TW201328191A - 維持可變頻率調變器的增益線性度之系統與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種可變頻率調變器，其包含一補償網路、一第一脈衝控制網路及一第二脈衝控制網路、以及一線性度控制器。該補償網路係被組態用以提供一指示一輸出負載情況的補償信號。該第一脈衝控制網路係基於該補償信號的改變而被組構用以啟始一脈衝控制信號上的脈衝，並用以調整操作頻率。該第二脈衝控制網路係基於一預定的時序參數而被組構用以終止該脈衝控制信號上的脈衝。該線性度控制器係基於一預定的穩態操作頻率和一實際的操作頻率而被組構用以調整終止該等脈衝的時序以維持調變器增益於一恆定的位準。

Description

維持可變頻率調變器的增益線性度之系統與方法
本發明大致上關於可變頻率調變器，且特別關於維持可變頻率調變器的增益線性度之系統與方法。
相關申請案之交互參照
本申請案主張在2011年11月21日美國臨時申請案號為61/562,028的利益，其完整的內容係併入於此以作為參照。
可變頻率脈衝寬度調變器受到歡迎，因為相較於固定頻率脈衝寬度調變器來說，可變頻率脈衝寬度調變器可以提供快速動態響應和高控制迴圈頻寬。然而，可變頻率操作在一般的操作情況期間可造成非線性調變器增益。該非線性調變器增益可引發許多調節器設計的挑戰，諸如過衝現象、從小負載到大負載階段的不一致動態響應、在高頻率連續負載暫態期間的不一致動態響應、非線性交流電(AC)響應…等。習知可變頻率調變器的增益會隨切換頻率增加而增加，其可對於較大負載階段造成大電壓的「回鈴現象(ringback)」。相較於小負載階段，較大負載階段的回鈴現象係成比例較高。該調節器可在中等的負載階段中飽和。
習知嘗試解決此等問題的方式包含依據相位是否有重 疊現象而施加固定的複數個斜波壓擺(slew)率。然而，在許多調節器當中，此等習知的方法通常造成問題更加嚴重。一些暫態循環會導致相當多的相位重疊，而在其他循環則沒有相位重疊。此會導致廣大範圍可能動態響應以及相當的非線性行為。舉例來說，在一雙重斜波系統中，已確定以相位重疊為基礎的上斜波信號在高頻率重覆負載暫態響應期間會導致相當的非線性行為，並且相位重疊的數量係不一致的，且對不同負載循環來說可能不同。
根據一實施例之可變頻率調變器包括：一補償網路、第一脈衝控制網路及第二脈衝控制網路以及線性度控制器。補償網路係被組構用以提供一指示一輸出負載情況的補償信號；第一脈衝控制網路係被組構用以起始一脈衝控制信號的脈衝，其中該第一脈衝控制網路係基於該補償信號的改變而被組構用以調整操作頻率；第二脈衝控制網路係基於一預定的時序參數而被組構用以終止該脈衝控制信號的脈衝；線性度控制器被耦合至該第二脈衝控制網路，該線性度控制器係基於一預定的穩態操作頻率和一實際操作頻率而被組構用以藉由該第二脈衝控制網路來調整終止該等脈衝的時序，以維持調變器增益於一恆定的位準。
根據一實施例之操作可變頻率調變器之方法包括：提供一指示一輸出負載情況之補償信號；基於該補償信號在一操作頻率來啟始一脈衝控制信號上的脈衝；基於一預定 的時序參數來終止該脈衝控制信號上的脈衝；以及基於一預定的穩態操作頻率和一實際的操作頻率來調整終止該等脈衝的時序，以維持調變器增益於一恆定的位準。
根據一實施例之電子裝置包括：一切換電路及一可變頻率調變器。切換電路係響應於一脈衝控制信號用以切換施加於一輸出電感器的電壓，以將一輸入電壓轉換成一經調節之輸出電壓；可變頻率調變器包括：一補償網路、第一脈衝控制網路、第二脈衝控制網路及線性度控制器。補償網路係被組構用以提供一指示一輸出負載情況的補償信號；第一脈衝控制網路係被組構用以起始該脈衝控制信號的脈衝，其中該第一脈衝控制網路係基於該補償信號的改變而被組構用以調整操作頻率；第二脈衝控制網路係基於一預定的時序參數而被組構用以終止該脈衝控制信號的脈衝；線性度控制器被耦合至該第二脈衝控制網路，該線性度控制器係基於一預定的穩態操作頻率和一實際操作頻率而被組構用以藉由該第二脈衝控制網路來調整終止該等脈衝的時序，以維持調變器增益於一恆定的位準。
以下說明呈現的目的為讓該領域具有通常知識者利用以及使用本發明所提供特殊應用的內文以及其要求。然而，對於該領域具有通常知識者來說，對本發明較佳實施例的各式各樣修改例係顯而易見的，並且在此所定義的一般原理可應用到其他的實施例當中。因此，本發明不希望 被限定到在此所顯示和說明之特殊實施例，而是希望與在此所揭示原理以及新穎特徵一致。
在這裡所說明的可變頻率調變器包含一線性度控制器，其會響應於切換頻率的改變而補償該增益以維持增益線性度。以此方式，在這裡所說明的調整器設計的挑戰會減少不然會被最小化。
