TW202023167A - 交換調整器、電源電路以及操作交換調整器的方法 - Google Patents

交換調整器、電源電路以及操作交換調整器的方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種被配置以基於輸入電壓而產生輸出電壓的交換調整器。所述交換調整器包括：電感器；以及電容器電路，被配置以藉由以自所述輸入電壓經過所述電感器的電感器電流進行充電而產生所述輸出電壓，基於所述輸出電壓是第一位準或第二位準而提供第一電容作為負載電容，且基於所述輸出電壓介於所述第一位準與所述第二位準之間而提供小於所述第一電容的第二電容作為所述負載電容。

Description

交換調整器、電源電路以及操作交換調整器的方法
與各示例性實施例相一致的方法及裝置是有關於電源電壓產生，且更具體而言，是有關於一種動態地改變輸出電壓的交換調整器及一種包括所述交換調整器的電源電路。
可產生電源電壓來向電子組件提供電力。電源電壓可需要具有減少的雜訊以及使電子組件運行所需的位準。另外，可改變提供至電子組件的電源電壓的位準，以減少電子組件的功率消耗。舉例而言，在用於處理數位訊號的數位電路的情形中，當需要相對低的效能時可提供低位準的電源電壓，而當需要相對高的效能時可提供高位準的電源電壓。因此，可需要使產生電源電壓的電路產生能夠在雜訊減少的情況下快速地改變位準的電源電壓。
各示例性實施例提供一種可在雜訊減少的情況下快速地改變至所需位準的電源電壓及一種包括交換調整器的電源電路。
根據示例性實施例的態樣，提供一種被配置以基於輸入電壓而產生輸出電壓的交換調整器，其包括：電感器；以及電容器電路，被配置以藉由以自所述輸入電壓經過所述電感器的電感器電流進行充電而產生所述輸出電壓，基於所述輸出電壓是第一位準或第二位準而提供第一電容作為負載電容，且基於所述輸出電壓介於所述第一位準與所述第二位準之間而提供小於所述第一電容的第二電容作為所述負載電容。
根據另一示例性實施例的態樣，提供一種被配置以基於輸入電壓而產生輸出電壓的交換調整器，其包括：電感器；以及電容器電路，被配置以提供負載電容，藉由以自所述輸入電壓經過所述電感器的電感器電流進行充電而產生所述輸出電壓，且基於控制訊號而將所述負載電容自第一電容迅速地改變至小於所述第一電容的第二電容及將所述負載電容自所述第二電容逐漸地改變至所述第一電容。
根據另一示例性實施例的態樣，提供一種被配置以基於輸入電壓而產生電源電壓的電源電路，其包括：第一電壓調整器，被配置以基於所述輸入電壓及參考電壓而產生第一輸出電壓；開關，被配置以基於控制訊號而在地電壓與所述第一輸出電壓之間改變負載電容；以及功率控制器，被配置以根據負載條件而產生所述參考電壓以控制所述第一電壓調整器改變所述第一輸出電壓，且基於所述第一輸出電壓是恆定的而產生所述控制訊號以控制所述開關將所述負載電容維持於第一電容，並基於所述第一輸出電壓改變而將所述負載電容維持於小於所述第一電容的第二電容。
根據示例性實施例的態樣，提供一種操作被配置以基於輸入電壓而產生輸出電壓的交換調整器的方法。所述方法包括：基於所述輸出電壓是第一位準而將第一電容維持為負載電容；基於所述輸出電壓自所述第一位準改變至第二位準而將所述負載電容維持為小於所述第一電容的第二電容；以及基於所述輸出電壓是所述第二位準而將所述負載電容維持為所述第一電容。
根據示例性實施例的態樣，提供一種被配置以基於輸入電壓而提供輸出電壓的交換調整器，所述交換調整器包括：電容器電路，被配置以基於控制訊號指示恆定的輸出電壓而提供第一電容且基於所述控制訊號指示改變的輸出電壓而提供第二電容；以及控制器，被配置以產生所述控制訊號。
圖1是示出根據示例性實施例的交換調整器10的方塊圖。交換調整器10可基於參考電壓VREF 及輸入電壓VIN 而產生輸出電壓VOUT ，且輸出電壓VOUT 可用作其他電子組件的電源電壓。如圖1中所示，交換調整器10可包括電感器L、開關電路11、開關控制器12及電容器電路13。在一些示例性實施例中，交換調整器10中所包括的組件可包含於一個半導體封裝中。在一些示例性實施例中，交換調整器10可包括上面安裝有組件的印刷電路板。
交換調整器10可產生輸出電壓VOUT 。舉例而言，交換調整器10的開關電路11可基於自開關控制器12提供的開關控制訊號C_SW而使開關導通/斷開，進而繞過電感器L以使電感器電流IL 的路徑交換。在本說明書中，開關導通可指代其中使開關的二端電性連接的狀態，且開關斷開可指代其中使開關的二端電性斷開的狀態。如以下參照圖3A、圖3B及圖3C所述，作為交換調整器10的實例的直流至直流（DC-DC）轉換器可自為直流（direct current，DC）電壓的輸入電壓VIN 產生為DC電壓的輸出電壓VOUT 。在下文中，將主要參照DC-DC轉換器作為交換調整器10來闡述示例性實施例。然而，應瞭解，所述示例性實施例可應用於其他類型的交換調整器10，例如其中輸入電壓VIN 是交流（alternating current，AC）電壓的AC-DC轉換器。
開關電路11可自開關控制器12接收開關控制訊號C_SW，且可包括基於開關控制訊號C_SW而導通及斷開的至少一個開關。開關電路11可基於開關控制訊號C_SW而控制自輸入電壓VIN 流過電感器L的電感器電流IL 的路徑。舉例而言，開關電路11可因應於開關控制訊號C_SW而將電感器電流IL 提供至電容器電路13以對電容器電路13中所包括的電容器進行充電，同時開關電路11可因應於開關控制訊號C_SW而阻止電感器電流IL 被供應至電容器電路13以防止電容器電路13中所包括的電容器被過充電（overcharge）。另外，當存在自交換調整器10接收輸出電壓VOUT 的負載時，可將電感器電流IL 的至少一部分提供至所述負載。稍後將參照圖3A、圖3B及圖3C等來闡述開關電路11的實例。
開關控制器12可基於參考電壓VREF 及輸出電壓VOUT 而產生開關控制訊號C_SW。舉例而言，開關控制器12可包括二或更多個電阻器，且可產生由二或更多個電阻器劃分的輸出電壓VOUT 作為回饋電壓。開關控制器12可將回饋電壓與參考電壓VREF 進行比較，且可產生開關控制訊號C_SW，以使得回饋電壓與參考電壓VREF 匹配。因此，輸出電壓VOUT 的位準可由參考電壓VREF 的位準決定，且輸出電壓VOUT 的位準可藉由改變參考電壓VREF 的位準而改變。
電容器電路13可包括至少一個電容器，且所述至少一個電容器中的至少一個電容器可藉由電容器電流IC 進行充電或放電。舉例而言，當提供電感器電流IL 的至少一部分作為電容器電流IC 以使得電容器電流IC 為正（+）時，可對電容器電路13的至少一個電容器進行充電。另一方面，當電容器電流IC 藉由開關電路11而流向地電壓（或地）或流向接收輸出電壓VOUT 的負載以使得電容器電流IC 為負時，可對電容器電路13的至少一個電容器進行放電。如圖1中所示，電容器電路13可在輸出電壓VOUT 與地電壓之間提供負載電容CL 。
由交換調整器10產生的輸出電壓VOUT 可用作向電子組件提供電力的電源電壓，且此類電子組件可被稱為交換調整器10的負載。舉例而言，可將輸出電壓VOUT 提供至被配置以處理數位訊號的數位電路、被配置以處理類比訊號的類比電路、及/或被配置以處理射頻（radio frequency，RF）訊號的RF電路。負載電容CL 可由各種要求決定。舉例而言，輸出電壓VOUT 可需要具有減少的雜訊以防止負載發生故障，且具體而言，可需要減少因交換調整器10的交換操作所致的漣波（ripple）。因此，負載電容CL 可需要具有大的值，以減少輸出電壓VOUT 的漣波。另一方面，輸出電壓VOUT 的位準可動態地改變以減少負載的功率消耗，且舉例而言，交換調整器10可被配置以輸出低位準的輸出電壓VOUT ，而在負載處需要高效能或高功率消耗時提供高位準的輸出電壓VOUT 。因此，為快速地且動態地改變輸出電壓VOUT 的位準，負載電容CL 可需要具有小的值。根據示例性實施例，如以下參照圖2及圖5等所述，交換調整器10可提供位準快速地改變並且雜訊得以減少的輸出電壓VOUT 。
