[发明专利]时域和频域信号调节装置、电路布置及制造该装置的方法

说明书

公开了一种电路布置和方法，其利用时域和频域信号调节设备构成来减少在反馈控制回路电路的输出路径和反馈路径中的时域噪声特征（切换噪声抖动（SNJ）特征），该反馈控制回路电路具有在一个或多个预定频率下切换输出信号的晶体管切换级。在示例中，电路布置具有反馈控制回路电路，其包括第一装置、公共连接结、一个或多个信号端子、一个或多个轨道和无源信号调节装置。在另一示例中，时域和频域信号调节设备（SNJ调节装置）具有一个或多个信号端子、一个或多个轨道和无源信号调节装置。

相关申请的交叉引用

本申请是2017年3月21日提交的PCT/US2017/023268的进入国家阶段，其具有经获准的优先权恢复，要求于2016年3月19日提交的美国临时专利申请第62/310,673号权益，该临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。

联邦政府资助的研究：否。

序列表：无。

技术领域

本申请涉及信号调节领域，尤其涉及时域和频域信号调节装置、电路布置及制造该装置的方法。

背景技术

直流-直流(DC-DC)转换器是对现代电子系统性能至关重要的组件。在大多数无线连接性应用、功率受限的便携式和可穿戴式应用中，DC-DC转换器提供转换自诸如电池的能量源的恒定DC电源偏压，以匹配其中的组件的操作要求。DC-DC转换器分为两种类型。第一种类型是线性稳压器或低压差(LDO)稳压器。线性稳压器提供由线性稳压器供电的电路元件所感知的显著低的电源偏置噪声，但是以低转换效率为代价，这导致更短的电池寿命。第二种类型是切换模式DC-DC转换器，其提供比线性稳压器高得多的转换效率，然而，代价是由切换模式DC-DC转换器供电的电路元件所感知的较高的电源偏置噪声。

尽管使用两种类型的DC-DC转换器来改善转换效率和噪声是业界的持续目标，但是在切换模式DC-DC转换器与线性稳压器之间在转换效率和电源偏置噪声方面总是存在折衷。例如，当需要通过监管要求或需要建立最佳黄金标准用于噪声敏感电子系统(诸如射频和微波电路、定时电路、模数转换器、积分器、数字通信信号卷积等)时，大多数电路设计人员选择不那么高效的线性稳压器(或LDO)来为电子系统供电。使用切换模式DC-DC转换器通常被称为可替代的功能选择，以获得更长的电池寿命或更好的功率节省，但预期在系统性能和产品规格上有折衷。

图1示出了常规切换模式DC-DC转换器电路拓扑的现有技术，其中电路拓扑将存在在输入轨道(VIN)100上的第一DC电压转换为在输出轨道140上的第二DC电压。电路拓扑包括两个基本功能块-切换块110和平均滤波器120。切换块110包含反馈控制回路电路112，其根据输出轨道140上的DC输出电压条件决定何时接通和断开MOSFET驱动器114和MOSFET驱动器116，无论是处于稳定状态还是存在随着负载150变化的负载条件，切换块都连接到反馈节点104。MOSFET驱动器114和MOSFET驱动器116的导通时间和关断时间的量由控制回路电路112内的调制器，其在切换节点(SW)102处的输出为连接在切换节点102与平均滤波器120之间的轨道130上的脉冲串电压波形132。为了在输出轨道140上获得恒定且平滑的DC输出电压，包括串联连接的功率电感器L122和去耦电容器C124的低通平均滤波器120必须连接在轨道130与输出轨道140之间。平均滤波器120使脉冲串电压波形132的DC分量通过，并且抑制包含在切换频率处的脉冲串电压波形132及其谐波的AC分量和噪声。不完全衰减的AC分量和噪声在输出轨道140上表现为纹波电压142和噪声149，并且纹波在时域中包含增加电压(上斜率)斜坡144和减少电压(下斜坡)斜坡146，具有与控制回路电路112中的调制器的切换频率相等的周期。当在控制回路电路112中增加电压斜坡144从预定参考源上升或者减少电压斜坡146从预定参考源下降到的相应切换判定阈值时，MOSFET驱动器114和MOSFET驱动器116在导通状态和关断状态之间切换，从而在输出轨道140上提供稳定且经调节的DC输出电压。