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    • 专利摘要:
    一種工作週期調整電路。此工作週期調整電路調整第一驅動信號之工作週期。此工作週期調整電路包括濾波器、第一比較器、以及第一工作週期調整器。濾波器接收比較結果信號，且對第一比較結果信號進行濾波以產生工作週期資訊信號。此工作週期資訊信號指示比較結果信號之工作週期。第一比較器接收工作週期資訊信號，且判斷工作週期資訊信號之直流位準是否落在預先定義電壓範圍內以產生第一調整信號。第一工作週期調整器接收第一調整信號以及第一驅動信號，且根據第一調整信號來調整第一驅動信號之工作週期。
    公开号:TW201317732A
    申请号:TW101138578
    申请日:2012-10-19
    公开日:2013-05-01
    发明作者:Yeong-Sheng Lee；Kuen-Chir Wang
    申请人:Via Tech Inc；
    IPC主号:H02M3-00
    专利说明:
    工作週期調整電路以及信號產生裝置
    本發明係有關於一種工作週期調整電路，特別是有關於一種用於信號產生裝置之工作週期調整電路，用以平衡信號產生裝置之輸出電流。
    一般而言，單相位(single-phase)的直流-直流電壓轉換器提供較小的電流。因此，功率傳輸能力不足以驅動配置在其後的電路。因此，在直流-直流電壓轉換器中使用了多相位(multi-phase)技術，此的功率傳輸能力可增加兩倍或多倍。多相位技術的成功應用係取決於多相位之間的電流平衡。當多相位電流不平衡時，在具有較大電流之相位之電流路徑上的元件將會受到損壞。
    本發明提供一種工作週期調整電路。此工作週期調整電路調整第一驅動信號之工作週期。此工作週期調整電路包括濾波器、第一比較器、以及第一工作週期調整器。濾波器接收比較結果信號，且對第一比較結果信號進行濾波以產生工作週期資訊信號。此工作週期資訊信號指示比較結果信號之工作週期。第一比較器接收工作週期資訊信號，且判斷工作週期資訊信號之直流位準是否落在預先定義電壓範圍內以產生第一調整信號。第一工作週期調整器接收第一調整信號以及第一驅動信號，且根據第一調整信號來調整第一驅動信號之工作週期。
    本發明提供一種信號產生裝置。此信號產生裝置產生輸出信號。此信號產生裝置包括第一輸出電路、第二輸出電路、以及工作週期調整電路。第一輸出電路根據第一控制信號來提供第一輸出電流至第一節點。第二輸出電路根據第二控制信號來提供第二輸出電流至第二節點。工作週期調整電路對比較結果信號進行濾波以產生工作週期資訊信號，根據第一驅動信號以及工作週期資訊信號來產生第一控制信號，且根據第二驅動信號以及工作週期資訊信號來產生第二控制信號。工作週期資訊信號指示比較結果信號之工作週期。第一與第二控制信號根據工作週期資訊信號之直流位準是否落在預先定義電壓範圍內而產生。第一控制信號之工作週期以及第二控制信號之工作週期被調整以平衡第一與第二輸出電流。
    為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
    在具有N個相位之電壓轉換器中，突波頻率為Nf，其中，f為每一相位之切換頻率。因此，突波減小，且對於輸入與輸出濾波器的要求則降低。每一開關與電感器傳導的電流，小於等效傳統電壓轉換器的N倍。然而，這具有電流不平衡的潛在問題。熱限制(thermal constraints)以及每一相位之半導體與電感器的尺寸係取決於其傳輸的最大電流，每一相位之特性中的小變化將可產生顯著的電流不平衡，導致需要過度設計(overdesign)這些元件。除此之外，假使電流實際上沒有平衡，在頻率Nf之下的頻率成分將出現在輸入電流中，且在此電流路徑上的裝置可能會受到損壞。總之，假使電流不平衡，將失去多相位電壓轉換的優點。
    在多相位電壓轉換器中，通常使用一誤差放大器來增加在直流-直流電壓轉換器中的電流感測的敏感度。此外，為了調整每一相位的輸出電流，每一相位需要由一振盪器所產生的一參考電壓，而當對應相位之輸出電流需要調整時，則需要由一偏移電壓來調整此參考電壓。在設計多相位電壓轉換器時，這些複雜的設計增加了設計工作以及佈局面積。因此，本發明期望發展一種具有精簡架構(即不需要大型裝置)之工作週期調整電路，用來平衡一信號產生裝置(例如多相位電壓轉換器)之複數輸出電流。