圖1為一電子裝置100的簡化方塊圖，該電子裝置100係與具有一調節器102之電源系統101被組構，該調節器102係進一步包含根據本發明的一實施例實行之一調變器103。該電源系統101會產生一或更多供給電壓用以提供電源給該電子裝置100的其他系統裝置。在所例示的實施例中，該電子裝置100係包含一處理器107以及一週邊系統109，該處理器107和該週邊系統109兩者都會被耦合以經由一匯流排105接收來自該電源系統101的供給電壓，該匯流排105包含任意組合的電源及/或信號導體。在所例示的實施例中，該週邊系統109可包含任意組合的系統記憶體111(例如，其包含任意組合的RAM及ROM類型的裝置以及記憶體控制器，以及類似物)、以及一輸入/輸出(I/O)系統113，其可包含系統控制器以及類似物，諸如圖形控制器、中斷控制器、鍵盤以及滑鼠控制器，系統儲存裝置控制器(例如，用於硬碟機以及類似物)…等。所例示的系統僅為範例說明，而如熟習該領域技術者所瞭解，許多的處理器系統以及支援裝置可被整合至該處理器晶片之上。
電子裝置100可為任何類型的電腦或計算裝置，諸如 一電腦系統(例如，筆記型電腦，桌上型電腦，小筆電…等)，一多媒體平板裝置(例如，蘋果公司所出的iPad，亞馬遜書局公司所出的Kindle…等)，一通訊裝置(例如，手機、智慧型手機…等)，以及其他類型的電子裝置(例如，多媒體播放器，記錄裝置…等)。該電源系統101可被組構用以包含一電池(可充電型、或不可充電型)及/或可被組構用以操作於交流電(AC)變壓器或類似物。
圖2為一根據本發明所實施的調節器102之簡化示意方塊圖，該調節器102包含調變器103的簡化方塊圖，該調變器103包含一線性度控制器211。一對電子開關QU(上開關)和QL(下開關)之電流終端(例如，汲極和源極)係被串聯耦合介於一輸入電壓VIN和一共同參考電壓COMM(例如，接地或其他合宜的正或負的參考電壓位準)之間。應注意，COMM一般係以一或多個參考節點表示，包括一或更多接地位準或節點，諸如信號接地、電源接地、機殼接地…等，或任何合宜的參考電壓位準。該等開關QU和QL係被耦合在一起於一中間相位節點201處而產生一相位電壓PH，以及一輸出電感器LO之一端會被耦合到節點201，另一端會被耦合到一輸出節點203，而產生一輸出電壓VOUT。一輸出電容器CO以及一負載205會被耦合於節點203以及COMM之間。
一第一阻抗ZFB係被耦合介於VOUT和一誤差放大器(EA)207的負(-)輸入之間，並且一第二阻抗ZC係被耦合介於該反向輸入和該誤差放大器207的輸出之間。一 參考電壓VREF係被提供至該誤差放大器207的正輸出，而於其輸出處會產生一補償電壓VCOMP，該輸出提供到該調變器103之一輸入。ZFB和ZC會共同地形成一補償電路，諸如熟習該項技術者所知係包含電阻器和電容器或類似物。其顯示一電流感測器208會透過該輸出電感器LO來感測電感器電流IL，該輸出電感器LO會提供一電感器電流信號或指示至一下傾(droop)控制器202。雖然已描述一電流感測器，但依實際電流感測器並非必需，因為該電感器電流IL可被感測、被模擬或不然被合成以測量或估計IL。該下傾控制器202會提供一下傾電流ID至該誤差放大器207的負輸入處的節點。如熟習該項技術者所知，電壓下傾係響應於輸出負載的位準而對該輸出電壓VOUT有意的調整。該調變器103會產生一脈衝控制信號PWM(脈衝寬度調變)至一驅動器模組209的輸入，該驅動器模組209會根據基於該PWM信號的PWM控制信號來驅動該等開關QU和QL的控制輸入(例如，閘極終端)。
習知的調變器可具有非線性的調變器，其可引發前面所說明的許多調節器設計挑戰。該線性度控制器211在此會進一步地說明來將該調變器103的增益線性化，以最小化或減低由非線性增益所造成的設計上的挑戰。
圖3為根據本發明之實施例而實行之包含線性度控制器311之調變器300的簡化方塊圖，其中該調變器300可被使用作為該調變器103。在此實施例中，該調變器300係被組構成一可變頻率、雙重邊緣工作週期控制器。該誤差 放大器207係提供VCOMP，其係被提供至一下斜波比較器301之正輸入，該下斜波比較器301在其負輸入處接收一下斜波信號DCOMP。該下斜波比較器301的輸出係透過一單發脈衝裝置305而被至提供一設定-重設(SR)閂309的設定輸入。VCOMP也被提供至一上斜波比較器303之負輸入，該上斜波比較器303在其正輸入處接收一上斜波信號UCOMP。該上斜波比較器303的輸出係透過另一個單發脈衝裝置307而被至提供一SR閂309的重設輸入。該SR閂309的Q輸出會提供該PWM信號，而反相的Q輸出會提供一反相的PWM信號。
係被饋入回到一上斜波產生器319，該上斜波產生器319會提供該URAMP信號於一輸出處。VCOMP會透過一高通濾波器(HPF)被提供到一具有增益K的增益裝置315之輸入，該增益裝置315之輸出會提供一下斜波壓擺(slew)信號DSR，其被提供至一下斜波產生器317之一斜率調整輸入。該下斜波產生器317具有之一輸出會提供DRAMP信號。DSR會進一步被提供至該線性度控制器311之一輸入，該線性度控制器311具有的一輸出會提供一上斜波壓擺信號USR至該上斜波產生器319之一斜率調整輸入。
