專利名稱：精確三角波形發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及脈沖寬度調(diào)制功率變換器，尤其涉及產(chǎn)生諸如在交錯(cuò)脈沖寬度調(diào)制放大器中使用的三角波的精確三角波形發(fā)生器。
背景技術(shù)：
相對于必須消耗相當(dāng)多功率的線性裝置，通過與作為開關(guān)的輸出裝置結(jié)合，使用應(yīng)用于音頻的脈沖寬度調(diào)制(PWM)放大來提高效率。在PWM放大器中，將音頻輸入信號轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制波形。為此，將音頻信號提供給放大器來調(diào)制諸如基于音頻信號的幅值的三角波形的寬度。調(diào)制波形用于驅(qū)動(dòng)作為完全飽和或斷開的開關(guān)的一個(gè)或多個(gè)輸出裝置。輸出裝置，經(jīng)常使用開關(guān)功率晶體管來實(shí)現(xiàn)，可以在半橋?qū)χ信帕袕亩乖搶χ械囊粋€(gè)裝置轉(zhuǎn)換為正電壓輸出，同時(shí)而另一個(gè)裝置轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓輸出。轉(zhuǎn)換的輸出信號可以被提供給試圖除去超過預(yù)期輸出波形頻譜的諧波信號和邊帶的低通濾波器的輸入端。經(jīng)過濾波的模擬信號用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載，例如揚(yáng)聲器。
三角波形發(fā)生器用于調(diào)制音頻信號以產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制波形。這種三角波形發(fā)生器可以使用其頻率響應(yīng)于某一控制電壓的壓控振蕩器。由這樣的三角波形發(fā)生器產(chǎn)生的三角波可以被鎖相于參考頻率?？梢酝ㄟ^控制電壓將三角波調(diào)制以使幅值轉(zhuǎn)化為脈沖寬度。目前，三角波形發(fā)生器不能同時(shí)控制三角形的一個(gè)或多個(gè)波形幅值、頻率、對稱性和/或相位。因此，需要更精確地控制三角波形的質(zhì)量的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種包括電容元件、調(diào)節(jié)器和控制電路的三角波形發(fā)生器。調(diào)節(jié)器被配置成響應(yīng)于第一控制信號而使電容元件充電，并響應(yīng)第二控制信號使電容元件放電?？刂齐娐讽憫?yīng)于參考波形產(chǎn)生第一和第二控制信號。在一個(gè)例子中，控制電路響應(yīng)于參考波形的幅值、頻率、相位以及對稱性來產(chǎn)生第一和第二控制信號。
在驗(yàn)證下面的附圖和詳細(xì)說明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是或?qū)⒆兊蔑@而易見。這意味著，所有這樣的附加系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)都包括在該說明中，而且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且受到下面的權(quán)利要求的保護(hù)。


參考下面的附圖和說明可以更好地理解本發(fā)明。圖中的元件不一定按照一定的比例繪制，而是把重點(diǎn)放在示出本發(fā)明的原理。而且，在圖中，相同的參考數(shù)字標(biāo)明遍及不同視圖的相同部分。
圖1是具有兩個(gè)交錯(cuò)級的脈沖寬度調(diào)制放大器的示意性框圖；圖2是可在圖1所示的系統(tǒng)中使用的示例性相頻控制系統(tǒng)的示意性框圖；圖3是可在圖1所示的系統(tǒng)中使用的示例性三角波發(fā)生系統(tǒng)的示意性框圖；圖4是可在圖1所示的系統(tǒng)中使用的另一示例性相頻控制系統(tǒng)的示意性框圖；圖5是可在圖1所示的系統(tǒng)中使用的另一示例性三角波發(fā)生系統(tǒng)的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是兩個(gè)交錯(cuò)(N＝2)全橋脈沖寬度調(diào)制(PWM)放大器100的示例的框圖。交錯(cuò)的PWM放大器100接收來自信號源110的輸入信號?？梢詫⑤斎胄盘柗殖傻谝恢?12和第二支路114。第一支路112包括配置成將輸入信號反相的反相塊120。反相塊120與被稱為PWMA的第一脈沖寬度調(diào)制器130連接。PWM A 130與被稱為半橋A的第一半橋150連接。然后，半橋A 150的輸出與負(fù)載160連接。
可以通過PWM A 130將反相的輸入信號調(diào)制到具有N＝2的PWM調(diào)制的第一三角波形上。第一三角波形的產(chǎn)生涉及到用于提供給使用相頻控制系統(tǒng)170的負(fù)載160的每個(gè)輸出通道的開關(guān)頻率(switchingfrequency)(Fs)的產(chǎn)生。可以通過三角波發(fā)生系統(tǒng)180將開關(guān)頻率(Fs)用于產(chǎn)生第一三角波形。反相的輸入信號到第一三角波形上的調(diào)制產(chǎn)生第一控制信號。可以將第一控制信號提供給第一半橋150以控制向負(fù)載160輸出的功率。第二支路114包括與被稱為PWM B的第二脈沖寬度調(diào)制器135連接的同相(non-inverting)塊125。類似地，PWM B135使用相頻控制系統(tǒng)170和三角波發(fā)生系統(tǒng)180將同相輸入信號調(diào)制到第二三角波形上以產(chǎn)生第二控制信號?？梢詫⒌诙刂菩盘柼峁┙o被稱為PWM B的第二半橋155以控制向負(fù)載160輸出的功率。
