本发明涉及模拟开关电源技术领域，尤其涉及一种用于迟滞模式降压转换器的锁频方法和装置。
背景技术：
降压型转换器在便携式设备，如：手机、数码照相机、平板电脑等中已广泛应用。这种转换器将负载调整和恢复时间作为一项重要的性能指标。迟滞模式控制技术抛开了原有的环路控制技术，抛开了带宽必须被限定在开关频率的10％左右的限制，因此可以较大的提高系统带宽，即：在相同的工作频率下有效地改善系统的瞬态响应。但是，迟滞模式本身也有一些缺点：最重要的就是系统的工作频率会随着占空比、负载大小的不同而变化，这样就会引入一些干扰方面的新问题。所以，要想更好的利用迟滞模式，必须解决频率变化的问题。
技术实现要素：
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种用于迟滞模式降压转换器的锁频方法和装置。
本发明实施例提供了一种用于迟滞模式降压转换器的锁频方法，该方法包括：
分别对基准频率和系统采样频率进行转换，得到与基准频率和系统采样频率各自对应的电压参数；依据与所述基准频率对应的电压参数以及与所述系统采样频率对应的电压参数进行计算，形成差分电流信号；通过所述差分电流信号对依据反馈电压Vfb形成的电压Vramp的斜率进行控制。
其中，所述分别对基准频率和系统采样频率进行转换，得到对应的电压参数，包括：
分别对所述基准频率和系统采样频率进行相同的分频处理操作，并分别依据分频后的频率信号生成固定脉冲宽度的脉冲信号，再分别依据所述固定脉冲宽度的脉冲信号生成直流电压信号。
其中，所述依据与所述基准频率对应的电压参数以及与所述系统采样频率对应的电压参数进行计算，包括：
对与所述基准频率对应的直流电压信号以及与所述系统采样频率对应的直流电压信号之间的误差进行运算放大，得到差分电流信号。
其中，所述依据反馈电压Vfb形成的电压Vramp，为：
所述电压Vramp是以所述反馈电压Vfb的静态工作点为中间值而进行充放电产生的一个三角波信号，所述进行充放电的电流为所述差分电流。
本发明实施例还提供了一种用于迟滞模式降压转换器的锁频装置，该装置包括：频率转换模块、差分电流形成模块和斜率控制模块；其中，
所述频率转换模块，用于分别对基准频率和系统采样频率进行转换，得到与基准频率和系统采样频率各自对应的电压参数；
所述差分电流形成模块，用于依据与所述基准频率对应的电压参数以及与所述系统采样频率对应的电压参数进行计算，形成差分电流信号；
所述斜率控制模块，用于通过所述差分电流信号对依据反馈电压Vfb形成的Vramp的斜率进行控制。
其中，所述频率转换模块分别对基准频率和系统采样频率进行转换，得到对应的电压参数，包括：
分别对所述基准频率和系统采样频率进行相同的分频处理操作，并分别依据分频后的频率信号生成固定脉冲宽度的脉冲信号，再分别依据所述固定脉冲宽度的脉冲信号生成直流电压信号。
其中，所述频率转换模块包括：两个结构相同的频率检测模块，一个用于基准频率的转换，一个用于系统采样频率的转换；每个频率检测模块包括：分频单元、脉冲宽度固定单元和低通滤波单元；其中，
所述分频单元，用于对基准频率或系统采样频率执行分频操作，并将分频后的频率信号发送到脉冲宽度固定单元；
所述脉冲宽度固定单元，用于将分频后的频率信号生成固定脉冲宽度的脉冲信号，并发送到所述低通滤波单元；
所述低通滤波单元，用于依据所述固定脉冲宽度的脉冲信号生成直流电压信号。
其中，所述差分电流形成模块，包括：OTA运算放大器、模块Z以及源随放大电路；其中，
所述OTA运算放大器的两个输入级为与所述基准频率对应的直流电压信号，以及与所述系统采样频率对应的直流电压信号；所述模块Z为锁频环路的补偿网络，与OTA运算放大器的输出端相连；所述OTA运算放大器的输出端还与所述源随放大电路相连，所述源随放大电路用于最终产生所述差分电流信号。
其中，所述斜率控制模块，包括：MOS管M1、M2、M3和M4，以及电容C，所述M1和M2为P型增强型MOS管，M3和M4为N型增强型MOS管；其中，