該線性度控制器311包含一濾波器，其具有之一電阻器RF會被耦合於DSR與USR之間，而其具有之電容器CF會被耦合於USR與COMM之間。在一實施例中，RF係顯示作為一可變電阻器，而該濾波器時間常數係可變的。在 另一實施例中，RF係被調整或不然被程式化以將該RF&CF濾波器之濾波器時間常數設定到所希望的穩態切換週期TS。該TS值一般容易在控制器晶片上可獲得。
在該調變器300之一般操作中，該DRAMP信號超過VCOMP會重設為高態並以斜波的方式下降。當DRAMP下降至VCOMP的位準時，該比較器301會確定其輸出為高態，而該脈衝裝置305會輸出一脈波以將該SR閂309設定拉至PWM高態。當PWM變為高態時，會變為低態而啟始該URAMP信號以斜波的方式向上升。當URAMP上升至VCOMP的位準時，該比較器303會確定其輸出為高態，而該脈衝裝置307會輸出一脈波以將該SR閂309重設定拉回至PWM低態。
該DSR信號係被用來將在暫態事件期間該DRAMP的壓擺率予以加速(暫態植入)或減速(暫態釋放)。當VCOMP係響應於一暫態植入事件而上升時，DSR會被調整並且該下斜波產生器317會增加DRAMP的壓擺率以加速該調變器300的響應以更快的響應該暫態植入事件。在一習知調變器中，此可變響應也會改變該調變器增益。一習知控制器的調變器增益(G)會與穩態切換週期TS除以在操作期間的實際切換週期TP成正比，或者是G TS/TP。此非線性會引發先前所述的調節器設計挑戰。
該線性度控制器311會響應於DSR的改變並據此調整USR。DSR係相關於該實際切換週期TP或不然與該實際切換週期TP成比例。USR會響應於DSR而調整該URAMP 的壓擺率並因此響應該狀態事件。特別係，URAMP的壓擺率會基於DRAMP的壓擺率之改變而被調整以抵消增益的增加，以致於該調變器增益在暫態事件以及穩態期間仍維持恆定。此線性度會補償以克服習知可變頻率調變器的設計挑戰。
圖4為一描繪PWM、DRAMP、VCOMP、以及URAMP相對於時間之時序圖，其係例示包含該線性度控制器311的調變器300之操作。DRAMP會從一上電壓位準VTOP處以斜波的方式下降。當DRAMP相交於VCOMP時，PWM會變為高態，且URAMP會開始以從一下電壓位準VBOT處斜波方式上升。當URAMP相交於VCOMP時，PWM會被重設為低態。當DRAMP放電至VBOT時，其會被重設為高態而回到VTOP，且會以此方式重複操作。響應於一暫態的植入事件時，VCOMP會快速地增加而造成DSR增加DRAMP的壓擺率，該DRAMP會快速地減少。因此，相比於穩態狀況DRAMP在此循環會更快地相交於VCOMP，以致於URAMP不久即開始造成PWM不久就變回高態。該實際的切換週期TP相對於穩態的切換週期TS會減少。該線性度控制器311會感測DSR的增加並據此改變USR以調整URAMP的壓擺率，以致於其會更快地上升以更快地相交於VCOMP以終止此循環中PMW的脈衝。以此方式，URAMP的壓擺率會響應於DRAMP的壓擺率的改變而被調整，以致於該調節器增益在該暫態植入期間仍然維持相當恆定。VCOMP會在該暫態事件之後穩定下來且該調節器300會返 回到其穩態的切換週期TS。
圖5為根據本發明之一實施例而實行且包含一線性度控制器511之調變器500的簡化以及方塊圖，其中該調變器500可被使用為該調變器103。在此實施例中，該調變器500為一更細節的可變頻率、雙重邊緣工作週期控制器，其類似於該調變器300，其中類似的構件具有相同的元件符號。該誤差放大器207，該等比較器301、303，該脈衝裝置305、307，該SR閂309，該HPF 313以及該增益裝置315係被包含並且被耦合和被組構來以實質上類似的方式操作。該DRAMP產生器317以及該URAMP產生器319的額外細節會被提供。該線性度控制器511係類似於該線性度控制器311，但該線性度控制器511包含額外的構件用於介接該上斜波控制器。
DSR會被提供至一+1加法器501的輸入，該+1加法器501會輸出一信號DSR+1至一乘法器503的輸入。該乘法器503會接收一下斜波電流ID於另一輸入並且輸出一經修改下斜波電流IDM至一電流槽505的控制輸入。該電流槽505會被耦合於COMM與一下斜波節點506之間，因而產生該DRAMP信號。一下斜波電容CD係被耦合於節點506以及COMM之間，且節點506係被耦合至一比較器507的負輸入，因而接收VBOT於其正輸入處。該比較器507係將其輸出透過一脈衝裝置509而被耦合至一下斜波開關DSW之一控制輸入。DSW係被耦合於VTOP以及節點506之間。
該線性度控制器511包含RF、CF、一+1加法器512以及一組合器513。USR會被提供至該+1加法器512的輸入，該+1加法器512會輸出一信號USR+1至該乘法器513的輸入。該乘法器513會在另一輸入接收一上斜波電流IU，並且會輸出一經修改上斜波電流IUM至一參照源極電壓VDD的電流源515的控制輸入。該電流源515會將電流汲取(SOURCE)至一上斜波節點516以產生該URAMP信號。一上斜波電容器CU會被耦合於節點516和VBOT之間。PWM會被提供至一上斜波開關USW的控制輸入，該上斜波開關USW會被耦合於節點516和VBOT之間。
