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五、發明說明（1) 發明領域 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 更明確 發明背景 交換式電源供應养诵赍略 ^ ,彳处广 口口通吊所使用的3種基本拓撲是降 壓、升壓及降壓-升壓。复中啬锌σ 一 ，、〒取間早與最常用的是降壓轉換 器。圖1顯示使用德州儀琴公引制 找态a司製造之TITPS5210控制器所 降壓轉換：的概圖。高側驅動器5〇與低側驅動器6〇 ==交增加或減少輪出電壓，並將輸出電壓 保持在某一所要的範圍内。 控制這些電源供應器以伴牲 .../e .田呆持輪出電壓之精度與穩定的 方法很多。隶吊用的兩種方法士 & 〜w ^如TpS 521G所使用的滯後控 制，及脈寬調制（PWM)。滞德批心σσ ^, 傻&制為或俗稱的漣波穩壓器 持績監視輸出電壓。如果輸出雷茂丄 j ®晃壓太低，高侧驅動器（例如 MOSFET 5〇)被接通以增加輪屮番 一 曰刀％出電壓，如果輸出電壓太高， 南側驅動|§被關閉’而低側驅勤 丨、、（例如MOSFET 60)被接 通以降低輸出電壓。因此’所得到的合成輸出電壓正比於 问側驅動益接通之時間與低側驅動器接通之時間的比。如 果高側驅動器接通多於低側驅動器，則輸出的電壓(v〇ut) 比零伏靠近輸人電壓，如果低側驅動器接通㈣高側驅動 器’則輸出的電壓比輸人電壓靠近零伏。此控制方法的主 要優點是控㈣的暫態響應極佳。滯後控制器僅根據對輸 出電壓的直接量_蚊何時接通高及侧驅動器。如果 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公E----- I-----^__w.-------^---------^—AW1 (請先閱讀背®.之注意事項再填寫本頁) 591866 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（2) 輸出的負載突然改變，系統可以非常快速地反應。此點對 报多的應用都很重要，如微處理器及現代的DSP系統，它 們具有非常大的功率負載，且改變地非常快速。 PWM回授法也是經常用來控制高及低側驅動器的方 法。典型上，PWM系統使用一振盪器產生一方波。視輸出 電壓的位準而定，該方波的’’標空比’’(mark-to-space ratio) 會改變，且所得到的方波可用來控制高及低側驅動器。不 過，PWM設計具有一重大缺點，因為在此回授中會建立實 質的時間落後，因此，它所呈現的暫態響應不佳。 不過，習知技術的滯後控制系統有一PWM系統所沒有 的重大缺點，因為它允許交換頻率（輸出電壓漣波的交換） 的變化性較大。不像PWM控制器，滯後控制器對頻率的控 制不佳。如圖2a所示的理想三角波形輸出，輸出電壓在目 標電壓附近振盪，振盪的振幅等於控制器中所設定的滯後 量。實際的輸出電壓波形不是純淨的三角波形，而是很像 圖2b所示的波形。這是由於系統之回授中的有限延遲。此 偏差不很重要，但會造成所設定之滯後位準一些過激 (overshoot)或低超(undershoot)。除此之外更重要的是，雖 然漣波的振幅相對來說被滯後位準固定，但漣波的頻率會 變化且不一定一致。這主要是由於電路中的寄生元件，例 如輸出電容器C2中的等效串聯電阻(ESR)及等效串聯電感 (ESL)。這些寄生元件之大小的變化很大，因此，電源供應 器單元間的合成振盪頻率有很大變化性。此變化性非吾人 所欲見，因為頻率過高，有太多的功率因交換而消耗在交 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ·---- (請先閱讀背®-之注音？·事項再填寫本頁) 訂---------線丨. 591866 A7 B7 五、發明說明（3 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 換電晶體巾，鮮過·電騎值將變得鼓，致使交換 電晶體消耗較多的功率，且電源供應器電感器需要過度設 計。此頻率的變化可以經由改變與系統中所使用之電容哭 相關的ESR级ESLs而實質地降低。便宜的組件中這些寄^ 的變化很大。為使寄生小且頻率變化小，就必須使”貴 的組件。系統必須設計成能適應系駐作所能到達的最低 及最高頻率。因此，對習知技術的滯後系統而言，必須指 定使用ESR及ESL值都非常小的昂貴電容器，以使工作頻 率的，化減至最小。