专利名称：多相合成纹波稳压器的同步的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电源电路及相关的元件，并特别意指用于同步多个合成纹波产生器的配置，这些合成纹波产生器产生仿真的或综合的纹波波形，以控制切换多相DC-DC(直流-直流)合成纹波稳压器的运行。
背景技术：
集成电路电源典型地由一个或多个直流(DC)电源提供。在许多应用中，电路可能需要多路不同于可用电源电压的稳定电压(这些电压可能相对较低，例如，在几伏或更低的数量级，特别是在低电流消耗的地方所需的，例如在便携式，电池供电的装置中)。而且，在许多应用中，负载电流的幅度可以变化达几个数量级。为了满足这些需要，实际上通常已应用脉冲或纹波基的稳压器，例如，滞迟型或“bang-bang”型稳压器。
这样一种纹波基的DC-DC稳压器使用相当简单的控制机构并对负载瞬变量提供快速响应。该纹波稳压器的切换是异步的，这有利于应用在切换边沿需要直接控制的应用中。为了该目的，纹波稳压器典型地使用滞迟比较器或类似装置，它能控制连接到一对电源切换装置的控制或栅极驱动输入端的栅极驱动电路，例如FET(场效应晶体管)或MOSFETS(金属氧化特场效应晶体管)或类似器件。依据那些技术熟练人员所知的脉宽调制(PWM)切换波形，栅极驱动电路可控地将切换装置切换或转换为接通或断开。
在这样的滞迟型或“bang-bang”型稳压器中，当输出电压下降到低于基准电压与比较器固有的滞迟电压之差时，由滞迟比较晶体管产生的输出PWM信号波形转变为第一种状态(例如，变为高电平)，而当输出电压超过基准电压与滞迟电压之和时，该比较器的PWM输出转变为第二种状态(例如，变为低电平)。负载的使用或增加引起输出电压的降低到低于基准电压，比较器响应这种变化，触发栅极驱动器以接通上限的切换装置。因为稳压器是异步的，栅极驱动控制信号不必等待同步时钟，如通常在大多数固定频率PWM控制方案那样。
有关这种类型的纹波稳压器的原理包含较大的纹波电压，DC电压精度，及切换频率。因为滞迟比较器直接设置纹波电压的幅度，当切换频率用较小的滞迟增加时，使用一个较小的滞迟电压将减少电源变换效率。为了控制DC输出电压，调节输出纹波电压的峰值和谷值，该直流输出电压是纹波波形的函数。输出电压的直流值是PWM占空因数的函数。当经过输出电感器的电流变为不连续时，输出电压波形在轻负载时也会变化，在相当长的一段低电压期间产生相当短的‘尖峰’。因为纹波电压随输入线和负载条件而变化，很难维持严格的DC调节。
另外，电容器工艺的改进能改变纹波波形。特别地，目前陶瓷电容器的工艺状态已经使陶瓷电容器的等效串联电阻或ESR(它产生输出电压波形的分段线性或三角波形状)减少到非常低的值。然而，在非常低的ESR值时，输出电压纹波形状从三角形变为非线性形状(例如，抛物线和正弦曲线)。这使输出电压过冲，越过滞迟阈值，并导致峰峰值较高的纹波。结果，想降低DC-DC稳压器输出电压纹波的特别改进当用在纹波稳压器时，实际上使纹波增加。
这儿并入作参考的第一个优先权文本介绍了合成纹波稳压器，该稳压器包含一个合成纹波电压产生器。如同那里描述的，该产生器产生辅助的或‘合成’的纹波电压，该纹波电压有效地复制了经过输出电感器的纹波电流。该稳压器用综合产生的纹波电压来控制滞迟比较器的来回切换，以产生控制稳压器切换的脉宽调制(PWM)信号。在非限制的实现中，跨导放大器监视电感器上的相位节点电压，将电感器电压表示的电流(inductor voltage-representative current)供给纹波电容，该纹波电容器产生合成纹波电压。使用纹波调节的复制电感器电流将导致低输出纹波，输入电压前馈，并简化补偿。
这儿并入作参考的第二个优先权文本介绍了多相纹波稳压器，它使用以上限和下限阈值电压为基准的滞迟比较器。如那里所描述的，基于输出电压和输入电压或地之间的差值，滞迟比较器监视在以电流供给的电容两端产生的主纹波电压波形。滞迟比较器的输出产生一个主时钟信号，该信号随后连接到PWM锁存器，它的状态定义合成纹波电压中各种成分的持续时间。各个PWM锁存器具有由所选主时钟信号引进的并由一个相关的相位电压比较器终止的第一种状态，该相位电压比较器监视各相合成电压。本披露涉及多相合成纹波稳压器的改进和/或变化。
发明内容
依据本发明实施例的，用于DC-DC稳压器中的多相合成纹波电压产生器包括；产生主时钟信号的主时钟电路，各相或各通道的顺序逻辑和纹波稳压器。多相DC-DC稳压器包括多个开关电路，每个开关电路响应一个相应的脉宽调制(PWM)信号，经一个相应的相位节点使一个或多个输入电压切换经过一个相应的输出电感器，在一个输出节点上共同地产生一个输出电压。顺序逻辑基于主时钟信号顺序地设置每个PWM信号。每个纹波产生器包括一个跨导放大器，一个纹波电容器和一个比较器。跨导放大器含有用于连接到一个相应的输出电感器的一个输入端，和连接到一个相应的纹波电容器的一个输出端。电容器含有连接到纹波电容器的第一输入端，接收误差电压的第二输入端，和连接到顺序逻辑，用于复位一个相应PWM信号的一个输出端。
