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Ausführungsbeispiele betreffen allgemein elektronische Vorrichtungen.
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Elektronische Vorrichtungen können mehrere verschiedene Komponenten aufweisend, die mit - möglicherweise unterschiedlichen - Spannungen versorgt werden müssen. Neben der Anforderung einer bestimmten Versorgungsspannung können auch andere Anforderungen je nach Komponente bestehen, z.B. Rauschentkopplung von einer Stromversorgung. Es ist wünschenswert, zu versorgende Komponenten von elektronischen Vorrichtungen mit möglichst geringem Aufwand (z.B. mit möglichst wenig zusätzlichen Bauteilen und/oder geringem Chipflächenverbrauch) zu versorgen, sodass die jeweiligen Anforderungen erfüllt werden.
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Die Druckschrift
DE 26 15 752 A1 zeigt eine elektronische Vorrichtung, bei der ein an einem Lastwiderstand ermittelter Istwert einer Spannung in einen digitalen Wert umgewandelt wird und mit einem Sollwert verglichen wird. Ein Stellglied (z.B. ein Transistor) wird mit der Abweichung zwischen Ist- und Sollwert gesteuert.
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In der Veröffentlichung
DE 10 2017 109 615 A1 ist die Verwendung von zwei Regelschleifen in einem Spannungsregler offenbart.
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In der Druckschrift
DE 10 2014 102 860 A1 ist die Verwendung eines Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandlers und eines Delta-Sigma-Digital-Analog-Wandlers in einem Spannungsregler beschrieben.
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt aufweisend eine zu versorgende Komponente, eine Versorgungsleitung, die eine Versorgungsspannung bereitstellt, einen Transistor mit einem Steuereingang, wobei dem Transistor die Versorgungsspannung von der Versorgungsleitung zugeführt wird und der eingerichtet ist, in Abhängigkeit von seinem Steuereingang eine Ausgangsspannung zur Versorgung der zu versorgenden Komponente auszugeben, eine erste Regelschleife, die einen Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler, der eingerichtet ist, die den analogen Pegel der Ausgangsspannung in ein digitales Messsignal umzuwandeln, einen Regler, der eingerichtet ist, abhängig von dem digitalen Messsignal ein digitales Stellsignal für den Transistor zu erzeugen, und einen Delta-Sigma-Digital-Analog-Wandler aufweist, der eingerichtet ist, das digitale Stellsignal in ein erstes analoges Stellsignal umzuwandeln und dem Steuereingang des Transistors zuzuführen und eine nichtlineare zweite Regelschleife, die eingerichtet ist, abhängig von dem analogen Pegel der Ausgangsspannung ein zweites analoges Stellsignal zu erzeugen und dem Steuereingang des Transistors überlagert mit dem ersten analogen Stellsignal zuzuführen, wobei die nichtlineare zweite Regelschleife eingerichtet ist, das zweite analoge Stellsignal dem Steuereingang des Transistors nicht zuzuführen, wenn der analoge Pegel der Ausgangsspannung innerhalb eines vordefinierten Toleranzbereichs liegt.
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Die Figuren geben nicht die tatsächlichen Größenverhältnisse wieder sondern sollen dazu dienen, die Prinzipien der verschiedenen Ausführungsbeispiele zu illustrieren. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben.
- 1 veranschaulicht die Spannungsversorgung einer zu versorgenden Komponente in einer elektronischen Vorrichtung.
- 2 zeigt ein Beispiel einer Steuerung einer Transferkomponente mittels einer Hardware-Regelschleife.
- 3 veranschaulicht den Einsatz des Spannungsreglers aus 2 in einer Radarvorrichtung.
- 4 zeigt eine Steuerung einer Transferkomponente mittels eines Mikrocontrollers.
- 5 veranschaulicht die Steuerung einer Transferkomponente zur Versorgung einer zu versorgenden Komponente mittels einer durch einen Mikrocontroller implementierten einzelnen Regelschleife.
- 6 zeigt veranschaulicht die Steuerung einer Transferkomponente mittels zweier durch einen Mikrocontroller implementierter überlagerter Regelschleifen.
