精確三角波形發生器的製作方法
2023-06-15 17:03:41
專利名稱：精確三角波形發生器的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及脈衝寬度調製功率變換器，尤其涉及產生諸如在交錯脈衝寬度調製放大器中使用的三角波的精確三角波形發生器。
背景技術：
相對於必須消耗相當多功率的線性裝置，通過與作為開關的輸出裝置結合，使用應用於音頻的脈衝寬度調製(PWM)放大來提高效率。在PWM放大器中，將音頻輸入信號轉換為脈衝寬度調製波形。為此，將音頻信號提供給放大器來調製諸如基於音頻信號的幅值的三角波形的寬度。調製波形用於驅動作為完全飽和或斷開的開關的一個或多個輸出裝置。輸出裝置，經常使用開關功率電晶體來實現，可以在半橋對中排列從而使該對中的一個裝置轉換為正電壓輸出，同時而另一個裝置轉換為負電壓輸出。轉換的輸出信號可以被提供給試圖除去超過預期輸出波形頻譜的諧波信號和邊帶的低通濾波器的輸入端。經過濾波的模擬信號用於驅動負載，例如揚聲器。
三角波形發生器用於調製音頻信號以產生脈衝寬度調製波形。這種三角波形發生器可以使用其頻率響應於某一控制電壓的壓控振蕩器。由這樣的三角波形發生器產生的三角波可以被鎖相於參考頻率。可以通過控制電壓將三角波調製以使幅值轉化為脈衝寬度。目前，三角波形發生器不能同時控制三角形的一個或多個波形幅值、頻率、對稱性和/或相位。因此，需要更精確地控制三角波形的質量的系統和方法。
發明內容
本發明提出一種包括電容元件、調節器和控制電路的三角波形發生器。調節器被配置成響應於第一控制信號而使電容元件充電，並響應第二控制信號使電容元件放電。控制電路響應於參考波形產生第一和第二控制信號。在一個例子中，控制電路響應於參考波形的幅值、頻率、相位以及對稱性來產生第一和第二控制信號。
在驗證下面的附圖和詳細說明的基礎上，本發明的其它系統、方法、特徵和優點對本領域技術人員來說將是或將變得顯而易見。這意味著，所有這樣的附加系統、方法、特徵和優點都包括在該說明中，而且在本發明的範圍內，並且受到下面的權利要求的保護。
參考下面的附圖和說明可以更好地理解本發明。圖中的元件不一定按照一定的比例繪製，而是把重點放在示出本發明的原理。而且，在圖中，相同的參考數字標明遍及不同視圖的相同部分。
圖1是具有兩個交錯級的脈衝寬度調製放大器的示意性框圖；圖2是可在圖1所示的系統中使用的示例性相頻控制系統的示意性框圖；圖3是可在圖1所示的系統中使用的示例性三角波發生系統的示意性框圖；圖4是可在圖1所示的系統中使用的另一示例性相頻控制系統的示意性框圖；圖5是可在圖1所示的系統中使用的另一示例性三角波發生系統的示意性框圖。
具體實施例方式
圖1是兩個交錯(N＝2)全橋脈衝寬度調製(PWM)放大器100的示例的框圖。交錯的PWM放大器100接收來自信號源110的輸入信號。可以將輸入信號分成第一支路112和第二支路114。第一支路112包括配置成將輸入信號反相的反相塊120。反相塊120與被稱為PWMA的第一脈衝寬度調製器130連接。PWM A 130與被稱為半橋A的第一半橋150連接。然後，半橋A 150的輸出與負載160連接。
可以通過PWM A 130將反相的輸入信號調製到具有N＝2的PWM調製的第一三角波形上。第一三角波形的產生涉及到用於提供給使用相頻控制系統170的負載160的每個輸出通道的開關頻率(switchingfrequency)(Fs)的產生。可以通過三角波發生系統180將開關頻率(Fs)用於產生第一三角波形。反相的輸入信號到第一三角波形上的調製產生第一控制信號。可以將第一控制信號提供給第一半橋150以控制向負載160輸出的功率。第二支路114包括與被稱為PWM B的第二脈衝寬度調製器135連接的同相(non-inverting)塊125。類似地，PWM B135使用相頻控制系統170和三角波發生系統180將同相輸入信號調製到第二三角波形上以產生第二控制信號。可以將第二控制信號提供給被稱為PWM B的第二半橋155以控制向負載160輸出的功率。