所述M1的栅极接PWM信号，源极为所述差分电流的输入；所述M2的栅极接PWM_N信号，漏极为所述差分电流的输出；所述M3的漏极为所述差分电流的输入，栅极接PWM_N信号；所述M4的栅极接PWM信号，源极为所述差分电流的输出；所述M1的漏极、M2的源极、M3的源极以及M4的漏极间互联，且均与所述电容C相连，电容C的另一端接反馈电压Vfb。
本发明实施例还提供了一种片上系统，该系统包括：上文所述的用于迟滞模式降压转换器的锁频装置。
本发明实施例提供的用于迟滞模式降压转换器的锁频方法和装置，分别对基准频率和系统采样频率进行转换，得到与基准频率和系统采样频率各自对应的电压参数；依据与所述基准频率对应的电压参数以及与所述系统采样频率对应的电压参数进行计算，形成差分电流信号；通过所述差分电流信号对依据反馈电压Vfb形成的电压Vramp的斜率进行控制。本发明实施例中，当系统采样频率小于基准频率时，形成的差分电流的值就会增加，从而使电压Vramp信号的斜率增大，从而使电压Vramp能够更快的触发基准窗口电压Vhys，增大系统工作频率；反之，则会减小系统工作频率，通过负反馈，以实现频率锁定的功能。
与现有技术相比，本发明实施例有如下优势：
首先，现在普遍采用的技术是利用锁相环原理来进行锁频的，在锁频基础上同时在锁相，这无疑增加了系统设计的复杂程度，而本方案是采用纯粹的锁频技术，简化了电路设计；其次，现有技术是用锁相环产生的差分信号调节迟滞窗口电压Vhys，而本方案是用该迟滞窗口电压Vhys去调节Vramp信号，同样也简化了电路设计。
附图说明
在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1为本发明实施例所述用于迟滞模式降压转换器的锁频方法实现流程示意图；
图2为本发明实施例所述用于迟滞模式降压转换器的锁频装置结构示意图；
图3为本发明一具体应用场景中所述锁频装置应用的整体架构图；
图4为本发明实施例所述的频率检测模块的结构示意图；
图5为本发明实施例所述的差分电流形成模块的结构示意图；
图6为本发明实施例所述的斜率控制模块的结构示意图。
具体实施方式
本发明的实施例中，分别对基准频率和系统采样频率进行转换，得到与基准频率和系统采样频率各自对应的电压参数；依据与所述基准频率对应的电压参数以及与所述系统采样频率对应的电压参数进行计算，形成差分电流信号；通过所述差分电流信号对依据反馈电压Vfb形成的电压Vramp的斜率进行控制，以最终达到控制系统频率的功能。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例所述用于迟滞模式降压转换器的锁频方法实现流程示意图，如图1所示，该方法包括：
步骤101：分别对基准频率和系统采样频率进行转换，得到与基准频率和系统采样频率各自对应的电压参数；
步骤102：依据与所述基准频率对应的电压参数以及与所述系统采样频率对应的电压参数进行计算，形成差分电流信号；
步骤103：通过所述差分电流信号对依据反馈电压Vfb形成的电压Vramp的斜率进行控制。
这样，可将所述电压Vramp与迟滞窗口电压Vhys进行比较，形成PWM信号，从而对系统工作频率进行调整控制。
本发明实施例中，当系统采样频率小于基准频率时，形成的差分电流的值就会增加，从而使电压Vramp信号的斜率增大，从而使电压Vramp能够更快的触发基准窗口电压Vhys，增大系统工作频率；反之，则会减小系统工作频率，通过负反馈，以实现频率锁定的功能。
在本发明实施例中，步骤101中所述分别对基准频率和系统采样频率进行转换，得到与基准频率和系统采样频率各自对应的电压参数，包括：
分别对所述基准频率和系统采样频率进行分频处理，并分别依据分频后的频率信号生成固定脉冲宽度的脉冲信号，再分别依据所述固定脉冲宽度的脉冲信号生成直流电压信号；其中，所述对基准频率和系统采样频率进行的分频处理操作相同，例如：可采用相同的分频器进行分频。
在本发明实施例中，步骤102中所述依据与所述基准频率对应的电压参数以及与所述系统采样频率对应的电压参数进行计算，包括：
对与所述基准频率对应的直流电压信号以及与所述系统采样频率对应的直流电压信号之间的误差进行运算放大，得到差分电流信号。
本发明实施例中，所述依据反馈电压Vfb形成的电压Vramp，为：
