专利名称：生成带有调制的工作循环的脉冲信号的制作方法
生成带有调制的工作循环的脉冲信号 发明领域本发明涉及如在权利要求l的前序中描述的用于生成脉冲信号的方法和如在权利要求6的前序中描述的脉沖信号发生器。发明背景US 2003/0117118公开了提供输出脉沖信号的方法和电路，该输出脉 冲信号带有调制的脉沖宽度，对于确定输出信号的脉沖宽度的持续时间 的、小的数字输入数的值具有增加的精度。输出脉冲信号被使用来控制用 于DC负载的开关电源。按照参考文献，不进行测量，输出信号时段的前 导部分(leading part)和拖尾部分(trailing part)的过渡的位置的 分辨率对于所有输入数字数(digital number)的值将是恒定的。也就是 说，分辨率由调制时钟脉沖信号的周期的持续时间确定。在那种情形下， 如果数字数的值小，则该值的小的改变量按百分比将具有比把大值的数字 数改变相同量更大的影响。对于几种应用，诸如对于开关电源的精确控制 而言，这可能是不想要的。所以，参考文献公开了对于小值的数字数， 使输出信号时段的脉沖宽度扩展或者不扩展一个或多个调制时钟脉沖周 期。为了达到这一点，计数不同时钟信号的时钟脉沖，以及计数的数目被 互相相除，以提供整数结果和余数结果，由此确定输出信号脉沖的宽度必 须改变的次数。现有技术方法的实施是复杂、困难和昂贵的，而且更重要的是，它对 于相对较大值的数字输入数不提供分辨率的增加。发明目的本发明的目的是解决如上所述的现有技术的缺点。发明概要本发明的以上目的是通过提供如在权利要求1中描述的方法而达到的D因此，通过添加较低有效(less significant)的数字输入数，许多输出脉冲周期(pulse cycle)的过渡可以比以前移位更小的时间量，以及 输出信号的工作循环(duty cycle)的分辨率与以前相比、对于更大的数 字输入值的范围是增加的。由本发明提供的方法是简单的，且它可以通过 使用硬件和/或软件而容易地和效能成本合算地实施。本发明的以上的目的还通过提供如在权利要求6中描述的脉冲信号发 生器而达到。结合附图从以下的示例性说明本发明将逐渐变得更明白。在图上 图1显示其中可以应用本发明的系统的图；图2显示在图1的系统中出现的、带有调制的工作循环的脉冲信号的 第一例的时间图；图3显示在图1的系统中出现的、带有调制的工作循环的脉沖信号的 第二例的时间图；图4显示带有调制的工作循环的脉冲信号与该脉冲信号藉以生成的时钟信号相比的时间图；图5显示用于生成图2所示的脉冲信号的发生器的实施例的图； 图6显示用于生成图3所示的脉沖信号的发生器的实施例的图； 图7显示按照本发明的发生器的实施例的图，该发生器用于生成图2所示的脉冲信号，带有所述脉冲信号的每个时段的过渡的粗略和精细定位；图8显示在图7所示的发生器中出现的信号的时间图；图9显示按照本发明的发生器的实施例的图，该发生器用于生成图3所示的脉冲信号，带有所述脉冲信号的每个时段的过渡的粗略和精细定位；以及图IO显示在图9所示的发生器中出现的信号的时间图。
具体实施方式
图1所示的系统具有熟知的配置，且它用来图解il明适合应用本发明 的例子。图l的系统包括控制器2、脉冲信号发生器4和处理(process) 6。 处理6被提供以来自发生器4的输出脉冲信号Y,用于控制处理6。在它