該調變器500的操作實質上係相同於針對調變器300所述內容，如同圖4的時序圖所例示。在穩態操作期間，VCOMP係穩定的且DSR會變為零。該+1加法器501會提供1的值給該乘法器503，以致於ID會實質上無修改地通過成為IDM到該電流槽505的控制輸出。該電流槽505會繼續用電流IUD(在穩態期間會用ID)來放電電容器CD以產生該DRAMP信號，直到其下降至VBOT時，此時該比較器507會確定其輸出為高態以致於該脈衝裝置505會暫時關閉該開關DSW。當DSW被關閉時，該電容器CD會迅速地充電至VTOP，該比較器507的輸出會變回至低態，且該開關DSW會開路。該DRAMP接著再次以斜波的方式下降因為電容器CD會被該電流槽505放電，並且會以此方式重複操作。
在穩態操作期間，該+1加法器512會提供1的值給乘 法器513，以致於IU實質上無修改地通過而成為IUM到該電流源515的控制輸入。該電流源515會以電流IUM(在穩態期間的IU)來充電電容器CU，而為低態以產生URAMP信號直到其上升到VCOMP。當URAMP到達VCOMP時，該比較器303會確定其輸出為高態以重設PWM為低態，並確定為高態。當被確定為高態時，USW會關閉而對電容器CU放電，以致於URAMP下降至VBOT。URAMP會停留在VBOT處直到幾乎被確定為低態時，此時電容器CU會再次被充電而以斜波的方式上升到URAMP。在穩態期間之操作會以此方式重覆。
響應於一負載的暫態，VCOMP會增加以造成DSR增加，以致於DSR+1增加超過1。IDM會增加超過ID而增加DRAMP的壓擺率，以致於其下降的比先前關於圖4所說明的還要快。當DSR增加時，USR也增加一對應的數額，以致於USR+1上升超過1。IUM會增加超過IU而增加URAMP的壓擺率。URAMP的壓擺率會響應於DRAMP的壓擺率之改變而改變一適當數額以維持在負載暫態期間該調變器500之增益。
圖6為根據實施例而實行包含一線性度控制器611之調變器600的簡化方塊圖，其中該調變器600可被使用作為該調變器103。在此實施例中，該調變器600係一更細節的可變頻率、雙重邊緣工作週期控制器，類似於該調變器500，其中類似構件具有相同的元件符號。在此案例中所有該等構件實質上為相同的，除該線性度控制器311之外， 並且該+1加法器512會由線性度控制器611所取代，該線性度控制器611包含一穩態頻率設定網路601、一除法器603、該乘法器513、以及一計時器605。該穩態頻率設定網路601會輸出TS到該除法器603的一輸入，在另一輸入接收TP並提供TS/TP於該乘法器513(取代輸入USR+1)的一輸入處。因此，該TS/TP值會使使用來修改該URAMP壓擺率。該計時器605會測量PWM的週期以便決定該實際切換頻率TP(使用一斜波或計數器或類似物)，其中TP會被提供到該除法器603。TS可被程式化且此值一般在該控制器之內很容易獲得。
調變器600之操作實質上類似於如上所述之調變器300及如圖4所例示之調變器500。一負載植入暫態會造成TP減少，以致於TS/TP值會增加以增加URAMP的壓擺率。URAMP的壓擺率會被調整一適當數額以維持該調變器600在負載暫態期間的增益。
圖7為根據本發明之實施例而實行包含一線性度控制器711之調變器700的簡化方塊圖，其中該調變器700可被使用作為該調變器103。在此實施例中，該調變器700為一更多細節的可變頻率峰值電流模式控制器。VCOMP會被提供至一窗口網路，該窗口網路包含一參照VDD的電流源701並且提供一窗口電流IW到一窗口電阻器RW+之一端以產生一上窗口電壓或正窗口電壓VW+。該窗口電阻器RW+之另一端會被耦合到VCOMP以及另一個窗口電阻器RW-之一端。RW-之另一端會產生一下窗口電壓或負窗口電壓 VW-，並且會被耦合至一電流槽703之一端。該電流槽703之另一端會被耦合到COMM。以此方式，藉由對應的窗口電壓，VW+係維持向上隔開VCOMP，而VW-係維持向下隔開VCOMP。RW+和RW-可具有用於在VCOMP附近的對稱窗口電壓之相同的電阻值。
一主要網路包含一電流槽705，其會從一主要節點706汲取一電流GM．VREF而產生一主要斜波電壓VM。該電流槽705可藉由一互導放大器而實行，該互導放大器的輸入會接收VREF且具有一互導增益“GM”。一主要電容器CM會被耦合於節點706和COMM之間，並且節點706會被耦合到一比較器707的負輸入，該比較器707會接收VW-作為其正輸入。該比較器707的輸出會顯示為CLK，該輸出會透過一脈衝裝置709而被提供至一開關MSW的一控制輸入且被提供至一SR閂710的設定輸入。VW+會被提供至該開關MSW之一經切換終端，且其另一個經切換終端會被耦和到節點706。在操作中，當MSW為開路時，該電流槽705會以一正比於GM．VREF的速率來放電電容器CM。當VM下降低於該下窗口電壓VW-時，該比較器707會確定其輸出為高態，以致於該SR閂710會確認PWM為高態，並且該開關MSW會關閉以重設VM為高態至該上窗口電壓VW+。