- 7 versanschaulicht den Einsatz der Regelung von 6 in einer Radarvorrichtung.
- 8 zeigt ein Beispiel für einen Delta-Sigma-Digital-Analog-Wandler und ein Beispiel für einen Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler.
- 9 zeigt einen qualitativen Verlauf des Laststroms, der Ausgangspannung und der von der Verstärkungsschleife ausgegebene Verstärkungsspannung in einem Ausführungsbeispiel.
- 10 zeigt eine elektronische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
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Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Figuren, die Details und Ausführungsbeispiele zeigen. Diese Ausführungsbeispiele sind so detailliert beschrieben, dass der Fachmann die Erfindung ausführen kann. Andere Ausführungsformen sind auch möglich und die Ausführungsbeispiele können in struktureller, logischer und elektrischer Hinsicht geändert werden, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Die verschiedenen Ausführungsbeispiele schließen sich nicht notwendig gegenseitig aus sondern es können verschiedene Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, so dass neue Ausführungsformen entstehen. Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung.
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1 veranschaulicht die Spannungsversorgung einer zu versorgenden Komponente 101 in einer elektronischen Vorrichtung 100.
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Die elektronische Vorrichtung 100 weist eine Versorgungsleitung 102 auf. Diese kann über einen Anschluss mit einer externen Stromversorgung verbunden sein. Die elektronische Vorrichtung 100 ist beispielsweise in einem Fahrzeug angeordnet und die Versorgungsleitung 102 ist mit einer Batterie des Fahrzeugs verbunden. Die Versorgungsleitung 102 kann allerdings auch mit einer internen Batterie der elektronischen Vorrichtung 100 verbunden sein.
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Die Versorgungsleitung 102 ist nicht direkt mit der zu versorgenden Komponente 101 verbunden, sondern über eine Transferkomponente 103 (engl. Pass Device), typischerweise ein Transistor (Feldeffekttransistor oder Bipolartransistor). Dies kann z.B. aus dem Grund geschehen, dass die zu versorgende Komponente 101 eine andere Spannung benötigt, als von der Versorgungsleitung 102 geliefert wird. Beispielsweise liefert in einem Fahrzeug die Versorgungsleitung 102 eine Spannung von 12V und die zu versorgende Komponente benötigt 3,3V. Ein anderer Grund kann sein, dass die zu versorgende Komponente 101 sensibel gegenüber Spannungsschwankungen in der Stromversorgung sein kann. In diesem Fall dient die Transferkomponente dazu, die Spannung, die an der zu versorgenden Komponente anliegt, möglichst stabil zu halten, ggf. auf einem Pegel, der unter dem Spannungspegel der Versorgungsleitung liegt (z.B. 3,3V statt 12V). Um dies zu erreichen, ist eine Steuerungskomponente 104 vorgesehen.
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2 zeigt ein Beispiel einer Steuerung einer Transferkomponente mittels einer Hardware-Regelschleife.
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In diesem Beispiel werden die Transferkomponente 103 und die Steuerungskomponente 104 durch einen Low-Drop-Spannungsregler (LDO für engl. low dropout regulator) 200 implementiert. Die Transferkomponente 103 ist in diesem Beispiel ein Feldeffekttransistor 203, dessen Gate von einem Differenzverstärker 204 angesteuert wird. An den Feldeffekttransistor 203 wird von der Versorgungsleitung 202 eine Eingangsspannung angelegt und die von ihm ausgegebene Ausgangsspannung wird von dem Differenzverstärker 204 mit einer Referenz verglichen. Der Differenzverstärker 204 steuert das Gate des Differenzverstärkers 204 entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs. Die Ausgangsspannung wird der zu versorgenden Komponente 201 zugeführt. Die Steuerungskomponente verwendet also in diesem Beispiel eine (oder auch mehrere) Hardware-Schleifen, um eine stabile Ausgangsspannung für die jeweiligen (ggf. zeitlich variablen) Bedingungen (Eigenschaften der Transferkomponente 203, Kapazität der zu versorgenden Komponente, von der zu versorgenden Komponente aufgenommener Laststrom) zur Versorgung der zu versorgenden Komponente bereitzustellen.