的输入，处理6可以具有由脉沖信号Y控制的开关，例如用来控制加到处 理6的负载的功率。处理6可以具有被串联连接在所述开关与所述负载之 间的低通滤波器，由此结合发生器4 一起提供数字-模拟转换器(DAC)。控制器2被提供以参考实体(信号或值)Ref和由处理6提供的反馈实 体F。取决于参考实体Ref和反馈实体F的值，控制器2确定数字数D, 该数字数通过发生器4控制处理6，以改变反馈实体F的值。控制器2把数字数D提供到发生器4。发生器4根据数字数D的值来 确定它的输出脉冲信号Y的工作循环。正如这里使用的其它变量，D本身 可以既表示实体又表示它的值。如图2和3所示，对于具有输出信号时段1\的输出脉冲信号Y，所述 时段Ty由在相邻的时段Ty之间的它的幅度过渡和中间的过渡来确定。该过 渡把时段L划分成具有持续时间Tw的前导部分LP和具有持续时间Ttp的 拖尾部分TP。输出脉冲信号Y的工作循环可以以不同的方式改变。输出信号时段Ty的前导部分LP和拖尾部分TP的任一项或二者可以改变。按照图2的例子， 一个部分的持续时间，例如前导部分LP的持续时 间T\P,被保持为恒定，而另一个(拖尾)部分(TP)的持续时间(TTP)，以及输 出脉沖信号Y的持续时间TY，可以具体地取决于数字数D的值而变化。按照图3的例子， 一个部分的持续时间，例如前导部分LP的持续时 间TYp,可以具体地取决于数字数D的值而变化。输出脉沖信号Y的持续时 间L被保持为恒定，这样使得它的另一个(拖尾)部分(TP)的持续时间(Ttp) 随之变化，而不需要特定的行动。为了覆盖输出信号时段L的前导部分LP和/或拖尾部分TP变化的所 有可能性，这样的变化将称为输出脉冲信号Y的工作循环的调制，它的时 段T y的持续时间是恒定的或不是恒定的。输出脉沖信号Y的工作循环可以以几种方式来调制。图4显示其中使 用的时钟信号Cx具有比输出脉冲信号Y高得多的频率的例子。也就是说， 时钟信号具有周期TCk，其持续时间比输出信号时段Ty的持续时间小得多。 时钟周期Tex具有标称持续时间Tex。。令所述时段L由在t0处的起点和在 tl处的终点限定，前导部分LP的持续时间Tw和/或拖尾部分TP的持续时 间Ttp可以通近从t0或/人t0与tl之间的输出信号Y的过渡点t2开始计 数时钟周期数直至到达特定的计数值而被限定，该特定的计数值是取决于数字数D的，在其上分别达到输出信号Y在t2或tl处的过渡。图5显示作为图1的发生器4的第一例的脉沖信号发生器8的图。发 生器8是用于生成图2所示的脉冲信号Y。发生器8包括振荡器10、可编 程计数器12和比较器14。振荡器IO把时钟信号Cx提供到计数器12的时 钟输入。数字数D被提供到计数器12的预置输入，以便编程计数器12的 计数范围。计数器12的计数输出Cnt被提供到比较器14的第一数据输入。 比较器14的第二数据输入被提供以具有恒定值的数字数DTw。如果比较器 14确定Cnt小于DIYp，则它将给输出信号Y提供第一幅度(诸如高电平)、 而否则提供第二个不同的幅度(诸如低电平)。图6显示作为图1的发生器4的第二例的脉沖信号发生器16的图。 发生器16是用于生成图3所示的脉沖信号Y。发生器16包括振荡器10、 计数器18和比较器20。振荡器IO把时钟信号Cx提供到计数器18的时钟 输入。计数器18具有P个时钟周期的固定的计数范围。计数P个时钟脉 沖花费的时间等于输出信号时段TY，有Ty=PxTCx。计数器18的计数输出 Cnt被提供到比较器14的第一数据输入。比较器20的第二数据输入被提 供以数字数D。如果比较器20确定Cnt小于D,则它将给输出信号Y提供 第一幅度(诸如高电平)、而否则提供笫二个不同的幅度(诸如低电平)的。输出信号Y的过渡在tl(图3和6)或t2(图2和5)处的被控制位置的 分辨率，也就是它的工作循环的分辨率，取决于数字数D的分辨率，具体 地是它的比特数目。为了将分辨率增加到G倍或21og(G)比特，必须使时 钟频率同样增加到G倍。在许多情形下，使时钟频率取决于情形而增加到 高于某个值是不实际的或是太昂贵的，且人们必须满足于比实际上想要的 小的分辨率。本发明人已经看到，在这些情形下的几个情形中，人们不需 要工作循环在它的全部范围上从0%到100。