在一個(gè)例子中，功能上可以把相頻控制系統(tǒng)170和三角波發(fā)生系統(tǒng)180設(shè)置為集成電路的形式。這樣的集成電路會(huì)降低成本并減小尺寸。能夠把三角波形發(fā)生的多個(gè)通道包括在一個(gè)組件里。集成電路可以由具有嚴(yán)格相位控制的共用參考時(shí)鐘來操作。在其它例子中，相頻控制系統(tǒng)170和三角波發(fā)生系統(tǒng)180的功能可以被形成為單獨(dú)的元件，或者單獨(dú)元件以及一個(gè)或多個(gè)集成電路的任何結(jié)合。
圖2是用于脈沖寬度調(diào)制器的相頻控制系統(tǒng)200的示例的框圖。相頻控制系統(tǒng)200可以被形成為集成電路和/或相互連接的獨(dú)立元件。下面的關(guān)于結(jié)構(gòu)示例的討論基于以集成電路形式形成的相頻控制系統(tǒng)200。圖2中，當(dāng)被主從(M/S)信號207激活時(shí)，主振蕩器202被主晶體204操作以在主輸出線206上產(chǎn)生主振蕩器輸出信號。像圖2中代表集成電路上的輸入/輸出管腳的圓圈所顯示的，主晶體204可以在集成電路的外部。主晶體204可以從頻率的寬范圍中指定預(yù)定的頻率，例如16MHz，為此，晶體可用于產(chǎn)生頻率?？梢詫⒌谝惠敵鲂盘?06提供給或門208。當(dāng)被從主(S/M)信號216激活時(shí)，壓控振蕩器210可以在壓控線212上把壓控輸出信號提供給或門208。壓控振蕩器210可以接收來自相頻檢測器電荷泵(charge pump)218的控制信號。
當(dāng)主振蕩器202不可用時(shí)，壓控振蕩器210可以是獨(dú)立于主振蕩器202操作的從設(shè)備?？商鎿Q地，由于主振蕩器202在固定的預(yù)定頻率操作，所以可以不激活主振蕩器202而激活壓控振蕩器210以另一個(gè)固定的預(yù)定頻率操作相頻控制系統(tǒng)200。
可以把或門208的輸出提供給第一同步計(jì)數(shù)器224和第二同步計(jì)數(shù)器226。第一和第二同步計(jì)數(shù)器224和226被配置成計(jì)算全長并提供同時(shí)的全部輸出位變化以提供若干個(gè)輸出通道228之間的相位控制。在一個(gè)例子中，第一和第二同步計(jì)數(shù)器224和226可以是6位同步計(jì)數(shù)器。第一和第二同步計(jì)數(shù)器224和226可以用為第一同步計(jì)數(shù)器224提供第一數(shù)值的相頻寄存器232操作。可替換地，第一和第二同步計(jì)數(shù)器224和226可以具有單獨(dú)并且獨(dú)立的寄存器。
第一和第二同步計(jì)數(shù)器224和226的寄存器232可以是永久性的并且由相頻控制系統(tǒng)200裝載產(chǎn)生固定的頻率控制的值?？商鎿Q地，寄存器232可以是易失的并且可以裝載產(chǎn)生可變頻率的一個(gè)或多個(gè)值。例如，只向第二同步計(jì)數(shù)器226提供其中可存儲(chǔ)數(shù)值的永久性存儲(chǔ)器。在這個(gè)例子中，當(dāng)?shù)诙接?jì)數(shù)器226計(jì)數(shù)到預(yù)定的情況時(shí)，隨著功率增加以及對第二同步計(jì)數(shù)器226增量的操作，第二同步計(jì)數(shù)器226可以把數(shù)值裝載到第一同步計(jì)數(shù)器224。然而，在另一個(gè)選擇中，可以通過I2C信號線234上的I2C信號把一個(gè)或兩個(gè)數(shù)值裝載到寄存器232。在其它的例子中，可以使用其它任何通信系統(tǒng)和/或協(xié)議來把數(shù)值下載到寄存器232。
輸出通道228切換作為集成電路中的內(nèi)部信號而保持并提供給三角波發(fā)生系統(tǒng)180(圖1)的頻率信號(Fs)。在圖2中，有四個(gè)輸出通道228，在其它例子中，根據(jù)供給的負(fù)載可以產(chǎn)生其它任何數(shù)量的輸出通道228?？梢园训谝婚_關(guān)頻率信號提供給第一通道(Ch1 Fs)236。當(dāng)在同步計(jì)數(shù)器224的預(yù)定位例如Q5位達(dá)到預(yù)定值時(shí)，第一開關(guān)頻率信號可以由第一同步計(jì)數(shù)器224產(chǎn)生。
第一開關(guān)頻率信號可以由緩沖器238延遲，然后作為輸入提供到第二輸出通道觸發(fā)器240?？梢愿鶕?jù)來自同步計(jì)數(shù)器224的作為輸出值提供的時(shí)鐘信號來觸發(fā)第二輸出通道觸發(fā)器240。輸出值可以是第一同步計(jì)數(shù)器224的另一個(gè)位，例如Q3位。第二輸出通道觸發(fā)器240的輸出可以是在第二通道(Ch2 Fs)242上提供的第二開關(guān)頻率信號(Fs)。在分別產(chǎn)生在第三通道(Ch3 Fs)248上提供的第三開關(guān)頻率信號和在第四通道(Ch4 Fs)250上提供的第四開關(guān)頻率信號之前，還可以順序延遲第三輸出通道觸發(fā)器244和第四輸出通道觸發(fā)器246。第一、第二、第三和第四開關(guān)頻率信號中的每一個(gè)可以互相偏移確定的量，例如約22.5度，從而使交錯(cuò)功率變換器產(chǎn)生均勻分布的矢量。在其它例子中，可以使用其它系統(tǒng)和方法在各自的通道上產(chǎn)生偏移的第一、第二、第三和第四開關(guān)頻率信號。