    在第1圖之信號產生裝置的示範實施例中，信號產生裝置1包括工作週期調整電路10、輸出電路11A與11B、負載電路12、以及驅動電路13。信號產生裝置1用來產生輸出信號Sout10。驅動電路13包括驅動裝置130A與130B。驅動裝置130A與130B如同在習知電壓轉換器中一般，根據一參考電壓以及在節點N10A與N10B上各自輸出電壓之間的差來分別提供驅動信號S13A與S13B，以透過工作週期調整電路10來分別控制輸出電路11A與11B。工作週期調整電路10根據其兩個輸入電壓信號以及驅動信號S13A與S13B來分別產生控制信號S10A與S10B。輸出電路11A接收控制信號S10A，且根據控制信號S10A於節點N10A上產生輸出電流IoutA。輸出電路11B接收控制信號S10B，且根據控制信號S10B於節點N10B上產生輸出電流IoutB。在此實施例中，輸出電流IoutA的電流量是由控制信號S10A的工作週期來決定，而輸出電流IoutB的電流量是由控制信號S10B的工作週期來決定。負載電路12耦接節點N10A與N10B。參閱第1圖，負載電路12包括電阻器120A與120B以及電容器121。電阻器120A耦接於節點N10A與輸出節點Nout之間，而電阻器120B耦接於節點N10B與輸出節點Nout之間。電容器121耦接於輸出節點Nout與參考接地GND之間。負載電路12根據輸出電流IoutA與IoutB而於輸出節點Nout上產生輸出信號Sout。此外，由於電阻器120A與120B的配置，分別根據電阻器120A與1201B之電阻值以及輸出電流流IoutA與IoutB而於節點N10A與N10B上產生回授電壓信號S11A與S11B。工作週期調整電路10接收回授電壓信號S11A與S11B以作為其兩個輸入電壓信號。在此實施例中，工作週期調整電路10分別根據回授電壓信號S11A與S11B來決定控制信號S10A與S10B之工作週期，以分別控制輸出電流IoutA與IoutB的電流量，藉此平衡輸出電流IoutA與IoutB。驅動裝置130A與130B可包括一般電壓轉換器內之複數電路元件，以根據在節點N10A與N10B上之輸出電壓與參考電壓之間的差來控制輸出電路11A與11B。在一實施例中，驅動裝置130A(130B)可包括一比較器，其複數輸入端接收參考電壓以及在節點N10A(N10B)上之輸出電壓，且其一輸出端則輸出驅動信號S13A(S13B)。如此一來，當在節點N10A(N10B)上之輸出電壓改變時，驅動信號S13A(S13B)也隨之改變。
    第2圖係表示根據本發明一示範實施例之工作週期調整電路10。參閱第2圖，工作週期調整電路10包括比較器20、濾波器21、窗型比較器22、以及工作週期調整器23A與23B。比較器20接收分別衍生自輸出電流IoutA與IoutB之回授電壓信號S11A與S11B，且產生比較結果信號S20。因此，比較結果信號S20之工作週期係由輸出電流IoutA與IoutB之平衡狀態來決定。濾波器21接收比較結果信號S20，且對比較結果信號S20進行濾波以產生工作週期資訊信號S21。透過濾波器21之濾波操作，工作週期資訊信號S21之直流(direct-current，DC)位準指示出比較結果信號S20之工作週期。換句話說，工作週期資訊信號S21之DC位準隨著比較結果信號S20之工作週期而改變。因此，工作週期資訊信號S21之DC位準提供了關於出電流IoutA與IoutB之平衡狀態的資訊。窗型比較器22接受兩個參考電壓Vref20與Vref21，以預先定義一電壓範圍，其中，一參考電壓Vref20作為上述電壓範圍之上限電壓(限制電壓)，而另一參考電壓Vref21作為上述電壓範圍(Vref20~Vref21)之下限電壓(限制電壓)。窗型比較器22更接收工作週期資訊信號S21，且判斷工作週期資訊信號S21之DC位準是否落在上述預先定義之電壓範圍內以產生兩調整信號S22A與S22B。工作週期調整器23A與23B分別產生控制信號S10A與S10B。工作週期調整器23A接收調整信號S22A以及驅動信號S13A，且根據調整信號S22A以及驅動信號S13A來決定控制信號S10A之工作週期。工作週期調整器23B接收調整信號S22B以及驅動信號S13B，且根據調整信號S22B以及驅動信號S13B來決定控制信號S10B之工作週期。根據控制信號S10A與S10B的工作週期的決定，控制信號S10A與S10B的工作週期可以被調整，使得輸出電流IoutA與IoutB可平衡。此外，當控制信號S10A(S10B)的工作週期被調整時，節點N10A(N10B)上之輸出電壓改變，使得驅動信號S13A(S13B)改變。
    詳細的工作週期決定以及調整操作將於下文中參閱第1-2圖以及第3A-3C圖來說明。
    具有預先定義之電壓範圍的窗型比較器22用來提供一不平衡容忍範圍，在此不平衡容忍範圍內，將不會需要工作週期調整。當在不同相位之輸出電流IoutA與IoutB之間的差落在一可接受範圍內(即上述不平衡容忍範圍)時，工作週期調整電路10不需採取行動來調整輸出電流IoutA與IoutB，且輸出電流IoutA與IoutB可維持穩定。在另一實施例中，窗型比較器22可以具有單一參考電壓之普通比較器來取代，而此比較器則沒有提供不平衡容忍範圍。在一實施例中，濾波器21可以是一切換電容(switched-capacitor)RC濾波器。