在一個例子中，功能上可以把相頻控制系統170和三角波發生系統180設置為集成電路的形式。這樣的集成電路會降低成本並減小尺寸。能夠把三角波形發生的多個通道包括在一個組件裡。集成電路可以由具有嚴格相位控制的共用參考時鐘來操作。在其它例子中，相頻控制系統170和三角波發生系統180的功能可以被形成為單獨的元件，或者單獨元件以及一個或多個集成電路的任何結合。
圖2是用於脈衝寬度調製器的相頻控制系統200的示例的框圖。相頻控制系統200可以被形成為集成電路和/或相互連接的獨立元件。下面的關於結構示例的討論基於以集成電路形式形成的相頻控制系統200。圖2中，當被主從(M/S)信號207激活時，主振蕩器202被主晶體204操作以在主輸出線206上產生主振蕩器輸出信號。像圖2中代表集成電路上的輸入/輸出管腳的圓圈所顯示的，主晶體204可以在集成電路的外部。主晶體204可以從頻率的寬範圍中指定預定的頻率，例如16MHz，為此，晶體可用於產生頻率。可以將第一輸出信號206提供給或門208。當被從主(S/M)信號216激活時，壓控振蕩器210可以在壓控線212上把壓控輸出信號提供給或門208。壓控振蕩器210可以接收來自相頻檢測器電荷泵(charge pump)218的控制信號。
當主振蕩器202不可用時，壓控振蕩器210可以是獨立於主振蕩器202操作的從設備。可替換地，由於主振蕩器202在固定的預定頻率操作，所以可以不激活主振蕩器202而激活壓控振蕩器210以另一個固定的預定頻率操作相頻控制系統200。
可以把或門208的輸出提供給第一同步計數器224和第二同步計數器226。第一和第二同步計數器224和226被配置成計算全長並提供同時的全部輸出位變化以提供若干個輸出通道228之間的相位控制。在一個例子中，第一和第二同步計數器224和226可以是6位同步計數器。第一和第二同步計數器224和226可以用為第一同步計數器224提供第一數值的相頻寄存器232操作。可替換地，第一和第二同步計數器224和226可以具有單獨並且獨立的寄存器。
第一和第二同步計數器224和226的寄存器232可以是永久性的並且由相頻控制系統200裝載產生固定的頻率控制的值。可替換地，寄存器232可以是易失的並且可以裝載產生可變頻率的一個或多個值。例如，只向第二同步計數器226提供其中可存儲數值的永久性存儲器。在這個例子中，當第二同步計數器226計數到預定的情況時，隨著功率增加以及對第二同步計數器226增量的操作，第二同步計數器226可以把數值裝載到第一同步計數器224。然而，在另一個選擇中，可以通過I2C信號線234上的I2C信號把一個或兩個數值裝載到寄存器232。在其它的例子中，可以使用其它任何通信系統和/或協議來把數值下載到寄存器232。
輸出通道228切換作為集成電路中的內部信號而保持並提供給三角波發生系統180(圖1)的頻率信號(Fs)。在圖2中，有四個輸出通道228，在其它例子中，根據供給的負載可以產生其它任何數量的輸出通道228。可以把第一開關頻率信號提供給第一通道(Ch1 Fs)236。當在同步計數器224的預定位例如Q5位達到預定值時，第一開關頻率信號可以由第一同步計數器224產生。
第一開關頻率信號可以由緩衝器238延遲，然後作為輸入提供到第二輸出通道觸發器240。可以根據來自同步計數器224的作為輸出值提供的時鐘信號來觸發第二輸出通道觸發器240。輸出值可以是第一同步計數器224的另一個位，例如Q3位。第二輸出通道觸發器240的輸出可以是在第二通道(Ch2 Fs)242上提供的第二開關頻率信號(Fs)。在分別產生在第三通道(Ch3 Fs)248上提供的第三開關頻率信號和在第四通道(Ch4 Fs)250上提供的第四開關頻率信號之前，還可以順序延遲第三輸出通道觸發器244和第四輸出通道觸發器246。第一、第二、第三和第四開關頻率信號中的每一個可以互相偏移確定的量，例如約22.5度，從而使交錯功率變換器產生均勻分布的矢量。在其它例子中，可以使用其它系統和方法在各自的通道上產生偏移的第一、第二、第三和第四開關頻率信號。