電容器電路13可接收電容器控制訊號C_CL，且可提供根據電容器控制訊號C_CL而變化的負載電容CL 。舉例而言，電容器電路13可在輸出電壓VOUT 的位準保持恆定時因應於電容器控制訊號C_CL而提供相對大的負載電容CL ，但電容器電路13可在輸出電壓VOUT 的位準改變時因應於電容器控制訊號C_CL而提供相對低的負載電容CL 。因此，輸出電壓VOUT 可具有快速動態地改變的位準且具有減少的雜訊。在本說明書中，可將用於控制電容器電路13的電容器控制訊號C_CL稱為控制訊號。
圖2是示出根據示例性實施例基於時間的推移，圖1所示交換調整器10的操作的實例的曲線圖。具體而言，圖2在不存在負載的情況下基於時間的推移而示出圖1所示的輸出電壓VOUT 及負載電容CL 。圖2中的虛線基於其中負載電容CL 具有由電容器固定的電容CL0 的比較例而示出輸出電壓VOUT 及負載電容CL 。在下文中，以下將參照圖1來闡述圖2。
參照圖2，電容器電路13可基於電容器控制訊號C_CL而使負載電容CL 在相對高的第一電容CL1 與相對低的第二電容CL2 之間交換。另一方面，根據比較例，負載電容CL 可以介於第一電容CL1 與第二電容CL2 之間的固定電容CL0 而保持恆定。
自時間t20至時間t21，輸出電壓VOUT 可維持於第一位準V1 。舉例而言，在接收輸出電壓VOUT 的負載處可需要低效能及/或低功率消耗，且因此輸出電壓VOUT 可維持於相對低的第一位準V1 。電容器電路13可因應於電容器控制訊號C_CL而提供第一電容CL1 作為負載電容CL 。對比而言，根據比較例的負載電容CL 是低於第一電容CL1 的固定電容CL0 。因此，如圖2中所示，自時間t20至時間t21，交換調整器10可產生與比較例相較漣波減少的輸出電壓VOUT 。隨著充電及放電的重複，電容器電流IC 可以恆定平均值而振盪。
自時間t21至時間t22，輸出電壓VOUT 可自第一位準V1 動態地改變至第二位準V2 。輸出電壓VOUT 的第一位準V1低於第二位準V2。舉例而言，在接收輸出電壓VOUT 的負載處可需要高效能及/或高功率消耗，且因此，可出現使輸出電壓VOUT 的位準增大的週期。電容器電路13可因應於電容器控制訊號C_CL而提供第二電容CL2 作為負載電容CL 。對比而言，根據比較例的負載電容CL 是高於第二電容CL2 的固定電容CL0 。因此，如圖2中所示，交換調整器10可在相對早的點（即，時間t22）產生具有第二位準V2 的輸出電壓VOUT ，而根據比較例的交換調整器10可在相對延遲的時間點（即，時間t23）產生具有第二位準V2 的輸出電壓VOUT 。另外，因第二電容CL2 小於比較例的固定電容CL0 ，電容器電流IC 可具有較比較例低的峰值，且因此經過開關電路11及電感器L的峰值電流的量值可減小。因此，因減小的電感器電流IL 的峰值，交換調整器10的操作可靠性可得以改良。此外，開關電路11及電感器L的大小可減小。
自時間t22至時間t24，輸出電壓VOUT 可維持於第二位準V2 。電容器電路13可因應於電容器控制訊號C_CL而提供第一電容CL1 作為負載電容CL 。對比而言，根據比較例的負載電容CL 是低於第一電容CL1 的固定電容CL0 。因此，如圖2中所示，類似於在自時間t20至時間t21的週期期間，交換調整器10可在自時間t22至時間t23的週期期間產生與比較例相較漣波減少的輸出電壓VOUT 。隨著充電及放電的重複，電容器電流IC 可以恆定平均值而振盪。
自時間t24至時間t25，輸出電壓VOUT 可自第二位準V2 動態地改變至第一位準V1 。舉例而言，接收輸出電壓VOUT 的負載可需要具有低效能及/或低功率消耗，且因此，可出現其中使輸出電壓VOUT 的位準減小的週期。電容器電路13可因應於電容器控制訊號C_CL而提供第二電容CL2 作為負載電容CL ，而根據比較例的負載電容CL 是高於第二電容CL2 的固定電容CL0 。因此，如圖2中所示，交換調整器10可在相對早的時間點t25產生具有第一位準V1 的輸出電壓VOUT ，而根據比較例，輸出電壓VOUT 可在相對延遲的時間（即，在時間t26）具有第一位準V1 。
自時間t25，輸出電壓VOUT 可維持於第一位準V1 。電容器電路13可因應於電容器控制訊號C_CL而提供第一電容CL1 作為負載電容CL ，而根據比較例的負載電容CL 是低於第一電容的固定電容CL0 。因此，類似於自時間t20至時間t21的週期，交換調整器10可自時間t25產生與比較例相較漣波減少的輸出電壓VOUT 。隨著充電及放電的重複，電容器電流IC 可以恆定平均值而振盪。
雖然在圖2所示實例中將輸出電壓VOUT 示出為具有二個不同位準（亦即，第一位準V1 及第二位準V2 ）中的一者，然而在一些示例性實施例中，可將輸出電壓VOUT 選擇性地控制為三或更多個不同的位準。另外，在圖2所示實例中，已將負載電容CL 示出為具有二個不同電容（即第一電容CL1 及第二電容CL2 ）中的一者，但在一些示例性實施例中，電容器電路13可基於輸出電壓VOUT 的位準而提供具有三或更多個不同值中的一者的負載電容CL 。
圖3A、圖3B及圖3C示出根據示例性實施例的交換調整器的實例。具體而言，圖3A、圖3B及圖3C示出降壓轉換器30a、升壓轉換器30b及降壓-升壓轉換器（buck-boost converter）30c來作為DC-DC轉換器的實例。在下文中，對圖3A、圖3B及圖3C的說明中重複的內容將不再予以贅述。
參照圖3A，降壓轉換器30a可用作步降（step-down）轉換器，且以較輸入電壓VIN 的位準低的位準產生輸出電壓VOUT 。如圖3A中所示，降壓轉換器30a可包括電感器L、開關電路31a、開關控制器32a及電容器電路33a。開關控制器32a可基於參考電壓VREF 及輸出電壓VOUT 而產生開關控制訊號C_SW，以將開關控制訊號C_SW提供至開關電路31a。當參考電壓VREF 的位準改變時，開關控制器32a可基於位準經改變的參考電壓VREF 及輸出電壓VOUT 的位準而產生開關控制訊號C_SW。開關電路31a可包括串聯連接於輸入電壓VIN 與地電壓之間的二個開關。在一些示例性實施例中，開關電路31a可因應於開關控制訊號C_SW而使所述二個開關互斥地導通。電容器電路33a可在輸出電壓VOUT 與地電壓之間提供根據電容器控制訊號C_CL而變化的負載電容CL 。
參照圖3B，升壓轉換器30b可用作步升（step-up）轉換器，且以較輸入電壓VIN 的位準高的位準產生輸出電壓VOUT 。如圖3B中所示，升壓轉換器30b可包括電感器L、開關電路31b、開關控制器32b及電容器電路33b。開關控制器32b可基於參考電壓VREF 及輸出電壓VOUT 而產生開關控制訊號C_SW，以將開關控制訊號C_SW提供至開關電路31b。當參考電壓VREF 的位準改變時，開關控制器32b可基於改變後的參考電壓VREF 的及改變後的輸出電壓VOUT 的位準而產生開關控制訊號C_SW。開關電路31b可包括將電感器L的一端分別電性連接至輸出電壓VOUT 及地電壓的二個開關。在一些示例性實施例中，開關電路31b可因應於開關控制訊號C_SW而使所述二個開關互斥地導通。電容器電路33b可在輸出電壓VOUT 與地電壓之間提供根據電容器控制訊號C_CL而變化的負載電容CL 。