因此，與f知滞後控卿有關的問題 可以最小化，但需要高成本。滯後控制器很難控制交換頻 率所帶來的另一缺點是在某些敏感的應用中，如通訊，交 換式電源供應器需要在某個頻帶中工作，以避免不欲見的 電磁干擾。這些頻帶愈窄，愈不適合滯後控制系統。pwM 控制裔很谷易符合這些規格，因為振盈器可以固定在任何 所需的頻率，且諧振也是單純產生自振盪器。這是PWM系 統優於滞後控制系統的重大優點。PWM控制器可視所需的 精確度任意設定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一種針對滯後控制系統之此項缺點的方法是混合式 的PWM/滯後控制系統。此類型的控制器平常是由pwM控 制。不過，如果輸出電壓超出所設定的門檻，滯後控制電 路就會切入。此型系統的問題是暫態響應受損，因為所設 定的這些門檻限制必須遠離PWM控制器的正常操作，以免 持續地觸發滯後控制電路。此外，電路的數量及複雜度也 增加。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 591866 Α7 Β7 五、發明說明（4) 因此，吾人需要一種電源供應器控制器，它除了具有 良好的暫態響應外，還要具有良好的交換頻率控制。 (請先閱讀背®-之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 現請參閱圖1概述習知技術之滯後控制的電源供應器 系統。圖1的方塊圖顯示由滯後控制之同步降壓控制器所控 制的典型降壓電源供應器。圖1所顯示的滯後控制器是TSP 5210，不過，目前有許多滞後控制器可供使用。以下可從 德州儀器公司獲得的報告中詳細描述交換式電源供應器中 TSP 5210及降壓功率級的特定工作。這些報告包括 l)f,Understanding Buck Power Stages in Switchmode Power Supplies”，德州儀器公司的應用報告，Mixed Signal Products Literature #SLVA057 ； 2)MDesigning Fast Response Synchronous Buck Regulators Using the TSP 5210，，也是德 州儀器公司的應用報告，Mixed Signal Products Literature #SLVA044 ;以及3)nHigh Performance Synchronous Buck EVM Using the TSP 5210”，TSP 5210的使用者手冊，可從 德州儀器公司獲得，Mixed Signal Products Literature #SLVU010。挪後控制裔1 〇接收輸入Vhyst ’它設定滯後控 制器的滞後位準。如圖所示，該位準是由電壓分壓器600 所設定。電壓分壓器600是由串聯於VREFB輸入電壓與接地 間的電阻器R3及R4所構成。VHYST是從位於電阻器R3及R4 間的節點95處抽頭。滯後控制器1 〇也接收VsENSE做為輸 入，它是由主輸出電壓的回授產生。滯後控制器10產 生輸出信號HIGHDR及LOWDR，分別連接到高驅動器功率 MOSFET 50及低驅動器功率MOSFET60。高驅動器50的汲 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 591866 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（5) 極連接到滯後控制器1(^9HISENSE輸入，也連接到電感器 L1的側及電谷為C1的頂板。電感器l 1的另一側連接到高 電壓輸入Vin。電容器ci的底板接地。高驅動器5〇的源極連 接到VPhase節點。Vphase節點也連接到低驅動器6〇的汲極以 及電感器L2的一側。低驅動器6〇的源極接地。電感器^的 另一侧連接到電壓輸出節點，在該節點上產生輸出漣波電 壓。電容器C2連接於電壓輸出節點與接地之間。電壓輸出 節點也具有一回授連接到vSENSE輸入。 操作時，滯後控制器10在111〇11〇11輸出上輸出一開位 準（active level)的信號，且在LOWDR輸出上輸出一關位準 (inactive level)的信號以接通高驅動器5〇並關閉低驅動器 60 ’藉以增加Vphase及VQut上的電壓。或者，滯後控制器10 在LOWDR輸出上輸出一開位準的信號，在HIGHDR輸出上 輸出一關位準的信號，以接通低驅動器6〇並關閉高驅動器 50，藉以拉下Vphase及V_上的電壓。