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Bei einer solchen Regelung der Ausgangsspannung gibt es typischerweise einen festen Trade-off zwischen Einschwingzeit und Reaktionszeit. Das Rauschverhalten des Spannungsreglers 200 wird hauptsächlich durch analoge Parameter (Gerätephysik, Leistungsaufnahme, Größe) der ersten Eingangsstufe bestimmt. Die erste Stufe bezieht sich auf die Komponente 204 da sie in der Praxis typischerweise aus mehreren Verstärkerstufen gebaut ist und auch mehre analoge Schleifen aufweist.
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3 veranschaulicht den Einsatz des Spannungsreglers aus 2 in einer Radarvorrichtung 300.
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In diesem Beispiel ist die zu versorgende Komponente ein MMIC 301 (Monolithic Microwave Integrated Circuit). Der MMIC 301 wird von einem Spannungsregler 303, der wiederum von einer Versorgungsleitung 302 (ggf. über einen Vorregler) versorgt wird, wie mit Bezug auf 2 beschrieben, versorgt.
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Die Radarvorrichtung 300 weist einen Mikrocontroller 304 (z.B. eine MCU (Micro Controller Unit) zur Radarsignalverarbeitung auf, d.h. der von dem MMIC 301 gelieferte Radardaten verarbeitet (z.B. eine oder mehrere Fouriertransformationen (FFT) und eine Nachverarbeitung von digitalen Radarempfangssignalen durchführt, z.B. zur Richtungsbestimmung etc.) und an den MMIC 301 Radarsignale liefert, die von über den MMIC 301 versendet werden. Die Radarsignalverarbeitung erfolgt gemäß einer auf dem Mikrocontroller 304 ausgeführten Software.
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Der Mikrocontroller 304 (z.B. ein AURIX der Firma Infineon Technologies AG) wird von einer eigenen Stromversorgungsschaltung 305, hier ein PMIC (Power Management IC), der von der Versorgungsleitung 302 versorgt wird, mit Strom versorgt.
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In einer solchen Anwendung wird der (gegenüber dem MMIC 301 externe) Spannungsregler 303 verwendet, um für den MMIC 301 eine Rausch-Entkopplung von der Versorgungsleitung 302 zu erreichen. Der Spannungsregler 303 erhöht jedoch den Flächenbedarf und die Kosten der Radarvorrichtung 300. Außerdem ist je nach Anwendung eine Überwachung der Ausgabe des Spannungsreglers 303 erforderlich, um die Sicherheit zu gewährleisten (z.B. beim Einsatz in einem Fahrzeug).
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Um das Erfordernis eines externen Spannungsreglers 303 zu vermeiden, wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Mikrocontroller 304 neben seiner Verwendung zur Radarsignalverarbeitung zur Steuerung einer Transferkomponente, d.h. zur Regelung einer Versorgungsspannung für den MMIC 301 verwendet. Beispielsweise wird eine flexible Software-basierte Mehrfach-Schleifen-Regelung mittels des Mikrocontrollers 304 implementiert, die unterschiedliche Erfordernisse verschiedener (gegenüber dem Mikrocontroller externer) zu versorgender Komponenten und Lasten erfüllen kann.
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4 zeigt eine Steuerung einer Transferkomponente 403 mittels eines Mikrocontrollers 404.
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Die (gegenüber dem Mikrocontroller 404 externe) Transferkomponente 403 ist beispielsweise ein Feldeffekttransistor, dessen Gate ein von dem Mikrocontroller 404 erzeugtes Steuersignal zugeführt wird. Wie in den vorhergehenden Beispielen wird dem Feldeffekttransistor 403 von einer Versorgungsleitung 402 eine Eingangsspannung zugeführt.
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Der Mikrocontroller 404 erzeugt das Steuersignal 405 in Abhängigkeit von einem Erfassungssignal 406, das die von dem Feldeffektor 403 aktuell ausgegebene Ausgabespannung angibt. Der Mikrocontroller 404 führt dazu eine entsprechende Steuer-(oder Regel-)Software aus.
