专利名称：用于多通道切换式电压转换器的震荡信号产生电路的制作方法
技术领域：
本发明关于一种震荡信号产生电路，尤其关于一种用于多通道切换式电压转换器的震荡信号产生电路。
背景技术：
典型地，切换式电压转换器藉由适当地控制功率切换晶体管的工作周期而达成将输入电压源调节成具有所期望的电压电平的输出电压。在输出电压的电压电平大于输入电压源的电压电平的情况中，此等切换式电压转换器统称为升压转换器或升压调节器。另一方面，在输出电压的电压电平小于输入电压源的电压电平的情况中，此等切换式电压转换器统称为降压转换器或降压调节器。为了确保输出电压的稳定性，切换式电压转换器通常设有反馈电路，其典型地区分为电压模式反馈及电流模式反馈。在电压模式反馈中，反馈电路撷取输出电压的一定比率，用以产生反馈信号。在电流模式反馈中，反馈电路则利用串联电阻侦测电感电流的大小，藉以产生反馈信号。
在现今大多数的电子系统产品中，通常藉由组合各式各样的功能模块以达成一整体的系统性操作与结果。典型地，电子系统产品中的各式各样的功能模块操作于不同的电源供应电压下。由于电子系统产品通常仅有单一输入电压源，例如电池所提供的电压，故必须使用多个切换式电压转换器以便供应多个彼此不同的输出电压。习知上，多个切换式电压转换器整合于单一集成电路芯片中而形成多通道切换式电压转换器，藉以减少封装与配线工艺而达成低成本、小尺寸、并降低寄生电容与电感的优点。在此单一集成电路芯片中，原先多个切换式电压转换器作为多个电源供应通道，并联于共同的输入电压源与地面间，并且具有各自分离的输出端，用以供应多个彼此不同的输出电压。
图1显示公知的多通道切换式电压转换器10的电路方框图。参照图1，多通道切换式电压转换器10具有四个电源供应通道Ch1至Ch4，用以将单一输入电压源Vin分别转换成四个输出电压Vout1至Vout4。第一电源供应通道Ch1包含反馈电路11-1、误差放大器12-1、PWM(脉冲宽度调变)比较器13-1、以及切换电路14-1。反馈电路11-1耦合于输出端，用以产生反馈信号Vfb1，其代表输出电压Vout1。误差放大器12-1具有反相输入端，用以接收反馈信号Vfb1，以及非反相输入端，用以接收预定的参考电压Vref。基于反馈信号Vfb1与参考电压Vref间之差异，误差放大器12-1产生误差信号Verr1。PWM比较器13-1具有非反相输入端，用以接收误差信号Verr1，以及反相输入端，用以接收预定的震荡信号OSC。基于误差信号Verr1与震荡信号OSC间之比较，PWM比较器13-1产生切换控制信号PWM1。响应于切换控制信号PWM1，切换电路14-1将输入电压源Vin转换成输出电压Vout1。切换控制信号PWM1的工作周期决定了输入电压源Vin与输出电压Vout1间的电压电平转换关系。换言之，在输入电压源Vin固定的条件下，藉由适当地调整切换控制信号PWM1的工作周期可获得各种不同的输出电压Vout1。
类似于电源供应通道Ch1，电源供应通道Ch2至Ch4具有反馈电路11-2至11-4、误差放大器12-2至12-4、PWM比较器13-2至13-4、以及切换电路14-2至14-4。反馈电路11-2至11-4分别产生反馈信号Vfb2至Vfb4，其代表输出电压Vout2至Vout4。基于反馈信号Vfb2至Vfb4与参考电压Vref间的差异，误差放大器12-2至12-4分别产生误差信号Verr2至Verr4。基于误差信号Verr2至Verr4与震荡信号OSC间的比较，PWM比较器13-2至13-4分别产生切换控制信号PWM2至PWM4。响应于切换控制信号PWM2至PWM4，切换电路14-2至14-4将输入电压源Vin分别转换成输出电压Vout2至Vout4。