/。的调制，以及所述范围的未使用部分可被用来允许改变时钟频率达有限数目的时钟周期，以便通过使用 第二个、较低有效的数字数来精细调谐输出脉冲信号的工作循环的调制。 它们的实施方案的例子将参照图7和9描述，它们分别基于图5和6中所 示的发生器8和16。图7显示按照本发明的脉沖信号发生器的第一实施例的电路图。图7 所示的电路，除了图5所示的电路以外，还包括比较器22、乘法器(或放 大器)24、和加法器26。图5的振荡器10是图7的压控振荡器(VCO)27。 现在参照图8的时间图来描述图7所示的电路的运行。图5的数字输入数D扩展为部分DT,的数D2(等同于图5的D)以及较 低有效的部分D3。如图5所示，D2规定输出信号时段T"在从输出信号时段L的前导部分LP到拖尾部分TP的过渡后，时钟频 率对于由数字数D3确定的多个周期稍微改变。这里，假设在输出信号时段Ty的拖尾部分TP期间，时钟周期持续时间Tcx暂时从Tw减小到TCxl。在图8上，具有不同时钟频率的间隔对于标称时钟周期T&。用I&。表示而对于 减小的时钟周期T^用Iw表示。优选地，具有减小的持续时间的时钟周期 位于输出脉冲时段Ty的结尾。如果计数值Cnt的反数(inverse)小于或 等于数目D3，则将出现它的第一时钟周期。比较器22实行这样的比较。 在发生时，在频率必须改变的第一时钟周期的时间点t3处，比较器22把 它的输出el从低逻辑电平(O)改变到高逻辑电平(l)。 el的高电平一直保 持直到计数器12返回到零计数值(Cnt—)为止。比较器22的输出el通过 乘法器24乘以(或放大)一个因子k，以提供电压Udif。加法器26把来自乘 法器24的输出电压Udif加到恒定的电压U。，以提供电压Un该电压Ux被提 供到VC0 27的控制输入。在Udi产O时，U,U。的控制电压将控制VCO,以提 供具有标称周期Kw的时钟信号。从时间点t3，控制电压被改变成使 得时钟信号周期稍微减小到TCx=TCxl (TCxl<TCx。)。结果，在输出信号时段TY 的结尾处的过渡从点U前进到点t4。在tl与t4之间的时间差T践u等于 由D3规定的数目乘以时钟信号周期差TD3dif =D3x (TCx。—TCxl)=D3xTdif通过按照本发明的、如参照图7和8描述的用于提供带有调制的工作 循环的输出信号Y的方法和电路，时钟周期持续时间T&的小改变L"可能 提供在输出信号时段Ty的结尾处过渡位置的分辨率的很大增加。例如，假 设数字数Dl具有一个值来输出信号时段L持续最大250个时钟周期。那 么对于现有技术，将得到1/25G的分辨率。为对此寻址，数字输入DL将 需要2log(250)=7. 97比特，或实际上8比特。现在对于本发明，假设D3 表示一个0到50的数，其可以用6比特寻址。然后，虽然不要求，但假设T^或Lif对于所有D3个周期是恒量， Tdif=Tex。/50。还假设DT^表示前导部分总是持续50个时钟周期，Ty必须持 续达至少50+50-100个时钟周期，以允许通过D3的6比特来精细定位在 拖尾部分TP的结尾处的过渡。因此，对于所述剩余的150个时钟周期中 的每个，在输出信号时段L的结尾处的过渡可以被调节0到50个梯级，这提供最大1" x 50=7500个位置，这样使得分辨率从1/250增加到 1/7500，这等于2log(7500)—2log(250)=12. 87-7. 97=4. 9比特的分辨率增 加。图9显示按照本发明的脉冲信号发生器的第二实施例的电路图。图9 所示的电路除了图6所示的电路以外，还包括比较器28、比较器30、减 法单元32、乘法器(或放大器)34、和加法器36。图6的振荡器10是图9 的压控振荡器(VCO)27。