelte System 1507 im Frequenzraum beschreibt) der Regelschleife aus 15A. Der Graph 1505 ist hauptsächlich durch einen Realteil mit einer Phase von –180° gekennzeichnet (der Imaginärteil könnte als vernachlässigbar betrachtet werden, weil er mit der kleinen, durch die Relais-Hysterese eingebrachten Verzögerung in Beziehung steht). Wird die Schleife geschlossen, schwingt das System mit einer Frequenz, die durch die Überschneidung des Graphen 1505 mit der charakterisierenden Funktion der Relaiskurve 1506 gegeben wird. Dies bedeutet, dass es mit einer Frequenz schwingt, bei der die Phase –180° ist, denn in diesem Fall verstärkt das rückgekoppelte Signal das Eingangssignal.The Nyquist diagram 1504 shows a graph 1505 of G (jω) (ie the function that the regulated system 1507 in frequency space) of the control loop 15A , The graph 1505 is mainly characterized by a real part with a phase of -180 ° (the imaginary part could be considered negligible because it is related to the small delay introduced by the relay hysteresis). When the loop is closed, the system oscillates at a frequency caused by the overlap of the graph 1505 with the characterizing function of the relay curve 1506 is given. This means that it oscillates at a frequency where the phase is -180 °, because in this case the feedback signal amplifies the input signal.

16 zeigt ein Kurvenbild 1600, das eine Amplitude (gezeigt als durchgezogene Linie 1604, bezogen auf eine erste Achse 1601) und eine Phase (gezeigt als gestrichelte Linie 1605, bezogen auf eine zweite Achse 1602) von G(jω) in Abhängigkeit von der Frequenz (gegeben durch eine dritte Achse 1603) zeigt. 16 shows a graph 1600 that has an amplitude (shown as a solid line 1604 , relative to a first axis 1601 ) and a phase (shown as a dashed line 1605 , relative to a second axis 1602 ) of G (jω) as a function of the frequency (given by a third axis 1603 ) shows.

In diesem Beispiel setzt sich G(jω) aus einer niederfrequenten Polstelle (Integrator) und den komplexen Polstellen eines Ausgangsleistungsnetzes (einschließlich dem Induktor L und dem Kondensator C, z. B. ähnlich dem Induktor 1403 und dem Kondensator 1406, veranschaulicht in 14) des geregelten Systems 1507 zusammen. Das geregelte System 1507 schwingt etwa bei der Frequenz f0 der komplexen Polstellen, wie durch die Spitze 1608 gezeigt wird. Diese Frequenz kann aus der Verarbeitung der Relaisausgabe bestimmt und ermittelt werden.In this example, G (jω) is composed of a low-frequency pole (integrator) and the complex poles of an output power network (including the inductor L and the capacitor C, eg similar to the inductor 1403 and the capacitor 1406 , illustrated in 14 ) of the regulated system 1507 together. The regulated system 1507 oscillates at the frequency f 0 of the complex poles, as through the peak 1608 will be shown. This frequency can be determined and determined from the processing of the relay output.

Das Relais 1506 wird möglicherweise durch eine Komponente ersetzt, die ein in einer digitalen Schleife hervorgerufenes besonderes Phänomen bereitstellt, bekannt als Grenzkurvenschwingung (LCO, limit cycle oscillation). Ein Pulsweitenmodulator PWM des geregelten Systems 1507 wird in diesem Fall möglicherweise durch einen digitalen Zähler umgesetzt. Im Fall, dass das geregelte System 1507 einen AD-Wandler enthält, der mit dem PWM verbunden ist, kommt es möglicherweise vor, dass die Auflösung des vom PWM erzeugten Tastgrads zu grob ist und dass die mit der Ausgangsspannung (d. h. in diesem Beispiel mit dem Ausgangssignal y) in Beziehung stehende Abweichung sich nicht in der Nullpunktfehler-Klasseneinteilung des AD-Wandlers (Analog-Digital-Wandler) abbilden lässt. In diesem Fall schwingt die Ausgangsspannung möglicherweise zwischen ±1LSB (niederwertigstes Bit) des AD-Wandlers. Die Oszillationsfrequenz dieser Schwingung korreliert typischerweise mit der komplexen Polstellenfrequenz von LC.The relay 1506 may be replaced by a component that provides a special phenomenon caused in a digital loop, known as Limit Cycle Oscillation (LCO). A pulse width modulator PWM of the controlled system 1507 in this case may be implemented by a digital counter. In the event that the regulated system 1507 If there is an AD converter connected to the PWM, it may happen that the resolution of the duty cycle generated by the PWM is too coarse and that the deviation related to the output voltage (ie, the output signal y in this example) is can not be mapped in the zero error class division of the AD converter (analog-to-digital converter). In this case, the output voltage may oscillate between ± 1 LSB (least significant bit) of the ADC. The oscillation frequency of this oscillation typically correlates with the complex pole frequency of LC.