所述电压Vramp是以所述反馈电压Vfb的静态工作点为中间值而进行充放电产生的一个三角波信号，所述进行充放电的电流为所述差分电流。
本发明实施例还提供了一种用于迟滞模式降压转换器的锁频装置，如图2所示，该装置包括：频率转换模块20、差分电流形成模块21和斜率控制模块22；其中，
所述频率转换模块20，用于分别对基准频率和系统采样频率进行转换，得到与基准频率和系统采样频率各自对应的电压参数；
所述差分电流形成模块21，用于依据与所述基准频率对应的电压参数以及与所述系统采样频率对应的电压参数进行计算，形成差分电流信号；
所述斜率控制模块22，用于通过所述差分电流信号对依据反馈电压Vfb形成的电压Vramp的斜率进行控制。
在本发明实施例中，所述频率转换模块20分别对基准频率和系统采样频率进行转换，得到对应的电压参数，包括：
分别对所述基准频率和系统采样频率进行相同的分频处理操作，并分别依据分频后的频率信号生成固定脉冲宽度的脉冲信号，再分别依据所述固定脉冲宽度的脉冲信号生成直流电压信号。
在一个实施例中，如图3、4所示，所述频率转换模块20包括：两个结构相同的频率检测模块，一个用于基准频率的转换，一个用于系统采样频率的转换，每个频率检测模块包括：分频单元40、脉冲宽度固定单元41和低通滤波(LPF)单元42；其中，
所述分频单元40，用于对基准频率或系统采样频率执行分频操作，并将分频后的频率信号发送到脉冲宽度固定单元41；
所述脉冲宽度固定单元41，用于将分频后的频率信号生成固定脉冲宽度的脉冲信号，并发送到所述低通滤波单元42；
所述低通滤波单元42，用于依据所述固定脉冲宽度的脉冲信号生成直流电压信号。
在本发明实施例中，所述差分电流形成模块21依据与所述基准频率对应的电压参数以及与所述系统采样频率对应的电压参数进行计算，包括：
对与所述基准频率对应的直流电压信号以及与所述系统采样频率对应的直流电压信号之间的误差进行运算放大，得到差分电流信号。
在一个实施例中，如图5所示，所述差分电流形成模块21，包括：OTA运算放大器、模块Z以及源随放大电路；其中，
所述OTA运算放大器的两个输入级为与所述基准频率对应的直流电压信号，以及与所述系统采样频率对应的直流电压信号；所述模块Z为锁频环路的补偿网络，与OTA运算放大器的输出端相连；所述OTA运算放大器的输出端与所述源随放大电路相连，最终经所述源随放大电路产生所述差分电流信号。
在本发明实施例中，所述斜率控制模块22依据反馈电压Vfb形成的电压Vramp，为：
所述电压Vramp是以所述反馈电压Vfb的静态工作点为中间值而进行充放电产生的一个三角波信号，所述进行充放电的电流为所述差分电流。
在一个实施例中，如图6所示，所述斜率控制模块，包括：MOS管M1、M2、M3和M4，以及电容C，所述M1和M2为P型增强型MOS管，M3和M4为N型增强型MOS管，M1和M4是受PWM信号控制的开关，M3和M2是受PWM_N信号控制的开关。其中，所述M1的输入端，即栅极接PWM信号，源极为所述差分电流的输入；所述M2的栅极接PWM_N信号，漏极为所述差分电流的输出；所述M3的漏极为所述差分电流的输入，栅极接PWM_N信号；所述M4的栅极接PWM信号，源极为所述差分电流的输出；所述M1的漏极、M2的源极、M3的源极以及M4的漏极间互联，且均与所述电容C相连，电容C的另一端接反馈电压Vfb。
本发明实施例还提供了一种片上系统，该系统包括：上文所述的用于迟滞模式降压转换器的锁频装置。
图3为本发明一具体应用场景中所述锁频装置应用的整体架构图，如图3所示，所述锁频装置主要由三部分组成：
第一部分由两个结构相同的频率检测模块组成，对应于图2中所述频率转换模块20，用来分别将基准频率和系统采样频率转换成电压参数后提供给所述Gm单元；
第二部分是一个跨导(GM)模块，对应于图2中所述差分电流形成模块21，用于产生调节Ramp电压的电流参数；
第三部分是一个Ramp模块，对应于图2中所述斜率控制模块22，主要作用是在反馈电压Vfb的直流参量基础上，产生一个随系统工作频率变化的Ramp电压参数，它可以增加比较器的精度，也可以通过锁频环路调整系统工作频率；
