专利名称：调整信号的方法、电源、电源控制器以及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源，更具体地，涉及从一个已调整的信号生成另一个已调整的信号 的调整信号的方法、电源、电源控制器以及系统。
背景技术：
常规的开关电源的输出信号(例如，输出电压)的纹波分量较大，可能不适合于某 些应用，诸如用于给有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器供电。此外，具有相对较低 效率(例如小于80%)的开关电源可能不适合用于某些应用，诸如低功耗或“绿色”应用。 因此需要减小电源的输出信号的纹波分量，同时提高其效率。
发明内容
提供本发明内容，以用简化的形式来介绍精选的一组概念，下面将在具体实施方 式中进一步描述这些概念。本发明内容不是旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要 特征，也不是旨在用于限制所要求保护的主题的范围。一个实施例包括，响应于参考信号和已调整的输出信号，从已调整的中间信号生 成已调整的输出信号，以及响应于该已调整的输出信号和该已调整的中间信号，从输入信 号生成该已调整的中间信号。与常规调整技术相比，通过从另一已调整的信号(例如已调整的中间电压)来生 成一个已调整的信号(例如已调整的输出电压)，可以极大地减小这个已调整的信号的纹 波分量的大小。此外，与常规调整技术相比，通过响应于已调整的输出信号来生成已调整的中间 信号，可以极大地增加调整的效率。
图1是一个具有纹波分量的已调整的输出信号的实施例的图。图2是一个电源的实施例的原理示意图。图3是图2中的电源实施例的示意图。图4是图2和图3中的偏移反馈电路的一个实施例的示意图。图5是一个包括图3中的电源的实施例或图2中的电源的实施例的系统的框图。
具体实施例方式图1是由一个开关电源(未示出)的实施例所生成的已调整的输出电压V。ut的图。 Vout具有幅度为V。utDe的平均(DC)分量以及峰-峰幅度为V。uteipple的纹波分量。该纹波分量 是电源的开关动作造成的。尽管该纹波分量被描述成具有相同持续时间的上升和下降部分 并且具有相同大小的各自的斜率，但是该上升和下降部分可以具有不同的持续时间或不同 的斜率大小。此外，虽然被描述成是不变的，但该斜率可以不是不变的。
对于常规的开关电源，Voutripple可能在大约7毫伏(mV)_50毫伏的范围内。但是不幸地是，这个Vwteipple范围可能不适合于某些应用，诸如用于给有源矩阵有 机发光二极管(AMOLED)显示器供电。此外，具有相对较低效率(例如小于80% )的开关电源可能不适合用于某些应用， 诸如低功耗或“绿色”应用。电源的效率可以被定义为电源递送的功率(输出功率)与输 入到该电源的功率(输入功率)的比。图2是开关电源10的实施例的示意性框图，相比于常规开关电源，该开关电源10 可生成具有减小幅度的纹波分量V。uteipple(未在图2中示出)的已调整的输出电压V。ut，并且 其可以具有增大的效率。例如，电源10生成的分量乂-—^可以大约比由常规开关电源生 成的分量v。uteipple小10 100倍，并且电源10的效率在最大负载时可以在近似80% -90% 的范围内或高于该范围。仍然参考图2，电源10包括中间调整器(regulator) 12和输出调整器14，该输出