Im oben genannten (ersten) Ansatz werden Effekte der Nichtidealitäten, wie zum Beispiel ESR-Beiträge, nicht berücksichtigt. Große ESRs beeinträchtigen typischerweise den Identifizierungsprozess, was möglicherweise zu fehlerhaften Ergebnissen führt. Bei der Nutzung wird weiterhin möglicherweise die Bandbreite der Regelschleife 1501 verringert, und die Dynamikleistung der Regelschleife wird möglicherweise herabgesetzt. Eine in die Regelschleife 1501 eingebrachte Schwingung (normalerweise mit niedriger Frequenz) könnte andere empfindliche Vorrichtungen stören.In the (first) approach mentioned above, effects of non-idealities, such as ESR contributions, are not taken into account. Large ESRs typically affect the identification process, possibly leading to erroneous results. The bandwidth of the control loop may still be in use 1501 reduces and the dynamic performance of the control loop may be reduced. One in the control loop 1501 introduced vibration (usually low frequency) could interfere with other sensitive devices.

Gemäß einem zweiten Ansatz wird eine mehrperiodische pseudozufällige Binärsequenz (PRBS, pseudo random binary sequence) eingebracht, die als eine digitale Emulation von weißem Rauschen angesehen werden kann. Die Reaktion eines Systems, wie zum Beispiel eines SMPS mit Regelschleife, auf eine ideales weißes Rauschen steht in Beziehung zur Impulsantwort des Systems. Frequenzraumanalyse der Impulsantwort umfasst möglicherweise alle Frequenzinformationen, die benötigt werden, um das System zu charakterisieren. Systemparameter können durch Signalverarbeitung ermittelt werden.According to a second approach, a multi-period pseudorandom binary sequence (PRBS) is introduced which can be considered as a digital emulation of white noise. The response of a system, such as a closed-loop SMPS, to ideal white noise is related to the system's impulse response. Frequency space analysis of the impulse response may include all the frequency information needed to characterize the system. System parameters can be determined by signal processing.

Allerdings ist PRBS typischerweise nicht genau ideales weißes Rauschen. Ein durch eine PRBS gewonnenes Spektrum ist sehr verrauscht, hauptsächlich bei mittleren Frequenzen. Somit werden möglicherweise Ergebnisse einer Ermittlung der Parameter des Systems beeinträchtigt, was zu einer fehlerhaften Identifizierung führt. Zum Beispiel ist es daher möglicherweise nicht möglich, den ESR-Beitrag auszuwerten.However, PRBS is typically not exactly ideal white noise. A spectrum obtained by a PRBS is very noisy, mainly at medium frequencies. Thus, results of determining the parameters of the system may be compromised, resulting in erroneous identification. For example, it may not be possible to evaluate the ESR contribution.

Während die Erfindung insbesondere in Bezug auf spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, sollten Fachleute verstehen, dass daran möglicherweise verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert werden, abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung wird somit durch die beigefügten Ansprüche angezeigt, und alle Änderungen, die gleiche Bedeutung wie die Ansprüche erlangen bzw. in einen Bereich gleicher Bedeutung wie die Ansprüche kommen, sollen daher einbezogen sein.While the invention has been particularly shown and described with respect to specific embodiments, it should be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims , The scope of the invention is, therefore, indicated by the appended claims, and it is therefore intended that all changes which have the same meaning as the claims come within a scope of the same meaning as the claims.

