改善多相电压调节器中的瞬态性能的方法和装置与流程

文档序号:17486831发布日期:2019-04-20 06:53阅读:201来源:国知局
改善多相电压调节器中的瞬态性能的方法和装置与流程

本申请总体涉及电压调节器,并且更具体地涉及用于改善多相电压调节器中的瞬态性能的方法和装置。



背景技术:

电压调节器是用于各种设备以维持恒定电压电平的电路。一些电压调节器包括由开关驱动的电容器和电感器,以维持期望的恒定电压。多相调节器可以使用电容器和电感器对的多个相来维持期望的电压。在高电流应用中,多相电压调节器比单相电压调节器更有效。恒定“导通时间(on-time)”控制可以用于控制电压调节器的操作。在一些示例中,在这样的恒定“导通时间”控制中使用斜坡电压来减小电压调节器的输出的抖动(例如,与期望的电压调节器输出的偏离)。



技术实现要素:

本文描述的示例使用可变斜坡调制器改善多相电压调节器的瞬态响应。一种示例调制器包括差分放大器,用于将第一电压与下垂电压进行比较,并且基于该比较输出第一控制电压,该第一电压对应于多相电压调节器中的电感器电流之和,该下垂电压对应于多相电压调节器的输出电压。这样的示例调制器还包括微分器,用于计算下垂电压的导数并使用该下垂电压的导数调整斜坡电压,以便产生第二控制电压。这样的示例调制器还包括比较器,用于将参考电压与第二电压进行比较,并且在第二电压大于参考电压时输出电压脉冲,该第二电压是第一控制电压和第二控制电压的组合。

附图说明

图1是具有示例调制器的示例多相电压调节器的图示,该示例调制器用于改善示例多相电压调节器的瞬态响应。

图2是图1的示例调制器的框图。

图3是图1的示例调制器的框图,其包括图2的示例斜坡发生器和示例微分器的硬件实施方式。

图4是图1的示例调制器的可替代框图。

图5是图1的示例调制器的可替代实施方式。

图6是图1的示例调制器的可替代实施方式。

图7是示例机器可读指令的流程图表示,这些示例机器可读指令可被执行以实施图2和图3的示例调制器以输出图1、图2和图3的示例时钟信号。

图8是示例机器可读指令的流程图表示,这些示例机器可读指令可被执行以实施图4的示例调制器以输出图1和图4的示例时钟信号。

图9是示例机器可读指令的流程图表示,这些示例机器可读指令可被执行以实施图5的示例调制器以输出图1和图5的示例时钟信号。

图10是示例机器可读指令的流程图表示,这些示例机器可读指令可被执行以实施图6的示例调制器以输出图1和图6的示例时钟信号。

图11包括示出图2和图3的示例调制器的示例信号的图表。

图12包括将使用传统技术的示例响应与图1、图2和图3的示例调制器的示例响应进行比较的图表。

图13是被构造为执行图7-图10的示例机器可读指令以控制图1-图6的示例调制器的处理器平台的框图。

具体实施方式

附图不是按比例绘制的。在整个附图和随附的书面描述中将尽可能使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。

恒定导通时间电流模式(cotcm)控制被用于电压调节应用,因为其相比于固定频率峰值电流模式控制具有高的轻载效率、更高的带宽设计能力以及更快的瞬态响应。瞬态响应与响应于瞬态事件(例如,电压调节器的负载的变化)的电压调节器的输出电压的时间量和/或变化相关联。在一些示例中,多相电压调节器中的cotcm控制使用经由调制器的脉冲分配方法。该调制器将对应于来自多相的电感器电流的总和的电压(例如,总和电流电压)与电压调节器的输出电压进行比较,以触发占空比触发脉冲(例如,时钟脉冲)。相管理器被用于将时钟脉冲分配到多相中的一个相,以在选定的相(phase)操作电压调节器。

脉冲分配方法对噪声非常敏感。随着电压调节器的占空比和/或相数增加,纹波消除点的数目也增加。纹波消除点是总和电流为零的点(例如,在该点处,电压调节器的相之间的转变是期望的)。系统中的噪声可以调整纹波消除点,从而在电压调节器中引起不希望的抖动。可以将斜坡电压施加到耦合于电压调节器的调制器,以通过减少不希望的抖动来改善噪声性能。斜坡越大,越多的不希望的抖动被减少。减少抖动的传统技术包括使用固定斜坡电压。然而,这样的传统的固定斜坡电压增加了总和电流电压与电压调节器的下垂电压之间的稳态差异。下垂电压是驱动负载的cotcm控制电路的输出电压的损失。增加的差异使得调制器难以在负载逐步上升(step-up)(例如,瞬态)的情况下使占空比快速饱和(例如,增加占空比),从而导致输出电压的不希望的下冲(例如,导致性能差)。传统的固定斜坡越大,输出电压的下冲越大。这是有问题的,因为希望在负载逐步上升时增加占空比,以快速响应负载的改变而不会出现输出电压的下冲。而且,随着这样的传统的固定斜坡的尺寸增加,带宽减小,这将减缓电压调节器的响应。本文描述的示例包括调制器,其改善多相功率转换器中的瞬态性能,同时最小化cotcm控制的输出电压的下冲。

本文描述的示例使用下垂电压的导数来增加在瞬态时(例如,在负载变化期间)随时施加到调制器的斜坡电压的斜率,以改善瞬态性能。时钟脉冲的占空比取决于(a)斜坡电压和(b)下垂电压与总和电流电压(例如,来自对应于电压调节器的多个相的电流)之差二者之间的差。例如,随着下垂电压与总和电感器电流之间的差减小,时钟脉冲的占空比增加。而且,随着斜坡电压的斜率增加,时钟脉冲的占空比增加。在本文描述的一些示例中,在瞬态下增加斜坡电压的斜率以增加占空比。在本文描述的一些示例中,在瞬态下增加下垂电压以减小下垂电压与总和电流电压之间的差以增加占空比。本文描述的示例通过获取下垂电压的导数并且将该导数与下垂斜坡和/或下垂电压进行组合(例如,相加)来增加斜坡电压和/或下垂电压的斜率。因为下垂电压在瞬态下快速增加,所以下垂电压的导数提供足够的电压以增加斜坡电压和/或下垂电压,以便快速(例如,显著快于传统技术)增加占空比(例如,导致调制器内的饱和),与传统技术相比,电压调制器具有显著更低的下冲,从而改善了电压调节器的瞬态性能。

