TWI440311B - 允許脈寬調變值之立即更新 - Google Patents

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Description

允許脈寬調變值之立即更新
本揭示內容係關於具有數位脈寬調變(PWM)能力之數位器件,且更特定言之,係關於一種允許PWM負載循環及/或週期值中之改變的立即更新之數位器件。
在切換式電源供應器(SMPS)中,提供PWM負載循環之立即(非同步)更新的能力非常重要,因為控制迴路穩定性及性能與該控制迴路"滯後"成反比。該"滯後"係從回授資訊之獲取直至將新的刺激提供至系統的時間。當前技術的PWM產生器可導致從新的刺激值(負載循環)之計算直至可以於下一PWM邊界(同步更新)將該PWM更新的一延遲。(1)若將一新的較小負載循環值程式化至該PWM產生器中,(2)若該PWM循環計數器已前進超過該新的負載循環值,以及(3)若在該負載循環值與該PWM循環計數值之間做一相等比較,則可以造成此延遲。一PWM循環計數器還可能"錯過"該最大負載循環值並保持"開啟"直至該PWM計數器達到其硬體限制而從一最大計數"翻轉"至一零計數,從而開始下一PWM循環。此"翻轉"時間可以係所需PWM循環持續時間之倍數並在控制一SMPS時可能造成嚴重的功能性問題。
因此,需要一方式來克服上面識別之問題以及現有技術中的其他缺點及缺陷,其係藉由在一數位器件(例如微處理器、微控制器、數位信號處理器(DSP)、可程式化邏輯陣列(PLA)、特定應用積體電路(ASIC)及類似物)中提供一數位PWM產生特徵,其具有對於先進切換電源供應系統(例如切換式電源供應器(SMPS)系統)之操作與控制有用且有利的特徵。
依據本揭示之一特定範例具體實施例,用於產生脈寬調變(PWM)之一裝置可包含:一計時器/計數器;一週期暫存器;一負載循環暫存器;一第一比較器,其具有耦合至該週期暫存器的一第一輸入、耦合至該計時器/計數器的一第二輸入及耦合至該計時器/計數器之一重置的一輸出,使得當該計數值等於或大於儲存於該週期暫存器中的一週期值時該計時器/計數器之一計數值重置;以及一第二比較器,其具有耦合至該負載循環暫存器的一第一輸入、耦合至該計時器/計數器的一第二輸入及產生一PWM信號的一輸出,其中當該計數值小於儲存於該負載循環暫存器中的一負載循環值時,該PWM信號處於一第一邏輯位準,否則該第二比較器之輸出處的PWM信號處於一第二邏輯位準。
依據本揭示之另一特定範例具體實施例,用於產生脈寬調變(PWM)之一方法可包含以下步驟:提供一週期值;提供一負載循環值;遞增一時間計數值;比較該時間計數值與該週期值使得當該時間計數值等於或大於該週期值時,將該時間計數值重置為一第一時間計數值;以及比較該時間計數值與該負載循環值使得當該時間計數值小於該負載循環值時一PWM信號接著處於一第一邏輯位準,否則該PWM信號處於一第二邏輯位準。
現參考圖式來示意性解說特定範例性具體實施例的細節。圖式中相同的元件將由相同的數字表示,而相似的元件將由具有不同小寫字母下標的相同數字來表示。
參考圖1,其繪示一先前技術的脈寬調變(PWM)產生器之一示意性方塊圖。一先前技術的PWM產生器(一般由數字100表示)可以包含一週期暫存器102、一計時器/計數器104、一負載循環暫存器106、一計時器/週期比較器108、一負載循環更新暫存器110、一負載循環/計時器比較器112及一PWM正反器118。針對PWM信號114,該週期暫存器102可以載有所需週期而該負載循環暫存器106可以載有所需負載循環(參見圖3與5)。該計時器/計數器104遞增計數直至其計數值等於儲存於該週期暫存器102中的週期值。當兩者相等時,設定該PWM正反器118(Q輸出變高或變至邏輯"1"),然後將計時器/計數器104重置回零並再次開始遞增計數直至由該比較器108決定其計數與該週期值相等。每當來自該計時器計數器104的計數值等於儲存於該週期暫存器102中的週期值時,該負載循環更新暫存器110將載有儲存於該負載循環暫存器106中的所需負載循環值。該負載循環/計時器比較器112決定來自該計時器/計數器104的計數等於儲存於該負載循環更新暫存器110中的PWM負載循環值之時間,並在相等時來自該負載循環更新暫存器110的一輸出114清除該PWM正反器118(Q輸出變低或變為邏輯"0"),從而於該PWM正反器118之輸出120處產生一PWM信號。將該比較器112與該正反器118用於迫使負載循環更新與PWM循環邊界(完整週期)以避免該PWM信號中的潛在錯誤。