相頻控制系統200還包括分頻器260、平衡接收器262和平衡發送器264。當壓控振蕩器210被激活時，分頻器260可以用於產生更低的頻率。產生的頻率可以低於由另一主時鐘(例如另一集成電路或電源提供)的外部參考時鐘266的頻率。可以通過平衡接收器262把外部參考時鐘266提供給分頻器260。可以從本例的集成電路外部的電源接收外部參考時鐘266，就像表示集成電路的輸入/輸出管腳的圓圈所示的。平衡接收器262可以作為被平衡的緩衝器操作以減小集成電路中的電磁場(EMF)並改進信噪比(S/N)。因此，當主振蕩器202不可用(或未激活)時，壓控振蕩器210和相頻檢測電荷泵218可以在參考頻率下操作和/或在基於由平衡接收器262提供的頻率參考而由分頻器260提供的一個或更多的減小的頻率下操作。
當主振蕩器202被激活時，可以類似地利用相同的主/從信號207激活平衡發送器264。平衡發送器264可以提供主振蕩器202的代表性信號作為外部參考時鐘266。當主振蕩器202操作時，可以提供外部參考時鐘266作為對集成電路外部的其它裝置的頻率參考。
操作期間，相頻控制系統200能夠產生在相位上互相偏移確定的值的開關頻率(Fs)信號的若干個通道。脈衝寬度調製器以根據開關頻率(Fs)信號把幅值信息編碼為脈衝寬度信息的三角波形的形式將波形調製。
控制開關頻率信號(Fs)的相位的能力在使由開關噪聲串擾產生的信號不純最小化方面是有用的。如果以精確的同步性操作所有的輸出通道236、242、248和250，那麼存在串擾的機會最大。使它們在互相的開關事件之間具有最多時間的定相通道的動作使來自串擾瞬間的信號不純最小化。換言之，開關對的開關之間的時間間隔可以最大化以使串擾最小化。
相頻控制系統200可以包括對相對相位的精確控制以把調製周期分為在全部輸出通道236、242、248和250之間均勻調節的間隔。當需要以四個或更多的交錯數量交錯調製時，相頻控制系統200還可以操作來控制相位。對於單獨的三角波形來說圖2所示的兩個交錯就足夠了。
圖3是可以用於實現圖1所示的三角波發生系統180的三角波發生系統300的示意性框圖。三角波發生系統300可以形成為集成電路和/或相互連接的獨立的元件。下面的結構示例的討論基於以集成電路形式形成的三角波發生系統300。
圖3中，三角波發生系統300包括壓控振蕩器301和相頻檢測電荷泵303。通過將電容器Ct 302充電和放電，用壓控振蕩器301形成三角波。由於它具有一個接地端和其它驅動端，所以電容器Ct 302可以是對集成電路有利的形式。由於邊緣電容對於集成電路電容器而言相對較大而且這時邊緣電容與預定的電容並聯，所以這是有利的。
電容器Ct 302可以有選擇地由充電調節器304與放電調節器306充電和放電。充電調節器304包括充電電流開關308和充電電流源309。放電調節器306包括放電電流開關310和放電電流源311。充電電流源309和放電電流源311可以用例如5伏DC的電源電壓(Vdd)314供給並接地。此外，可以控制由每個電流源309和311以及電流開關308和310供給的電流的幅值。
各自的電流開關308和310的選擇性切換以及各自的電流源309和311的控制可以控制加在電容器Ct 302上的電壓(Vt)316。電壓(Vt)316可以通過包括在壓控振蕩器301中的第一比較器322和第二比較器324與正電勢電壓Vtp 318和負電勢電壓Vtn 320進行比較。
正和負電勢電壓Vtp 318和Vtn 320可以是圖1中示出的PWM放大器100的輸出軌跡的代表。可以將正和負電勢電壓Vtp 318和Vtn 320集中在預定電壓例如2.5伏DC的CMOS電壓，或者地電勢的單獨元件電壓，或者零伏。在通過第一和第二比較器322和324比較之前，可以用緩衝器328緩衝電壓(Vt)316。第一和第二比較器322和324可以形成窗口檢測器。比較器的輸出可用於觸發滯後開關329，例如R-S觸發器。滯後開關329能夠控制操作電容器Ct 302充電的充電和放電電流。