    在此實施例中，如第3A圖所示，當輸出電流IoutA與IoutB平衡時，根據回授電壓信號S11A與S11B之間的比較而產生之比較結果信號S20的工作週期等於指定工作週期，例如50%。在此時，工作週期資訊信號S21的DC位準處於指定位準LVset。當輸出電流IoutA與IoutB不平衡時，比較結果信號S20的工作週期高於或低於指定工作週期50%，且工作週期資訊信號S21的DC位準高於或低於指定位準LVset。如第3B圖所示，當輸出電流IoutA與IoutB不平衡且輸出電流IoutA的電流量大於輸出電流IoutB的電流量時，比較結果信號S20的工作週期大於指定工作週期50%(>50%，例如60%)。此時，工作週期資訊信號S21的DC位準高於指定位準LVset。如第3C圖所示，當輸出電流IoutA與IoutB不平衡且輸出電流IoutA的電流量小於輸出電流IoutB的電流量時，比較結果信號S20的工作週期小於指定工作週期50%(<50%，例如40%)。此時，工作週期資訊信號S21的DC位準低於指定位準LVset。如此一來，輸出電流IoutA與IoutB是否平衡可以根據工作週期資訊信號S21的DC位準來得知。
    在此實施例中，窗型比較器22之預先定義之電壓範圍是為了電流不平衡容忍度而設定。根據在電流平衡情況下比較結果信號S20之工作週期以及工作週期資訊信號S21之DC位準，關於預先定義之電壓範圍之上限電壓Vref20是設定為具有當比較結果信號S20之工作週期等於一上限工作週期(高於指定工作週期50%，例如60%)時工作週期資訊信號S21之DC位準；而關於預先定義之電壓範圍之下限電壓Vref21是設定為具有當比較結果信號S20之工作週期等於一下限工作週期(低於指定工作週期50%，例如40%)時工作週期資訊信號S21之DC位準。當窗型比較器22判斷出工作週期資訊信號S21之DC位準落在預先定義之電壓範圍時，控制信號S10A與S10B之工作週期則決定為不需要調整。相反的，當窗型比較器22判斷出工作週期資訊信號S21之DC位準沒有落在預先定義之電壓範圍時，控制信號S10A與S10B之工作週期則決定為需要調整。根據上述，預先定義之電壓範圍的上限電壓Vref20以及下限電壓Vref21定義了控制信號S10A與S10B之工作週期調整的條件，藉此決定輸出電流IoutA與IoutB的平衡精確度。
    如上所述，當輸出電流IoutA與IoutB平衡時，比較結果信號S20之工作週期等於指定工作週期50%，且工作週期資訊信號S21之DC位準為指定位準LVset(其落在預先定義之電壓範圍)。窗型比較器22產生例如具有邏輯”0”之調整信號S22A以及例如具有邏輯”0”之調整信號S22B。工作週期調整器23A接收具有邏輯”0”之調整信號S22A，且工作週期調整器23B接收具有邏輯”0”之調整信號S22B。在控制信號S10A與S10B之工作週期不會相對地調整。如此一來，分別根據制信號S10A與S10B而產生之輸出電流IoutA與IoutB的電流量不會相對地改變。
    當輸出電流IoutA與IoutB不平衡時，比較結果信號S20之工作週期不等於指定工作週期50%。在輸出電流IoutA之電流量大於輸出電流IoutB之電流量許多的情況下，工作週期資訊信號S21之DC位準可能高於上限電壓Vref20(不落在預先設定電壓範圍中)。窗型比較器22產生例如具有邏輯”0”之調整信號S22A以及例如具有邏輯”1”之調整信號S22B。工作週期調整器23B接收具有邏輯”1”之調整信號S22B，且根據調整信號S22B來相對地增加控制信號S10B之工作週期。此外，工作週期調整器23A接收具有邏輯”0”之調整信號S22A，且根據調整信號S22A而不調整控制信號S10A之工作週期。如此一來，根據控制信號S10B而產生之輸出電流IoutB的電流量相對地增加。
    在輸出電流IoutB之電流量大於輸出電流IoutA之電流量許多的情況下，工作週期資訊信號S21之DC位準可能低於下限電壓Vref21(不落在預先設定電壓範圍中)。窗型比較器22產生例如具有邏輯”1”之調整信號S22A以及例如具有邏輯”0”之調整信號S22B。工作週期調整器23A接收具有邏輯”1”之調整信號S22A，且根據調整信號S22A來相對地增加控制信號S10A之工作週期。此外，工作週期調整器23B接收具有邏輯”0”之調整信號S22B，且根據調整信號S22B而不調整控制信號S10B之工作週期。如此一來，根據控制信號S10A而產生之輸出電流IoutA的電流量相對地增加。透過控制信號S10A與S10B之工作週期決定以及調整，輸出電流IoutA與IoutB最後彼此平衡。
