本发明专利技术包括用于降低开关调节器输入端和输出端的峰值频谱噪声的扩展频谱频率调制的方法和电路。更具体地，本发明专利技术根据具有等同于峰值噪声幅度波形的形状的频率调制波形调制开关调节器的操作频率，该峰值噪声幅度波形描述了没有扩展频谱频率调制的开关调节器的操作频率与该调节器的输入端或输出端的峰值噪声幅度之间的相关。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于降低开关调节器的峰值频谱噪声的扩展频谱频率调制的方法和电路。
技术介绍
通过改变开关元件的ON-OFF次数，开关调节器调节连接到它的输出端的负载两端的电压，使得能量通过开关元件传送到储能元件中。然后该储能元件将此能量提供给负载。开关调节器改变开关元件的ON-OFF次数，部分地响应振荡器产生的时钟信号。按下文更详细讨论的方式，开关调节器输出端的噪声依赖于时钟信号的开关频率，其在下文中也将被称为开关调节器的操作频率。开关调节器将电磁噪声引入到电子装置。尽管多种技术可用于降低辐射和共模噪声，但是差模噪声既不能被屏蔽也不能被消除。相反，它直接沿着配电路径通过。典型的固定频率开关调节器具有如图1所示的差模噪声频谱，具有集中在开关频率(fS)和它的谐波处的不需要的能量的高峰值。通常，在降低差模噪声中有两种技术可用滤波和频谱扩展。滤波通过增加附加部件衰减噪声，其或者必须传导完全的电源电流、或者支持完全的电源电压。为了适应这种大功率传输，这些附加部件可以是外形上很大。相反，频谱扩展处理来自时钟源的噪声问题。不使用附加电源部件传导大功率，频谱扩展在开关频率的范围上调制开关调节器的瞬时操作频率，通过在开关频率的范围上分配能量来衰减峰值噪声幅度。这减低了开关调节器与它的下游装置的传导干扰，通常带来比滤波更好的噪声降低。已经有用于频谱扩展以降低差模噪声的不同方法。根据怎样随时间调制开关频率，这些存在的方法可以分成两种主要类别的频率调制正弦和线性频率调制。早期关于开关模式电源的频率调制的研究使用正弦调制，其中根据正弦频率调制波形调制操作频率(参见，例如图2A)。正弦频率调制可以包括(1)顺序正弦频率调制，其中开关频率随时间沿着平滑或步进连续的正弦曲线增加或者降低，以及(2)伪随机正弦频率调制，其中开关频率以伪随机的方式在不同频率之间“跳越”，在该方式中，如果以数字顺序排序，则在一段时间中，开关频率的值形成近似的正弦曲线。由于正弦波形的时间导数在它的中点最大，但是在波峰和波谷(其分别对应于最大和最小频率)处等于零，所得到的噪声频谱在频率极值处具有波峰或者“鸣叫(horns)”，由此影响噪声降低的效率。当根据正弦频率调制波形调制开关调节器的频率时，在图2B中说明性地描述了在开关调节器的输出电容两端所得到的差模噪声频谱。线性频率调制根据线性频率调制波形调制开关频率，例如通过(1)顺序线性频率调制，其中开关频率随时间沿着平滑或步进连续的线性曲线增加或者降低，以及(2)伪随机线性频率调制，其中开关频率以伪随机的方式在不同频率之间“跳越”，在该方式中，如果以数字顺序排序，则在一段时间中，开关频率的值形成最小和最大开关频率之间的直线。尽管线性频率调制比正弦方法产生更好的噪声降低，但是它在频率极值处仍然遭受更高的噪声幅度(或者鸣叫)。参见，例如，图2C-D，当根据线性频率调制波形调制调节器的开关频率时，其分别提供了示意性线性频率调制波形和开关调节器的输出电容两端所得到的差模噪声频谱。Hardin等人的美国专利序列号No.5,488,627(“Hardin专利”)和Hardin等人的“Spread Spectrum Clock Generation for the Reduction of RadiatedEmissions(用于辐射发射降低的扩展频谱时钟生成)”，IEEE EMC会议学报(1994)(“Hardin论文”)描述了第三频率调制波形(“Hardin频率调制波形”)，提出该第三频率调制波形主要是为了降低辐射噪声，而不是差模噪声。然而，当根据类似于Hardin调制波形的波形调制开关调节器的频率时，也降低了在频率极值处的差模噪声幅度中的“鸣叫”。图2E描述了Hardin频率调制波形(如在Hardin论文中提供的)。当根据Hardin频率调制波形调制开关频率时，可以在输出具有恒定幅度的简单周期矩形波形的时钟输出端产生图2F所示的示意性辐射噪声频谱(如在Hardin论文中提供的)。