由充電電流源309和放電電流源311提供的對充電和放電電流的控制可以用相頻檢測電荷泵303完成。當通過由相頻檢測電荷泵303提供的共用頻率控制信號對充電電流源309和放電電流源311程控時，壓控振蕩器301可以產生三角波。相頻檢測電荷泵303可以將充電電流源309和放電電流源311的電流控制為與幅值近乎相同和相反的跟蹤電流。
在三角波發生系統300中，分別調節充電電流源309和放電電流源311以對形成三角波形的兩個斜坡(ramp)進行精確的控制。可以由滯後開關329提供第一窗口比較器輸出線330上的第一窗口比較器輸出信號和第二窗口比較器輸出線332上的第二窗口比較器輸出信號作為邏輯1或邏輯0。滯後開關329的輸出提供給相頻檢測電荷泵303並且還可用來控制各自的第一和第二調節器304和306中的充電和放電電流開關308和310的操作。
相頻檢測電荷泵303包括第一相頻檢測器340和第二相頻檢測器342。操作期間，第一和第二相頻檢測器340和342的每個將參考開關頻率信號(Fs)344和反相的參考開關頻率信號(Fs)346與三角波的邊緣進行比較。由相頻控制系統200(圖2)提供參考開關頻率信號(Fs)344。第一和第二相頻檢測器340和342在頻率和對稱性方面將邊緣與參考信號進行比較。
相頻檢測器340和342可以是做比較並且激活一組電荷泵350從而影響預期控制的數字檢測器。尤其，該組電荷泵350包括被用來產生充電電流控制線354上的充電電流控制信號的第一組電荷泵352。此外，操作第二組電荷泵356以產生放電電流控制線358上的放電電流控制信號。因此，兩個分離的並且有點獨立的控制迴路可以獨立控制充電電流源309和放電電流源311。
第一組電荷泵352包括第一主電荷泵362和第一交叉耦合的電荷泵364。類似地，第二組電荷泵356包括第二主要電荷泵366和第二交叉耦合的電荷泵368。在其它例子中，可以增加或者減少使用的電荷泵組的數量和/或電荷泵的數量。操作期間，第一和第二相頻檢測器340和342都可以收斂於零角度誤差。在零角度誤差的情況下，第一和第二相頻檢測器340和342的「向上」和「向下」輸出都是導通的，從而相同和相反地打開電荷泵362、364、356、358，結果為零。在充電和放電電流控制線354和358上輸出。
在一個示例的控制示意圖中，每個檢測器340和342可以操作電荷泵，該電荷泵控制斜坡，該斜坡激活與相同的參考開關頻率信號(Fs)比較的滯後開關329的邊緣。但是，用這個方法，沒有收斂模式(convergent scheme)。增加一個邊緣的傾斜速度將會提高多於預期邊緣的事件(event)定時。邊緣的總的相互作用可以導致兩個控制迴路在操作期間互相衝突。當一個改進它的事件時，它改進了造成另一個的控制器延遲兩者事件的另一個事件。
在如圖3所示的另一個示例的控制示意圖中，為了改進穩定性，兩個事件之間的相互作用可以是收斂序列。當一個控制器增加它的傾斜速度時，另一個傾斜速度是可以減弱的，並且反過來也是一樣。然而，如果一個控制器總是用另一個控制器的精確計數器的修正來修正它的結果，那麼三角波發生系統300對壓控振蕩器301的增益頻率的控制和在參考開關頻率信號(Fs)上的鎖定的能力是有限的，因為對總的振蕩器周期沒有任何實時控制。
為了實現並維持實時控制，可以使用對相對於正在處理和調節的主信號較慢的控制信號的濾波。為了在控制電路中濾波，三角波發生系統300中可以包括大電容器，例如大於100皮法的電容器。由於很難將大電容器集成到集成電路中，所以可以包括把集成電路連接到外部電容器的添加的組件端子。可替換地，如圖3所示，集成電路中的電荷泵電路可以代替大電容器用於對較慢的控制信號進行濾波。這樣的電荷泵電路可以進行與鎖相或延遲鎖定迴路中的數字相頻檢測器使用的電荷泵類似的操作。鎖定點可以在控制信號變得很窄並且為衝擊性的零相位。在零角度，電荷的升和降的脈衝可以很窄並且是時間重合的，取消了互相的電荷輸出。在鎖定的情況下，隨著波動從很小到沒有，可以相對容易地在低漏損電路中僅用小電容對這樣的信號進行濾波。當在鎖定狀態之外的狀態時，波動可以很大，但是這種不是操作模式。