    在上述實施例中，控制信號S10A與S10B之工作週期調整係藉由相對地增加對應較小輸出電流之相位的控制信號的工作週期來執行。在其他實施例中，控制信號S10A與S10B之工作週期調整可藉由相對地減少對應較大輸出電流之相位的控制信號的工作週期來執行。在輸出電流IoutA之電流量大於輸出電流IoutB之電流量許多的情況下，工作週期資訊信號S21之DC位準可能高於上限電壓Vref20。窗型比較器22產生例如具有邏輯”1”之調整信號S22A以及例如具有邏輯”0”之調整信號S22B。工作週期調整器23A接收具有邏輯”1”之調整信號S22A，且根據調整信號S22A而不調整控制信號S10A之工作週期。此外，工作週期調整器23B接收具有邏輯”0”之調整信號S22B，且根據調整信號S22B來相對地增加控制信號S10B之工作週期。如此一來，根據控制信號S10B而產生之輸出電流IoutB的電流量相對地增加，換句話說，根據控制信號S10A而產生之輸出電流IoutA的電流量相對地減少。在輸出電流IoutB之電流量大於輸出電流IoutA之電流量許多的情況下，工作週期資訊信號S21之DC位準可能低於下限電壓Vref21。窗型比較器22產生例如具有邏輯”0”之調整信號S22A以及例如具有邏輯”1”之調整信號S22B。工作週期調整器23B接收具有邏輯”1”之調整信號S22B，且根據調整信號S22B而不調整控制信號S10B之工作週期。此外，工作週期調整器23A接收具有邏輯”0”之調整信號S22A，且根據調整信號S22A來相對地增加控制信號S10A之工作週期。如此一來，根據控制信號S10A而產生之輸出電流IoutA的電流量相對地增加，換句話說，根據控制信號S10B而產生之輸出電流IoutB的電流量相對地減少。透過控制信號S10A與S10B之工作週期決定以及調整，輸出電流IoutA與IoutB最後彼此平衡。
    在窗型比較器22以具有單一參考電壓之普通比較器來取代的另一實施例中，不具有容忍範圍，且每當輸出電流IoutA與IoutB不平衡時則進行上述調整，換句話說，每當比較結果信號S20之工作週期不等於指定工作週期(例如50%)時則進行上述調整。
    在此實施例中，輸出電路11A與11B係以直流-直流電壓轉換器來實施。如第4圖所示，輸出電路11A包括充電電晶體40A、放電電晶體41A、預驅動器42A、以及電感器43A。預驅動器42A耦接工作週期調整電路10，且接收控制信號10A。預驅動器42A根據控制信號S10A來產生驅動信號S420A與S421A。驅動信號S420A之致能位準與驅動信號S421A之致能位準彼此不重疊。在此實施例中，充電電晶體40A係以P型電晶體來實施，而放電電晶體41A係以N型電晶體來實施。充電電晶體40A之汲極(稱為第一電極)耦接節點N40A，其源極(稱為第二電極)接收供應電壓VCC，且其閘極(稱為控制電極)接收驅動信號S420A。放電電晶體41A之汲極耦接節點N40A，其源極耦接參考接地GND，且其閘極接收驅動信號S421A。當驅動信號S420A或S421A處於致能位準時，對應之電晶體40A或41A導通。由於驅動信號S420A與S421A之致能位準彼此不重疊，因此電晶體40A與41A係於不同時間導通。如第4圖所示，電感器43A之一端耦接節點N40A，而其另一段耦接節點N10A。
    參閱第4圖所示，輸出電路11B包括充電電晶體40B、放電電晶體41B、預驅動器42B、以及電感器43B。預驅動器42B耦接工作週期調整電路10，且接收控制信號10B。預驅動器42B根據控制信號S10B來產生驅動信號S420B與S421B。驅動信號S420B之致能位準與驅動信號S421B之致能位準彼此不重疊。在此實施例中，充電電晶體40B係以P型電晶體來實施，而放電電晶體41B係以N型電晶體來實施。充電電晶體40B之汲極耦接節點N40B，其源極接收供應電壓VCC，且其閘極接收驅動信號S420B。放電電晶體41B之汲極耦接節點N40B，其源極耦接參考接地GND，且其閘極接收驅動信號S421B。當驅動信號S420B或S421B處於致能位準時，對應之電晶體40A或41B導通。由於驅動信號S420B與S421B之致能位準彼此不重疊，因此電晶體40B與41B係於不同時間導通。如第4圖所示，電感器43B之一端耦接節點N40B，而其另一段耦接節點N10B。雖然在此係以大型直流-直流電壓轉換器為例來說明，但本發明不以此為限。
    參閱第4圖，輸出電路11A與11B形成雙相位電壓轉換器。如上所述，透過工作週期調整電路10的操作，工作週期調整電路10控制控制電壓S10A與S10B之工作週期。輸出電路11A與11B分別接收控制信號S10A與S10B，且分別提供輸出電流IoutA與IoutB至節點N10A與N10B。藉由控制控制電壓S10A與S10B之工作週期，輸出電流IoutA與IoutB之電流量也受到控制。如此一來，雙相位電壓轉換器之輸出電流IoutA與IoutB彼此平衡。