调整器14生成具有减小的V。uteipple的V。ut。中间调整器12包括中间电压生成器16、中间调整器控制电路18、可选的中间反馈 电路20、可选的输出反馈电路22、偏移反馈电路M和滤波器电容器Cint。中间电压生成器16包括，用于响应于来自中间调整器控制电路18的至少一个控 制信号，从输入电压Vin生成已调整的中间电压Vint的电路。例如，生成器16可包括常规的 降压(buck)转换器电路，其生成的Vint的DC分量(Vintnc)的幅度小于Vin的DC分量(Vin0c) 的幅度。或者，生成器16可包括常规的升降压(buck-boost)转换器电路，其生成的Vintlic 的幅度大于Vi‘的幅度。中间反馈电路20从Vint生成中间反馈电压。在一个实施例中，反馈电路20可包 括电压分压器。并且在反馈电路20被省略的一个实施例中，Vint可直接耦合到中间调整器 控制电路18。 输出反馈电路22从V。ut生成输出反馈电压。在一个实施例中，反馈电路22可包 括电压分压器。并且在反馈电路22被省略的一个实施例中，V。ut可直接耦合到偏移反馈电 路24。在一个实施例中，偏移反馈电路M通过添加偏移电压到输出反馈电压来调节来 自反馈电路22的输出反馈电压，以生成偏移反馈电压。如下面所讨论，偏移电压可通过设 置Vintlic(其是Vint的DC分量)和V。utDC(其是V。ut的DC分量)之间的差来设置电源10的效率。中间调整器控制电路18包括从中间反馈电路20接收中间反馈信号的反相节点， 包括从偏移反馈电路M接收偏移反馈信号的非反相节点，以及响应于中间反馈信号和偏 移反馈信号生成用于生成器16的至少一个控制信号。在一个实施例中，中间反馈信号与 Vint成比例，而偏移反馈信号充当参考信号。由此，如果VintDC(Vint的DC分量)变得大于由 偏移反馈信号和中间反馈信号所设置的值，则控制电路18就减小电压生成器16的开关占 空比，使得Vi‘朝着回到该设置值的方向降低。相反，如果Vi‘变得小于该设置值，则控 制电路18增大电压生成器16的开关占空比，使得Vintrc朝着回到该设置值的方向增大。此 外，在偏移反馈信号与V。ut成比例的实施例中，中间调整器12的有效参考信号追随(track) Vout,以及因此Vint也追随V。ut。如下面所讨论，Vint追随V。ut可允许电源10在即使v。ut在改变的条件下都能够具有并维持合适水平的效率。滤波器电容器Cint可影响Vint的纹波分量V。utHpple的幅度，并且还可用于补偿中间 调整器12的反馈环。输出调整器14包括输出电压生成器30、输出调整器控制电路32、可选的反馈电路 34、参考电压生成器36以及滤波器电容器C。ut。输出电压生成器30包括，用于响应于来自输出调整器控制电路32的至少一个 控制信号，从已调整的中间电压Vint生成已调整的输出电压ν-的电路。例如，生成器30 可包括常规的低压差(LDO)调整器电路，其用于生成小于Vintirc(Vint的DC分量的幅度)的反馈电路34从V。ut生成反馈电压。在一个实施例中，反馈电路34可包括电压分 压器。并且在反馈电路34被省略的一个实施例中，V。ut可直接耦合到输出调整器控制电路 32。但是通过将反馈电路34设计成生成合适水平的反馈信号，可以将V。ut设置成期望的值。输出调整器控制电路32包括从反馈电路34接收反馈信号的反相节点，包括从生 成器36接收参考电压的非反相节点，以及响应于反馈信号和生成用于输出电压生 成器30的至少一个控制信号。由此，如果V。utDC变得大于由Vref和反馈电路34所设置的水 平，则控制电路32使电压生成器30将V。utD。朝着回到该设置值的方向减小。相反，如果V。utDC 变得小于该设置值，则控制电路32使电压生成器30将V。utD。朝着回到该设置值的方向增大。滤波器电容器C。ut可影响V。ut的纹波分量V。utHpple的幅度，并且还可用于补偿输出 调整器14的反馈环。仍然参考图2，描述电源10的实施例的工作。中间调整器控制电路18使中间电压生成器16生成Vint，从而在控制电路18的非 反相节点处的电压基本上等于控制电路18的反相节点处的电压。例如，其中反馈电路20 和22将Vint和V。ut乘以相同的因子，于是这使VintDC ^ V。utDC+V。ffsrt，其中V。ffsrt是由偏移控 制电路M添加的偏移电压。在中间电压生成器16包括开关电路的实施例中，Vint还具有纹波分量Vinteipple。