每相的跨导放大器可以配置有连接到一个相应相位节点的一个非反相输入端和连接到输出节点或基准电压的一个反相输入端。纹波电容器含有耦合到跨导放大器输出端的第一端和连接到地或输出节点的第二端。纹波电阻可以耦合到纹波电容器，并用电压源进行偏置，或经输出节点以输出电压作为基准。
在一个实施例中，使用单个输入电压，且主时钟电路包括主纹波电容器，主跨导放大器电路和滞迟电容器电路。主跨导放大器电路含有连接到主纹波电容器的一个输出端，并含有由主时钟信号控制的第一状态和第二状态。提供第一状态，用于依据输入电压和输出电压之间的电压差对主纹波电容器进行充电，提供第二状态，用于依据输出电压对主纹波电容器进行放电。滞迟比较器电路包括一个输入端，耦合地将主时钟纹波电容的电压与误差电压进行比较；及一个输出端，提供主时钟信号。
主跨导放大电路可以包括第一和第二跨导放大器及一个开关电路。在这种情况，第一主跨导放大器含有第一输入端，接收输出电压；第二输入端，接收输出电压；和一个输出端。第二主跨导放大器含有第一输入端，接地；第二输入端，接收输出电压；和一个输出端。开关电路含有第一接线端，耦合到第一主跨导放大器的输出端；第二接线端，耦合到第二主跨导放大器的输出端；一个公共接线端，耦合到主纹波电容器；和一个控制输入端，接收表示主时钟信号的一个信号，用于将公共接线端连接到开关电路的第一和第二接线端中的一个选择的接线端。
滞迟比较器电路可以包括第一和第二比较器，电压源和置位-复位(set-reset)装置。电压源提供一个相对于误差电压的偏置电压。第一比较器含有第一输入端，耦合到主纹波电容器；第二输入端，接收误差信号；和一个输出端。第二比较器含有第一输入端，接收偏置电压；第二输入端，耦合到主纹波电容器；及一个输出端。置位-复位装置含有第一输入端，耦合到第一比较器的输出端；第二输入端，耦合到第二比较器的输出端；和一个输出端，提供主时钟信号。
在一个替代实施例中，主时钟电路包括主纹波电容器，主跨导放大器，电压源，比较器，单步装置(one-shot device)及开关。主跨导放大器包括一个输入端，接收输出电压或基准电压；和一个输出端，耦合到主纹波电容器。电压源提供一个相对于误差电压的偏置电压。比较器含有第一输入端，耦合到主纹波电容器；第二输入端，接收偏置电压；和一个输出端。单步装置含有一个输入端，耦合到比较器的输出端；和一个输出端，提供主时钟信号。开关含有第一接线端，耦合该接收线端，以接收误差电压；第二接线端，耦合到主纹波电容器；和控制输入端，接收主时钟信号。
依据本发明一个实施例的多相合成纹波稳压器，每相包括多个开关电路，多个输出电感器，误差放大器，滞迟比较器时钟电路，顺序逻辑，和纹波发生器。每个开关电路基于相应的PWM信号，交替地将一个相应的相位节点耦合到一个相应的输入电压的相反极性上。每个输出电感器耦合在一个相应相位节点和一个输出节点之间，输出节点产生一个稳压的输出电压。误差放大器依据稳压的输出电压与基准电压的比较，产生一个误差电压。滞迟比较器时钟电路响应输出电压和误差信号，并产生主时钟信号。顺序逻辑依据主时钟信号，顺序地产生每个PWM信号。每个纹波产生器包括跨导放大器，纹波电容器，和比较器。跨导放大器含有一个输入端，耦合到一个相应的相位节点；和一个输出端，耦合到一个相应的纹波电容器。比较器含有第一输入端，耦合到纹波电容器；第二输入端，接收误差电压；和一个输出端，耦合到顺序逻辑，用于终止一个相应的PWM信号。
参照下列的描述，及附图将能更加理解本发明的益处，功能，及优点。附图中图1是一张依据本发明一个示范实施例实现的多相合成纹波稳压器的简化原理和框图；图2是一张依据本发明一个示范实施例的多相合成纹波电压产生器的简化原理图，可以用作图1多相稳压器的多相合成纹波电压产生器，用于双相稳压器中；
图3示出时序图，描述使用图2的多相合成纹波电压产生器的图1的多相稳压器的操作，用于一种双相系统中；图4是一张依据本发明另一个示范实施例的多相合成纹波电压产生器的简化原理图，可以用作图1多相稳压器的多相合成纹波电压产生器，用于双相稳压器中，其中纹波电容以输出电压为基准；图5是一张依据本发明另一个示范实施例的多相合成纹波电压产生器的简化原理图，可以用作图1多相稳压器的多相合成纹波电压产生器，用于双相稳压器中，其中每相的跨导放大器输入端接收一个基准电压；图6是一张依据本发明另一个示范实施例的多相合成纹波电压产生器的简化原理图，可以用作图1多相稳压器的合成纹波电压产生器，用于双相稳压器中，含有以电压源偏置的纹波电阻；图7是一张依据本发明另一个示范实施例的多相合成纹波电压产生器的简化原理图，可以用作图1多相稳压器的多相合成纹波电压产生器，用于双相稳压器中，含有以输出电压为基准的纹波电阻；图8是一张多相合成纹波电压产生器的原理图，描述图2和3-7的多相合成纹波电压产生器的一种或多种变化，可以按与那些技术一般熟练人员所喜欢的任何组合使用；及图9是一张主时钟电路的原理图，描述用于产生主时钟信号的一种替代方法，并在纹波电容器两端产生的MASTER RIPPLE(主纹波)。
