JP2016506231A - ブーストコンバータクロックのためのプログラマブル周波数範囲 - Google Patents

ブーストコンバータクロックのためのプログラマブル周波数範囲 Download PDF

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Abstract

バックコンバータクロック信号からブーストコンバータのためのブーストクロック信号を生成するための技法であって、ここにおいて、ブーストクロック信号が制限された周波数範囲を有する。一態様では、ブーストクロック信号は、Vbst/Tによって決定される最大周波数を有し、ここにおいて、Vbstはターゲット出力電圧とバッテリー電圧との間の差を表し、Tは所定のサイクル持続時間を表す。ブーストコンバータは、ブーストクロック信号の最小周波数を制限するためのパルス挿入ブロックと、ブーストクロック信号の最大周波数を制限するための動的ブランキング/遅延ブロックとを含み得る。最小周波数制限ブロックおよび最大周波数制限ブロックを一般に実装するためのさらなる技法が開示される。

Description

[0001]本開示は、ブーストコンバータ(boost converter)のためのクロック信号の周波数をプログラムするための技法に関する。
[0002]ブーストコンバータは、通常、電圧をあるレベルから(たとえば、バッテリーソースから)より高いレベルにブーストするために電気デバイス中で使用される。逆に、バックコンバータ(buck converter)は、電圧をあるレベルからより低いレベルにステップダウンするために使用される。いくつかのタイプの適用例では、たとえば、無線周波数(RF)電力増幅器(PA:power amplifier)を効率的に供給するためのエンベロープトラッキング(ET:envelope tracking)システムでは、PAに電源を与えるためにブーストコンバータとバックコンバータが一緒に与えられ得る。特に、ブーストコンバータは、PAのポジティブレールがバッテリー電圧を上回って上昇することを可能にするために、必要なときに、ブーストされた電圧を与え得、一方、バックコンバータは、バッテリー電圧よりも小さいPA電源電圧の低周波成分を与え得る。
[0003]ブーストコンバータとバックコンバータの両方は、通常、それぞれブーストクロック信号とバッククロック信号とによって駆動される複数のスイッチを組み込んでいる。たとえば、ブーストクロック信号は、出力電圧をターゲットブースト電圧に設定するようにブーストコンバータのスイッチを制御し得る。同様に、バッククロック信号は、出力電圧をターゲットバック(ステップダウン:stepped-down)電圧に設定するようにバックコンバータのスイッチを制御し得る。一般に、バッククロック信号とブーストクロック信号とは、互いに独立した必要条件を有する。たとえば、ブーストクロック信号の周波数は、部分的に一般にターゲットブースト電圧の関数である、所定の周波数範囲に制限されるべきであり、それは一般にターゲットバック電圧とは独立している。とはいえ、単一のシステム中で複数の独立したクロックを生成する必要性を回避するために、ブーストクロックをバッククロックに同期させることが望ましいであろう。
[0004]したがって、バッククロック信号と同期しているブーストクロック信号を生成するための技法を提供することが望ましく、それはブーストクロック周波数が特定のターゲットブースト電圧のために最適化された所定の周波数範囲内にあることをも保証する。
[0005]本開示によるバックコンバータとブーストコンバータとを組み込んだシステムの実装形態を示す図。 [0006]ブーストコンバータが、独立に生成されたブーストクロックにアクセスする必要なしに、バッククロックCLK1から直接必要とされる出力信号を生成するための要素を含む、本開示の例示的な実施形態を示す図。 [0007]パルス挿入が最小周波数制限のための技法として採用される、最小周波数制限ブロックによって実装され得る方法の例示的な実施形態を示す図。 [0008]図3に記載されたクロック挿入方法による、CLK1およびCLK1´のための例示的なシグナリング波形を示す図。 [0009]最大周波数制限ブロックを含む、図2の制御論理ブロックによって実装され得る方法の例示的な実施形態を示す図。 [0010]図5の方法に従って生成されるCLK1´およびNonのための例示的なシグナリング波形を示す図。 [0011]本開示による制御論理ブロックの例示的な実施形態を示す図。 [0012]周波数制限ブロックが直列に結合された、ブーストクロックの最小周波数および最大周波数を制限するための方式の代替の例示的な実施形態を示す図。 [0013]周波数制限ブロックが並列に結合された、ブーストクロックの最小周波数および最大周波数を制限するための方式の代替の例示的な実施形態を示す図。 [0014]本開示による方法の例示的な実施形態を示す図。 [0015]エンベロープトラッキング(ET)システムにおける本開示の技法の例示的な実施形態を示す図。
[0016]添付の図面を参照しながら本開示の様々な態様について以下でより十分に説明する。ただし、本開示は、多くの異なる形態で実施され得、本開示全体にわたって提示する任意の特定の構造または機能に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの態様は、本開示が周到で完全になり、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるために与えるものである。本明細書の教示に基づいて、本開示の範囲は、本開示の他の態様とは無関係に実装されるにせよ、本開示の他の態様と組み合わせて実装されるにせよ、本明細書で開示する本開示のいかなる態様をもカバーするものであることを、当業者なら諒解されたい。たとえば、本明細書に記載の態様をいくつ使用しても、装置は実装され得、または方法は実施され得る。さらに、本開示の範囲は、本明細書に記載の本開示の様々な態様に加えてまたはそれらの態様以外に、他の構造、機能、または構造および機能を使用して実施されるそのような装置または方法をカバーするものとする。本明細書で開示する本開示のいずれの態様も、請求項の1つまたは複数の要素によって実施され得ることを理解されたい。