例 如，Vintripple的峰到峰幅度可在大约5-100mV的范围内。输出调整器控制电路32使输出电压生成器30生成V。ut，从而在控制电路32的反 相节点处的电压基本等于该控制电路的非反相节点处的电压。例如，如果反馈电路34被省 略，则这使得V。‘ VMf。在一个实施例中，输出电压生成器30不在V。ut上生成纹波分量，并且生成器30的 电源抑制比(PSSR)降低了来自Vint的纹波分量Vinteipple，从而纹波分量V。uteipple比纹波分量 Vintripple小得多。例如，当输出电压生成器30包括LDO电路时，则峰到峰幅度Vwteipple可能 近似比峰到峰幅度Vinteipple小10-100倍。此外，当输出电压生成器30包括LDO电路时，Vint大于V。ut。但是，电源10的效率与Vint_V。ut成反比。也即，Vint与V。ut之间的差值越大，电源 10的效率越低。由此，通过将V。ffset与反馈电路M相加，可以将Vint与V。ut之间的差值设置成大得 足以允许输出电压生成器30正确工作，但又小得足以赋予电源10合适水平的效率。仍然参考图2，电源10的某些部件可部署在电源控制器集成电路(IC)(单个或多个管芯)内，电源控制器集成电路也可以独立于电源的其它部件被单独提供。例如控制电 路18和32可部署在电源控制器IC内，而其它部件可被提供成分立部件或位于一个或多个 其它IC内。备选地，电源10的多个部件或所有部件可以部署在单个IC内。例如，电源10 中除Cint、Cout和反馈电路34之外的所有部件可部署在电源控制器IC内。仍然参考图2，可以想到电源10的备选实施例。例如，被描述成电压的任何信号可 以是电流，并且反之亦然。此外，电源10可包括其它部件和电路，诸如过流保护电路和下垂 控制电路(droop-control circuit)。而且，电源10可包括多于两个串联耦合的调整器。 例如，第三调整器(未示出)可从V。ut生成输出电压V。ut’，其中V。ut ’具有小于Vwteipple的纹 波分量V。uteipple’，以此类推。另外，除了中间电压生成器16之外，电源10的部件可由Vin或 一个或多个其它电压来供电。此外，尽管被描述成生成正电压V。ut，但是电源10可被修改成 生成负电压V。ut。图3是开关电源42的实施例的示意图，其中相同的标号被用于和图2中的电源 10 一样的参考部件。像电源10 —样，与常规开关电源相比，电源42可生成具有减小幅度 的纹波分量V。uteipple(未在图3中示出)的已调整的输出电压V。ut，并且可以具有增大的效 率。例如，电源42生成的纹波分量V。utHpple可以大约比常规开关电源生成的输出纹波分量 小10-100倍，并且电源40的效率在最大负载时可以在近似80% -90%的范围内或高于该 范围。像电源10 —样，电源42包括中间调整器12和输出调整器14，其生成具有减小的 V 的V
v outripple 口」vout0中间调整器12的中间电压生成器16是升降压电路，其包括电感器L、NM0S晶体管 44和二极管46。如下面所描述，升降压电路16生成Vint以具有比Vin更高的DC分量VintDC。 备选地，二极管46可由另一 NMOS晶体管替换，其用于阻止电流从Cint流回电感器L。中间调整器控制电路18包括误差放大器48、斜坡振荡器(RAMP 0SC)50和比较器 (COMP) 52。误差放大器48包括从中间反馈电路20接收中间反馈信号的反相节点，包括从 偏移反馈电路M接收偏移反馈信号的非反相节点，以及响应于中间反馈信号和偏移反馈 信号生成误差信号。斜坡振荡器50生成周期信号，例如三角波。比较器在非反相节点上接 收误差信号而在反相节点上接收来自斜坡振荡器50的周期信号，并且响应于该误差信号 与周期信号的比较来生成控制信号。由此，如果Vintrc(Vint的DC分量)变得大于由偏移反 馈信号和中间反馈信号所设置的值，则误差放大器48、斜坡振荡器50以及比较器52协同 工作以减小晶体管44的开关占空比，使得Vintll。