參照圖3C，降壓-升壓轉換器30c可產生位準較輸入電壓VIN 的位準高或低的輸出電壓VOUT ，且可包括電感器L、開關電路31c、開關控制器32c及電容器電路33c。開關控制器32c可基於輸出電壓VOUT 的位準而產生開關控制訊號C_SW，以使得降壓-升壓轉換器30c用作圖3A所示降壓轉換器30a或圖3B所示升壓轉換器30b。舉例而言，當輸出電壓VOUT 的位準低於輸入電壓VIN 的位準時，開關控制器32c可產生開關控制訊號C_SW，以使得降壓-升壓轉換器30c使用開關電路31c中所包括的開關而具有與圖3A所示降壓轉換器30a相同的結構。另一方面，當輸出電壓VOUT 的位準高於輸入電壓VIN 的位準時，開關控制器32c可產生開關控制訊號C_SW，以使得降壓-升壓轉換器30c使用開關電路31c中所包括的開關而具有與圖3B所示升壓轉換器30b相同的結構。另外，開關控制器32c可基於參考電壓VREF 及輸出電壓VOUT 而產生開關控制訊號C_SW。
開關電路31c可包括串聯連接於輸入電壓VIN 與地電壓之間的二個開關、以及將電感器L的一端分別電性連接至輸出電壓VOUT 及地電壓的二個開關。電容器電路33c可在輸出電壓VOUT 與地電壓之間提供根據電容器控制訊號C_CL而變化的負載電容CL 。
圖4是示出根據示例性實施例的圖1所示電容器電路13的實例的電路圖。如以上參照圖1所述，圖4所示電容器電路40可在輸出電壓VOUT 與地電壓之間提供根據電容器控制訊號C_CL而變化的負載電容CL 。如圖4中所示，電容器電路40可包括具有固定電容的第一電容器C1及與第一電容器C1並聯連接的可變電容器41。在下文中，將參照圖1及圖2來闡述圖4。
可變電容器41可包括彼此串聯連接的第二電容器C2及開關SW，且開關SW可根據電容器控制訊號C_CL而導通及斷開。在一些示例性實施例中，開關SW可在輸出電壓VOUT 維持於恆定位準時保持導通，而開關SW可在輸出電壓VOUT 的位準改變時保持斷開。當開關SW導通時，第一電容器C1及第二電容器C2可並聯電性連接，且電容器電路40可提供對應於第一電容器C1的電容與第二電容器C2的電容之和的負載電容CL 。另一方面，當開關SW斷開時，電容器電路40可提供與第一電容器C1的電容對應的負載電容CL 。舉例而言，如以上參照圖2所述，當電容器電路40能夠提供二個不同負載電容（亦即，第一電容CL1 或第二電容CL2 ）中的任一者時，第一電容器C1可具有第二電容CL2 ，而第二電容器C2可具有對應於第一電容CL1 與第二電容CL2 之差CL1 -CL2 的電容。
在一些示例性實施例中，電容器電路40可因應於電容器控制訊號C_CL而將負載電容CL 自第一電容CL1 迅速地改變至第二電容CL2 ，但負載電容CL 可自第二電容CL2 逐漸地改變至第一電容CL1 。亦即，電容器電路40可在輸出電壓VOUT 的位準開始改變時的時間點迅速地減小負載電容CL ，且在輸出電壓VOUT 的位準完全改變時的時間點逐漸地增大負載電容CL 。因此，不僅輸出電壓VOUT 的位準可迅速地改變，而且因負載電容CL 的增大而使輸出電壓VOUT 發生的波動可再次得以抑制。為此，在一些示例性實施例中，可變電容器41中所包括的開關SW可因應於電容器控制訊號C_CL而在導通狀態及斷開狀態中的每一者中不同地運行。稍後將參照圖6A、圖6B及圖6C來闡述可變電容器41的實例。
圖5是示出根據示例性實施例基於時間的推移，圖1所示交換調整器10的操作的實例的曲線圖。具體而言，圖5示出其中交換調整器10包括圖4所示電容器電路40的實例。圖5基於時間的推移而示出圖4所示開關SW的導通電阻RON 及電容器電流IC 。如以上參照圖4所述，在圖5所示實例中，負載電容CL 可迅速地減小並逐漸地增大。在下文中，將參照圖1及圖4來闡述圖5，且在對圖5的說明中與圖2重複的說明將不再予以贅述。
自時間t50至時間t51，輸出電壓VOUT 可維持於第一位準V1 。電容器電路40可因應於電容器控制訊號C_CL而提供第一電容CL1 作為負載電容CL 。為提供第二電容器C2的電容作為負載電容CL 的一部分，開關SW可處於導通狀態且可具有相對低的第一電阻值R1 。在一些示例性實施例中，第一電阻值R1 可近似為零。如以上參照圖2所述，輸出電壓VOUT 處的漣波可因相對高的第一電容CL1 而減少。
自時間t51至時間t52，輸出電壓VOUT 可自第一位準V1 動態地改變至第二位準V2 。電容器電路40可因應於電容器控制訊號C_CL而在時間t51將負載電容CL 自第一電容CL1 迅速地改變至第二電容CL2 ，且可將負載電容CL 維持為第二電容CL2 直至時間t52為止。在時間t51，為自負載電容CL 排除第二電容器C2的電容，可使開關SW斷開，如圖5中所示，開關SW的導通電阻RON 可自第一電阻值R1 迅速地改變至相對高的第二電阻值R2 且可維持於第二電阻值R2 直至時間t52為止。在一些示例性實施例中，第二電阻值R2 可近似為無限大。因此，如以上參照圖2所述，輸出電壓VOUT 可因相對低的第二電容CL2 而在較早時間點（亦即，時間t52）具有第二位準V2 。如圖5中所示，自時間t51至時間t52，可因增大的輸出電壓VOUT 的位準而將用於對電容器電路40進行充電的電容器電流IC 提供至電容器電路40。
在時間t52，輸出電壓VOUT 可達到第二位準V2 ，且電容器電路40可因應於電容器控制訊號C_CL而開始將負載電容CL 自第二電容CL2 逐漸地改變至第一電容CL1 。電容器電路40可逐漸地改變負載電容CL ，直至當負載電容CL 達到第一電容CL1 時的時間t53為止。雖然在圖5中已將負載電容CL 示出為自時間t52至時間t53線性地增大，然而在一些示例性實施例中，負載電容CL 可自時間t52至時間t53非線性地增大。
為了將負載電容CL 自第二電容CL2 逐漸地改變至第一電容CL1 ，可將開關SW自斷開狀態逐漸地改變至導通狀態，亦即，可將導通電阻RON 自第二電阻值R2 逐漸地改變至第一電阻值R1 。另外，因負載電容CL 自第二電容CL2 逐漸地增大至第一電容CL1 且輸出電壓VOUT 具有相對於第一位準V1 提升的第二位準V2 ，可產生用於對電容器電路40的可變電容器41進行充電的電容器電流IC 。在一些示例性實施例中，如圖5中所示，電容器電流IC 可自時間t52至時間t53具有恆定量值ICHG 。
自時間t53至時間t54，輸出電壓VOUT 可維持於第二位準V2 。電容器電路40可因應於電容器控制訊號C_CL而提供第一電容CL1 作為負載電容CL 。為了提供第二電容器C2的電容作為負載電容CL 的一部分，開關SW可處於導通狀態且可具有相對低的第一電阻值R1 。類似於自時間t50至時間t51，輸出電壓VOUT 處的漣波可因相對高的第一電容CL1 而減少。
自時間t54至時間t55，輸出電壓VOUT 可自第二位準V2 動態地改變至第一位準V1 。電容器電路40可因應於電容器控制訊號C_CL而在時間t54將負載電容CL 自第一電容CL1 迅速地改變至第二電容CL2 ，且可將第二電容CL2 維持為負載電容CL 直至時間t55為止。在時間t54，開關SW的導通電阻RON 可自第一電阻值R1 迅速地改變至第二電阻值R2 ，且可維持於第二電阻值R2 直至時間t55為止。因此，因相對低的第二電容CL2 ，輸出電壓VOUT 可在較早時間點（即，在時間t55）具有第一位準V1 。如圖5中所示，自時間t54至時間t55，可因減小的輸出電壓VOUT 的位準而將用於對電容器電路40進行放電的電容器電流IC 提供至電容器電路40。