现在将参照图IO的时间图来描述图9所示的电路 的运行。图6的数字输入数D被扩展为部分DTtP的数目D4(等同于图6的D)以 及较低有效的部分D5。如图6所示，所述部分DL确定输出信号时段 的前导部分LP必须持续的时钟周期的数目，且计数器18的计数范围是恒 定的，以确定输出信号时段L必须总是持续P个时钟脉沖。对于图9所示的电路，在输出信号时段Ty的前导部分LP期间，时钟频率对于由数字数D5确定的多个周期稍微改变。结果，前导部分的持续 时间Tlp将取决于D5的值而改变。前导部分LP的持续时间的这个改变在 同一个输出信号时段L的拖尾部分TP期间被补偿，这样使得输出信号时 段Ty保持恒定。这里假设在前导部分LP期间，时钟周期持续时间T&暂时 从Tw减小到TCxl,以及在拖尾部分TP期间，时钟频率T&暂时从T&。增加 到TM。在图9上，具有不同的时钟频率的间隔对于标称时钟周期T&。用 Icx。表示，对于减小的时钟周期T^用Iw表示，以及对于增加的时钟周期 Tw用Iw表示。优选地，带有相对于标称时钟频率改变的频率的时钟周期分别位于输出脉冲时段T y的开始和结尾。对于在每个输出脉沖时段Ty期间过渡的粗略定位，电路9的电路与图6的电路相同地运行。对于精细定位所述过渡，如果来自计数器20的计数 值Cnt小于数字数D5，则比较器28给输出e2提供逻辑高电平(1),否则 提供逻辑低电平(O)。为了对此进行补偿，以便保持Ty恒定，在输出信号 时段TY的拖尾部分TP期间，比较器30在其持续时间必须从Tcx。增加到TCx2 的第一时钟周期出现时给输出e3提供逻辑高电平(1),否则提供逻辑低电 平(O)。减法单元32从来自比较器28的输出e2中减去来自比较器30的输出 e3，以^是供才莫拟输出v，它可以取-1, 0,和+1的值。来自减法单元32的输 出v被乘法器(或放大器)34乘以一个因子k，以提供电压Uaif。加法器36把恒定电压U。与来自乘法器34的输出电压U"f相加，以提供电压Vx，该电 压被提供到VC0 27的控制输入。如果Udif是正的，则它将导致时钟频率增 加。如果Udif是负的，则它将导致时钟频率减小。因此，时钟周期持续时 间可能改变正或负的Tdif的量，如果有此事的话。如图10所示，令时钟周期持续时间对于输出信号时段Ty的头D5个时 钟周期从Tex。减小到Texl ，在12处从输出信号时段TY的前导部分LP到拖尾 部分TP的过渡被通过一个T刚i^D5x (TCx。-TCxl)=D5 xTw的量而提前到t5。 同样地，具有减小的持续时间T^的最后时钟周期的结尾边缘被通过相同 的量T^if从t5提前到t6。在t6，时钟周期持续时间被恢复到T^。当到 达时间t8时，这是由t2-D5x (Tdf)确定的，时钟周期持续时间暂时增 加到Tw。在输出信号时段L的结尾，在tl处，时钟周期持续时间被做成 T&。或Texl，这取决于对于下一个输出信号时段1\的D5的值分别是零还是 非零。通过按照本发明的、如参照图9和10描述的用于提供具有调制的工 作循环的输出信号Y的方法和电路，时钟周期持续时间Tex的小改变Tdif可 能提供在从输出信号时段L的前导部分LP到拖尾部分TP的过渡位置的分 辨率的很大增加。例如，假设P-250。那么，对于现有技术，将得到1/"0 的分辨率，这可以通过4og(250)-7. 97比特，或实际上8比特的数字输入 Dl来寻址。现在对于本发明，假设D5表示一个0到50的数，其可以用6 比特寻址。然后，虽然不要求，但假设Tw和Tw对于所有D5个周期是恒 量，Tdif-TCx。/50。它在输出信号时段Ty的拖尾部分TP期间取用另一最大的 50个时钟周期来实现在前导部分LP期间时钟脉冲序列提前的补偿。