朝着回到该设置值的方向减小。相反，如果 Vintnc变得小于设置值，则误差放大器48、斜坡振荡器50以及比较器52协同工作以增大晶 体管44的占空比，使得VintD。朝着该设置值的方向增大。如上面所讨论，如果来自反馈电路 24的偏移反馈信号与V。ut成比例，则Vint追随V。ut。反馈电路20包括由电阻器Rl和R2所形成的电压分压器，反馈电路22包括由电 阻器R3和R4所形成的电压分压器，以及反馈电路M以与上面结合图2中的电源10所描 述的相似的方式工作。输出调整器14的输出电压生成器30包括以PMOS传输型晶体管(pass transistor) 54形成的LDO电路，用于从已调整的中间电压Vint生成已调整的输出电压V。ut。 如下面所讨论，晶体管M生成小于V intDC 的 VoutDC' VoutDC 即v。ut的DC分量。
输出调整器控制电路32包括误差放大器56，其具有从反馈电路34接收反馈信号 的非反相节点，具有从生成器36接收参考电压Vref的反相节点，并且响应于反馈信号和Vref 生成用于控制晶体管M的传导性的控制信号——误差放大器输入节点的极性与图2中的 电源10的输出调整器控制电路32相反，以补偿由PMOS晶体管M所导致的信号反相。由 此，如果V。u‘ (Vout的DC分量)变得大于由和反馈电路；34所设置的值，则误差放大器56 减小晶体管M的传导性以使得V。utD。朝着回到该设置值的方向减小。相反，如果V。utDC变得 小于该设置值，则误差放大器56增大晶体管M的传导性以使得V。u‘的值朝着回到设置值 的方向增大。反馈电路34包括由电阻器R5和R6所形成的电压分压器。并且，参考电压生成器36以类似于上面结合图2中的电源10所描述的方式来工 作以生成VMf。仍然参考图3，描述电源42的一个实施例的工作，其中Rl = R3 = 604ΚΩ，R2 = R4 = 50ΚΩ，R5 = 1. 15ΜΩ，R6 = 100K Ω，Vref = 0. 8V, Vin = 3. 7V,以及其中偏移反馈电路 24将V。ffsrt的电平添加到反馈电路22的输出，使得V。‘ (Vout的DC分量)近似等于10. OV0在稳态的Vinteipple (Vint的纹波分量)由下式给出
权利要求
1.一种电源控制器，包括输出调整器控制电路，可用于使输出信号生成器响应于参考信号和已调整的输出信 号，从已调整的中间信号生成所述已调整的输出信号；以及中间调整器控制电路，可用于使中间信号生成器响应于所述已调整的输出信号和所述 已调整的中间信号，从输入信号生成所述已调整的中间信号。
2.根据权利要求1所述的电源控制器，其中所述输出调整器控制电路可用于使所述输 出信号生成器响应于从所述已调整的输出信号导出的反馈信号来生成所述已调整的输出 信号。
3.根据权利要求1所述的电源控制器，其中所述中间调整器控制电路可用于使所述中 间信号生成器响应于从所述已调整的输出信号导出的反馈信号来生成所述已调整的中间信号。
4.根据权利要求1所述的电源控制器，其中所述中间调整器控制电路可用于使所述中 间信号生成器响应于从所述已调整的中间信号导出的反馈信号来生成所述已调整的中间信号。
5.根据权利要求1所述的电源控制器，其中所述中间调整器控制电路可用于使所述中 间信号生成器响应于从所述已调整的输出信号导出的第一反馈信号和从所述已调整的中 间信号导出的第二反馈信号来生成所述已调整的中间信号。
6.根据权利要求1所述的电源控制器，还包括反馈电路，可用于从所述已调整的输出信号生成反馈信号；以及 其中所述中间调整器控制电路可用于使所述中间信号生成器响应于所述反馈信号生 成所述已调整的中间信号。
7.根据权利要求1所述的电源控制器，还包括反馈电路，可用于从所述已调整的中间信号生成反馈信号；以及 其中所述中间调整器控制电路可用于使所述中间信号生成器响应于所述反馈信号生 成所述已调整的中间信号。