[0017]添付の図面に関して以下に記載する発明を実施するための形態は、本発明の例示的な態様を説明するものであり、本発明が実施され得る唯一の例示的な様態を表すものではない。この明細書全体にわたって使用する「例示的」という用語は、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味し、必ずしも他の例示的な実装形態よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。発明を実施するための形態は、本発明の例示的な態様の完全な理解を与える目的で具体的な詳細を含む。本発明の例示的な態様はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には明らかであろう。いくつかの例では、本明細書で提示する例示的な態様の新規性を不明瞭にしないように、よく知られている構造およびデバイスをブロック図の形式で示す。本明細書および特許請求の範囲において、「モジュール」および「ブロック」という用語は、説明する動作を実行するように構成されたエンティティを示すために互換的に使用され得る。
[0018]本明細書および特許請求の範囲において、「高」または「低」であるとしての信号または電圧の表示は、そのような信号または電圧が、信号または電圧のための「TRUE」(たとえば、=1)状態または「FALSE」(たとえば、=0)状態に対応し得る(が、対応する必要はない)論理「高」または「低」状態にあることを指すことがあることに留意されたい。本明細書で説明する機能と実質的に等価な機能を有する回路を導出するために、本明細書で説明する論理規約を容易に変更し得ること、たとえば、「低」を「高」で置換し、および/または「高」を「低」で置換し得ることを、当業者は諒解されよう。そのような代替の例示的な実施形態は、本開示の範囲内に入ることが企図される。
[0019]図1に、本開示による、バックコンバータとブーストコンバータとを組み込んだシステム100の実装形態を示す。図1は、説明の目的で示したものにすぎず、本開示の範囲を図示のシステムのみに限定するものではないことに留意されたい。たとえば、バックコンバータおよびブーストコンバータは、図1に示されているものの代わりに実装され得、たとえば、トランジスタスイッチのうちの1つまたは複数は、他のタイプのスイッチまたは当技術分野で知られている等価要素と交換され得る。そのような代替の例示的な実施形態は、本開示の範囲内に入ることが企図される。
[0020]図1は、バック出力電圧Vbuck_outを生成するバックコンバータ110を示す。バックコンバータ110は、電圧VbattをVbattよりも低いレベルVbuck_outにステップダウンするように構成される。一実装形態では、Vbattはシステム100のバッテリー105から導出され得る。バックコンバータ110は、トランジスタスイッチN1、P1に結合されたバックインダクタL1を含むものとして示されている。N1、P1は、それぞれ、バック制御ブロック112によって生成されたスイッチングまたは制御電圧NCTRL1、PCTRL1によって制御される。バック制御ブロック112は、制御電圧NCTRL1、PCTRL1がそれから導出されるバッククロック信号CLK1を受信する。
[0021]図1にはさらに、「ブーストされた」レベル、すなわち、ブーストコンバータ120の電源電圧Vbattよりも高い電圧Vboost_outを生成するブーストコンバータ120が示されている。図1では、ブーストコンバータ120は、それぞれ、ブースト制御ブロック122によって生成されたスイッチングまたは制御電圧NCTRL2、PCTRL2によって制御される、トランジスタスイッチN2、P2に結合されたブーストインダクタL2を含むものとして示されている。ブースト制御ブロック122は、制御電圧NCTRL2、PCTRL2がそれから導出されるブーストクロック信号CLK2を受信する。ブーストコントローラ120によって生成されたVboost_outのレベルは、一般に、NCTRL2、PCTRL2の周波数およびパルス持続期間に依存し得ることが諒解されよう。
[0022]一実装形態では、ブースト制御ブロック122は、NCTRL2およびPCTRL2のデューティサイクルおよび/またはパルス幅を変動させながら、CLK2と同じ周波数を有するようにNCTRL2、PCTRL2を生成し得る。特に、ブースト制御ブロック122は、フィードバック機構(図1に図示せず)に従ってNCTRL2およびPCTRL2のデューティサイクルおよび/またはパルス幅を制御し得、たとえば、ここにおいて、NCTRL2およびPCTRL2を調整するためにVboost_outと所望のターゲット出力電圧との間の差が使用される。一実装形態では、NCTRL2およびPCTRL2は互いの論理反転であり得、すなわち、P2がオフである間、N2はオンであり得、P2がオンである間、N2はオフであり得る。しかしながら、本開示の技法は、たとえば、いくつかの状態では、NCTRL2およびPCTRL2がN2とP2の両方を同時にオフにするように構成され得る、他のタイプの制御方式に容易に適用され得ることに留意されたい。本明細書で開示する技法のそのような代替適用例は本開示の範囲内に入ることが企図される。
[0023]一般に、バッククロック信号CLK1およびブーストクロック信号CLK2の必要条件は異なることが諒解されよう。たとえば、ブーストコンバータ120の出力電圧Vboost_outはCLK2のスイッチング周波数に依存し、バックコンバータ110の出力電圧Vbuck_outはCLK1のスイッチング周波数に依存するが、Vbuck_outおよびVboost_outは一般に互いに異なることになる。とはいえ、システム100において複数の独立したクロック信号を生成する必要性を回避するために、バックコンバータ110およびブーストコンバータ120のためのクロック信号を共用するか、またはさもなければCLK2をCLK1と同期させることが望ましいであろう。
