DE112021004593T5 - Steuerlogik-leistungsoptimierungen für usb-leistungszufuhr-controller - Google Patents

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Arun Khamesra
Hariom Rai
Rajesh Karri
Pulkit Shah
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Cypress Semiconductor Corp
Cypress Semiconductor Corp
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Abstract

Ein IC-Controller für eine USB-Typ-C-Vorrichtung umfasst einen Fehlerverstärker (EA), der einen EA-Ausgang umfasst, der mit einem PWM-Komparator eines Abwärts-/Aufwärts-Wandlers gekoppelt ist; einen ersten Transkonduktanzverstärker, um einen Strom an dem EA-Ausgang anzupassen, wobei der erste Transkonduktanzverstärker in einem Konstantspannungsmodus arbeitet; und einen zweiten Transkonduktanzverstärker, um einen Strom an dem EA-Ausgang anzupassen, wobei der zweite Transkonduktanzverstärker in einem Konstantstrommodus arbeitet. Ein erster Satz programmierbarer Register dient der Speicherung eines ersten Satzes zunehmend höherer Transkonduktanzwerte. Ein zweiter Satz programmierbarer Register dient zur Speicherung eines zweiten Satzes zunehmend höherer Transkonduktanzwerte. Die Steuerlogik ist eingerichtet zum: Veranlassen des ersten Transkonduktanzverstärkers, um zu arbeiten, während er sequenziell Transkonduktanzwerte verwendet, die in dem ersten Satz programmierbarer Register gespeichert sind; und Veranlassen des zweiten Transkonduktanzverstärkers, um zu arbeiten, während er sequenziell Transkonduktanzwerte verwendet, die in dem zweiten Satz programmierbarer Register gespeichert sind.

Description

  • VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung ist eine internationale Patentanmeldung der am 31. August 2021 angemeldeten US-amerikanischen nichtvorläufigen Patentanmeldung Nr. 17/463,339 , welche den Vorteil der am 2. September 2020 angemeldeten US-amerikanischen vorläufigen Patentanmeldung Nr. 63/073,866 und der am 4. September 2020 angemeldeten US-amerikanischen vorläufigen Patentanmeldung Nr. 63/074,635 beansprucht, deren gesamte Inhalte durch diesen Verweis hierin aufgenommen werden.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft integrierte Schaltungen (Integrated Circuits, ICs), welche eine USB(Universal Serial Bus)-Leistungszufuhr für elektronische Vorrichtungen steuern.
  • HINTERGRUND
  • Verschiedene elektronische Vorrichtungen (wie z. B. Smartphones, Tablets, Notebook-Computer, Laptop-Computer, Ladegeräte, Adapter, Powerbanks usw.) sind konfiguriert, um Leistung durch USB-Verbinder gemäß USB-Leistungszufuhrprotokollen, die in verschiedenen Versionen und Revisionen der USB-PD-Spezifikation (Universal Serial Bus Power Delivery Specification) definiert sind, zu übertragen. Zum Beispiel kann in einigen Anwendungen eine elektronische Vorrichtung als Leistungsverbraucher konfiguriert sein, um Leistung durch einen USB-Verbinder zu empfangen (z. B. zum Laden einer Batterie), während in anderen Anwendungen eine elektronische Vorrichtung als Leistungsbereitsteller konfiguriert sein kann, um einer anderen damit durch einen USB-Verbinder verbundenen Vorrichtung Leistung bereitzustellen. In verschiedenen Anwendungen können Hersteller auch Leistungswandler (z. B. Abwärts-/AufwärtsWandler, engl. buck-boost converter) verwenden, die verschiedene USB-PD-Spezifikationen erfüllen müssen, wie zum Beispiel die Anforderungen an die Monotonie und Stabilität der Ausgangsspannung (Vaus).
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Diagramm eines USB-Controllers, der in mindestens einer Ausführungsform einen Abwärts-/Aufwärts-Wandler umfasst.
    • 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Optimierung der Leistung des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers von 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 3 ist ein Blockdiagramm eines Leistungscontrollers, der programmiert ist, um den Abwärts-/Aufwärts-Wandler gemäß verschiedenen Ausführungsformen zu steuern.
    • 4 ist eine grafische Darstellung, die veranschaulicht, wie die Wirkungsgradwerte mit der Betriebsfrequenz des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers gemäß mindestens einer Ausführungsform variieren.
    • 5A ist ein schematisches Diagramm eines USB-Controllers, der mindestens in einigen Ausführungsformen eine wählbare Steuerung des Tastverhältnisses des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers umfasst.
    • 5B ist ein Zeitsteuerungsdiagramm von Steuersignalen für Schalter des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers im Softstart-Modus gemäß mindestens einer Ausführungsform.
    • 6 ist eine grafische Darstellung der Leistungsverluste, die mit der Leitung und dem Schalten des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers gemäß mindestens einer Ausführungsform assoziiert sind.
    • 7 ist eine grafische Darstellung, die das Schalten der Schalter des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers während unterschiedlicher Betriebsmodi gemäß mindestens einer Ausführungsform veranschaulicht.
    • 8 ist eine grafische Darstellung von beispielhaften Tastverhältnis-Wellenformen gegenüber Eingangsspannungswerten von sowohl dem Abwärtsmodus (engl. buck bode) als auch dem Aufwärtsmodus (engl. boost mode) des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers gemäß mindestens einer Ausführungsform.
    • 9 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Fehlerverstärkers des USB-Controllers, der einen programmierbaren Konstantspannungs(Constant Voltage, CV)- und einen Konstantstrom(Constant Current, CC)-Transkonduktanzverstärker gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst.
    • 10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Anpassen der Transkonduktanz der Transkonduktanzverstärker basierend auf einem Betriebsmodus des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 11 ist eine grafische Darstellung der Transkonduktanz gegenüber einem Eingangsfehler eines Transkonduktanzverstärkers gemäß mindestens einer Ausführungsform.
    • 12 ist eine grafische Darstellung einer Ausgangsspannung des USB-Controllers, wenn drei unterschiedliche Verstärkungswerte der Transkonduktanzverstärker gemäß einer Ausführungsform eingesetzt werden.
    • 13 ist ein schematisches Blockdiagramm der Transkonduktanz-Boosting-Beschaltung 1300 gemäß mindestens einer Ausführungsform.
    • 14 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Anpassen der Transkonduktanz der Transkonduktanzverstärker basierend auf einem Eingangsfehler gemäß mindestens einigen der offenbarten Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung legt zahlreiche spezifische Details, wie etwa Beispiele für spezifische Systeme, Komponenten, Verfahren usw., dar, um ein gutes Verständnis verschiedener Ausführungsformen der hierin beschriebenen Steuerlogikoptimierungen für USB-Typ-C-Controller bereitzustellen. Für den Fachmann wird es jedoch ersichtlich sein, dass mindestens einige Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen werden bekannte Komponenten, Elemente oder Verfahren nicht im Detail beschrieben oder sie werden in einem einfachen Blockdarstellungsformat präsentiert, um eine unnötige Verschleierung des hierin beschriebenen Gegenstands zu vermeiden. Somit sind die im Folgenden dargelegten spezifischen Details lediglich beispielhaft. Bestimmte Implementierungen können von diesen beispielhaften Details abweichen und dennoch als innerhalb des Wesens und Schutzbereichs der vorliegenden Ausführungsformen liegend erachtet werden.
  • Verweise in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“, „ein Ausführungsbeispiel“, „einige Ausführungsformen“ und „verschiedene Ausführungsformen“ bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur, ein bestimmter Schritt, ein bestimmter Vorgang oder eine bestimmte Charakteristik, die in Zusammenhang mit der/den Ausführungsform(en) beschrieben werden, in mindestens einer Ausführungsform umfasst ist. Ferner verweisen die Ausdrücke „eine Ausführungsform“, „ein Ausführungsbeispiel“, „einige Ausführungsformen“ und „verschiedene Ausführungsformen“ an verschiedenen Stellen in der Beschreibung nicht notwendigerweise alle auf dieselbe/n Ausführungsform(en).
  • Die Beschreibung umfasst Verweise auf die begleitenden Zeichnungen, die Teil der detaillierten Beschreibung sind. Die Zeichnungen zeigen Veranschaulichungen gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Diese Ausführungsformen, die hierin auch „Beispiele“ genannt werden können, werden hinreichend detailliert beschrieben, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die Ausführungsformen des hierin beschriebenen, beanspruchten Gegenstands zu praktizieren. Die Ausführungsformen können kombiniert werden, es können andere Ausführungsformen benutzt werden, oder es können strukturelle, logische und elektrische Veränderungen vorgenommen werden, ohne dass vom Schutzbereich und Wesen des beanspruchten Gegenstands abgewichen wird. Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen den Schutzbereich des Gegenstands nicht einschränken, sondern es dem Fachmann vielmehr ermöglichen sollen, den Gegenstand in die Praxis umzusetzen, herzustellen und/oder zu verwenden.
  • Hierin werden verschiedene Ausführungsformen von Abwärts-/Aufwärts-Wandlern für USB-Typ-C-Controller beschrieben, die einen Konstantspannungs(CV)-Transkonduktanz(Gm)-Verstärker und einen Konstantstrom(CC)-Transkonduktanzverstärker umfassen, die angeordnet sein können, um in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen betrieben zu werden. Beispiele für solche elektronischen Vorrichtungen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Personalcomputer (z. B. Laptop-Computer, Notebook-Computer usw.), mobile Rechenvorrichtungen (z. B. Tablets, Tablet-Computer, E-Reader-Vorrichtungen usw.), mobile Kommunikationsvorrichtungen (z. B. Smartphones, Mobiltelefone, persönliche digitale Assistenten, Nachrichtenübermittlungsvorrichtungen, Pocket-PCs usw.), Konnektivitäts- und Ladevorrichtungen (z. B. Kabel, Hubs, Docking-Stationen, Adapter, Ladegeräte usw.), Audio-/Video-/Datenaufzeichnungs- und/oder Wiedergabevorrichtungen (z. B. Kameras, Sprachaufzeichnungsvorrichtungen, Handscanner, Monitore usw.) und andere ähnliche elektronische Vorrichtungen, die USB-Schnittstellen zur Kommunikation, zum Laden einer Batterie und/oder für die Leistungszufuhr verwenden können.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich eine „USB-fähige“ Vorrichtung oder ein solches System auf eine Vorrichtung oder ein System, die oder das eine USB-Verbinder-Schnittstelle umfasst, mit einer solchen konfiguriert oder anderweitig damit assoziiert ist. Eine USB-fähige elektronische Vorrichtung kann mindestens einem Release einer USB(Universal Serial Bus)-Spezifikation entsprechen. Beispiele für solche USB-Spezifikationen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, die USB-Spezifikations-Revision 2.0, die USB-3.0-Spezifikation, die USB-3.1-Spezifikation, die USB-3.2-Spezifikation und/oder verschiedene Ergänzungen, Versionen und Errata davon. Die USB-Spezifikationen definieren im Allgemeinen die Eigenschaften (z. B. Attribute, Protokolldefinition, Transaktionstypen, Busmanagement, Programmierschnittstellen usw.) eines differenziellen seriellen Busses, die erforderlich sind, um Standard-Kommunikationssysteme und -Peripheriegeräte zu konzipieren und aufzubauen. Zum Beispiel ist eine USB-fähige Peripherievorrichtung durch einen USB-Port der Host-Vorrichtung an eine USB-fähige Host-Vorrichtung angeschlossen, um ein USB-fähiges System zu bilden. Ein USB-2.0-Port umfasst eine Leistungsspannungsleitung von 5 V (als VBUS bezeichnet), ein differenzielles Paar Datenleitungen (als D+ oder DP und D- oder DN bezeichnet) und eine Erdleitung für die Leistungsrückleitung (als GND bezeichnet). Ein USB-3.0-Port stellt auch die Leitungen VBUS, D+, D- und GND für eine Abwärtskompatibilität mit USB 2.0 bereit. Darüber hinaus stellt ein USB-3.0-Port zur Unterstützung eines schnelleren differenziellen Busses (des USB-SuperSpeed-Busses) auch ein differenzielles Paar Senderdatenleitungen (als SSTX+ und SSTX- bezeichnet), ein differenzielles Paar Empfängerdatenleitungen (als SSRX+ und SSRX- bezeichnet), eine Leistungsleitung für Leistung (als DPWR bezeichnet) und eine Erdleitung für die Leistungsrückleitung (als DGND bezeichnet) bereit. Ein USB-3.1-Port stellt die gleichen Leitungen wie ein USB-3.0-Port für die Abwärtskompatibilität mit USB-2.0- und USB-3.0-Kommunikationen bereit, erweitert jedoch die Leistungsfähigkeit des SuperSpeed-Busses durch eine Sammlung von Merkmalen, die als Enhanced SuperSpeed bezeichnet wird.
  • Eine neuere Technologie für USB-Verbinder, USB-Typ-C genannt (hierin auch als „USB-C“ bezeichnet), ist in verschiedenen Releases und/oder Versionen der USB-Typ-C-Spezifikation definiert. Die USB-Typ-C-Spezifikation definiert Typ-C-Buchse, Typ-C-Stecker und Typ-C-Kabel, die sowohl USB-Kommunikationen als auch Leistungszufuhr über neuere USB-Leistungszufuhrprotokolle, die in verschiedenen Revisionen/Versionen der USB-PD-Spezifikation definiert sind, unterstützen können. Beispiele für USB-Typ-C-Funktionen und -Anforderungen können Daten- und andere Kommunikationen gemäß USB 2.0 und USB 3.0/3.1, elektromechanische Definitionen und Leistungsfähigkeitsanforderungen für Typ-C-Kabel, elektromechanische Definitionen und Leistungsfähigkeitsanforderungen für Typ-C-Buchsen, elektromechanische Definitionen und Leistungsfähigkeitsanforderungen für Typ-C-Stecker, Anforderungen für den Typ-C für Vorläufer-Kabelbaugruppen und -Adapter, Anforderungen für Typ-C-basierte Vorrichtungserkennung und Schnittstellenkonfiguration, Anforderungen für eine optimierte Leistungszufuhr für Typ-C-Verbinder usw. umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Gemäß der/den USB-Typ-C-Spezifikation(en) stellt ein Typ-C-Port unter anderem die Leitungen VBUS, D+, D-, GND, SSTX+, SSTX-, SSRX+ und SSRX- bereit. Darüber hinaus stellt ein Typ-C-Port auch eine Seitenbandbenutzungsleitung (als SBU(Sideband Use)-Leitung bezeichnet) zur Signalisierung von Seitenbandfunktionalität und eine Konfigurationskanalleitung (oder Kommunikationskanalleitung (Communication Channel (CC) Line) zur Ermittlung, Konfiguration und zum Management von Verbindungen über ein Typ-C-Kabel hinweg bereit. Ein Typ-C-Port kann mit einem Typ-C-Stecker und/oder einer Typ-C-Buchse assoziiert sein. Für mehr Bedienkomfort sind der Typ-C-Stecker und die Typ-C-Buchse als ein umkehrbares Paar konzipiert, das unabhängig von der Stecker-Buchse-Ausrichtung arbeitet. Somit stellt ein Standard-USB-Typ-C-Verbinder, der als Standard-Typ-C-Stecker oder -Buchse angeordnet ist, unter anderem Pins für vier VBUS-Leitungen, vier Erdrückleitungen (GND-Leitungen), zwei Leitungen D+ (DP1 und DP2), zwei Leitungen D- (DN1 und DN2), zwei Leitungen SSTX+ (SSTXP1 und SSTXP2), zwei Leitungen SSTX- (SSTXN1 und SSTXN2), zwei Leitungen SSRX+ (SSRXP1 und SSRXP2), zwei Leitungen SSRX- (SSRXN1 und SSRXN2), zwei Leitungen CC (CC1 und CC2) und zwei Leitungen SBU (SBU1 und SBU2) bereit.