具体实施例方式
呈现下列描述，使技术一般熟练的人员能制作和使用按特殊应用概念和它的需要之内所提供的本发明。然而，技术熟练人员将明白对较佳实施例的各种修改，及这儿定义的普通原理可以应用到其他实施例。因此，本发明不倾向于限止在这里所示和描述的特殊实施例中，但它符合与这里所披露的原理和新颖功能相一致的最广泛的范畴。
图1是一张依据本发明一个示范实施例实现的多相合成纹波稳压器100的简化原理图和框图。多相稳压器100包括脉宽调制(PWM)控制器或多相合成纹波电压产生器101，将N个PWM信号PWM1，PWM2，…，PWMN提供给各自的N个门驱动器GD1，GD2，…，GDN，构成稳压器100的N个通道。数字N是大于1的任何正整数，包括双相情况中的N＝2。对于第一个通道，PWM1信号提供给第一级门控驱动器GD1，它控制一对电源切换装置或开关Q11和Q12的接通和断开。特别地，门控驱动器GD1产生一个上门切换信号UG1，提供给上(上侧)开关Q11的控制端(例如栅极)，并产生一个下门切换信号LG1，提供给下(或下侧)开关Q12的控制端。在特别配置的显示中，开关Q11和Q12描叙为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，在一对输入电源端之间含有串联耦合的漏-源电流通路。在该配置显示中，输入电源端产生一个相对于地(GND)的输入电压VIN1。期望其他类型的电切换装置。开关Q12漏极在相位节点VPHASE1(V相1)耦合到开关Q11的源极，该相位节点耦合到输出电感器L1的一端。电感器L1的另一端耦合到一个公共输出节点VO，产生输出信号VO。这儿，它产生的节点和信号具有相同的名字，除非另外指明。
稳压器100的其余通道2-N基本上按与第一个通道相同的方式配置。PWM2(或PWMN)信号提供给门控驱动器GD2(或GDN)，门控驱动器提供信号UG2和LG2(或UGN和LGN)，以驱动开关Q21和Q22(或QN1和QN2)，这两个驱动开关在相对于地的输入电压端，例如VIN2(或VINN)，之间的相位节点VPHASE2(V相2)(或VPHASEN(V相N))处，连接在一起。在一个实施例中，输入电压VIN1-VINN为相同的电压电平，而在一个替代实施例中，一个或多个相位可以接收一个不同的输入电压电平。相位节点VPHASE2(或VPHASEN)经输出电感器L2(或LN)耦合到VO。VO节点耦合到负载存储电容器105及负载107，这两者均以电源干线(例如GND)为基准。VIN和VO信号反馈给多相合成纹波电压产生器101。多相稳压器100的多相或通道平行地耦接以产生VO信号。对于多相稳压器100，每个通道包括独立的相位节点和输出电感器。每个通道的相位节点VPHASE1-VPHASEN中的每个在VIN和地或0V之间展示出大的和快速转变，有效地切换，然而，产生VO信号的输出节点维持相当地稳定。这样，每个电感器L1-LN在运行期间产生相当大的，三角形的纹波电流信号。
图2是一张依据本发明一个示范实施例的多相合成纹波电压产生器200的简化原理图，可以用作多相合成纹波电压产生器101，将多相稳压器100配置为双相稳压器。从下面描述中将易明白多相合成纹波电压产生器101的结构和功能，并如需要，它的纹波产生器容易扩展为任意数相。为了减少附图和它们伴随描述的复杂性，双相的实现示为减少复杂性的多相例子。
多相合成纹波电压产生器101包括“主”滞迟比较器，由上阈值和下阈值比较器210和220构成，它们的输出分别连接到SR触发器230的设置(S)和复位(R)输入端。耦合比较器210的反相输入端(-)211，以接收上阈值电压Vupper(V上)，并耦合比较器220的非反相输入端(+)221，以接收下阈值电压Vlower(V下)，这是某一指定的低于上阈值电压Vupper的偏置ΔV/2。Vupper信号是由误差放大器103产生一个基准或“误差”信号。误差放大器103接收它的非反相输入端(+)上的一个基准电压VREF，和它的反相输入端(-)上的输出信号VO。比较器210的非反相输入端(+)212和比较器220的反相输入端222耦接到控制开关240的公共端241，并也耦接到纹波电容器245，该公共端以地为基准。开关240由触发器230的非反相Q输出控制。