相頻控制系統(tǒng)200還包括分頻器260、平衡接收器262和平衡發(fā)送器264。當(dāng)壓控振蕩器210被激活時(shí)，分頻器260可以用于產(chǎn)生更低的頻率。產(chǎn)生的頻率可以低于由另一主時(shí)鐘(例如另一集成電路或電源提供)的外部參考時(shí)鐘266的頻率。可以通過平衡接收器262把外部參考時(shí)鐘266提供給分頻器260?？梢詮谋纠募呻娐吠獠康碾娫唇邮胀獠繀⒖紩r(shí)鐘266，就像表示集成電路的輸入/輸出管腳的圓圈所示的。平衡接收器262可以作為被平衡的緩沖器操作以減小集成電路中的電磁場(EMF)并改進(jìn)信噪比(S/N)。因此，當(dāng)主振蕩器202不可用(或未激活)時(shí)，壓控振蕩器210和相頻檢測電荷泵218可以在參考頻率下操作和/或在基于由平衡接收器262提供的頻率參考而由分頻器260提供的一個(gè)或更多的減小的頻率下操作。
當(dāng)主振蕩器202被激活時(shí)，可以類似地利用相同的主/從信號207激活平衡發(fā)送器264。平衡發(fā)送器264可以提供主振蕩器202的代表性信號作為外部參考時(shí)鐘266。當(dāng)主振蕩器202操作時(shí)，可以提供外部參考時(shí)鐘266作為對集成電路外部的其它裝置的頻率參考。
操作期間，相頻控制系統(tǒng)200能夠產(chǎn)生在相位上互相偏移確定的值的開關(guān)頻率(Fs)信號的若干個(gè)通道。脈沖寬度調(diào)制器以根據(jù)開關(guān)頻率(Fs)信號把幅值信息編碼為脈沖寬度信息的三角波形的形式將波形調(diào)制。
控制開關(guān)頻率信號(Fs)的相位的能力在使由開關(guān)噪聲串?dāng)_產(chǎn)生的信號不純最小化方面是有用的。如果以精確的同步性操作所有的輸出通道236、242、248和250，那么存在串?dāng)_的機(jī)會(huì)最大。使它們在互相的開關(guān)事件之間具有最多時(shí)間的定相通道的動(dòng)作使來自串?dāng)_瞬間的信號不純最小化。換言之，開關(guān)對的開關(guān)之間的時(shí)間間隔可以最大化以使串?dāng)_最小化。
相頻控制系統(tǒng)200可以包括對相對相位的精確控制以把調(diào)制周期分為在全部輸出通道236、242、248和250之間均勻調(diào)節(jié)的間隔。當(dāng)需要以四個(gè)或更多的交錯(cuò)數(shù)量交錯(cuò)調(diào)制時(shí)，相頻控制系統(tǒng)200還可以操作來控制相位。對于單獨(dú)的三角波形來說圖2所示的兩個(gè)交錯(cuò)就足夠了。
圖3是可以用于實(shí)現(xiàn)圖1所示的三角波發(fā)生系統(tǒng)180的三角波發(fā)生系統(tǒng)300的示意性框圖。三角波發(fā)生系統(tǒng)300可以形成為集成電路和/或相互連接的獨(dú)立的元件。下面的結(jié)構(gòu)示例的討論基于以集成電路形式形成的三角波發(fā)生系統(tǒng)300。
圖3中，三角波發(fā)生系統(tǒng)300包括壓控振蕩器301和相頻檢測電荷泵303。通過將電容器Ct 302充電和放電，用壓控振蕩器301形成三角波。由于它具有一個(gè)接地端和其它驅(qū)動(dòng)端，所以電容器Ct 302可以是對集成電路有利的形式。由于邊緣電容對于集成電路電容器而言相對較大而且這時(shí)邊緣電容與預(yù)定的電容并聯(lián)，所以這是有利的。
電容器Ct 302可以有選擇地由充電調(diào)節(jié)器304與放電調(diào)節(jié)器306充電和放電。充電調(diào)節(jié)器304包括充電電流開關(guān)308和充電電流源309。放電調(diào)節(jié)器306包括放電電流開關(guān)310和放電電流源311。充電電流源309和放電電流源311可以用例如5伏DC的電源電壓(Vdd)314供給并接地。此外，可以控制由每個(gè)電流源309和311以及電流開關(guān)308和310供給的電流的幅值。
各自的電流開關(guān)308和310的選擇性切換以及各自的電流源309和311的控制可以控制加在電容器Ct 302上的電壓(Vt)316。電壓(Vt)316可以通過包括在壓控振蕩器301中的第一比較器322和第二比較器324與正電勢電壓Vtp 318和負(fù)電勢電壓Vtn 320進(jìn)行比較。
正和負(fù)電勢電壓Vtp 318和Vtn 320可以是圖1中示出的PWM放大器100的輸出軌跡的代表?？梢詫⒄拓?fù)電勢電壓Vtp 318和Vtn 320集中在預(yù)定電壓例如2.5伏DC的CMOS電壓，或者地電勢的單獨(dú)元件電壓，或者零伏。在通過第一和第二比較器322和324比較之前，可以用緩沖器328緩沖電壓(Vt)316。第一和第二比較器322和324可以形成窗口檢測器。比較器的輸出可用于觸發(fā)滯后開關(guān)329，例如R-S觸發(fā)器。滯后開關(guān)329能夠控制操作電容器Ct 302充電的充電和放電電流。