參考圖2,其依據本揭示之一特定範例具體實施例繪示允許脈寬調變負載循環及/或週期值之立即更新的一PWM產生器之一示意性方塊圖。一PWM產生器(一般由數字200表示)可包含一週期暫存器102、一計時器/計數器104、一負載循環暫存器106、一計時器/週期比較器208及一負載循環/計時器比較器212。針對PWM信號214,該週期暫存器102可以載有所需週期而該負載循環暫存器106可載有一所需負載循環(參見圖4與6)。該計時器/計數器104遞增計數直至其計數值等於或大於儲存於該週期暫存器102中的週期值,然後該計時器/計數器104重置回零並再次開始遞增計數。藉由在該比較器208中具有一等於或大於比較特徵,可以立即更新一PWM週期改變而不必等待一當前PWM週期之完成。此在縮短該PWM週期時尤其重要。
每當來自該計時器/計數器104的值小於該負載循環暫存器106中的值時,該負載循環/計時器比較器212於其輸出214產生該PWM信號。此特徵允許一立即負載循環更新(非同步更新)至新的PWM負載循環值而非等待直至一PWM週期結束以接受該等新的負載循環值。此在回應改變系統狀態(例如PWM負載循環中之改變)時減低一控制迴路中的潛時,並在該PWM負載循環計時器/計數器104已前進超過所更新負載循環最大值之情況下防止PWM"逃離"(例如錯過一PWM循環)。還應注意依據本揭示之教導不需要一負載循環更新暫存器(圖1之暫存器110)。
預期並處於本揭示內容之範疇內,可以將一數位器件702(參見圖7)之邏輯用於將負載循環值寫入該負載循環暫存器106及/或從該負載循環暫存器106讀取負載循環值,並用於將週期值寫入該週期暫存器102及/或從該週期暫存器102讀取週期值。該PWM產生器200還可以係該數位器件702的邏輯電路之部分(與其整合)。
參考圖3,其繪示來自圖1中解說之PWM產生器的一PWM信號之一示意性時序圖。在圖3之左側部分上,PWM信號波形302具有一週期=7與一負載循環=4。於時間304,將該負載循環改變(增加)至5但該PWM信號波形302不採取新的5之負載循環直至於當前週期時間306結束時完成當前負載循環=4。因而,自將該負載循環從4改變至5及實際PWM信號302實施此新的負載循環之時間,已引起顯著延遲。時脈波形320一般表示用於決定該等PWM週期與負載循環的PWM產生器時脈。
參考圖4,其依據本揭示內容之特定範例具體實施例繪示來自圖2中解說的PWM產生器之特定範例性具體實施例的一PWM信號之一示意性時序圖。在圖4之左側部分上,PWM信號波形402具有一週期=7與一負載循環=4。於將該負載循環改變至5的時間304,該PWM信號波形402立即採取新的5之負載循環。因而,自於時間304將該負載循環從4改變至5及該實際PWM信號402波形實施此新的負載循環之時間實質上不存在延遲。
參考圖5,其繪示來自圖1中解說之PWM產生器的一PWM信號之另一示意性時序圖。在圖5之左側部分上,PWM信號波形502具有一週期=7與一負載循環=4。於時間504,將該負載循環改變(減小)至3但該PWM信號波形502不採取新的3之負載循環直至當前該週期(=7)已於時間506所指示的時間週期結束處完成。在此範例中,該PWM負載循環計數器106已"錯過"最大負載循環值並保持"開啟"直至該計數器l06達到其硬體限制並從(例如)FFFF"翻轉"至一零計數從而於下一PWM週期開始。此"翻轉"時間可以係所需PWM負載循環之倍數並可能造成嚴重的功能性控制問題。在圖5所示的範例中,損失一PWM負載循環508(由時間504與506之間的虛線所指示)。
參考圖6,其依據本揭示內容之特定範例性具體實施例繪示來自圖2中解說的PWM產生器之特定範例性具體實施例的一PWM信號之另一示意性時序圖。在圖6之左側部分上,PWM信號波形602具有一週期=7與一負載循環=4。於時間504,將該負載循環改變(減小)至3而該PWM信號波形502立即採取新的3之負載循環。於時間504及之後(直至下一負載循環改變),該PWM信號波形602具有一週期=7與一負載循環=3。因而,自於時間504將該負載循環從4改變至3及該實際PWM信號602波形實施此新的負載循環之時間實質上不存在延遲("滯後時間")。此在該PWM負載循環計數器104已前進超過所更新負載循環最大值之情況下允許對一新的(較小)值之立即負載循環反應從而防止PWM"逃離"(例如錯過一PWM循環)。