[0024]さらに、ブーストコンバータ120の適切な動作のために、NCTRL2、PCTRL2のスイッチング周波数を、たとえば、最小周波数Fminと最大周波数Fmaxとの間の最適周波数範囲内にあるように設定することが望ましいであろう。特に、ブーストコンバータ120のスイッチのための(非0の)最小オン時間を仮定すると、Fminよりも低くなるようにスイッチング周波数を構成することは、アンダーブースト(under-boost)という望ましくない結果になるだろう。一方、スイッチング周波数をFmaxよりも高くなるように構成することは、始動時の電流暴走(current runaway)問題又はオーバーブースト(over-boost)という望ましくない結果になり、たとえば、インダクタ電流が増加し、最終的に所定の電流限界を超えるほどインダクタが頻繁に充電される。
[0025]さらに、ブーストコンバータ120のためのFmaxは、たとえば、「ブースト電圧」Vbst=(Vboost_out−Vbatt)、それはブーストコンバータ120の出力電圧Vboost_outとバッテリー電圧Vbattとの間の電圧差(もしあれば)を表す、によって定義される所望の電圧ブーストを含む、複数のファクタに依存し得ることに留意されたい。たとえば、Vbstが比較的大きいときは、Fmaxは、一般により大きい値に設定されるべきであり、なぜならば、より速いクロックはより良い電流の送出能力のために必要とされ得るからである。一方、Vbstが比較的小さいときは、より小さいデューティサイクルが必要とされ得、したがって、Fmaxは、より小さいデューティサイクルをサポートするために対応してより低い値に設定されるべきである。
[0026]本開示の技法は、バッククロック信号と同期されるブーストコンバータのためのブーストクロックを生成することを可能にし、ここにおいて、ブーストクロックはブーストコンバータの動作に好適な範囲中の周波数をさらに与えられる。
[0027]図2に本開示の例示的な実施形態200を示し、ここにおいて、ブーストコンバータ220は、独立に生成されたブーストクロックにアクセスする必要なしに、バッククロックCLK1から直接ブーストコンバータのための必要とされる制御信号を生成するための要素を含む。説明しやすいように、図1に示されたバックコンバータ110の内部動作詳細が図2から省略されていることに留意されたい。さらに、図1中と図2中の同様に標示された要素は、別段に記載されていない限り、同様の機能を有する要素に対応し得ることに留意されたい。
[0028]図2では、ブーストコンバータ220は、バッククロック信号CLK1を受信するブースト制御ブロック222を含む。ブースト制御ブロック222は、最小周波数制限ブロック224を含み、それは制限された最小周波数Fminを有する変更されたクロック信号CLK1´を生成するようにCLK1を処理する。CLK1´はブースト制御ブロック222の制御論理ブロック226に結合される。ブロック226は、それぞれN2およびP2を制御するための出力電圧NonおよびPonを導出するための制御論理を含む。例示的な実施形態では、Nonは、N2がオンにされるべきであるときに信号を送り得(たとえば、N2は、Nonが高いときに導通しているべきである)、NCTRL2に直接結合され得る。同様に、Ponは、P2がオンにされるべきであるときに信号を送り得(たとえば、P2は、Ponが高いときに導通しているべきである)、PCTRL2に直接結合され得る。例示的な実施形態では、NonおよびPonは互いの論理反転であり得るが、本明細書で開示される技法は、PonがこのようにNonによって直接決定される例示的な実施形態に限定される必要がないことが諒解されよう。
[0029]図3に、最小周波数制限ブロック224によって実装される得る方法300の例示的な実施形態を示し、ここでは、パルス挿入が最小周波数制限のための技法として採用される。方法300は、説明の目的で示したものにすぎず、本開示の範囲を最小周波数制限のための特定の技法に限定するものではないことに留意されたい。代替の例示的な実施形態は、当技術分野で知られている最小周波数制限のための他の技法を採用し得、たとえば、それの初期周波数が最小しきい値Fminよりも小さいと決定された場合、CLK1の周波数を増加させるために、当技術分野で知られている周波数逓倍法が適用され得る。そのような代替の例示的な実施形態は、本開示の範囲内に入ることが企図される。
[0030]図3では、ブロック310において、クロック信号CLK1を受信する。
[0031]ブロック320において、CLK1の周波数が最小の所定の周波数Fminよりも小さいかどうかが評価される。はいの場合、本方法はブロック330に進む。他の場合、プロセスはブロック335に進む。たとえば、例示的な実施形態では、ブロック320における動作は、少なくとも1つのパルスが時間間隔1/FminにわたってCLK1中に存在するかどうか、または同等に、少なくともN個のパルスが時間間隔N/FminにわたってCLK1中に存在するかどうかを検出することによって実行される。そうでない場合、CLK1はFminよりも小さいと決定される。
[0032]ブロック330において、CLK1´を生成するためにパルスをCLK1中に挿入する。例示的な実施形態では、パルスは、CLK1´の周波数がFminと同様であるように、Fminに対応するターゲット周波数において周期的に挿入される。例示的な実施形態では、挿入されたパルスのパルス幅はあらかじめ決定され得、たとえば、パルス幅は、1MHzのFminについて400ナノ秒(ns)であり得る。ブロック330において、CLK1中に高いパルス(たとえば、「1」パルス)を挿入すべきか、または低いパルス(たとえば、「0」パルス)を挿入すべきかは、CLK1の特性、たとえば、CLK1のサイクルの大部分が低いか(その場合、高いパルスが挿入され得る)、またはCLK1のサイクルの大部分が高いか(その場合、低いパルスが挿入され得る)によって決定され得ることが諒解されよう。
[0033]代替的に、ブロック335において、CLK1の周波数がすでにFminよりも大きい場合、処理がCLK1に適用される必要がなく、CLK1´はCLK1として直接設定され得る。
[0034]ブロック330または335のいずれかの完了に続いて、方法は、次のCLK1パルスを受信するためにブロック310に戻る。
[0035]図4に、図3に記載されたクロック挿入方法300によるCLK1およびCLK1´のための例示的な信号の送出の波形を示す。図4は、説明の目的で示されているにすぎず、本開示の範囲を図示の特定の信号の送出の波形に限定するものではないことに留意されたい。