开关240的第一输入端242耦接到跨导放大器250的输出端，而开关240的第二输入端243耦接到跨导放大器260的输出端。跨导放大器250含有一个非反相输入端251(+)，连接该输入端251，接收输入电压VIN，由此，同时连接反相输入端252(-)，接收输出电压VO。输入电压VIN1-VINN每一个都具有相同的电压电平，示作为VIN。跨导放大器250产生一个与它输入间的差值成正比，即与VIN-VO成正比，的输出电流。跨导放大器260含有非反相输入(+)261，耦接到地；和反相输入端262，耦接该反相输入端262，接收输出电压VO。跨导放大器260产生与它的输入间的差值成正比，即与0-VO或-VO成正比，的输出电流。稳压器100的工作原理，该多相稳压器100用于双相系统中。顶部显示锯齿形的MASTER RIPPLE(主纹波)信号，分别相对于上限和下限阈值Vupper和Vlower。中部共同地显示PHASE1 RIPPLE和PHASE2 RIPPLE信号，每个都为锯齿形，相对于上限阈值Vupper并与MASTER RIPPLE(主纹波)信号同步。注意Vupper阈值的两种情况都是相同电压电平的相同信号，但为了更清楚地描述与PHASE1 RIPPLE和PHASE2 RIPPLE信号间的关系，仍重复描述。底部分别显示触发器230的QBAR输出端上的MASTER clk(主时钟)信号和输出触发器280及290的Q输出端上产生的PWM1和PWM2信号。
在时刻t0，MASTER RIPPLE信号初始显示为下降并越过下限阈值Vlower。在到达t0的时间间隔，开关240的公共端241连接到输入端243，以使与地(0V)-VO或简单地-VO成正比的电流施加到电容器245，使MASTER RIPPLE信号最初是下降的。当MASTER RIPPLE信号越过下限阈值Vlower时，比较器220在随后的时刻t1启动，将触发器230复位。时刻t0和t1之间的等待延迟时间是由第二级电路影响引起的。当触发器230被复位时，它的QBAR输出端将MASTER clk信号强制成高电平，而顺序逻辑270将它的输出271强制为高电平，送到PWM1输出触发器280的置位输入端(P19-P20 and the sequence logic 270asserts its output 271 high to the set input of the PWM1 outputflip-flop 280.)。通过约在时刻t1将PWM1信号强制为高电平触发器280作出响应。
其间，触发器230的Q输出变低，使开关240将它的输入端242连接到端点241，以使滞迟比较器210和220监视跨导放大器250的输出。在时刻t1的开始时间间隔，跨导放大器250产生一个输出电流，该输出电流与它输入间的差值成正比，即与VIN-VO成正比。施加这个电流，对电容器245进行充电，以使MASTER RIPPLE信号在时刻t1开始增大。最后，MASTER RIPPLE信号超过Vupper，使比较器210启动，并在随后时刻t2将触发器230置位，在那时，触发器的QBAR输出将MASTER clk拉为低电平。MASTER clk信号维持低电平，一直到由比较器220将触发器230再次复位为止。
当触发器230被置位时，它的Q输出使开关240将它的输入端243连接到它的公共端241，以使跨导放大器260将与-VO成正比的负电流再施加给电容器245，使电容器245两端的MASTER RIPPLE信号在时刻t2开始时下降。最后，在随后的时刻t4，MASTER RIPPLE信号又越过下限阈值Vlower，以使比较器220又启动(trip)，将触发器230复位。按这种方式反复运行，产生如锯齿一样的MASTER RIPPLE信号。
MASTER RIPPLE和MASTER clk信号的频率是由输入和输出电压VIN和VOUT及Vupper和Vlower的相对电压控制的。VIN的增大引起由跨导放大器250施加给电容器245的电流幅度(VIN-VO)增大，并因此减少MASTER RIPPLE信号达到Vupper所需的时间。相反地，输出电压的降低不仅会引起由跨导放大器250施加的电流幅度(VIN-VO)的增大，而且使跨导放大器260提供的负电流幅度降低，后者有效地增大MASTER RIPPLE信号达到下限阈值电压Vlower所需的时间。
PHASE1 RIPPLE信号在t0时刻最初是下降的，一直到PWM1信号强制为高电平时的时刻t1为止。当PWM1信号变为高电平时，通过门驱动器GD1的运行将VPHASE1信号驱动为高电平，以使跨导放大器320以与VPHASE1-VO成正比的电流对电容器305进行充电，使PHASE1 RIPPLE信号约在时刻t2开始增大。最后，PHASE1 RIPPLE信号超过Vupper，使比较器300启动，将触发器280复位，在时刻t3将PWM1信号拉为低电平。PWM1信号维持低电平，一直到在随后的时刻t7由触发器280再将触发器280置位，以响应MASTER clk信号为止。在从t3到t7的时间间隔内，跨导放大器320将一个负电流(基于它的-VO输入)施加到电容器305，以使PHASE1 RIPPLE信号按线性方式向下倾斜，一直到时刻t7的PWM1信号的下个周期为止。