參考圖7,其依據本揭示內容之特定範例性具體實施例繪示耦合至一切換式電源供應器的具有PWM產生能力之一數位器件。可以將一數位器件702(例如微處理器、微控制器、數位信號處理器(DSP)、可程式化邏輯陣列(PLA)、特定應用積體電路(ASIC)及類似物)耦合至一切換式電源供應器704或任何其他使用PWM作為其控制的系統。可以藉由該數位器件702來載入(及/或讀取)該負載循環暫存器106及/或該週期暫存器102(圖2)。
儘管已參考本揭示內容的範例性具體實施例來繪示、說明及定義本揭示內容的具體實施例,但此類參考並不暗示本揭示內容上之一限制,且不推斷此類限制。正如熟習此項技術者及受益於本揭示內容者所知,可在形式及功能上對所揭示之主題進行相當大的修改、變更及等效改變。本揭示內容所繪示與說明的具體實施例僅係範例,並非詳盡說明本揭示內容之範疇。
100...PWM產生器
102...週期暫存器
104...計時器/計數器
106...負載循環暫存器
108...計時器/週期比較器
110...負載循環更新暫存器
112...負載循環/計時器比較器
116...文中未說明
118...PWM正反器
120...正反器之輸出
200...PWM產生器
208...計時器/週期比較器
212...負載循環/計時器比較器
216...文中未說明
702...數位器件
704...切換式電源供應器
參考上述說明,結合附圖,便可更完整地瞭解本揭示內容,其中:圖1解說一先前技術的脈寬調變(PWM)產生器之一示意性方塊圖;圖2依據本揭示內容之一特定範例性具體實施例,解說允許脈寬調變負載循環及/或週期值之立即更新的一PWM產生器之一示意性方塊圖;圖3解說來自圖1中解說之PWM產生器的一PWM信號之一示意性時序圖;圖4依據本揭示內容之特定範例性具體實施例,解說來自圖2中解說的PWM產生器之特定範例性具體實施例的一PWM信號之一示意性時序圖;圖5解說來自圖1中解說之PWM產生器的一PWM信號之另一示意性時序圖;圖6依據本揭示內容之特定範例性具體實施例,解說來自圖2中解說的PWM產生器之特定範例性具體實施例的一PWM信號之另一示意性時序圖;以及圖7依據本揭示內容之特定範例性具體實施例,解說耦合至一切換式電源供應器的具有PWM產生能力之一數位器件。
儘管本揭示內容容許有各種修改與替代形式,但圖式中顯示其特定範例性具體實施例且於本文中作詳細說明。然而,應明白,本文中特定範例性具體實施例之說明的目的並非將本揭示內容限制在本文揭示的特定形式中,相反,本揭示內容涵蓋隨附申請專利範圍所定義之所有修改與等效物。
102...週期暫存器
104...計時器/計數器
106...負載循環暫存器
200...PWM產生器
208...計時器/週期比較器
212...負載循環/計時器比較器
216...文中未說明
702...數位器件

Claims (22)

  1. 一種用於操作產生脈寬調變(PWM)裝置之方法,該裝置包含:一計時器/計數器(104);一週期暫存器(102);一負載循環暫存器(106);一第一比較器(108),其具有耦合至該週期暫存器(102)之一第一輸入、耦合至該計時器/計數器(104)之一第二輸入及耦合至該計時器/計數器(104)之一重置的一輸出,使得當一計數值等於或大於儲存於該週期暫存器(102)中之一週期值時,將該計時器/計數器(104)之該計數值重置;以及一第二比較器(112),其具有耦合至該負載循環暫存器(106)之一第一輸入、耦合至該計時器/計數器(104)之一第二輸入及產生一PWM信號之一輸出(114),其中當該計數值小於儲存於該負載循環暫存器(106)中的一負載循環值時,該PWM信號處於一第一邏輯位準,否則該第二比較器(112)之該輸出處的該PWM信號處於一第二邏輯位準,該方法包含下列步驟:上載該週期暫存器以界定一PWM週期及上載該負載循環暫存器,接續地藉由饋送一時脈信號至該計時器/計數器之一控制輸入以起始該計時器/計數器;當該計時器/計數器在運作中,非同步地接收用於該負 載循環暫存器之一更新值,及於一PWM週期期間非同步地更新該負載循環暫存器。