由充電電流源309和放電電流源311提供的對充電和放電電流的控制可以用相頻檢測電荷泵303完成。當(dāng)通過由相頻檢測電荷泵303提供的共用頻率控制信號對充電電流源309和放電電流源311程控時(shí)，壓控振蕩器301可以產(chǎn)生三角波。相頻檢測電荷泵303可以將充電電流源309和放電電流源311的電流控制為與幅值近乎相同和相反的跟蹤電流。
在三角波發(fā)生系統(tǒng)300中，分別調(diào)節(jié)充電電流源309和放電電流源311以對形成三角波形的兩個(gè)斜坡(ramp)進(jìn)行精確的控制?？梢杂蓽箝_關(guān)329提供第一窗口比較器輸出線330上的第一窗口比較器輸出信號和第二窗口比較器輸出線332上的第二窗口比較器輸出信號作為邏輯1或邏輯0。滯后開關(guān)329的輸出提供給相頻檢測電荷泵303并且還可用來控制各自的第一和第二調(diào)節(jié)器304和306中的充電和放電電流開關(guān)308和310的操作。
相頻檢測電荷泵303包括第一相頻檢測器340和第二相頻檢測器342。操作期間，第一和第二相頻檢測器340和342的每個(gè)將參考開關(guān)頻率信號(Fs)344和反相的參考開關(guān)頻率信號(Fs)346與三角波的邊緣進(jìn)行比較。由相頻控制系統(tǒng)200(圖2)提供參考開關(guān)頻率信號(Fs)344。第一和第二相頻檢測器340和342在頻率和對稱性方面將邊緣與參考信號進(jìn)行比較。
相頻檢測器340和342可以是做比較并且激活一組電荷泵350從而影響預(yù)期控制的數(shù)字檢測器。尤其，該組電荷泵350包括被用來產(chǎn)生充電電流控制線354上的充電電流控制信號的第一組電荷泵352。此外，操作第二組電荷泵356以產(chǎn)生放電電流控制線358上的放電電流控制信號。因此，兩個(gè)分離的并且有點(diǎn)獨(dú)立的控制回路可以獨(dú)立控制充電電流源309和放電電流源311。
第一組電荷泵352包括第一主電荷泵362和第一交叉耦合的電荷泵364。類似地，第二組電荷泵356包括第二主要電荷泵366和第二交叉耦合的電荷泵368。在其它例子中，可以增加或者減少使用的電荷泵組的數(shù)量和/或電荷泵的數(shù)量。操作期間，第一和第二相頻檢測器340和342都可以收斂于零角度誤差。在零角度誤差的情況下，第一和第二相頻檢測器340和342的“向上”和“向下”輸出都是導(dǎo)通的，從而相同和相反地打開電荷泵362、364、356、358，結(jié)果為零。在充電和放電電流控制線354和358上輸出。
在一個(gè)示例的控制示意圖中，每個(gè)檢測器340和342可以操作電荷泵，該電荷泵控制斜坡，該斜坡激活與相同的參考開關(guān)頻率信號(Fs)比較的滯后開關(guān)329的邊緣。但是，用這個(gè)方法，沒有收斂模式(convergent scheme)。增加一個(gè)邊緣的傾斜速度將會(huì)提高多于預(yù)期邊緣的事件(event)定時(shí)。邊緣的總的相互作用可以導(dǎo)致兩個(gè)控制回路在操作期間互相沖突。當(dāng)一個(gè)改進(jìn)它的事件時(shí)，它改進(jìn)了造成另一個(gè)的控制器延遲兩者事件的另一個(gè)事件。
在如圖3所示的另一個(gè)示例的控制示意圖中，為了改進(jìn)穩(wěn)定性，兩個(gè)事件之間的相互作用可以是收斂序列。當(dāng)一個(gè)控制器增加它的傾斜速度時(shí)，另一個(gè)傾斜速度是可以減弱的，并且反過來也是一樣。然而，如果一個(gè)控制器總是用另一個(gè)控制器的精確計(jì)數(shù)器的修正來修正它的結(jié)果，那么三角波發(fā)生系統(tǒng)300對壓控振蕩器301的增益頻率的控制和在參考開關(guān)頻率信號(Fs)上的鎖定的能力是有限的，因?yàn)閷偟恼袷幤髦芷跊]有任何實(shí)時(shí)控制。
為了實(shí)現(xiàn)并維持實(shí)時(shí)控制，可以使用對相對于正在處理和調(diào)節(jié)的主信號較慢的控制信號的濾波。為了在控制電路中濾波，三角波發(fā)生系統(tǒng)300中可以包括大電容器，例如大于100皮法的電容器。由于很難將大電容器集成到集成電路中，所以可以包括把集成電路連接到外部電容器的添加的組件端子?？商鎿Q地，如圖3所示，集成電路中的電荷泵電路可以代替大電容器用于對較慢的控制信號進(jìn)行濾波。這樣的電荷泵電路可以進(jìn)行與鎖相或延遲鎖定回路中的數(shù)字相頻檢測器使用的電荷泵類似的操作。鎖定點(diǎn)可以在控制信號變得很窄并且為沖擊性的零相位。在零角度，電荷的升和降的脈沖可以很窄并且是時(shí)間重合的，取消了互相的電荷輸出。在鎖定的情況下，隨著波動(dòng)從很小到?jīng)]有，可以相對容易地在低漏損電路中僅用小電容對這樣的信號進(jìn)行濾波。當(dāng)在鎖定狀態(tài)之外的狀態(tài)時(shí)，波動(dòng)可以很大，但是這種不是操作模式。
四個(gè)電荷泵362、364、366和368可以實(shí)現(xiàn)三角波發(fā)生器301中的收斂控制器?？梢杂秒娏鞣导訖?quán)(因子K)交叉耦合的電荷泵364和368，該電流幅值小于主要電荷泵362和366。即，因子K必須小于1。如果K等于1，會(huì)減弱頻率控制。如果K大于1，會(huì)發(fā)散頻率控制。因此，K可以是某個(gè)大于零而小于1的正數(shù)。K的示例值是K＝0.5。