除了这两个PHASE2 RIPPLE信号和PHASE1 RIPPLE信号的相位互相相差180度外，PHASE2 RIPPLE信号是由跨导放大器330和电容器315按与PHASE1 RIPPLE信号相类似的方式产生。如所示的，例如，在时刻t1，t4，t7等，MASTER clk信号变为高电平，那儿，在时刻t1和t7触发器230的反相或QBAR输出端耦合到顺序逻辑电路270。顺序逻辑电路270，可将它实现为一个计数器，含有相应于产生的相数的N个输出。在现在的双相例子中，顺序逻辑电路270含有第一输出端271，连接到SET/RESET(置1/置0)触发器280的置位输入端；及第二输出端272，连接到SET/RESET触发器290的SET(置位)输入端。这了这个目的，顺序逻辑270可以实现为双相应用的触发器，或多于两相的一个应用中的移位寄存器。触发器280的RESET(复位)输入端连接到比较器300的输出端，同时将触发器290的RESET输入端连接到比较器310的输出端。
分别耦接比较器300和310的非反相输入端(+)301和311，以接收上阈值电压Vupper。耦接比较器300的反相输入端(-)302，以接收PHASE1 RIPPLE(相1纹波)电压信号。由于由PHASE1(相1)跨导放大器320的输出提供给电容器305的电流，纹波电容305两端产生该PHASE1 RIPPLE电压信号。耦接比较器310的反相输入端(-)312，接收PHASE2 RIPPLE(相2纹波)电压信号，由于由PHASE2跨导放大器330的输出端提供给电容器315的电流，在纹波电容器315的两端产生该PHASE2 RIPPLE电压信号。电容器245，305和315是“纹波”电容器，以标明的“CRIP”示出。
跨导放大器320含有非反相输入(+)端，耦接到VPHASE1节点；和反相输入端(-)，耦接该反相输入端(-)，接收输出电压VO。VPHASE1节点产生一个电压VPHASE1。该电压VPHASE1是依据触发器280输出端上提供的PWM1信号可门控地产生。这样，跨导放大器320产生PHASE1 RIPPLE信号，该信号含有与VPHASE1-VO的整数部分成正比的一个电压。相似地，跨导放大器330含有非反相输入端(+)，耦接到VPHASE2节点；和反相输入端(-)，耦接该反相输入端，接收输出电压VO。VPHASE2节点产生一个电压VPHASE2。该电压VPHASE2是依据触发器290输出端上提供的PWM2信号可门控地产生。这样，跨导放大器330产生PHASE2 RIPPLE信号，该信号含有与VPHASE2-VO的整数部分成正比的一个电压。
参考图3的时序图将容易理解使用多相合成纹波稳压器101的多相及在其后的MASTER clk信号每个其他脉冲，PWM1变为高电平，然而，在时刻t4及MASER clk信号的每个其他脉冲，PWM2变为高电平。PHASE1RIPPLE信号依据VPHASE1-VO线性地增大，以响应PWM1信号的发出，一直到达到Vupper为止，使比较器300将触发器280复位，及取消PWM1信号，并然后PHASE1 RIPPLE信号依据-VO线性地降低，同时PWM1为低电平，一直到它又变为高电平为止。同样地，PHASE2 RIPPLE信号依据VPHASE2-VO线性地增大，以响应PWM2信号的发出，一直到达到Vupper为止，使比较器310将触发器290复位，及取消PWM2信号，并然后PHASE2 RIPPLE信号依据-VO线性地降低，同时PWM2为低电平，一直到它又变为高电平为止。
顺序逻辑270依据双相情况的MASTER clk信号的连续周期，反复切换它的输出端271和272的信号加电。对于另外的或N个相，顺序逻辑依据MASTER clk信号的连续周期，以轮流方式一次一个地循环通过所有相，如同那些技术一般熟练人员所理解的。
图4是一张依据本发明另一个示范实施例的多相合成纹波电压产生器400的简化原理图，可以用作多相合成纹波稳压器101，将多相稳压器100配置为双相稳压器。多相合成纹电压产生器400基本上类似于多相合成纹波电压产生器200，其中，相似部件采用为相同的参考数字。然而，在这种情况，纹波电容器245，305和315是以输出电压VO为基准，而不是接地。多相合成纹波电压产生器400通过包含经纹波电容器到VO的另一个反馈连接，允许对VO的变化产生更快速环路响应。更快速响应是以降低多相稳压器100稳定性的潜在代价提供的。另外，虽然仅描述了双相的情况，可预期到任意个相。
图5是一张依据本发明另一个示范实施例的多相合成纹波电压产生器500的简化原理图，可以用作多相合成纹波电压产生器101，将多相稳压器100配置成双相稳压器。多相合成纹波电压产生器500基本上类似于多相合成纹波电压产生器200，其中，相似部件采用相同的参考数字。然而，在这种情况，跨导放大器320和330的反相输入连接到VREF，而不是VO。在多相合成纹波电压产生器200中，到VO的连接以降低某些配置中的环路稳定性的潜在代价，导致相对快速反馈，以响应VO上的变化。VREF是恒定的并且没有变化，使得可消除跨导放大器320，330输入端上的VO反馈响应特性。