在時間t55，輸出電壓VOUT 可達到第一位準V1 ，且電容器電路40可因應於電容器控制訊號C_CL而開始將負載電容CL 自第二電容CL2 逐漸地改變至第一電容CL1 。電容器電路40可逐漸地改變負載電容CL ，直至負載電容CL 達到第一電容CL1 時的時間t56為止。負載電容CL 在一些示例性實施例中可線性地增大，且在其他示例性實施例中可非線性地增大。開關SW的導通電阻RON 可自第二電阻值R2 逐漸地改變至第一電阻值R1 。另外，因負載電容CL 自第二電容CL2 逐漸地增大至第一電容CL1 且輸出電壓VOUT 具有相對於第二位準V2 降低的第一位準V1 ，可產生用於對電容器電路40的可變電容器41進行放電的電容器電流IC 。在一些示例性實施例中，如圖5中所示，電容器電流IC 可自時間t55至時間t56具有恆定量值IDIS 。
自時間t56，輸出電壓VOUT 可維持於第一位準V1 。電容器電路40可因應於電容器控制訊號C_CL而提供第一電容CL1 作為負載電容CL ，且交換調整器10可提供漣波減少的輸出電壓VOUT 。
圖6A、圖6B及圖6C是示出根據示例性實施例的可變電容器的實例的圖。如以上參照圖4所述，圖6A、圖6B及圖6C所示可變電容器60a、60b及60c可分別基於電容器控制訊號C_CL而具有可變電容。另外，如以上參照圖5所述，在一些示例性實施例中，圖6A、圖6B及圖6C所示可變電容器60a、60b及60c可被佈置成使得第二電容器C2的電容自負載電容CL 迅速地排除，且可運行使得第二電容器C2的電容被逐漸地添加至負載電容CL 。
參照圖6A，可變電容器60a可包括第二電容器C2、電流源CS1、單極雙投（single pole double throw，SPDT）開關SW1及第一電晶體T1。第一電晶體T1可包括n型金屬氧化物半導體（n-type metal oxide semiconductor，NMOS）電晶體，其具有連接至第二電容器C2的汲極、被施加地電壓的源極及連接至SPDT開關SW1的閘極。電流源CS1可產生電流IG ，且SPDT開關SW1可基於電容器控制訊號C_CL而將第一電晶體T1的閘極連接至電流源CS1或連接至地節點。
對於減小的負載電容CL （例如，第二電容CL2 ），SPDT開關SW1可因應於例如高位準的電容器控制訊號C_CL而將第一電晶體T1的閘極連接至地節點。因此，第一電晶體T1可被斷開，且因此，第二電容器C2的電容可自負載電容CL 迅速地排除。另一方面，對於增大的負載電容CL （例如，第一電容CL1 ），SPDT開關SW1可因應於例如低位準的電容器控制訊號C_CL而將第一電晶體T1的閘極耦接至電流源CS1。因此，第一電晶體T1的閘極電壓可由電流IG 提升，且因此，第一電晶體T1的源極-汲極電阻可減小。因此，第二電容器C2的電容可逐漸地添加至負載電容CL 。可變電容器60a的電容因應於低位準的電容器控制訊號C_CL而增大的速率可由電流源CS1的電流以及屬於第一電晶體T1閘極的寄生電容決定，且在一些示例性實施例中，可變電容器60a可更包括耦接於第一電晶體T1的閘極與地節點之間的電容器。
參照圖6B，可變電容器60b可包括第二電容器C2、電流源CS2及多個電晶體（例如，第二電晶體T2至第四電晶體T4）。第二電晶體T2可包括連接至第二電容器C2的汲極、被施加地電壓的源極以及連接至第三電晶體T3及第四電晶體T4的閘極。電流源CS2可產生參考電流IREF ，且第三電晶體T3及第二電晶體T2可在第四電晶體T4斷開時形成電流鏡。因此，流過第二電晶體T2的汲極及源極的電流IX 可由參考電流IREF 以及第三電晶體T3與第二電晶體T2的大小比率決定。
對於減小的負載電容CL （例如，第二電容CL2 ），第四電晶體T4可因應於具有高位準的電容器控制訊號C_CL而將地電壓施加至第二電晶體T2的閘極。因此，第二電晶體T2可被斷開，且因此，第二電容器C2的電容可自負載電容CL 迅速地被排除。另一方面，對於增大的負載電容CL （例如，第一電容CL1 ），第四電晶體T4可因應於具有低位準的電容器控制訊號C_CL而被斷開。因此，藉由自第二電容器C2汲取電流IX ，第二電晶體T2的閘極電壓及第三電晶體T3的閘極電壓可逐漸地增大，且因此，第二電容器C2的電容可逐漸地添加至負載電容CL 。
參照圖6C，可變電容器60c可包括彼此串聯連接的第二電容器C2及可變電阻器VR。可變電阻器VR可基於電容器控制訊號C_CL而在第二電容器C2與地電位之間提供可變電阻值。舉例而言，對於減小的負載電容CL （例如，第二電容CL2 ），可變電阻器VR可提供相對高的電阻值（例如，近似為無限大），而對於增大的負載電容CL （例如，第一電容CL1 ），可變電阻器VR可提供相對低的電阻值（例如，近似為零）。
在一些示例性實施例中，為迅速地減小負載電容CL ，可變電阻器VR可提供因應於電容器控制訊號C_CL而迅速地增大的電阻值，而為逐漸地增大負載電容CL ，可提供逐漸地減小的電阻值。舉例而言，可變電阻器VR可包括各自包括彼此串聯連接的電阻器及NMOS電晶體的多個子電路，且所述多個子電路可並聯連接於第二電容器C2與地節點之間。電容器控制訊號C_CL可包含提供至所述子電路中的每一者的多個位元。對於迅速地增大的電阻，電容器控制訊號C_CL可迅速地變化，以使得所有位元均具有低位準，而對於逐漸地減小的電阻值，電容器控制訊號C_CL可依序地改變，直至所有位元均具有高位準為止。
圖7是示出根據示例性實施例的電源電路70的方塊圖。如圖7中所示，電源電路70可自輸入電壓VIN 產生輸出電壓VOUT ，且可接收設定訊號SET。在一些示例性實施例中，如圖7中所示，可在電源電路70內（例如，藉由功率控制器73）產生參考電壓VREF 及包絡電壓（envelope voltage）VENV 中的至少一者。在其他示例性實施例中，可自電源電路70以外接收參考電壓VREF 及包絡電壓VENV 中的至少一者。電源電路70可包括第二電容器C2、開關SW、第一電壓調整器71、第二電壓調整器72、功率控制器73及模式開關74。
第一電壓調整器71可基於參考電壓VREF 而自輸入電壓VIN 產生第一輸出電壓VOUT1 。舉例而言，第一電壓調整器71可為參照圖3A、圖3B及圖3C所示的DC-DC轉換器，且第一輸出電壓VOUTl 的位準可根據參考電壓VREF 的位準而決定。開關SW可基於電容器控制訊號C_CL而改變第一輸出電壓VOUTl 與地電壓之間的負載電容CL 。類似於圖4所示可變電容器41，當開關SW因應於電容器控制訊號C_CL而導通時，第二電容器C2可貢獻於負載電容CL ，但當開關SW因應於第一控制訊號C_CL而斷開時，第二電容器C2可自負載電容CL 排除。
第二電壓調整器72可基於包絡電壓VENV 而自輸入電壓VIN 產生第二輸出電壓VOUT2 。舉例而言，第二電壓調整器72可包括參照圖3A、圖3B及圖3C所示的DC-DC轉換器，且可更包括用於根據包絡電壓VENV 來對第二輸出電壓VOUT2 的量值進行調節的電路（例如，線性調整器）。包絡電壓VENV 可為量值取決於負載處所需的功率消耗的訊號，且可例如具有遵循負載的擺動輸出訊號的包絡的量值。因此，第二輸出電壓VOUT2 可具有與在負載中所需的功率消耗對應的量值。如圖7中所示，在一些示例性實施例中，第二電壓調整器72可自第一電壓調整器71接收第一輸出電壓VOUTl ，且第二電壓調整器72中所包括的組件中的至少一些組件可自第一輸出電壓VOUTl 被供電。以下將參照圖8及圖10來闡述第一電壓調整器71及第二電壓調整器72的實例。