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Die Steuerungskomponente 104 wird also in diesem Fall durch eine auf dem Mikrocontroller 404 ausgeführte Software realisiert, um eine stabile Ausgangsspannung für die jeweiligen (ggf. zeitlich variablen) Bedingungen (Eigenschaften der Transferkomponente 403, Kapazität der zu versorgenden Komponente 401, von der zu versorgenden Komponente 401 aufgenommener Laststrom) zur Versorgung der zu versorgenden Komponente bereitzustellen.
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5 veranschaulicht die Steuerung einer Transferkomponente 503 zur Versorgung einer zu versorgenden Komponente 501 mittels einer durch einen Mikrocontroller 504 implementierten einzelnen Regelschleife.
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Wie in 4 ist die Transferkomponente 503 ein Feldeffekttransistor (z.B. ein NMOS-Verarmungstransistor), der von einer Versorgungsleitung 502 versorgt wird.
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Der Mikrocontroller 504 empfängt ein analoges Erfassungssignal über einen Eingangs-Pin (z.B. Messungs-Pin) und weist einen (Hardware-)Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler (ADC für engl. analog digital converter) 505 auf, der das analoge Erfassungssignal, das ein analoges Signal zur Messung der Ausgangsspannung der Transferkomponente 503 ist, in ein digitales Erfassungssignal umwandelt und das digitale Erfassungssignal einem Software-Task 506, der auf einem Prozessor des Mikrocontrollers 504 ausgeführt wird, zuführt. Der Software-Task 506 implementiert eine PI-Regelung und erzeugt aus dem digitalen Erfassungssignal ein digitales Steuersignal. Dieses wird von einem (Hardware-)Sigma-Delta-Digital-Analog-Wandler (DAC für engl. digital analog converter) 507 des Mikrocontrollers 504 in ein analoges Steuersignal umgewandelt, das von einem analogen Tiefpassfilter (z.B. ein RC-Filter) 508 gefiltert wird und dann dem Gate des Feldeffekttransistors 503 zugeführt wird.
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Die Delta-Sigma-ADC/DAC basierte Regelschleife, die in 5 gezeigt ist, insbesondere der Delta-Sigma-ADC, ermöglicht eine sehr exakte Regelung der Ausgangsspannung. Die Eigenschaften des Sigma-Delta-DACs und des Tiefpassfilters definieren das Rauschverhalten des Reglers. Die Delta-Sigma-ADC/DAC basierte Regelschleife ermöglicht Rauschumformung (engl. noise shaping), wodurch Rauschsignale in nicht störende Frequenzbereiche verschoben werden können.
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Beispielsweise kann Rauschen in Frequenzbereiche verschoben werden, die sich nicht störend auf die von dem MMIC 301 durchgeführte Signalverarbeitung auswirkt.
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Die Schleifenbandbreite wird primär durch die digitalen Filter des Delta-Sigma-ADCs definiert und ist verhältnismäßig gering (Größenordnung von 10kHz). Um dennoch eine geringe Reaktionszeit der Regelung zu erreichen und beispielsweise auf schnelle Laständerungen rasch reagieren zu können, wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine weitere Regelschleife (auch als Verstärkungsschleife bezeichnet) ergänzt, wie es im Folgenden mit Bezug auf 6 erläutert wird.
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6 zeigt veranschaulicht die Steuerung einer Transferkomponente 603 mittels zweier durch einen Mikrocontroller 604 implementierter überlagerter Regelschleifen.
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Analog zu 5 wird eine erste Delta-Sigma-ADC/DAC-basierte Regelschleife mittels eines Delta-Sigma-ADCs 605, eines durch einen ersten Software-Task implementierten Reglers 606, eines Delta-Sigma-DACs 607 und eines Tiefpassfilters 608 implementiert. Dem von dieser ersten Regelschleife ausgegebene analoge Stellsignal für das Gate des Transistors 603 wird ein zweites analoges Stellsignal überlagert, das von einer zweiten Regelschleife erzeugt wird.