图6是一张依据本发明另一个示范性实施例的多相合成纹波电压产生器600的简化原理图，可以用作多相合成纹波电压产生器101，将多相稳压器100配置为双相稳压器。多相合成纹波电压产生器600基本上类似于多相合成纹波电压产生器200。其中，相似部件采用相同的参考数字。在这种情况，第一纹波电阻RRIP1含有耦合到跨导放大器320输出端的一个端点和耦合到电压源601的正极端的另一个端点，该电压源含有耦合到地(GND)的负极端。电压源601产生一个中间电源电压VMID，具有约以多相合成纹波电压产生器101电压源为基准的电压电平。在多相合成纹波电压产生器101的电压电源为5V的一个实施例中，VMID约为1.5V。同样，第二纹波电阻RRIP2含有连接到跨导放大器330输出端的一个端点和连接到电压源603的正极端的另一个端点，该电压源含有连接到地(GND)的负极端。电压源603也提供中间电源电压VMID。
每个输出电感器L1-LN上的电压含有一个DC电压电平，至少部分地由它们的固有DCR(直流电阻)引起，另外，该直流电压电平连续地对相应的纹波电容器进行充电，以使每个纹波电容器的电压倾向于随时间增大。对于双相情况，纹波电阻RRIP1和RRIP2以适当的速率分别对纹波电容器305和315进行放电，以补偿或另外防止电荷积累。同样，在某些实施例中，电容器305，315上的直流电压变得太高和/或太低，以使它经相当大的电阻RRIP1/RRIP2以中间电源电压VMID为基准。给每个通道配置了相似的纹波电阻和电压源，并以相似方式连接。每个通道的纹波电容器和纹波电阻的RC时间常数在那个通道的多相稳压器100转移函数中为“零”。当选择特定元件值以使每个稳压环稳定时，应当考虑这个零的影响。
图7是一张依据本发明另一个示范性实施例的多相合成纹波电压产生器700的简化原理图，可以用作多相合成纹波电压产生器101，将多相稳压器100配置为双相稳压器。多相合成纹波电压产生器700基本上类似于多相合成纹波电压产生器600。其中，相似部件采用相同的参考数字。在这种情况，纹波电阻RRIP1，RRIP2耦接到VO输出信号，而不是VMID。这个实施例消除了为VMID提供一个独立电压源的需要，并为各种配置中的VO变化提供更佳的补偿。
图8是一张多相合成纹波电压产生器700的原理图，描述多相位纹波电压产生器200和300-700的一种或多种变化可以按任意组合应用，如同那些技术一般熟练人员所欣赏的。再次，相似部件采用相同的参考数字。如所描述的，跨导放大器320，330的反相输入端可连接到VREF或连接到VO，纹波电容器305，315既可以VO为基准，也可以GND为基准，而纹波电阻RRIP1/RRIP2可选择地包含，并以任意选择的电压电平，包括VMID，VO或VREF，为基准。这样，期望有所需变化的任意组合。
图9是一张主时钟电路900的原理图，描述用于在电容器245上产生MASTER RIPPLE以及MASTER clk信号的一种替代方法。跨导放大器901含有它的非反相输入端，被耦合以接收VO或VREF中所选一个信号，而它的反相输入端，连接到地。跨导放大器901的输出端连接到以地为基准(或替代地以VO为基准)的电容器245，连接到比较器80的反相输入端，以及连接到一个正常开启，单极，单掷(SPST)开关SW的一个端点。开关SW的另一个端点接收Vupper信号。比较器80的非反相输入端接收Vlower信号，而它的输出端耦接到单步装置82的输入端。单步装置82)的输出端产生MASTER clk信号，它提供给开关SW的控制输入端。
在运行时，开关SW最初是断开的，使电容器245与Vupper断开。电容器245以与VREF或VO成正比的电流连续地放电。当电容器245上的电压下降到低于或越过阈值Vlower时，比较器80的输出变为高电平，启动单步装置82，产生一个MASTER clk信号脉冲。MASTER clk信号变为高电平，闭合开关SW，以使电容器245上的电压快速地重新复位为Vupper值。在一个相当短的周期后，单步装置82将MASTER clk重新复位为低电平，以使开关SW又一次地断开，允许跨导放大器901对电容器245进行放电。
虽然已经参考某些较佳方式相当详细地描述了本发明，其他方式和变化是可能的并可以预期的。那些技术熟练人员应当理解他们能轻易地将所披露的概念和特殊实施例用作为设计或修改其他结构的基础，以提供本发明的相同目的，并没有背离由下列权利要求中定义的精神和范畴。
权利要求
