[发明专利]可扩展N通道数字脉冲宽度/脉冲频率调制器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求Zdravko Lukic等人于2010年2月18日递交的题为“可扩展N通道数字脉冲宽度/脉冲频率调制器(EXTENDABLE N-CHANNEL DIGITAL PULSE-WIDTH/PULSE-FREQUENCYMODULATOR)”的美国专利申请No.12/707,895的优先权，将其全部内容一并在此作为参考。

技术领域

本发明涉及数字脉冲宽度调制器(DPWM)和数字脉冲频率调制器(DPFM)。

背景技术

数字脉冲宽度调制器是产生脉冲宽度调节(PWM)信号的电路。数字脉冲频率调制器是产生脉冲频率调节(PFM)信号的电路。对于PWM信号，所述脉冲的宽度以恒定的频率变化。对于PFM信号，以变化的频率发送固定持续时间的脉冲。PWM和PFM信号都用于产生直流功率输出电压。

所述PWM和PFM信号用于控制外部开关以便将电源电压和接地输入至外部LC电路，所述LC电路包括电感器和输出电容器。所述PWM(或者PFM)信号占空比越大(时间部分为高)，所述直流输出电压就越大。

典型地将所述PWM(或者PFM)信号馈送至外部空载时间电路，所述外部空载时间电路产生用于高边开关的高边(HS)PWM(或者PFM)信号和用于低边开关的低边(LS)PWM(或者PFM)信号。所述外部空载时间电路可以在既不是所述高边也不是所述低边PWM(或者PFM)信号为高的地方插入空载时间，以便防止所述高边和所述低边开关同时接通。

发明内容

一种多通道数字脉冲宽度调制器/数字脉冲频率调制器使用单个环形振荡器，所述振荡器由多个通道共享。所述环形振荡器具有分接头(tap)，用于已产生的PWM信号的最低有效位(LSB)精度。所述环形振荡器还产生环形时钟，所述环形时钟用于同步所述通道中的逻辑。由于通过所述环形时钟同步所述通道中的逻辑，所述通道均可以独立地产生不同频率的PWM和PFM信号，并且仍然共享相同的环形振荡器。

共享环形振荡器大大减小了所述多通道DPWM/DPFM的功率消耗。通过在所述环形振荡器的分接头的上升沿和下降沿上触发通道中的逻辑可以进一步减小功率消耗。通过在所述上升沿和下降沿上进行触发，在所述环形振荡器中延迟单元的数量(以及因此所述环形振荡器的功率消耗)可以减半。

在所述通道内产生所述高边和低边PWM和PFM信号，所述信号具有可独立选择的空载时间，从而不需要外部空载时间电路。

所述通道共享逻辑，诸如计数器和有限状态机(FSM)逻辑，用于所述脉冲宽度调制信号和脉冲频率调制信号的产生。

本发明可用在各种需要数字控制的高分辨率脉冲宽度或者脉冲频率调制信号的应用中，可以对所述信号的开关频率和相位关系数字地编程。这种应用包括但不限于调节开关模式电源工作的数字控制器电路。

附图说明

图1A-1B示出了具有环形振荡器的可缩放(scalable)N通道数字脉冲宽度/脉冲频率调制器的结构示例。

图2A示出了在PWM模式下产生的示范输出脉冲宽度调制波形。

图2B示出了示范DPWM有限状态机(FSM)的状态图。

图3示出了用于设置所述高边PWM信号的时序波形序列(timing waveform sequence)。

图4示出了示范异步脉冲逻辑的方框图，所述异步脉冲逻辑用于为每一个调制器通道产生高边和低边开关信号。

图5示出了高边SR锁存器的方框图。

图6示出了低边SR锁存器的方框图。

图7示出了用于复位所述高边PWM信号的时序波形序列。

图8示出了用于置位所述低边PWM信号的时序波形序列。

图9示出了用于复位所述低边PWM信号的时序波形序列。

图10示出了用于调制器通道之间开关信号的一次性同步的时序波形(timing waveform)。

图11示出了脉冲频率调制(PFM)有限状态机(FSM)的方框图。

图12示出了用于PFM操作模式的时序波形。

具体实施方式

图1示出了多通道数字脉冲宽度调制器/数字脉冲频率调制器100。多个通道102a、102b和102c产生多个PWM(或者PFM)信号。