开关型直流转换器的音频回避和半对数尺度数模转换器制造技术

本发明专利技术公开了开关型直流转换器的音频回避(OoA:out of audio)和半对数尺度数模转换器，属于半导体芯片的设计技术领域，工作时，电流数模转换器(IDAC:current digital

【技术实现步骤摘要】
开关型直流转换器的音频回避和半对数尺度数模转换器


[0001]本专利技术属于半导体芯片的设计
，具体涉及开关型直流转换器的音 频回避和半对数尺度数模转换器。

技术介绍

[0002]随着电子技术应用的不断拓展，如手机、无人机、人工智能、电动汽车等 的快速发展，半导体芯片的需求持续扩大。同时，新的应用也对芯片的性能提 出了更高的要求。电源管理芯片，尤其是开关型直流
‑
直流转换器(图1所示) 的应用越来越广泛，市场对产品的性能要求也越来越高。PWM/PFM是最常见 的DC
‑
DC电压转换器的控制模式。当负载电流(I
load
)较大时，DC
‑
DC转化器 工作在脉宽调制(PWM：pulse
‑
width modulation)模式；当负载电流较小时， 它工作在脉冲频率调制(PFM:pulse
‑
frequency modulation)模式。在PFM模式 下，脉冲的频率随着负载电流的减少而减少。这样，当负载电流越小时，开关 频率f
PFM
越小，从而降低芯片本身的功耗，提高轻负载时的能量转换效率。对 DC
‑
DC电压转换器而言，除了通常的指标，如高效率、高电压、大电流等，它 在PFM模式下可能产生的噪音也是需要解决的问题。为了避免产生噪音，需要 将PFM频率控制在音频范围(20Hz～20kHz)之外，即音频回避(OoA:out ofaudio)，通常的实际做法是保持PFM频率大于20kHz。
[0003]既有的音频回避方法是当PFM频率低于20kHz时，接入一个固定且足够大 的片上负载电流(见图2)，使PFM频率恢复到20kHz以上；同时，当PFM频 率高于某个值，如50kHz时，关闭片上负载电流。这个方法的缺点很明显，这 个足够大的片上负载电流增加了PFM模式下芯片的功耗，在很大程度上抵消了 PFM模式降低芯片功耗、提高能量转换效率的优点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供开关型直流转换器的音频回避和半对数尺度数模转 换器，为了缩小片上电流调整时间和避免调整过程中可能产生的噪音，以解决 上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：开关型直流转换器的音频回 避和半对数尺度数模转换器，当该半对数尺度电流数模转换器连接在开关型直 流转换器内时，电流数模转换器输入数据的调节步长随其当前的输入数据而改 变，分段线性确保变化步长与当前输入数据的比例小于频率控制的精度，而全 程的对数尺度则减小了IDAC值的搜索锁定时间，进而缩小片上电流调整时间 和避免调整过程中可能产生的噪音。
[0006]优选地，所述步长的变化范围从1、2、4、8，一直到256。
[0007]优选地，所述步长与当前数值的比例维持在≤1/16。
[0008]优选地，该半对数尺度电流数模转换器对Boost的开关频率检测，可以是 一直打开的，无论其工作模式是PFM还是PWM；
[0009]当检测到的开关频率大于20kHz，只要IDAC的输入数据不是0，则减少一 个步长；否则，只要IDAC的输入数据不是最大值，则增加一个步长。
[0010]优选地，该半对数尺度电流数模转换器音频回避控制的结果为；
[0011]如果Boost的开关频率一直大于20kHz，那么IDAC的输入数据最终为停留 在0；否则，经反馈控制，Boost的开关频率被控制20kHz的
±
8％范围内上下波 动，那么IDAC的输入数据也在对应的两个值之间翻转。
[0012]优选地，该半对数尺度电流数模转换器对Boost的开关频率检测由Boost 频率检测器完成，包括频率计数器和数字比较器。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0014](1)本专利技术很好地解决了开关型直流
‑
直流转换器在PFM模式下的音频回 避问题。
[0015](2)本专利技术优化了直流
‑
直流转换器在PFM模式下的音频回避时的功耗。
[0016](3)本专利技术可以涵盖片上音频回避所需负载电流很大的范围。
[0017](4)本专利技术缩短了片上音频回避电流调整时间，可以快速地响应实际负载 电流的变化。
[0018](5)本专利技术避免了片上音频回避电流的调整过程中可能产生的噪音。
附图说明
[0019]图1是开关型直流
‑
直流升压(Boost)转换器；
[0020]图2是传统的Boost音频回避控制方法；
[0021]图3是本专利技术的Boost音频回避控制方法；
[0022]图4是Boost在PFM模式下的电感电流；
[0023]图5是本专利技术的Boost PFM音频避免控制的流程图
[0024]图6是本专利技术的Boost PFM音频避免控制的功能模块；
[0025]图7本专利技术的Boost PFM频率检测与负载OoA电流的更新时钟；
[0026]图8是本专利技术的负载OoA电流13
‑
位半对数尺度DAC；
[0027]图9是本专利技术的音频回避和半对数尺度数模转换器仿真结果。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]我们首先推导一下Boost的PFM频率f
PFM
与负载电流I
load
的关系。图4画出了 图1所示的Boost采用电流控制模式时在PFM工作状态下的电感电流。我们不难得 出其PFM频率f
PFM
为：
[0030][0031]其中：
[0032]η是Boost功率级的能量效率，通常在90％～98％范围内
[0033]V
out
和V
in
分别是Boost的输入和输出电压
[0034]L是电感值
[0035]I
peak
是电流控制模式下电感的电流峰值
[0036]在图2或图3所示的音频回避控制Boost中，总的负载电流I
load
是实际负载和 OoA电流负载的和，即：
[0037]I
load
＝I
load real
+I
load OoA
ꢀꢀ
(2)
[0038]在PFM音频回避控制中，如果要使f
PFM
在20kHz以上，根据η、V
out
、V
in
、L 和I
peak
的变化范围以及等式(1)，我们可以计算出I
load
最小值的变化范围；因为在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.开关型直流转换器的音频回避和半对数尺度数模转换器，其特征在于，当该半对数尺度电流数模转换器连接在开关型直流转换器内时，电流数模转换器输入数据的调节步长随其当前的输入数据而改变，分段线性确保变化步长与当前输入数据的比例小于频率控制的精度，而全程的对数尺度则减小了IDAC值的搜索锁定时间，进而缩小片上电流调整时间和避免调整过程中可能产生的噪音。2.根据权利要求1所述的开关型直流转换器的音频回避和半对数尺度数模转换器，其特征在于，所述步长的变化范围从1、2、4、8，一直到256。3.根据权利要求1或2所述的开关型直流转换器的音频回避和半对数尺度数模转换器，其特征在于，所述步长与当前数值的比例维持在≤1/16。4.根据权利要求1所述的开关型直流转换器的音频回避和半对数尺度数模转换器，其特征在于，该半对数尺度电流数模转换器对Boost的开关频率检测，可以是...

【专利技术属性】
技术研发人员：万海军，宋文星，李健平，常华东，
申请(专利权)人：苏州聚元微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：