相反，图3提供了当根据类似于Hardin频率调制波形的波形调制开关调节器的开关频率时，在它的输出端产生的示意性差模噪声频谱。图3示出了类似于Hardin频率调制波形的波形降低差模噪声频谱中的“鸣叫”，并且和从固定频率操作、线性频率调制和正弦频率调制所得到的相比，可能减低最大噪声幅度。使用相同的功率变流器产生图2B、2D和3中提供的示意性噪声频谱。和图2F所示的在产生具有恒定幅度的简单周期矩形波形的时钟输出端的辐射噪声频谱不同，当在扩展频谱频率调制中使用上述的任何调制波形时，在开关调节器的输出端的差模噪声频谱产生了倾斜的频谱包络线。例如，如图3所示，当根据类似于Hardin频率调制波形的波形调制开关频率时，开关调节器的输出电容两端的差模噪声频谱，不利地从最小开关频率朝着频谱包络线15的顶部的最大开关频率倾斜(也就是，频谱最高限17)。考虑到上述，所期望的是，能够提供如下扩展频谱频率调制的方法和电路，其即使没有消除、也降低频谱噪声包络线的倾斜来降低开关调节器的输出端的最大噪声幅度。还所期望的是，能够提供如下扩展频谱频率调制的方法和电路，其即使没有消除、也降低在频率调制范围的极值处的“鸣叫”来降低开关调节器的输出端的最大噪声幅度。
技术实现思路
考虑到上述，本专利技术的目的在于，提供通过即使没有消除也降低频谱噪声包络线的倾斜来降低开关调节器的输入或输出端的最大噪声幅度的扩展频谱频率调制的方法和电路。本专利技术的目的还在于，提供通过即使没有消除也降低在频率调制范围的极值处的“鸣叫”来降低开关调节器的输入或输出端的最大噪声幅度的扩展频谱频率调制的方法和电路。本专利技术的另外的目的还在于，提供允许用户禁用扩展频谱频率调制的方法和电路，以有利于固定频率操作或者开关调节器的时钟信号和外部时钟信号同步。通过配置为产生具有根据本专利技术的频率调制波形调制的变化频率的时钟信号的频率调制电路，实现本专利技术的这些和其它目的。本专利技术的每个频率调制波形的形状等同于将开关调节器的开关频率与没有扩展频谱频率调制的调节器的输入或输出端处的对应的峰值噪声幅度相关的峰值噪声幅度波形。该峰值噪声幅度波形在不同应用中是不同的，并且可以由经验或者通过理论推导确定。本专利技术的频率调制电路包括耦合到振荡器的信号发生器，该振荡器响应信号发生器输出的变化电压或电流信号而产生时钟信号。在一个实施例中，配置信号发生器，以提供具有线性输入输出转移特性的振荡器，其信号波形的幅度如果以递增的数字顺序排序，则在一段时间中形成近似于本专利技术的频率调制波形的形状的曲线。或者，配置具有近似于本专利技术的频率调制波形的非线性输入输出转移函数的振荡器。为了给用户提供更大的灵活性，用户可以禁用扩展频谱频率操作并引导振荡器响应与固定频率操作有关的替换信号源或者和外部时钟信号同步而生成时钟信号。附图说明从附图和下述详细描述中，本专利技术的另外的特征、它的特性和各种优点将更加明显，附图中图1是没有扩展频谱频率调制的开关调节器的输出电容两端的示意性噪声频谱；图2A-B分别是当根据正弦频率调制波形调制开关频率时，正弦频率调制波形和开关调节器的输出电容两端所得到的差模噪声频谱的示意图；图2C-D分别是当根据线性频率调制波形调制开关频率时，线性频率调制波形本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于降低开关调节器的峰值频谱噪声的电路，其中可以产生具有一个频谱最高限的噪声频谱，所述电路包括： 信号发生器，其产生一个变化信号，所述信号发生器被配置为改变所述变化信号，以随时间形成信号波形；以及 振荡器，其使用所述变化信号产生一个时钟信号，以根据一个频率调制波形调制所述时钟信号的频率， 其中所述频率调制波形是时间的函数并具有等同于峰值噪声幅度波形的形状。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈煜辉，道格拉波特，兰迪G福拉特尼斯，罗伯特C多金，
申请(专利权)人：线性技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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