一從屬網路係包含一電流槽713，其會汲取一電流GM．VREF自一從屬節點714處而產生一從屬斜波電壓VS。該電流槽713亦可由具有轉導增益GM的轉導放大器 來實行。一從屬電容器CS會被耦合於節點714和COMM之間並且節點714會被耦合至一加法器的輸入並在其另一個輸入接收一電壓VSADJ。該加法器715的輸出會被耦合至一比較器717正輸入來接收並在其負輸入處接收VW+。該比較器717的輸出會被提供至SR閂710的重設輸入。參照於VDD的電流源716會汲取一電流GM．VIN至一開關SSW1之一經切換終端，而另一個經切換終端會被耦合至節點714。該電流源716也可被實行為一具有轉導增益GM之轉導放大器。PWM係被提供至該開關SSW1之控制輸入。
在穩態期間之從屬網路的操作中，VSADJ為低態或零，且在SSW1開路時，該電流槽713會以一正比於GM．VREF的速率來放電電容器CS。當PWM被確定為高態，該開關SSW1會關閉，以致於該電流源716會尋求一正比於GM．VIN的電流至節點714來充電該電容器CS。應注意，VREF係指示該輸出電壓VOUT的電壓位準，且VIN會比VOUT還大，以致於當開關SSW1會關閉時，該電壓VS會以GM．(VIN-VREF)的速率以斜波的方式上升。當VS(或該加法器715的輸出)上升超過VW+時，該比較器717會確定其輸出為高態以重設該SR閂並將PWM拉回低態。
該線性度控制器711包含一壓擺偵測器719，該壓擺偵測器719之一輸入係接收VCOMP且其輸出會被提供至一具有增益K的增益裝置721，該增益裝置721之輸出會被提供另一個具有增益(GM．VREF)/CM之增益方塊723，其中“CM”為主要電容器CM的電容值。該增益方塊723的輸 出會被提供至RF&CF濾波器，該RF&CF濾波器會被以實質上類似先前所述的方式組構用以便產生USR而被提供至一乘法器725的一輸入。一值GM．VIN會被提供至該乘法器725之另一個輸入，而該乘法器725的輸出會被提供至一參照VDD的電流源727之控制輸入。該電流源727會汲取電流進入一節點718以產生該VSADJ電壓。一電容器CS2會被耦合於節點718和COMM之間。一開關SSW2具有耦合於節點718和COMM之間的經切換終端，並且具有一控制輸入來接收。
在該線性度控制器711的操作中，在當VCOMP不改變時的穩態期間，壓擺偵測器719的輸出係零或接近零，以致於VSADJ也會變成零。當VCOMP響應於一負載暫態而改變時，VW+和VW-會與VCOMP一致地向上或向下移動該VCOMP會改變操作的頻率，因為在節點706上的VM會在此兩個電壓位準之間切換。舉例來說，當VCOMP增加時，VM會更快速地下降到VW-(相較於穩態)，並重設回到VW+，以致於整體頻率會增加。同樣地，當VCOMP減少時，VM會花更多時間到達VW-，以致於該頻率減少。該壓擺偵測器719係偵測VCOMP和方塊719、721、723的變化率，並且該RF&CF濾波器會發出該USR信號。USR係接著乘以GM．VIN以控制的該電流源之727電流位準以充電該電容器CS2，而係處於低態且開關SSW2係處於開路。當PWN變為低態且變為高態時，開關SSW2係處於閉路，且該電容器CS2係被方便且VSADJ係變為零。該 VSADJ電壓係被加到VS以維持該調變器700的增益於一相當穩定的位準。以此方式，因為該實際切換頻率係正比於VCOMP的壓擺率，VCOMP可被使用來得到該信號VSADJ以修改該調變器斜波信號以線性化調器器增益。
應注意，在沒有VSADJ的暫態事件期間，代表調節電感器電流的該VS信號，會追蹤平均電流之上。在此習知的案例中，該工作週期係太大因為該增益會隨著時脈頻率的增加而增加。當VSADJ如所顯示被產生且被施加之時，該VS信號會更精準地追蹤該平均電流，因為該線性度控制器711會隨著頻率增加或減少而更正該調變器增益。
已確定，一習知可變頻率調節器的AC響應(相位邊際以及增益)係非線性的，其中該增益係和TS/TP成比例。因此，當該頻率增加或減少時，該增益跟著增加會減少一比例的數額。如先前所述，此非線性調變器增益可引發大的過衝現象，從小負載到大負載階段的不一致動態響應，在高頻率連續負載暫態期間的不一致動態響應，非線性AC(交流電)響應…等。實質上相同的可變頻率調節器係被修改以包含一如這裡所說明的線性度控制器，而該可變頻率調節器的AC響應係允許該增益以及相位邊界維持實質上未修改，儘管有巨大的切換頻率變化，因而改良了AC響應並消除或最小化先前所述之設計上的挑戰。