為了穩(wěn)定，每個(gè)控制回路可以具有引入其控制回路中的零點(diǎn)。這是包括在第一和第二組電荷泵352和356的每一個(gè)的電荷存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中的串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)370的目的。RC網(wǎng)絡(luò)370的每一個(gè)包括至少一個(gè)電阻372和至少一個(gè)電容器374。在其它例子中，可以使用不同于所示出的電阻和電容器的數(shù)量和結(jié)構(gòu)。電阻372的阻值可以相對較大，但不要求精確。因此，電阻372可以在CMOS混合信號過程中很易于地被集成。
三角波發(fā)生系統(tǒng)300還可以包括三角波形的幅值調(diào)節(jié)以激活開環(huán)變換器增益的前饋補(bǔ)償。這可以通過使三角波形對于功率變換器級、圖1的半橋150和155中的電源電壓在幅值上成比例來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)三角波形對于電源電壓維持幅值上的成比例時(shí)，增益可以變?yōu)楹愣ú⑶要?dú)立于電源電壓。沒有這樣的補(bǔ)償，增益可以直接與電源電壓成比例。
三角波發(fā)生系統(tǒng)300還可以在不同的調(diào)制頻率下操作。例如，可以將作為簡單的D類音頻放大器使用的功率變換器設(shè)計(jì)為具有全帶寬的能力并且能夠在500KHz下調(diào)制，然而，如果將功率變換器設(shè)計(jì)為僅在低音頻下使用，那么變換器可以在50KHz下調(diào)制。頻率和幅度的調(diào)制要求可以一起作用以大大增加使用的三角波的坡度范圍。由于基于三角波傾斜速度中可控制的變量有可能實(shí)現(xiàn)的坡度的寬范圍，三角波發(fā)生系統(tǒng)300可以在從約1MHz到約50MHz的調(diào)制范圍內(nèi)使用。在另一個(gè)例子中，三角波發(fā)生系統(tǒng)300可以在從約50KHz到約500KHz的調(diào)制范圍內(nèi)使用。
因?yàn)槿遣ㄐ问峭耆€性的并且具有基本上嚴(yán)格的對稱性，所以幅值到脈沖寬度的變換基本上沒有變形。即，三角波形的均勻上升坡度在幅值上基本等于下降坡度。由于把相位調(diào)制加入到輸出的PWM波形中，所以把多余的PWM波譜引入到提供給負(fù)載的輸出使對稱性上出現(xiàn)誤差。三角波發(fā)生系統(tǒng)300還可以在沒有外部噪聲或波形起伏的狀態(tài)下操作以避免在PWM輸出中出現(xiàn)噪聲誤差的可能性。有效的輸出級電源電壓放大了這種誤差。
操作期間，生成的控制系統(tǒng)可以在三角波形最適合的點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，這種適合的點(diǎn)可以是在調(diào)制過程的限制下三角波形中的固有不連續(xù)點(diǎn)出現(xiàn)的尖端。換言之，控制可以在其頂點(diǎn)截取三角波形并調(diào)節(jié)它。由于對過量和不足的傾斜速度可以成比例地修正其誤差從而調(diào)節(jié)結(jié)果，所以可以把控制形成為強(qiáng)收斂的。
圖4是可以用于實(shí)現(xiàn)圖1中示出的相頻控制170的另一個(gè)電路的框圖。與圖2中使用的那些相同的電路用相同的參考標(biāo)記顯示。與圖2中使用的電路相同，電路400可以以兩種操作模式之一操作。在主時(shí)鐘模式下，基于由主振蕩器202與晶體204結(jié)合而提供的內(nèi)部信號產(chǎn)生主時(shí)鐘信號404。在從模式下，由VCO 210基于依次響應(yīng)于外部參考時(shí)鐘信號266的相頻檢測電荷泵218的輸出產(chǎn)生主時(shí)鐘信號404。
圖4所示的例子中，雖然可以擴(kuò)展電路400以產(chǎn)生附加的參考信號，但是相頻控制電路400產(chǎn)生了兩個(gè)參考信號406和408。電路400中的參考信號406和408可以具有同樣的頻率并且可以相互同相或異相。三角波發(fā)生器180依次使用信號406和408作為參考信號以產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制器130和135使用的多個(gè)三角波。
每個(gè)時(shí)間計(jì)數(shù)器226達(dá)到它的終端計(jì)數(shù)，則在線路410上產(chǎn)生信號給計(jì)數(shù)器224使計(jì)數(shù)器224把存儲(chǔ)在模式寄存器412中的值加載到計(jì)數(shù)器224中。在所示的例子中，只有存儲(chǔ)在模式寄存器412的D8位到D13位的數(shù)據(jù)被加載到計(jì)數(shù)器224中。計(jì)數(shù)器224的Q4位和Q5位的輸出連接到多路復(fù)用器412。Q5位的輸出還提供給分頻器414的輸入端，該分頻器414在用來在線416上輸出的輸出位Q5的頻率下依次分頻。在這個(gè)示例的結(jié)構(gòu)中，多路復(fù)用器412的輸入包括頻率為MC1k/32的第一信號、頻率為MC1k/64的第二信號和頻率為MC1k/128的第三信號。由多路復(fù)用器輸出端418提供給觸發(fā)器420的時(shí)鐘輸入端的時(shí)鐘信號的頻率由模式寄存器412的輸出位D14和D15的狀態(tài)決定。類似地，D14和D15輸出位可以用于決定Q5上的信號頻率的分頻因子以及輸出信號406的頻率。D8位到D13位的相位數(shù)據(jù)和D14位與D15位的頻率數(shù)據(jù)一起結(jié)合使電路400以預(yù)期的頻率和相對相位產(chǎn)生參考信號406和408。