在公知的多通道切换式电压转换器10中，震荡信号产生电路15仅产生单一个震荡信号OSC，例如一高频锯齿波。此震荡信号OSC同时施加至电源供应通道Ch1至Ch4中的每一个，即同时施加至PWM比较器13-1至13-4的反相输入端。由于所有的电源供应通道Ch1至Ch4皆依据相同的震荡信号OSC而操作，因此从PWM比较器13-1至13-4所产生的切换控制信号PWM1至PWM4非常容易发生彼此重叠的情况。结果，受切换控制信号PWM1至PWM4所控制的切换电路14-1至14-4非常容易在同一时间进行切换操作，使得切换操作所造成的瞬变噪声相互叠加。因此，输入电压源Vin与地面电位间存在有相当大的瞬变噪声，使输出电压Vout1至Vout4的品质恶化且容易造成电源供应通道Ch1至Ch4的毁损。
发明内容
有鉴于前述问题，本发明的目的在于提供一种震荡信号产生电路，用于多通道切换式电压转换器，可避免多重电源供应通道所造成的瞬变噪声相互叠加，而达成相对低的瞬变噪声的操作。
依据本发明的一个方面，提供一种震荡信号产生电路，应用于一多通道切换式电压转换器中。该震荡信号产生电路包含方波震荡器、第一与第二分频单元、以及第一至第四震荡器。方波震荡器产生第一基本方波与第二基本方波，其具有相同的基本频率但彼此相位差异180度。响应于该第一基本方波，第一分频单元产生第一辅助方波与第二辅助方波，其具有相同的辅助频率但彼此相位差异180度。该辅助频率等于该基本频率的一半。响应于该第二基本方波，第二分频单元产生第三辅助方波与第四辅助方波，其具有相同的该辅助频率但彼此相位差异180度。响应于该第一辅助方波，第一震荡器产生第一震荡信号，其中该第一震荡信号的每一波谷由该第一辅助方波的边缘所触发。响应于该第三辅助方波，第二震荡器产生第二震荡信号，其中该第二震荡信号的每一波谷由该第三辅助方波的边缘所触发。响应于该第二辅助方波，第三震荡器而产生第三震荡信号，其中该第三震荡信号的每一波谷由该第二辅助方波的边缘所触发。响应于该第四辅助方波，第四震荡器产生第四震荡信号，其中该第四震荡信号的每一波谷由该第四辅助方波的边缘所触发。
依据本发明的另一方面，提供一种多通道切换式电压转换器，包含2n个电源供应通道与一震荡信号产生电路。2n个电源供应通道的每一个用以转换输入电压源成为输出电压，其中n为大于或等于2的整数。震荡信号产生电路产生2n个震荡信号，其相位均匀分散于360度的相位循环中，分别供应至该2n个电源供应通道。
震荡信号产生电路具有方波震荡器、2m个第m级分频单元、以及2n个震荡器。方波震荡器产生第一基本方波与第二基本方波，其具有相同的基本频率但彼此相位差异180度。m为一集合，由所有满足1≤m≤(n-1)的整数所组成。就2m个第m级分频单元而言，每一个第m级分频单元系用以产生一对第m级辅助方波，两者具有相同的第m级辅助频率但彼此相位差异180度。除了第1级辅助频率等于该基本频率的一半以外，该第m级辅助频率等于第(m-1)级辅助频率的一半。响应于2(n-1)个第(n-1)级分频单元所产生的2n个第(n-1)级辅助方波，2n个震荡器产生该2n个震荡信号。
附图简述图1显示公知的多通道切换式电压转换器的电路方框图。
图2显示依据本发明的多通道切换式电压转换器的电路方框图。
图3显示依据本发明的震荡信号产生电路的电路方框图。
图4显示依据本发明的震荡信号产生电路的操作波形图。
图5显示依据本发明的第一锯齿波震荡器的详细电路图。
图6显示依据本发明的用于产生2n个震荡信号的震荡信号产生电路的电路方框图。
实施方式下文中的说明与附图将使本发明的前述与其他目的、特征、与优点更明显。兹将参照附图详细说明依据本发明的较佳实施例。
图2显示依据本发明的多通道切换式电压转换器20的电路方框图。参照图2，多通道切换式电压转换器20具有四个电源供应通道Ch1至Ch4以及一震荡信号产生电路25。电源供应通道Ch1至Ch4将单一输入电压源Vin分别转换成四个输出电压Vout1至Vout4。由于图2所示的电源供应通道Ch1至Ch4相同于图1所示的电源供应通道Ch1至Ch4，因此不再赘述其电路构成与操作方式。
然而，图2所示的震荡信号产生电路25却截然不同于图1所示的公知震荡信号产生电路15。具体而言，震荡信号产生电路25产生四个震荡信号OSC1至OSC4，分别施加至电源供应通道Ch1至Ch4。第一至第四震荡信号OSC1至OSC4设计成具有彼此不同的相位(如图4所示)，使得电源供应通道Ch1至Ch4的PWM比较器13-1至13-4所产生的切换控制信号PWM1至PWM4不容易发生彼此重叠的情况。结果，受切换控制信号PWM1至PWM4所控制的切换电路14-1至14-4有效地避免在同一时间进行切换操作，进而降低切换操作时所造成的瞬变噪声。