四個電荷泵362、364、366和368可以實現三角波發生器301中的收斂控制器。可以用電流幅值加權(因子K)交叉耦合的電荷泵364和368，該電流幅值小於主要電荷泵362和366。即，因子K必須小於1。如果K等於1，會減弱頻率控制。如果K大於1，會發散頻率控制。因此，K可以是某個大於零而小於1的正數。K的示例值是K＝0.5。
為了穩定，每個控制迴路可以具有引入其控制迴路中的零點。這是包括在第一和第二組電荷泵352和356的每一個的電荷存儲網絡中的串聯RC網絡370的目的。RC網絡370的每一個包括至少一個電阻372和至少一個電容器374。在其它例子中，可以使用不同於所示出的電阻和電容器的數量和結構。電阻372的阻值可以相對較大，但不要求精確。因此，電阻372可以在CMOS混合信號過程中很易於地被集成。
三角波發生系統300還可以包括三角波形的幅值調節以激活開環變換器增益的前饋補償。這可以通過使三角波形對於功率變換器級、圖1的半橋150和155中的電源電壓在幅值上成比例來實現。當三角波形對於電源電壓維持幅值上的成比例時，增益可以變為恆定並且獨立於電源電壓。沒有這樣的補償，增益可以直接與電源電壓成比例。
三角波發生系統300還可以在不同的調製頻率下操作。例如，可以將作為簡單的D類音頻放大器使用的功率變換器設計為具有全帶寬的能力並且能夠在500KHz下調製，然而，如果將功率變換器設計為僅在低音頻下使用，那麼變換器可以在50KHz下調製。頻率和幅度的調製要求可以一起作用以大大增加使用的三角波的坡度範圍。由於基於三角波傾斜速度中可控制的變量有可能實現的坡度的寬範圍，三角波發生系統300可以在從約1MHz到約50MHz的調製範圍內使用。在另一個例子中，三角波發生系統300可以在從約50KHz到約500KHz的調製範圍內使用。
因為三角波形是完全線性的並且具有基本上嚴格的對稱性，所以幅值到脈衝寬度的變換基本上沒有變形。即，三角波形的均勻上升坡度在幅值上基本等於下降坡度。由於把相位調製加入到輸出的PWM波形中，所以把多餘的PWM波譜引入到提供給負載的輸出使對稱性上出現誤差。三角波發生系統300還可以在沒有外部噪聲或波形起伏的狀態下操作以避免在PWM輸出中出現噪聲誤差的可能性。有效的輸出級電源電壓放大了這種誤差。
操作期間，生成的控制系統可以在三角波形最適合的點進行調節。例如，這種適合的點可以是在調製過程的限制下三角波形中的固有不連續點出現的尖端。換言之，控制可以在其頂點截取三角波形並調節它。由於對過量和不足的傾斜速度可以成比例地修正其誤差從而調節結果，所以可以把控制形成為強收斂的。
圖4是可以用於實現圖1中示出的相頻控制170的另一個電路的框圖。與圖2中使用的那些相同的電路用相同的參考標記顯示。與圖2中使用的電路相同，電路400可以以兩種操作模式之一操作。在主時鐘模式下，基於由主振蕩器202與晶體204結合而提供的內部信號產生主時鐘信號404。在從模式下，由VCO 210基於依次響應於外部參考時鐘信號266的相頻檢測電荷泵218的輸出產生主時鐘信號404。
圖4所示的例子中，雖然可以擴展電路400以產生附加的參考信號，但是相頻控制電路400產生了兩個參考信號406和408。電路400中的參考信號406和408可以具有同樣的頻率並且可以相互同相或異相。三角波發生器180依次使用信號406和408作為參考信號以產生脈衝寬度調製器130和135使用的多個三角波。