圖5是可以用于實(shí)現(xiàn)圖1所示的三角波發(fā)生系統(tǒng)180的三角波發(fā)生系統(tǒng)500的可替換形式的示意性框圖。系統(tǒng)500在許多方面與圖3所示的系統(tǒng)300相同，因此，使用相同的標(biāo)記。
不像系統(tǒng)300，電容器505沒有參考接地。電容器505而是連接到運(yùn)算放大器520的負(fù)端，以使其參考具有電壓水平Vrsrc的虛擬接地電壓而充電。通過減少調(diào)節(jié)器304和306中的實(shí)現(xiàn)問題，這種結(jié)構(gòu)便于使得電容器505的充電和放電精確。
由于已經(jīng)說明了本發(fā)明的各種實(shí)施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可能有更多的實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)方式是顯而易見的。因此，除了按照附上的權(quán)利要求及其等價(jià)物外，沒有限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種三角波形發(fā)生器，包括電容元件；配置成使所述電容元件充電和放電的調(diào)節(jié)器，其中，所述調(diào)節(jié)器響應(yīng)于第一控制信號使所述電容元件充電，并且響應(yīng)于第二控制信號使所述電容元件放電；以及響應(yīng)于參考波形以產(chǎn)生所述第一和第二控制信號的控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述控制電路響應(yīng)于所述參考波形的頻率和相位產(chǎn)生所述第一和第二控制信號。
3.如權(quán)利要求2所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述控制電路包括適合于產(chǎn)生所述第一控制信號的第一組電荷泵；和適合于產(chǎn)生所述第二控制信號的第二組電荷泵，其中，所述第一和第二組電荷泵互相交叉耦合以產(chǎn)生所述第一和第二控制信號。
4.如權(quán)利要求2所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述控制電路包括響應(yīng)于生成的三角波形產(chǎn)生窗口比較器信號的窗口檢測電路；響應(yīng)于所述窗口比較器信號和參考波形產(chǎn)生輸出信號的第一相頻檢測器；以及響應(yīng)于所述窗口比較器信號的反相形式和所述參考波形的反相形式產(chǎn)生輸出信號的第二相頻檢測器。
5.如權(quán)利要求4所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述控制電路還包括適合于產(chǎn)生所述第一控制信號的第一組電荷泵；和適合于產(chǎn)生所述第二控制信號的第二組電荷泵。
6.如權(quán)利要求5所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述第一和第二組電荷泵互相交叉耦合以產(chǎn)生所述第一和第二控制信號。
7.如權(quán)利要求5所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述第一組電荷泵包括響應(yīng)于所述第一相頻檢測器的輸出信號和所述第一相頻檢測器的輸出信號的反相形式的主電荷泵，其中，所述主電荷泵提供用于產(chǎn)生所述第一控制信號的開關(guān)電流Ir；以及響應(yīng)于所述第二相頻檢測器的輸出信號和所述第二相頻檢測器的輸出信號的反相形式的第二電荷泵，其中，所述第二電荷泵提供用于產(chǎn)生所述第一控制信號的開關(guān)電流K*Ir。
8.如權(quán)利要求7所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述第二組電荷泵包括響應(yīng)于所述第二相頻檢測器的輸出信號和所述第二相頻檢測器的輸出信號的反相形式的另一主電荷泵，其中，所述另一主電荷泵提供用于產(chǎn)生所述第二控制信號的開關(guān)電流Ir；以及響應(yīng)于所述第一相頻檢測器的輸出信號和所述第一相頻檢測器的輸出信號的反相形式的另一第二電荷泵，其中，所述另一第二電荷泵提供用于產(chǎn)生所述第二控制信號的開關(guān)電流K*Ir。
9.如權(quán)利要求4所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述窗口檢測電路包括設(shè)置成將生成的三角波形和上閾值電壓比較來產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號的第一比較器；設(shè)置成將生成的三角波形和下閾值電壓比較來產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號的第二比較器；以及響應(yīng)于所述第一和第二比較器的輸出信號以產(chǎn)生所述窗口比較器信號的觸發(fā)器。
10.如權(quán)利要求9所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述觸發(fā)器還響應(yīng)于所述第一和第二比較器的輸出信號以產(chǎn)生所述窗口比較器信號的反相形式。