图1的示意图示出两相电压调节器100中的cotcm控制。可替代地,示例电压调节器100可以包括任何数目的相(phase)。示例电压调节器100包括示例调制器102、示例总和电流电压(visum)104、示例电压斜坡(vramp)106、示例电压下垂(vdroop)108、示例时钟110、示例相管理器112、示例输入电压(vin)114。电压调节器100的第一相包括示例时间导通电路(ton)116、第一示例脉冲宽度调制(pwm)信号118、示例驱动器120、示例开关122、124以及第一示例电感器126。示例电压调节器100的第二相包括示例ton电路128、第二示例pwm信号130、示例驱动器132、示例开关134、136以及第二示例电感器138。示例电压调节器100还包括示例输出电阻器(rco)140、示例输出电容器(co)142、示例负载电阻(r1)144、示例核心电压(vcore)146、示例参考电压(vref)148以及示例差分放大器150。

图1的示例调制器102将示例visum104、示例vramp106和示例vdroop108进行比较以输出示例时钟110。示例调制器102计算示例vdroop108的导数。在一些示例中,如结合图2进一步所描述,示例vdroop108的导数与vramp106进行组合以增加示例时钟110的占空比。在一些示例中,如结合图4进一步所描述,示例vdroop108的导数(例如,dvdroop/dt)与vdroop108进行组合以增加示例时钟110的占空比。

图1的示例相管理器112是接收示例时钟110的脉冲(例如,电压脉冲)并将脉冲输出到电压调节器100的第一相和/或第二相的电路。在一些示例中,相管理器112在第一相和第二相之间交替时钟脉冲。在一些示例中,相管理器112由控制器控制,并基于来自控制器的指令将脉冲输出到第一相和/或第二相。

图1的示例ton电路116基于由相管理器112输出的时钟脉冲,向示例驱动器120的栅极产生固定的“导通”时间(例如,预定长度的电压脉冲)。示例ton电路116的输出是示例第一pwm信号118。示例驱动器120基于示例第一pwm信号118来控制示例开关122、124,以在第一相控制对应于第一电感器126的电压/电流。例如,当示例开关122闭合并且示例开关124断开时,示例vin114向第一相提供电压/电荷。当示例开关122断开并且示例开关124闭合时,第一相中的电荷被放电到地。示例ton电路128基于由相管理器112输出的时钟脉冲向示例驱动器132的栅极产生固定的“导通”时间。示例ton电路128的输出是示例第二pwm信号130。示例驱动器132基于示例第二pwm信号130来控制示例开关134、136,以在第二相控制对应于第二电感器138的电压/电流。例如,当示例开关134闭合并且示例开关136断开时,示例vin114向第一相提供电压/电荷。当示例开关134断开并且示例开关136闭合时,第一相中的电荷被放电到地。

通过图1的第一示例电感器126的第一电流与通过第二示例电感器138的第二电流被组合。示例visum104是表示组合的第一电流和第二电流的电压。而且,由第一示例电感器126和第二示例电感器138产生的电压由示例vcore146表示。示例vcore146是示例电压调节器100的输出电压。示例vcore146通过示例rco140和co142被消散,并且可以基于示例r1144而改变。示例差分放大器150将示例vcore146与示例vref148进行比较(例如,相减)以产生示例vdroop108。示例vdroop108等同于vref148与vcore146之间的差。在一些示例中,差分放大器150放大该差。

图2是本文描述的图1的调制器102的示例实施方式的框图,其通过在瞬态期间增加示例vramp106的斜率来改善图1的示例电压调节器100的瞬态响应。虽然结合图1的示例电压调节器100来描述示例调制器102,但示例调制器102可以被用于改善任何类型的电压调节器的瞬态响应。示例调制器102包括图1的示例visum104、示例vramp106、示例vdroop108以及示例时钟110。示例调制器102进一步包括示例差分放大器202、示例差分放大器输出电流源204、示例微分器206、示例加法器207、示例放大器208,以及示例经调整的vramp209、示例斜坡电流源210、示例固定(ifixed)电流源212、示例ifixed电流213、示例比较器节点电压(vcmp)214、示例电容器216、示例参考电压(vref)218以及示例比较器220。

图2的示例差分放大器202通过放大visum104和vdroop108之间的差来比较示例visum104和示例vdroop108。示例差分放大器202的输出被用作控制电压以控制示例差分放大器输出电流源204,以便当差分放大器电压为正(例如,visum104和vdroop108之间的差为正)时,产生朝向地的电流(例如,差分放大器输出电流),并且当差分放大器电压为负(例如,visum104和vdroop108之间的差为负)时,产生朝向示例vcmp214的电流(例如,差分放大器输出电流)。

图2的示例微分器206计算示例vdroop108的导数。示例微分器206将dvdroop/dt(例如,vdroop的导数)输出到示例加法器207。示例加法器207将dvdroop/dt组合(例如,添加)到vramp106以输出示例经调整的vramp209,当dvdroop/dt不为零时,这将增加示例vramp106的增加速率(例如,斜率)。如上所述,vdroop是基于(例如,由示例r1144表示的)负载的示例电压调节器100(图1)的输出电压的损失。在瞬态下,vdroop的斜率将快速增加。因此,示例微分器206在瞬态下向vramp106添加显著升压,从而通过示例经调整的vramp209来增加示例vramp106的斜率。