為決定何時輸出這些 信號及接通適當的驅動器，v_信號被回授給Vsense輸入到 控制器。VSENSE輸入用來指示是否已到達上或下的滯後位 準（圖2a中的VHI或Vl〇W)。如果輸出的漣波電壓Venn到達其 中一個滯後位準，滯後控制器及LOWDR上產生 一適當的信號，並藉以接通適當的驅動器以將輸出電壓拉 向與滯後位準相反的方向。圖2b中所示的過激或低超是因 接通適當驅動器以在反方向驅動輸出電壓之回授的延遲所 造成。雖然輸出電壓之漣波的振幅受控制器中固定的滯後 位準控制，但漣波的頻率則否。漣波的頻率有很大的變化， -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） — — — — — — — — — — — — — — ·1111111 — — — — — —— — — I —^^1 — — — — — — — — — — — — (請先閱讀背®*之注音？事項再填寫本頁) 591866 A7 B7 濟 Μ 局 員 工 消 費 五、發明說明（6 視電源供應器中的寄生元件而定。 發明概1 舁目蝻電源供應器有關的這些問題，可經由使用包括 -監視控制器之輸出頻率之回授電路的滞後控制器加以解 決，與内部或使用者在外部產生的參考比較，並根據量測 比較的誤差調整控制器的滞後。調整滞後位準將致使交換 頻率增加或減少，藉以控制電源供應器控制器的交換頻 率，並將其保持在所要的位準。 ' 、 凰式簡單說 、圖1是習知技術之降壓升壓電源供應器的方塊圖，包括 一滯後控制的電源供應器控制器。 圖2a疋電源供應器之輸出電壓漣波的理想波形，以及 與冰後帶的理想相關。 ^圖2b是較符實際的輸出電壓漣波波形，圖中顯示因滯 後法之高及低驅動器之開或關的延遲造成有限回授延遲所 導致的過激或低超。 圖3 σ兒明按照本發明較佳實施例具有回授系統的滯後 控制器方塊圖，回授系統經由調整滯後位準以控制交換頻 率〇 圖4說明按照本發明較佳實施例經由調整滞後位準控 制交換頻率之回授系統的電氣略圖。 圖5a及5b是開關1〇1及1〇2兩種可能的實施電氣略圖。 線 印 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽x 297公爱） 591866 A7
五、發明說明 圖6心6e是可用來執行_ 4中電流源單元401之操作的 幾個電路例。 --------------·--------訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖7a-7b是可用來執行圖4中電流源方塊3〇〇之操作的 兩個電路例。 圖8說明按照本發明第 >車交佳實施例之具有回授系統 的滯後控制器方塊圖，回授系統經由調整滯後位準以控制
交換頻率。 I 圖9a及9b是可用來執行圖7中相位比較器之操作的兩 個電路例。 圖10是可用來執行圖7之濾波方塊之操作的電路例。 、圖11说明具有回授系統的滯後控制器，包括典型的數 位式PLL，可用來執行相位比較及回授電路的調整操 -發 以下將詳細解釋滞後控制之電源供應器穩壓器的 部源供視Γ頻率，並與參考㈣内部或來自外 差調整_^、或頻率）比較，再根據量測比較的誤 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 器，率。因此，如果在通信的應用二= 而而要滯後控制器在某一頻率 I 栈 到所要的r伽纟 . ή 了將其本身調整 何。 ，m统中的負載情況及寄生元件為 第-料魅供應難―之頻率的 “佳貫施例’將頻率轉換成代表它們的電壓或= -9- 本紙張尺度顧中1¾¾準（CNS)A4規格（210 X 297公 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 591866 A7 ____ B7 五、發明說明（8) 並分別與參考的電壓或電流比較。該比較的結果接著輸入 增益方塊及低通濾波器，並輸出到典型滯後轉換器的滯後 控制，無論轉換器需要何種波形。此實施例可獲得誤差小 的較精確頻率控制（在所要頻率上下數個百分比以内）。為 確保電源供應器不過度設計的目的，此實施例最為適當。 本實施例也適合用於交換頻率必須保持在某些極限之内， 且這些極限是在系統所表現之小誤差邊界之外的情況。 第二較佳實施例如圖7所示，使用相位比較器來保持極 精準的頻率控制。此實施例允許輸出頻專與參考頻率匹 配，並獲致交換頻率極精準的控制。 