供DC-DC转换器使用的具有精确电平的改进的窗口比较器制造技术

本发明专利技术涉及用于产生量化控制信号的改进的反馈电路，其中所述量化控制信号表示受控信号与至少一个误差信号窗口的预定界限相对应的关系，所述电路包括：信号检测装置；误差放大装置。受检测信号与其相连，所述误差放大装置用于将受检测信号与第一基准信号之间的误差进行放大；所述误差放大装置的输出误差信号与至少第一比较器装置和第二比较器装置相连，将所述第一比较器装置和第二比较器装置配置用于将误差信号与至少一个误差信号窗口的上限和下限之一进行比较。本发明专利技术提供了一种电路和方法，通过其仅需要一个精确比较器，并且对于误差窗口能够仅使用简单、不精确的比较器。因此，在限定的误差窗口电平之间距离的精确度更加固定，这是因为主要由电阻器的失配而不是由所使用的比较器的偏移确定所述精确度。此外，在反馈节点上的电容性负载更小，其导致更好的响应时间。此外，电流消耗可观地更小了。此外，电路将更小。最后，仍然重要地，输出电压的总体偏移与标准解决方案中的偏移相当。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据权利要求l的用于产生量化控制信号的反馈电 路，所述量化控制信号表示受控信号与至少一个误差信号窗口的预定 界限相对应的关系；根据权利要求8的用于根据感测信号产生量化控制 信号的方法；以及根据权利要求ll的用途。
技术介绍
在图1中示出了DC-DC上转换器的典型布局。基本地，将输入电压 Vin供给至转换器核心llO。在开关S1导电时通过线圈L的电流上升 (ramp up)。在开关S2导电时，将电流传送至输出电容器C2。数字控 制器150通过感测电路130测量在电容器C2处的输出电压Vout。感测电 路130根据实际输出信号Vout产生控制信号作为控制器150的输入。通 过控制开关S1和S2，控制器150将Vout调节至所需值。因此，开关S1 和S2从不同时导电。为了为转换器100的控制电路150得到反馈信号(指 示当前输出信号与所需输出信号之间的误差)，可以在感测电路130中 使用一个或更多个比较器。反馈信号可以表示输出电压处于为输出 电压所限定的所需窗口的内部、上面或下面。为此目的，量化的反馈 信号或控制信号分别是足够的。控制器基于反馈信号调节开关S1、 S2 的切换，使得输出电压Vout总是在该窗口内部。以下参考图2，示出了电路结构，用于限定各个误差窗口以便为 DC-DC转换器的数字控制单元得到可用的控制信号。使用分别具有高电 平和低电平的两个窗口这里将第一个窄窗口称作"小信号"窗口Ws， 将另一个称作"大信号"窗口W1。这意味着，四个比较器OPLWs、 OPHWs、 0PLW1以及0PHW1全部用于创建这四个(窗口)电平。然而，需要这些 比较器是精确的，这通常意味着这些比较器是耗电的并且使用相对大 面积的硅。在图2中，将假设期望切换电源(例如图1的DC-DC转换器)的Vout 是2.5V。由具有比例4: 1的电阻器RI、 RII的电阻分压器210来感测 Vout，也就是，如果转换器的Vout如所需的，则电阻分压器210的输出 应该是625mV。然后，将分压器210的输出与625mV左右的四个电平进行 比较。将各个比较器输出VH20、 VH05、 VL05以及VL20用作数字控制器 (控制转换器的开关)的输入。也就是，在操作期间数字控制器试图 将(分开的)输出电压Vout调节到在电平VL05-VH05之间的小信号窗口 Ws中，图2的示例中是在620mV至630mV的范围内。对于更大负载阶越(负 载的改变以及所需负载电流)，控制器试图将(分开的)输出电压Vout 调节到在电平VL20-VH20之间的大信号窗口W1，这里是605mV至645mV。 图3示出了大信号窗口Wl(VL20-VH20)以及小信号窗口Ws(VL05-VH05)。图2的电路的缺点是，四个比较器OPLWs、 OPHWs、 0PLW1以及0PHW1必须非常精确。这意味着，这些比较器使用大量的硅面积和高偏置电 流。此外，四个比较器OPLWs、 OPHWs、 OPLWl以及OPHWl为处于Vout的 电阻分压器210形成相当大的电容性负载。出于效率原因具有相对高阻 抗的分压器210—起，限制了带宽。作为其结果，在突然负载阶越的情 况下，控制回路可能不充分快地对输出电压的改变作出反应。此外， 在误差窗口电平之间的"距离"不是固定的。依赖于比较器OPLWs、 OPHWs、 0PLW1以及0PHW1的偏移，窗口可以比预期的更小或更大，影响 控制回路的稳定性，尤其在非常小窗口尺寸的情况下。