  2. 如請求項1之方法,其中該更新值係由耦合至該週期暫存器(102)與該負載循環暫存器(106)之一數位器件所提供。
  3. 如請求項2之方法,其中該數位器件係選自由一微處理器、微控制器、數位信號處理器(DSP)、特定應用積體電路(ASIC)及可程式化邏輯陣列(PLA)組成之群組。
  4. 如請求項2或3之方法,其中該數位器件將該週期值寫入該週期暫存器(102)。
  5. 如請求項2或3之方法,其中該數位器件將該負載循環值寫入該負載循環暫存器(106)。
  6. 如請求項2或3之方法,其中該數位器件從該週期暫存器(102)讀取該週期值。
  7. 如請求項2或3之方法,其中該數位器件從該負載循環暫存器(106)讀取該負載循環值。
  8. 2或3之方法,其中該第一邏輯位準係一邏輯"1"而該第二邏輯位準係一邏輯"0"。
  9. 2或3之方法,其中該第一邏輯位準係一邏輯"0"而該第二邏輯位準係一邏輯"1"。
  10. 一種用於產生脈寬調變(PWM)之方法,該方法包含以下步驟:提供一週期值;提供一負載循環值; 起始一時間計數值;藉由比較該時間計數值與該週期值使得當該時間計數值等於或大於該週期值時,將該時間計數值重置為一第一時間計數值以產生一PWM週期;藉由比較該時間計數值與該負載循環值使得當該時間計數值小於該負載循環值時,則一PWM信號處於一第一邏輯位準以產生一PWM負載循環,否則該PWM信號處於一第二邏輯位準;於一PWM週期期間非同步地接收用於該負載循環暫存器之一更新;及於一PWM週期期間非同步地更新該負載循環值。
  11. 如請求項10之方法,其中該第一時間計數值係零。
  12. 如請求項10之方法,其中該第一邏輯位準係一邏輯"1"而該第二邏輯位準係一邏輯"0"。
  13. 如請求項10之方法,其中該第一邏輯位準係一邏輯"0"而該第二邏輯位準係一邏輯"1"。
  14. 一種用於產生脈寬調變(PWM)的裝置,其包含:一計時器/計數器(104);一週期暫存器(102);一負載循環暫存器(106);一第一比較器(108),其具有耦合至該週期暫存器(102)之一第一輸入、耦合至該計時器/計數器(104)之一第二輸入及耦合至該計時器/計數器(104)之一重置的一輸出(116);以及 一第二比較器(112),其具有耦合至該負載循環暫存器(106)之一第一輸入、耦合至該計時器/計數器(104)之一第二輸入及產生一PWM信號之一輸出(114),其中當一計數值小於儲存於該負載循環暫存器(106)中的一負載循環值時,該PWM信號處於一第一邏輯位準,否則該第二比較器(114)之該輸出處的該PWM信號處於一第二邏輯位準,其特徵在於:該第一比較器經組態以使得當該計時器/計數器(104)之一計數值等於或大於儲存於該週期暫存器(102)中之一週期值時,將該計數值重置。
  15. 如請求項14之裝置,其進一步包含耦合至該週期暫存器(102)與該負載循環暫存器(106)之一數位器件。
  16. 如請求項15之裝置,其中該數位器件係選自由一微處理器、微控制器、數位信號處理器(DSP)、特定應用積體電路(ASIC)及可程式化邏輯陣列(PLA)組成之群組。
  17. 如請求項15或16之裝置,其中該數位器件係可操作以將該週期值寫入該週期暫存器(102)。
  18. 如請求項15或16之裝置,其中該數位器件係可操作以將該負載循環值寫入該負載循環暫存器(106)。
  19. 如請求項15或16之裝置,其中該數位器件係可操作以從該週期暫存器(102)讀取該週期值。
  20. 如請求項15或16之裝置,其中該數位器件係可操作以從該負載循環暫存器(106)讀取該負載循環值。
  21. 如請求項14、15或16之裝置,其中該第一邏輯位準係一 邏輯"1"而該第二邏輯位準係一邏輯"0"。
  22. 如請求項14、15或16之裝置,其中該第一邏輯位準係一邏輯"0"而該第二邏輯位準係一邏輯"1"。
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