11.一種波形發(fā)生器，包括提供第一和第二參考信號的參考波形發(fā)生器；三角波形發(fā)生器，其通過跟蹤所述第一參考信號的頻率和相位而產(chǎn)生第一三角波形信號，并且通過跟蹤所述第二參考信號的頻率和相位而產(chǎn)生第二三角波形信號。
12.如權(quán)利要求11所述的波形發(fā)生器，其中，所述參考波形發(fā)生器在主方式和從方式下是可操作的，在主方式下，響應(yīng)于所述參考波形發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生的固定時(shí)鐘信號而產(chǎn)生所述第一和第二參考信號；在從方式下，響應(yīng)于外部產(chǎn)生的時(shí)鐘信號而產(chǎn)生所述第一和第二參考信號。
13.如權(quán)利要求11所述的波形發(fā)生器，其中，所述參考波形發(fā)生器包括相位/頻率寄存器，其適合于接收與所述第一和第二參考信號的每一個(gè)的頻率和相位對應(yīng)的數(shù)據(jù)；以及計(jì)數(shù)器，其響應(yīng)于時(shí)鐘信號和相位/頻率寄存器中的數(shù)據(jù)以產(chǎn)生用于所述第一和第二參考信號的生成的一個(gè)或多個(gè)控制信號。
14.如權(quán)利要求11所述的波形發(fā)生器，其中，所述三角波形發(fā)生器包括第一電容元件；配置成使所述第一電容元件充電和放電的第一調(diào)節(jié)器，其中，所述第一調(diào)節(jié)器響應(yīng)于第一控制信號使所述第一電容元件充電，并且響應(yīng)于第二控制信號使所述第一電容元件放電；第一控制電路，其響應(yīng)于所述第一參考信號以產(chǎn)生所述第一和第二控制信號；第二電容元件；配置成使所述第二電容元件充電和放電的第二調(diào)節(jié)器，其中，所述第二調(diào)節(jié)器響應(yīng)于第三控制信號使所述第二電容元件充電，并且響應(yīng)于第四控制信號使所述第二電容元件放電；以及第二控制電路，其響應(yīng)于所述第二參考信號以產(chǎn)生所述第一和第二控制信號。
15.如權(quán)利要求14所述的波形發(fā)生器，其中，所述第一控制電路響應(yīng)于所述第一參考信號的頻率和相位產(chǎn)生所述第一和第二控制信號。
16.如權(quán)利要求15所述的波形發(fā)生器，其中，所述第一控制電路包括適合于產(chǎn)生所述第一控制信號的第一組電荷泵；和適合于產(chǎn)生所述第二控制信號的第二組電荷泵，其中，所述第一和第二組電荷泵互相交叉耦合以產(chǎn)生所述第一和第二控制信號。
17.如權(quán)利要求15所述的波形發(fā)生器，其中所述第一控制電路包括響應(yīng)于所述第一三角波形產(chǎn)生窗口比較器信號的窗口檢測電路；響應(yīng)于所述窗口比較器信號和所述第一參考波形產(chǎn)生輸出信號的第一相頻檢測器；以及響應(yīng)于所述窗口比較器信號的反相形式和所述第一參考波形的反相形式產(chǎn)生輸出信號的第二相頻檢測器。
18.如權(quán)利要求16所述的波形發(fā)生器，其中，所述第一控制電路還包括適合于產(chǎn)生所述第一控制信號的第一組電荷泵；和適合于產(chǎn)生所述第二控制信號的第二組電荷泵。
19.如權(quán)利要求18所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述第一和第二組電荷泵互相交叉耦合以產(chǎn)生所述第一和第二控制信號。
20.如權(quán)利要求19所述的波形發(fā)生器，其中，所述第一組電荷泵包括響應(yīng)于所述第一相頻檢測器的輸出信號和所述第一相頻檢測器的輸出信號的反相形式的主電荷泵，其中，所述主電荷泵提供用于產(chǎn)生所述第一控制信號的開關(guān)電流Ir；以及響應(yīng)于所述第二相頻檢測器的輸出信號和所述第二相頻檢測器的輸出信號的反相形式的第二電荷泵，其中，所述第二電荷泵提供用于產(chǎn)生所述第一控制信號的開關(guān)電流K*Ir。
21.如權(quán)利要求20所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述第二組電荷泵包括響應(yīng)于所述第二相頻檢測器的輸出信號和所述第二相頻檢測器的輸出信號的反相形式的另一主電荷泵，其中，所述另一主電荷泵提供用于產(chǎn)生所述第二控制信號的開關(guān)電流Ir；以及響應(yīng)于所述第一相頻檢測器的輸出信號和所述第一相頻檢測器的輸出信號的反相形式的另一第二電荷泵，其中，所述另一第二電荷泵提供用于產(chǎn)生所述第二控制信號的開關(guān)電流K*Ir。
22.如權(quán)利要求17所述的波形發(fā)生器，其中，所述窗口檢測電路包括設(shè)置成將所述第一三角波形和上閾值電壓比較來產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號的第一比較器；設(shè)置成將所述第一三角波形和下閾值電壓比較來產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號的第二比較器；以及響應(yīng)于所述第一和第二比較器的輸出信號以產(chǎn)生所述窗口比較器信號的觸發(fā)器。
23.如權(quán)利要求22所述的波形發(fā)生器，其中，所述觸發(fā)器還響應(yīng)于所述第一和第二比較器的輸出信號以產(chǎn)生所述窗口比較器信號的反相形式。