所以， 在每个输出信号时段Ty期间，剩余250-50-50-150个时钟周期，在此期间 从所述前导部分LP和拖尾部分TP的过渡可以通过0到50个梯级净支精细 定位。因此，在那些150个时钟周期期间，可以由DT^和D5规定150 x 50=7500个位置，这样使得分辨率从1/250增加到1/7500,这等于 2log(7500)-2log(250)=12. 87-7. 97=4. 9比特的分辨率增加。当不使用本发明、而以通常的方式改变时钟频率时，分辨率的增加将 需要时钟频率增加到相同的倍数(在参照图7到10给出的例子中是4.9)。 时钟频率的增加在许多情形下是不实际的或是太昂贵的。通过本发明，标 称时钟频率的小的临时增加或减小(在所述的例子中的1/50)便足以对许 多情形得到相同的结果，也就是倘若具有输出信号Y的工作循环的有限调制范围的话。应当看到，在如由权利要求限定的本发明的范围内，本领域技术人员 可以施加几种改变和-修改。例如，对于图7，乘法器24和加法器26 —起可以由带有用于el和 U。的两个输入和带有对那些输入的适当放大的单个运算放大器形成。对于 图9，减法单元32、乘法器34和加法器36 —起可以由带有用于e2， e3和 U。的三个输入和带有对于那些输入的适当放大的单个运算放大器形成。另外，图7和9的电路图的几个部件，诸如计数器和比较器可以通过 使用软件来实施。另外，VC0 27可以替代地例如通过使用出自美国制造商Texas Instruments的产品系列MSP430的微控制器数字地实施。然后，代替电压 Ux，数字值被提供到所述微控制器，加法器26或36可以是数字的，且代 替电压U。和Udif，可以使用数字值。如上所述，时钟周期持续时间改变的Tdif不一定需要是恒定的。唯一 的要求是人们可以最终通过在多个(图7的D3，图9的D5)时钟周期上 累积，而提前或延迟输出信号时段Ty的特定过渡。另外，在按照本发明的电路例子的说明中提到增加或减小时钟信号周期持续时间处，相反的情形也是可能的。此外，在输出信号时段TY的前导部分LP期间或在拖尾部分TP期间进 行的以上说明的操作可以改为以类似的方式在另 一部分中进行。
权利要求
1.一种用于生成输出脉冲信号(Y)的方法，该输出脉冲信号具有输出信号时段(TY)，所述输出信号时段(TY)通过幅度过渡被划分成前导部分(LP)和拖尾部分(TP)，其中在每个输出信号时段(TY)期间，所述输出信号时段部分(LP，TP)之一的持续时间(TLP，TTP)通过第一数字数(D)的值乘以具有标称时钟周期持续时间(TCx＝TCx0)的调制时钟信号(Cx)的周期(TCx)而确定，其特征在于，在每个输出信号时段(TY)期间，所述输出信号时段部分(LP，TP)之一或二者的持续时间(TLP，TTP)通过分别使用具有取决于第一数字数(D)的值和第二较低有效的数字数(D3，D5)的值的不同时钟周期持续时间(TCx0，TCx1，TCx2)的时钟信号(Cx)以粗略和精细方式来确定。
2. 按照权利要求l的方法，其特征在于，第二数字数(D3,D5)确定 一个时间，在该时间期间，时钟周期持续时间(TCx)具有与标称时钟周期 持续时间(TCx。)不同的值。
3. 按照权利要求2的方法，其特征在于，在其间时钟周期持续时间 (TCx)具有与标称时钟周期持续时间(TCx。)不同的值的时间是通过计数时钟周期(Texl, Tex2)达一个等于第二数字数(D3,D5)的值的计数值而被确 定的。
4. 按照一前述权利要求的方法，其特征在于，当在输出信号时段(L) 的前导部分(LP )或拖尾部分(TP )期间分别使用不同的持续时间(TCxl， TCx2) 时，不同于标称时钟周期持续时间(TCx。)的时钟周期持续时间(T m，TCx2), 正好从相邻的输出信号时段(TY)之间的过渡施加或者一直施加到该过渡。