  • Einige USB-fähige elektronische Vorrichtungen können mit einer spezifischen Revision und/oder Version der USB-PD-Spezifikation konform sein. Die USB-PD-Spezifikation definiert ein Standardprotokoll, das konzipiert ist, um die maximale Funktionalität von USB-fähigen Vorrichtungen zu ermöglichen, indem eine flexiblere Leistungszufuhr zusammen mit Datenkommunikationen über ein einziges USB-Typ-C-Kabel durch USB-Typ-C-Ports bereitgestellt wird. Die USB-PD-Spezifikation beschreibt auch die Architektur, die Protokolle, das Leistungsversorgungsverhalten, die Parameter und die Verkabelung, welche für das Management der Leistungszufuhr über USB-Typ-C-Kabel bei einer Leistung von bis zu 100 W notwendig sind. Gemäß der USB-PD-Spezifikation können Vorrichtungen mit USB-Typ-C-Ports (wie z. B. USB-fähige Vorrichtungen) über ein USB-Typ-C-Kabel mehr Strom und/oder höhere oder niedrigere Spannungen aushandeln, als in älteren USB-Spezifikationen (wie z. B. der USB-2.0-Spezifikation, der USB-3.1-Spezifikation, der USB-Batterieladespezifikation Rev. 1.1/1.2 usw.) erlaubt sind. Zum Beispiel definiert die USB-PD-Spezifikation die Anforderungen für einen Leistungszufuhrvertrag (PD-Vertrag), der zwischen einem Paar USB-fähiger Vorrichtungen ausgehandelt werden kann. Der PD-Vertrag kann sowohl den Leistungspegel als auch die Richtung der Leistungsübertragung, die von beiden Vorrichtungen aufgenommen werden kann, spezifizieren und kann auf Anfrage einer der beiden Vorrichtungen und/oder als Reaktion auf verschiedene Ereignisse und Bedingungen, wie etwa Rollenumkehr bei der Leistungsversorgung (Power Role Swap) und dem Datenverkehr (Data Role Swap), Hard-Reset, Störung der Leistungsquelle und dergleichen dynamisch neu verhandelt werden (z. B. ohne Ausstecken der Vorrichtung). Wie hierin verwendet, bezieht sich „USB-PD-Teilsystem“ auf einen oder mehrere Logikblöcke und andere analoge/digitale Hardware-Beschaltung, die durch Firmware in einem IC-Controller steuerbar sein können und die konfiguriert und betreibbar sind, um die Funktionen und die Anforderungen, die in mindestens einem Release der USB-PD-Spezifikation spezifiziert sind, durchzuführen bzw. zu erfüllen. Der IC-Controller kann in einer USB-Typ-C-Vorrichtung implementiert sein. Der IC-Controller kann in einer USB-Vorrichtung implementiert sein.
  • Die Leistungszufuhr gemäß der oder den USB-PD-Spezifikation(en) kann in verschiedenen Typen von USB-Typ-C-Anwendungen ausgeführt sein. Beispiele für solche Typen von Typ-C-Anwendungen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: eine DFP(Downstream Facing Port)-Anwendung, bei der ein IC-Controller mit einem USB-PD-Teilsystem konfiguriert ist, um einen Downstream-Facing-USB-Port (z. B. in einer USB-fähigen Host-Vorrichtung) bereitzustellen; eine UFP(Upstream Facing Port)-Anwendung, bei der ein IC-Controller mit einem USB-PD-Teilsystem konfiguriert ist, um einen Upstream-Facing-USB-Port (z. B. in einem USB-fähigen Peripheriegerät oder Adapter) bereitzustellen; eine DRP(Dual Role Port)-USB-Anwendung, bei der ein IC-Controller mit einem USB-PD-Teilsystem konfiguriert ist, um sowohl DFP- als auch UFP-Anwendungen auf demselben USB-Port zu unterstützen (z. B. ein USB-Typ-C-Port, der konfiguriert ist, um entweder als Leistungsbereitsteller oder als Leistungsverbraucher zu arbeiten oder der dynamisch zwischen diesen beiden Rollen wechseln kann, indem er USB-PD-Power-Role-Swap verwendet); und eine aktive Kabelanwendung, bei der ein IC-Controller mit einem USB-PD-Teilsystem in einem Typ-C-Kabel in einer elektronisch markierten Kabelbaugruppe (Electronic Marked Cable Assembly, EMCA) angeordnet und konfiguriert ist, diese zu betreiben.
  • Eine USB-C/PD-Leistungsversorgung kann verwendet werden, um Leistung mit einem breiten Ausgangsspannungsbereich von 3,3 V-21,5 V, einem breiten Strombereich von 1 A-5 A und einem breiten Eingangsversorgungsspannungsbereich von 5,0 V-24 V gemäß dem USB-C/PD-Protokoll zuzuführen. Aufgrund dieses breiten Spannungs-/Strombereichs für die USB-C-Leistungszufuhr und der schnellen Umschaltanforderungen zwischen Eingangs- und Ausgangsspannungssignalen kann ein Abwärts-/Aufwärts-Wandler (Buck-Boost(BB) Converter) mit oder innerhalb eines USB-Typ-C-Controllers eingesetzt werden, der gesteuert werden kann, um Leistung für die erwarteten Ausgangslasten bereitzustellen. Der Abwärts-/Aufwärts-Wandler kann als Gleichstrom(DC)-zu-Gleichstrom(DC)-Wandler verstanden werden.
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines USB-Controllers 100, der eine Abwärts-/Aufwärts-Wandler-Architektur (BB-Wandler-Architektur) gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst. Der USB-Controller 100 umfasst in mindestens einer Ausführungsform einen Abwärts-/Aufwärts-Wandler (BB-Wandler) 101. Obwohl sie als im USB-Controller 100 zum Einsatz kommend veranschaulicht wird, kann die vorliegende BB-Architektur auch in anderen BB-Anwendungen und Kontexten eingesetzt werden, in denen ein Transkonduktanzverstärker verwendet wird, wie etwa zum Beispiel einem Abwärtswandler, einem Aufwärtswandler oder einem BB-Wandler.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der BB-Wandler 101 einen Induktor 102, einen ersten High-Side-Schalter 104 (oder HS1), einen zweiten High-Side-Schalter 110 (oder HS2), einen ersten Low-Side-Schalter 106 (oder LS1) und einen zweiten Low-Side-Schalter 108 (oder LS2). In einer Ausführungsform handelt es sich bei diesen Schaltern um n-Typ-Feldeffekttransistoren (NFETs) wie veranschaulicht. In einer weiteren Ausführungsform sind, wenngleich nicht veranschaulicht, die High-Side-Schalter p-Kanal-Feldeffekttransistoren (PFETs). In verschiedenen Ausführungsformen ist der erste High-Side-Schalter 104 zwischen einen Eingangsanschluss 112 und eine erste Seite des Induktors 102 des BB-Wandlers 101 gekoppelt. Der High-Side-Schalter 110 ist zwischen eine zweite Seite des Induktors 102 und einen Ausgangsanschluss 114 gekoppelt. Der erste Low-Side-Schalter 106 ist zwischen die erste Seite des Induktors 102 und eine Erdung des BB-Wandlers 101 gekoppelt. Der zweite Low-Side-Schalter 108 ist zwischen die zweite Seite des Induktors und die Erdung gekoppelt. Der Eingangsanschluss 112 kann eine Eingangsspannung (Vein) und der Ausgangsanschluss 114 kann eine Ausgangsspannung (Vaus) des BB-Wandlers 101 führen. Der BB-Wandler 101 kann ferner einen Eingangskondensator (Cein), der mit dem Eingangsanschluss 112 gekoppelt ist, und einen Ausgangskondensator (Caus), der mit dem Ausgangsanschluss 114 gekoppelt ist, umfassen.
  • Für einen solchen BB-Wandler 101 können der Eingangskondensator (Cein), der Ausgangskondensator (Caus) und der Induktor 102 basierend auf den Eingangs-, Ausgangs- und Laststromanforderungen konzipiert sein. In verschiedenen Ausführungsformen zielt die Konstruktion des BB-Wandlers 101 (oder eines größeren Systems oder einer größeren Vorrichtung, das oder die den BB-Wandler 101 umfasst) darauf ab, den maximalen Strom auf eine gewisse Amperezahl und Wattzahl zu begrenzen. Sobald der gesamte Ausgangsleistungsbereich bekannt ist, können die Eingangsstromanforderungen bestimmt werden. Aus den Eingangsstromanforderungen lassen sich Werte für die Kapazität des Eingangs- und Ausgangskondensators (Cein und Caus) und für die Induktivität des Induktors 102 bestimmen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der USB-Controller 100 ferner einen Stromabtastverstärker (Current Sense Amplifier, CSA) 103, einen Komparator 116, einen Fehlerverstärker (Error Amplifier, EA) 118, eine BB-Steuerlogik 120, einen Treiber 122, einen Treiber 124 und eine Moduserkennungslogik 126. Der CSA 103 kann einen Eingangsstrom des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 messen und ein CSA-Signal 105 ausgeben, das den Eingangsstrom angibt. Eine Anstiegskompensationsschaltung 107, die eine Anstiegskompensationslogik und einen Anstiegskompensationskondensator umfassen kann, ist mit einem Ausgang des CSA 103 gekoppelt. Die Anstiegskompensationsschaltung 107 kann ein Offset-Signal 109 (Anstiegskompensationsoffset) zum CSA-Signal 105 hinzufügen, wenn sie aktiviert ist, und so ein Offset-CSA-Signal 111 erzeugen. In manchen Fällen ist das Offset-Signal 109 ein Strom oder eine Ladung. In anderen Fällen kann das Offset-Signal 109 ein Spannungssignal sein, wenn andere Schaltungen verwendet werden, um das Offset-Signal 109 zum CSA-Signal 105 hinzuzufügen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann der BB-Wandler 101 abhängig von den Lastbedingungen entweder im Konstantspannungsmodus (CV-Modus) oder Konstantstrommodus (CC-Modus) arbeiten. Daher wird im Allgemeinen eine Transkonduktanzverstärkerarchitektur (Gm-Verstärkerarchitektur) für den EA 118 zur Steuerung des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 verwendet. Ein Gm-Verstärker arbeitet nach dem Prinzip, dass er einen Ausgangsstrom zuführt, der proportional zur Eingangsspannungsdifferenz ist. Die Aufteilung der Funktionalität des EA 118 zwischen dem CV- und CC-Betriebsmodus ermöglicht eine präzisere Regelung in Abhängigkeit von den Lastbedingungen.
  • In mindestens einer Ausführungsform empfängt der Komparator 116 das CSA-Signal 111 und ein EA-Signal 117, z. B. ein Ausgangskompensationssignal, vom EA 118. Der EA 118 kann ein Paar Transkonduktanzverstärker (Gm-Verstärker) umfassen, einen ersten Transkonduktanzverstärker, z. B. einen ersten Gm-Verstärker 118A, der in einem Konstantspannungsmodus arbeitet, und einen zweiten Transkonduktanzverstärker 118B, z. B. einen zweiten Gm-Verstärker 118B, der in einem Konstantstrommodus arbeitet.
  • In mindestens einigen Ausführungsformen arbeitet der erste Gm-Verstärker 118A im CV-Modus unter Verwendung der von dem Spannungsbusausgang (Vbus-Ausgang) des BB-Wandlers 101 abgegriffenen Spannung. Zum Beispiel kann der erste Gm-Verstärker 118A einen Ausgangsstrom des EA-Signals 117 basierend auf einer Differenz zwischen ersten positiven und negativen Eingängen anpassen. Der erste positive Eingang kann eine erste Spannungsreferenz (Vref_cv) empfangen, z. B. bezogen auf eine konstante Zielspannung, und der erste negative Eingang kann mit einem Abgriffspunkt eines Spannungsteilers 128 gekoppelt werden, der zwischen Vbus und Erdung gekoppelt ist. Der Abgriffspunkt stellt eine konstante Rückkopplungsspannung (Vfb) von dem Vbus bereit. Diese Spannung (Vfb), die mit dem ersten negativen Eingang verbunden ist, kann durch Aufnehmen von Strom von einer variablen Stromquelle (Ipu) oder durch Ableiten von Strom an eine variable Stromsenke (Ipd) abgestimmt werden. Dieser Ipu-Aufnahmestrom oder Ipd-Ableitungsstrom ändert den Strom, der im Widerstandsteiler auf dem Vbus fließt, was wiederum die Rückkopplungsspannung (Vfb) am Eingang des ersten Transkonduktanzverstärkers 118A verändert. Die Vfb-Spannung kann dazu beitragen, die Vbus-Spannung zu verändern und somit die USB-Bus-Spezifikationen von 3 V bis 21 V erfüllen.
  • In mindestens einigen Ausführungsformen arbeitet der zweite Gm-Verstärker 118B im CC-Modus unter Verwendung des an dem Spannungsbus (Vbus) abgetasteten Stroms. Zum Beispiel kann der zweite Gm-Verstärker 118B den Ausgangsstrom des EA-Signals 117 basierend auf einer Differenz zwischen den zweiten positiven und negativen Eingängen anpassen. Der zweite positive Eingang kann eine zweite Referenzspannung (Vref_cc) empfangen, z. B. bezogen auf einen konstanten Zielstrom, und der zweite negative Eingang kann mit einem Ausgangsstromabtastverstärker (CSA) 130 gekoppelt werden. Der Ausgang CSA 130 ist mit einem zweiten Abtastwiderstand gekoppelt, der inline entlang des Spannungsbusses (Vbus) angeordnet ist, um den Laststrom des Vbus abzutasten.
  • In diesen Ausführungsformen umfasst der USB-Controller 100 auch eine externe Kompensationsbeschaltung 138 am Ausgang des EA 118, um dazu beizutragen, das EA-Signal 117 zu formen und die Pufferung des EA-Signals 117 zu ermöglichen, während der Komparator 116 einen Vergleich durchführt, der unten erörtert wird. In einigen Ausführungsformen umfasst die externe Kompensationsbeschaltung 138 mindestens einen Widerstand (Rz), der mit einem ersten Kondensator (Cz) in Reihe geschaltet ist, und einen zweiten Kondensator (Cp), der parallel geschaltet ist. Die Verstärkung des EA 118 kann so verstanden werden, dass sie durch Kf*Gm*Rz reguliert wird, wobei Kf eine programmierbare Konstante, Gm die Transkonduktanz des EA 118 und Rz der Widerstand des Widerstands Rz ist. Es gibt also zwei Möglichkeiten, die Verstärkung und damit die Amplitude des Regelverhaltens anzupassen: durch Anpassung der programmierbaren Konstante Kf oder durch Anpassung der Gm des EA 118.