因此，在实际 窗口尺寸与预期窗口尺寸不同的情况下，比较器OPLWs、 OPHWs、 0PLW1 以及0PHW1的偏移是主要原因。例如，与99.4%误差电平(所谓的4-sigma误差)相对应，假设两 个小信号窗口比较器具有土2mV的误差。可以认为这些偏移是不相关 的。因此，在VL05与VH05之间的最大距离是 VH05-VL05max = 2xK + ^2wK2 + = 12.8wF ，在VL05与VH05之间的 最小距离是VH05陽VL05max = 2xr — V2wF2 + 2mF2 = F 。对于两个可 能最坏情况的方案，图4a和4b示出了对于这些误差的小信号窗口的影 响。在小信号窗口变小时，控制回路的不稳定性将成为问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种电路结构以及方法，通过其 能够避免上述问题。利用如权利要求l的反馈电路解决了本专利技术的上述目的。因此，提出了一种用于产生控制信号的反馈电路，所述控制信号表示受控信号与至少一个误差信号窗口的预定界限相对应的关系，所述反馈电路包括信号检测装置；误差放大装置，受检测信号与其相连，所述误差放大装置用于将受检测信号与第一基准信号之间的误差进行放大；所述误差放大装置的输出误差信号与至少第一比较器装置和第二比较器装置相连，将所述第一比较器装置和第二比较器装置配置用于将误 差信号与至少一个误差信号窗口的上限和下限之一进行比较。所述反馈电路还可以包括用于产生误差窗口基准信号的装置，所 述误差窗口基准信号用于提供至少一个误差信号窗口的上限和下限。 可以将用于产生误差基准信号的装置实现为与第二基准信号相连的电 阻分压器，并且可以将所述电阻分压器配置为提供所述至少一个误 差信号窗口的上限和下限作为输出。在进一步的开发中，所述电路包 括两个误差信号窗口用于受控信号的较小改变的小窗口，以及用于 受控信号的较大改变的大窗口。所述至少第一和第二比较器装置中的每一个与所述至少一个误 差信号窗口的界限之一相对应，并且提供指示误差信号与各个界限关 系的数字控制信号作为输出。因此，所得到的控制信号是量化的信号。在一个实施例中，所述误差放大装置是运算放大器，所述运算放 大器配置为将受检测信号与第一基准信号之间的误差乘以预定因子， 其中所述误差信号包括第一基准信号作为偏移。因此，可以将所述至 少一个误差信号窗口的各个界限对称地布置在由所述第一基准信号确 定的偏移周围。在所述反馈电路的优选应用中，所述信号检测装置与电源电路的 输出相连，并且将量化的控制信号输入至电源电路的控制电路，所述 电源电路的控制电路可以是数字控制器等。将控制电路配置用于调节 电源电路，使得输出信号保持在至少一个预定的误差信号窗口之内。在一个实施例中，所述电源电路是DC-DC转换器。利用如权利要求8的用于根据感测信号产生量化控制信号的方法还解决了本专利技术的上述目的。因此，上述方法包括以下步骤确定具有预定上限和下限的至少一个误差信号窗口；通过从输入信号中减去基准信号产生误差信号；放大所述误差信号；将放大的误差信号与所 述至少一个误差窗口的上限和下限进行比较；以及输出所述比较步骤的结果作为量化控制信号。所述方法还可以包括以下步骤采用预定的比例划分输入信号。 通过该步骤，电路(在其中使用所述方法)的内部控制信号可以比可 用电源电压更低，所述可用电源电压可以是电池。此外，所述放大步 骤还可以包括将基准信号与放大的误差信号相加作为偏移。通过该 步骤，误差信号窗口不需要与电路的接地基准电势对称，据此可以避 免对称基准信号的产生。可以在电子电路中有利地使用本专利技术的方法，用于根据电子电路 的输出信号产生量化的反馈信号以控制输出信号。总之，本专利技术的一般概念在于以下思本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生量化控制信号的反馈电路，所述量化控制信号表示受控信号与至少一个误差信号窗口的预定界限相对应的关系，所述电路包括：信号检测装置；误差放大装置，受检测信号与其相连，所述误差放大装置用于将受检测信号与第一基准信号之间的误差进行放大；所述误差放大装置的输出误差信号与至少第一比较器装置和第二比较器装置相连，将所述第一比较器装置和第二比较器装置配置用于将误差信号与至少一个误差信号窗口的上限和下限之一进行比较。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷默克布林克曼，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]