图2的示例放大器208将示例经调整的vramp209与地电压进行比较以放大示例经调整的vramp209。示例放大器208的输出是控制电压,该控制电压控制示例斜坡电流源210以产生朝向vcmp214的电流(例如,斜坡电流)。而且,示例ifixed电流源212也产生朝向示例vcmp214的示例ifixed213。示例ifixed电流213、示例斜坡电流和示例差分放大器输出电流的组合产生示例vcmp214。因此,当经调整的vramp209增大和/或visum104与vdroop108之间的差减小时,vcmp214增加。vcmp214的电压被存储在示例电容器216中,并且在示例时钟110的每个脉冲处周期性地或非周期性地放电。

图2的示例比较器220将示例vcmp214与示例vref218进行比较。当示例vref218大于示例vcmp214时,比较器220输出零伏特。当示例vref218小于示例vcmp214时,示例比较器220输出脉冲,并且存储在示例电容器216中的电荷被放电。在一些示例中,vramp106由时钟110控制。在这样的示例中,当时钟110脉动时,vramp106被放电,从而降低vcmp214上的电压。示例vcmp214可以恢复到高于vref218的电压的速度越快,时钟110脉动得越快,从而产生更快的占空信号。

当图2的示例调制器102在稳态下操作(例如,不处于瞬态)时,示例vdroop108将基本上稳定。因此,dvdroop/dt将为零,并且调制器102将保持稳态占空比。如结合图3进一步描述的,稳态纹波(例如,vdroop108中的意外改变)被示例微分器206屏蔽。当示例调制器102未在稳态下操作时(例如,在电源开关导通时间、电源开关关闭时间期间、当切换相(phase)时,等等),示例vdroop108将快速增加,从而导致微分器206通过将dvdroop/dt添加到示例vramp106来增加示例vramp106的斜率,从而经由示例加法器207产生示例经调整的vramp209。增加示例经调整的vramp209的斜率增加了vcmp214的斜率,以使vcmp214更快地达到vref218。因为vcmp214更快地上升以达到vcmp214,所以输出时钟110更快地脉动。如上所述,当时钟110脉动时,示例vcmp214上的电压被放电,并且该过程重复进行。因此,示例调制器102增加占空比以快速响应瞬态转变并防止下冲。

图3是图1的示例调制器102的示例实施方式的框图,其具有图2的示例微分器206的硬件实施方式和示例vramp发生器302的硬件实施方式。虽然结合图1的示例电压调节器100描述了示例调制器102,但示例调制器102可以被用于改善任何类型的电压调节器的瞬态响应。示例调制器102包括图1的示例visum104、示例vramp106、示例vdroop108和示例时钟110。示例调制器102进一步包括示例差分放大器202、示例差分放大器输出电流源204、示例微分器206、示例加法器207、示例放大器208、示例经调整的vramp209、示例斜坡电流源210、示例ifixed电流源212、示例ifixed213、示例vcmp214、示例电容器216、示例vref218以及示例比较器220。示例vramp发生器302包括示例晶体管304和示例电容器306。示例微分器206包括示例微分器放大器308、示例电压(vn)312、示例放大器310以及示例放大器输出电压314(例如,dvdroop/dt)。

图3的示例vramp发生器302是输出示例vramp106的电路。示例vramp发生器302包括在示例晶体管304关断时(例如,当示例时钟110是低电压时)对示例电容器306充电的电压源。随着示例电容器306充电,示例vramp106以线性方式增加以产生斜坡电压信号。如上文结合图2所述,当vcmp214升高到高于示例vref218的电压时,示例时钟110脉动为高。当示例时钟110脉动为高时,脉冲被施加到示例晶体管304的栅极以启用(例如,导通)示例晶体管304,示例晶体管304对示例电容器306放电,从而使示例vramp106和示例vcmp214快速减小。在示例时钟110的脉冲停止之后,电压源对示例电容器306充电,从而重复该过程。尽管如图3所示图示并描述了示例vramp发生器302,但是可以利用任何替代电路来输出斜坡电压波形。

图3的示例微分器206是用于通过获取示例vdroop108的导数来增加示例vramp106的斜率的电路。示例微分器206包括示例微分器放大器308。示例微分器放大器308接收示例vdroop108并产生与示例vdroop108相对于时间的变化率成正比的电压。当vdroop108稳定时(例如,在稳态期间),示例微分器放大器308的输出将为零伏特。当vdroop108增加时(例如,在瞬态下),示例微分器放大器308的输出将是表示vdroop108的增加速率(例如,斜率)(例如,dvdroop/dt)的电压。可替代地,示例微分器放大器208可以用任何种类的高通滤波器和/或带通滤波器代替,以产生与示例vdroop108相对于时间的变化率成正比的电压。示例微分器206进一步包括示例放大器310,示例放大器310将微分器放大器308的输出与示例vn312进行比较,以屏蔽与稳态纹波相关联的任何潜在的dvdroop/dt。以这种方式,dvdroop/dt不影响稳态控制回路,从而保持示例电压调节器100的小信号特性不变。示例vn312与微分器放大器308的输出的比较允许示例放大器310在瞬态期间输出电压(例如,示例放大器输出电压314),从而减小图1的vcore146的下冲。示例放大器输出电压314在瞬态期间为dvdroop/dt,而在稳态期间为零。示例加法器207将示例放大器输出电压314添加到示例vramp106,以通过输出示例经调整的vramp209来增加瞬态期间的vramp106的斜率。可替代地,示例微分器206可以包括由示例放大器输出电压314控制的电流源。在这样的示例中,加法器207可以组合由微分器206的电流源输出的电流(例如,对应于示例放大器输出电压)和由示例vramp发生器302输出的电流,并且基于两个电流的比较来输出示例经调整的vramp209。