  • In verschiedenen Ausführungsformen vergleicht der Komparator 116 das CSA-Signal 111 und das EA-Signal 117 und stellt der BB-Steuerlogik 120 ein Steuersignal 119 bereit, das als Pulsweitenmodulations(PWM)-Ausgangssignal (oder pwm_out) bezeichnet wird. In einer Ausführungsform bezieht sich die EA-Steuerschleife, auf die hierin Bezug genommen wird, mindestens auf die Konstantspannungs(CV)- und Konstantstrom(CC)-Pfade, den EA 118, den CSA 103 und den Komparator 116, der das PWM-Ausgangssignal an die BB-Steuerlogik 120 basierend auf der Eingangsspannung (Vein), der Ausgangsspannung (Vaus oder Vbus) und der Referenzspannungen (Vref_cv und Vref_cc) anpasst, wobei Letztere programmierbar sind.
  • In verschiedenen Ausführungsformen empfängt die BB-Steuerlogik 120 das Steuersignal 119 und ein Modussignal 121 von der Moduserkennungslogik 126. Die Moduserkennungslogik 126 kann einen Modus und einen Übergang zwischen Modi basierend auf der Ausgangsspannung (Vaus) und der Eingangsspannung (Vein) bestimmen und gibt das Modussignal 121 entsprechend aus. In verschiedenen Ausführungsformen gibt, wenn Vein höher als Vaus ist, die Moduserkennungslogik 126 das Modussignal 121 aus, das den Abwärtsmodus angibt. Ist Vaus dagegen höher als Vein, gibt die Moduserkennungslogik 126 das Modussignal 121 aus, das den Aufwärtsmodus angibt. In einigen Ausführungsformen ist die Moduserkennungslogik innerhalb der BB-Steuerlogik umfasst.
  • Die BB-Steuerlogik 120 kann das Steuersignal 119 und das Modussignal 121 verwenden, um einen Modus des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 zu steuern. Insbesondere kann die BB-Steuerlogik 120 ein erstes Steuersignal 133 (set_buck) an den Treiber 122 senden, der den ersten High-Side-Schalter 104 und den ersten Low-Side-Schalter 106 des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 steuert. Die BB-Steuerlogik 120 kann ferner ein zweites Steuersignal 135 (set_boost) an den Treiber 124 senden, der den zweiten High-Side-Schalter 110 und den zweiten Low-Side-Schalter 108 des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 steuert.
  • Bei der Herstellung von Ausführungsformen wird eine Einzeldesignlösung für den integrierten Chip, der den USB-Controller 100 instanziiert, bevorzugt, da dies dazu beiträgt, mehrere Designs zu vermeiden, die Vorrichtungs- und Kundenqualifizierung für mehrere Platinen zu reduzieren und die Wiederverwendung von Firmware von einem Platinendesign zum anderen zu erleichtern. Daher tendiert man dazu, dasselbe Integrierte-Schaltung(IC)-Design für einen breiten Eingangs- und Ausgangsspannungs-/strombereich des USB-Controllers 100 und folglich für einen breiten Bereich von Induktivitäten für den Induktor 102 zu verwenden.
  • Obwohl eine Einzeldesignlösung bevorzugt werden kann, kann eine Einzeldesignlösung zu einem komplexen Design und der Notwendigkeit führen, mehrere Platinen nach der Herstellung des IC-USB-Controllers, aber vor der Auslieferung an die Kundenwünsche anzupassen, was mit Feineinstellungsaufwand verbunden ist. Diese kundenspezifischen Anpassungen nach der Herstellung können einen zeitintensiven Aufwand, einige davon müssen von Hand vorgenommen werden, Verzögerungen bei der Markteinführung des Endprodukts, z. B. durch die manuelle Abstimmung von Parametern zur Effizienzsteigerung, damit diese für einen breiten Bereich von Eingang (Spannung/Strom), Ausgang (Spannung/Strom) und Lastanforderungen funktionieren, mit sich bringen. Ferner können für kundenspezifische Anpassungen nach der Fertigung auch zusätzliche Pins oder andere Materialien oder Komponenten erforderlich sein, um den Kunden die flexible Möglichkeit bereitzustellen, das Verhalten der ICs basierend auf den Platinendesignanforderungen zu ändern.
  • Die offenbarten Ausführungsformen können diese Nachteile oder Unzulänglichkeiten in einer Einzel-IC-Designlösung für den USB-Controller 100 überwinden, indem sie eine programmierbare Steuerlogik innerhalb der BB-Steuerlogik 120 (oder eines anderen Leistungscontrollers) bereitstellen, die z. B. über Firmware-Updates aktualisiert werden kann. In einigen Ausführungsformen umfasst der USB-Controller 100 ferner einen programmierbaren ROM (Read-Only Memory) 150 oder eine andere programmierbare nichtflüchtige Speichervorrichtung, in der zu diesem Zweck Firmware (FW) gespeichert werden kann. Die BB-Steuerlogik 120 (oder ein anderer firmwareprogrammierter Mikroprozessor, Controller, anwendungsspezifischer IC (ASIC), Prozessor oder dergleichen, der die Steuerlogik instanziiert) kann die kundenspezifischen Anpassungen an den Betrieb des USB-Controllers 100 durchführen, ohne dass Komponenten zur Feinabstimmung oder Feinjustierung von Bandbreite, Frequenzgang, Verstärkung, Transkonduktanz und dergleichen hinzugefügt werden müssen, die für eine jeweilige Platine erforderlich sein können.
  • 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zur Optimierung der Leistung des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers von 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Verfahren 200 kann teilweise von Verarbeitungslogik durchgeführt werden, die Hardware (z. B. eine Verarbeitungsvorrichtung, Beschaltung, speziell dafür vorgesehene Logik, programmierbare Logik, Mikrocode, eine Hardware einer Vorrichtung, eine integrierte Schaltung usw.), Software (z. B. Anweisungen, die auf einer Verarbeitungsvorrichtung laufen oder darauf ausgeführt werden) oder eine Kombination davon umfassen kann. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 200 von der BB-Steuerlogik 120 durchgeführt. Obgleich in bestimmter Sequenz oder Reihenfolge gezeigt, kann, wenn nicht anders angegeben, die Reihenfolge der Prozesse modifiziert werden. Die veranschaulichten Ausführungsformen sind daher nur als Beispiele zu verstehen, und die veranschaulichten Prozesse können in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden, und einige Prozesse können parallel durchgeführt werden. Darüber hinaus können ein oder mehrere Prozesse in verschiedenen Ausführungsformen weggelassen werden. Es sind also nicht alle Prozesse in jeder Ausführungsform erforderlich. Andere Prozessabläufe sind möglich.
  • In mindestens einigen Ausführungsformen setzt das Verfahren 200 voraus, dass ein IC-Die hergestellt wurde, der den USB-Controller 100 umfasst. Bei Vorgang 220 wird eine Controllerplatine in einem Werk bestückt, sodass sie den USB-Controller 100 umfasst. Der Einfachheit halber kann der USB-Controller 100 auch als Controllerplatine betrachtet werden, wobei davon ausgegangen wird, dass der USB-Controller 100 auf einer gedruckten Schaltungsplatine (Printed Circuit Board, PCB) oder einer anderen Schaltplatine betriebsbereit montiert wurde.
  • Bei Vorgang 220 wird ein Firmware-Update auf dem IC-Die durchgeführt, nachdem dieser in der Controllerplatine angeordnet wurde, um kundenspezifische Anpassungen vorzunehmen, z. B. für eine Gm-Programmierung, eine Schleife für Effizienzverbesserungen und dergleichen, worauf noch näher eingegangen wird. Bei Vorgang 230 wird die Kombination aus USB-Controller 100 und Controllerplatine an einen Endkunden ausgeliefert.
  • Bei Vorgang 240 erkennt die Verarbeitungslogik ein Hochfahren der Controllerplatine und des USB-Controllers 100. Beim Hochfahren in der Endkundenumgebung kann die Verarbeitungslogik unter anderem Eingänge, wie die Stromversorgung, eine Ausgangslastanforderung, eine Umgebungstemperatur erkennen.
  • Bei Vorgang 250 kann die Verarbeitungslogik eine Teilroutine zur Optimierung des Hochfahrens basierend auf diesen externen Parametern durchführen. In einigen Ausführungsformen kann ein Firmware-Update der BB-Steuerlogik 120 durchgeführt werden, sodass die Teilroutine neue oder aktualisierte kundenspezifische Funktionen des USB-Controllers 100 basierend auf der aktualisierten BB-Steuerlogik 120 ermöglicht.
  • Bei Vorgang 260 bestimmt die Verarbeitungslogik, ob ein Anschluss einer USB-Vorrichtung an der Controllerplatine erkannt wird. Wenn dies erkannt wird, führt die Verarbeitungslogik bei Vorgang 270 die von der angeschlossenen USB-Vorrichtung angeforderte Leistung zu.
  • Während des Zuführens von Leistung kann die Verarbeitungslogik bei Vorgang 280 ferner bestimmen, ob sich externe Parameter, wie sie unter Bezugnahme auf Vorgang 240 und in dieser gesamten Offenbarung erörtert werden, geändert haben. Wenn sich keine Parameter geändert haben, kann das Verfahren 200 zum Vorgang 270 zurückkehren und die Zufuhr von Leistung wie angefordert fortsetzen.
  • Wenn sich jedoch ein oder mehrere externe Parameter geändert haben, führt die Verarbeitungslogik bei Vorgang 290 eine oder mehrere Vorgänge durch, die die Leistungsfähigkeit des USB-Controllers 100 optimieren, z. B. werden LS1 und HS2 auf AUS oder EIN geschaltet, werden Vddd-Versorgungsspannung, Totzeit, Ansteuerungsfähigkeit des HS1/LS1/HS2/LS2-Treibers geändert oder andere Modifikationen vorgenommen, die im Folgenden ausführlicher behandelt werden.
  • Bei Vorgang 295 bestimmt die Verarbeitungslogik, ob die USB-Vorrichtung abgeklemmt wurde. Wurde keine Abklemmung erkannt, kann das Verfahren 200 zu Vorgang 270 zurückkehren und die Zufuhr von Leistung wie angefordert fortsetzen. Wenn eine Abklemmung erkannt wurde, kann das Verfahren 200 zu Vorgang 260 zurückkehren und das erneute Anschließen der USB-Vorrichtung überwachen.
  • 3 ist ein Blockdiagramm der Abwärts-/Aufwärts(BB)-Steuerlogik 320, die programmiert ist, um den Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101, der unter Bezugnahme auf 1 erörtert wurde, gemäß verschiedenen Ausführungsformen zu steuern. In mindestens einer Ausführungsform ist die BB-Steuerlogik 320 die BB-Steuerlogik 120 und die Treiber 122 und 124 aus 1. In einigen Ausführungsformen ist die BB-Steuerlogik 320 ein Leistungscontroller, der ein firmwareprogrammierter (oder firmwaregesteuerter) Prozessor, Mikroprozessor, ASIC, Mikrocontroller oder dergleichen sein kann. In mindestens einigen Ausführungsformen umfasst die BB-Steuerlogik 320 einen abwärtsseitigen Gate-Treiber 322, einen aufwärtsseitigen Gate-Treiber 324, eine Moduserkennungslogik 326, einen Abwärts-/Aufwärts-Gate-Treiber 342, der zwischen den abwärtsseitigen Gate-Treiber 322 und den aufwärtsseitigen Gate-Treiber 324 gekoppelt ist, einen Abwärts-/Aufwärts-Controller 350 und programmierbare Register 355.
  • In diesen Ausführungsformen kann der abwärtsseitige Gate-Treiber 322 dynamische Änderungen an der Zeitsteuerung des Einschaltens des ersten High-Side-Schalters 104 und ersten Low-Side-Schalters 106 vornehmen, wie von der BB-Steuerlogik 320 angewiesen. In ähnlicher Weise kann der aufwärtsseitige Gate-Treiber 324 dynamische Änderungen an dem zweiten High-Side-Schalter 110 und dem zweiten Low-Side-Schalter 108 vornehmen, wie von der BB-Steuerlogik 320 angewiesen. Der Abwärts-/Aufwärts-Controller 350 kann als zentrale Logik innerhalb der BB-Steuerlogik 320 fungieren oder arbeiten, die den Abwärts-/Aufwärts-Gate-Treiber 342 bei der Zuweisung der Schaltzeitsteuerung und der Betriebsfrequenz des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 zwischen dem abwärtsseitigen Gate-Treiber 322 und dem aufwärtsseitigen Gate-Treiber 324 anweisen kann.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist die BB-Steuerlogik 320 mit anderen Komponenten und Spannungs- oder Stromsignalen des USB-Controllers 100 und optional auch mit einer angeschlossenen USB-Vorrichtung gekoppelt und kann somit Werte der externen Parameter sammeln, die bereits erörtert wurden und noch näher erörtert werden. Einer der Parameter enthält eine Bestimmung, durch die Moduserkennungslogik 326, in welchem Modus der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 gerade arbeitet. In einigen Ausführungsformen ist die Moduserkennungslogik 326 dieselbe wie die Moduserkennungslogik 126 von 1.
  • In mindestens einigen Ausführungsformen umfasst die BB-Steuerlogik 320 die programmierbaren Register 355 oder hat Zugriff darauf. In verschiedenen Ausführungsformen handelt es sich bei den programmierbaren Registern 355 um Hardwareregister, einen flüchtigen Speicherplatz (z. B. in einem lokalen Speicher wie einem Cache) oder einen nichtflüchtigen Speicherplatz (z. B. in einem chipinternen Flash-Speicher) oder dergleichen. In diesen Ausführungsformen können die programmierbaren Register 355 eingesetzt werden, um bestimmte Betriebsparameter zu speichern, wie etwa Transkonduktanz (Gm), Frequenz, Bandbreite, Tastverhältnis und andere derartige Betriebsparameter, worauf noch näher eingegangen wird, die sich auf den Betrieb des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers innerhalb des USB-Controllers 100 auswirken.
  • In einigen Ausführungsformen umfassen hierin beschriebene Vorgänge das Ausführen von Firmware (FW), um einen Mikroprozessor zu programmieren, um die BB-Steuerlogik 320 zu instanziieren, und das Bereitstellen mindestens einer Eingangsspannung (Vein) und einer Ausgangsspannung (Vaus) des Abwärts-/AufwärtsWandlers 101 an den Mikroprozessor. Der Mikroprozessor, der z. B. die Moduserkennungslogik 326 betreibt, kann diese Vein- und Vaus-Werte verwenden, um den Modus zu bestimmen, in dem der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 betrieben wird.