[0036]図4では、CLK1が、遷移が起こらない時間期間T1を含むことがわかる。T1中、CLK1の決定された周波数はFminよりも小さい。Fminよりも小さいCLK1の周波数が検出されると、CLK1´を生成するために、「挿入されたパルス」と標示されている「低い」または「0」パルスがCLK1中に挿入される。CLK1´におけるの「挿入されたパルス」の存在は、CLK1´の周波数を少なくともFminに増加させ、それによって、CLK1´がFminおよびFmaxによって定義される最適範囲内に入ることを保証することを諒解されよう。例示的な実施形態では、最小周波数制限ブロック224は、たとえば、CLK1中に静的高レベルがあるとき、「0」パルスを挿入し、またはCLK1中に静的低レベルがあるとき、「1」パルスを挿入するための論理(図示せず)を含み得る。
[0037]例示的な実施形態では、CLK1の周波数は最小周波数Fminよりも小さくなり得、たとえば、Fmin=1MHzである。この場合、挿入ブロック310は、1MHzと同様の最小周波数を有するCLK1´を生成するために、1MHzクロックパルスをCLK1中に挿入し得る。例示的な実施形態では、挿入されたパルスは、最小持続時間、たとえば、400ns以下の長さを有し得る。
[0038]図2に戻ると、制御論理ブロック226はさらに、出力電圧NonおよびPonの最大周波数を制限するための最大周波数制限ブロック228を含む。特に、ブロック228は、CLK1´の周波数を、ブーストコンバータ出力電圧Vboost_outをサポートするために最適であると考えられる最大周波数Fmax以下であるように制限し得る。最大周波数制限ブロック228は、一般に、周波数逓減のための当技術分野で知られている任意の技法を、すなわち、図5に関して以下でさらに説明するように、または、カウンタによる周波数分割などの当技術分野で知られている代替技法などを実装し得ることが諒解されよう。
[0039]いくつかの例示的な実施形態では、最大周波数制限ブロック228は、ブーストコンバータ120のターゲット出力電圧に基づいて最大周波数Fmaxの値を動的に調整し得る。特に、Fmaxは、次のようにブースト電圧Vbst=(Vboost_out−Vbatt)に関係し得る(式1):
Fmax=1/Δt=Vbst/T
ここにおいて、ΔtはFmaxの逆数として定義され、Tは、ブースト設計の特定のパラメータに適応するように選定される比例定数(proportionality constant)である。例示的な実施形態では、Tは、たとえば、インダクタ値に比例するように選定され得る。特に、例示的な実施形態では、L2からのインダクタ放電電流ΔIの所定の値は、各サイクルにわたり得、設計者によって選定され得る。したがって、Tは、その場合、一般的な関係ΔI=Vbst・Δt/L2に従って、T=ΔI・L2として設定され得る。代替の例示的な実施形態では、他の項、たとえば、追加の乗法定数または加法定数などが式1中に含まれ得、そのような代替の例示的な実施形態は本開示の範囲内に入ることが企図されることに留意されたい。
[0040]図5に、最大周波数制限ブロック228を含む図2の制御論理ブロック226によって実装され得る方法500の例示的な実施形態を示す。方法500は、説明の目的で示したものにすぎず、本開示の範囲を、示された最大周波数制限の特定の実装形態に限定するものではないことに留意されたい。たとえば、(Fmaxが式1に従うものとして設定されるか否かにかかわらず)クロック信号の周波数を周波数Fmax以下であるように設定することは、本明細書で明示的に説明されない他の技法を使用する当業者によって達成され得る。そのような代替の例示的な実施形態は、本開示の範囲内に入ることが企図される。
[0041]図5では、ブロック510において、たとえば、最小周波数制限ブロック510から、CLK1´が受信される。
[0042]ブロック520において、パルスがCLK1´において検出される。
[0043]ブロック530において、パルスをCLK1´において検出したことに応答して、パルスがNonにおいて生成される。例示的な実施形態では、Nonパルスの幅は、当技術分野において知られている(図に示されていない)論理演算に従って制御され得る。たとえば、上記で前に説明したように、Non(およびPon)のパルス幅を調整することによってVboost_outと所望のターゲット出力電圧との間の差を制御するために、フィードバック機構が適用され得る。
[0044]ブロック535において、パルスがNonにおいて生成された後に、CLK1´の周波数がFmaxよりも大きいかどうかが決定される。そうでない場合、本方法は、次のCLK1´パルスを待つためにブロック520に戻り得る。はいの場合、本方法はブロック540に進み得る。
[0045]ブロック540において、Nonを時間期間Δtの間低くさせる(すなわち、N2はオフにさせられ得る)。例示的な実施形態では、Δtは、Nonの最大周波数をFmax以下に制限するために必要に応じて設定され得、Fmaxは、Δt=1/FmaxであるようにΔtに関係し得る。Fmaxが式1に従って選定される例示的な実施形態では、ΔtはT/Vbstに等しく設定され得る。この場合、各サイクルにわたるL2からのインダクタ放電電流ΔIは、したがって、ΔI=Vbst・Δt/L2=T/L2として計算され得ることに留意されたい。
[0046]ブロック540に続いて、Δtが経過した後、方法500は、CLK1´における次のパルスの検出を待つためにブロック520に戻る。
[0047](図5に示されていない)代替の例示的な実施形態では、ブロック535におけるCLK1´周波数がFmaxよりも大きいかどうかの決定は、方法処理中の他の時間に実行され得ることに留意されたい。たとえば、周波数決定は、代替的に、ブロック520とブロック530との間で実行され得る。そのような代替の例示的な実施形態は、本開示の範囲内に入ることが企図される。
[0048]図6に、方法500に従って生成されるCLK1´およびNonのための例示的なシグナリング波形を示す。図6は、説明の目的で示されているにすぎず、本開示の範囲を図示の特定のシグナリング波形に限定するものではないことに留意されたい。