图4是本文描述的图1的调制器102的可替代实施方式的框图,用于通过在瞬态期间增加示例vdroop108来改善图1的示例电压调节器100的瞬态响应。虽然结合图1的示例电压调节器100描述了示例调制器102,但示例调制器102可被用于改善任何类型的电压调节器的瞬态响应。示例调制器102包括图1的示例visum104、示例vramp106、示例vdroop108和示例时钟110。示例调制器102进一步包括图2的示例差分放大器202、示例差分放大器输出电流源204、示例微分器206、示例放大器208、示例斜坡电流源210、示例ifixed电流源212、示例ifixed213、示例vcmp214、示例电容器216、示例vref218和示例比较器220。示例调制器102进一步包括示例加法器400和示例经调整的vdroop402。

如上所述,为了增加示例时钟110的占空比,可以增加示例vcmp214,使得示例vcmp214将更快地到达示例vref218以生成示例时钟110的脉冲。图4的示例调制器102在瞬态期间增加示例vdroop108,其减小差分放大器输出,使得由差分放大器输出电流源204产生的电流减小并且增加示例vcmp214的电压。

图4的示例vdroop108被输入示例加法器400和示例微分器206。示例微分器206可以是图2或图3的示例微分器206。然而,图4的示例微分器206输出dvdroop/dt以增加示例vdroop108,而图2和图3的示例微分器206输出vdroop/dt以增加示例vramp106。如结合图2所描述,微分器206的输出在瞬态期间是dvdroop/dt(例如,vdroop的斜率),并且在稳态期间是零。示例加法器400将示例vdroop108与dvdroop/dt相加以生成示例经调整的vdroop402。在稳态期间,因为微分器206的输出为零,所以示例经调整的vdroop402是与示例vdroop108相同的电压。在瞬态期间,因为微分器206的输出是dvdroop/dt(例如,正电压),所以经调整的vdroop402是高于示例vdroop108的电压。因为在瞬态期间经调整的vdroop402高于示例vdroop108,所以示例差分放大器202的输出减小。减小示例差分放大器202的输出减小了从示例vcmp214抽离的(例如,基于差分放大器202的输出,由示例差分放大器输出电流源204产生的)示例差分放大器输出电流。减小示例差分放大器输出电流增加了示例vcmp214,从而允许示例vcmp214更快地到达示例vref218,这增加了示例时钟110的占空比。

图5是本文描述的示例调制器500的可替代实施方式的框图,其通过在瞬态期间增加示例vdroop108来改善图1的示例电压调节器100的瞬态响应。在该示例中,示例调制器500代替图1的示例调制器102。而且,示例调制器500接收图1的示例vcore146作为附加输入。虽然结合图1的示例电压调节器100描述了示例调制器500,但示例调制器500可以被用于改善任何类型的电压调节器的瞬态响应。示例调制器500包括图1的示例visum104、示例vramp106、示例vdroop108、示例时钟110和示例vcore146。示例调制器500进一步包括图2的示例差分放大器202、示例差分放大器输出电流源204、示例放大器208、示例斜坡电流源210、示例ifixed电流源212、示例ifixed213、示例vcmp214、示例电容器216、示例vref218和示例比较器220。示例调制器500进一步包括

图4的示例加法器400和示例经调整的vdroop402。示例调制器500进一步包括示例反相微分器502。

如上所述,为了增加示例时钟110的占空比,可以增加示例vcmp214,使得示例vcmp214将更快地到达示例vref218以生成示例时钟110的脉冲。图5的示例调制器500在瞬态期间增加示例vdroop108,其减小差分放大器输出,使得由差分放大器输出电流源204产生的电流减小并且增加示例vcmp214的电压。

图5的示例vdroop108被输入示例加法器400,并且示例vcore146被输入示例反相微分器502。示例反相微分器502类似于图2或图3的示例微分器206。然而,图5的示例反相微分器502输出输入(例如,vcore146)的反相导数,而图2和图3的示例微分器206输出导数(例如,非反相)。示例vcore146对应于示例vdroop的反相。因此,计算示例vcore146的反相导数基本上等同于计算示例vdroop108的非反相导数。反相微分器502的输出在瞬态期间是dvcore/dt的反相(例如,vcore的斜率)并且在稳态期间是零。在一些示例中,反相微分器502包括滤波器以滤除与示例vcore146相关联的任何噪声。

图5的示例加法器400将示例vdroop108与反相的dvcore/dt相加以生成示例经调整的vdroop402。在稳态期间,因为反相微分器502的输出为零,所以示例经调整的vdroop402是与示例vdroop108相同的电压。在瞬态期间,因为反相微分器502的输出是反相的dvcore/dt(例如,正电压),所以经调整的vdroop402是高于示例vdroop108的电压。因为在瞬态期间经调整的vdroop402高于示例vdroop108,所以示例差分放大器202的输出减小。减小示例差分放大器202的输出减小了从示例vcmp214抽离的(例如,基于差分放大器202的输出,由示例差分放大器输出电流源204产生的)示例差分放大器输出电流。减小示例差分放大器输出电流增加了示例vcmp214,从而允许示例vcmp214更快地到达示例vref218,这增加了示例时钟110的占空比。

图6是本文描述的示例调制器600的可替代实施方式的框图,其通过生成示例经调整的vramp209而在瞬态期间增加示例vramp106,以此改善图1的示例电压调节器100的瞬态响应。在该示例中,示例调制器600替换图1的示例调制器102。而且,示例调制器600接收图1的示例vcore146作为附加输入。虽然结合图1的示例电压调节器100描述了示例调制器600,但示例调制器600可以被用于改善任何类型的电压调节器的瞬态响应。示例调制器600包括图1的示例visum104、示例vramp106、示例vdroop108、示例时钟110和示例vcore146。示例调制器600进一步包括图2的示例差分放大器202、示例差分放大器输出电流源204、示例加法器207、示例放大器208、示例经调整的vramp106、示例斜坡电流源210、示例ifixed电流源212、示例ifixed213、示例vcmp214、示例电容器216、示例vref218和示例比较器220。示例调制器600进一步包括

图5的示例反相微分器502。

如上所述,为了增加示例时钟110的占空比,可以增加示例vcmp214,使得示例vcmp214将更快地到达示例vref218以生成示例时钟110的脉冲。图6的示例调制器600(例如,通过产生示例经调整的vramp207)在瞬态期间增加示例vramp106,这增加了示例vcmp214的电压。