每個時間計數器226達到它的終端計數，則在線路410上產生信號給計數器224使計數器224把存儲在模式寄存器412中的值加載到計數器224中。在所示的例子中，只有存儲在模式寄存器412的D8位到D13位的數據被加載到計數器224中。計數器224的Q4位和Q5位的輸出連接到多路復用器412。Q5位的輸出還提供給分頻器414的輸入端，該分頻器414在用來在線416上輸出的輸出位Q5的頻率下依次分頻。在這個示例的結構中，多路復用器412的輸入包括頻率為MC1k/32的第一信號、頻率為MC1k/64的第二信號和頻率為MC1k/128的第三信號。由多路復用器輸出端418提供給觸發器420的時鐘輸入端的時鐘信號的頻率由模式寄存器412的輸出位D14和D15的狀態決定。類似地，D14和D15輸出位可以用於決定Q5上的信號頻率的分頻因子以及輸出信號406的頻率。D8位到D13位的相位數據和D14位與D15位的頻率數據一起結合使電路400以預期的頻率和相對相位產生參考信號406和408。
圖5是可以用於實現圖1所示的三角波發生系統180的三角波發生系統500的可替換形式的示意性框圖。系統500在許多方面與圖3所示的系統300相同，因此，使用相同的標記。
不像系統300，電容器505沒有參考接地。電容器505而是連接到運算放大器520的負端，以使其參考具有電壓水平Vrsrc的虛擬接地電壓而充電。通過減少調節器304和306中的實現問題，這種結構便於使得電容器505的充電和放電精確。
由於已經說明了本發明的各種實施例，對本領域技術人員來說，在本發明的範圍內可能有更多的實施例和實現方式是顯而易見的。因此，除了按照附上的權利要求及其等價物外，沒有限制本發明。
權利要求
1.一種三角波形發生器，包括電容元件；配置成使所述電容元件充電和放電的調節器，其中，所述調節器響應於第一控制信號使所述電容元件充電，並且響應於第二控制信號使所述電容元件放電；以及響應於參考波形以產生所述第一和第二控制信號的控制電路。
2.如權利要求1所述的三角波形發生器，其中，所述控制電路響應於所述參考波形的頻率和相位產生所述第一和第二控制信號。
3.如權利要求2所述的三角波形發生器，其中，所述控制電路包括適合於產生所述第一控制信號的第一組電荷泵；和適合於產生所述第二控制信號的第二組電荷泵，其中，所述第一和第二組電荷泵互相交叉耦合以產生所述第一和第二控制信號。
4.如權利要求2所述的三角波形發生器，其中，所述控制電路包括響應於生成的三角波形產生窗口比較器信號的窗口檢測電路；響應於所述窗口比較器信號和參考波形產生輸出信號的第一相頻檢測器；以及響應於所述窗口比較器信號的反相形式和所述參考波形的反相形式產生輸出信號的第二相頻檢測器。
5.如權利要求4所述的三角波形發生器，其中，所述控制電路還包括適合於產生所述第一控制信號的第一組電荷泵；和適合於產生所述第二控制信號的第二組電荷泵。
6.如權利要求5所述的三角波形發生器，其中，所述第一和第二組電荷泵互相交叉耦合以產生所述第一和第二控制信號。
7.如權利要求5所述的三角波形發生器，其中，所述第一組電荷泵包括響應於所述第一相頻檢測器的輸出信號和所述第一相頻檢測器的輸出信號的反相形式的主電荷泵，其中，所述主電荷泵提供用於產生所述第一控制信號的開關電流Ir；以及響應於所述第二相頻檢測器的輸出信號和所述第二相頻檢測器的輸出信號的反相形式的第二電荷泵，其中，所述第二電荷泵提供用於產生所述第一控制信號的開關電流K*Ir。
8.如權利要求7所述的三角波形發生器，其中，所述第二組電荷泵包括響應於所述第二相頻檢測器的輸出信號和所述第二相頻檢測器的輸出信號的反相形式的另一主電荷泵，其中，所述另一主電荷泵提供用於產生所述第二控制信號的開關電流Ir；以及響應於所述第一相頻檢測器的輸出信號和所述第一相頻檢測器的輸出信號的反相形式的另一第二電荷泵，其中，所述另一第二電荷泵提供用於產生所述第二控制信號的開關電流K*Ir。
9.如權利要求4所述的三角波形發生器，其中，所述窗口檢測電路包括設置成將生成的三角波形和上閾值電壓比較來產生相應的輸出信號的第一比較器；設置成將生成的三角波形和下閾值電壓比較來產生相應的輸出信號的第二比較器；以及響應於所述第一和第二比較器的輸出信號以產生所述窗口比較器信號的觸發器。