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Die zweite Regelschleife wird wie folgt gebildet: Ein zweiter Analog-Digital-Wandler 609 empfängt eine analoge Messung der Ausgangsspannung und erzeugt daraus ein digitales Messsginal. Der zweite Analog-Digital-Wandler 609 ist beispielsweise ein SAR(Successive Approximation Register)-ADC oder auch ein einfacher schneller Vergleicher, der die analoge Ausgangsspannung mit einem Schwellwert vergleicht und je nach Ergebnis des Vergleichs 1 oder 0 ausgibt. Die Ausgabe des zweiten Analog-Digital-Wandlers 609 wird einem zweiten Software-Task 610 zugeführt, den der Mikrocontroller ausführt. Der zweite Software-Task 610 führt mittels einer Ausgangsschnittstelle 611 (z.B. einer GPIO (General Purpose Input/Output)) des Mikrocontrollers 604 und über einen Widerstand 612 abhängig von der Ausgabe des zweiten Analog-Digital-Wandlers 609 dem Gate des Transistors 603 ein zweites analoges Stellsignal zu, sodass es dem ersten Steuersignal überlagert (d.h. dazuaddiert) wird. Die Ausgangsschnittstelle 611 gibt dazu eine Verstärkungsspannung über einen Verstärkungspin an den Widerstand 612 aus.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das zweite analoge Steuersignal ein Gleichstromsignal mit zwei möglichen Pegeln, d.h. der zweite Software-Task 610 entzieht dem Gate des Transistors 603 Ladung (z.B. wenn die Ausgangsspannung über einem Schwellwert liegt), führt dem Gate des Transistors 603 Ladung zu (z.B. wenn die Ausgangsspannung unter einem Schwellwert liegt) oder weder noch, d.h. schaltet das jeweilige Ausgangs-Pin des Mikrocontrollers 604 hochohmig. Beispielsweise können zwei Schwellwerte vorgesehen sein und der zweite Software-Task 610 steuert die Ausgangsschnittstelle 611, einen Gleichstrom mit positivem Pegel auszugeben, wenn die Ausgangsspannung unter dem niedrigeren der beiden Schwellwerte liegt, steuert die Ausgangsschnittstelle 611, einen Gleichstrom mit negativem Pegel auszugeben, wenn die Ausgangsspannung über dem höheren der beiden Schwellwerte liegt und schaltet den Ausgangs-Pin der Ausgangsschnittelle 610, der (über den Widerstand 612) mit dem Gate des Transistors 603 verbunden ist, hochohmig, wenn die Ausgangsspannung zwischen den beiden Schwellwerten (also z.B. innerhalt eines von den Schwellwerten definierten Toleranzbereichs) liegt.
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Der Vergleich kann von dem zweiten ADC-Wandler 609 durchgeführt werden oder auch von dem zweiten Software-Task 610 (in dem Fall, dass der ADC-Wandler 609 eine Wandlung der analogen in einen digitalen Wert der Ausgangsspannung erzeugt).
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Aufgrund der Erzeugung des zweiten analogen Stellsignals auf der Grundlage eines (einfachen) Vergleichs ist die zweite Regelschleife nichtlinear. Sie ermöglicht eines schnelle Reaktion auf Änderungen der Ausgangsspannung (asynchron zu der ersten Regelschleife), d.h. sie hat eine höhere Regelbandbreite als die erste Regelschleife. Sie wird auch als Verstärkgungs-Regelschleife bezeichnet.
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7 versanschaulicht den Einsatz der Regelung von 6 in einer Radarvorrichtung 700.
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Wie im Beispiel von 3 ist die zu versorgende Komponente ein MMIC 701. Der MMIC 701 wird über einen Transistor 703, der wie mit Bezug auf 7 beschrieben von einem Mikrocontroller 704 gesteuert wird, mit Strom versorgt. Der Transistor 703 bekommt einen Eingangsstrom von einer Versorgungsleitung 702. In diesem Beispiel ist ein Vorregler 707 vorgesehen (z.B. ein Gleichstrom-Abwärtswandler zum Wandeln auf 12V auf ca. 4,5V).
