[發明專利]適用于數字電源控制器的窗口式模數轉換器

無效

• 申請號: 200710043704.7
• 申請日: 2007-07-12
• 公開（公告）號: CN101090271A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: 陳華;李舜;周鋒
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03M1/34
• 分類號: H03M1/34
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，具體涉及一種適用于數字電源控制器的新型窗口式模數轉換器。

背景技術

隨著電子信息技術的日新月異的發展，人們的生活已經越來越離不開各種消費類電子產品，而一個性能優良的電源則是這些電子產品是否能發揮其功用的必備前提。開關電源技術憑借其轉換效率高、穩壓范圍廣的優點，而得到廣泛的應用。同時開關電源還具有體積小，重量輕等優點，更適合諸如手機、數碼相機、筆記本電腦等便攜式電子產品。對關鍵模塊使用開關電源，不僅可以延長設備電池的使用時間，而且可以對模塊之間的干擾做出良好的隔離，從而提高設備的性能。

目前，開關電源中的電源控制器一直采用模擬的方式。而模擬電源控制器對設計者的設計能力提出了很高的要求，因為開關電源往往工作在惡劣的環境中，控制器的性能會受到噪聲、工藝偏差、溫度等因素的巨大影響。而且模擬電源控制器需要使用補償電容，無論采用集成方式還是外接方式，都會占用而外的面積，并導致較大的功耗。出于這些因素的考慮，數字電源控制器得到了國外學者和業界越來越多的關注。數字電源控制器將輸出電壓進行采樣，并用優化算法實現控制。相比起模擬電源控制器，數字電源控制器的設計難度得以降低，設計周期也大大縮短，優化算法的使用使控制器可以靈活的調整響應曲線，并且實現可編程控制。最重要的是，數字控制方式可以實現電源管理的功能，即同時管理多個設備。這些優點都是模擬電源控制器所無法比擬的，因此對數字電源控制器的研究具有很高的實用價值。

數字電源控制器中最重要的模塊之一是其前端用于輸出電壓采樣的模數轉換器(ADC)。與常規的模數轉換器不同，數字電源控制器中的模數轉換器有著特殊的要求和特點。首先，數字電源控制器的輸出電壓基本在輸出參考點壓的附近波動，即模數轉換器的測量對象的范圍很小。如果使用傳統的全量程形式，即會消耗很多功耗，又會占用很多面積，效率低下。因此，工作在某個特定電壓范圍的窗口式模數轉換器更適用于這類應用場合。其次，由于開關電源往往工作在惡劣的環境中，如何設計出不受工藝偏差、溫度等因素的影響的窗口式模數轉換器，成為數字電源控制器中的關鍵技術之一。

國外關于設計窗口式模數轉換器中，較為典型的一種是使用基于環路振蕩器的結構，可參見：J.Xiao，A.V.Peterchev，J.Zhang，and?S.R.Sanders，“A4-μA?Quiescent-Current?Dual-Mode?Digitally?Controlled?Buck?Converter?IC?for?Cellular?PhoneApplications，”IEEE?Journal?of?Solid-State?circuits，vol.39，NO.12，Dec.2004。其原理如圖1所示。電流源5為差分對管提供偏置電流，驅動作為負載的環路振蕩器，當輸出電壓與參考電壓有差值Ve時，兩個環路振蕩器中的電流分配會產生變化，從而使其振蕩頻率線性變化，再通過計數器和減法器來捕捉頻率并計算得到對應的差值Ce。相比于以往的基于環路振蕩器或延遲線結構的模數轉換器，這種窗口模數轉換器由于采用差分形式可以獲得很好的共模抑制特性，因此在不同的Vref下，其分辨率不會發生變化。可見，此類型窗口模數轉換器可以檢測出參考電壓Vref附近的一個窗口之內的電壓值，并且由于使用了簡單的數字電路，降低了電路的面積和功耗。但是由于電路沒有任何補償機制，在工藝溫度變化時，得出的結果會變化，這就大大降低了模數轉換器的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種適用于數字電源控制器的新型窗口式模數轉換器，以克服現有各種窗口式模數轉換器穩定性不夠、功耗較大、面積較大的不足，迎合當今數字電源控制器的需求。