  • 4 ist eine grafische Darstellung, die veranschaulicht, wie die Wirkungsgradwerte mit der Betriebsfrequenz des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers gemäß mindestens einer Ausführungsform variieren. Der Wirkungsgrad kann als der Anteil der Eingangsleistung verstanden werden, der eine angeschlossene Last erreicht, wie etwa die angeschlossene USB-Vorrichtung, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde. Der Wirkungsgrad kann zum Beispiel als (Vaus*laus)/(Vein*lein) des USB-Controllers 100 berechnet werden, der die gleichen Ausgänge und Eingänge wie der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 aufweist. Wie zu beobachten ist, variiert der Wirkungsgrad mit der Betriebsfrequenz, aber die Bestimmung der Frequenz mit dem höchsten Wirkungsgrad ist nicht immer einfach. In einigen Ausführungsformen wird die Frequenz der Controllerplatine für einen maximalen Wirkungsgrad beim Betrieb 220 von 2 bestimmt, z. B. während die Controllerplatine in einem Werk bestückt wird.
  • In mindestens einigen Ausführungsformen kann die BB-Steuerlogik 320 innerhalb eines gegebenen Frequenzbereichs des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 und für erforderliche Lastströme eine Betriebsfrequenz von einer Minimalfrequenz bis zu einer Maximalfrequenz mit einer vorgegebenen Auflösung (z. B. 20 Nanosekunden (ns), 40 ns oder dergleichen) in jeder vorgegebenen Zeitspanne (z. B. 5 Sekunden (s), 10 s, 20 s oder dergleichen) wobbeln, um eine optimale Frequenz zu finden, bei der der Wirkungsgrad am höchsten ist.
  • In einigen Ausführungsformen erkennt die BB-Steuerlogik 320 (z. B. die Steuerlogik) die Frequenz des maximalen Wirkungsgrads. In anderen Ausführungsformen stellt die BB-Steuerlogik 320 einen Datenausgang bereit, in etwa zu verstehen wie der Datenausgang assoziiert mit den in 4 grafisch dargestellten (oder aufgetragenen) Daten, aus denen ein Systementwickler die Frequenz des maximalen Wirkungsgrads bestimmen kann.
  • In diesen Ausführungsformen kann die BB-Steuerlogik 320 die mit der Maximalfrequenz assoziierte Frequenz in einem der programmierbaren Register 355 speichern, die nach der Inbetriebnahme der Controllerplatine durch einen Kunden referenziert werden (und möglicherweise umprogrammiert werden können). Genauer gesagt kann die BB-Steuerlogik 320 den Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 später dazu veranlassen, auf einer bestimmten Frequenz zu arbeiten, die mit dem im programmierbaren Register 355 gespeicherten Frequenzwert übereinstimmt. Zum Beispiel kann der Abwärts-/Aufwärts-Controller 350 der BB-Steuerlogik 320 den Abwärts-/Aufwärts-Gate-Treiber 342 veranlassen, den abwärtsseitigen Gate-Treiber 322 und/oder den aufwärtsseitigen Gate-Treiber 324 anzuweisen, die Schalter des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 gemäß einer bestimmten Frequenz auf EIN und AUS zu schalten. Diese Frequenz kann jedoch während des Softstarts beim Hochfahren angepasst werden, wie unter Bezugnahme auf 5A erörtert. Auf diese Weise müssen keine externen Komponenten (z. B. Kondensatoren, Widerstände) hinzugefügt oder verändert werden, um eine bestimmte Frequenz fest zu verdrahten.
  • Im Beispiel von 4, und nur zu Erklärungszwecken, wird angenommen, dass Vein 18 V, Vaus 9 V und laus 3 Ampere (A) beträgt. Es wird weiter angenommen, dass die Betriebsfrequenz zwischen 100 kHz und 300 kHz liegen muss, z. B. um die Anforderungen bezüglich elektromagnetischer Interferenzen (EMI) und/oder elektromagnetischer Beeinflussbarkeit (Electromagnetic Susceptibility EMS) zu erfüllen. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Leitungsverlust bei niedrigeren Frequenzen höher, während der Schaltverlust bei höheren Frequenzen auftritt. In diesen Ausführungsformen kann die BB-Steuerlogik 320 die Betriebsfrequenz wobbeln, woraus sich die Frequenz des maximalen Wirkungsgrads bestimmen lässt, z. B. etwa 150 kHz in diesem Beispiel. Die BB-Steuerlogik 320 kann dann (in einem der programmierbaren Register 355) programmiert werden, um diese jeweilige Frequenz für den künftigen Betrieb des USB-Controllers 100 festzuschreiben.
  • 5A ist ein schematisches Diagramm eines USB-Controllers 500, der mindestens in einigen Ausführungsformen eine wählbare Steuerung des Tastverhältnisses des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 umfasst. Diese verwandte Ausführungsform veranschaulicht, dass der Gate-Treiber 122 oder 322 tatsächlich einen ersten Treiber 512A (HS1-Gate-Treiber) und einen dritten Treiber 512B (LS1-Gate-Treiber) umfassen kann, um ein Gate des ersten High-Side-Schalters 104 bzw. des ersten Low-Side-Schalters 106 anzusteuern. Ferner kann der Gate-Treiber 124 oder 324 einen zweiten Treiber 514A (HS2-Gate-Treiber) und einen vierten Treiber 514B (LS2-Gate-Treiber) enthalten, um ein Gate des zweiten High-Side-Schalters 110 bzw. des zweiten Low-Side-Schalters 108 anzusteuern. Wie sich zeigen wird, kann der USB-Controller 500 aus 5A als eine Erweiterung des USB-Controllers 100 der Ausführungsform von 1 verstanden werden.
  • In diesen Ausführungsformen kann der USB-Controller 500 ferner den ROM 150 (1), wie etwa einen EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory), ein Register 555, einen ersten Multiplexer 524, einen zweiten Multiplexer 530, einen dritten Multiplexer 526, einen vierten Multiplexer 528 und einen Softstart(SS)-Komparator 540, der mit der BB-Steuerlogik 120 (1) gekoppelt ist, umfassen. Der SS-Komparator 540 kann beispielsweise einen Ausgang aufweisen, der der BB-Steuerlogik 120 bereitgestellt wird, und Eingänge, die die Ausgangsspannung (Vaus) und eine Referenzspannung (Vref2) umfassen, die auf einen Schwellenwert eingestellt sind, bei dem der USB-Controller 500 einen Übergang der Steuerung des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 auf die EA-Steuerschleife vornehmen soll, die unter Bezugnahme auf 1 im Detail veranschaulicht und erörtert wird.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die BB-Steuerlogik 120 ferner einen Pulsweitenmodulationsgenerator (PWM-Generator) 517. In einer Ausführungsform ist das Register 555 eines der programmierbaren Register 355 (3). Der ROM 150 kann Firmware (FW) umfassen, die das Register 555 mit jeweiligen Werten (fest oder variabel) für die Pulsweite und Frequenz programmieren kann, auf der die BB-Steuerlogik 120 die Gate-Treiber im Softstart(SS)-Modus (SS) ansteuern soll. Beispielsweise kann die Pulsweite zwischen etwa 20 Nanosekunden (ns) und 20 Mikrosekunden (µs) und die Frequenz zwischen etwa 10 Kilohertz (kHz) und 600 kHz liegen.
  • In einigen Ausführungsformen kann der USB-Controller 500 die Firmware aus dem ROM 150 heraus ausführen, die in einigen Ausführungsformen eingerichtet sein kann, um das Register 555 mit neuen Werten für die Pulsweite und die Frequenz dynamisch zu ändern oder umzuprogrammieren. Diese Aktualisierung der Pulsweite und der Frequenz des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 kann zum Beispiel zum Zeitpunkt des Hochfahrens der Controllerplatine durchgeführt werden, z. B. bei Vorgang 240 in 2. In diesen Ausführungsformen bestimmt die BB-Steuerlogik 120 das Tastverhältnis und die Frequenz, um den Einschaltstromstoß durch den Abwärts--/Aufwärts-Wandler 101 hindurch beim Anlaufen basierend auf verschiedenen Parametern, wie etwa der Ausgangskapazität (Caus), der Induktivität des Induktors 102, der Eingangsspannung (Vein), der Ausgangsspannung (Vaus) und des Laststroms beim Hochfahren zu steuern. In einigen Ausführungsformen ist der USB-Controller 500 ein programmierbares Systemon-a-Chip (PSOC), das bereits so konzipiert ist, dass es unter Verwendung von Firmware und/oder anderer Software programmierbar ist.
  • Als Beispiel und nur zu Erklärungszwecken wird eine Standardeinstellung von 12 V für Vein angenommen, Vaus ist 5 V, lout ist 0 A, die Induktivität des Induktors 102 beträgt etwa 5 Mikro-Henry (µH) und die Ausgangskapazität beträgt 250 Mikro-Farad (µF). In diesem speziellen Beispiel kann die BB-Steuerlogik 120 bestimmen, dass die Softstartfrequenz auf 100 kHz mit einem Tastverhältnis von 5 % eingestellt werden sollte, was eine Anlaufzeit von ~10 Millisekunden (ms) ergibt. Andere Beispiele sind natürlich denkbar, und die Softstartfrequenz kann während jedes Hochfahrens unter Verwendung dieses Ansatzes aktualisiert werden.
  • Basierend auf Kundenanforderungen können die Softstartfrequenz und das Tastverhältnis auf verschiedene Weise geändert werden. Wenn beispielsweise die Eingangsspannung (Vein) niedriger ist als die Schwelle Vein (z. B. mit der Standard-Softstart-Einstellungen definiert werden, zum Beispiel 12 V oder dergleichen), kann das Tastverhältnis erhöht werden, um die gleiche Anlaufzeit zu erhalten. Wenn ferner die Induktivität des Induktors 102 höher ist als eine Schwelleninduktivität (z. B. mit der Standard-Softstart-Einstellungen definiert werden, zum Beispiel 5 µH oder dergleichen), wäre die Stromrampe durch den Induktor 102 langsamer, und so kann das Tastverhältnis erhöht werden, um die gleiche Anlaufzeit zu erreichen. Basierend auf der erforderlichen Vaus-Spannung beim Anlaufen kann die BB-Steuerlogik 120 die Schwellenspannung ändern, bei der die Steuerung an den EA 118 gegeben werden sollte, z. B. für den normalen Betriebsmodus (nicht für den Softstartmodus). Wenn ferner der Laststrom höher ist als ein bestimmter Schwellenlaststrom (z. B. mit der die Standard-Softstart-Einstellungen definiert werden, zum Beispiel 0 A, 0,5 A oder dergleichen), kann das endgültige Tastverhältnis basierend auf dem Verhältnis Vein/Vaus (erwarteter Vaus) und für diesen höheren Laststrom beim Anlaufen festgelegt werden. Dementsprechend kann das Tastverhältnis bei 5 % beginnen und in jeder vorgegebenen Zeitspanne (z. B. 1 ms, 2 ms oder dergleichen) um einen gewissen Prozentsatzbetrag (z. B. 1 %, 2 %, 3 % oder dergleichen) erhöht werden, der so programmierbar ist, dass der Abwärts-/AufwärtsWandler 101 ein Zieltastverhältnis erreichen kann, um den Laststrom während des Softstarts zu unterstützen. Ferner kann für eine Ausgangskapazität (Caus), die niedriger ist als eine bestimmte Schwellenkapazität (z. B. mit der Standard-Softstart-Einstellungen definiert werden, zum Beispiel 250µF oder dergleichen), und einen Softstart ohne Last das Tastverhältnis verringert werden, um dann niedrigere Einschaltstromstöße zu haben.
  • In verschiedenen Ausführungsformen verwendet die BB-Steuerlogik 120 ihren PWM-Generator 517 zur Erzeugung von Pulsen mit einer Pulsweite (PW) und auf der Frequenz der aus dem Register 555 abgerufenen Werte, wobei der Ausgang des PWM-Generators 517 als „SS“ für Softstart angegeben wird. Auf diese Weise und auch durch Steuern der Multiplexer, wie noch zu erörtern sein wird, kann die BB-Steuerlogik 120 die normale EA-Steuerschleife während des Softstarts umgehen, indem sie die Schalter des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 veranlasst, unter Verwendung der erzeugten SS-Pulse mit der Pulsweite und Frequenz angesteuert zu werden, die zuvor im Register 555 programmiert wurden.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst der erste Multiplexer 524 einen Ausgang, um den ersten Treiber 512A einzuschalten, und wird von der Steuerlogik 120 gesteuert, z. B. über ein ctrl_hs1-Steuersignal. Der erste Multiplexer 524 weist wählbare Eingänge auf, umfassend: einen ersten Eingang von der Fehlerverstärker(EA)-Schleife (PWM_HS1); einen zweiten Eingang (SS) von dem PWM-Generator 517 der BB-Steuerlogik 120; einen Nullwert („0“); und einen Einserwert („1“). Der zweite Multiplexer 530 weist einen Ausgang zum Einschalten des zweiten Treibers 514A auf und wird von der BB-Steuerlogik 120A gesteuert, z. B. über ein ctrl_hs2-Signal. Der zweite Multiplexer 530 weist wählbare Eingänge auf, umfassend: einen ersten Eingang von der EA-Schleife (PWM_HS2) und einen zweiten Eingang mit einem Nullwert („0“).
  • In einigen Ausführungsformen weist der dritte Multiplexer 526 einen Ausgang auf, um den dritten Treiber 512B einzuschalten, und wird von der Steuerlogik 120 gesteuert, z. B. über ein ctrl_ls1-Steuersignal. Der dritte Multiplexer 526 weist wählbare Eingänge auf, umfassend: einen ersten Eingang von der EA-Schleife (PWM_LS1) und einen zweiten Eingang mit einem Nullwert („0“). Der vierte Multiplexer 528 weist einen Ausgang zum Einschalten des vierten Treibers 514B auf und wird von der BB-Steuerlogik 120 gesteuert, z. B. durch ein ctrl_ls2-Steuersignal. Der vierte Multiplexer 528 weist wählbare Eingänge auf, umfassend: einen ersten Eingang von der EA-Schleife (PWM-LS2); einen zweiten Eingang (SS) von dem PWM-Generator 517 der BB-Steuerlogik 120; einen Nullwert („0“); und einen Einserwert („1“). Die Eingänge von der EA-Steuerschleife können zum Beispiel die Steuersignale set_buck 133 und set_boost 135 sein.
  • Genauer gesagt erkennt in mindestens einer Ausführungsform die BB-Steuerlogik 120 den Modus anhand des Modussignals 121 (1) und steuert die Multiplexer unterschiedlich, abhängig davon, ob der USB-Controller 500 im Abwärtsmodus oder im Aufwärtsmodus anläuft. Im Abwärtsmodus kann die BB-Steuerlogik 120 den zweiten High-Side-Schalter 110 veranlassen, im Diodenmodus zu arbeiten, z. B. durch Auswahl des Eingangswerts Null („0“) des zweiten Multiplexers 530. Auch die BB-Steuerlogik 120 kann den ersten Low-Side-Schalter 106 veranlassen, im Diodenmodus zu arbeiten, z. B. durch Auswahl des Eingangswerts Null („0“) des dritten Multiplexers 526. Die BB-Steuerlogik 120 kann ferner Werte der Pulsweite und der Frequenz aus dem Register 555 abrufen und den ersten High-Side-Schalter 104 veranlassen, sich unter Verwendung von Pulsen mit der Pulsweite und auf der Frequenz einzuschalten, z. B. durch Auswahl des SS-Eingangs des ersten Multiplexers 524. Die BB-Steuerlogik 120 kann ferner eine Ausgangsspannung (Vaus) an dem Ausgangsanschluss des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers erkennen, die einen Schwellenwert überschreitet, und als Reaktion auf die Erkennung die Steuerung des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers an die mit der Steuerlogik 120 gekoppelte Fehlerverstärker-Steuerschleife, wie mit Bezug auf 1 im Detail veranschaulicht und erörtert, übertragen. Der Schwellenwert kann von der Referenzspannung (Vref2) kommen, die ebenfalls durch die Firmware aus dem ROM 150 heraus programmiert werden kann.