具有一線性度控制器的調變器會基於該切換周期而增加一控制斜波壓擺率，其會導致回鈴現象大幅度的降低。從小負載階段到大負載階段的響應相較於習知的組態會來 得更一致。該調變器增益在可變頻率操作的期間依然維持平坦。一線性度控制器可被施用到其他可變頻率的拓撲(topology)，諸如峰值電流模式控制、磁滯控制、合成漣波調節器...等。
雖然本發明已經相關於某些較佳的版本以相當多的細節來說明，但是其他版本或變化例係可能的且容易思及。熟習該項技術者應瞭解的是，他們可輕易使用本揭示的概念以及特定實施例作為設計或是修改其它結構的基礎，以便實施本發明同樣的用途而不偏離以下申請專利範圍所定義之本發明的精神與範疇。
100‧‧‧電子裝置
101‧‧‧電源系統
102‧‧‧調節器
103‧‧‧調變器
105‧‧‧匯流排
107‧‧‧處理器
109‧‧‧週邊系統
111‧‧‧系統記憶體
113‧‧‧輸入/輸出(I/O)系統
201‧‧‧中間相位節點
202‧‧‧衰減控制器
203‧‧‧輸出節點
205‧‧‧負載
207‧‧‧誤差放大器(EA)
208‧‧‧電流感測器
209‧‧‧驅動模組
211‧‧‧線性度控制器
300‧‧‧調變器
301‧‧‧下斜波比較器
303‧‧‧上斜波比較器
305‧‧‧單發脈衝裝置
307‧‧‧單發脈衝裝置
309‧‧‧設定-重設(SR)閂
311‧‧‧線性度控制器
313‧‧‧高通濾波器(HPF)
315‧‧‧增益裝置
317‧‧‧下斜波產生器
319‧‧‧上斜波產生器
500‧‧‧調變器
501‧‧‧+1加法器
503‧‧‧乘法器
505‧‧‧電流汲取
506‧‧‧下斜波節點
507‧‧‧比較器
509‧‧‧脈衝裝置
511‧‧‧線性度控制器
512‧‧‧+1加法器
513‧‧‧組合器/乘法器
515‧‧‧電流源
516‧‧‧上斜波節點
600‧‧‧調變器
601‧‧‧穩態頻率設定網路
603‧‧‧除法器
605‧‧‧計時器
611‧‧‧線性度控制器
700‧‧‧調變器
701‧‧‧電流源
703‧‧‧電流汲取
705‧‧‧電流汲取
706‧‧‧主要節點
707‧‧‧比較器
709‧‧‧脈衝裝置
710‧‧‧SR閂
711‧‧‧線性度控制器
713‧‧‧電流汲取
714‧‧‧從屬節點
715‧‧‧加法器
716‧‧‧電流源
717‧‧‧比較器
718‧‧‧節點
719‧‧‧壓擺偵測器/方塊
721‧‧‧增益裝置/方塊
723‧‧‧增益方塊
725‧‧‧乘法器
727‧‧‧電流源
CD‧‧‧下斜波電容器
CF‧‧‧電容器
CM‧‧‧主要電容器
CO‧‧‧輸出電容器
COMM‧‧‧共同參考電壓
CS‧‧‧從屬電容器
CS2‧‧‧電容器
CU‧‧‧上斜波電容器
DRAMP‧‧‧下斜波信號
DSR‧‧‧下斜波壓擺信號
DSW‧‧‧開關
EA‧‧‧誤差放大器
GM‧‧‧互導增益
HPF‧‧‧高通濾波器
ID‧‧‧下斜波電流/衰減電流
IDM‧‧‧經修改下斜波電流
IL‧‧‧電感器電流
IU‧‧‧上斜波電流
IUM‧‧‧經修改上斜波電流
IW‧‧‧窗口電流
K‧‧‧增益
LO‧‧‧輸出電感器
PH‧‧‧相位電壓
QL‧‧‧開關
QU‧‧‧開關
RF‧‧‧電阻器
RW-‧‧‧窗口電阻器
RW+‧‧‧窗口電阻器
SSW1‧‧‧開關
SSW2‧‧‧開關
TP‧‧‧實際切換週期
TS‧‧‧穩態切換週期
URAMP‧‧‧上斜波信號
USR‧‧‧上斜波壓擺信號
USW‧‧‧開關
VBOT‧‧‧下電壓位準
VCOMP‧‧‧補償電壓
VDD‧‧‧源極電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VM-‧‧‧主要斜波電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VREF‧‧‧參考電壓
VS‧‧‧從屬斜波電壓
VSADJ‧‧‧電壓
VTOP‧‧‧上電壓位準
VW-‧‧‧下窗口電壓
VW+‧‧‧上窗口電壓
ZC‧‧‧第二阻抗
ZFB‧‧‧第一阻抗
參考了以上說明以及後附圖式，本發明的利益、特徵、以及優點將變得更明瞭，其中：圖1為根據本發明之實施例而實行之電子裝置的簡化方塊圖，該電子裝置係用具有調節器之電源系統來組構，該調節器進一步包含調變器；圖2為根據本發明之實施例而實行之調節器的簡化方塊圖，該調節器包含圖1中的調變器之簡化方塊圖，該調變器包含線性度控制器；圖3為根據本發明之實施例而實行之包含線性度控制器之調變器的簡化方塊圖，其中該調變器係被組構成一可變頻率、雙重邊緣工作週期控制器，其可被使用作為圖1和圖2中的該調變器； 圖4為圖3中範例操作下的調變器之信號描繪時序圖；圖5為包含圖3中的線性度控制器之調變器的簡化方塊圖，其中該調變器係被組構成一可變頻率、雙重邊緣工作週期控制器，其可被使用作為圖1和圖2中的該調變器；圖6為根據實施例而實行包含線性度控制器之調變器的簡化方塊圖，其中該調變器係被組構成一可變頻率、雙重邊緣工作週期控制器，其可被使用作為圖1和圖2中的該調變器；以及圖7為根據本發明之實施例而實行包含線性度控制器之調變器的簡化方塊圖，其中該調變器係被組構成一可變頻率峰值電流模式控制器，其可被使用作為圖1和圖2中的該調變器。