图3显示依据本发明的震荡信号产生电路25的电路方框图。参照图3，震荡信号产生电路25具有方波震荡器30、第一与第二分频单元31与32、以及第一至第四锯齿波震荡器33至36。兹将参照图3与4详细说明依据本发明的震荡信号产生电路25的操作如下。
方波震荡器30具有非反相输出端与反相输出端。在预定的频率下，方波震荡器30产生一对基本方波BS1与BS2，其彼此相位差异180度。换言之，从非反相输出端所供应出的第一基本方波BS1与从反相输出端所供应出的第二基本方波BS2彼此间的波形呈现反相对称的关系。
第一分频单元31具有非反相输出端与反相输出端。响应于第一基本方波BS1，第一分频单元31从非反相输出端供应第一辅助方波ZS1，并且从反相输出端供应第二辅助方波ZS2。第一与第二辅助方波ZS1与ZS2的频率皆为第一基本方波BS1的频率的一半。同样地，第一与第二辅助方波ZS1与ZS2彼此相位差异180度，即彼此间的波形呈现反相对称的关系。
第二分频单元32具有非反相输出端与反相输出端。响应于第二基本方波BS2，第二分频单元32从非反相输出端供应第三辅助方波ZS3，并且从反相输出端供应第四辅助方波ZS4。第三与第四辅助方波ZS3与ZS4的频率皆为第二基本方波BS2的频率的一半。同样地，第三与第四辅助方波ZS3与ZS4彼此相位差异180度，即彼此间的波形呈现反相对称的关系。
因此，从图4可清楚发现，倘若以第一辅助方波ZS1作为参考基准，则第三辅助方波ZS3与第一辅助方波ZS1间相位差异90度；第二辅助方波ZS2与第一辅助方波ZS1间相位差异180度；并且第四辅助方波ZS4与第一辅助方波ZS1间相位差异270度。换言之，第一至第四辅助方波ZS1至ZS4的相位均匀分散于360度的相位循环中，使得其所具有的上升边缘(或下降边缘)彼此互不重叠。
第一辅助方波ZS1施加至第一锯齿波震荡器33以触发其产生第一震荡信号OSC1。具体而言，第一辅助方波ZS1的上升边缘系对应于第一震荡信号OSC1的波谷。因此，第一震荡信号OSC1的频率与相位由第一辅助方波ZS1所决定。关于第一震荡信号OSC1的上升部分与下降部分间的比例关系则由第一锯齿波震荡器33内所采用的上限电压VH所决定，下文将举例具体详细说明之。
第三辅助方波ZS3施加至第二锯齿波震荡器34以触发其产生第二震荡信号OSC2。具体而言，第三辅助方波ZS3的上升边缘系对应于第二震荡信号OSC2的波谷。因此，第二震荡信号OSC2的频率与相位由第三辅助方波ZS3所决定。关于第二震荡信号OSC2的上升部分与下降部分间的比例关系则由第二锯齿波震荡器34内所采用的上限电压VH所决定，下文将举例具体详细说明之。
第二辅助方波ZS2施加至第三锯齿波震荡器35以触发其产生第三震荡信号OSC3。具体而言，第二辅助方波ZS2的上升边缘系对应于第三震荡信号OSC3的波谷。因此，第三震荡信号OSC3的频率与相位由第二辅助方波ZS2所决定。关于第三震荡信号OSC3的上升部分与下降部分间的比例关系则由第三锯齿波震荡器35内所采用的上限电压VH所决定，下文将举例具体详细说明之。
第四辅助方波ZS4施加至第四锯齿波震荡器36以触发其产生第四震荡信号OSC4。具体而言，第四辅助方波ZS4的上升边缘对应于第四震荡信号OSC4的波谷。因此，第四震荡信号OSC4的频率与相位由第四辅助方波ZS4所决定。关于第四震荡信号OSC4的上升部分与下降部分间的比例关系则由第四锯齿波震荡器36内所采用的上限电压VH所决定，下文将举例具体详细说明之。
因此，从图4可清楚发现，倘若以第一震荡信号OSC1作为参考基准，则第二至第四震荡信号OSC2至OSC4分别与第一震荡信号OSC1间相位差异90度、180度、以及270度。换言之，第一至第四震荡信号OSC1至OSC4的相位均匀分散于360度的相位循环中，使得其所具有的波谷(或波峰)彼此互不重叠。