24.一種放大器，包括功率級；參考波形發(fā)生器，其提供具有不同相位的第一和第二參考信號；三角波形發(fā)生器，其通過跟蹤所述第一參考信號的幅度、頻率和相位而產(chǎn)生第一三角波形信號，并且通過跟蹤所述第二參考信號的幅度、頻率和相位而產(chǎn)生第二三角波形信號；交錯(cuò)PWM放大器，其響應(yīng)于輸入信號以及所述第一和第二三角波形信號來產(chǎn)生交錯(cuò)PWM脈沖，以驅(qū)動(dòng)所述功率放大級。
25.一種三角波形發(fā)生器，包括用來存儲(chǔ)電荷的存儲(chǔ)裝置；用來使存儲(chǔ)裝置充電和放電的調(diào)節(jié)器裝置；其中，所述調(diào)節(jié)器裝置響應(yīng)于第一控制信號使所述存儲(chǔ)裝置充電，并且響應(yīng)于第二控制信號使所述存儲(chǔ)裝置放電；以及用來響應(yīng)于參考波形產(chǎn)生所述第一和第二控制信號的控制裝置。
26.如權(quán)利要求25所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述控制裝置響應(yīng)于所述參考波形的頻率和相位產(chǎn)生所述第一和第二控制信號。
27.如權(quán)利要求26所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述控制裝置包括適合于產(chǎn)生所述第一控制信號的第一電荷泵裝置；以及適合于產(chǎn)生所述第二控制信號的第二電荷泵裝置，其中，所述第一和第二電荷泵裝置互相交叉耦合以產(chǎn)生所述第一和第二控制信號。
28.如權(quán)利要求26所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述控制裝置包括響應(yīng)于生成的三角波形產(chǎn)生窗口比較器信號的窗口檢測裝置；響應(yīng)于所述窗口比較器信號和參考波形產(chǎn)生輸出信號的第一相頻檢測器裝置；以及響應(yīng)于所述窗口比較器信號的反相形式和所述參考波形的反相形式產(chǎn)生輸出信號的第二相頻檢測器裝置。
29.如權(quán)利要求27所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述控制裝置還包括用于產(chǎn)生所述第一控制信號的第一電荷泵裝置；以及用于產(chǎn)生所述第二控制信號的第二電荷泵裝置。
30.如權(quán)利要求29所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述第一和第二電荷泵裝置互相交叉耦合以產(chǎn)生所述第一和第二控制信號。
31.如權(quán)利要求29所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述第一電荷泵裝置包括主電荷泵裝置，其用于響應(yīng)于所述第一相頻檢測器裝置的輸出信號和所述第一相頻檢測器裝置的輸出信號的反相形式，提供用于產(chǎn)生所述第一控制信號的開關(guān)電流Ir；以及第二電荷泵裝置，其用于響應(yīng)于所述第二相頻檢測器裝置的輸出信號和所述第二相頻檢測器裝置的輸出信號的反相形式，提供用于產(chǎn)生所述第一控制信號的開關(guān)電流K*Ir。
32.如權(quán)利要求31所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述第二電荷泵裝置包括另一主電荷泵裝置，其用于響應(yīng)于所述第二相頻檢測器裝置的輸出信號和所述第二相頻檢測器裝置的輸出信號的反相形式，提供用于產(chǎn)生所述第二控制信號的開關(guān)電流Ir；以及另一第二電荷泵裝置，其用于響應(yīng)于所述第一相頻檢測器的輸出信號和所述第一相頻檢測器的輸出信號的反相形式，提供用于產(chǎn)生所述第二控制信號的開關(guān)電流K*Ir。
33.如權(quán)利要求30所述的三角波形發(fā)生器，其中，所述窗口檢測裝置包括用于響應(yīng)于生成的三角波形和上閾值電壓之間的比較產(chǎn)生輸出信號的第一比較器裝置；用于響應(yīng)于生成的三角波形和下閾值電壓之間的比較產(chǎn)生輸出信號的第二比較器裝置；以及響應(yīng)于所述第一和第二比較器裝置的輸出信號以產(chǎn)生所述窗口比較器信號的觸發(fā)器。
34.一種用于產(chǎn)生三角波形的方法，包括響應(yīng)于第一控制信號而使電容元件充電以產(chǎn)生三角波形的第一斜坡；響應(yīng)于第二控制信號而使電容元件放電以產(chǎn)生三角波形的第二互補(bǔ)斜坡；跟蹤參考信號的相位和頻率以產(chǎn)生所述第一和第二控制信號。
全文摘要
本發(fā)明提出一種包括電容元件、調(diào)節(jié)器和控制電路的三角波形發(fā)生器。調(diào)節(jié)器配置成響應(yīng)于第一控制信號使電容元件充電，并響應(yīng)于第二控制信號使電容元件放電?？刂齐娐讽憫?yīng)于參考波形以產(chǎn)生第一和第二控制信號。在一個(gè)例子中，控制電路響應(yīng)于參考波形的幅度、頻率、相位以及對稱性來產(chǎn)生第一和第二控制信號。
文檔編號H03F3/217GK1992520SQ20061014952
公開日2007年7月4日 申請日期2006年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
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