8.根据权利要求1所述的电源控制器，其中所述输出调整器控制电路用于使所述输出 信号生成器生成具有比所述已调整的中间信号的级别更小的级别的所述已调整的输出信 号。
9.根据权利要求1所述的电源控制器，还包括反馈电路，可用于从所述已调整的输出信号和调节信号生成反馈信号；以及 其中所述中间调整器控制电路可用于使所述中间信号生成器响应于所述反馈信号生 成所述已调整的中间信号。
10.根据权利要求1所述的电源控制器，还包括第一反馈电路，可用于从所述已调整的输出信号生成第一反馈信号； 第二反馈电路，可用于从所述第一反馈信号和调节信号生成第二反馈信号；以及 其中所述中间调整器控制电路可用于使所述中间信号生成器响应于所述第二反馈信 号生成所述已调整的中间信号。
11.根据权利要求1所述的电源控制器，还包括反馈电路，可用于从所述已调整的输出信号和调节信号生成反馈信号；以及其中所述中间调整器控制电路可用于使所述中间信号生成器响应于所述反馈信号生 成所述已调整的中间信号，使得所述已调整的中间信号与所述已调整的输出信号之间的差 值近似等于所述调节信号。
12.根据权利要求1所述的电源控制器，其中所述中间调整器控制电路可用于使所述中间信号生成器生成具有第一幅度的中间纹 波分量的所述已调整的中间信号；以及所述输出调整器控制电路可用于使所述输出信号生成器生成具有第二幅度的输出纹 波分量的所述已调整的输出信号，所述第二幅度远小于所述第一幅度。
13.一种电源，包括输出调整器，可用于响应于参考信号和已调整的输出信号从已调整的中间信号生成所 述已调整的输出信号；以及中间调整器，可用于响应于所述已调整的输出信号和所述已调整的中间信号从输入信 号生成所述已调整的中间信号。
14.根据权利要求13所述的电源，其中所述已调整的输出信号包括已调整的输出电压。
15.根据权利要求13所述的电源，其中所述参考信号包括参考电压。
16.根据权利要求13所述的电源，其中所述已调整的中间信号包括已调整的中间电压。
17.根据权利要求13所述的电源，其中所述输入信号包括输入电压。
18.根据权利要求13所述的电源，其中所述输出调整器包括低压差调整器。
19.根据权利要求13所述的电源，其中所述中间调整器包括DC到DC转换器。
20.根据权利要求13所述的电源，其中所述中间调整器包括升降压转换器。
21.根据权利要求13所述的电源，其中所述输出信号调整器 包括可用于从所述已调整的输出信号生成反馈信号的反馈电路；以及其中所述输出调整器可用于响应于所述参考信号和所述反馈信号生成所述已调整的 输出信号。
22.根据权利要求13所述的电源，还包括 输出节点，可用于承载所述已调整的输出信号； 中间节点，可用于承载所述已调整的中间信号； 输出滤波器，耦合到所述输出节点；以及中间滤波器，耦合到所述中间节点。
23.根据权利要求13所述的电源，其中 所述输出调整器包括输出信号生成器，可用于响应于输出控制信号从所述已调整的中间信号生成所述已调 整的输出信号，以及输出调整器控制电路，可用于响应于所述参考信号和所述已调整的输出信号生成所述 输出控制信号；以及所述中间调整器包括中间信号生成器，可用于响应于中间控制信号从所述输入信号生成所述已调整的中间信号，以及中间调整器控制电路，可用于响应于所述已调整的输出信号和所述已调整的中间信号 生成所述中间控制信号。
24.根据权利要求23所述的电源，其中 所述中间信号生成器包括电感器，其具有可用于接收所述输入电压的第一节点，并且具有耦合到所述中间节点 的第二节点，以及晶体管，其具有控制节点，并且具有耦合到所述电感器的第二节点的传导节点；以及 所述中间调整器控制电路包括误差放大器，其可用于响应于所述已调整的中间信号和所述已调整的输出信号生成误差信号，生成器，其可用于生成周期信号，以及比较器，其可用于响应于所述误差信号和所述周期信号生成所述晶体管的控制节点上 的中间控制信号。