另外，图3中还包括迟滞模式降压转换器所需要的快速响应的PWM比较器以及驱动控制模块。
如图3所示，迟滞模式系统以一个PWM比较器为核心，将输出电压控制在窗口电压范围内，从而控制了输出电压和输出电压纹波大小。由于输出反馈电压纹波非常小，所以需要Ramp模块来放大纹波，从而可以改善系统的抗干扰能力，减少系统工作频率的抖动。另一方面，由于不同的输入电压、输出电压或电感等电路参数的不同，系统工作频率也会不同，因此锁频环路也是通过Ramp模块并入系统控制环路的。具体的控制方式为，频率检测模块会将基准频率和系统采样频率分别进行处理，产生的电压通过GM模块形成差分电流，通过Ramp模块去影响电压Vramp的斜率，电压Vramp的斜率越大，系统工作频率也就越快；电压Vramp的斜率越小，系统工作频率也就越慢，从而在不同的电路参数条件下通过负反馈环路去调节系统工作频率，使其稳定在基准频率附近。
如图4所示，所述每个频率检测模块包括：分频单元40、脉冲宽度固定单元41和低通滤波(LPF)单元42。由于每个频率检测单元的结构相同，这里以对应于基准频率的频率检测单元为例进行说明。
基准频率信号首先进入分频单元，分频单元的主要的目的是调整输入信号频率的大小，使后级的脉冲宽度固定单元能够满足更大频率范围的采样，只要基准频率检测和系统工作频率采用相同的分频器即可；分频后的频率信号用于产生固定脉冲宽度的脉冲信号，这样，在不同频率时，就会产生不同的DutyCycle输入给低通滤波单元，从而产生对应的直流输出电压Vf，Vf信号直接反应了频率大小。
可见，本发明实施例的频率检测过程使电路设计更加简单，不用使用锁相环路模块，同时使环路分析更加简单。
图5为图3中所示跨导模块，即所述差分电流形成模块21的结构示意图。所述差分电流形成模块将两个频率检测模块产生的反映频率高低的电压信号输入给跨导模块，对两个信号的误差进行运算放大，产生差分电流输出信号。如图5所示，在一个实施例中，可以直接用跨导运算放大电路，即图5中所示OTA运算放大器作为跨导模块的输入级，模块Z为锁频环路的补偿网络，后级接由M1、M2与M3以及R组成的源随放大电路，所述源随放大电路为现有技术，此处不再详述，最后经源随放大电路产生所需要的输出误差电流信号。这里，可以通过调节电阻R的大小和M2与M3镜像比例，也可以设置OTA运算放大器的增益，这些参数都会影响整个锁频环路的增益。
之后，用上述差分电流信号去控制所述Ramp模块，从而控制电压Vramp信号的斜率，最终输出的Vramp信号是在Vfb直流电压的直流工作点的基础上产生的，然后与基准电压窗口比较，形成PWM信号，从而对系统工作频率进行调整控制。如图6所示，Vramp电压是以Vfb电压的静态工作点为中间值而进行充放电产生的一个三角波信号，充放电的电流均为所述跨导模块的输出误差电流ΔI，M1和M2、M3和M4分别是受PWM信号和PWM_N信号控制的开关，去控制图6中所述电容C的充放电，当降压转换器系统给图3中所述电感L充电时，M1和M3打开，M2和M4关断，Ramp模块给图6中所述电容C充电；当系统给电感L放电时，M1和M3关断，M2和M4打开，Ramp模块给图6中所述电容C放电，这样产生的电压Vramp信号受系统工作频率与基准工作频率差的影响而不同，从而调整系统工作频率。
当系统工作频率小于基准频率时，跨导模块输出的电流误差信号就会增加，从而使Vramp信号斜率增大，从而使Vramp能够更快的触发迟滞窗口电压Vhys，增大系统工作频率；反之，则会减小系统工作频率，通过负反馈，以实现频率锁定的功能。
本发明实施例与现有的技术相比，有两个不同之处：首先，现在普遍采用的技术是利用锁相环原理来进行锁频的，在锁频基础上同时在锁相，这无疑增加了系统设计的复杂程度，而本方案是采用纯粹的锁频技术，简化了电路设计；其次，现有技术是用锁相环产生的差分信号调节迟滞窗口电压Vhys，而本方案是用该迟滞窗口电压Vhys去调节Vramp信号，同样也简化了电路设计。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。