Claims (24)

Wandlerschaltung, die Folgendes umfasst: einen Schalterschaltkreis, der dazu ausgelegt ist, einer Last eine Ausgangsspannung bereitzustellen; einen Regelungsschaltkreis, der einen analogen Regelungsanteil und einen digitalen Regelungsanteil umfasst; einen Rauschgenerator, der dazu ausgelegt ist, weißes Rauschen zu erzeugen; wobei der Rauschgenerator dazu ausgelegt ist, das erzeugte weiße Rauschen dem digitalen Regelungsanteil des Regelungsschaltkreises zuzuführen; und wobei der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt ist, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens zu regeln.Converter circuit comprising: a switch circuit configured to provide an output voltage to a load; a control circuit comprising an analog control portion and a digital control portion; a noise generator configured to generate white noise; wherein the noise generator is adapted to supply the generated white noise to the digital control portion of the control circuit; and wherein the control circuit is configured to control the switch circuit based on white noise. Wandlerschaltung nach Anspruch 1, wobei der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt ist, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens zu regeln, um wenigstens eine Eigenschaft wenigstens eines von Folgenden zu bestimmen: der Last oder der Wandlerschaltung.The converter circuit of claim 1, wherein the control circuit is configured to control the switch circuit based on the white noise to determine at least one property of at least one of: the load or the converter circuit. Wandlerschaltung nach Anspruch 2, wobei der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt ist, eines oder mehrere Elemente aus einer Gruppe zu bestimmen, die aus Folgenden besteht: einer Induktivität eines Induktors; einer Kapazität eines Kondensators; einem äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators; und einer elektrischen Eigenschaft der Last.Converter circuit according to claim 2, wherein the control circuit is further configured to determine one or more elements of a group consisting of: an inductance of an inductor; a capacitance of a capacitor; an equivalent series resistance of a capacitor; and an electrical property of the load. Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt ist, den Schalterschaltkreis zu regeln, um die Ausgangsspannung auf Basis eines Tastgrads bereitzustellen; und wobei der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt ist, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens durch Addition des erzeugten weißen Rauschens zum Tastgrad zu regeln.Converter circuit according to one of claims 1 to 3, wherein the control circuit is configured to regulate the switch circuit to provide the output voltage based on a duty cycle; and wherein the control circuit is adapted to control the switch circuit based on the white noise by adding the generated white noise to the duty cycle. Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Regelungsschaltkreis Folgendes umfasst: einen Analog-Digital-Wandler, der dazu ausgelegt ist, einen Messwert der Ausgangsspannung aufzunehmen und einen Digitalwert bereitzustellen, der den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung angibt.Converter circuit according to one of claims 1 to 4, wherein the control circuit comprises: an analog-to-digital converter configured to receive a reading of the output voltage and to provide a digital value indicative of the recorded reading of the output voltage. Wandlerschaltung nach Anspruch 5, wobei der Analog-Digital-Wandler weiterhin zu Folgendem ausgelegt ist, den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen; und ein Abweichungssignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt.Converter circuit according to claim 5, wherein the analog-to-digital converter is further configured to compare the received measured value of the output voltage with a reference voltage; and generate a deviation signal representative of a difference between the recorded measured value of the output voltage and the reference voltage. Wandlerschaltung nach Anspruch 6, wobei der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt ist, das erzeugte weiße Rauschen zum Abweichungssignal zu addieren.The converter circuit of claim 6, wherein the control circuit is configured to add the generated white noise to the deviation signal. Wandlerschaltung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt ist, die Referenzspannung sequentiell zu erhöhen.Converter circuit according to claim 6 or 7, wherein the control circuit is adapted to increase the reference voltage sequentially. Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Regelungsschaltkreis weiterhin einen Proportional-Integral Derivative(PID)-Regler umfasst, der dazu ausgelegt ist, das Abweichungssignal aufzunehmen und eine PID-Ausgabe auf Basis des aufgenommenen Abweichungssignals zu erzeugen.The converter circuit of claim 6, wherein the control circuit further comprises a proportional-integral derivative (PID) controller configured to receive the deviation signal and generate a PID output based on the received deviation signal. Wandlerschaltung nach Anspruch 9, wobei der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt ist, das erzeugte weiße Rauschen zur PID-Ausgabe zu addieren.The converter circuit of claim 9, wherein the control circuit is further configured to add the generated white noise to the PID output. Wandlerschaltung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Regelungsschaltkreis weiterhin einen Pulsweitenmodulationsregler umfasst, der dazu ausgelegt ist, die PID-Ausgabe aufzunehmen und ein pulsweitenmoduliertes Regelungssignal zu erzeugen, das dazu ausgelegt ist, eine Leistungsstufe zu regeln, um der Last die Ausgangsspannung bereitzustellen.The converter circuit of claim 9, wherein the control circuit further comprises a pulse width modulation controller configured to receive the PID output and to generate a pulse width modulated control signal configured to regulate a power stage to provide the output voltage to the load. Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Rauschgenerator dazu ausgelegt ist, das weiße Rauschen unter Verwendung eines Sigma-Delta-Wandlers zu erzeugen.A converter circuit according to any one of claims 1 to 11, wherein the noise generator is adapted to generate the white noise using a sigma-delta converter. Wandlerschaltung nach Anspruch 12, wobei der Rauschgenerator weiterhin dazu ausgelegt ist, eine Auflösung des Sigma-Delta-Wandlers zu verringern, um eine Amplitude des erzeugten weißen Rauschens zu erhöhen.The converter circuit of claim 12, wherein the noise generator is further configured to reduce a resolution of the sigma-delta converter to increase an amplitude of the generated white noise. Wandlerschaltung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Sigma-Delta-Wandler mehr als eine Rückkopplungsschleife enthält; und wobei wenigstens eine Nullstelle des Sigma-Delta-Wandlers in der Nähe der Resonanzfrequenz der Last angeordnet ist.A converter circuit according to claim 12 or 13, wherein the sigma-delta converter includes more than one feedback loop; and wherein at least one zero of the sigma-delta converter is located near the resonance frequency of the load. Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Regelungsschaltkreis weiterhin Folgendes umfasst: einen Analog-Digital(AD)-Wandler, der zu Folgendem ausgelegt ist: einen Messwert einer Ausgangsspannung an der Last aufzunehmen; den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen; und ein Abweichungssignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt; und wobei der Regelungsschaltkreis zu Folgendem ausgelegt ist: das Abweichungssignal zu verarbeiten, um einen oder mehrere von Folgenden zu bestimmen: die Grenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder einen äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators.Converter circuit according to one of claims 12 to 14, wherein the control circuit further comprises: An analog-to-digital (AD) converter designed to: take a reading of an output voltage at the load; compare the recorded measured value of the output voltage with a reference voltage; and generate a deviation signal representing a difference between the recorded measured value of the output voltage and the reference voltage; and wherein the control circuit is configured to: process the deviation signal to determine one or more of: the cutoff frequency of the control circuit or an equivalent series resistance of a capacitor. Wandlerschaltung nach Anspruch 15, wobei der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt ist, das Abweichungssignal zu verarbeiten, um eine spektrale Leistungsdichte zu bestimmen, und wobei der Regelungsschaltkreis vorzugsweise weiterhin dazu ausgelegt ist, einen oder mehrere von Folgenden auf Basis der bestimmten spektralen Leistungsdichte zu bestimmen: eine Schleifengrenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder einen äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators.Converter circuit according to claim 15, wherein the control circuit is further configured to process the deviation signal to determine a spectral power density, and wherein the control circuit is preferably further configured to determine one or more of the following based on the determined spectral power density: a loop cutoff frequency of the control circuit or an equivalent series resistance of a capacitor. Wandlerschaltung nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt ist, wenigstens einen Koeffizienten eines PID-Reglers anzupassen, der dazu ausgelegt ist, das Abweichungssignal aufzunehmen und eine PID-Ausgabe auf Basis eines oder mehrerer von Folgenden zu erzeugen: der bestimmten Schleifengrenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder des bestimmten äquivalenten Serienwiderstands eines Kondensators.The converter circuit of claim 15, wherein the control circuit is further configured to adjust at least one coefficient of a PID controller configured to receive the deviation signal and generate a PID output based on one or more of: the determined loop cutoff frequency the control circuit or the specific equivalent series resistance of a capacitor. Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Erzeugen von weißem Rauschen; das Zuführen des erzeugten weißen Rauschens zu einem digitalen Regelungsanteil eines Regelungsschaltkreises; und das Regeln eines Schalterschaltkreises auf Basis des weißen Rauschens, um die Ausgangsspannung bereitzustellen.A method of converting an input voltage to an output voltage, the method comprising: the generation of white noise; supplying the generated white noise to a digital control portion of a control circuit; and controlling a switch circuit based on white noise to provide the output voltage. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens geregelt wird, um wenigstens eine Eigenschaft wenigstens eines von Folgenden zu bestimmen: der Last oder der Wandlerschaltung; und wobei die wenigstens eine Eigenschaft wenigstens eines von Folgenden: der Last oder der Wandlerschaltung, vorzugsweise eines oder mehrere Elemente aus einer Gruppe umfasst, die aus Folgenden besteht: einer Induktivität eines Induktors; einer Kapazität eines Kondensators; einem äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators; und einer elektrischen Eigenschaft der Last.Method according to claim 18, wherein the switch circuit is controlled based on white noise to determine at least one property of at least one of: the load or the converter circuit; and wherein the at least one property comprises at least one of the following: the load or the converter circuit, preferably one or more elements from a group consisting of: an inductance of an inductor; a capacitance of a capacitor; an equivalent series resistance of a capacitor; and an electrical property of the load. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Schalterschaltkreis geregelt wird, um die Ausgangsspannung auf Basis eines Tastgrads bereitzustellen; und wobei der Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens geregelt wird, indem das erzeugte weiße Rauschen zum Tastgrad addiert wird.Method according to claim 18 or 19, wherein the switch circuit is controlled to provide the output voltage based on a duty cycle; and wherein the switch circuit is controlled based on white noise by adding the generated white noise to the duty cycle. Verfahren nach einem der Ansprüuche 18 bis 20, das weiterhin Folgendes umfasst: das Analog-Digital-Wandeln eines aufgenommenen Messwerts der Ausgangsspannung, um einen Digitalwert bereitzustellen, der den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung angibt, wobei das Analog-Digital-Wandeln vorzugsweise Folgendes umfasst: das Vergleichen des aufgenommenen Messwerts der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung; und das Erzeugen eines Abweichungssignals, das eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt und wobei das erzeugte weiße Rauschen vorzugsweise zum Abweichungssignal addiert wird und wobei die Referenzspannung vorzugsweise sequentiell erhöht wird.The method of any of claims 18 to 20, further comprising: analog-to-digital converting a sensed output voltage reading to provide a digital value indicative of the sensed output voltage reading; wherein the analog-to-digital conversion preferably comprises: comparing the recorded measured value of the output voltage with a reference voltage; and generating a deviation signal that represents a difference between the recorded measured value of the output voltage and the reference voltage, and wherein the generated white noise is preferably added to the deviation signal, and wherein the reference voltage is preferably increased sequentially. Verfahren nach Anspruch 21, das weiterhin Folgendes umfasst: das Aufnehmen des Abweichungssignals; und das Erzeugen einer PID-Ausgabe auf Basis des aufgenommenen Abweichungssignals mittels eines PID-Reglers des Regelungsschaltkreises, wobei das erzeugte weiße Rauschen vorzugsweise zur PID-Ausgabe addiert wird.The method of claim 21, further comprising: receiving the deviation signal; and generating a PID output based on the picked-up deviation signal by means of a PID controller of the control circuit, wherein the generated white noise is preferably added to the PID output. Verfahren nach Anspruch 22, das Folgendes umfasst: das Aufnehmen der PID-Ausgabe durch einen Pulsweitenmodulationsregler des Regelungsschaltkreises; und das Erzeugen eines pulsweitenmodulierten Regelungssignals durch den Pulsweitenmodulationsregler, um eine Leistungsstufe zu regeln, um der Last die Ausgangsspannung bereitzustellen.The method of claim 22, comprising: receiving the PID output by a pulse width modulation controller of the control circuit; and generating a pulse width modulated control signal by the pulse width modulation controller to regulate a power level to provide the output voltage to the load. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei das weiße Rauschen unter Verwendung eines Sigma-Delta-Wandlers erzeugt wird und wobei das Verfahren weiterhin vorzugsweise Folgendes umfasst: das Verringern einer Auflösung des Sigma-Delta-Wandlers, um eine Amplitude des erzeugten weißen Rauschens zu erhöhen.Method according to one of claims 18 to 23, wherein the white noise is generated using a sigma-delta converter and wherein the method further preferably comprises: reducing a resolution of the sigma-delta converter to increase an amplitude of the generated white noise.
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