    在第5圖之實施例中，工作週期調整電路10可用來平衡三相位電壓轉換器之複數輸出電流。如第圖所信號產生裝置1更包括輸出電路11C。驅動電路13更包括驅動裝置130C，其提供驅動信號S13C。工作週期調整電路10更根據其第三個輸入電壓信號以及驅動信號S13C來產生控制信號S10C。輸出電路10接收控制信號S10C，且根據控制信號S10C而於節點N10C上產生輸出電流IoutC。輸出電流IoutC之電流量係由控制信號S10C之工作週期來決定。負載電路12更包括耦接於節點N10C與輸出節點Nout之間的電阻器120C。在第5圖之實施例中，負載電路12根據輸出電流輸出電流IoutA、IoutB、與IoutC而於輸出節點Nout上產生輸出信號Sout。由於電阻器120C的配置，根據電阻器120C之電阻值以及輸出電流IoutC而於節點N10C上產生回授電壓信號S11C。工作週期調整電路10接收回授電壓信號S11C作為其第三個輸入電壓信號。在此實施例中，工作週期調整電路10根據回授電壓信號S11C調整控制信號S10C之工作週期，以改變輸出電流IoutC之電流量。透過控制信號S10A、S10B、與S10C之工作週期決定以及調整，輸出電流IoutA、IoutB、與IoutC可彼此平衡。
    如第5圖所示，輸出電路11C包括充電電晶體40C、放電電晶體41C、預驅動器42C、以及電感器43C。在輸出電路11C內之元件的連接架構以及操作與輸出電路11A與11B內之元件相似，因此省略相關敘述。
    參閱第5圖，工作週期調整電路10更包括比較器50、濾波器51、窗型比較器52、以及工作週期調整器53。比較器50、濾波器51、窗型比較器52、以及工作週期調整器53之操作分別相似於比較器20、濾波器21、窗型比較器22、以及工作週期調整器23A與23B之上述操作。在此實施例中，比較器50接收分別衍生自輸出電流IoutA與IoutC之回授電壓信號S11A與S11C，且產生比較結果信號S50。濾波器51接收比較結果信號S50，且對比較結果信號S50進行濾波以產生工作週期資訊信號S51，其中，工作週期資訊信號S51指示出比較結果信號S50之工作週期。窗型比較器52接受兩個參考電壓Vref20與Vref21，以預先定義與窗型比較器22相同之電壓範圍。窗型比較器52判斷工作週期資訊信號S51之DC位準是否落在上述預先定義之電壓範圍內以產生調整信號S52。工作週期調整器53產生控制信號S10C。工作週期調整器53接收調整信號S52以及驅動信號S13C，且根據調整信號S52以及驅動信號S13C來決定控制信號S10C之工作週期。接著，依據工作週期資訊信號S51之DC位準是否落在預先定義之電壓範圍內，工作週期調整器53可調整或不調整控制信號S10C之工作週期。控制信號S10C之工作週期決定以及調整操作相似於上述控制信號S10A與S10B之工作週期決定以及調整操作，因此省略相關敘述。透過控制信號S10A、S10B、與S10C之工作週期決定以及調整，出電流IoutA、IoutB、與IoutC最後彼此平衡。
    在第5圖之實施例中，由於是三相位電壓轉換器，因此，在電流平衡情況下比較結果信號S20與S50之指定工作週期以及工作週期資訊信號S21與S51之指定位準LVset不同於第2圖之實施例。此外，用來定義控制信號S10A、S10B、與S10C之工作週期調整條件的上限電壓Vref20以及下限電壓Vref21以及關於不平衡容忍度之電壓範圍也不同於第2圖之實施例。本發明之概念可類似地推廣來平衡具有任何數目之相位之多相位電壓轉換器的電流。
    第6圖係表示根據本發明一示範實施例之工作週期調整電路23A、23B、以及53，其實現了相對地增加對應較小輸出電流相位之控制信號的工作週期。工作週期調整器接收對應之驅動信號S13A、S13B、或S13C以及對應之調整信號S22A、S22B、與S52，且藉由根據對應之調整信號S22A、S22B、與S52調整對應驅動信號S13A、S13B、或S13C之轉態時間來調整對應驅動信號S13A、S13B、或S13C之工作週期。具有經調整之工作週期的對應驅動信號S13A、S13B、或S13C則作為對應之控制信號S10A、S10B、與S10C，並將其輸出。換句話說，工作週期調整器根據對應之驅動信號S13A、S13B、或S13C以及對應之調整信號S22A、S22B、與S52來決定並調整對應之控制信號S10A、S10B、與S10C的工作週期。在一實施例中，每一工作週期調整器包括兩個串接的電路級60A與60B，其提供工作週期調整。如第6圖所示，第一電路級60A包括一對互補電晶體65與69、耦接在互補電晶體65與69後之反向器61、以及兩個下拉電晶體63與64。第一電路級60B包括一對互補電晶體68與70、耦接在互補電晶體68與70後之反向器62、以及兩個下拉電晶體66與67。在此實施例中，電晶體63~68以N型電晶體來實施，而電晶體69與70係以P型電晶體來實施。電晶體69與70之源極耦接供應電壓VCC，且電晶體63、64、66、與67之源極耦接參考接地GND。電晶體65之源極耦接電晶體63與64之汲極於節點N60，且電晶體68之源極耦接電晶體66與67之汲極於節點N62。