图6的示例vcore146被输入示例反相微分器502。示例反相微分器502类似于图2或图3的示例微分器206。然而,图6的示例反相微分器502输出输入(例如,vcore146)的反相导数,而图2和图3的示例微分器206输出导数(例如,非反相)。示例vcore146对应于示例vdroop的反相。因此,计算示例vcore146的反相导数基本上等效于计算示例vdroop108的非反相导数。反相微分器502的输出在瞬态期间是dvcore/dt的反相(例如,vcore的斜率),并且在稳态期间是零。在一些示例中,反相微分器502包括滤波器以滤除与示例vcore146相关联的任何噪声。

图6的示例加法器207将示例vramp106与反相dvcore/dt相加以生成示例经调整的vramp209。在稳态期间,因为反相微分器502的输出为零,所以示例经调整的vramp209是与示例vramp106相同的电压。在瞬态期间,因为反相微分器502的输出是反相dvcore/dt(例如,正电压),所以经调整的vramp209是高于示例vramp106的电压。因为在瞬态期间经调整的vramp209高于示例vramp106,所以增加了示例放大器208的输出。增加示例放大器208的输出增加了由示例放大器输出电流源210输出的电流,从而增加示例vcmp214以允许示例vcmp214更快地到达示例vref218,这增加了示例时钟110的占空比。

虽然图2至图4中示出了实现图1的示例调制器102的示例方式,图5中示出了示例调制器500,并且图6中示出了示例调制器600,但图2至图6中示出的元件、过程和/或设备可以以任何其他方式组合、划分、重新布置、省略、消除和/或实施。此外,示例差分放大器202、示例电流源204、示例微分器206、示例加法器207、示例放大器208、示例电流源210、示例电流源212、示例比较器220、示例加法器400、示例反相微分器502,和/或更一般地,图2至图4的示例调制器102、图5的示例调制器500和/或图6的示例调制器600可以通过硬件、机器可读指令、软件、固件来实施和/或通过硬件、机器可读指令、软件和/或固件的任何组合来实施。因此,例如,示例差分放大器202、示例电流源204、示例微分器206、示例加法器207、示例放大器208、示例电流源210、示例电流源212、示例比较器220、示例加法器400、示例反相微分器502,和/或更一般地,图2至图4的示例调制器102、图5的示例调制器500和/或图6的示例调制器600中的任何一个可以由(一个或多个)模拟和/或数字电路、(一个或多个)逻辑电路、(一个或多个)可编程处理器、(一个或多个)专用集成电路(asic)、(一个或多个)可编程逻辑器件(pld)和/或(一个或多个)现场可编程逻辑器件(fpld)来实现。在纯软件和/或固件实施方式中,示例差分放大器202、示例电流源204、示例微分器206、示例加法器207、示例放大器208、示例电流源210、示例电流源212、示例比较器220、示例加法器400、示例反相微分器502,和/或更一般地,图2至图4的示例调制器102、图5的示例调制器500和/或图6的示例调制器600中的任何一个特此明确地定义为包括有形计算机可读存储设备或存储盘,诸如存储软件和/或固件的存储器、数字通用盘(dvd)、高密度盘(cd)、蓝光盘等。此外,图2至图4的示例调制器102、图5中示出的示例调制器500和/或图6的示例调制器600包括附加于或替换图7至图10中所示的元件、过程和/或设备的元件、过程和/或设备,和/或可以包括多于一个的任何或全部的示出的元件、过程和设备。

图7中示出表示用于实施图2和图3的示例调制器102的示例机器可读指令的流程图,图8中示出图4的示例调制器102,图9中示出图5的示例调制器500,图10中示出图6的示例调制器600。在这些示例中,机器可读指令包括用于由诸如下文结合图13描述的示例处理器平台1300中示出的处理器1312的处理器执行的程序。该程序可以体现在机器可读指令中,机器可读指令被存储在有形计算机可读存储介质上,诸如cd-rom、软盘、硬盘驱动器、数字通用盘(dvd)、蓝光盘或与处理器1312相关联的存储器,但是整个程序和/或部分程序可替代地可由除处理器1312之外的设备执行和/或体现在固件或专用硬件中。此外,尽管参考图7至图10中所示的流程图描述了示例程序,但是可以可替代地使用实现图2至图4的示例调制器102、图5的示例调制器500和/或图6的示例调制器600的许多其他方法。例如,可以改变框的执行顺序和/或可以改变、消除或组合所描述的一些框。

如上所述,图7至图10的示例过程可以使用编码指令(例如,计算机和/或机器可读指令)来实现,这些编码指令被存储在有形计算机可读存储介质(诸如硬盘驱动器、闪存、只读存储器(rom)、高密度盘(cd)、数字通用盘(dvd)、高速缓存、随机存取存储器(ram)和/或任何其他存储设备或存储盘)上,其中信息被存储任何持续时间(例如,存储延长的时间段、永久地存储、短时间存储、暂时缓冲和/或用于高速缓存信息)。如本文所用,术语“有形计算机可读存储介质”被明确地定义为包括任何类型的计算机可读存储设备和/或存储盘并且排除传播信号并排除传输介质。如本文所用,“有形计算机可读存储介质”和“有形机器可读存储介质”可互换使用。附加地或可替代地,图7至图10的示例过程可以使用编码指令(例如,计算机和/或机器可读指令)来实现,这些编码指令被存储在非暂时性计算机和/或机器可读介质(诸如硬盘驱动器、闪存、只读存储器、高密度盘、数字通用盘、高速缓存、随机存取存储器和/或任何其他存储设备或存储盘)上,其中信息被存储任何持续时间(例如,存储延长的时间段、永久地存储、短时间存储、暂时缓冲和/或用于高速缓存信息)。如本文所用,术语“非暂时性计算机可读介质”被明确地定义为包括任何类型的计算机可读存储设备和/或存储盘并且排除传播信号并排除传输介质。