25.根据权利要求23所述的电源，其中所述输出信号生成器包括晶体管，其具有耦合到所述中间节点的第一传导节点、耦合 到所述输出节点的第二传导节点、以及控制节点；以及所述输出调整器控制电路包括误差放大器，其可用于响应于所述参考信号和所述已调 整的输出信号生成所述晶体管的控制节点上的输出控制信号。
26.根据权利要求13所述的电源，还包括 半导体管芯；所述输出调整器包括第一反馈电路，其部署为远离所述管芯，并可用于从所述已调整的输出信号生成第一 反馈信号，输出信号生成器，其部署在所述管芯上，并且可用于响应于输出控制信号从所述已调 整的中间信号生成所述已调整的输出信号，以及输出调整器控制电路，其部署在所述管芯上，并且可用于响应于所述参考信号和所述 第一反馈信号生成所述输出控制信号；以及 所述中间调整器包括第二反馈电路，其部署在所述管芯上，并且可用于从所述已调整的中间信号生成第二 反馈信号，第三反馈电路，其部署在所述管芯上，并且可用于从所述已调整的输出信号和偏移信 号生成第三反馈信号，中间信号生成器，其部署在所述管芯上，并且可用于响应于中间控制信号从所述输入 信号生成所述已调整的中间信号，以及中间调整器控制电路，其部署在所述管芯上，并且可用于响应于所述第二和第三反馈 电路生成所述中间控制信号。
27.—种系统，包括 电源，其包括输入节点，其可用于接收输入信号，供电节点，其可用于提供已调整的输出信号，输出调整器，其耦合到所述供电节点，并且可用于响应于参考信号和所述已调整的输 出信号来从已调整的中间信号生成所述已调整的输出信号，以及中间调整器，其耦合到所述输入节点，并且可用于响应于所述已调整的输出信号和所 述已调整的中间信号来从所述输入信号生成所述已调整的中间信号；以及第一集成电路，其耦合到所述供电节点。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述集成电路和所述电源的至少一部分被部署 在同一半导体管芯上。
29.根据权利要求27所述的系统，其中所述集成电路以及所述电源的至少一部分被部 署在各自的半导体管芯上。
30.根据权利要求27所述的系统，所述集成电路包括控制器。
31.根据权利要求27所述的系统，其中所述集成电路包括有源矩阵有机发光二极管显 不器。
32.根据权利要求27所述的系统，其中所述电源还包括中间节点，其可用于承载所述已调整的中间电压；以及所述第一集成电路被耦合到所述中间节点。
33.根据权利要求27所述的系统，还包括其中所述电源还包括中间节点，其可用于承载所述已调整的中间电压；以及第二集成电路，其耦合到所述中间节点。
34.一种方法，包括响应于参考信号和已调整的输出信号，从已调整的中间信号生成所述已调整的输出信 号；以及响应于所述已调整的输出信号和所述已调整的中间信号，从输入信号生成所述已调整 的中间信号。
35.根据权利要求34所述的方法，还包括生成的所述已调整的中间信号的幅度比所述 已调整的输出信号的幅度大一个基本恒定的幅度偏移。
36.根据权利要求34所述的方法，还包括使所述已调整的输出信号的纹波分量具有的 幅度远小于所述已调整的中间信号的纹波分量的幅度。
全文摘要
本发明提供了一种调整信号的方法、电源、电源控制器以及系统。该方法的一个实施例包括响应于参考信号和已调整的输出信号，从已调整的中间信号生成已调整的输出信号，以及响应于已调整的输出信号和已调整的中间信号，从输入信号生成已调整的中间信号。相比于常规的调整技术，通过从另一已调整的信号(例如已调整的中间电压)生成一个已调整的信号(例如已调整的输出电压)，可以极大地降低这个已调整的信号的纹波分量的大小。此外，相比于常规信号调整，通过响应于该已调整的输出信号生成已调整的中间信号，可以极大地增加调整的效率。
文档编号G05F1/56GK102117087SQ20091026599
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者刘军, 张海波, 朱亮 申请人:意法半导体研发(深圳)有限公司