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Der Mikrocontroller 704 (z.B. ein AURIX der Firma Infineon Technologies AG) wird von einer eigenen Stromversorgungsschaltung 705, hier ein PMIC (Power Management IC), der von der Versorgungsleitung 702 versorgt wird, mit Strom versorgt. Der Sigma-Delta-DAC 607 wird hier durch ein HSDPM (High Speed Pulse Density Modulation Module 706) implementiert.
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Der Mikrocontroller 704 kann Fail-Safe-Mechanismen bereitstellen, für den Fall, dass die Ausgangsspannung zu stark abfällt.
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Eine CPU des Mirkrocontrollers 604, die die Software-Tasks 606, 610 ausführt, kann über Registerschnittstellen mit der GPIO 611, dem DAC 607, dem ADC 605 und dem zweiten ADC verbunden sein. Das Tiefpassfilter 608 kann einen RC-Filter oder mehrere RC Filter in Serie aufweisen.
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Eine oder beide der Software-Tasks 606, 610 können in alternativen Ausführungsbeispielen anstatt in der CPU des Mikrocontrollers auch in anderen Modulen des Microcontrollers 604 ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Software-Task 610 im GPIO 611 ausgeführt werden. Insbesondere können die beiden Software-Tasks 606, 610 auf unterschiedlichen Datenverarbeitungskomponenten ausgeführt werden.
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Die Ausgangsschnittstelle 611 kann einen Pegelschieber und einen Buffer (z.B. in Inverterform) aufweisen. Dies kann auch am Ausgang des DAC 607 vorgesehen sein. Zwischen Delta-Sigma-ADC 605 und der CPU kann ein digitales Tiefpassfilter vorgesehen sein (z.B. aus einem CIC(Cascaded Integrator Comb)-Filter gefolgt von einem FIR(Finite Input Response)-Filter).
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8 zeigt ein Beispiel für einen Delta-Sigma-DAC 801 und ein Beispiel für einen Delta-Sigma ADC 802, jeweils zweiter Ordnung mit schneller Weiterleitung (fast feedforward). Der Delta-Sigma-DAC 801 weist in der Rückführung einen digitalen Abwärtswandler (DDC für engl. digital down converter) 803 auf.
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9 zeigt einen qualitativen Verlauf des Laststroms (erster Graph 901), der Ausgangspannung (zweiter Graph 902) und der von der Verstärkungsschleife ausgegebeneam Verstärkungspin ausgegebene Verstärkungsspannung (dritter Graph 903).
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In diesem Beispiel ändert sich der Laststrom (z.B. um ca. 800mA) und fluktuiert anschließend schnell in einem Bereich 904. Die Änderung wird durch die lineare erste Regelschleife (d.h. die Delta-Sigma-ADC/DAC basierte Regelschleife) kompensiert. Die Fluktuationen im Bereich 904 werden durch entsprechende schnelle Pulse der Verstärkungsspannung ausgeglichen.
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Zusammenfassend wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, wie sie in 10 dargestellt ist.
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10 zeigt eine elektronische Vorrichtung 1000 gemäß einer Ausführungsform.
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Die elektronische Vorrichtung 1000 weist eine zu versorgende Komponente 1001, eine Versorgungsleitung 1002, die eine Versorgungsspannung bereitstellt und einen Transistor 1003 mit einem Steuereingang 1004 auf, dem die Versorgungsspannung von der Versorgungsleitung zugeführt wird und der eingerichtet ist, in Abhängigkeit von seinem Steuereingang 1004 eine Ausgangsspannung zur Versorgung der zu versorgenden Komponente 1001 auszugeben.