图7是表示可以由图2和图3的示例调制器102执行以改善图1的示例电压调节器100的瞬态响应的示例机器可读指令的示例流程图700。尽管结合图2和图3的示例调制器102描述了图7的指令,但这些示例指令可以由任何类型的调制器使用。

在框702处,示例差分放大器202将示例visum104和示例vdroop108进行比较以生成差分放大器输出电压。如上文结合图2所述,示例差分放大器输出电压控制示例差分放大器输出电流源204以生成影响示例vcmp214的电压的电流(例如,当电流为正时,vcmp214的电压减小,并且当电流为负时,vcmp214的电压增加)。

在框704处,图2和图3的示例微分器206计算示例vdroop108的导数。在框706处,示例微分器206确定图1的电压调节器100是否处于瞬态。在一些示例中,稳态纹波可能导致微分器206在稳态下向示例vdroop108添加不必要的电压。因此,如上文结合图3所述,微分器206可以基于该判断来屏蔽这样的稳态纹波。如果示例微分器206确定示例电压调节器100未处于瞬态(例如,电压调节器100处于稳态),则微分器206通过将电压设置为零来屏蔽dvdroop/dt电压(框708)。如果微分器206确定示例电压调节器100处于瞬态,则该过程继续进行到框710。

在框710处,图2和图3的示例加法器207将导数电压(例如,dvdroop/dt)与示例vramp106组合以生成示例经调整的vramp209,从而增加示例vramp106的速率。在一些示例中,示例经调整的vramp209由放大器(例如,图2和图3的示例放大器208)放大。在框712处,示例ifixed电流源212生成示例ifixed电流213,差分放大器输出电流源204(例如,基于差分放大器输出电压)生成差分放大器电流,并且示例斜坡电流源210(例如,基于经调整的斜坡电压)生成斜坡电流以生成示例vcmp214。

在框714处,图2和图3的示例比较器220将示例vcmp214与示例vref218进行比较以确定vcmp214是否大于示例vref218。如果示例比较器220确定vcmp214大于示例vref218,则示例比较器220输出时钟脉冲(框716)。如上所述,当示例时钟110脉动时,示例vramp106放电并且重复该过程。如果示例比较器220确定示例vcmp214不大于示例vref218,则在示例vramp106增加的同时重复该过程,直到示例vcmp214大于示例vref。

图8是表示可以由图4的示例调制器102执行以改善图1的示例电压调节器100的瞬态响应的示例机器可读指令的示例流程图800。尽管结合图4的示例调制器102描述了图8的指令,但这些示例指令可以由任何类型的调制器使用。

在框802处,图4的示例微分器206计算示例vdroop108的导数。在框804处,示例微分器206确定图1的电压调节器100是否处于瞬态。在一些示例中,稳态纹波可能导致微分器206在稳态下向示例vdroop108添加不必要的电压。因此,微分器206可以基于该判断来屏蔽这样的稳态纹波。如果示例微分器206确定示例电压调节器100未处于瞬态(例如,电压调节器100处于稳态),则微分器206通过将电压设置为零来屏蔽dvdroop/dt电压(框806)。如果微分器206确定示例电压调节器100处于瞬态,则该过程继续进行到框808。

在框808处,图4的示例加法器400将导数电压(例如,dvdroop/dt)与示例vdroop108组合,以通过生成示例经调整的vdroop402来增加示例vdroop108的速率。在框810处,示例差分放大器202将示例visum104和示例经调整的vdroop402进行比较以生成差分放大器输出电压。差分放大器输出电压控制示例差分放大器输出电流源202以生成差分放大器输出电流。在框812处,示例ifixed电流源212生成示例ifixed电流213,差分放大器输出电流源204(例如,基于差分放大器输出电压)生成差分放大器电流,并且示例斜坡电流源210(例如,基于斜坡电压)生成斜坡电流以生成示例vcmp214。

在框814处,图4的示例比较器220将示例vcmp214处的电压与示例vref218进行比较以确定vcmp214电压是否大于示例vref218。如果示例比较器220确定vcmp214电压大于示例vref218,则示例比较器220输出时钟脉冲(框816)。如上所述,当示例时钟110脉动时,示例vramp106放电并且重复该过程。如果示例比较器220确定示例vcmp214电压不大于示例vref218,则在示例vramp106增加的同时重复该过程,直到示例vcmp214大于示例vref。

图9是表示可以由图5的示例调制器500执行以改善图1的示例电压调节器100的瞬态响应的示例机器可读指令的示例流程图900。尽管结合图5的示例调制器500描述了图9的指令,但这些示例指令可以由任何类型的调制器使用。

在框902处,图5的示例反相微分器502计算示例vcore146的反相导数。在一些示例中,反相微分器502可以对示例vcore146进行滤波以去除任何不规则性。在框904处,示例反相微分器502确定图1的电压调节器100是否处于瞬态。在一些示例中,稳态纹波可能导致反相微分器502在稳态下向示例vcore146添加不必要的电压。因此,反相微分器502可以基于该判断来屏蔽这样的稳态纹波。如果示例反相微分器502确定示例电压调节器100未处于瞬态(例如,电压调节器100处于稳态),则反相微分器502通过将电压设置为零来屏蔽反相dvcore/dt电压(框906)。如果反相微分器502确定示例电压调节器100处于瞬态,则该过程继续进行到框908。

在框908处,图5的示例加法器400将反相微分电压(例如,反相dvcore/dt)与示例vdroop108组合,以通过生成示例经调整的vdroop402来增加示例vdroop108的速率。在框910处,示例差分放大器202将示例visum104和示例经调整的vdroop402进行比较,以生成差分放大器输出电压。差分放大器输出电压控制示例差分放大器输出电流源202以生成差分放大器输出电流。在框912处,示例ifixed电流源212生成示例ifixed电流213,差分放大器输出电流源204(例如,基于差分放大器输出电压)生成差分放大器电流,并且示例斜坡电流源210(例如,基于斜坡电压)生成斜坡电流以生成示例vcmp214。