    互補電晶體65與69由對應之驅動信號S13A、S13B、或S13C來驅動，且在節點N61之輸出信號耦合至反向器61。兩下拉電晶體63與64藉由調整在節點N61之輸出信號之下降時間來調整對應之驅動信號S13A、S13B、或S13C之工作週期。下拉電晶體64之閘極接收預設偏壓VB60(其電壓對應一預設下降時間)，而下拉電晶體63之閘極接收對應之調整信號S33A、S22B、或S52。當下拉電晶體63之閘極接收具有邏輯”1”之調整信號時，由於下拉電晶體63導通且透過電晶體65抽取較多的電流，增加了下拉電晶體63的下拉能力。這使得與接收具有邏輯”0”之調整信號比較起來，節點N61之輸出信號具有相對減少的下降時間。因此，反向器61之輸出信號(也是第一電路級60A之輸出信號)具有相對減少的上升時間，導致相對增加的工作週期。第二電路級60B以相類似的方式操作，其中，第一電路級60A之輸出信號係用來驅動互補電晶體68與70。因此，由工作週期調整器之第二電路級60B所輸出之對應控制信號S10A、S10B、或S10C具有相對更增加的工作週期。雖然在此係以二個電路級60A與60B來做為示範例，但在工作週期調整器中電路級的數量可依據實際需求來設計，本發明不以此為限。
    關於藉由相對地減少對應較大輸出電流相位之控制信號的工作週期之實施例而言，在電晶體63與66接收對應之調整信號S22A、S22B、或S52之前，可加入一反向器，其耦接電晶體63與66之閘極。當加入之反向器接收具有邏輯”0”之調整信號時，與接收具有邏輯”1”之調整信號比較起來，下拉電晶體63與66導通，且在節點N61與N63上之輸出信號具有相對減少的下降時間。因此，當對應之調整信號具有邏輯”0”時，與具有邏輯”1”比較起來，此工作週期調整器所輸出之對應控制信號S10A、S10B、或S10C具有相對增加的工作週期。換句話說，當對應之調整信號具有邏輯”1”時，與具有邏輯”0”比較起來，此工作週期調整器所輸出之對應控制信號S10A、S10B、或S10C具有相對減少的工作週期。
    綜上所述，本發明提出一種具有精簡架構之工作週期調整電路，用來平衡一信號產生裝置(例如多相位電壓轉換器)之複數輸出電流。提出之工作週期調整電路不需要複雜的設計，例如誤差放大器或由振盪器所產生且由偏移電壓來調整之參考電壓。在設計多相位電壓轉換器所需的設計工作以及佈局面積則因此顯著地減少。
    本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    1‧‧‧信號產生電路
    10‧‧‧工作週期調整電路
    11A、11B‧‧‧輸出電路
    12‧‧‧負載電路
    13‧‧‧驅動電路
    20‧‧‧比較器
    21‧‧‧濾波器
    22‧‧‧窗型比較器
    23A、23B‧‧‧工作週期調整器
    40A、40B、40C‧‧‧充電電晶體
    41A、41B、41C‧‧‧放電電晶體
    42A、42B、42C‧‧‧預驅動器
    43A、43B、43C‧‧‧電感器
    50‧‧‧比較器
    51‧‧‧濾波器
    52‧‧‧窗型比較器
    53‧‧‧工作週期調整器
    60A與60B‧‧‧電路級
    61、62‧‧‧反向器
    63、64、66；67‧‧‧下拉電晶體
    65、69、68、70‧‧‧互補電晶體
    120A、120B、120C‧‧‧電阻器
    121‧‧‧電容器
    130A、130B、130C‧‧‧驅動裝置
    IoutA、IoutB、IoutC‧‧‧輸出電流
    GND‧‧‧參考接地
    LVset‧‧‧指定位準
    N10A、N10B、N10C‧‧‧節點
    N40A、N40B、N40C‧‧‧節點
    N60、N61、N62、N63‧‧‧節點
    Nout‧‧‧輸出節點
    S10A、S10B、S10C‧‧‧控制信號
    S11A、S11B、S11C‧‧‧回授電壓信號
    S13A、S13B、S13C‧‧‧驅動信號
    S20、S50‧‧‧比較結果信號
    S21、S51‧‧‧工作週期資訊信號
    S22A、S22B、S52‧‧‧調整信號
    S420A、S420A、S420C‧‧‧驅動信號
    S421A、S421A、S421C‧‧‧驅動信號
    Sout‧‧‧輸出信號
    VB60‧‧‧預設偏壓
    VCC‧‧‧供應電壓
    Vref20、Vref21‧‧‧參考電壓
    第1圖表示根據本發明一示範實施例之信號產生裝置；第2圖表示在第1圖之信號產生裝置中工作週期調整電路之一示範實施例；第3A~3C圖表示在電流平衡與電流不平衡情況下比較信號以及工作週期資訊信號之波形；第4圖表示根據本發明另一示範實施例之信號產生裝置；第5圖表示根據本發明又一示範實施例之信號產生裝置；以及第6圖表示在本發明之信號產生裝置中工作週期調整器之一示範實施例。