Claims (20)

  1. 一種可變頻率調變器，其包括：一補償網路，其係被組構用以提供一指示一輸出負載情況的補償信號；一第一脈衝控制網路，其係被組構用以起始一脈衝控制信號上的脈衝，其中該第一脈衝控制網路係被組構成基於該補償信號的改變而調整操作頻率；一第二脈衝控制網路，其被組構成基於一預定的時序參數而終止該脈衝控制信號上的該等脈衝；一線性度控制器，其被耦合至該第二脈衝控制網路，該線性度控制器係被組構成基於一預定的穩態操作頻率和一實際操作頻率而藉由該第二脈衝控制網路來調整用以終止該等脈衝的時序，以維持調變器增益於一恆定的位準。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可變頻率調變器，其進一步包括：一壓擺偵測網路，其係被組構用以感測該補償信號的改變，以及用以提供一壓擺率信號予以指示；以及其中該線性度控制器係包括：一濾波器網路，其係根據該穩態操作頻率而被組構，其中該濾波器網路係接收該壓擺率信號，並提供一時序調整信號予以指示；以及一組合器，其係被組構用以根據該預定的時序參數而將該時序調整信號和由該第二脈衝控制網路產生的一時序信號相組合，以提供一用於終止該等脈衝的調整時序信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之可變頻率調變器，其中該壓擺偵測網路包括一高通濾波器。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之可變頻率調變器，其中該濾波器網路包括一電阻器-電容器的濾波器，其係基於一穩態操作週期而被組構。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之可變頻率調變器，其中該線性度控制器包括：一穩態頻率設定模組，其提供一穩態週期值；一計時器網路，其接收該脈衝控制信號並且提供一實際的操作週期值；一第一組合器，其係被組構用以將該穩態週期值與該實際的操作週期值相組合，以提供一調整值；以及一第二組合器，其係被組構用以組合該調整值和由該第二脈衝控制網路所提供的一預定時序值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之可變頻率調變器，其中該線性度控制器包括：一壓擺偵測網路，其係被組構用以感測該補償信號的改變，以及用以提供一壓擺率信號予以指示；至少一增益方塊，其係被組構用以調整該壓擺率信號的增益；一濾波器網路，其係根據該穩態操作頻率而組構，其中該濾波器網路係接收該壓擺率信號並提供一時序調整信號予以指示；以及一組合系統，其係被組構成根據該預定的時序參數而 將該時序調整信號與由該第二脈衝控制網路所產生的一時序信號予以組合，以提供一經調整的時序信號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之可變頻率調變器，其中：該第一脈衝控制網路係被組構用以產生一第一斜波信號，並且用以在該第一斜波信號相交於該補償信號之時起始該脈衝控制信號上之一脈衝，其中該第一脈衝控制網路係被組構用以基於該補償信號的改變而調整該第一斜波信號之一壓擺率；其中該第二脈衝控制信號係被組構用以在該脈衝控制信號之該脈衝之啟動時產生一第二斜波信號，並且用以在該第二斜波信號相交於該補償信號之時終止該脈衝；以及其中該線性度控制器係被組構用以基於該預定的穩態操作頻率以及該實際的操作頻率來調整該第二斜波信號的一壓擺率，以維持該調變器增益於該恆定的位準處。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之可變頻率調變器，其中：該第一脈衝控制網路係包括：一窗口網路，其係被組構用以產生一上窗口位準在一固定的數額處於該補償信號之上，並產生一下窗口位準在一固定的數額處於該補償信號之下；以及一斜波產生器，其係被組構用以產生一第一斜波信號，其係以斜波的方式變動於該等上窗口信號以及該下窗口信號之間； 其中該第二脈衝控制網路係被組構用以產生一第二斜波信號，其係基於一輸入電壓和一參考電壓之一速率在該脈衝控制信號之脈衝期間以斜波的方式向上至該上窗口位準，並基於該參考電壓之一速率以斜波的方式下降至介於該脈衝控制信號的脈衝之間；以及其中該線性度控制器係被組構用以基於該預定的穩態操作頻率以及該實際的操作頻率且以斜波的方式下降之時來調整該第二斜波信號的一壓擺率，以維持該調變器增益於該恆定的位準處。