10.如權利要求9所述的三角波形發生器，其中，所述觸發器還響應於所述第一和第二比較器的輸出信號以產生所述窗口比較器信號的反相形式。
11.一種波形發生器，包括提供第一和第二參考信號的參考波形發生器；三角波形發生器，其通過跟蹤所述第一參考信號的頻率和相位而產生第一三角波形信號，並且通過跟蹤所述第二參考信號的頻率和相位而產生第二三角波形信號。
12.如權利要求11所述的波形發生器，其中，所述參考波形發生器在主方式和從方式下是可操作的，在主方式下，響應於所述參考波形發生器內部產生的固定時鐘信號而產生所述第一和第二參考信號；在從方式下，響應於外部產生的時鐘信號而產生所述第一和第二參考信號。
13.如權利要求11所述的波形發生器，其中，所述參考波形發生器包括相位/頻率寄存器，其適合於接收與所述第一和第二參考信號的每一個的頻率和相位對應的數據；以及計數器，其響應於時鐘信號和相位/頻率寄存器中的數據以產生用於所述第一和第二參考信號的生成的一個或多個控制信號。
14.如權利要求11所述的波形發生器，其中，所述三角波形發生器包括第一電容元件；配置成使所述第一電容元件充電和放電的第一調節器，其中，所述第一調節器響應於第一控制信號使所述第一電容元件充電，並且響應於第二控制信號使所述第一電容元件放電；第一控制電路，其響應於所述第一參考信號以產生所述第一和第二控制信號；第二電容元件；配置成使所述第二電容元件充電和放電的第二調節器，其中，所述第二調節器響應於第三控制信號使所述第二電容元件充電，並且響應於第四控制信號使所述第二電容元件放電；以及第二控制電路，其響應於所述第二參考信號以產生所述第一和第二控制信號。
15.如權利要求14所述的波形發生器，其中，所述第一控制電路響應於所述第一參考信號的頻率和相位產生所述第一和第二控制信號。
16.如權利要求15所述的波形發生器，其中，所述第一控制電路包括適合於產生所述第一控制信號的第一組電荷泵；和適合於產生所述第二控制信號的第二組電荷泵，其中，所述第一和第二組電荷泵互相交叉耦合以產生所述第一和第二控制信號。
17.如權利要求15所述的波形發生器，其中所述第一控制電路包括響應於所述第一三角波形產生窗口比較器信號的窗口檢測電路；響應於所述窗口比較器信號和所述第一參考波形產生輸出信號的第一相頻檢測器；以及響應於所述窗口比較器信號的反相形式和所述第一參考波形的反相形式產生輸出信號的第二相頻檢測器。
18.如權利要求16所述的波形發生器，其中，所述第一控制電路還包括適合於產生所述第一控制信號的第一組電荷泵；和適合於產生所述第二控制信號的第二組電荷泵。
19.如權利要求18所述的三角波形發生器，其中，所述第一和第二組電荷泵互相交叉耦合以產生所述第一和第二控制信號。
20.如權利要求19所述的波形發生器，其中，所述第一組電荷泵包括響應於所述第一相頻檢測器的輸出信號和所述第一相頻檢測器的輸出信號的反相形式的主電荷泵，其中，所述主電荷泵提供用於產生所述第一控制信號的開關電流Ir；以及響應於所述第二相頻檢測器的輸出信號和所述第二相頻檢測器的輸出信號的反相形式的第二電荷泵，其中，所述第二電荷泵提供用於產生所述第一控制信號的開關電流K*Ir。
21.如權利要求20所述的三角波形發生器，其中，所述第二組電荷泵包括響應於所述第二相頻檢測器的輸出信號和所述第二相頻檢測器的輸出信號的反相形式的另一主電荷泵，其中，所述另一主電荷泵提供用於產生所述第二控制信號的開關電流Ir；以及響應於所述第一相頻檢測器的輸出信號和所述第一相頻檢測器的輸出信號的反相形式的另一第二電荷泵，其中，所述另一第二電荷泵提供用於產生所述第二控制信號的開關電流K*Ir。
22.如權利要求17所述的波形發生器，其中，所述窗口檢測電路包括設置成將所述第一三角波形和上閾值電壓比較來產生相應的輸出信號的第一比較器；設置成將所述第一三角波形和下閾值電壓比較來產生相應的輸出信號的第二比較器；以及響應於所述第一和第二比較器的輸出信號以產生所述窗口比較器信號的觸發器。