  • Ferner kann die Steuerlogik 120 im Aufwärtsmodus den zweiten High-Side-Schalter 110 und den ersten Low-Side-Schalter 106 veranlassen, im Diodenmodus zu arbeiten, z. B. durch Auswahl des Null-Eingangswerts („0“) des zweiten Multiplexers 530 und des dritten Multiplexers 526. Die BB-Steuerlogik 120 kann ferner Werte der Pulsweite und der Frequenz aus dem Register 555 abrufen und den ersten High-Side-Schalter 104 und den zweiten Low-Side-Schalter 108 veranlassen, sich unter Verwendung von Pulsen mit der Pulsweite und auf der Frequenz einzuschalten, z. B. durch Auswahl des SS-Eingangs des ersten Multiplexers 524 und des vierten Multiplexers 528. Alternativ kann die Steuerlogik 120 im Aufwärtsmodus den zweiten High-Side-Schalter 110 und den ersten Low-Side-Schalter 106 veranlassen, im Diodenmodus zu arbeiten, z. B. durch Auswahl des Null-Eingangswerts („0“) des zweiten Multiplexers 530 und des dritten Multiplexers 526. Die BB-Steuerlogik 120 kann den ersten High-Side-Schalter 104 veranlassen, immer EIN zu sein, z. B. durch Auswahl des Einsereingangs („1“) des ersten Multiplexers 524. Die BB-Steuerlogik 120 kann ferner Werte der Pulsweite und der Frequenz aus dem Register 555 abrufen und den zweiten Low-Side-Schalter 108 veranlassen, sich unter Verwendung von Pulsen mit der Pulsweite und auf der Frequenz einzuschalten, z. B. durch Auswahl des SS-Eingangs des vierten Multiplexers 528. Die BB-Steuerlogik 120 kann ferner eine Ausgangsspannung (Vaus) an dem Ausgangsanschluss des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 erkennen, die einen Schwellenwert (z. B. von Vref2) überschreitet, und als Reaktion auf die Erkennung die Steuerung des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers an die mit der Steuerlogik 120 gekoppelte Fehlerverstärker-Steuerschleife, wie mit Bezug auf 1 im Detail veranschaulicht und erörtert, übertragen.
  • In einigen Ausführungsformen ist der Wert von Vref2 so programmiert (oder eingestellt), dass er geringfügig höher ist (z. B. zwischen einem und fünf Prozent höher) als eine Zielausgangsspannung des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101. Auf diese Weise kann der USB-Controller 500 ein schnelles (oder weites) Öffnen des ersten High-Side-Schalters 104 und des zweiten Low-Side-Schalters 108 vermeiden, wenn die EA-Steuerschleife übernimmt. Ist beispielsweise das Ziel Vaus fünf Volt (5 V), kann die Firmware den Wert für Vref2 auf 5,1 V einstellen. Dadurch kann die Pulsweite beim Übergang des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 in den EA-Modus schmaler sein und es wird ein sanfter Übergang in die EA-Steuerung des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 ermöglicht. Auf diese Weise kann sich die Ausgangsspannung unter der Steuerung der EA-Steuerschleife sofort ohne Spannungsspitzen stabilisieren.
  • 5B ist ein Zeitsteuerungsdiagramm von Steuersignalen für Schalter des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 im Softstart-Modus gemäß mindestens einer Ausführungsform. Zum Beispiel ist eine Wellenform für sowohl die Eingangsspannung (Vein) als auch die Ausgangsspannung (Vaus) des USB-Controllers 500 veranschaulicht, ebenso wie eine Wellenform für den ersten High-Side-Schalter 104 oder den zweiten Low-Side-Schalter 108. Ferner ist eine Wellenform für einen Ausgang des Komparators 540 veranschaulicht.
  • Während die Eingangsspannung ansteigt, steigt Vein langsam an, und zu Beginn der Softstart-Zeitspanne sendet die BB-Steuerlogik 210 Pulse mit der aus dem Register 225 abgerufenen Pulsweite und Frequenz an den ersten High-Side-Schalter 104 für den Abwärtsmodus. Im Aufwärtsmodus, während die Eingangsspannung ansteigt, erfolgt dies langsam, und zu Beginn der Softstart-Zeitspanne sendet die BB-Steuerlogik 210 Pulse mit der aus dem Register 225 abgerufenen Pulsweite und Frequenz an den ersten High-Side-Schalter 104 und den zweiten Low-Side-Schalter 108. Während der Softstart-Zeitspanne steigt die Ausgangsspannung (Vaus) am Ausgangsanschluss 114 langsam auf die Zielspannung an, die der Referenzspannung (Vref2) entspricht. Wenn der Komparator 540 ausgelöst wird, weil Vaus den mit Vref2 assoziierten Schwellenwert erreicht hat, kann die BB-Steuerlogik 210 die Steuerung an die EA-Steuerschleife übertragen, die den Eingang CSA 103 zusammen mit der Anstiegskompensationsschaltung 107, den Ausgang CSA 130, den EA 118, die externe Kompensationsbeschaltung 138 und den Komparator 116 umfasst.
  • 6 ist eine grafische Darstellung der Leistungsverluste, die mit der Leitung und dem Schalten des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 gemäß mindestens einer Ausführungsform assoziiert sind. Wie veranschaulicht, beginnen die Leitungsverluste die Schaltverluste im Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 zu übersteigen, wenn sich der Laststrom im Normalbetrieb (z. B. nicht Softstart) über einen bestimmten Schwellenwert erhöht, der in diesem Beispiel etwa 3 A ist. Solange der Laststrom jedoch niedrig bleibt, können die Schaltverluste höher sein als die Leitungsverluste.
  • Dementsprechend kann die BB-Steuerlogik 120 mindestens in einigen Ausführungsformen zur Reduzierung des Leistungsverlusts und damit zur Verbesserung des Wirkungsgrads, für ein hohes Tastverhältnis (z. B. einem Tastverhältnis von etwa 85 % oder höher), einen von dem ersten Low-Side-Schalter 104 (LS1) oder dem zweiten High-Side-Schalter 110 (HS2) deaktivieren und diese FETs im Diodenemulationsmodus halten. Die Deaktivierung des LS1- oder HS2-Schalters kann z. B. durchgeführt werden, wenn der Laststrom etwa 1 A oder weniger beträgt.
  • Als Beispiel und nur zu Erklärungszwecken wird angenommen, dass Vein etwa 18 V und Vaus etwa 16 V bei einem Tastverhältnis von etwa 90 % beträgt bei einer Reduzierung des Laststroms z. B. auf etwa 1 A oder weniger. Bei diesem Betrieb sind die Leitungsverluste geringer als die Schaltverluste. Die BB-Steuerlogik 320 kann diese Parameter, und insbesondere das hohe Tastverhältnis und den niedrigen Laststrom, erkennen und als Reaktion darauf einen von dem ersten Low-Side-Schalter 104 (LS1) oder dem zweiten High-Side-Schalter 110 (HS2) ausschalten und es diesen FETs ermöglichen, im Diodenmodus zu arbeiten, wodurch die Schaltverluste reduziert und der Wirkungsgrad verbessert werden. In ähnlicher Weise können, für einen sehr niedrigen Laststrom (z. B. zwischen 0,1-0,8 A), die Schaltverluste weiter reduziert werden, indem die Übersteuerung von HS1/LS2 durch Reduzierung der positiven Versorgungsspannung, Vddd, für die IC-Instanziierung des USB-Controllers 100 reduziert wird. Durch die Reduzierung von Vddd wird auch der positive Versorgungsstrom (IDD) für die IC-Instanziierung des USB-Controllers 100 reduziert.
  • 7 ist eine grafische Darstellung, die das Schalten der Schalter des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers während unterschiedlicher Betriebsmodi gemäß mindestens einer Ausführungsform veranschaulicht. Es kann beobachtet werden, dass im Abwärtsmodus zwischen dem ersten High-Side-Schalter (HS1) und dem ersten Low-Side-Schalter (LS1) hin- und hergeschaltet wird. Ferner wird im Aufwärtsmodus zwischen dem zweiten High-Side-Schalter (HS2) und dem zweiten Low-Side-Schalter (LS2) hin- und hergeschaltet. Im BB-Abwärts- oder BB-Aufwärtsmodus wird jedoch zwischen beiden den HS1/LS1-Schaltern und den HS2/LS2-Schaltern hin- und hergeschaltet. Je mehr umgeschaltet wird, desto mehr wird geschaltet und desto mehr elektromagnetische Interferenz (EMI) wird erzeugt.
  • Dementsprechend kann die BB-Steuerlogik 320 in mindestens einigen Ausführungsformen zur Reduzierung der EMI während des Schaltens erkennen, dass sich der Abwärts-/Aufwärts-Controller 101 entweder im BB-Abwärtsmodus oder im BB-Aufwärtsmodus befindet, z. B. unter Verwendung der Moduserkennungslogik 326. Als Reaktion auf das Erkennen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 in einem von dem BB-Abwärtsmodus oder dem BB-Aufwärtsmodus arbeitet, kann die Steuerlogik 320 den Gate-Treiber-Ausgangswiderstand des abwärtsseitigen Gate-Treibers 322 (für HS1/LS1) und des aufwärtsseitigen Gate-Treibers 324 (für HS2/LS2) selektiv erhöhen, z. B. um die Flankensteilheit selektiv zu programmieren.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine Art und Weise zur Erhöhung des Gate-Treiber-Ausgangswiderstands derart, dass selektiv ein oder mehrere PFETs oder ein oder mehrere NFETs in den Ausgangstreibern, die die Gates der Schalter des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 ansteuern, hinzugefügt oder entfernt werden. Das Hinzufügen oder Entfernen dieser FETs kann so gewählt werden, dass der Widerstand der Gate-Treiber 322 und 324 selektiv um einen bestimmten Betrag erhöht wird (zum Beispiel von 2 Ohm auf 5 Ohm oder 10 Ohm oder 15 Ohm usw. bis zu 30 Ohm), um die Ausgangs-Flankensteilheit der Gate-Treiber 322 und 324 durch einen Schwellenwert zu programmieren. Dieser Schwellenwert kann basierend auf den Gate-Kapazitäten von HS1/LS1/HS2/LS2 definiert werden (zum Beispiel 0,5 V/Nanosekunde). Durch die Reduzierung der Flankensteilheiten der Gate-Treiber 322 und 324 werden die Rampengeschwindigkeiten so reduziert, dass die EMI unter einen bestimmten EMI-Schwellenwert reduziert wird, der von einem oder mehreren USB-Protokollen gefordert sein kann.
  • 8 ist eine grafische Darstellung von beispielhaften Tastverhältnis-Wellenformen gegenüber Eingangsspannungswerten von sowohl dem Abwärtsmodus als auch der Aufwärtsmodus des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Wie veranschaulicht, kann der Eingangsversorgungsbereich von 3,3 V bis 24 V und bis zur Handhabung eines 5A-Laststroms stark variieren. Eine Anforderung der USB-Protokolle besteht darin, dass ein Ausgangsspannungsziel von innerhalb +/-5 % trotz Leitungs- und Lastübergängen eingehalten werden muss. Aufgrund der schnellen Schaltvorgänge, insbesondere bei hohem Tastverhältnis im Abwärtsmodus, kann die Einhaltung dieser engen Toleranz bei der Ausgangsspannung (Vaus) eine Herausforderung darstellen.
  • Zum Beispiel kann der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 bei einer großen Änderung der Eingangsversorgung verschiedene Modi wie Abwärts-, Aufwärts- oder Abwärts-/Aufwärts-Modus durchlaufen. Wenn sich die Eingangsspannung (Vein) erhöht, kann der Betrieb des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 vom Aufwärtsmodus 810 zum Abwärts-/Aufwärts-Modus und zum Abwärtsmodus 814 übergehen, wie veranschaulicht. Das Tastverhältnis des Abwärtsmodus ist die obere Kurve und das Tastverhältnis des Aufwärtsmodus die untere Kurve. Das Tastverhältnis kann als die Zeit verstanden werden, in der der erste High-Side-Schalter 104 (HS1) oder der zweite Low-Side-Schalter 108 (LS2) des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 auf EIN geschaltet ist (Tein), im Verhältnis zu der Zeit, in der der Abwärts-/Aufwärts-Wandler schaltet (Tsch). Dieses Tastverhältnis ändert sich je nach Modus erheblich, wie in 8 veranschaulicht, und verursacht daher auch ein erhebliches Rauschen am Spannungsausgang (Vaus). Zum Beispiel ist bei einer plötzlichen Laständerung (z. B. von mindestens 0, 1 5A/ps) der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 aufgrund der begrenzten Bandbreite nicht in der Lage, schnell zu reagieren, was ein Ausgangsspannungsrauschen verursacht.
  • Die Offenbarung hierin erörtert im Folgenden, wie diese Herausforderungen überwunden werden können, indem beispielsweise die Transkonduktanz (Gm) des EA 118 während Last- und Leitungsübergängen so angepasst wird, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 die Anforderungen an die Genauigkeit der Ausgangsspannung erfüllen kann. Die nachstehend beschriebene Gm-Architektur kann es auch ermöglichen, die Gm unter Verwendung der BB-Steuerlogik 120 oder 320 in verschiedenen Modi zu ändern, um das Übergangsverhalten des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 zu optimieren.
  • In mindestens einer Ausführungsform können anfängliche Gm-Änderungen vorgenommen werden, während die Controllerplatine im Werk für einen Endkunden bestückt wird, wie unter Bezugnahme auf die Vorgänge 210 und 220 (2) erörtert. Zum Beispiel kann, abhängig von Vein/Vaus, den Anforderungen an Konstantstrom(CC)- und Konstantspannungs(CV)-Vorgänge oder den Modi mit zwei Schaltern (Abwärts oder Aufwärts) vs. vier Schaltern (BB-Abwärts, BB-Aufwärts), die EA-Schleifenbandbreite in Abhängigkeit von dem BB-Modus des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 durch Änderung der Transkonduktanz (Gm) des CC/CV-Fehlerverstärkers verändert werden. Zum Beispiel weist der Abwärtsmodus üblicherweise eine höhere Schleifenbandbreite auf als der Aufwärtsmodus. Die Schleifenbandbreite ist die Zeitspanne, die benötigt wird, um die Ausgangsspannung (Vaus) innerhalb der EA-Rückkopplungsschleife zu korrigieren, um eine an Vaus erkannte Änderung zu korrigieren. Wie unter Bezugnahme auf 1 erörtert, arbeitet der erste Gm-Verstärker 118A in einem Konstantspannungsmodus (CV-Modus) und der zweite Gm-Verstärker 118B in einem Konstantstrommodus (CC-Modus).