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Die elektronische Vorrichtung 1000 weist ferner eine lineare erste Regelschleife auf, die einen Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler 1005, der eingerichtet ist, die den analogen Pegel der Ausgangsspannung in ein digitales Messsignal umzuwandeln, einen Regler 1006, der eingerichtet ist, abhängig von dem digitalen Messsignal ein digitales Stellsignal für den Transistor 1003 zu erzeugen, und einen Delta-Sigma-Digital-Analog-Wandler 1007 aufweist, der eingerichtet ist, das digitales Stellsignal in ein erstes analoges Stellsignal umzuwandeln und dem Steuereingang 1004 des Transistors zuzuführen 1003
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Die elektronische Vorrichtung 1000 weist ferner eine nichtlineare zweite Regelschleife 1008 auf, die eingerichtet ist, abhängig von dem analogen Pegel der Ausgangsspannung ein zweites analoges Stellsignal zu erzeugen und dem Steuereingang 1004 des Transistors überlagert mit dem ersten analogen Stellsignal zuzuführen.
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In anderen Worten werden zwei Regelschleifen vorgesehen, wobei die erste Regelschleife eine lineare, Delta-Sigma-ADC/DAC-basierte Regelschleife ist und eine hohe Genauigkeit gewährleistet, während die zweite Regelschleife eine nichtlineare Regelschleife (mit höherer Regelbandbreite) ist und eine geringe Reaktionszeit gewährleistet.
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Die Verwendung mehrerer Regelschleifen ermöglicht auch einen flexiblen Trade-off zwischen Einschwingzeit und Reaktionszeit, da für die Regelschleifen unterschiedliche Peripheriekomponenten eines Mikrocontrollers verwendet werden können (z.B. HSPDM. Für die erste Regelschleife und GPIO für die zweite Regelschleife sowie unterschiedliche ADCs). Ferner hängt das Rauschverhalten aufgrund der Verwendung von Delta-Sigma-Wandlern nicht primär von analogen Parametern ab.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele angegeben.
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Ausführungsbeispiel 1 ist eine elektronische Vorrichtung wie mit Bezug auf 10 beschrieben.
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Ausführungsbeispiel 2 ist die elektronische Vorrichtung nach Ausführungsbeispiel 1, wobei der Regler eingerichtet ist aus der Regelabweichung zwischen dem von dem digitalen Messsignal angegeben Pegel der Ausgangsspannung und einer Führungsgröße für die Ausgangsspannung das digitale Stellsignal für den Transistor zu erzeugen.
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Ausführungsbeispiel 3 ist die elektronische Vorrichtung nach Ausführungsbeispiel 1 oder 2, wobei der Regler ein PI-Regler ist.
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Ausführungsbeispiel 4 ist die elektronische Vorrichtung nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3, wobei der Delta-Sigma-Digital-Analog-Wandler eingerichtet ist, das erste analoge Stellsignal dem Steuereingang des Transistors über ein Tiefpassfilter zuzuführen.
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Ausführungsbeispiel 5 ist die elektronische Vorrichtung nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4, wobei die nichtlineare Regelschleife einen Vergleicher aufweist, der eingerichtet ist, den analogen Pegel der Ausgangsspannung mit einem Schwellwert zur vergleichen und das zweite analoge Stellsignal abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zu erzeugen.
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Ausführungsbeispiel 6 ist die elektronische Vorrichtung nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4, wobei die nichtlineare Regelschleife einen Analog-Digital-Wandler aufweist, der eingerichtet ist, den analogen Pegel der Ausgangsspannung in einen digitalen Pegel der Ausgangsspannung umzuwandeln, den digitalen Pegel der Ausgangsspannung mit einem Schwellwert zur vergleichen und das zweite analoge Stellsignal abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zu erzeugen.
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Ausführungsbeispiel 7 ist die elektronische Vorrichtung nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 6, wobei das zweite analoge Stellsignal einen von zwei Pegeln aufweist.
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Ausführungsbeispiel 8 ist die elektronische Vorrichtung nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 7, wobei der Transistor ein Feldeffekttransistor ist und wobei die nichtlineare zweite Regelschleife eingerichtet ist, das analoge Stellsignal abhängig von dem analogen Pegel der Ausgangsspannung derart zu erzeugen, dass es dem Gate des Feldeffekttransistors Ladung entzieht oder dass es dem Gate des Feldeffekttransistors Ladung zuführt.