[0049]図6では、CLK1´信号が与えられる。Non信号は、CLK1´の立上りエッジと同期させられる。CLK1´における(図8ではパルス#1と標示されている)第1のパルスが検出されると、Nonにおける対応するパルスが、たとえば、方法500のブロック530に従うように生成される。前に上記で言及したように、Nonのパルス持続期間は、ブーストコンバータの出力電圧を所望のターゲット値に推進するために実装されたブーストコンバータ制御論理に依存し得る。Nonの立下りエッジ上で、Force_Noffが高にアサートされる。Force_Noff信号が高のままである持続時間Δtを測定するためのタイマーがトリガされる。例示的な実施形態では、Force_Noffは、Force_Noffが高である間、出力Nonを「ブランキング」する、すなわち0に設定する信号である。
[0050]例示的な実施形態では、N2がオフにされる間、P2はオンにされ得る。方法500のブロック540の動作によれば、ブーストコンバータスイッチングは、Δtが満了した後にのみ再び有効にされ得る。これらの動作に従って、Nonの最大スイッチング周波数はFmax<1/Δtに効果的に制限されることが諒解されよう。
[0051]図7に、本開示による制御論理ブロック226の例示的な実施形態226.1を示す。例示的な実施形態226.1は、説明の目的で示したものにすぎず、本開示の範囲を制御論理ブロック226の特定の例示的な実施形態に限定するものではないことに留意されたい。Nonを生成するための論理ブロック710が図7中に示されているが、対応する論理ブロック(図示せず)が、本開示に照らしてPonを生成するように容易に設計され、制御論理ブロック226中に与えられ得ることが諒解されよう。そのような例示的な実施形態は、本開示の範囲内に入ることが企図される。
[0052]図7では、Non論理ブロック710が与えられる。例示的な実施形態では、Non論理ブロック710は、当技術分野において知られている原理に従って、Vboost_outを所望のターゲット電圧に至らせるために、たとえば、Nonのパルス幅を変調し得る。ブロック710は、入力クロック信号CLK1´と、最大周波数制限ブロック701によって生成されたForce_Noff信号701aとを受け取る。ブロック701は、説明の目的で示したものにすぎず、本開示の範囲を図示の最大周波数制限ブロックの特定の例示的な実施形態に限定するものではないことに留意されたい。
[0053]ブロック701はインバータ730を含み、その出力Non´はD−Qフリップフロップ720のCLK入力に結合される。フリップフロップ720のD入力が1に設定されているので、Q出力は、相応してNon´の立上りエッジ上で0から1に遷移する。フリップフロップ720のQ出力は、動的遅延ブロック740に結合され、ANDゲート760の入力にも結合される。動的遅延ブロック740は、その入力とその出力との間にΔtの遅延を導入し、ここにおいて、Δtは、図5中のブロック540に関して説明したように選定され得る。特に、例示的な実施形態では、Δtは、前に上記で説明したように、式1に従ってFmaxを設定するためにT/Vbstとして選定され得る。ブロック740の出力は、インバータ750によって反転され、さらにANDゲート760の他の入力に結合される。さらに、インバータ750の出力はまた、反転リセット(RN)が低に遷移したときにフリップフロップのQ出力を0にリセットするために、D−Qフリップフロップ720のRN入力に結合される。ANDゲート760の出力は、Force_Noff信号に対応し、Non論理ブロック710に与えられる。
[0054]制御ブロック226.1の動作は次のように説明され得る。Nonが1であるとき、フリップフロップ720のQ出力は0であり、インバータ750の出力750aは相応して1である。Force_Noffも0である。Nonが1から0に遷移すると、Qは0から1に遷移し、Force_Noffも1に遷移する。Force_Noffが1(または高)である間、Nonは、相応してNon論理ブロック710によって0にされる。
[0055]動的遅延ブロック740によって遅延Δtが導入された後、インバータ750の出力750aは0に遷移し、これによりForce_Noffが1から0に遷移する。750aが0に遷移することによって、さらにQが0にリセットされることに留意されたい。Force_Noffが0であるので、Non論理ブロック710は、方法500のブロック520およびブロック530によれば、新しいパルスをNon中で生成するためにCLK1´における次のパルスを通過し得る。
[0056]上記で説明した動作の原理によれば、Non論理ブロック710は、Force_Noffが高である時間中に、それのNon出力をブランキングし、それによって、トランジスタスイッチN2、P2のスイッチング周波数を低減するようにNonの周波数を制限することが理解され得る。このようにして、Fmaxは制限され得る。Δtが式1に従って選定される例示的な実施形態では、次いで、Fmaxがさらにブースト電圧Vbstに応じて制限され得る。
[0057]Fmaxが式1に従って選定される本開示のいくつかの例示的な実施形態が説明され得るが、本明細書で説明する技法は、一般に、Fmaxのいかなる値に対しても最大周波数制限を実装するために適用され得ることが諒解されることに留意されたい。たとえば、代替の例示的な実施形態では、図5に関して上記で説明した方法500は、たとえば、式1によって指定されたもの以外のFmaxのいかなる値にも適応するように容易に変更され得る。そのような代替の例示的な実施形態は、本開示の範囲内に入ることが企図される。
[0058]図8に、周波数制限ブロックが直列に結合された、ブーストクロックの最小周波数および最大周波数を制限するための方式の代替の例示的な実施形態を示す。図8では、バッククロック信号CLK1が最小周波数制限ブロック224に与えられ得る。例示的な実施形態では、ブロック224は、たとえば、図3および図4に関して上記で説明したように実装され得る。ブロック224の出力、すなわちCLK1´は、最大周波数制限ブロック228.1に与えられ得る。ブロック228.1は、それの入力の最大周波数をある所定の値Fmax以下に制限するように機能し得る。たとえば、例示的な実施形態では、ブロック228.1は、Fmaxよりも小さい周波数を有する出力信号CLK2*を生成するために、持続時間ΔtにわたってCLK1´におけるクロックパルスを「抑制」、たとえば、Δtの持続時間にわたってブロック228.1の出力までCLK1´におけるパルスを通過しないことがある。CLK2*は、たとえば、CLK2*の周波数における電圧を切り替えながらNonおよびPonのパルス幅を変調し得る、その後制御論理ブロック226の残部に与えられる。