  • In einem Beispiel, nur zu Erklärungszwecken, gibt es Anwendungen, bei denen der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 niemals in den Aufwärtsmodus 810 geht, in denen z. B. Vein im Bereich von 9 V bis 18 V liegt und Vaus auf z. B. 5 V, 9 V oder 11 V festgelegt ist, oder in denen der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 nur im Abwärtsmodus 814 arbeitet. In diesen Situationen können Systementwickler eine höhere Schleifenbandbreite wählen, da der Betrieb hauptsächlich im Abwärtsmodus erfolgt. Die Schleifenbandbreite kann durch selektive Erhöhung der Gm der Gm-Verstärker erhöht werden, wie noch erörtert wird.
  • In mindestens einer Ausführungsform umfasst ein IC-Controller für eine USB(Universal Serial Bus)-Typ-C-Vorrichtung, z. B. den USB-Controller 100, den Fehlerverstärker (EA) 118, der zwischen einen Ausgang (Vaus) und einen Eingang (Vein) des IC-Controllers gekoppelt ist. Der EA 118 kann einen EA-Ausgang umfassen, der mit dem Pulsweitenmodulations(PWM)-Komparator 116 gekoppelt ist. Der EA 118 kann ferner den ersten Transkonduktanzverstärker 118A umfassen, um einen Strom am EA-Ausgang anzupassen, wobei der erste Transkonduktanzverstärker 118A in einem Konstantspannungsmodus arbeitet. Der EA 118 kann ferner den zweiten Transkonduktanzverstärker 118B umfassen, um den Strom am EA-Ausgang anzupassen, wobei der zweite Transkonduktanzverstärker 118B in einem Konstantstrommodus arbeitet.
  • In diesen Ausführungsformen kann der IC-Controller ferner einen ersten Satz programmierbarer Register, z. B. der programmierbaren Register 355, umfassen, die mit dem ersten Transkonduktanzverstärker 118A gekoppelt sind, um einen ersten Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte zu speichern, und einen zweiten Satz programmierbarer Register, z. B. der programmierbaren Register 355, die mit dem zweiten Transkonduktanzverstärker 118B gekoppelt sind, um einen zweiten Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte zu speichern. Der IC-Controller kann ferner eine Steuerlogik umfassen, die betriebswirksam mit dem EA 118 gekoppelt ist, wobei die Steuerlogik: den ersten Transkonduktanzverstärker veranlasst zu arbeiten, während er sequenziell Transkonduktanzwerte (Gm-Werte) verwendet, die in mindestens zwei des ersten Satzes programmierbarer Register gespeichert sind; und den zweiten Transkonduktanzverstärker veranlasst zu arbeiten, während er sequenziell Transkonduktanzwerte (Gm-Werte) verwendet, die in mindestens zwei des zweiten Satzes programmierbarer Register gespeichert sind. In einigen Ausführungsformen ist dieser IC-Controller eingerichtet, um nur im Abwärtsmodus zu arbeiten.
  • In mindestens einigen Ausführungsformen kann die Steuerlogik ferner einen höchstmöglichen ersten Wert aus dem ersten Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte und einen höchstmöglichen zweiten Wert aus dem zweiten Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte identifizieren, bei denen die Ausgangsspannung (Vaus) am Ausgang stabil ist, während eine Eingangsspannung (Vein) am Eingang des IC-Controllers über einen Satz von Spannungen reicht. Die Steuerlogik kann ferner den ersten Transkonduktanzverstärker 118A so einstellen, dass er mit dem höchstmöglichen ersten Wert arbeitet, und den zweiten Transkonduktanzverstärker 118B so, dass er mit dem höchstmöglichen zweiten Wert arbeitet. Die Ausgangsspannung kann als stabil angesehen werden, wenn sie nicht über einen vorgegebenen Schwellenprozentsatz (z. B. 3 %, 4 %, 5 % oder einen anderen vom USB-Protokoll festgelegten Prozentsatz) hinaus driftet.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein erster Schritt zwischen jeweiligen Schritten des ersten Satzes zunehmend höherer Transkonduktanzwerte größer als ein zweiter Schritt zwischen jeweiligen Schritten des zweiten Satzes zunehmend höherer Transkonduktanzwerte. Ferner kann der erste Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte ein breiterer und ein höherer (z. B. anderer) Wertebereich sein als er zweite Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte.
  • Nur zur Erklärungszwecken und beispielhaft wird angenommen, dass die Gm des ersten Gm-Verstärkers 118A optional von 0,6 Millisiemens (mS) auf 3,0 mS in Schritten zwischen 0,5 mS und 0,7 mS (z. B. 0,6 mS) geändert wird, und die Gm des zweiten Gm-Verstärkers 118B optional von 0,1 mS auf 1,2 mS in Schritten zwischen 0,1 mS und 0,3 mS (z. B. 0,2 mS) geändert wird, wenngleich in anderen Anwendungen und/oder Controllern andere Werte denkbar sind. Da die BB-Steuerlogik den Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 dazu veranlasst, mit diesen unterschiedlichen Gm-Werten der EA 118 zu arbeiten, kann die BB-Steuerlogik einen stabilen Betrieb erkennen und den Gm-Wert des ersten Gm-Verstärkers 118A und des zweiten Gm-Verstärkers 118B jeweils auf den Gm-Wert einstellen, der verwendet wurde, als der stabilste Betrieb erkannt wurde. Nachdem die Gm-Werte der EA 118 für die Inbetriebnahme programmiert sind, kann die Controllerplatine an den Endkunden ausgeliefert werden. Indem die BB-Steuerlogik in die Lage versetzt wird, firmwarebasierte Änderungen an den Transkonduktanzwerten des EA 118 durchzuführen, kann der Ausgangskondensator (Caus) reduziert werden, eventuell sogar auf die Hälfte seines üblichen Werts, was Platz und Kosten des IC-Controllers reduziert. Die schnellere Schleifenbandbreite trägt auch dazu bei, das Unter- oder Überschwingen des VBUS bei dynamischen Laststromänderungen zu reduzieren.
  • 9 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Fehlerverstärkers 918 des USB-Controllers, der einen ersten Gm-Verstärker 918A, der unter einer konstanten Spannung (CV) arbeitet, und einen zweiten Gm-Verstärker 918B, der unter einem konstanten Strom (CC) arbeitet, umfasst, von denen jeder eine programmierbare Transkonduktanz (Gm) gemäß mindestens einer Ausführungsform aufweist. In mindestens einigen Ausführungsformen ist der Fehlerverstärker 918 derselbe wie der EA 118 (1). Zum Beispiel ist in mindestens einigen Ausführungsformen der erste Gm-Verstärker 918A derselbe wie der erste Gm-Verstärker 118A (1) und der zweite Gm-Verstärker 918B ist derselbe wie der zweite Gm-Verstärker 118B (1). Die BB-Steuerlogik 320 und die Moduserkennungslogik 326 wurden unter Bezugnahme auf 3 erörtert. Der Fehlerverstärker 918 kann ferner einen Kompensationspin 901 umfassen, der mit dem Fehlerverstärkerausgang, z. B. mit der externen Kompensationsschaltung 138 und dem EA-Signal 117 (1), gekoppelt ist.
  • In mindestens einigen Ausführungsformen kann die BB-Steuerlogik 320 die Gm des ersten Gm-Verstärkers 918A und/oder des zweiten Gm-Verstärkers 918B während des Betriebs dynamisch anpassen, um das Ausgangsspannungsrauschen während des Schaltens auf gewisse Pegel zu begrenzen, und insbesondere als Reaktion auf Übergänge zwischen Betriebsmodi, z. B. Abwärts-, Aufwärts- und Aufwärts-/Abwärts-Modi, an denen sich das Rauschen verschlimmern kann. In mindestens einer Ausführungsform erkennt die BB-Steuerlogik 320 einen Modusübergang, durch die Moduserkennungslogik 326, und passt basierend auf dem Modusübergang oder basierend auf dem aktuellen Betriebsmodus die Gm eines oder beider von dem ersten Gm-Verstärker 918A und dem zweiten Gm-Verstärker 918B an. Die besondere Art und Weise, die Transkonduktanz (Gm) dieser Gm-Verstärker anzupassen, wird in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 17/381,679 mit dem Titel „Transconductance Amplifier for Buck-Boost Converter“ (Transkonduktanzverstärker für Abwärts-/Aufwärts-Wandler), angemeldet am 21. Juli 2021 offengelegt und ausführlich erörtert, die durch diesen Verweis in vollem Umfang hierin aufgenommen ist.
  • Da der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 in verschiedenen Modi arbeitet, sollte der USB-Controller 100, in verschiedenen Ausführungsformen, den Abwärts-/AufwärtsWandler über alle Modi hinweg stabilisieren, was in erster Linie durch die Schleifenverstärkung und die Einsverstärkungsfrequenz des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 gesteuert wird. Typischerweise definiert der Aufwärtsmodus diese beiden Parameter für den Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101, da der Aufwärtsmodus anfälliger für Instabilität ist. Somit können Systementwickler eine Kompensation für den Abwärts-/AufwärtsWandler 101 basierend auf dem Aufwärtsmodus wählen, der die folgenden Parameter bestimmt: Konstantspannungstranskonduktanz (Gm_cv) des ersten Gm-Verstärkers 918A, Konstantstromtranskonduktanz (Gm_cc) des zweiten Gm-Verstärkers 918B und Werte für den Widerstand, Rz, und die Kondensatoren, Cz und Cp, der externen Kompensationsbeschaltung 138. Obwohl der Abwärts- und der Abwärts-/Aufwärtsmodus mit höherer Verstärkung und höherer Einsverstärkungsfrequenz arbeiten können, begrenzen diese Parameter die maximal erreichbare Schleifenverstärkungs- und Einsverstärkungsfrequenz-Leistungsfähigkeit in diesen Modi. Diese Einschränkung der Leistungsfähigkeit führt auch zu größeren Schwankungen bei der Ausgangsspannung.
  • Um diese Begrenzung zu überwinden, passt die BB-Steuerlogik 320 die Gm (CV-Transkonduktanz und CC-Transkonduktanz) des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 basierend auf dem Modus an, in dem der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 betrieben wird, da die externen eingebauten Komponenten (Rz, Cz und Cp) nicht so schnell geändert werden können. Die jeweiligen Vorgänge, die mit dem Vornehmen dieser betrieblichen Aktualisierungen der Gm-Werte assoziiert sind, werden unter Bezugnahme auf 10 näher erörtert. Der Fehlerverstärker 918 kann ferner einen ersten Aufwärts(Boost)-Transkonduktanzverstärker 920A, der mit dem ersten Transkonduktanzverstärker 918A gekoppelt ist, und einen zweiten Aufwärts-Transkonduktanzverstärker 920B, der mit dem zweiten Transkonduktanzverstärker 918B gekoppelt ist, umfassen, was unter Bezugnahme auf 13 näher erörtert wird.
  • 10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Anpassen der Transkonduktanz der Transkonduktanzverstärker basierend auf einem Betriebsmodus des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers gemäß einigen Ausführungsformen. Das Verfahren 1000 kann von Verarbeitungslogik durchgeführt werden, die Hardware (z. B. eine Verarbeitungsvorrichtung, Beschaltung, speziell dafür vorgesehene Logik, programmierbare Logik, Mikrocode, eine Hardware einer Vorrichtung, eine integrierte Schaltung usw.), Firmware (z. B. Anweisungen, die auf einer Verarbeitungsvorrichtung laufen oder darauf ausgeführt werden) oder eine Kombination davon umfassen kann. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 1000 von der BB-Steuerlogik 120 (1) oder der BB-Steuerlogik (3) durchgeführt. Obgleich in bestimmter Sequenz oder Reihenfolge gezeigt, kann, wenn nicht anders angegeben, die Reihenfolge der Prozesse modifiziert werden. Die veranschaulichten Ausführungsformen sind daher nur als Beispiele zu verstehen, und die veranschaulichten Prozesse können in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden, und einige Prozesse können parallel durchgeführt werden. Darüber hinaus können ein oder mehrere Prozesse in verschiedenen Ausführungsformen weggelassen werden. Es sind also nicht alle Prozesse in jeder Ausführungsform erforderlich. Andere Prozessabläufe sind möglich.
  • Bei Vorgang 1010 bestimmt die Verarbeitungslogik einen Modus, in dem der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 arbeitet. Dies kann zum Beispiel einen Abwärtsmodus, einen Aufwärtsmodus oder einen Abwärts-/Aufwärts-Modus umfassen, wie hierin erörtert.
  • Bei Vorgang 1020 stellt die Verarbeitungslogik als Reaktion auf das Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler in einem Aufwärtsmodus arbeitet, eine erste Transkonduktanz des ersten Transkonduktanzverstärkers auf einen ersten Wert und eine zweite Transkonduktanz des zweiten Transkonduktanzverstärkers auf einen zweiten Wert ein, wobei der erste Wert höher als der zweite Wert ist. Nur als Beispiel und zu Erklärungszwecken wird angenommen, dass im Aufwärtsmodus die erste Transkonduktanz (Gm_cv) auf 0,6 mS bis 1 mS und die zweite Transkonduktanz (Gm cc) auf 0,2 mS bis 0,4 mS eingestellt werden kann, wobei auch andere Bereiche denkbar sind. Diese Werte dienen nur zur Veranschaulichung. Genaue Werte werden basierend auf dem Induktor, der Verstärkung des Stromabtastverstärkers (CSA) und externen Komponenten, die eingesetzt werden, bestimmt.
  • Bei Vorgang 1030 stellt die Verarbeitungslogik als Reaktion auf das Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler in einem Abwärtsmodus arbeitet, die erste Transkonduktanz des ersten Transkonduktanzverstärkers auf einen dritten Wert und die zweite Transkonduktanz des zweiten Transkonduktanzverstärkers auf einen vierten Wert ein, wobei der dritte Wert höher als der erste Wert, der zweite Wert und der vierte Wert ist. Nur als Beispiel und zu Erklärungszwecken wird angenommen, dass im Abwärtsmodus die erste Transkonduktanz (Gm_cv) auf 1,6 mS bis 2 mS und die zweite Transkonduktanz (Gm_cc) auf 0,6 mS bis 0,8 mS eingestellt werden kann, obwohl auch andere Bereiche denkbar sind.
  • Bei Vorgang 1040 stellt die Verarbeitungslogik als Reaktion auf das Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler in einem Abwärts-/Aufwärts-Modus arbeitet, die erste Transkonduktanz des ersten Transkonduktanzverstärkers auf einen fünften Wert und die zweite Transkonduktanz des zweiten Transkonduktanzverstärkers auf einen sechsten Wert ein, wobei der fünfte Wert höher als der sechste Wert ist. In einigen Ausführungsformen liegt der fünfte Wert zwischen dem ersten Wert und dem dritten Wert und der sechste Wert liegt zwischen dem zweiten Wert und dem vierten Wert. Nur als Beispiel und zu Erklärungszwecken wird angenommen, dass im Abwärts-/Aufwärts-Modus die erste Transkonduktanz (Gm_cv) auf 1,0 mS bis 1,4 mS und die zweite Transkonduktanz (Gm_cc) auf 0,4 mS bis 0,6 mS eingestellt werden kann, obwohl auch andere Bereiche denkbar sind.