模式開關74可基於自功率控制器73提供的模式控制訊號C_MD而輸出第一輸出電壓VOUT1 及第二輸出電壓VOUT2 中的一者作為輸出電壓VOUT 。舉例而言，模式控制訊號C_MD可指示平均功率追蹤（average power tracking，APT）模式或包絡追蹤（envelope tracking，ET）模式，且模式開關74可因應於模式控制訊號C_MD指示平均功率追蹤模式而輸出第一輸出電壓VOUTl 作為輸出電壓VOUT ，但模式開關74可因應於模式控制訊號C_MD指示包絡追蹤模式而輸出第二輸出電壓VOUT2 作為輸出電壓VOUT 。在一些示例性實施例中，模式開關74可包括至少一個功率開關，且所述功率開關可包括能夠支援高電流的功率電晶體。
功率控制器73可自電源電路70接收設定訊號SET，以基於設定訊號SET而產生多個控制訊號C_CL、C_MD及C_EN。舉例而言，設定訊號SET可包含指示平均功率追蹤模式或包絡追蹤模式的資訊，且亦可包含用於動態地改變第一輸出電壓VOUTl 的位準的資訊。在一些示例性實施例中，功率控制器73可更產生參考電壓VREF 及/或包絡電壓VENV 。
在一些示例性實施例中，功率控制器73可在設定訊號SET指示平均功率追蹤模式時向第二電壓調整器72提供非作用的（inactive）致能訊號（enable signal）C_EN，且可向模式開關74提供模式控制訊號C_MD，以使得輸出第一輸出電壓VOUTl 作為輸出電壓VOUT 。第二電壓調整器72可因應於被停用的（deactivated）致能訊號C_EN而被禁能，且舉例而言，被禁能的第二電壓調整器72可被關閉電源。另一方面，功率控制器73可在設定訊號SET指示包絡追蹤模式時向第二電壓調整器72提供作用的（active）致能訊號C_EN，且可向模式開關74提供使第二輸出電壓VOUT2 被輸出作為輸出電壓VOUT 的模式控制訊號C_MD。第二電壓調整器72可因應於作用的致能訊號C_EN而基於包絡電壓VENV 自輸入電壓VIN 產生第二輸出電壓VOUT2 。
在一些示例性實施例中，當設定訊號SET指示第一輸出電壓VOUTl 的位準改變時，功率控制器73可為開關SW提供使開關SW斷開的電容器控制訊號C_CL。因此，第二電容器C2可不貢獻於第一電壓調整器71的負載電容CL ，且負載電容CL 可減小。另外，當第一輸出電壓VOUT1 已改變至所需位準時，功率控制器73可為開關SW提供使開關SW導通的電容器控制訊號C_CL。因此，第一輸出電壓VOUTl 可快速地改變至不同位準，而在維持恆定位準的同時，漣波得以減少。
圖8是示出根據示例性實施例的圖7所示電源電路70的實例的電路圖，且圖9是示出根據示例性實施例的圖8所示電源電路80的操作的實例的曲線圖。具體而言，圖8示出圖7所示第一電壓調整器71、第二電壓調整器72及模式開關74的實例，且圖9基於時間的推移而示出圖8所示第一輸出電壓VOUT1 、第二輸出電壓VOUT2 、輸出電壓VOUT 及負載電容CL 。
參照圖8，電源電路80可包括第二電容器C2、開關SW、第一電壓調整器81、第二電壓調整器82及模式開關84。第一電壓調整器81可基於參考電壓VREF 而產生第一輸出電壓VOUT1 ，且第二電壓調整器82可基於包絡電壓VENV 而產生第二輸出電壓VOUT2 。在圖8所示實例中，將第一電壓調整器81及第二電壓調整器82示出為包括降壓轉換器，但在一些示例性實施例中，第一電壓調整器81及/或第二電壓調整器82可包括升壓轉換器及/或降壓-升壓轉換器。
第一電壓調整器81可包括第一電感器L1、第一電容器C1、第一開關電路81_1及第一開關控制器81_2。第一開關控制器81_2可基於參考電壓VREF 及第一輸出電壓VOUT1 而產生第一開關控制訊號C_SW1，且第一開關電路81_1可因應於第一開關控制訊號C_SW1而自輸入電壓VIN 將電流供應至第一電感器L1或自第一電感器L1將電流供應至地電壓。第一電容器C1可提供第一電壓調整器81的負載電容CL 。如以上參照圖4、圖7等所述，第二電容器C2及開關SW可基於電容器控制訊號C_CL而改變第一電壓調整器81的負載電容CL 。
第二電壓調整器82可包括第二電感器L2、第二開關電路82_1及第二開關控制器82_2，且可更包括第三電容器C3及放大器82_3。類似於第一電壓調整器81，第二電壓調整器82中的第二電感器L2、第二開關電路82_1及第二開關控制器82_2可用作降壓轉換器，且第二電壓調整器82可接管第二輸出電壓VOUT2 的低頻帶。另外，第二開關控制器82_2可接收流過第三電容器C3的電流作為回饋，且可基於所述回饋而產生第二開關控制訊號C_SW2。如同第一電壓調整器81的第一開關控制器81_2，流過第三電容器C3的電流的此回饋代替第二輸出電壓VOUT2 來作為回饋。在一些示例性實施例中，第二開關控制器82_2可接收致能訊號C_EN，且可因應於被啟用的致能訊號C_EN而執行正常操作，但第二開關控制器82_2可因應於被停用的控制訊號C_EN而被關閉電源。
放大器82_3可自第一輸出電壓VOUT1 接收電力，且可包括用於接收包絡電壓VENV 的非反相輸入及用於接收第二輸出電壓VOUT2 的反相輸入。可藉由第三電容器C3將放大器82_3的輸出訊號反映至第二輸出電壓VOUT2 ，且可將第三電容器C3稱為交流（alternating current，AC）耦合電容器。因此，放大器82_3及第三電容器C3可接管第二輸出電壓VOUT2 的高頻帶。在一些示例性實施例中，第二開關控制器82_2可接收致能訊號C_EN且可因應於被啟用的致能訊號C_EN而執行正常操作，但第二開關控制器82_2可因應於被停用的控制訊號C_EN而被關閉電源。
模式開關84可基於模式控制訊號C_MD而將第一電壓調整器81的輸出節點選擇性地與電源電路80的輸出節點連接。舉例而言，模式開關84可因應於模式控制訊號C_MD指示平均功率追蹤模式而導通以輸出第一輸出電壓VOUTl 作為輸出電壓VOUT ，但模式開關84可因應於模式控制訊號C_MD指示包絡追蹤模式而斷開，以使得第一電壓調整器81的輸出節點與電源電路80的輸出節點VOUT 電性斷開。如圖8中所示，輸出電壓VOUT 可與第二輸出電壓VOUT2 重合，但在平均功率追蹤模式中藉由將第二電壓調整器82禁能，輸出電壓VOUT 可由第一輸出電壓VOUTl 決定。
參照圖9，自時間t90至時間t93，電源電路80可被設定成平均功率追蹤模式。因此，輸出電壓VOUT 可與第一輸出電壓VOUTl 重合。在平均功率追蹤模式中，第一電壓調整器81可動態地改變第一輸出電壓VOUTl 的位準（V11→ V12→ V13），且電容CL 可在第一輸出電壓VOUT1 的位準改變時減小。舉例而言，在時間t91，負載電容CL 可自第一電容CL1 減小至第二電容CL2 ，且在第一輸出電壓VOUTl 的位準改變（V11→ V12）時，負載電容CL 可維持於第二電容CL2 。在一些示例性實施例中，負載電容CL 可自第一電容CL1 迅速地減小至第二電容CL2 ，且自第二電容CL2 逐漸地增大至第一電容CL1 。類似地，負載電容CL 可在時間t92及時間t93減小。因此，如上所述，第一輸出電壓VOUTl 的位準可快速地改變，同時當第一輸出電壓VOUTl 的位準保持恆定時，第一輸出電壓VOUTl 的雜訊（例如，漣波）可減小。
自時間t93，電源電路80可被設定成包絡追蹤模式。因此，輸出電壓VOUT （亦即，第二輸出電壓VOUT2 ）可由第二電壓調整器82決定。如以上參照圖8所述，第二電壓調整器82的一些組件（例如放大器82_3）可自由第一電壓調整器81提供的第一輸出電壓VOUTl 接收電力，且第一輸出電壓VOUT1 的位準可根據第二輸出電壓VOUT2 的位準而動態地改變（V14→ V15→ V16）。因此，類似於平均功率追蹤模式，負載電容CL 可在第一輸出電壓VOUTl 的位準改變時減小。舉例而言，如圖9中所示，負載電容CL 可在時間t92、時間t94及時間t95減小至第二電容CL2 。