[0059]パルス吸収は、説明の目的で本明細書で説明したものにすぎず、本開示の範囲を、具体的にパルス抑制を採用する最大周波数制限技法に限定するものではないことに留意されたい。代替の例示的な実施形態では、最大周波数を制限するための他の技法、たとえば、周波数分割または当技術分野において知られている他の技法が利用され得る。そのような代替の例示的な実施形態は、本開示の範囲内に入ることが企図される。
[0060]ブロック224および228.1は互いに直列に結合されているものとして図8に示されているが、代替の例示的な実施形態では、ブロックは代わりに並列に結合され得ることに留意されたい。図9に、周波数制限ブロックが並列に結合された、バッククロックの最小最大周波数を制限するための方式の代替の例示的な実施形態を示す。
[0061]図9では、CLK1が周波数決定ブロック1101に結合される。ブロック1101は、CLK1の周波数に基づいて、CLK1に適用されるべき周波数処理を決定し得る。特に、CLK1の周波数がFminよりも小さい場合、ブロック1101は、CLK1を処理するために信号1101bを使用する最小周波数制限ブロック1110が、それの最小周波数を制限することを可能にし得る。CLK1の周波数がFmaxよりも大きい場合、ブロック1101は、信号1101cを使用する最大周波数制限ブロック1120が、それの最大周波数を制限することを可能にし得る。他の場合、ブロック1110とブロック1120の両方は無効にされ得、CLK1はバイパスモードで直接出力CLK2*に与えられ得る。代替の例示的な実施形態、たとえば、当技術分野において知られている並列または直列結合された周波数制限/変調要素を組み込むことは、本開示の範囲内に入ることが企図されることが諒解されよう。
[0062]図2の例示的な実施形態200は、パルス幅制御論理によって決定されるNon立下りエッジによってトリガされる周波数制限を用いて、制御論理と最大周波数制限とを有利に組み合わせていることが諒解されよう。一方、図8および図9の例示的な実施形態は、単に周波数制限機能を実行し、したがって、第1の切替えコンバータクロック(たとえば、バックコンバータクロック)の立上りエッジに同期させられた第2の切替えコンバータクロックエッジ(たとえば、ブーストコンバータクロックエッジ)の生成のみを行うことになる。このようにして、図8および図9によって生成されたクロックは、生成されたクロック信号の必要なパルス幅、たとえば、Nonのパルス幅を決定しないことになる。とはいえ、図8および図9の技法はまた、システムの複数の切替えコンバータのための同期されたクロックを生成するために利用され得、そのような代替の例示的な実施形態は本開示の範囲内に入ることが企図されることを、当業者は諒解されよう。
[0063]図10に、本開示による方法1000の例示的な実施形態を示す。方法1000は、説明の目的で示したものにすぎず、本開示の範囲を方法1000の特定の例示的な実施形態に限定するものではないことに留意されたい。
[0064]図10では、ブロック1010において、インダクタに結合された第1のスイッチを備えるスイッチモード電源を使用して、ターゲット出力電圧を生成する。
[0065]ブロック1020において、第1のスイッチを選択的に閉じるまたは開くためにバッククロック信号から制御信号を生成する。
[0066]ブロック1030において、制御信号のスイッチング周波数を最小周波数および最大周波数によって定義される範囲に制限する。
[0067]図11に、エンベロープトラッキング(ET)システム1100における本開示の技法の例示的な実施形態を示す。図11は、説明の目的で示したものにすぎず、本開示の範囲をETシステムだけに限定するものではないことに留意されたい。たとえば、本明細書で説明する技法は非ETシステムに容易に適用され得、たとえば、ここにおいて、1つまたは複数の任意の負荷に給電するためにブーストコンバータとともにバックコンバータが採用される。そのような代替の例示的な実施形態は、本開示の範囲内に入ることが企図される。
[0068]図11において、電力増幅器(PA)1130が入力電圧INを受け取り、増幅された出力電圧OUTを生成する。電圧Vampは、PA電源電圧としてPA1130に与えられる。Vampは、増幅器1140によって少なくとも部分的に生成され得、それは、線形増幅器であり得る。増幅器1140は、PA出力電圧OUTのエンベロープを追跡する電圧Envを増幅し得、したがって、「エンベロープトラッキング」システムとしてのシステム1100の表示がある。Vampは、PA1130の線形演算を保証するのに十分なレベルにおいて維持され、すなわち、十分な「ヘッドルーム」をPA出力段に与えるが、それにもかかわらずDC電力消費を最小限に抑え得る。
[0069]増幅器1140は、ブーストコンバータ220によって生成された電圧VDD_Ampによって給電される。ブーストコンバータ220は、説明しやすいようにそれの動作の詳細が図11から省略されているブースト制御ブロック222を組み込み得ることに留意されたい。ブーストコンバータ220は、必要に応じてブーストコンバータ220の電源電圧Vbattよりも高くなり得る「ブーストされた」レベルにおいて、VDD_Ampを生成し得る。一実装形態では、Vbattはシステム1100のバッテリー105から導出され得る。ブーストコントローラ120によって生成されたVDD_Ampのレベルは、一般に、NCTRL2、PCTRL2の周波数およびパルス持続期間に依存することになり、したがって、CLK2の周波数は、ブーストコントローラ120の所望の動作を保証するように適切に選定されるべきであることが諒解されよう。