圖3顯示本發明第一實施例的方塊圖，它用來控制滯後 控制系統之輸出漣波的頻率。此乃使用回授電路1000反應 漣波輸出中的頻率變化以調整滯後位準來達成。回授電路 1000接受滯後控制器10的輸出OPFRQ做為輸入，代表系統 的頻率。此信號指示一周期已完成。產生此信號的方式很 多。其中一種是偵測高驅動器每次被接通，或低驅動器每 次被接通之時。此可分別抽頭自HIGHDR信號或LOWDR信 號。另一可能的方法是偵測Vphase節點以決定vphase是否往 上或往下。還有一種方法是直接搭接自圖丨之滯後比較器4〇 的輸出Vcmp。 OPFRQ代表控制器1〇的工作頻率，接著與參考比較。 為簡化此項比較，先將此頻率轉換成電流或電壓。此項轉 換由方塊100執行。參考頻率也要轉換成電流或電壓，以與 方塊100所輸出之信號的類型匹配。此參考的產生與轉換在 "10« 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公董） --------------------訂---------線— (請先閱讀背®.之注意事項再填寫本頁) 591866 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（9) 方塊500中執行。須注意，參考頻率或代表它的電流或電壓 不需要在系統内部產生，也可由外部產生。代表信號―電 流、電壓或頻率一接著在方塊200中比較。或者，也可如方 塊400所示，不先產生參考頻率再將其轉換，而是直接產生 參考電壓或電流。方塊200由比較器203、增益方塊2〇4及濾 波方塊205構成。在某些特定的實施中需要濾波方塊2〇5以 使系統穩定。增益及濾波方塊可以使用習用的積分器實 施，如參考圖4的說明。方塊200的輸出可以是電流或電壓， 因此，必須視滯後控制器方塊10所需的滯後控制輸入類型 轉換成電壓或電流。 本發明之較佳實施例圖3的較佳實施如圖4所示。在此 所顯示的轉換器方塊100是頻率到電流的轉換器。它是由兩 個開關101、1〇2及電容器C4構成。開關1〇1由輸入信號 OPFRQ控制。開關⑻的主節點―直是連接到電容器以的 頂板。開關ιοί第一可選擇節點連接到參考電壓Vref，開關 101的第二可選擇節點連接到ViN，也就是方塊2〇〇之積分器 202的反相電壓輸入節點。因此，對輸入信號〇pFRQ的一 相位而口電谷裔C4的頂板耗合到vREF，對輸入信號 〇PFRQ =另—相位而言，電容器C4的頂板耦合到VlN。開 關102也是由輪入信號〇PFRQ控制。開關1〇2的主節點一直 連接到電容器C4的絲。開_ 102的第—可選擇節點接 地’開關102的第二可選擇節點連接到方塊2〇〇之運算放大 器202的非反相電壓輸入節點2〇6。因此，對輸入信號 OPFRQ的一相位而言，電容的底板耦合接地，對輸入 • 11 _ 本紙張尺度適用中國國家標準規格（2¥:297^17 -------------------------------^ —Awi (請先閱讀背®.之注意事項再填寫本頁) 591866 A7 B7 五、發明說明αο) 信號OPFRQ的另一相位而言，電容器C4的底板耦合到運算 放大器202的非反相電壓輸入節點206。 現請參閱圖4所示的方塊200。方塊200包括一積分器。 此積分器是由運算放大器202構成，具有反相輸入205及非 反相輸入206,以及連接於反相輸入205與運算放大器輸出 207間的電容器C5。 本較佳實施例使用包括參考電流源4〇1的方塊400實 施，而非參考頻率方塊5〇〇，參考電流源401連接於運算放 大器202的反相輸入205與接地之間。 方塊300 ,包括電壓到電流的轉換器，耦合到積分器的 輸出207。方塊300包括由電壓控制的電流源3〇1，連接於電 壓源或參考與滯後控制輸出HC之間，且是由方塊200的輸 出控制。接著，HC連接到滯後控制器的輸入，以便調整控 制器的滯後位準。在TPS 5210上，HC被連接到VHYST輸入。 如圖1所示，經由將HC上的信號連接到位於電阻器R3及R4 間的節點95，在乂狀灯輸入上被轉換回電壓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 現將描述圖4所示回授控制系統的操作。頻率進入到電 流轉換器方塊100,其操作如同電荷分配網絡，每一個完整 周期將固定的電荷量倒入積分器的反相輸入2〇5。每個周期 所倒入的電荷量固定，但轉換器操作的頻率不固定，因此， 此頻率將決定某一段時間所倒入的電荷量。分配固定量之 電荷的方法有若干種，在本實施例的較佳實施中，是使用 電容器C4及開關1〇1及1〇2完成。積分器是由電容器C5及運 算放大器202構成，它的工作是將壓Vin保持在一定電壓。 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）