圖10是示出根據示例性實施例的電源電路100的實例的電路圖。具體而言，將圖10所示電源電路100與圖8所示電源電路80進行比較，可省略用於改變第一電壓調整器110的負載電容CL 的第二電容器C2。在下文中，對圖10的說明中與對圖8的說明重複的說明將不再予以贅述。
參照圖10，電源電路100可包括開關SW、第一電壓調整器110、第二電壓調整器120及模式開關140。第一電壓調整器110可基於參考電壓VREF 而產生第一輸出電壓VOUTl ，且可更包括第一電感器L1、第一電容器C1、第一開關電路111及第一開關控制器112。第一開關控制器112可基於參考電壓VREF 及第一輸出電壓VOUTl 而產生第一開關控制訊號C_SW1。第二電壓調整器120可基於包絡電壓VENV 而產生第二輸出電壓VOUT2 ，且可更包括第二電感器L2、第二開關電路121、第二開關控制器122、第三電容器C3及放大器123。第二開關控制器122可基於在第三電容器C3中流動的電流而產生第二開關控制訊號C_SW2。
類似於圖8所示開關SW，圖10所示開關SW可基於電容器控制訊號C_CL而在地電壓與第一輸出電壓VOUT1 之間改變第一電壓調整器110的負載電容CL 。具體而言，在圖10中，開關SW可藉由將第三電容器C3的電容（其為第二電壓調整器120的AC耦合電容器）添加至負載電容CL 或自負載電容CL 排除第三電容器C3的電容來改變負載電容CL 。舉例而言，在平均功率追蹤模式中，模式開關140可基於模式控制訊號C_MD而將第一電壓調整器110的輸出節點電性耦接至第二電壓調整器120的輸出節點。因此，第三電容器C3的一端可電性連接至第一電壓調整器110的輸出節點。另外，在平均功率追蹤模式中，放大器123可因被停用的致能訊號C_EN而具有浮置輸出（floated output）。因此，第三電容器C3可在平均功率追蹤模式中執行與圖8所示第二電容器C2相同的功能，且開關SW可藉由基於電容器控制訊號C_CL而導通/斷開來改變負載電容CL 。在一些示例性實施例中，開關SW可在包絡追蹤模式中因應於電容器控制訊號C_CL而斷開。
圖11是示出根據示例性實施例的交換調整器的操作方法的流程圖。舉例而言，圖11所示方法可由圖1所示交換調整器10執行。如圖11中所示，交換調整器的操作方法可包括步驟S10、步驟S30及步驟S50。在下文中，將參照圖1及圖2來闡述圖11。
步驟S10可包括步驟S11及S12，且在一些示例性實施例中，步驟S11及S12可並行執行。在步驟S11中，可執行輸出具有第一位準V1 的輸出電壓VOUT 的操作。舉例而言，交換調整器10可基於參考電壓VREF 的位準而產生具有第一位準V1 的輸出電壓VOUT 。在步驟S12中，可執行將負載電容CL 維持於第一電容CL1 的操作。舉例而言，電容器電路13可因應於電容器控制訊號C_CL而將負載電容CL 維持於高於第二電容CL2 的第一電容CL1 ，且因此，輸出電壓VOUT 的雜訊可減少。
步驟S30可包括步驟S31及S32，且在一些示例性實施例中，步驟S31及S32可並行執行。在步驟S31中，可執行將輸出電壓VOUT 自第一位準V1 改變至第二位準V2 的操作。舉例而言，交換調整器10可因應於參考電壓VREF 的位準改變而將輸出電壓VOUT 自第一位準V1 改變至第二位準V2 ，且因此，輸出電壓VOUT 可自第一位準V1 朝向第二位準V2 增大。在步驟S32中，可執行將第二電容CL2 維持為負載電容CL 的操作。舉例而言，電容器電路13可因應於電容器控制訊號C_CL而將負載電容CL 維持於小於第一電容CL1 的第二電容CL2 ，且因此，輸出電壓VOUT 可自第一位準V1 快速地改變至第二位準V2 。
步驟S50可包括步驟S51及S52，且在一些示例性實施例中，步驟S51及S52可並行執行。在步驟S51中，可執行輸出具有第二位準V2 的輸出電壓VOUT 的操作。舉例而言，交換調整器10可基於參考電壓VREF 的位準而產生具有第二位準V2 的輸出電壓VOUT 。在步驟S52中，可執行將負載電容CL 維持於第一電容CL1 的操作。舉例而言，電容器電路13可因應於電容器控制訊號C_CL而將負載電容CL 維持於高於第二電容CL2 的第一電容CL1 ，且因此，輸出電壓VOUT 的雜訊可減少。
圖12是示出根據示例性實施例的交換調整器的操作方法的流程圖。具體而言，與圖11所示方法相較，圖12可更包括步驟S20及S40。舉例而言，圖12所示方法可由圖1所示交換調整器10執行，且此後，將參照圖1及圖5來闡述圖12。
在圖11所示步驟S10之後，可執行步驟S20，且可在步驟S20中執行迅速減小負載電容CL 的操作。舉例而言，在步驟S12（包含於步驟S10中）中，可將負載電容CL 保持於第一電容CL1 ，而在步驟S32（包含於步驟S30中）中，可將負載電容CL 維持於第二電容CL2 。因此，在步驟S20中，可使負載電容CL 自第一電容CL1 迅速減小至第二電容CL2 ，且因此，輸出電壓VOUT 的位準可因迅速減小的負載電容CL 而開始迅速改變。然而，可執行步驟S30。
在步驟S30之後，可執行步驟S40，且可在步驟S40中執行逐漸增大負載電容CL 的操作。舉例而言，在步驟S32（包含於步驟S30中）中，將負載電容CL 維持於第二電容CL2 ，而在步驟S52（包含於步驟S50中）中，可將負載電容CL 維持為第一電容CL1 。因此，在步驟S40中，可將負載電容CL 自第二電容CL2 逐漸增大至第一電容CL1 ，且因此，當自第一位準V1 至第二位準V2 的改變完成時，輸出電壓VOUT 可穩定地具有第二位準V2 。
圖13是示出根據示例性實施例的系統130的圖。在一些示例性實施例中，系統130可為一個半導體積體電路（例如系統晶片（system-on-chip，SoC）），或者可包括印刷電路板及安裝至所述印刷電路板的封裝。如圖13中所示，系統130可包括第一功能區塊131至第四功能區塊134及功率管理積體電路（power management integrated circuit，PMIC）135。
第一功能區塊131至第四功能區塊134可基於由自PMIC 135輸出的第一電源電壓VDD1至第四電源電壓VDD4供應的電力而運行。舉例而言，第一功能區塊131至第四功能區塊134中的至少一者可為用於處理數位訊號的數位電路（例如應用處理器（application processor，AP）），或者可為用於處理類比訊號的類比電路（例如放大器）。另外，第一功能區塊131至第四功能區塊134中的至少一者亦可為用於處理混合訊號的電路，例如類比至數位轉換器（analog-to-digital converter，ADC）。雖然在圖13中將系統130示出為包括四個功能區塊，然而在一些示例性實施例中，系統130可包括少於四個功能區塊、五個功能區塊、或多於五個功能區塊。
PMIC 135可自輸入電壓VIN 產生第一電源電壓VDD1至第四電源電壓VDD4，且可基於電壓控制訊號C_V而改變第一電源電壓VDD1至第四電源電壓VDD4中的至少一者的位準。第一功能區塊131至第四功能區塊134中的至少一者可基於所需的效能及功率消耗而接收位準動態地變化的電源電壓。舉例而言，第一功能區塊131可為用於處理影像資料的影像處理器。儘管第一功能區塊131可在處理包含單個影像的照片時以低位準接收第一電源電壓VDD1，然而第一功能區塊可在第一功能區塊131處理包含一系列影像的移動影像時以較高位準接收第一電源電壓VDD1。