[0070]図11にはさらに、PA1130の電源電圧Vampに結合された、バック出力を生成するバックコンバータ110が示されている。いくつかの実装形態では、バックコンバータ110は、VbattをVbattよりも低いレベルVampにステップダウンし得る。バックコンバータ110は、たとえば、VampがVbattよりも低いとき、PA130に電源の低周波数成分を供給し得るが、増幅器1140は、PA1130に、たとえば、PA出力電圧のエンベロープの変動に起因する電源のより高い周波数成分を供給し得ることが諒解されよう。
[0071]ブーストクロックがバッククロックから生成されるいくつかの例示的な実施形態について上記で説明したが、本開示の技法は、一般に、同じシステム中の別のスイッチングコンバータのためのクロック信号と同期させられたスイッチングコンバータのためのクロック信号を生成するために適用され得ることが諒解されることに留意されたい。たとえば、代替の例示的な実施形態(図示せず)では、上記で説明したものと同様の技法を使用して、バックコンバータのためのバッククロックを生成するためにブーストクロックが同様に使用され得る。そのような代替の例示的な実施形態は、本開示の範囲内に入ることが企図される。
[0072]本明細書および特許請求の範囲において、要素が別の要素に「接続」または「結合」されていると言及されるとき、その要素は他の要素に直接接続または結合され得るか、あるいは介在要素が存在し得ることを理解されよう。対照的に、要素が別の要素に「直接接続」または「直接結合」されていると言及されるとき、介在要素は存在しない。さらに、要素が別の要素に「電気的に結合」されていると言及されるとき、そのような要素間に低抵抗の経路が存在することを示し、要素が別の要素に単に「結合」されていると言及されるとき、そのような要素間に低抵抗の経路があることもないこともある。
[0073]情報および信号は多種多様な技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを、当業者は理解されよう。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界または磁性粒子、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表され得る。
[0074]さらに、本明細書で開示する例示的な態様に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得ることを、当業者は諒解されよう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、上記では一般にそれらの機能に関して説明した。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。当業者は、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装し得るが、そのような実装の決定は、本発明の例示的な態様の範囲からの逸脱を生じるものと解釈されるべきではない。
[0075]本明細書で開示した態様に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明する機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装され得る。
[0076]本明細書で開示する例示的な態様に関して説明した方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェアで直接実施されるか、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで実施されるか、またはその2つの組合せで実施され得る。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM(登録商標))、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD−ROM、または当技術分野で知られている任意の他の形態の記憶媒体中に常駐し得る。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサに一体化することができる。プロセッサおよび記憶媒体はASIC中に常駐し得る。ASICはユーザ端末中に常駐し得る。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末中に個別構成要素として常駐し得る。
[0077]1つまたは複数の例示的な態様では、説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実装され得る。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶されるか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信され得る。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を可能にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体とコンピュータ通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD−ROMまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の他の媒体を備えることができる。また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線(DSL)、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザーディスク(登録商標)(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)およびBlu−Ray(登録商標)ディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザーで光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