591866 五、發明說明（11) VREF疋-固定的參考電壓，電容器⑽電容值也固定。因 =電荷的里Q CV，亦即，倒入積分器反相節點的電荷 里也將固疋。更明確地說，輸人到電荷分配電路的周期脈 衝OPFRQ控制開關，並允許電容㈣在每—個周期充電到 >考電壓VREF。接著’每周期一二欠，儲存在電容器以中之 固定量=電荷被倒人反相節賴5。須注意，電荷分配電路 ^積^的#作’-堆的電荷持續地輸人到積分器的反相 節點205 ’將致使该節點的電壓持續攀升。因此，配置電流 陷方塊400從此節點抽出某—固定量的電荷。㈣視電 壓VIN增加或減少輸出電壓ViNT，積分器試圖將電壓V川保 持固定。不過，電壓VIN不會固定，如果漣波頻率增加或減 V 時間中所分配的電荷量將大於或小於被電流陷方 塊從反相節點抽出的固定電荷量。積分器所產生的此電壓 VINT代表輸入頻率與目標頻率間的誤差，將被送到控制器 以調整滞後位準。婦滞後位準將可減少此誤差，並使頻 率相互接近。 構建方塊100中之開關101及102的習知方法很多。圖5a 及5b為開關101的兩個例子。圖5b的開關是由M〇s電晶體 112及113構成。圖5a中的開關完全是由CMOS傳輸閘110及 ui構成。如有需要，也可使用雙極電晶體取代m〇sfet構 成開關。 —圖4中的積分器可以使用運算放大器及與其連接的電 容器構成。不過，也不一定需要如此複雜，可以使用工業 界一般習知的任何方法構建。甚至可以簡單地只使用一個 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G x 297公爱） ---------^---------^ —AWI (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 591866 A7 —_ 一 五、發明說明（12) 電容器構成。 架構電流陷（current sink)401的方法很多，都是熟悉此 方面技術人士所習知的技術，使用FET或BJT。各種例子如 圖6a-6d所示。它可以使用簡單的電阻器構成，如電阻器 402，它將電流從反相節點2〇5陷到接地。電流陷也包括單 電晶體，如電晶體403或404，被偏壓on後，汲極_到_源極 的路徑連接於反相節點與接地之間。另者，也可以使用較 精確的電流參考電路，如圖6d所示的電流鏡電路，它追縱 來自電路中別處的參考電流。在此的基本要求是電流陷要 在每單位時間内抽出較固定的電荷量（即較固定的電流）。 另一種典型的電流陷電路如上所述，使用一電容器切 入及切出，如圖6e所示。此例所使用的電容器C6與圖4中 電容器C4的值相同。電容器C6被充電到某一電壓，如 Vref ’並使用一時計控制將某一定量的電荷拉出積分器的 節點。另一組開關407及409用來將電容器C6切入電路。這 些開關由參考頻率化號控制’如Fref。開關在第一狀態時， 電容器C6的頂板被連接在接地，而電容器C6的底板被連接 在VREF。VREF可與圖3所使用的參考電壓相同，但並非必 要。因此，在此第一狀態時，電容器C6被充電到-VREF。開 關在第二狀態時，底板被接地，頂板被連接到積分器的反 相節點205。頂板嘗試保持在比底板更負vREF的值。因此， 電容器C6將從積分器節點205將電荷拉出以對電容器C6充 電，直到節點上的電壓等於定值VREF。在第一狀態時，電 容器上的電荷是 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公髮） — — — — — — — — — — — — I— — — — — — I— ^» — — — 1 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線一ί---------------------- A7 、發明說明（13)