    1‧‧‧信號產生電路
    10‧‧‧工作週期調整電路
    11A、11B‧‧‧輸出電路
    12‧‧‧負載電路
    13‧‧‧驅動電路
    120A、120B‧‧‧電阻器
    121‧‧‧電容器
    130A、130B‧‧‧驅動裝置
    GND‧‧‧參考接地
    IoutA、IoutB‧‧‧輸出電流
    N10A、N10B‧‧‧節點
    Nout‧‧‧輸出節點
    S10A、S10B‧‧‧控制信號
    S11A、S11B‧‧‧回授電壓信號
    S13A、S13B‧‧‧驅動信號
    Sout‧‧‧輸出信號
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種工作週期調整電路，用以調整一第一驅動信號之工作週期，包括：一濾波器，接收一比較結果信號，且對該第一比較結果信號進行濾波以產生一工作週期資訊信號，其中，該工作週期資訊信號指示該比較結果信號之工作週期；一第一比較器，接收該工作週期資訊信號，且判斷該工作週期資訊信號之直流位準是否落在一預先定義電壓範圍內以產生一第一調整信號；以及一第一工作週期調整器，接收該第一調整信號以及該第一驅動信號，且根據該第一調整信號來調整該第一驅動信號之工作週期。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之工作週期調整電路，更包括：一第二比較器，接收一第一回授電壓信號以及一第二回授電壓信號，且比較該第一回授電壓信號與該第二回授電壓信號以產生該比較結果信號。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之工作週期調整電路，其中，該第一驅動信號係根據一參考電壓與該第一回授電壓信號之間的差所產生。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之工作週期調整電路，其中，當該工作週期資訊信號之直流位準高於一限制電壓時，該第一工作週期調整器藉由根據該第一調整信號調整該第一驅動信號之轉態時間來調整該第一驅動信號之工作週期。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之工作週期調整電路，其中，當該工作週期資訊信號之直流位準低於一限制電壓時，該第一工作週期調整器藉由根據該第一調整信號調整該第一驅動信號之轉態時間來調整該第一驅動信號之工作週期。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之工作週期調整電路，其中，該第一工作週期調整器包括：一對互補電晶體，包括一P型電晶體以及一N型電晶體，其中，該P型電晶體之閘極以及該N型電晶體之閘極接收該第一驅動信號，該P型電晶體之汲極耦接該N型電晶體之汲極，且該P型電晶體之源極耦接一供應電壓；以及一下拉電晶體，其中，該下拉電晶體之汲極耦接該N型電晶體之源極，該下拉電晶體之源極耦接一參考接地，且該下拉電晶體之閘極受控於該第一調整信號。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之工作週期調整電路，更包括：一第二工作週期調整器，接收一第二調整信號以及一第二驅動信號，且根據該第二調整信號來調整該第二驅動信號之工作週期；其中，該第一比較器根據該工作週期資訊信號之直流位準是否落在該預先定義電壓範圍內而更產生該第二調整信號。
    [8] 如申請專利範圍第7項所述之工作週期調整電路，其中，當該工作週期資訊信號之直流位準高於一上限電壓時，該第一工作週期調整器藉由根據該第一調整信號調整該第一驅動信號之轉態時間來調整該第一驅動信號之工作週期；其中，當該工作週期資訊信號之直流位準低於一下限電壓時，該第二工作週期調整器藉由根據該第二調整信號調整該第二驅動信號之轉態時間來調整該第二驅動信號之工作週期；以及其中，該上限電壓高於該下限電壓。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述之工作週期調整電路，其中，當該工作週期資訊信號之直流位準低於該上限電壓且高於該下限電壓時，該等第一與第二工作週期調整器分別根據該等第一與第二調整信號來維持該等第一與第二驅動信號之工作週期。
    [10] 如申請專利範圍第7項所述之工作週期調整電路，其中，該第一驅動信號驅動一第一電壓轉換器，且該驅動信號驅動一第二電壓轉換器。