PMIC 135可接收與第一功能區塊131中所需的效能及功率消耗對應的電壓控制訊號C_V，且PMIC 135可基於電壓控制訊號C_V而增大或減小第一電源電壓VDD1的位準。因此，可將動態地改變功能區塊的電源電壓的位準的方法稱為動態電壓縮放（dynamic voltage scaling，DVS）。PMIC 135可包括以上參照圖式所述的交換調整器，且因此，在維持恆定位準時，第一電源電壓VDD1可具有減少的雜訊，同時第一電源電壓VDD1的位準可快速改變。在一些示例性實施例中，第一功能區塊131可在第一電源電壓VDD1的位準改變時停止操作，且可在第一電源電壓VDD1的位準已改變之後重新開始操作。因此，當第一電源電壓VDD1的位準快速改變時，第一功能區塊131的操作的執行時間可縮短，且因此，系統130可提供改良的效能。另外，因第一電源電壓VDD1的雜訊減少，第一功能區塊131及系統130的操作可靠性可得以改良。
圖14是示出根據示例性實施例的無線通訊器件200的方塊圖。具體而言，圖14示出由電池250供應電力的使用者設備（user equipment，UE）（或終端機）。在一些示例性實施例中，無線通訊器件200可包含於使用例如5G、LTE等蜂巢式網路的無線通訊系統中，或者可包含於無線區域網路（wireless local area network，WLAN）或任何其他無線通訊系統中。在無線通訊器件200中，根據示例性實施例的交換調整器可用於向功率放大器216提供可變電力。如圖14中所示，無線通訊器件200可包括收發器210、基頻處理器220、天線230、電源電路240及電池250。
收發器210可包括天線介面電路211、輸入電路212、低雜訊放大器（low noise amplifier，LNA）213、接收電路214、傳送電路215、功率放大器（PA）216及輸出電路217。天線介面電路211可根據傳送模式或接收模式而將傳送器或接收器與天線230耦接。在一些示例性實施例中，輸入電路212可包括匹配電路或濾波器，低雜訊放大器213可放大輸入電路212的輸出訊號，且接收電路214可包括用於進行降頻轉換的混頻器。在一些示例性實施例中，傳送電路215可包括用於增頻轉換的混頻器，功率放大器216可放大傳送電路215的輸出訊號，且輸出電路217可包括匹配電路或濾波器。
基頻處理器220可利用收發器210傳送及接收具有基頻的訊號，且可執行調變/解調、編碼/解碼等。在一些示例性實施例中，可將基頻處理器220稱為數據機。基頻處理器220可產生用於設定平均功率追蹤模式或包絡追蹤模式的設定訊號SET，且可產生用於改變輸出電壓VOUT 的位準的設定訊號SET。
電源電路240可自電池250接收輸入電壓VIN ，且可產生向功率放大器216提供電力的輸出電壓VOUT 。電源電路240可包括以上參照圖式所述的交換調整器，且可基於設定訊號SET而改變負載電容CL ，以達成輸出電壓VOUT 的迅速位準改變及穩定的位準。
如上所述，已在圖式及說明書中揭露了示例性實施例。儘管本文中已參照特定用語闡述了示例性實施例，然而應理解，使用所述用語僅是為了闡述技術理念而非用於限制在申請專利範圍中所界定的本發明的範圍。因此，熟習此項技術者應瞭解，在不背離本發明的範圍的條件下，可作出各種潤飾。因此，真正的保護範圍應由隨附申請專利範圍的技術理念決定。
10:交換調整器 11、31a、31b、31c:開關電路 12、32a、32b、32c:開關控制器 13、33a、33b、33c、40:電容器電路 30a:降壓轉換器 30b:升壓轉換器 30c:降壓-升壓轉換器 41、60a、60b、60c:可變電容器 70、80、100、240:電源電路 71、81、110:第一電壓調整器 72、82、120:第二電壓調整器 73:功率控制器 74、84、140:模式開關 81_1、111:第一開關電路 81_2、112:第一開關控制器 82_1、121:第二開關電路 82_2、122:第二開關控制器 82_3、123:放大器 130:系統 131:第一功能區塊 132:第二功能區塊 133:第三功能區塊 134:第四功能區塊 135:功率管理積體電路（PMIC） 200:無線通訊器件 210:收發器 211:天線介面電路 212:輸入電路 213:低雜訊放大器（LNA） 214:接收電路 215:傳送電路 216:功率放大器（PA） 217:輸出電路 220:基頻處理器 230:天線 250:電池 C1:第一電容器 C2:第二電容器 C3:第三電容器 C_CL:電容器控制訊號/控制訊號 C_EN:致能訊號/控制訊號 CL:負載電容 CL0:固定電容 CL1:第一電容 CL2:第二電容 C_MD:模式控制訊號/控制訊號 CS1、CS2:電流源 C_SW:開關控制訊號 C_SW1:第一開關控制訊號 C_SW2:第二開關控制訊號 C_V:電壓控制訊號 IC:電容器電流 ICHG、IDIS:恆定量值 IG、IX:電流 IL:電感器電流 IREF:參考電流 L:電感器 L1:第一電感器 L2:第二電感器 R1:第一電阻值 R2:第二電阻值 RON:導通電阻 S10、S11、S12、S20、S30、S31、S32、S40、S50、S51、S52:步驟 SET:設定訊號 SW:開關 SW1:單極雙投（SPDT）開關 T1:第一電晶體 T2:第二電晶體 T3:第三電晶體 T4:第四電晶體 t20、t21、t22、t23、t24、t25、t26、t50、t51、t52、t53、t54、t55、t56、t90、t91、t92、t93、t94、t95:時間 V1:第一位準 V2:第二位準 V11、V12、V13、V14、V15、V16:位準 VDD1:第一電源電壓 VDD2:第二電源電壓 VDD3:第三電源電壓 VDD4:第四電源電壓 VENV:包絡電壓 VIN:輸入電壓 VOUT:輸出電壓 VOUT1:第一輸出電壓 VOUT2:第二輸出電壓 VR:可變電阻器 VREF:參考電壓
結合附圖閱讀以下詳細說明，將會更清楚地理解以上及其他態樣、特徵及優點，附圖中：
圖1是示出根據示例性實施例的交換調整器的方塊圖。
圖2是示出根據示例性實施例隨著時間，圖1所示交換調整器的操作的實例的曲線圖。
圖3A、圖3B及圖3C示出根據示例性實施例的交換調整器的實例。
圖4是示出根據示例性實施例的圖1所示電容器電路的實例的電路圖。
圖5是示出根據示例性實施例基於時間的推移，圖1所示交換調整器的操作的實例的曲線圖。
圖6A、圖6B及圖6C示出根據示例性實施例的可變電容器的實例。
圖7是示出根據示例性實施例的電源電路的方塊圖。
圖8是示出根據示例性實施例的圖7所示電源電路的實例的電路圖。
圖9是示出根據示例性實施例基於時間的推移，圖8所示電源電路的操作的實例的曲線圖。
圖10是示出根據示例性實施例的電源電路的實例的電路圖。
圖11是示出根據示例性實施例操作交換調整器的方法的流程圖。
圖12是示出根據示例性實施例操作交換調整器的方法的流程圖。
圖13是示出根據示例性實施例的系統的圖。
圖14是示出根據示例性實施例的無線通訊器件的方塊圖。
10:交換調整器
11:開關電路
12:開關控制器
13:電容器電路
C_CL:電容器控制訊號/控制訊號
CL:負載電容
C_SW:開關控制訊號
IC:電容器電流
IL:電感器電流
L:電感器
VIN:輸入電壓
VOUT:輸出電壓
VREF:參考電壓

Claims (25)