23.如權利要求22所述的波形發生器，其中，所述觸發器還響應於所述第一和第二比較器的輸出信號以產生所述窗口比較器信號的反相形式。
24.一种放大器，包括功率級；參考波形發生器，其提供具有不同相位的第一和第二參考信號；三角波形發生器，其通過跟蹤所述第一參考信號的幅度、頻率和相位而產生第一三角波形信號，並且通過跟蹤所述第二參考信號的幅度、頻率和相位而產生第二三角波形信號；交錯PWM放大器，其響應於輸入信號以及所述第一和第二三角波形信號來產生交錯PWM脈衝，以驅動所述功率放大級。
25.一種三角波形發生器，包括用來存儲電荷的存儲裝置；用來使存儲裝置充電和放電的調節器裝置；其中，所述調節器裝置響應於第一控制信號使所述存儲裝置充電，並且響應於第二控制信號使所述存儲裝置放電；以及用來響應於參考波形產生所述第一和第二控制信號的控制裝置。
26.如權利要求25所述的三角波形發生器，其中，所述控制裝置響應於所述參考波形的頻率和相位產生所述第一和第二控制信號。
27.如權利要求26所述的三角波形發生器，其中，所述控制裝置包括適合於產生所述第一控制信號的第一電荷泵裝置；以及適合於產生所述第二控制信號的第二電荷泵裝置，其中，所述第一和第二電荷泵裝置互相交叉耦合以產生所述第一和第二控制信號。
28.如權利要求26所述的三角波形發生器，其中，所述控制裝置包括響應於生成的三角波形產生窗口比較器信號的窗口檢測裝置；響應於所述窗口比較器信號和參考波形產生輸出信號的第一相頻檢測器裝置；以及響應於所述窗口比較器信號的反相形式和所述參考波形的反相形式產生輸出信號的第二相頻檢測器裝置。
29.如權利要求27所述的三角波形發生器，其中，所述控制裝置還包括用於產生所述第一控制信號的第一電荷泵裝置；以及用於產生所述第二控制信號的第二電荷泵裝置。
30.如權利要求29所述的三角波形發生器，其中，所述第一和第二電荷泵裝置互相交叉耦合以產生所述第一和第二控制信號。
31.如權利要求29所述的三角波形發生器，其中，所述第一電荷泵裝置包括主電荷泵裝置，其用於響應於所述第一相頻檢測器裝置的輸出信號和所述第一相頻檢測器裝置的輸出信號的反相形式，提供用於產生所述第一控制信號的開關電流Ir；以及第二電荷泵裝置，其用於響應於所述第二相頻檢測器裝置的輸出信號和所述第二相頻檢測器裝置的輸出信號的反相形式，提供用於產生所述第一控制信號的開關電流K*Ir。
32.如權利要求31所述的三角波形發生器，其中，所述第二電荷泵裝置包括另一主電荷泵裝置，其用於響應於所述第二相頻檢測器裝置的輸出信號和所述第二相頻檢測器裝置的輸出信號的反相形式，提供用於產生所述第二控制信號的開關電流Ir；以及另一第二電荷泵裝置，其用於響應於所述第一相頻檢測器的輸出信號和所述第一相頻檢測器的輸出信號的反相形式，提供用於產生所述第二控制信號的開關電流K*Ir。
33.如權利要求30所述的三角波形發生器，其中，所述窗口檢測裝置包括用於響應於生成的三角波形和上閾值電壓之間的比較產生輸出信號的第一比較器裝置；用於響應於生成的三角波形和下閾值電壓之間的比較產生輸出信號的第二比較器裝置；以及響應於所述第一和第二比較器裝置的輸出信號以產生所述窗口比較器信號的觸發器。
34.一種用於產生三角波形的方法，包括響應於第一控制信號而使電容元件充電以產生三角波形的第一斜坡；響應於第二控制信號而使電容元件放電以產生三角波形的第二互補斜坡；跟蹤參考信號的相位和頻率以產生所述第一和第二控制信號。
全文摘要
本發明提出一種包括電容元件、調節器和控制電路的三角波形發生器。調節器配置成響應於第一控制信號使電容元件充電，並響應於第二控制信號使電容元件放電。控制電路響應於參考波形以產生第一和第二控制信號。在一個例子中，控制電路響應於參考波形的幅度、頻率、相位以及對稱性來產生第一和第二控制信號。
文檔編號H03F3/217GK1992520SQ20061014952
公開日2007年7月4日 申請日期2006年10月10日 優先權日2005年10月17日
發明者G·R·斯坦利 申請人:哈曼國際工業有限公司