5. 按照一前述权利要求的方法，其特征在于，如果在输出信号时段 (T》的一个部分(LP, TP)期间使用不同于标称时钟周期时段(TCx。)的时钟周期时段(TCxl,TCx2),则在该输出信号时段(Ty)的另一个部分期间使用不同于标称时钟周期时段(TCx。)且不同于所述一个部分的时钟周期持续时 间的时钟周期时段(TCxl，TCx2)，使得输出信号时段(TY)保持恒定。
6. —种用于生成输出脉冲信号(Y)的脉沖信号发生器(8，16)，该输 出脉沖信号具有输出信号时段0\)，所述输出信号时段0\)通过幅度过渡 被划分成前导部分(LP)和拖尾部分(TP),该脉沖信号发生器包括输出信号 时段部分改变装置(22到36)，其根据第一数字数(D)的值乘以调制时 钟信号(Cx)的周期(Tex)而确定每个被调制信号时段(TY)的所述输出 信号时段部分(LP，TP)之一的持续时间(Tu>，TTP)，其特征在于，在每个输出信号时段(Ty)期间，所述改变装置通过分别使用具有取决于第一数字数(D)的值和第二较低有效的数字数(D3，D5)的值的不同时钟周期持续时 间(TCx。，TCxl，TCx2)的时钟信号(Cx)，来以粗略和精细方式确定所述输出 信号时段部分(LP，TP)之一或二者的持续时间(Tw，Ttp)。
7. 按照权利要求6的脉沖信号发生器(8， 16)，其特征在于，所述 改变装置计数具有与标称时钟周期持续时间(TCx。)不同的持续时间的时钟 周期(TCxl, TCx2)，以限定一个在其间使用不同的时钟周期持续时间(TCxl， TCx2) 的时间，该时间相应于一个等于该第二数字数(D3,D5)的值的被计数的 数。
8. 按照权利要求6或7的脉沖信号发生器(8,16),其特征在于， 所述改变装置当在输出信号时段(T》的前导部分(LP)或拖尾部分(TP) 期间分别使用不同的持续时间(TCxl,TCx2)时，正好从相邻的输出信号时段(TY)之间的过渡施加不同于标称时钟周期持续时间(TCx。)的时钟周期持 续时间(TM,TCx2)或者一直施加到该过渡。
9. 按照权利要求6到8之一的脉沖信号发生器(16 ),其特征在于， 如果改变装置(18， 20, 27到36 )在输出信号时段(Ty)的一个部分(LP, TP ) 期间施加不同于标称时钟周期时段(Tex。)的时钟周期时段(Texl,Tex2),则 在该输出信号时段(TY)的另 一个部分期间，该改变装置施加不同于标称时 钟周期时段(Tex。)且不同于所述一个部分的时钟周期持续时间的时钟周期 时段(TCxl，TCx2),使得输出信号时段(TY)保持恒定。
全文摘要
生成输出脉冲信号(Y)，其具有输出信号时段(T<sub>Y</sub>)，所述输出信号时段(T<sub>Y</sub>)被通过幅度过渡而划分成前导部分(LP)和拖尾部分(TP)。在每个输出信号时段(T<sub>Y</sub>)期间，改变装置(27到36)通过分别使用具有取决于第一数字数(D)的值和第二较低有效的数字数(D3，D5)的值的不同时钟周期持续时间(T<sub>Cx0</sub>，T<sub>Cx1</sub>，T<sub>Cx2</sub>)的时钟信号(Cx)，而以粗略和精细方式确定所述输出信号时段部分(LP，TP)之一或二者的持续时间(T<sub>LP</sub>，T<sub>TP</sub>)。
文档编号H03K7/08GK101263655SQ200680033952
公开日2008年9月10日 申请日期2006年9月12日 优先权日2005年9月16日
发明者C·哈特鲁普, C·德佩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司