  1. 一種被配置以基於輸入電壓而產生輸出電壓的交換調整器，所述交換調整器包括： 電感器；以及 電容器電路，被配置以藉由以自所述輸入電壓經過所述電感器的電感器電流進行充電而產生所述輸出電壓，基於所述輸出電壓是第一位準或第二位準而提供第一電容作為負載電容，且基於所述輸出電壓介於所述第一位準與所述第二位準之間而提供小於所述第一電容的第二電容作為所述負載電容。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的交換調整器，其中所述電容器電路被配置以自基於所述輸出電壓自所述第一位準達到所述第二位準的時間點起在某一週期內將所述負載電容自所述第二電容逐漸地改變至所述第一電容。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的交換調整器，其中所述電容器電路被配置以在所述某一週期期間藉由具有恆定量值的電流進行充電或放電。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的交換調整器，其中所述電容器電路被配置以在基於所述輸出電壓開始自所述第一位準改變至所述第二位準的時間點將所述負載電容自所述第一電容迅速地改變至所述第二電容。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的交換調整器，其中所述電容器電路包括： 第一電容器，被配置以在地電壓與所述輸出電壓之間提供固定電容；以及 可變電容器，與所述第一電容器並聯連接於所述地電壓與所述輸出電壓之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的交換調整器，其中所述第一電容器的所述固定電容是所述第二電容，且 其中所述可變電容器包括： 第二電容器，具有對應於所述第一電容與所述第二電容之差的電容；以及 開關，與所述第二電容器串聯耦接，所述開關被配置以基於控制訊號而將所述第二電容器與所述地電壓電性斷開。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的交換調整器，其中所述開關包括連接於所述第二電容器與所述地電壓之間且包括控制端子的電晶體，所述控制端子被配置以接收所述控制訊號。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的交換調整器，其中所述開關包括電流源，所述電流源被配置以基於所述控制訊號而自所述第二電容器汲取電流。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的交換調整器，其中所述開關包括位於所述第二電容器與所述地電壓之間的電阻電路，所述電阻電路被配置以基於所述控制訊號而提供可變電阻值。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的交換調整器，其中所述電容器電路被配置以基於所述輸出電壓自所述第二位準改變至所述第一位準而提供所述第二電容。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的交換調整器，其中所述電容器電路被配置以自基於所述輸出電壓自所述第二位準達到所述第一位準的時間點起在某一時間週期內將所述負載電容自所述第二電容逐漸地改變至所述第一電容。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的交換調整器，其中所述電容器電路被配置以基於所述輸出電壓開始自所述第二位準朝向所述第一位準改變而將所述負載電容自所述第一電容迅速地改變至所述第二電容。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的交換調整器，更包括： 開關電路，被配置以將所述電感器電流選擇性地提供至所述電容器電路；以及 開關控制器，被配置以基於參考電壓及所述輸出電壓而控制所述開關電路。
  14. 一種被配置以基於輸入電壓而產生輸出電壓的交換調整器，所述交換調整器包括： 電感器；以及 電容器電路，被配置以提供負載電容，藉由以自所述輸入電壓經過所述電感器的電感器電流進行充電而產生所述輸出電壓，且基於控制訊號而將所述負載電容自第一電容迅速地改變至小於所述第一電容的第二電容及將所述負載電容自所述第二電容逐漸地改變至所述第一電容。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的交換調整器，其中所述電容器電路被配置以基於所述輸出電壓是第一位準或第二位準而提供所述第一電容作為所述負載電容，且基於所述輸出電壓介於所述第一位準與所述第二位準之間而提供所述第二電容。
  16. 一種被配置以基於輸入電壓而產生電源電壓的電源電路，所述電源電路包括： 第一電壓調整器，被配置以基於所述輸入電壓及參考電壓而產生第一輸出電壓； 開關，被配置以基於控制訊號而在地電壓與所述第一輸出電壓之間改變負載電容；以及 功率控制器，被配置以根據負載條件而產生所述參考電壓以控制所述第一電壓調整器改變所述第一輸出電壓，且基於所述第一輸出電壓是恆定的而產生所述控制訊號以控制所述開關將所述負載電容維持於第一電容，並基於所述第一輸出電壓改變而將所述負載電容維持於小於所述第一電容的第二電容。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的電源電路，更包括第二電壓調整器，所述第二電壓調整器被配置以基於所述輸入電壓及包絡電壓而產生第二輸出電壓， 其中所述功率控制器被配置以在平均功率追蹤模式中將所述第二電壓調整器禁能且在包絡追蹤模式中將所述第二電壓調整器致能。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的電源電路，更包括連接至所述第一電壓調整器及所述第二電壓調整器的模式開關， 其中所述功率控制器被配置以控制所述模式開關在所述平均功率追蹤模式中輸出所述第一輸出電壓作為所述電源電壓且在所述包絡追蹤模式中輸出所述第二輸出電壓作為所述電源電壓。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的電源電路，其中所述第二電壓調整器包括： 放大器，被配置以放大所述包絡電壓與所述第二輸出電壓之差；以及 交流耦合電容器，耦接至所述放大器的輸出， 其中所述開關連接至所述交流耦合電容器的一端且被配置以基於所述控制訊號而將所述交流耦合電容器的電容添加至所述負載電容或自所述負載電容移除所述交流耦合電容器的電容。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的電源電路，其中在所述包絡追蹤模式中，所述放大器是基於所述第一輸出電壓而被供電。
  21. 如申請專利範圍第19項所述的電源電路，其中所述開關被配置以基於所述控制訊號而將所述負載電容自所述第一電容迅速地改變至所述第二電容，且將所述負載電容自所述第二電容逐漸地改變至所述第一電容。
  22. 一種操作被配置以基於輸入電壓而產生輸出電壓的交換調整器的方法，所述方法包括： 基於所述輸出電壓是第一位準而將第一電容維持為負載電容； 基於所述輸出電壓自所述第一位準改變至第二位準而將所述負載電容維持為小於所述第一電容的第二電容；以及 基於所述輸出電壓是所述第二位準而將所述負載電容維持為所述第一電容。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的方法，更包括自基於所述輸出電壓自所述第一位準達到所述第二位準的時間點起在特定週期內將所述負載電容自所述第二電容逐漸地改變至所述第一電容。
  24. 如申請專利範圍第22項所述的方法，更包括基於所述輸出電壓開始自所述第一位準改變至所述第二位準而將所述負載電容自所述第一電容迅速地改變至所述第二電容。
  25. 一種被配置以基於輸入電壓而提供輸出電壓的交換調整器，所述交換調整器包括： 電容器電路，被配置以基於控制訊號指示恆定的輸出電壓而提供第一電容且基於所述控制訊號指示改變的輸出電壓而提供第二電容；以及 控制器，被配置以產生所述控制訊號。
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