    [11] 一種信號產生裝置，用以產生一輸出信號，包括：一第一輸出電路，根據一第一控制信號來提供一第一輸出電流至一第一節點；一第二輸出電路，根據一第二控制信號來提供一第二輸出電流至一第二節點；以及一工作週期調整電路，對一比較結果信號進行濾波以產生一工作週期資訊信號，根據一第一驅動信號以及該工作週期資訊信號來產生該第一控制信號，且根據一第二驅動信號以及該工作週期資訊信號來產生該第二控制信號；其中，該工作週期資訊信號指示該比較結果信號之工作週期；其中，該等第一與第二控制信號根據該工作週期資訊信號之直流位準是否落在一預先定義電壓範圍內而產生；以及其中，該第一控制信號之工作週期以及該第二控制信號之工作週期被調整以平衡該等第一與第二輸出電流。
    [12] 如申請專利範圍第11項所述之信號產生裝置，其中，該工作週期調整電路包括：一濾波器，接收該比較結果信號，且對該第一比較結果信號進行濾波以產生該工作週期資訊信號；一第一比較器，接收該工作週期資訊信號，且判斷該工作週期資訊信號之直流位準是否落在該預先定義電壓範圍內以產生一第一調整信號以及一第二調整信號；一第一工作週期調整器，接收該第一調整信號以及該第一驅動信號，且根據該第一調整信號來調整該第一驅動信號之工作週期以產生該第一控制信號；以及一第二工作週期調整器，接收該第二調整信號以及該第二驅動信號，且根據該第二調整信號來調整該第二驅動信號之工作週期以產生該第二控制信號。
    [13] 如申請專利範圍第12項所述之信號產生裝置，其中，該工作週期調整電路更包括：一第二比較器，接收一第一回授電壓信號以及一第二回授電壓信號，且比較該第一回授電壓信號與該第二回授電壓信號以產生該比較結果信號。
    [14] 如申請專利範圍第13項所述之信號產生裝置，其中，該第一驅動信號係根據一參考電壓與該第一回授電壓信號之間的差所產生，且該第二驅動信號係根據該參考電壓與該第二回授電壓信號之間的差所產生。
    [15] 如申請專利範圍第12項所述之信號產生裝置，其中，該等第一與第二工作週期調整器之每一者包括：一對互補電晶體，包括一P型電晶體以及一N型電晶體，其中，該P型電晶體之閘極以及該N型電晶體之閘極接收該第一驅動信號或該第二驅動信號，該P型電晶體之汲極耦接該N型電晶體之汲極，且該P型電晶體之源極耦接一供應電壓；以及一下拉電晶體，其中，該下拉電晶體之汲極耦接該N型電晶體之源極，該下拉電晶體之源極耦接一參考接地，且該下拉電晶體之閘極受控於該第一調整信號或該第二調整信號。
    [16] 如申請專利範圍第11項所述之信號產生裝置，其中，當該工作週期資訊信號之直流位準高於一上限電壓時，該第一工作週期調整器藉由根據該第一調整信號調整該第一驅動信號之轉態時間來調整該第一驅動信號之工作週期；其中，當該工作週期資訊信號之直流位準低於一下限電壓時，該第二工作週期調整器藉由根據該第二調整信號調整該第二驅動信號之轉態時間來調整該第二驅動信號之工作週期；以及其中，該上限電壓高於該下限電壓。
    [17] 如申請專利範圍第12項所述之信號產生裝置，其中，當該工作週期資訊信號之直流位準低於該上限電壓且高於該下限電壓時，該等第一與第二工作週期調整器分別根據該等第一與第二調整信號來維持該等第一與第二驅動信號之工作週期。
    [18] 如申請專利範圍第11項所述之信號產生裝置，更包括：一負載電路，耦接該等第一與第二節點，且根據該等第一與第二輸出電流而於一輸出節點產生該輸出信號；其中，一第一回授電壓信號根據該第一輸出電流而產生於該第一節點，且一第二回授電壓信號根據該第二輸出電流而產生於該第二節點；以及其中，該比較結果信號係藉由比較該第一回授電壓信號與該第二回授電壓信號而產生。
    [19] 如申請專利範圍第18項所述之信號產生裝置，其中，更包括：一驅動電路，根據一參考電壓與該第一回授電壓信號之間的差來產生該第一驅動信號，且根據該參考電壓與該第二回授電壓信號之間的差來產生該第二驅動信號。
    [20] 如申請專利範圍第11項所述之信號產生裝置，更包括：複數多相位輸出電路，每一該多相位輸出電路根據一多相位控制信號來提供一多相位輸出電流；以及複數多相位工作週期調整電路，每一該多相位工作週期調整電路對應該等多相位輸出電路之一者，其中，每一該多相位工作週期調整電路對一多相位比較結果信號進行濾波以產生一多相位工作週期資訊信號，且根據一多相位驅動信號以及該多相位工作週期資訊信號來產生該多相位控制信號；其中，該等多相位工作週期資訊信號之每一者指示對應之該多相位比較結果信號之工作週期；其中，該等多相位控制信號之每一者根據對應之該多相位工作週期資訊信號之直流位準是否落在一預先定義電壓範圍內而產生；以及其中，該等多相位控制信號之每一者之工作週期被調整以平衡該第一輸出電流以及該等多相位輸出電流之每一者。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US201161549359P| true| 2011-10-20|2011-10-20||
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