一种数字脉冲宽度调制器制造技术

本发明专利技术属于电子技术领域，涉及一种数字脉冲宽度调制器。包括：差分时钟选择模块、粗调模块、细调模块和PWM信号产生模块；其中粗调模块根据同步计数器来决定输出PWM波的频率，差分时钟选择模块选择细调模块的输入时钟，细调模块使用纹波计数器来产生PWM波的结束位置控制信号，PWM信号产生模块根据粗调和细调模块的控制信号控制PWM信号输出。由此解决了现有技术中PWM精度低的技术问题，达到了提高PWM精度，并减少产生高精度PWM波对可编程逻辑门芯片的依赖程度的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种数字脉冲宽度调制器
本专利技术属于电子
，特别涉及一种数字脉冲宽度调制器。
技术介绍
脉冲宽度调制器(PWM，PhaseWidthModulators)被广泛用在电机控制和功率转换领域。在电机控制领域，不同占空比的波形可以控制电机的工作速度，高精度的PWM可以提高电机的工作效率。在功率转换领域，如直流到直流转换(DC-DC)领域，PWM的精度一般决定了电源的转换效率；一般来说，PWM的频率往往体现了该系统所工作的条件，而PWM的精度决定了控制输出电压或电流的精确性。PWM的精度往往能影响整个系统的性能。目前产生PWM的方法有很多，可以使用单片机来实现不同频率的PWM波输出，某些单片机芯片还有专用的实现管脚，但由于单片机内部的工作时钟频率不高，往往不能产生高精度的PWM波。一些高端的DSP可以工作在很高频率下工作，许多厂家也提供了相应的库函数，可以快速方便的实现高频率的PWM波形输出，但产生的PWM波无法实现很高的精度。在可编程逻辑门领域，可以使用芯片内部的一些资源，如时钟管理器和逻辑门，通过设计恰当的电路结构，就可以实现高精度高频率的PWM波。使用可编程逻辑门器件改进高精度的PWM波主要围绕在两个方向，一个是通过改变硬件电路结构实现输出DPWM的最小时间步长，如采用混合型的DPWM(HybridPWM)，可以实现稳定的高精度DPWM输出；另一个是通过改变输出信号来增加有效占空比精度，目前常用的方法有数字抖动法(DigitalDither)、△-δ法等。其中，混合型的DPWM得到了很广泛的应用，利用计数器和延迟链的特点，通过粗调模块初步确定输出PWM的脉冲占空比，再通过细调模块精确地控制输出的PWM的精度。但是，现有的混合型的DPWM技术存在以下缺点：1.实现方案复杂，精度不高。专利“一种数字脉冲宽度调制电路”(专利号为：CN102832914A)中提出了一种实现PWM的方法，就是采用混合型结构的方法，实现了PWM的输出，但是由于该方法在细调模块中使用了大量的延迟单元，使其结构复杂，芯片面积变大，增加了成本。况且，该方案实现的PWM精度也不是很高。2.对芯片的依赖程度比较高。专利“基于DCM调制的数字脉冲宽度调制器”(专利号为：CN106209037A)使用了混合型结构的方法产生了高精度的PWM波，该方法虽然简单，对芯片的要求较高，需要芯片工作在一个很高的时钟频率下才能保证高精度PWM的输出，在低端的可编程逻辑门芯片上不一定可以实现高精度PWM的输出。专利“基于IODELAY固件的数字脉冲宽度调制器”(专利号为：CN106209038A)中使用可编程逻辑门芯片的IODELAY功能实现芯片引脚的相位延迟，这种方法只能在高端的可编程逻辑门芯片中实现。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种数字脉冲宽度调制器，以解决现有技术中PWM精度低的技术问题。本专利技术所采用的技术方案为：提供一种数字脉冲宽度调制器，包括：差分时钟选择模块、粗调模块、细调模块和PWM信号产生模块；其中，差分时钟选择模块根据输入时钟信号频率确定脉宽粗调与细调的分解位m，并根据分解位m分别为粗调模块和细调模块提供工作时钟；粗调模块根据所述差分时钟选择模块确定的分解位m，采用同步计数器生成PWM起始控制信号，并判断何时输出PWM粗调控制信号；细调模块接收所述粗调模块输出的PWM粗调控制信号，根据所述差分时钟选择模块确定的分解位m，采用纹波计数器生成PWM结束控制信号，并判断何时输出PWM结束控制信号；PWM信号产生模块接收所述粗调模块输出的PWM起始控制信号和所述细调模块输出的PWM结束控制信号采用RS触发器产生并输出最终的DPWM信号。可选的，所述差分时钟选择模块包括差分时钟选择器和DCM数字时钟管理器；其中，差分时钟选择器，根据输入时钟信号频率确定脉宽粗调与细调的分解位m位作为差分时钟选择位；DCM数字时钟管理器，对经所述差分时钟选择器的输入时钟信号经过DCM输出两路相位相差180°的差分时钟信号，实现对输入时钟信号的精确延时，分别为所述粗调模块和细调模块提供工作时钟。可选的，所述差分时钟选择模块还包括倍频器，对输入时钟信号倍频生成基础时钟信号；所述DCM数字时钟管理器，对所述倍频器生成的基础时钟信号经过DCM输出两路相位相差180°的差分时钟信号。可选的，所述粗调模块包括粗调系数确定模块、同步计数器、比较器1和比较器2；其中，粗调系数确定模块根据所述差分时钟选择模块确定的分解位m，确定粗调系数Coarse_val；同步计数器在所述差分时钟选择模块为粗调模块提供的工作时钟CLK_P下开始计数并采用预载计数器获得一阀值CNT，计数值Cnt_val分别发送给比较器1和比较器2；比较器1将Cnt_val与CNT比较，若Cnt_val等于0则输出一个CLK_P时钟宽度的PWM起始控制信号，当Cnt_val等于CNT时，输出Clr信号，让同步计数器进行归零；比较器2将计数值Cnt_val与粗调系数Coarse_val比较，当Cnt_val等于Coarse_val时输出PWM粗调控制信号。