由于第一至第四锯齿波震荡器33至36的每一个皆具有相同的电路结构与操作方式，故下文仅以第一锯齿波震荡器33为例，具体详细说明其电路结构与操作方式。图5显示依据本发明之第一锯齿波震荡器33的详细电路图。参照图5，第一锯齿波震荡器33的每一操作周期由一上升波形阶段与一下降波形阶段所组成。
上升波形阶段用以产生第一震荡信号OSC1的从波谷至波峰的上升部分。第一辅助方波ZS1施加至单触发(one-shot)电路50，使得第一辅助方波ZS1的上升边缘触发单触发电路50产生一宽度狭小的低电平单触发脉冲LP。低电平单触发脉冲LP使得NAND逻辑闸51的输出信号变为高电平，并且反相器52的输出信号变为低电平。反相器52的输出信号控制着第一与第二开关SW1与SW2，而NAND逻辑闸51的输出信号控制着第三开关SW3。当反相器52的输出信号处于低电平时，第一开关SW1进入导通状态使得第一电流源I1对于电容C充电，并且第二开关SW2进入导通状态使得预定的上限电压VH施加至比较器53的反相输入端。因此，跨于电容C两端的电位差逐渐上升，此电位差输出作为第一震荡信号OSC1的上升部分，并且同时施加至比较器53的非反相输入端。一旦跨于电容C两端的电位差超过上限电压VH时，代表第一震荡信号OSC1已经上升达到波峰，比较器53的输出信号立即转变成高电平。
下降波形阶段用以产生第一震荡信号OSC1的从波峰至波谷的下降部分。由于比较器53的输出信号立即转变成高电平，NAND逻辑闸51的输出信号变为低电平，并且反相器52的输出信号变为高电平。当反相器52的输出信号处于高电平时，第一开关SW1进入不导通状态使得电容C改而经由第二电流源I2而放电，并且第二开关SW2进入不导通状态使得预定的下限电压VL施加至比较器53的反相输入端。因此，跨于电容C两端的电位差逐渐下降，此电位差输出作为第一震荡信号OSC1的下降部分，并且同时施加至比较器53的非反相输入端。一旦第一辅助方波ZS1的上升边缘再次触发单触发电路50时，低电平单触发脉冲LP使得NAND逻辑闸51的输出信号变为高电平并且使得反相器52的输出信号变为低电平，因而结束目前周期的下降波形阶段而进行下一周期的上升波形阶段。
请注意依据本发明的多通道切换式电压转换器20并非仅限于图2所示的四个电源供应通道而已，仍得推广应用至具有2n个电源供应通道的切换式电压转换器，其中n为大于或等于2的整数。图6显示依据本发明的用于产生2n个震荡信号之震荡信号产生电路60的电路方框图。此等2n个震荡信号的相位均匀分散于360度的相位循环中，亦即两相邻震荡信号间的相位差为360/(2n)度，使得其所具有的波谷(或波峰)彼此互不重叠。震荡信号产生电路60首先产生一对具有基本频率f0的基本方波，随后必需进行总计(n-1)次的分频操作，以便最后产生2n个辅助方波。由于2n个震荡信号依据2n个辅助方波的触发而产生，故2n个震荡信号的频率为f0/(2(n-1))。
举例而言，当震荡信号产生电路应用于产生八个震荡信号(8＝23，n＝3)以便供应至八个电源供应通道时，图3所示的第一至第四辅助方波ZS1至ZS4的每一个必需再经过第2级分频操作(亦即类似于第一或第二分频单元对于第一或第二基本方波BS1或BS2所进行的第1级分频操作)，即能总共产生八个辅助方波。此等八个辅助方波均匀分散于360度的相位循环中，因而两相邻的辅助方波间的相位差皆为45度。
参照图6，震荡信号产生电路60具有方波震荡器、2m个第m级分频单元、以及2n个震荡器。方波震荡器产生第一基本方波与第二基本方波，其具有相同的基本频率但彼此相位差异180度。2m个第m级分频单元系包括2个第1级分频单元、4个第2级分频单元、…、以及2(n-1)个第(n-1)级分频单元，亦即m为一集合，其由所有满足1≤m≤(n-1)的整数所组成。每一个第m级分频单元用以产生一对第m级辅助方波，其具有相同的第m级辅助频率但彼此相位差异180度。除了第1级辅助频率为该基本频率的一半以外，该第m级辅助频率为该第(m-1)级辅助频率的一半。换言之，第1级分频单元响应于方波震荡器的基本方波而产生第1级辅助方波。最后，2n个震荡器响应于2(n-1)个第(n-1)级分频单元所产生的2n个第(n-1)级辅助方波而产生2n个震荡信号。
