[发明专利]具有频率选择的开关式电压调节器

说明书

分案申请的相关信息

本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2009年12月4日、申请号为200980148539.9、发明名称为“具有频率选择的开关式电压调节器”的发明专利申请案。

技术领域

本发明大体上涉及集成电路，且更具体地说，涉及无线通信装置中的开关式电压调节器。

背景技术

无线通信装置需要电池或外部DC电力供应器作为电源。在无线通信装置内，存在集成电路(IC)。这些IC通常在比附接到无线通信装置的电池或外部DC电力供应器低得多的DC电压下操作。为了促进在低操作电压下的集成电路操作，通常需要开关式电压调节器来将外部DC电力供应器或电池电压转换成集成电路的较低供应电压。

在电池电压(VBAT)与集成电路供应电压(VDD)之间的差大于几百毫伏时，开关式电压调节器提供最高功率效率。在一个特定实例中，电池由具有3.6V标称电压的锂离子电池构成，且集成电路在1.8V下操作。因此，电池电压与集成电路电压之间的差为3.6V-1.8V或1.8V。在此特定实例中，开关式电压调节器比线性调节器好得多。线性调节器将经历电池与负载之间的全部1.8V降落。由线性调节器耗散的功率等于1.8V*IDD(集成电路的负载电流)。由此，开关式电压调节器可仅耗散由集成电路使用的能量的10％(在较宽的负载电流范围上)，而线性调节器将耗散由集成电路使用的能量的100％而与负载电流无关。为此，常常将开关式电压调节器用于无线通信装置中。

开关式电压调节器可结合能量储存装置(电感器或电容器)使用一个或一个以上电子开关而在较高输入电压与较低输出电压之间转换，以在较高外部DC电力供应器电压与较低集成电路电压之间传送能量。

作为背景，开关式电压调节器输出电压(Vo)与开关式电压调节器输入电压(Vi)之间的比率设定了开关式电压调节器的工作周期(D)(D＝Vo/Vi)。开关式电压调节器频率是由输出电压纹波要求、开关式电压调节器内的串联电感器及负载滤波电容器的大小、输出DC负载电流及开关式电压调节器的所要功率效率控制。在开关式电压调节器耦合到其它射频(RF)收发器电路的情况下，开关式电压调节器的切换器频率可产生对无线通信装置中的其它此类组件的干扰。此干扰表现为RF收发器电路的VDD及接地连接上的电压纹波。此电压纹波由离散频率分量构成。每一频率分量为开关式电压调节器的切换器频率的谐波。每一谐波的功率电平取决于以下各项：(i)开关式电压调节器的切换器频率的工作周期；(ii)输出电压的电容性滤波的程度；以及(iii)开关式电压调节器与RF收发器电路之间的耦合的类型。

射频(RF)压控振荡器(VCO)通常嵌入于RF收发器中，且充当本机振荡器(LO)以将通信信号从基带上变频转换到RF或将通信信号从RF下变频转换到基带。在开关式电压调节器直接或间接耦合到RF VCO的典型配置中，在开关式电压调节器的输出处的电压纹波可与RF VCO的频率调谐元件电压组合而在等于开关式电压调节器的切换器频率的谐波的偏移下产生对RF VCO输出的频率调制(FM)。开关式电压调节器引起的对RF VCO的FM导致在从RF VCO的基本输出载波频率的偏移下出现谐波假性含量(harmonic spurious content)。

由开关式电压调节器(直接或耦合到RF VCO上)引起的此谐波假性含量可在某些操作条件下干扰无线通信装置的性能。举例来说，较弱的接收信号强度、在从所要接收信道的特定频率偏移处存在外部干扰信号，及/或到全双工收发器中的接收路径中的发射泄漏均可在存在开关式电压调节器的情况下导致对待上变频转换到射频的模拟信号或待从射频下变频转换的模拟信号的较大干扰。

减小由无线通信装置中的开关式电压调节器造成的切换器频率假性含量的效应的已知方式包括：(i)使用脉冲宽度调制、脉冲密度调制或跳频来连续地调整开关式电压调节器的频率；b)在无线通信收发器的仅接收模式期间，在开关式电压调节器与线性调节器之间来回切换；及(iii)将开关式电压调节器尽可能地移动远离(使用屏蔽及差动信号路径以实现改进的隔离)敏感的VCO及其它组件，所有这些方式均引入电路板或集成电路区域的一定程度的设计复杂性或低效使用。

需要在无常规技术的缺点的情况下减小无线通信装置中来自开关式电压调节器的干扰的效应的改进方式。

发明内容