[发明专利]一种非均匀过采样数字控制器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种非均匀过采样数字控制器及其控制方法，属电子电路技术领域。一种非均匀过采样数字控制器，包括比例‑积分‑微分补偿器和根据输入信号改变分辨率进行采样与量化的非均匀过采样ADC，所述的非均匀过采样ADC设有用于与开关变换器拓扑的输出连接的第一输入端和用于与参考信号连接的第二输入端，所述的非均匀过采样ADC的输出端与所述的比例‑积分‑微分补偿器的输入端连接，所述的比例‑积分‑微分补偿器设有输出端。本发明还公开了一种非均匀过采样数字控制器的控制方法。本发明的一种非均匀过采样数字控制器及其控制方法具有结构简单、转换时间短、精度高、稳定性好的优点。

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，更具体地说，尤其涉及一种非均匀过采样数字控制器及其控制方法。

背景技术

开关变换器芯片是电子产品中应用非常广的电源管理芯片之一，其性能的优劣关系到电子产品的可靠性及稳定性。与传统的模拟控制技术相比，数字控制DC-DC变换器由于结构简单、功耗低、抗干扰能力强以及系统兼容性好而受到越来越多的关注和研究。DC-DC变换器工作频率的提高，能有效减小电感、电容的面积，适用于高集成度的便携式设备中，此外在性能上能有效减小输出电压纹波，提高负载瞬态响应性能，给电子设备带来更高的可靠性及稳定性。因此，高频数字控制是DC-DC变换器芯片一个非常重要的特征。

模数转换器是数字控制DC-DC变换器的重要模块，也是高频数字控制DC-DC变换器设计的制约因素。传统的数字控制DC-DC变换器及连接模块包括模数转换器(ADC)、比例-积分-微分补偿器(PID)、数字脉冲宽度调制器(DPWM)、驱动模块、开关变换器拓扑和电阻单元。

高频数字控制DC-DC变换器要求ADC的分辨率更高，延迟时间更小，但相对地也会造成功耗更高，稳定性变差，并需要设计精准的模拟器，因此传统的高速、高分辨率ADC结构通常不是合适的解决方案。基于延迟线型及基于环形振荡器型的窗口式ADC架构目前广泛应用于数字控制DC-DC变换器中。延迟线型ADC通过计算单位时间内信号通过延迟单元的数目来量化输入电压，具有结构简单、功耗低的优点，但是在高频下容易受到工艺、电压、温度的影响而不稳定，而且在实现高分辨率时需要非常多的延迟单元级联，从而造成较大的延迟及功耗。环形振荡器型ADC通过累加单位时间内环形延迟单元的相位翻转数来量化输入电压，具有结构简单、稳定性好的优点，但是设计高速、高分辨率的环形振荡器型ADC需要的延迟单元级数较高，功耗更大，延迟时间更长。因此，设计高频数字控制DC-DC变换器的所需高分辨率ADC应充分考虑架构、转换时间、功耗的设计。制约数字控制DC-DC变换器性能的其中一个重要因素是瞬态延迟时间，由于受ADC转换时间及量化步长的影响，系统通常需要等待一个或多个时钟周期才能检测到瞬态的发生，从而造成较大的过冲或下冲电压。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非均匀过采样数字控制器及其控制方法，适用于高频数字控制DC-DC变换器的控制电路中，通过非均匀过采样ADC在误差信号的0电压值(DC值)附近实现高分辨率的量化，在远离DC值处实现低分辨率的量化，从而实现了非均匀量化的特征，充分达到资源优化的效果，而且具有结构简单、转换时间短、精度高、稳定性好的优点。

本发明的技术方案如下：

一方面，一种非均匀过采样数字控制器，包括比例-积分-微分补偿器和根据输入信号改变分辨率进行采样与量化的非均匀过采样ADC，所述的非均匀过采样ADC设有用于与开关变换器拓扑的输出连接的第一输入端和用于与参考信号连接的第二输入端，所述的非均匀过采样ADC的输出端与所述的比例-积分-微分补偿器的输入端连接，所述的比例-积分-微分补偿器设有输出端。