虽然本发明已藉由较佳实施例作为例示加以说明，但是应当理解本发明不限于此被揭露的实施例。相反地，本发明意欲涵盖对于本领域技术人员而言是明显的各种修改与相似配置。因此，申请专利范围的范围应根据最广的诠释，以包容所有此类修改与相似配置。
权利要求
1.一种震荡信号产生电路，应用于多通道切换式电压转换器中，包含方波震荡器，用以产生第一基本方波与第二基本方波，其具有相同的基本频率但彼此相位差异180度；第一分频单元，用以响应于该第一基本方波而产生第一辅助方波与第二辅助方波，其具有相同的辅助频率但彼此相位差异180度，并且该辅助频率等于该基本频率的一半；第二分频单元，用以响应于该第二基本方波而产生第三辅助方波与第四辅助方波，其具有相同的该辅助频率但彼此相位差异180度；第一震荡器，用以响应于该第一辅助方波而产生第一震荡信号，其中该第一震荡信号的每一波谷由该第一辅助方波的边缘所触发；第二震荡器，用以响应于该第三辅助方波而产生第二震荡信号，其中该第二震荡信号的每一波谷由该第三辅助方波的边缘所触发；第三震荡器，用以响应于该第二辅助方波而产生第三震荡信号，其中该第三震荡信号的每一波谷系由该第二辅助方波的边缘所触发；以及第四震荡器，用以响应于该第四辅助方波而产生一第四震荡信号，其中该第四震荡信号的每一波谷由该第四辅助方波的边缘所触发。
2.如权利要求1的震荡信号产生电路，其中该第一震荡信号的每一波谷由该第一辅助方波的上升边缘所触发。
3.如权利要求1的震荡信号产生电路，其中该第二震荡信号的每一波谷由该第三辅助方波的上升边缘所触发。
4.如权利要求1的震荡信号产生电路，其中该第三震荡信号的每一波谷由该第二辅助方波的上升边缘所触发。
5.如权利要求1之震荡信号产生电路，其中该第四震荡信号的每一波谷由该第四辅助方波的上升边缘所触发。
6.如权利要求1的震荡信号产生电路，其中该第一至该第四震荡器的每一个由锯齿波震荡器来实现。
7.如权利要求1之震荡信号产生电路，其中该第一至该第四震荡信号的每一个由锯齿波来实现。
8.一种多通道切换式电压转换器，包含2n个电源供应通道，每一个用以转换输入电压源成为输出电压，其中n为大于或等于2的整数；以及震荡信号产生电路，用以产生2n个震荡信号，其相位均匀分散于360度的相位循环中，分别供应至该2n个电源供应通道；其特征在于该震荡信号产生电路具有方波震荡器，用以产生第一基本方波与第二基本方波，其具有相同的基本频率但彼此相位差异180度；2m个第m级分频单元，其中m为一集合，由所有满足1≤m≤(n-1)的整数所组成，其中每一个第m级分频单元用以产生一对第m级辅助方波，两者具有相同的第m级辅助频率但彼此相位差异180度，其中除了第1级辅助频率等于该基本频率的一半以外，该第m级辅助频率等于第(m-1)级辅助频率的一半；以及2n个震荡器，用以响应于2(n-1)个第(n-1)级分频单元所产生的2n个第(n-1)级辅助方波而产生该2n个震荡信号。
9.如权利要求8的多通道切换式电压转换器，其中该2n个震荡信号的每一个的波谷由该第(n-1)级辅助方波的每一个的上升边缘所触发。
10.如权利要求8的多通道切换式电压转换器，其中该2n个震荡信号的每一个由锯齿波来实现。
全文摘要
应用于多通道切换式电压转换器中的震荡信号产生电路包含方波震荡器、二个分频单元、以及四个震荡器。方波震荡器产生一对基本方波，其具有相同的基本频率但彼此相位差异180度。响应于该一对基本方波，该二个分频单元产生二对辅助方波，其中每一对辅助方波具有相同的辅助频率但彼此相位差异180度。该辅助频率等于该基本频率的一半。响应于该二对辅助方波，该四个震荡器分别产生四个震荡信号，其中该震荡信号的每一波谷由该辅助方波的边缘来触发。
文档编号H03K4/08GK101030768SQ20061005499
公开日2007年9月5日 申请日期2006年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者陈勇志, 陈志嘉 申请人:圆创科技股份有限公司