1.一种用于多相位DC-DC稳压器的多相合成纹波电压产生器，包括多个开关电路，每个开关电路响应多个脉宽调制(PWM)信号中相应的一个信号，以经多个相位节点中的一个相应节点，通过多个输出电感器中相应的一个电感器，至少切换一个输入电压，从而在一个输出节点产生一个输出电压，所述多相合成纹波电压产生器包括主时钟电路，产生一个主时钟信号；顺序逻辑，依据所述主时钟信号，顺序地设置所述多个PWM信号中的每个信号；及多个纹波产生器，每个包括跨导放大器，具有一个用于耦合到所述输出电感器中一个相应的电感器的输入端，和一个输出端；纹波电容器，耦合到所述跨导放大器的所述输出端；及比较器，具有第一输入端，耦合到所述纹波电容器；第二输入端，耦合该输入端以接收误差电压；和一个输出端，耦合到所述顺序逻辑，用于复位所述多个PWM信号中一个相应的PWM信号。
2.按照权利要求1所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述跨导放大器包括一个非反相输入端，用于耦合到所述多个相位节点中一个相应的节点；和一个反相输入端，用于耦合到所述输出节点。
3.按照权利要求1所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述跨导放大器包括一个非反相输入端，用于耦合到所述多个相位节点中一个相应的节点；和一个反相输入端，用于耦合到一个基准电压。
4.按照权利要求1所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述纹波电容器包括第一端，耦合到所述跨导放大器的所述输出端；和第二端，用于耦合到所述输出节点。
5.按照权利要求1所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述纹波电容器包括第一端，耦合到所述跨导放大器的所述输出端；和第二端，耦合到地。
6.按照权利要求1所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述多个纹波产生器中的每一个进一步包括一个纹波电阻，耦接到所述纹波电容器。
7.按照权利要求6所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述纹波电阻包括第一端，耦接到所述纹波电容器；和第二端，用于耦到所述输出节点。
8.按照权利要求6所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述多个纹波产生器中的每一个进一步包括以地为基准的电压源；及所述纹波电阻包括第一端，耦接到所述纹波电容器；和第二端，耦接到所述电压源。
9.按照权利要求1所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述至少一个输入电压中的每个包括一个单输入电压，而其中，所述主时钟电路包括主纹波电容器；主跨导放大器电路，包括一个输出端，耦接到所述主纹波电容器；并具有由所述主时钟信号控制的第一状态和第二状态，所述第一状态依据所述输入电压和所述输出电压间的电压差对所述主纹波电容器进行充电，而所述第二状态依据所述输出电压对所述主纹波电容器进行放电；及滞迟比较器电路，包括一个输入端，耦合该输入端，对所述主纹波电容器的所述电压与所述误差电压进行比较；及一个输出端，提供所述主时钟信号。
10.按照权利要求9所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述主跨导放大器电路包括第一主跨导放大器，包括第一输入端，用于接收所述输入电压；第二输入端，用于接收所述输出电压；和一个输出端；第二主跨导放大器，包括第一输入端，耦合到地；第二输入端，用于接收所述输出电压；和一个输出端；及开关电路，包括第一端，耦合到所述第一主跨导放大器的所述输出端；第二端，耦合到所述第二主跨导放大器的所述输出端；一个公共端，耦合到所述主纹波电容器；及一个控制输入端，接收表示所述主时钟信号的一个信号，用于将所述公共端耦合到所述第一和第二端中的一个所选择的端点；
11.按照权利要求9所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述滞迟比较器电路包括第一比较器，包括第一输入端，耦合到所述主纹波电容器；第二输入端，接收所述误差电压；和一个输出端；电压源，提供一个相对于所述误差电压的偏置电压；第二比较器，包括第一输入端，接收所述偏置电压；第二输入端，耦合到所述主纹波电容器；和一个输出端；及置位-复位装置，包括第一输入端，耦合到所述第一比较器的所述输出端；第二输入端，耦合到所述第二比较器的所述输出端；及一个输出端，提供所述主时钟信号。