可选的，所述预载计数器为：其中DCM输出时钟CLK_P频率记为fclk，输出PWM的频率为fpwm。可选的，所述细调模块包括细调系数确定模块、时钟选择器、纹波计数器、接收电路和多路输入单路输出器(MUX)；其中，细调系数确定模块接收所述粗调模块输出的PWM粗调控制信号，根据所述差分时钟选择模块确定的分解位m，确定细调系数fine_val；纹波计数器接收所述粗调模块输出的PWM粗调控制信号后开始工作，并将实时计算数值rc_val发送给时钟选择器；时钟选择器将纹波计数器的实时计算数值rc_val与细调系数fine_val比较，当两个数值相等时，时钟选择器控制接收电路输出rc_rst信号，进行复位操作；多路输入单路输出器(MUX)接收多路所述接收电路产生的PWM结束控制信号，并根据纹波计数器的个数选择一路输出到PWM信号产生模块。可选的，所述纹波计数器中触发器的数量为：其中，Tcq为寄存器的传输延迟，fclk为工作时钟频率；所述纹波计数器间的每个寄存器的输出都将作为下一个寄存器的输入。可选的，所述PWM信号产生模块接收所述粗调模块输出的PWM起始控制信号到RS触发器的S端，接收所述细调模块输出的PWM结束控制信号到RS触发器的R端。本专利技术的有益效果为：由于本专利技术由差分时钟选择模块、粗调模块、细调模块和PWM信号产生模块组成；其中粗调模块根据同步计数器来决定输出PWM波的频率，差分时钟选择模块选择细调模块的输入时钟，细调模块使用纹波计数器来产生PWM波的结束位置控制信号，PWM信号产生模块根据粗调和细调模块的控制信号控制PWM信号输出。本电路结构巧妙地利用纹波计数器的相位偏移缺点，结合时钟选择模块功能，提高了PWM波形的精度，且在低端可编程逻辑门阵列芯片中也可以实现，减小了高精度PWM波对芯片的依赖性；而且使用差分时钟将纹波计数器的使用数量减少了一半，降低了整体电路的功耗。由此解决了现有技术中PWM精度低的技术问题，达到了提高PWM精度，并减少产生高精度PWM波对可编程逻辑门芯片的依赖程度、耗电低的技术效果。附图说明图1示出了根据本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字脉冲宽度调制器，其特征在于，包括：差分时钟选择模块、粗调模块、细调模块和PWM信号产生模块；其中，差分时钟选择模块根据输入时钟信号频率确定脉宽粗调与细调的分解位m，并根据分解位m分别为粗调模块和细调模块提供工作时钟；粗调模块根据所述差分时钟选择模块确定的分解位m，采用同步计数器生成PWM起始控制信号，并判断何时输出PWM粗调控制信号；细调模块接收所述粗调模块输出的PWM粗调控制信号，根据所述差分时钟选择模块确定的分解位m，采用纹波计数器生成PWM结束控制信号，并判断何时输出PWM结束控制信号；PWM信号产生模块接收所述粗调模块输出的PWM起始控制信号和所述细调模块输出的PWM结束控制信号采用RS触发器产生并输出最终的DPWM信号。

【技术特征摘要】
1.一种数字脉冲宽度调制器，其特征在于，包括：差分时钟选择模块、粗调模块、细调模块和PWM信号产生模块；其中，差分时钟选择模块根据输入时钟信号频率确定脉宽粗调与细调的分解位m，并根据分解位m分别为粗调模块和细调模块提供工作时钟；粗调模块根据所述差分时钟选择模块确定的分解位m，采用同步计数器生成PWM起始控制信号，并判断何时输出PWM粗调控制信号；细调模块接收所述粗调模块输出的PWM粗调控制信号，根据所述差分时钟选择模块确定的分解位m，采用纹波计数器生成PWM结束控制信号，并判断何时输出PWM结束控制信号；PWM信号产生模块接收所述粗调模块输出的PWM起始控制信号和所述细调模块输出的PWM结束控制信号采用RS触发器产生并输出最终的DPWM信号。2.如权利要求1所述的数字脉冲宽度调制器，其特征在于，所述差分时钟选择模块包括差分时钟选择器和DCM数字时钟管理器；其中，差分时钟选择器，根据输入时钟信号频率确定脉宽粗调与细调的分解位m位作为差分时钟选择位；DCM数字时钟管理器，对经所述差分时钟选择器的输入时钟信号经过DCM输出两路相位相差180°的差分时钟信号，实现对输入时钟信号的精确延时，分别为所述粗调模块和细调模块提供工作时钟。3.如权利要求2所述的数字脉冲宽度调制器，其特征在于，所述差分时钟选择模块还包括倍频器，对输入时钟信号倍频生成基础时钟信号；所述DCM数字时钟管理器，对所述倍频器生成的基础时钟信号经过DCM输出两路相位相差180°的差分时钟信号。4.如权利要求1所述的数字脉冲宽度调制器，其特征在于，所述粗调模块包括粗调系数确定模块、同步计数器、比较器1和比较器2；其中，粗调系数确定模块根据所述差分时钟选择模块确定的分解位m，确定粗调系数Coarse_val；同步计数器在所述差分时钟选择模块为粗调模块提供的工作时钟CLK_P下开始计数并采用预载计数器获得一阀值CNT，计数值Cnt_val分别发送给比较器1和比较器2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦涛，邱昕，慕福奇，冷永清，郭瑞，赵潇腾，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11