  • Mit der Erhöhung von Gm nimmt die Bandmittenverstärkung des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 zu, was die Bandbreite des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 erhöht, wodurch die Leistungsfähigkeit des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 verbessert wird. Die Bandmittenverstärkung kann zum Beispiel wie folgt ausgedrückt werden: B a n d m i t t e n v e r s t a ¨ r k u n g = K f * G m ( c v / c c ) * ( R z )
    Figure DE112021004593T5_0001
    Abhängig davon, ob der Wandler innerhalb des CV-Bereichs oder CC-Bereichs arbeitet, kann der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 die Gm des CV/CC-Modus übernehmen. Typischerweise ist die CC-Modus-Bandbreitenanforderung geringer im Vergleich zum CV-Modus. Die Konstante Kf, die die prozentuale Änderung in Bezug auf den Eingangsfehler des Fehlerverstärkers darstellt, kann in einigen Ausführungsformen angepasst werden, um den Gm-Wert zu modifizieren; der Wert für Rz ist jedoch konstant, wie bereits erörtert wurde.
  • 11 ist eine grafische Darstellung der Transkonduktanz gegenüber einem Eingangsfehler eines Transkonduktanzverstärkers gemäß mindestens einer Ausführungsform. Mit zusätzlichem Bezug auf 9 ist der Eingangsfehler des ersten Gm-Verstärkers 918A die Differenz zwischen dem Abgriffspunkteingang (VFB-Eingang) und einer CV-Spannungsreferenz (Vref_cv), die beispielhaft in 11 als in der Gm des ersten Gm-Verstärkers 918A Schwankungen veranlassend veranschaulicht ist. Ferner ist der Eingangsfehler am zweiten Gm-Verstärker 918B die Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Ausgangs-CSA 130 (CSA_out) und einer CC-Referenzspannung (Vref_cc). Ist diese Spannungsdifferenz größer als eine bestimmte Schwellendifferenzspannung, kann die Gm des entsprechenden Transkonduktanzverstärkers linear proportional zur Spannungsdifferenz unter Verwendung von Gm-Boost 920A und/oder 920B erhöht werden. Im Beispiel von 11 ist diese Schwellendifferenzspannung auf etwa 15 mV eingestellt, aber auch andere Werte wie 10 mV, 20 mV oder dergleichen sind abhängig von den Designkomponentenwerten denkbar.
  • 12 ist eine grafische Darstellung einer Ausgangsspannung des USB-Controllers, wenn drei unterschiedliche Verstärkungswerte auf den Transkonduktanzverstärkern 918A und 918B unter Verwendung von Gm-Boost 920A bzw. 920B gemäß einer Ausführungsform verwendet werden. Wie zu beobachten ist, tritt ohne Gm-Boost ein größeres Unterschwingen auf; wenn jedoch ein Boost mit einer Verstärkung von eins („1“) verwendet wird, verringert sich das Unterschwingen, und wenn ein Boost mit einer Verstärkung von zwei („2“) verwendet wird, verringert sich das Unterschwingen sogar noch mehr, was die gesteuerte Reaktion durch die EA-Schleife verbessert. Im Beispiel von 12 wird durch das Boosten der Verstärkung der Abfall von Vaus um etwa die Hälfte verringert.
  • Wenn die Änderung der Eingangsspannung (Vein) des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers ein Ausgangsspannungsunter-/überschwingen um mehr als einen Schwellenspannungsbetrag verursacht, kann die BB-Steuerlogik 320 die Bandmittenverstärkung des entsprechenden Gm-Verstärkers erhöhen. In einigen Ausführungsformen liegt der Schwellenspannungsbetrag zwischen 50-200 mV, z. B. 100 mV, wobei, für Erklärungszwecke, der Schwellenbetrag von 100 mV für die Unter- oder Überschwingung einer Änderung des Eingangsfehlers des Gm-Verstärkers von 15 mV entspricht. Da eine Erhöhung der Bandmittenverstärkung des Gm-Verstärkers den Gm-Verstärker veranlasst, sich schneller zu ändern, wird das Tastverhältnis proportional erhöht, um das Unter- bzw. Überschwingen zu kompensieren.
  • Wenn eine Laständerung ein Ausgangsspannungsunterschwingen/- überschwingen um mehr als einen Schwellenspannungsbetrag verursacht, kann die BB-Steuerlogik 320 die Bandmittenverstärkung des entsprechenden Gm-Verstärkers erhöhen. In einigen Ausführungsformen liegt der Schwellenspannungsbetrag zwischen 50-200 mV, z. B. 100 mV, wobei, für Erklärungszwecke, der Schwellenbetrag von 100 mV für die Unter- oder Überschwingung einer Änderung des Eingangsfehlers des Gm-Verstärkers von 15 mV entspricht. Da eine Erhöhung der Bandmittenverstärkung des Gm-Verstärkers den Gm-Verstärker veranlasst, sich schneller zu ändern, wird das Tastverhältnis proportional erhöht, um das Unter- bzw. Überschwingen zu kompensieren.
  • In mindestens einigen Ausführungsformen kann die BB-Steuerlogik 320 ferner firmwareprogrammiert sein, um die Leistungsfähigkeit des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers 101 zu verbessern, indem sie die Schleifenbandbreite durch Erhöhung der Gm des/der Gm-Verstärker(s) erhöht. Die Gm des Gm-Verstärkers wird so gewählt, dass die Schleifenstabilität auch unter ungünstigsten Bedingungen gewährleistet ist. Im Deep-Aufwärts-CC-Modus (schlechteste Bedingung) kann die BB-Steuerlogik 320 erzwingen, dass die Bandbreite mindestens viermal („4“) niedriger als die Null der rechten Halbebene (Right Half Plane, RHP) gehalten wird, z. B. deutlich niedriger als der RHP-Nullwert. In diesen Ausführungsformen bestimmt die BB-Steuerlogik 320 einen Wert für RHP-Null oder ruft diesen ab, der proportional zu (Vein/Vaus)^2 ist, wobei das Verhältnis von RHP zu Bandbreite (Bandwidth, BW) proportional zu Vein/Vaus im Aufwärtsmodus ist. Die Bandbreite kann durch Erhöhung von gm des Verstärkers erhöht werden.
  • Dementsprechend kann in einigen Ausführungsformen die BB-Steuerlogik 320 ferner bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 im Aufwärtsmodus arbeitet, z. B. durch die Moduserkennungslogik 326. Die BB-Steuerlogik 320 kann ferner einen fünften Wert für die Null der rechten Halbebene (RHP) entweder bestimmen oder abrufen und die zweite Transkonduktanz (des zweiten CC-Transkonduktanzverstärkers 918B) einstellen, dass sie mindestens viermal niedriger als der fünfte Wert ist.
  • 13 ist ein schematisches Blockdiagramm der Transkonduktanz-Boosting-Beschaltung 1300 gemäß mindestens einer Ausführungsform, die zusätzlich auf den Fehlerverstärker 918 von 9 verweist. Der Fehlerverstärker 918 kann ferner eine Stromquelle 920 umfassen, die zwischen eine Versorgungsspannung (Vddd) und den Ausgangspin 901 gekoppelt ist. Eine Transkonduktanz-Boosting-Technik kann eingesetzt werden, um den Gm des Fehlerverstärkers 918 zu erhöhen, wodurch die Systembandbreite erhöht wird, wenn der Eingangsfehler des Fehlerverstärkers 918 groß ist, z. B. innerhalb eines Imax-Betriebsbereichs. Bei einigen USB-Controllern beginnt das Boosten, wenn die Vbus-Spannung beispielsweise um 100 mV (oder mehr) von einer Schwellenzielspannung oder einer anderen programmierbaren Schwellenzielabweichungsspannung abweicht. Dies trägt dazu bei, das Übergangsverhalten des Systems zu verbessern.
  • In mindestens einigen Ausführungsformen ist ein erster Aufwärts-Transkonduktanzverstärker 920A dazu vorgesehen, als Eingänge den ersten positiven Eingang und den ersten negativen Eingang des ersten Transkonduktanzverstärkers 918A zu empfangen und eine Anpassung (z. B. einen ersten Vorspannungsstrom) des Ausgangsstroms an den ersten Transkonduktanzverstärker 918A proportional zu einer ersten Differenz zwischen dem ersten positiven Eingang und dem ersten negativen Eingang bereitzustellen. In diesen Ausführungsformen empfängt ein zweiter Aufwärts-Transkonduktanzverstärker 920B als Eingänge den zweiten positiven Eingang und den zweiten negativen Eingang des zweiten Transkonduktanzverstärkers 918B und liefert dem zweiten Transkonduktanzverstärker 918B eine Anpassung (z. B. einen zweiten Vorspannungsstrom) des Ausgangsstroms proportional zu einer zweiten Differenz zwischen dem zweiten positiven Eingang und dem zweiten negativen Eingang. Im Allgemeinen gilt, je größer der Fehler zwischen den Eingängen eines der Gm-Verstärker ist, desto größer ist die Anpassung durch einen entsprechenden Aufwärts-Transkonduktanzverstärker.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine Schwellenminimumspannungsquelle 924A und 924B an jeden von dem ersten und zweiten positiven Eingang des ersten Aufwärts-Transkonduktanzverstärkers 918A bzw. des zweiten Aufwärts-Transkonduktanzverstärkers 918B geliefert, um einen minimalen Startpunkt für das Strom-Boosting bereitzustellen. Ein Wert der Mindestschwellenspannungsquellen 924A und 924B kann zum Beispiel zwischen 5-20 Millivolt (mV) liegen. In einer Ausführungsform beträgt der Wert der Schwellenminimumspannungsquellen 924A und 924B 10 mV, wie veranschaulicht.
  • Basierend auf dem Eingangsfehler kann die Gm eines Gm-Verstärkers dynamisch erhöht werden, indem der Vorspannungsstrom des Gm-Verstärkers erhöht wird, wodurch die Gm, wie soeben erläutert, erhöht wird. Basierend auf dem Bereich (CV/CC) und dem Modus, in dem der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 arbeitet, kann die Gm-Änderungsverstärkung von der BB-Steuerlogik 320 für eine bessere Leistungsfähigkeit modifiziert werden, die abhängig vom Modus durch Firmware eingestellt werden kann. Die Gm kann linear mit dem Fehler basierend auf einem Multiplikatorsatz erhöht werden, wie unter Bezugnahme auf 14 noch näher erörtert wird. Eine Verstärkung von 1 kann beispielsweise bedeuten, dass sich Gm für 100 mV Eingangsfehler verdoppelt, entsprechend verdoppelt sich die Bandmittenverstärkung für 100 mV Eingangsfehler. In offenbarten Ausführungsformen wird der Zeitpunkt, ab dem das Gm-Boosting beginnt, ebenfalls von der BB-Steuerlogik 320 als Firmware-Anweisung gesteuert, abhängig von der oder den Leistungsanforderung(en).
  • 14 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1400 zum Anpassen der Transkonduktanz der Transkonduktanzverstärker basierend auf einem Eingangsfehler gemäß mindestens einigen der offenbarten Ausführungsformen. Das Verfahren 1400 kann von Verarbeitungslogik durchgeführt werden, die Hardware (z. B. eine Verarbeitungsvorrichtung, Beschaltung, speziell dafür vorgesehene Logik, programmierbare Logik, Mikrocode, eine Hardware einer Vorrichtung, eine integrierte Schaltung usw.), Firmware (z. B. Anweisungen, die auf einer Verarbeitungsvorrichtung laufen oder darauf ausgeführt werden) oder eine Kombination davon umfassen kann. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 1400 von der BB-Steuerlogik 120 (1) oder der BB-Steuerlogik 320 (3) durchgeführt. Obgleich in bestimmter Sequenz oder Reihenfolge gezeigt, kann, wenn nicht anders angegeben, die Reihenfolge der Prozesse modifiziert werden. Die veranschaulichten Ausführungsformen sind daher nur als Beispiele zu verstehen, und die veranschaulichten Prozesse können in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden, und einige Prozesse können parallel durchgeführt werden. Darüber hinaus können ein oder mehrere Prozesse in verschiedenen Ausführungsformen weggelassen werden. Es sind also nicht alle Prozesse in jeder Ausführungsform erforderlich. Andere Prozessabläufe sind möglich.
  • Bei Vorgang 1410 bestimmt die Verarbeitungslogik, ob der erste Transkonduktanzverstärker einen ersten Eingangsfehler aufweist, der größer als ein Schwellenwert ist. Der erste Transkonduktanzverstärker kann zum Beispiel der erste Gm-Verstärker 918A sein.
  • Bei Vorgang 1420 veranlasst die Verarbeitungslogik als Reaktion auf das Bestimmen, dass der erste Eingangsfehler größer als der Schwellenwert ist, dass ein erster Transkonduktanzwert des ersten Transkonduktanzverstärkers um einen ersten Betrag erhöht wird, der linear proportional zu einem Betrag ist, um den der erste Eingangsfehler den Schwellenwert überschreitet. In einer Ausführungsform umfasst das Veranlassen, dass der erste Transkonduktanzwert des ersten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, das Veranlassen, dass ein erster Vorspannungsstrom des ersten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird. In mindestens einer Ausführungsform liegt der Schwellenwert zwischen 10-20 Millivolt, z. B. kann er 15 mV betragen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren 1400 ferner das Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 in einem Abwärtsmodus arbeitet, und das Veranlassen, dass der erste Transkonduktanzwert des ersten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, umfasst das Veranlassen, dass eine Verstärkung des ersten Vorspannungsstroms etwa verdreifacht oder vervierfacht wird. Rein zu Erklärungszwecken kann zum Beispiel die Verstärkung auf 2 eingestellt werden, wobei sich die Verstärkung bei einer Vervierfachung um das Vierfache erhöht, und aus einer typischen Gm von 1 mS können bei 100 mV Eingangsfehler 4 mS werden. Diese Werte dienen nur zur Veranschaulichung. Genaue Werte werden basierend auf dem Induktor, der Verstärkung des Stromabtastverstärkers (CSA) und externen Komponenten, die eingesetzt werden, bestimmt.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren 1400 ferner das Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 in einem Aufwärtsmodus arbeitet, und das Veranlassen, dass eine Verstärkung des ersten Vorspannungsstroms etwa verdoppelt wird. Rein zu Erklärungszwecken kann zum Beispiel die Verstärkung auf 1 eingestellt werden, wobei sich die Verstärkung bei einer Verdoppelung um das Zweifache erhöht, und aus einer typischen Gm von 1 mS können bei 100 mV Eingangsfehler 2 mS werden.
  • Bei Vorgang 1430 bestimmt die Verarbeitungslogik, ob der zweite Transkonduktanzverstärker einen zweiten Eingangsfehler aufweist, der größer als der Schwellenwert ist. Der zweite Transkonduktanzverstärker kann zum Beispiel der zweite Gm-Verstärker 918B sein.