12.按照权利要求1所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述主时钟电路包括主纹波电容器；主跨导放大器，包括一个输入端，用于接收所述输出电压；和一个输出端，耦合到所述主纹波电容器；电压源，提供相对于所述误差电压的一个偏置电压；比较器，包括第一输入端，耦合到所述主纹波电容器；第二输入端，接收所述偏置电压；及一个输出端；单步装置，包括一个输入端，耦合到所述比较器的所述输出端；和一个输出端，提供所述主时钟信号；及开关，包括第一接线端，耦合该接线端，接收所述误差电压；第二接线端，耦合到所述主纹波电容器；及一个控制输入端，接收所述主时钟信号。
13.按照权利要求1所述的多相合成纹波电压产生器，其特征在于，所述主时钟电路包括主纹波电容器；主跨导放大器，包括一个输入端，接收一个基准电压指示；和一个输出端，耦合到所述主纹波电容器；电压源，提供相对于所述误差电压的一个偏置电压；比较器，包括第一输入端，耦合到所述主纹波电容器；第二输入端，接收所述偏置电压；和一个输出端；单步装置，包括一个输入端，耦合到所述比较器的所述输出端；和一个输出端，提供所述主时钟信号；及开关，包括第一接线端，耦接该接线端，接收所述误差电压；第二接线端，耦接到所述主纹波电容器；和一个控制输入端，接收所述主时钟信号。
14.一种产生多个合成纹波电压的方法，以控制多相DC-DC稳压器的相位，所述稳压器包括多个开关电路，每个开关电路响应多个脉宽调(PWM)信号中一个相应信号，以经多个相位节点中的一个相应节点，通过多个输出电感器中的一个相应电感器，切换一个输入电压，以在一个输出节点产生一个输出电压，所述方法包括将一个输出电压与基准电压进行比较，提供一个误差电压；依据所述输出电压和所述基准电压中的一个选择电压产生一个倾斜电压，所述基准电压用于设置所述输出电压的电平；依据所述误差电压与所述倾斜电压的比较，产生主时钟信号；依据所述主时钟信号，顺序地启动所述多个PWM信号中的每个信号；产生多个纹波电压，每个纹波电压指示经过所述输出电感器中的一个相应电感器的电流；及依据所述相应的与所述误差电压进行比较的纹波电压，复位每个PWM信号。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，所述产生多个纹波电压包括感测施加到每个输出电感器上的电压；将每个感测的电压转换为感测电流；及用一个相应的感测电流对一个相应的电容装置进行充电。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，所述感测电压包括感测一个相应的相位节点和所述基准电压之间的电压。
17.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，所述对一个相应电容装置时行充电包括把所述相应电容装置基准到所述输出电压。
18.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括将一个相应的纹波电阻装置耦合到所述相应的电容装置。
19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括用所述输出电压，所述基准电压，和一个中点电压源中的一个所选择的电压来偏置所述相应的纹波电阻装置。
20.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，所述产生一个倾斜电压包括将所述输出电压和所述基准电压中的一个所述选择的电压转换为电流；及其中，所述产生一个主时钟信号包括以所述电流对一个电容装置进行放电；提供一个相关于所述误差电压的偏置电压；将所述电容装置的所述电压与所述偏置电压进行比较；当所述电容装置的所述电压下降到所述偏置电压的所述电平时，将所述主时钟信号转变成第一逻辑电平；当所述主时钟转变为所述第一逻辑电平时，将所述电容装置连接到所述误差电压，以将所述电容装置充电到所述误差电压的电平；当所述电容装置的所述电压达到所述误差电压的所述电平时，将所述主时钟信号转变为第二逻辑电平；及当所述主时钟转变为所述第一逻辑电平时，将电容装置与所述误差电压断开。
全文摘要
一种用于多相DC－DC的多相合成纹波电压产生器，包括主时钟电路，产生主时钟信号；顺序逻辑和每相的纹波稳压器。所述DC－DC稳压器包括多个开关电路，每个开关电路响应于一个相应的PWM信号，以经一个相位节点切换输入电压，通过输出电感器产生一个输出电压。顺序逻辑依据所述主时钟信号顺序地设置每个PWM信号。每个纹波产生器包括跨导放大器，纹波电容器和比较器。所述跨导放大器包括输入端，耦合到一个相应的输出电感器；和一个输出端，耦接到一个相应的纹波电容器。所述比较器包括第一输入端，耦合到所述纹波电容器；第二输入端，接收一个误差信号；和一个输出端，耦合到所述顺序逻辑，用于复位一个相应的PWM信号。
文档编号G05F1/10GK1702585SQ20041008311
公开日2005年11月30日 申请日期2004年9月29日 优先权日2004年5月25日
发明者M·M·沃尔特斯, 李学宁, T·A·约胡姆 申请人:英特赛尔美国股份有限公司