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Ausführungsbeispiel 9 ist die elektronische Vorrichtung nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 8, wobei die nichtlineare zweite Regelschleife eingerichtet ist, das zweite analoge Stellsignal dem Steuereingang des Transistors nicht zuzuführen, wenn der analoge Pegel der Ausgangsspannung innerhalb eines vordefinierten Toleranzbereichs liegt.
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Ausführungsbeispiel 10 ist die elektronische Vorrichtung nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 9, aufweisend einen Mikrocontroller mit einem Prozessor, wobei der Regler durch einen auf dem Prozessor laufenden Software-Task implementiert wird.
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Ausführungsbeispiel 11 ist die elektronische Vorrichtung nach Ausführungsbeispiel 10, wobei der Mikrocontroller den Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler und den Delta-Sigma-Digital-Analog-Wandler enthält.
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Ausführungsbeispiel 12 ist die elektronische Vorrichtung nach Ausführungsbeispiel 10 oder 11, wobei die zweite nichtlineare Regelschleife durch einen Digital-Analog-Wandler oder einen Vergleicher des Mikroprozessors, einen auf dem Prozessor laufenden weiteren Software-Task und eine Ausgangsschnittstelle des Mikrocontrollers implementiert wird.
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Ausführungsbeispiel 13 ist die elektronische Vorrichtung nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 12, wobei die elektronische Vorrichtung eine Radarvorrichtung ist und die zu versorgende Komponente ein Monolithic Microwave Integrated Circuit ist.
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Obwohl die Erfindung vor allem unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte es von denjenigen, die mit dem Fachgebiet vertraut sind, verstanden werden, dass zahlreiche Änderungen bezüglich Ausgestaltung und Details daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Bereich der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen. Der Bereich der Erfindung wird daher durch die angefügten Ansprüche bestimmt, und es ist beabsichtigt, dass sämtliche Änderungen, welche unter den Wortsinn oder den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, umfasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Elektronische Vorrichtung
- 101
- zu versorgende Vorrichtung
- 102
- Versorgungsleitung
- 103
- Transferkomponente
- 104
- Steuerungskomponente
- 200
- Low-Drop-Spannungsregler
- 201
- zu versorgenden Komponente
- 202
- Versorgungsleitung
- 203
- Transferkomponente
- 204
- Differenzverstärker
- 300
- Radarvorrichtung
- 301
- MMIC
- 302
- Versorgungsleitung
- 303
- Spannungsregler
- 304
- Mikrocontroller
- 305
- Stromversorgungsschaltung
- 401
- zu versorgende Komponente
- 402
- Versorgungsleitung
- 403
- Transferkomponente
- 404
- Mikrocontroller
- 405
- Steuersignal
- 406
- Erfassungssignal
- 501
- zu versorgende Komponente
- 502
- Versorgungsleitung
- 503
- Feldeffekttransistor
- 504
- Mikrocontroller
- 505
- Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler
- 506
- Software-Task
- 507
- Sigma-Delta-Digital-Analog-Wandler
- 508
- Tiefpassfilter
- 603
- Transistor
- 604
- Mikrocontroller
- 605
- ADC
- 606
- Regler
- 607
- DAC
- 608
- Tiefpassfilter
- 609
- Analog-Digital-Wandler
- 610
- Software-Task
- 611
- GPIO
- 612
- Widerstand
- 700
- Radarvorrichtung
- 701
- MMIC
- 702
- Versorgungsleitung
- 703
- Transistor
- 704
- Mikrocontroller
- 705
- Stromversorgungsschaltung
- 706
- HSDPM
- 707
- Vorregler
- 801
- DAC
- 802
- ADC
- 803
- Abwärtswandler
- 901
- Laststrom-Graph
- 902
- Ausgangsspannungs-Graph
- 903
- Verstärkungsspannungs-Graph
- 904
- Fluktuationsbereich
- 1000
- Elektronische Vorrichtung
- 1001
- zu versorgende Komponente
- 1002
- Versorgungsleitung
- 1003
- Transistor
- 1004
- Transistor-Steuereingang
- 1005
- Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler
- 1006
- Regler
- 1007
- Delta-Sigma-Digital-Analog-Wandler
- 1008
- nichtlineare Regelschleife