[0078]開示した例示的な態様の前述の説明は、当業者が本発明を実施または使用することができるように与えたものである。これらの例示的な態様への様々な修正は当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義した一般原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく他の例示的な態様に適用され得る。したがって、本開示は、本明細書で示した例示的な態様に限定されるものではなく、本明細書で開示した原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

Claims (20)

  1. ターゲット出力電圧を生成するように構成されたスイッチモード電源を備える装置であって、前記電源は、
    インダクタに結合された第1のスイッチ、前記第1のスイッチは、選択的に閉じられるまたは開かれるように構成可能である、と、
    選択的に閉じられるまたは開かれるように前記第1のスイッチを構成するためにバッククロック信号から制御信号を生成するように構成された制御ブロック、ここにおいて、前記制御ブロックが、前記制御信号のスイッチング周波数を最小周波数および最大周波数によって定義される範囲に制限するように構成される、と、
    を備える、装置。
  2. 前記第1のスイッチがNMOSトランジスタを備え、ここにおいて、前記スイッチを選択的に閉じるまたは開くことが、前記NMOSトランジスタを介して前記インダクタを接地に結合するまたは分離することに対応する、請求項1に記載の装置。
  3. 前記最大周波数は、前記ターゲット出力電圧が増加させられるにつれて増加するように構成された、請求項1に記載の装置。
  4. 前記電源がバッテリー電圧に結合され、ここにおいて、ブースト電圧が前記ターゲット出力電圧と前記バッテリー電圧との間の差として定義され、ここにおいて、前記最大周波数が前記ブースト電圧に正比例する、請求項3に記載の装置。
  5. 前記制御ブロックが、前記制御信号を生成するために前記バッククロック信号においてパルスを挿入するように構成されたパルス挿入ブロックを備える、請求項1に記載の装置。
  6. 前記電源が、前記インダクタに結合された第2のスイッチをさらに備え、前記第2のスイッチが、前記ターゲット出力電圧をサポートするように構成された出力ノードに前記インダクタを選択的に結合するまたは分離するように構成されたPMOSトランジスタを備える、請求項2に記載の装置。
  7. 前記制御信号が、前記NMOSトランジスタをオンまたはオフにするために前記NMOSトランジスタに結合され、前記制御ブロックが、前記PMOSトランジスタをオンまたはオフにするために前記PMOSトランジスタに結合された前記制御信号から導出された第2の制御信号を生成するようにさらに構成された、請求項6に記載の装置。
  8. 前記制御ブロックは、前記NMOSトランジスタがオフであるときに前記PMOSトランジスタをオンにし、前記NMOSトランジスタがオンであるときに前記PMOSトランジスタをオフにするように構成された、請求項7に記載の装置。
  9. 前記制御ブロックが、所定の時間期間中に前記NMOSトランジスタをオフにさせるように構成されたForce_Noff生成回路を備える、請求項2に記載の装置。
  10. 前記Force_Noff生成回路は、
    前記バッククロック信号を受け取るように構成された論理ブロックと、前記論理ブロックが、前記制御信号に対応する出力を生成する、
    前記論理ブロックの出力に結合された反転バッファと、
    前記反転バッファの出力に結合されたクロック入力を備えるD−Qフリップフロップと、前記フリップフロップのD入力が1入力に結合された、
    前記フリップフロップのQ出力に結合された動的遅延ブロックと、
    前記フリップフロップの前記Q出力に結合された第1の入力と、前記動的遅延ブロックの出力の逆に結合された第2の入力とを備えるANDゲート、前記ANDゲートの出力は前記論理ブロックに結合される、と、
    を備える、請求項9に記載の装置。
  11. インダクタに結合された第1のスイッチを備えるスイッチモード電源を使用して、ターゲット出力電圧を生成することと、
    前記第1のスイッチを選択的に閉じるまたは開くためにバッククロック信号から制御信号を生成することと、
    前記制御信号のスイッチング周波数を最小周波数および最大周波数によって定義される範囲に制限することと、
    備える、方法。
  12. 前記ターゲット出力電圧が増加させられることに応答して前記最大周波数を増加させること、
    をさらに備える、請求項11に記載の方法。
  13. ブースト電圧が、前記ターゲット出力電圧と前記スイッチモード電源に結合されたバッテリー電圧との間の差として定義され、前記最大周波数が前記ブースト電圧に正比例する、請求項12に記載の方法。
  14. 前記制御信号を生成するために前記バッククロック信号においてパルスを挿入することをさらに備える、請求項11に記載の前記方法。
  15. 前記制御信号を生成するために前記バッククロック信号においてパルスを抑制することをさらに備える、請求項11に記載の方法。
  16. インダクタに結合された第1のスイッチを備えるスイッチモード電源を使用して、ターゲット出力電圧を生成するための手段と、
    前記第1のスイッチを選択的に閉じるまたは開くためにバッククロック信号から制御信号を生成するための手段と、
    前記制御信号のスイッチング周波数を最小周波数および最大周波数によって定義される範囲に制限するための手段と
    備える、装置。
  17. 前記ターゲット出力電圧が増加させられることに応答して前記最大周波数を増加させるための手段
    をさらに備える、請求項16に記載の装置。
  18. ブースト電圧が、前記ターゲット出力電圧と前記スイッチモード電源に結合されたバッテリー電圧との間の差として定義され、前記最大周波数が前記ブースト電圧に正比例する、請求項17に記載の装置。
  19. 前記制御信号を生成するために前記バッククロック信号においてパルスを挿入することをさらに備える、請求項16に記載の装置。
  20. 前記制御信号を生成するために前記バッククロック信号においてパルスを抑制することをさらに備える、請求項16に記載の装置。
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