  9. 一種操作一可變頻率調變器之方法，包括：提供一指示一輸出負載情況之補償信號；基於該補償信號在一操作頻率來啟始一脈衝控制信號上的脈衝；基於一預定的時序參數來終止該脈衝控制信號上的脈衝；以及基於一預定的穩態操作頻率和一實際的操作頻率來調整終止該等脈衝的時序，以維持調變器增益於一恆定的位準。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其進一步包括：感測該補償信號的改變，並且提供一壓擺率信號予以指示；基於一穩態週期將該壓擺率信號濾波，並且提供一時序調整信號予以指示；以及其中的調整時序包括基於該預定的時序參數使用該時 序調整信號來調整一時序信號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中的濾波包括高通濾波。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中的濾波包括使用一基於該穩態週期而組構的電阻器-電容器之濾波器來濾波。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中的調整時序係包括：提供一穩態週期值；測量該脈衝控制信號的時序，並且提供一實際操作週期值；將該穩態週期值和該實際操作週期值組合，並且提供一對應的調整值；以及將該調整值和一預定的時序值組合以調整終止該等脈衝的時序。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中的調整時序係包括：感測該補償信號的改變，並且提供一壓擺率信號予以指示；調整該壓擺率信號的一增益；基於一穩態週期而濾波該壓擺率信號，並且提供一時序調整信號予以指示；以及將該調整信號和相關於該預定的時序參數之一時序信號相組合以提供一經調整的時序信號，其係被使用來調整 用以終止該等脈衝的時序。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中：啟始一脈衝控制信號上的脈衝係包括產生一第一斜波信號，並且在該第一斜波信號相交於該補償信號之時起始該脈衝控制信號上之脈衝；基於該補償信號的改變來調整該第一斜波信號的一壓擺率；其中終止該脈衝控制信號上的脈衝係包括在啟動該脈衝控制信號上的脈衝之時產生一第二斜波信號，並且在該第二斜波信號相交於該補償信號之時終止該脈衝；以及其中調整終止該等脈衝的時序係包括基於該預定的穩態操作頻率以及該實際的操作頻率來調整該第二斜波信號的一壓擺率，以維持調變器增益於一恆定的位準處。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中：啟始一脈衝控制信號上的脈衝係包括產生一窗口範圍於該補償信號之任一側上，並產生一第一斜波信號，其係以斜波的方式變動於該窗口範圍之內；其中該終止該脈衝控制信號上的脈衝係包括產生一第二斜波信號，其係基於一輸入電壓和一參考電壓的差之一速率在該脈衝控制的脈衝期間在一方向上以斜波的方式變動至該窗口範圍的邊界，並且其係基於該參考電壓之一速率以一相反方向以斜波的方式變動。
  17. 一種電子裝置，其係包括：一切換電路，其係響應於一脈衝控制信號，用以切換 施加於一輸出電感器的電壓，以將一輸入電壓轉換成一經調節之輸出電壓；以及一可變頻率調變器，其係包括：一補償網路，其係被組構用以提供一指示一輸出負載情況的補償信號；一第一脈衝控制網路，其係被組構用以起始該脈衝控制信號的脈衝，其中該第一脈衝控制網路係被組構成基於該補償信號的改變而調整操作頻率；一第二脈衝控制網路，其係被組構成基於一預定的時序參數而終止該脈衝控制信號上的脈衝；一線性度控制器，其被耦合至該第二脈衝控制網路，該線性度控制器係被組構成基於一預定的穩態操作頻率和一實際操作頻率而藉由該第二脈衝控制網路來調整用以終止該等脈衝的時序，以維持調變器增益於一恆定的位準。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電子裝置，其進一步包括一處理器以及一記憶體，兩者皆係經由該輸出電壓來接收電源。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之電子裝置，其中該可變頻率調變器進一步包括：一壓擺偵測網路，其係被組構用以感測該補償信號的改變，以及用以提供一壓擺率信號予以指示；其中該線性度控制係包括：一濾波器網路，其係根據該穩態操作頻率而組構，其中該濾波器網路係接收該壓擺率信號並提供一時序調整信 號予以指示；以及一組合器，其係被組構成根據該預定的時序參數而將該時序調整信號與由該第二脈衝控制網路所產生的一時序信號予以組合，以提供一經調整的時序信號，其係用來終止該等脈衝。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之電子裝置，其中該線性度控制器係包括：一穩態頻率設定模組，其係提供一穩態週期值；一計時器，其係接收該脈衝控制信號且係提供一實際操作週期值；一第一組合器，其係被組構用以將該穩態週期值與該實際操作週期值相組合，以提供一調整值；以及一第二組合器，其係組構用以將該調整值與由該第二脈衝控制網路所提供的一預定計時值相組合。
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