在框914处,图5的示例比较器220将示例vcmp214处的电压与示例vref218进行比较以确定vcmp214电压是否大于示例vref218。如果示例比较器220确定vcmp214电压大于示例vref218,则示例比较器220输出时钟脉冲(框916)。如上所述,当示例时钟110脉动时,示例vramp106放电并且重复进行该过程。如果示例比较器220确定示例vcmp214电压不大于示例vref218,则在示例vramp106增加的同时重复该过程,直到示例vcmp214大于示例vref。

图10是表示可以由图6的示例调制器600执行以改善图1的示例电压调节器100的瞬态响应的示例机器可读指令的示例流程图1000。尽管结合图6的示例调制器600描述了图10的指令,但示例指令可以由任何类型的调制器使用。

在框1002处,图6的示例差分放大器202将示例visum104和示例vdroop108进行比较以生成差分放大器输出电压。示例差分放大器输出电压控制示例差分放大器输出电流源204以生成影响示例vcmp214的电压的电流(例如,当电流为正时,vcmp214的电压减小,并且当电流为负时,vcmp214的电压增加)。

在框1004处,图6的示例反相微分器502计算示例vcore146的反相导数。在框1006处,示例反相微分器502确定图1的电压调节器100是否处于瞬态。在一些示例中,稳态纹波可能导致反相微分器502在稳态下向示例vramp106添加不必要的电压。因此,反相微分器502可以基于该判断来屏蔽这样的稳态纹波。如果示例反相微分器502确定示例电压调节器100未处于瞬态(例如,电压调节器100处于稳态),则反相微分器502通过将电压设置为零来屏蔽反相dvdroop/dt电压(框1008)。如果反相微分器502确定示例电压调节器100处于瞬态,则该过程继续进行到框1010。

在框1010处,图6的示例加法器207将反相导数电压(例如,反相dvcore/dt)与示例vramp106组合,以生成示例经调整的vramp209,从而增加示例vramp106的速率。在一些示例中,示例经调整的vramp209由放大器(例如,图6的示例放大器208)放大。在框1012处,示例ifixed电流源212生成示例ifixed电流213,差分放大器输出电流源204(例如,基于差分放大器输出电压)生成差分放大器电流,并且示例斜坡电流源210(例如,基于经调整的斜坡电压)生成斜坡电流以生成示例vcmp214。

在框1014处,图6的示例比较器220将示例vcmp214与示例vref218进行比较以确定vcmp214是否大于示例vref218。如果示例比较器220确定vcmp214大于示例vref218,则示例比较器220输出时钟脉冲(框1016)。如上所述,当示例时钟110脉动时,示例vramp106放电并且重复该过程。如果示例比较器220确定示例vcmp214不大于示例vref218,则在示例vramp106增加的同时重复该过程,直到示例vcmp214大于示例vref。

图11是示出使用图1的示例电压调节器100和图2与图3的示例调制器102的瞬态响应的示例图1100。该示例图包括图2的示例visum104、示例vdroop108、示例时钟110、示例vcore146、经调整的vramp209、示例vcmp电压214和示例vref218以及图3的示例dvdroop/dt314(例如,图2的示例微分器206的输出)。示例图1100进一步包括示例第一时间(t1)1102和示例第二时间(t2)1104。

在图11的示例t11102之前,示例电压调节器100在稳态下进行操作。由于稳态条件,示例visum104、示例vdroop108和示例vcore146基本上是稳定的。因为示例vdroop108基本上是稳定的(例如,vdroop108的斜率几乎为零),所以示例dvdroop/dt314为零。如结合图3在上文所述,放大器(例如,示例放大器310)可以被用于屏蔽示例电压调节器100(图1)的任何稳态纹波。而且,在示例t11102之前,示例经调整的vramp209以第一速率(例如,稳态速率)增加。如上所述,示例vcmp214对应于(a)和(b)之间的差(例如,示例visum104和示例vdroop108之间的差),其中(a)为(i)和(ii)的总和,其中(i)为图2的示例ifixed213,(ii)为对应于示例经调整的vramp209的(例如,由示例斜坡电流源210输出的)斜坡电流,(b)为图2的(例如,由示例差分放大器输出电流源204输出的)差分放大器输出电流。当示例vcmp214变得大于示例vref218时,示例时钟110脉动。如上所述,该脉冲使得示例经调整的vramp209快速减小,从而导致示例vcmp214同样减小。

在图11的示例t11102处,示例电压调节器100进入瞬态,从而导致示例vcore146减小,并且示例vdroop108(其对应于示例vcore146)增加。示例vdroop108的增加导致示例dvdroop/dt314快速增加。因为示例dvdroop/dt314被添加到示例经调整的vramp209,所以示例经调整的vramp209的斜率(例如,变化率)增加到第二速率(例如,瞬态速率),这导致示例vcmp214电压的上升斜率同样增加。示例vcmp214电压的增加的斜率导致示例vcmp214电压更快地上升到高于示例vref218,从而导致示例时钟110的脉冲处于比稳态(例如,在示例t11102之前)更快的速率,从而增加占空比。

在图11的示例t21104处,示例vcore146和示例vdroop108变得基本稳定,从而导致示例电压调节器100返回到稳态。因为示例vdroop108是稳定的,所以示例dvdroop/dt314返回到零,从而导致示例经调整的vramp209的斜率返回到稳态速率。较慢的稳态速率降低了示例vcmp214电压的速率,从而导致脉冲以较低的频率发生(例如,减慢示例电压调节器100的占空比)。

图12示出了使用传统技术(例如,固定斜坡调制器)的电压调节器的示例传统响应1200与使用图1、图2和图3的可变斜坡示例调制器102的图1的示例电压调节器100的示例响应1202的比较。示例传统响应1200包括示例传统vdroop1203、示例传统visum1204、示例传统vramp1206、示例传统时钟1208以及示例传统vcore1210。示例可变斜坡调制器响应1202包括图2的示例visum104、示例vdroop108、示例经调整的vramp209和示例时钟110以及图3的示例dvdroop/dt314(例如,图2的示例微分器206的输出)。图12的示例比较包括示例瞬态1212。