Qi= -cvcl ::=:1在第=態時電容器C6上的電荷，c是電 的電荷。、谷，Vel疋當開關在第一狀態時電容器(34上 在第二狀態時， Q2^ cvc2 2 是當開關在第二狀態時電容器C6上的電荷，c是電 合為04的電谷值，Vc2是當開關在第二狀態時電容器C4上 的電荷。 因此，電容器上電荷的改變是： aQ=(Q2+Qi)-c[vc2+vc1] 因此，每當電容器C6反轉時，電路將從積分器節點中 抽取AQ。如果電容器C6及C4的大小相同，則每次電容器 C4將:定量的脈衝到反相節點，每次也從反相節點抽取 相同量的AQ脈衝到電容器C6。因此，如果倒入電荷的頻率 與抽取電荷的頻率相同，則系統達到平衡。此將迫使系統 以切換電容器C6電路之參考頻率信號Fref的頻率操作。 現睛回頭參閱圖4。因此，一般來說，電容器。4倒入 反相節點的AQ乘以之開關101及1〇2的操作頻率是提供流 入反相玲點的電流IlN。當Iw等於方塊4〇〇從反相節點取走 的電流Idc時，系統達到平衡。如果系統在比平衡所需頻率 高的頻率下操作時，vIN將試圖增加，並造成VlNT下降。電 流源301是受VINT控制，因此，當VlNT下降，表示系統的頻 率太高，正常時由VREFB與電壓分壓器r3/R4設定的滯後電 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 έ. 之 注 意 事 項 再 填二 寫· 本琴 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 591866 A7 __B7 五、發明說明（14) 壓vHYST被調整。此項調整是由從受控制之電流源3〇ι輸出 的電流執行，並輸入到位於尺3與尺4間的節點95，以使系統 的頻率下降。如果VHYST變得較大，則頻率下降，以及，如 果滯後電壓變得較小，則鮮增加。電壓控制的電流源3〇1 可以使用習知的技術架構，例如雙極電晶體的射極串聯一 個電阻器，如圖7a所示，或按圖7b的方式連接1^[〇81^丁。 此回授經由調整滯後控制器中的滯後大小以控制輸出 頻率。在TPS 5210的情況，滯後位準可經由調整滯後電壓 輸入VHYST加以控制，如上所述。 另一種滯後控制器用來產生滯後電壓輸入所需的電路 不同，因此，需要不同形式的輸入。不過，控制系統的構 想仍然相同，即，使用回授系統調整控制器中滞後的大小， 藉以調整控制器的頻率。 圖8說明本發明第二較佳實施例的方塊圖。本實施例使 用相位比較裔方塊將系統頻率與參考頻率做直接的比較與 匹配，並根據偵測比較中的誤差調整控制器的滯後。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 現請參閱圖8，從控制器搭接出代表控制器頻率的回授 k 5虎，並輸入到回授控制電路。在本實施例中不像第一實 施例先將操作頻率轉換成電壓或電流再進行比較，而是使 用相位比較器250直接比較回授信號與參考信號的相位。參 考#號應在所需的頻率操作，以便控制電路修正回授信 號，並使它的頻率與參考頻率匹配。參考信號可以是使用 者在外部設定的外部信號，或者，它也可在方塊8〇〇内部產 生，例如，方塊800包括一振盪器。積分器7〇〇是系統中固 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7
輸 連 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 591866 五、發明說明（15) 有的，因為相位是由頻率的積分所定義。接著，相位比較 器250比較這兩個信號的相位。接著，此正比的電壓或電= 輸入增益方塊255及濾波方塊260，並接著回授到滞後控制 器，以根據相位比較器所偵測到的相位誤差調整滯後控制 器的頻率。 有若干習知技術的鎖相環路(P L L)電路可用來實施相 位比較功能。可用來執行相位比較的簡單電路例如包括如 圖9a所不的XOR邏輯閘，它接收相位參考信號及來自控制 器的回授信號，並輸出一連串的脈衝，其寬度代表所=較 之兩:则的相位差。它們例如也包括如圖外所示的型 正反器。回授信號輪人到正反器的控制輸人，炎考^號 入到D輸人。或者可按相反的方式連接，~，回^ =輸人’I考信號連接到控制輸人。參考信號相授 考信號被取樣為高，此表示回授信號落後，;Ϊ = : 加滞後控制器的頻率。此_ 超、，夫愈接近參考信號的上升緣。如果它 亍上:緣’則所取樣的參考信號為低，此表 用來況，D型正反器的輪出被滤《 用來減少滯後控制器的頻率。 愈靠近=上〜 .濾 ------------!φ--------^----------Μ IIΨ____________________ (請先閲讀背¾.之注意事項再填寫本頁) =:，=:或複雜的電路都可用來實施相位比 如果相位比較器是類比式PLL的一部分，則增益及 17