  • Bei Vorgang 1440 veranlasst die Verarbeitungslogik als Reaktion auf das Bestimmen, dass der zweite Eingangsfehler größer als der Schwellenwert ist, dass ein zweiter Transkonduktanzwert des zweiten Transkonduktanzverstärkers um einen zweiten Betrag erhöht wird, der linear proportional zu einem Betrag ist, um den der zweite Eingangsfehler den Schwellenwert überschreitet. In einer Ausführungsform umfasst das Veranlassen, dass der zweite Transkonduktanzwert des zweiten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, das Veranlassen, dass ein zweiter Vorspannungsstrom des zweiten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird. In mindestens einer Ausführungsform liegt der Schwellenwert zwischen 10-20 Millivolt, z. B. kann er 15 mV betragen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren 1400 ferner das Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 in einem Abwärtsmodus arbeitet, und das Veranlassen, dass der zweite Transkonduktanzwert des zweiten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, umfasst das Veranlassen, dass eine Verstärkung des zweiten Vorspannungsstroms etwa verdoppelt wird.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren 1400 ferner das Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler 101 in einem Aufwärtsmodus arbeitet, und das Veranlassen, dass der zweite Transkonduktanzwert des zweiten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, umfasst das Veranlassen, dass eine Verstärkung des zweiten Vorspannungsstroms etwa um fünfzig Prozent erhöht wird.
  • Verschiedene Ausführungsformen der hierin beschriebenen Leistungsoptimierung der Steuerlogik für USB-C-Controller können verschiedene Vorgänge umfassen. Diese Vorgänge können durch Hardware-Komponenten, digitale Hardware und/oder Firmware und/oder Kombinationen davon durchgeführt und/oder gesteuert werden. Wie hierin verwendet, kann der Begriff „gekoppelt mit“ direkt oder indirekt über eine oder mehrere dazwischenliegende Komponenten verbunden bedeuten. Jegliche der Signale, die über verschiedene On-Die-Busse bereitgestellt werden, können mit anderen Signalen zeitgemultiplext werden und über einen oder mehrere gemeinsame Die-interne Busse bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann die Verschaltung zwischen Schaltungskomponenten oder -blöcken als Busse oder als einzelne Signalleitungen gezeigt werden. Jeder der Busse kann alternativ eine oder mehrere einzelne Signalleitungen sein, und jede der einzelnen Signalleitungen kann alternativ Busse sein.
  • Gewisse Ausführungsformen können durch Firmware-Anweisungen, die auf einem nichttransitorischen computerlesbaren Medium, wie z. B. einem flüchtigen Speicher und/oder nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, implementiert sein. Diese Anweisungen können verwendet werden, um ein oder mehrere Vorrichtungen zu programmieren und/oder zu konfigurieren, die Prozessoren (z. B. CPUs) oder Äquivalente davon (wie z. B. Verarbeitungskerne, Verarbeitungsmaschinen, Mikrocontroller und dergleichen) umfassen, sodass die Anweisungen, wenn sie durch den/die Prozessor(en) oder Äquivalente davon ausgeführt werden, die Vorrichtung(en) veranlassen, die beschriebenen Vorgänge für die hierin beschriebenen USB-C-Controller durchzuführen. Das nichttransitorische computerlesbare Speichermedium kann Folgendes umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: ein elektromagnetisches Speichermedium, einen ROM (Read-Only Memory), einen RAM (Random-Access Memory), einen löschbaren programmierbaren Speicher (z. B. EPROM und EEPROM), einen Flashspeicher oder einen anderen heute bekannten oder später entwickelten nichttransitorischen Medientyp, der zur Speicherung von Informationen geeignet ist.
  • Obwohl die Vorgänge der Schaltung(en) und des Blocks/der Blöcke hierin in einer bestimmten Reihenfolge gezeigt und beschrieben werden, kann in einigen Ausführungsformen die Reihenfolge der Vorgänge einer jeden Schaltung/eines jeden Blocks verändert werden, sodass gewisse Vorgänge in einer umgekehrten Reihenfolge durchgeführt werden können oder sodass gewisse Vorgänge mindestens teilweise gleichzeitig und/oder parallel mit anderen Vorgängen durchgeführt werden können. In weiteren Ausführungsformen können Anweisungen oder Teilvorgänge von einzelnen Vorgängen auf intermittierende und/oder abwechselnde Weise durchgeführt werden.
  • In der vorstehenden Beschreibung wurde die Erfindung anhand spezifischer beispielhafter Ausführungsformen davon beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Modifizierungen und Veränderungen daran vorgenommen werden können, ohne dass vom breiteren Wesen und Schutzbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, abgewichen wird. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind dementsprechend in einem veranschaulichenden Sinn und nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 17/463339 [0001]
    • US 63/073866 [0001]
    • US 63/074635 [0001]
    • US 17381679 [0078]

Claims (20)

  1. Ein Integrierte-Schaltung(IC)-Controller für eine USB(Universal Serial Bus)-Typ-C-Vorrichtung, wobei der IC-Controller Folgendes beinhaltet: einen Fehlerverstärker (EA), der zwischen einen Ausgang und einen Eingang des IC-Controllers gekoppelt ist, wobei der EA Folgendes beinhaltet: einen EA-Ausgang, der mit einem Pulsweitenmodulations(PWM)-Komparator eines Abwärts-/Aufwärts-Wandlers (Buck-Boost Converter) gekoppelt ist; einen ersten Transkonduktanzverstärker, um einen Strom an dem EA-Ausgang anzupassen, wobei der erste Transkonduktanzverstärker in einem Konstantspannungsmodus arbeitet; und einen zweiten Transkonduktanzverstärker, um den Strom an dem EA-Ausgang anzupassen, wobei der zweite Transkonduktanzverstärker in einem Konstantstrommodus arbeitet; einen ersten Satz programmierbarer Register, die mit dem ersten Transkonduktanzverstärker gekoppelt sind, um einen ersten Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte zu speichern; einen zweiten Satz programmierbarer Register, die mit dem zweiten Transkonduktanzverstärker gekoppelt sind, um einen zweiten Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte zu speichern; und Steuerlogik, die betriebswirksam mit dem EA gekoppelt ist, wobei die Steuerlogik zu Folgendem eingerichtet ist: Veranlassen des ersten Transkonduktanzverstärkers, um zu arbeiten, während er sequenziell Transkonduktanzwerte verwendet, die in mindestens zwei des ersten Satzes programmierbarer Register gespeichert sind; und Veranlassen des zweiten Transkonduktanzverstärkers, um zu arbeiten, während er sequenziell Transkonduktanzwerte verwendet, die in mindestens zwei des zweiten Satzes programmierbarer Register gespeichert sind.
  2. IC-Controller gemäß Anspruch 1, der ferner den Abwärts-/Aufwärts-Wandler beinhaltet, wobei der Abwärts-/Aufwärts-Wandler nur im Abwärtsmodus arbeitet.
  3. IC-Controller gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerlogik ferner zu Folgendem eingerichtet ist: Identifizieren eines höchstmöglichen ersten Werts aus dem ersten Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte und eines höchstmöglichen zweiten Werts aus dem zweiten Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte, bei denen eine Ausgangsspannung am Ausgang stabil ist, während eine Eingangsspannung am Eingang des IC-Controllers über einen Satz von Spannungen reicht; Einstellen des ersten Transkonduktanzverstärkers, um mit dem höchstmöglichen ersten Wert zu arbeiten; und Einstellen des zweiten Transkonduktanzverstärkers, um mit dem höchstmöglichen zweiten Wert zu arbeiten.
  4. IC-Controller gemäß Anspruch 1, wobei ein erster Schritt zwischen jeweiligen Schritten des ersten Satzes zunehmend höherer Transkonduktanzwerte größer als ein zweiter Schritt zwischen jeweiligen Schritten des zweiten Satzes zunehmend höherer Transkonduktanzwerte ist.
  5. IC-Controller gemäß Anspruch 1, wobei der erste Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte einen anderen Wertebereich beinhaltet als der zweite Satz zunehmend höherer Transkonduktanzwerte.
  6. IC-Controller gemäß Anspruch 1, ferner beinhaltend eine Speichervorrichtung, um Firmware zu speichern, wobei die Firmware ausführbar ist, um den ersten Satz programmierbarer Register, den zweiten Satz programmierbarer Register und die Steuerlogik zu programmieren.
  7. Ein Verfahren zum Betreiben eines USB(Universal Serial Bus)-Typ-C-Controllers, wobei der USB-Typ-C-Controller einen Fehlerverstärker beinhaltet, der einen Ausgang, der mit einem Pulsweitenmodulations(PWM)-Komparator eines Abwärts-/Aufwärts-Wandlers gekoppelt ist, einen Eingang, der mit einem Ausgang des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers gekoppelt ist, einen ersten Transkonduktanzverstärker, der in einem Konstantspannungsmodus arbeitet, und einen zweiten Transkonduktanzverstärker, der in einem Konstantstrommodus arbeitet, beinhaltet, wobei das Verfahren zum Betreiben des USB-Typ-C-Controllers Folgendes beinhaltet: Bestimmen, durch eine Steuerlogik, die betriebswirksam mit dem Fehlerverstärker gekoppelt ist, eines Modus, in dem der Abwärts-/Aufwärts-Wandler arbeitet; als Reaktion auf das Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler in einem Aufwärtsmodus arbeitet, Einstellen, durch die Steuerlogik, einer ersten Transkonduktanz des ersten Transkonduktanzverstärkers auf einen ersten Wert und einer zweiten Transkonduktanz des zweiten Transkonduktanzverstärkers auf einen zweiten Wert, wobei der erste Wert höher als der zweite Wert ist; und als Reaktion auf das Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler in einem Abwärtsmodus arbeitet, Einstellen, durch die Steuerlogik, der ersten Transkonduktanz des ersten Transkonduktanzverstärkers auf einen dritten Wert und der zweiten Transkonduktanz des zweiten Transkonduktanzverstärkers auf einen vierten Wert, wobei der dritte Wert höher ist als der erste Wert, der zweite Wert und der vierte Wert.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, ferner beinhaltend als Reaktion auf das Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler in einem Abwärts-/Aufwärts-Modus arbeitet, Einstellen der ersten Transkonduktanz des ersten Transkonduktanzverstärkers auf einen fünften Wert und der zweiten Transkonduktanz des zweiten Transkonduktanzverstärkers auf einen sechsten Wert, wobei der fünfte Wert höher ist als der sechste Wert.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der fünfte Wert zwischen dem ersten Wert und dem dritten Wert liegt und der sechste Wert zwischen dem zweiten Wert und dem vierten Wert liegt.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 7, das Verfahren ferner beinhaltend: Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler im Aufwärtsmodus arbeitet; eines von Bestimmen oder Abrufen eines fünften Werts für die Null der rechten Halbebene (RHP); und Einstellen der zweiten Transkonduktanz, sodass sie mindestens viermal niedriger ist als der fünfte Wert.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 7, ferner beinhaltend: Ausführen von Firmware, um einen Mikroprozessor des USB-Typ-C-Controllers zu programmieren, um die Steuerlogik zu instanziieren; und Bereitstellen mindestens einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers für den Mikroprozessor, mit dem die Steuerlogik den Modus bestimmen kann, in dem der Abwärts-/Aufwärts-Wandler arbeitet.
  12. Ein Verfahren zum Betreiben eines USB(Universal Serial Bus)-Typ-C-Controllers, wobei der USB-Typ-C-Controller einen Fehlerverstärker beinhaltet, der einen Ausgang, der mit einem Pulsweitenmodulations(PWM)-Komparator eines Abwärts-/Aufwärts-Wandlers gekoppelt ist, einen Eingang, der mit einem Ausgang des Abwärts-/Aufwärts-Wandlers gekoppelt ist, einen ersten Transkonduktanzverstärker, der in einem Konstantspannungsmodus arbeitet, und einen zweiten Transkonduktanzverstärker, der in einem Konstantstrommodus arbeitet, beinhaltet, wobei das Verfahren zum Betreiben des USB-Typ-C-Controllers Folgendes beinhaltet: Bestimmen, durch Steuerlogik, die betriebswirksam mit dem Fehlerverstärker gekoppelt ist, ob der erste Transkonduktanzverstärker einen ersten Eingangsfehler aufweist, der größer als ein Schwellenwert ist; Veranlassen, durch die Steuerlogik, dass ein erster Transkonduktanzwert des ersten Transkonduktanzverstärkers um einen ersten Betrag erhöht wird, der linear proportional zu einem Betrag ist, um den der erste Eingangsfehler den Schwellenwert überschreitet, als Reaktion auf das Bestimmen, dass der erste Eingangsfehler größer als der Schwellenwert ist; Bestimmen, durch die Steuerlogik, ob der zweite Transkonduktanzverstärker einen zweiten Eingangsfehler aufweist, der größer als der Schwellenwert ist; und Veranlassen, durch die Steuerlogik, dass ein zweiter Transkonduktanzwert des zweiten Transkonduktanzverstärkers um einen zweiten Betrag erhöht wird, der linear proportional zu einem Betrag ist, um den der zweite Eingangsfehler den Schwellenwert überschreitet, als Reaktion auf das Bestimmen, dass der zweite Eingangsfehler größer als der Schwellenwert ist.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Veranlassen, dass der erste Transkonduktanzwert des ersten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, das Veranlassen, dass ein erster Vorspannungsstrom des ersten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, beinhaltet.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, ferner beinhaltend: Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler in einem Abwärtsmodus arbeitet; und wobei das Veranlassen, dass der erste Transkonduktanzwert des ersten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, das Veranlassen, dass eine Verstärkung des ersten Vorspannungsstroms etwa verdreifacht oder vervierfacht wird, beinhaltet.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 13, ferner beinhaltend: Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler in einem Aufwärtsmodus arbeitet; und Veranlassen, dass eine Verstärkung des ersten Vorspannungsstroms etwa verdoppelt wird.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Veranlassen, dass der zweite Transkonduktanzwert des zweiten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, das Veranlassen, dass ein zweiter Vorspannungsstrom des zweiten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, beinhaltet.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, ferner beinhaltend: Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler in einem Abwärtsmodus arbeitet; und wobei das Veranlassen, dass der zweite Transkonduktanzwert des zweiten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, das Veranlassen, dass eine Verstärkung des zweiten Vorspannungsstroms etwa verdoppelt wird, beinhaltet.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 16, ferner beinhaltend: Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler in einem Aufwärtsmodus arbeitet; und wobei das Veranlassen, dass der zweite Transkonduktanzwert des zweiten Transkonduktanzverstärkers erhöht wird, das Veranlassen, dass eine Verstärkung des zweiten Vorspannungsstroms etwa um fünfzig Prozent erhöht wird, beinhaltet.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der Schwellenwert zwischen 10-20 Millivolt liegt.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 12, das Verfahren ferner beinhaltend: Bestimmen, dass der Abwärts-/Aufwärts-Wandler in einem Aufwärtsmodus arbeitet: eines von Bestimmen oder Abrufen eines Werts für die Null der rechten Halbebene (RHP); und Einstellen des zweiten Transkonduktanzwerts auf einen Wert, der mindestens viermal niedriger ist als der Wert für RHP-Null.
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