如图12的示例比较所示,示例vdroop1203和示例vdroop108是相同的,并且示例visum1204和示例visum104是相同的。传统响应1200的示例vramp1206具有恒定的增加速率,从而导致示例时钟1208略微增加脉冲的频率(例如,占空比)。然而,直到通过示例瞬态1212的大约三分之一处时才发生增加的速率。相反,因为示例dvdroop/dt314被添加到示例vdroop108,所以一旦瞬态1212开始,示例经调整的vramp209的速率就显著增加。因此,一旦示例瞬态1212开始,示例时钟110的脉冲频率就显著增加。在示例瞬态1212开始时增加示例时钟110的频率将通过显著减小图1的示例vcore146的下冲来改善瞬态响应。例如,如示例传统vcore1210和示例vcore146的比较所示,示例vcore146具有比示例传统vcore1210少15毫伏(mv)的下冲(例如,示例传统vcore1210的下冲为20mv,而示例vcore146的下冲为5mv)。

图13是能够执行图7至图10的指令以实施图1、图2、图3和/或图4的示例调制器102的示例处理器平台1300的框图。例如,处理器平台1300可以是服务器、个人计算机、移动设备(例如,手机、智能电话、诸如ipadtm的平板电脑)、个人数字助理(pda)、因特网设备或任何其他类型的计算设备。

该示例的处理器平台1300包括处理器1312。该示例的处理器1312是硬件。例如,处理器1312可以由来自任何期望的系列或制造商的集成电路、逻辑电路、微处理器或控制器来实现。

该示例的处理器1312包括本地存储器1313(例如,高速缓存)。图13的示例处理器1312执行图7至图10的指令以实施图2至图6的示例差分放大器202、示例电流源204、示例微分器206、示例加法器207、示例放大器208、示例电流源210、示例电流源212、示例比较器220、示例加法器400和/或示例反相微分器502,从而实现示例调制器102、示例调制器500和/或示例调制器600。该示例的处理器1312经由总线1318与包括易失性存储器1314和非易失性存储器1316的主存储器通信。易失性存储器1314可以由同步动态随机存取存储器(sdram)、动态随机存取存储器(dram)、rambus动态随机存取存储器(rdram)和/或任何其他类型的随机存取存储器设备来实现。非易失性存储器1316可以由闪存和/或任何其他期望类型的存储器设备来实现。对主存储器1314、1316的访问由时钟控制器控制。

该示例的处理器平台1300还包括接口电路1320。接口电路1320可以由任何类型的接口标准来实现,诸如以太网接口、通用串行总线(usb)和/或pciexpress接口。

在该示例中,一个或多个输入设备1322被连接到接口电路1320。(一个或多个)输入设备1322允许用户将数据和命令输入处理器1312。例如,(一个或多个)输入设备可以由传感器、麦克风、相机(静态或视频)、键盘、按钮、鼠标、触摸屏、跟踪板、轨迹球、等点装置(isopoint)和/或语音识别系统来实现。

一个或多个输出设备1324也被连接到该示例的接口电路1320。例如,输出设备1324可以由显示设备(例如,发光二极管(led)、有机发光二极管(oled)、液晶显示器、阴极射线管显示器(crt)、触摸屏、触觉输出设备和/或扬声器)来实现。因此,该示例的接口电路1320通常包括图形驱动器卡、图形驱动器芯片或图形驱动器处理器。

该示例的接口电路1320还包括通信设备,诸如发送器、接收器、收发器、调制解调器和/或网络接口卡,以便于经由网络1326(例如,以太网连接、数字用户线(dsl)、电话线、同轴电缆、蜂窝电话系统等)与外部机器(例如,任何类型的计算设备)交换数据。

该示例的处理器平台1300还包括用于存储软件和/或数据的一个或多个大容量存储设备1328。这样的大容量存储设备1328的示例包括软盘驱动器、硬盘驱动器、高密度盘(cd)驱动器、蓝光盘驱动器、raid系统以及数字通用盘(dvd)驱动器。

图7至图10的编码指令1332可以被存储在大容量存储设备1328中、易失性存储器1314中、非易失性存储器1316中和/或可移动的有形计算机可读存储介质(诸如cd或dvd)上。

根据前述内容,上述方法、装置和制品改善了多相电压调节器的瞬态响应,同时减少了抖动。本文描述的示例计算下垂电压(对应于电压调节器的输出)的导数以确定何时发生瞬态。在本文描述的一些示例中,下垂电压的导数被添加到斜坡电压以增加斜坡电压的斜率(例如,生成可变斜坡电压)。如本文所述,增加斜坡电压的斜率会增加电压调节器在瞬态期间的占空比,这在电压调节器中提供更快、更有效(例如,更低的下冲)的瞬态响应。在本文描述的一些示例中,下垂电压的导数被添加到下垂电压以增加电压调节器在瞬态期间的占空比。使用本文描述的示例,可以通过增加占空比来快速检测并相应校正下冲和/或过冲。而且,本文描述的示例消除了对检测下冲的阈值的需要、降低了多相电压调节器的成本和复杂性。而且,本文描述的示例影响瞬态,而不影响电压调节器的稳态。因此,本文描述的示例不影响电压调节器和/或cotcm控制的小信号特性。

一些传统技术产生固定的斜坡电压以减少抖动。然而,这样的传统技术具有缓慢的瞬态响应并且具有影响电压调节器的性能的大下冲。本文描述的示例通过在瞬态下增加电压(例如,斜坡电压或下垂电压)以增加瞬态响应的速度并减小电压调节器的下冲且同时仍然减少抖动,从而减轻这样的问题。

在所描述的实施例中可能进行修改,并且在权利要求的范围内,其他实施例也是可能的。

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