本紙張尺度適用中國_準(CNS)A4規格⑵ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 591866 A7 B7 五、發明說明（16) 波方塊255及260都應存在。再次，有很多種已知的增益及 濾波方塊可用於類比式PLL糸統。簡單的增益方塊例如包 括圖10所示的RC網絡255。相位比較器的輸出輸入到電阻 器256的一節點。電阻器256的另一節點輸出到增益方塊 60。此節點也連接到電容器C8的頂板。電容器C8的底板連 接到電谷态C9的頂板以及電阻器258的一節點。電阻器258 的另一節點及電容器C9的底板接地。簡單的濾波方塊例如 包括如圖10所示的雙極電路260。須注意，濾波方塊也可由 MOSFET構成。增益方塊255的輸出輸入到NPN電晶體261 的基極。NPN電晶體261的集極連接到vcc，它的射極連接 到電阻器262及PNP電晶體263的基極。電阻器262的另一節 點接地。PNP電晶體263的射極連接到電阻器264的一節 點’ PNP電晶體263的集極輸出到控制器的滯後控制輸入。 電阻器264的另一節點連接到Vcc。 也可以使用全數位的PLL實施。數位式PLL廣為業界使 用。視系統的要求而定，在此應用中也許使用數位式PLL 較佳。全數位式PLL的實施如圖11所示。本例是使用升/降 计數器270及數位到類比轉換器（DAC)28〇。升/降計數器 270往上或往下計數視滯後控制器10的相位是超前或落後 而定。計數器270的作用如同積分器。如果滯後控制器的頻 率太高，則計數器270向上計數，增加DAC 280輸出的值， 並增加滯後控制器的滯後，藉以降低頻率。如果滯後控制 器的頻率太低，則計數器270向下計數，減少DAC 280輸出 的值，並減少滯後控制器的滯後，藉以增加頻率。熟悉此 -18 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） (請先閱讀背&之注意事項再填寫本頁) ---訂ί 線—等· 591866
五、發明說明（17) 方面一般技術之人士所知的很多其它簡單或複雜類型的全 數位式PLL電路都可用於此方面的用途。 雖然已對本發明詳細描述，但須瞭解，可做任何修改、 取代與替換，都不會偏離本發明所附申請專利範圍所定 的精神與範圍。 & -------------m c請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁，> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
訂---------線· •----------------------- 591866 A7 B7 魁 五、發明說明（18 ) 圖式之代號說明： 代表 符號 名 稱 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------------,%------- —訂---------線！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) R3 電阻器 R4 電阻器 L1 電感器 C1 電容器 L2 電感器 C2 電容器 C4 電容器 C8 電容器 C9 電容器 10 滯後控制器 40 滞後比較器 50 高驅動器 60 低驅動器 95 節點 100 頻率-電壓或-電流轉換方塊 101 開關 102 開關 110 CMOS傳輸閘 111 CMOS傳輸閘 112 MOS電晶體 113 MOS電晶體 200 比較方塊 202 積分器 203 比較器 204 增益方塊 205 濾波方塊 205 反相電壓輸入節點 206 非反相電壓輸入節點 207 運算放大器輸出 250 相位比較器 252 D型正反器 255 增益方塊 255 RC網絡 256 電阻器 258 電阻器 260 濾波方塊 261 NPN電晶體 262 電阻器 263 PNP電晶體 264 電阻器 270 計數器 280 數位到類比轉換器 301 電壓控制的電流源 400 參考電壓或電流方塊 401 參考電流源 402 電阻器 403 電晶體 404 電晶體 407 開關 409 開關 500 參考頻率產生及轉換方塊 600 電壓分壓器 700 積分器 800 參考信號方塊(振盪器） 1000回授電路 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）