時鐘信號發生器的製作方法

2023-07-13 20:12:41

專利名稱：時鐘信號發生器的製作方法
技術領域：
本發明公開涉及時鐘信號發生器領域，具體地而不是排除地，涉及一種產生用於 開關模式電源時鐘信號的時鐘信號發生器。
背景技術：
來自電源的電磁幹擾(EMI)發射是個重要的問題，並且通常是電路設計的重新設 計和附加成本的原因。通常通過使用諸如零電壓切換、谷值切換和頻率抖動等控制機制來 減小EMI發射。產生頻率抖動的現有技術方法包括如編號為7,0 , 851 (Yang等人)的 美國專利公開的利用電容器切換的振蕩器、如US6，107，815 (Balakirshnan等人)和 US6, 229，366 (Balakirshnan 等人)公開的雙振蕩器以及如 US6, 249, 876 (Balakirshnan 等 人)公開的電流源調製。不必將現有公開文件或者在說明書任意背景技術中的列舉或討論看作是所述文 件或背景技術是現有技術狀態的一部分或者是公知常識。

發明內容
根據本發明的第一方面，提供了一種時鐘信號發生器，包括輸入管腳，用於接收振蕩信號；輸出管腳，用於提供時鐘信號；分頻器，連接在輸入管腳和輸出管腳之間，所述分頻器具有與該分頻器相關聯 的多個分頻因子(frequency division factor)，其中，在使用中，分頻器配置用於對振 蕩信號應用所述多個分頻因子之一作為使用中分頻因子(in-use frequency division factor)，以產生時鐘信號；以及控制器，配置用於用所述多個分頻因子中的另一分頻因子周期性地替換使用中分 頻因子。時鐘信號發生器還可以包括計數器，所述計數器配置用於對輸出時鐘信號中的脈 衝個數和/或接收到的振蕩信號中的脈衝個數進行計數。控制器可以配置用於當計數器達 到預定值時，用所述多個分頻因子中的另一分頻因子來替換使用中分頻因子。利用多個分頻因子可以確保任何電磁幹擾(EMI)都在頻率值範圍上展開，而不是 集中在單一的時鐘頻率。假設可以將周期性地用另一分頻因子替換使用中分頻因子的控制 器看作是實現時鐘頻率展開的方便實現方式。例如，可以不需要另外的振蕩器來提供對於 主振蕩器的控制，這可以減小時鐘信號發生器所需的矽面積/矽佔用(real-estate)。另 外，在一些示例中，當控制信號可以在不用頻率處可用時，在不同頻率處具有可用的時鐘信 號和振蕩器信號可以是有利的。應該理解的是使用中分頻因子的連續替換之間的時間段可以是規則的/ 一致的 或者不規則的/不一致的。
可以選擇所述多個分頻因子，以產生頻率圍繞中心頻率隨時間變化的時鐘信號， 並且可以選擇中心頻率，使得中心頻率適用於關聯的部件/電路，例如用於開關模式電源 (SMPS)的脈衝寬度調製器。時鐘信號發生器可以配置用於通過提供具有可變頻率的時鐘信號來減小電磁幹 擾(EMI)。應該理解的是周期性地替換使用中分頻因子引起時鐘信號的頻率隨時間變化。時鐘信發生器/計數器可以配置用於接收對使用中分頻因子的所需變化速率加 以表示的信號。計數器可以配置用於根據所需變化速率信號對計數應用乘數。控制器可以 配置用於根據使用中分頻因子的變化速率，周期性地用所述多個分頻因子中的另一分頻因 子替換使用中分頻因子。對所需變化速率加以表示的信號可以表示用戶輸入。這可以向用戶提供對系統 進行調諧的功能，可以在設定用於後續生產運行(productionrim)的參數之前在實驗室 (laboratory)中為用戶提供該功能，可以將此看作是這種困難領域中的決定性優勢。時鐘信號發生器還可以包括移位寄存器，所述移位寄存器配置用於(至少)存儲 所述多個分頻因子的分量(component)。在一些實施例中，分頻因子的分量可以是分頻因子 的實際值，在其他實施例中，分量可以與分頻因子的固定分量相加的分頻因子的可變分量。 在這些實施例中，可以選擇固定分量參數，使得可變分量和固定分量的時間平均值之和表 示時鐘信號的中心頻率。控制器可以配置用於通過移位寄存器對所述多個分頻因子的分量進行移位，使得 當周期性地替換使用中分頻因子時，在移位寄存器中存儲的所述多個分頻因子的下一分量 對分頻器的使用中分頻因子有貢獻。所述多個分頻因子可以包括分頻因子的序列，控制器可以配置用於當替換使用中 分頻因子時，應用分頻因子序列中使用中分頻因子之後的下一分頻因子。控制器可以配置 用於當替換序列中的最後一個分頻因子時，應用序列中的第一個分頻因子，或者可以配置 用於當到達序列的末尾時，按照相反次序順序地應用分頻因子。這裡公開的計數器的實施例可以使得設計者能夠選擇頻率的三角形變化 (triangular variation)，即，從最小值到最大值然後回到最小值有規律地變化的頻率。這 可以在PWM信號中產生低頻分量。由於按照相同的方式人耳朵並不是對於所有頻率都敏 感，並且SMPS產生的音頻噪聲可以是頻率調製速度、幅度和應用分量等的組合，所以與現 有技術相比，能夠為用戶提供調諧系統功能的功能可以使能以改進的方式控制由SMPS產 生的任意音頻噪聲。分頻因子的序列可以是有序的，或者可以按照隨機或者偽隨機產生的順序。分頻 因子的序列可以由在上限值和下限值之間的分頻因子組成。上限值和下限值可以在中心頻 率以上和以下與中心頻率等間距。分頻因子可以是整數值。時鐘信號發生器還可以包括除法器，所述除法器配置用於利用抖動範圍輸入信號 對移位寄存器輸出的分頻因子的分量進行除法運算，以提供分頻因子的可變分量。按照這 種方式，抖動範圍輸入信號可以用於控制分頻因子的可變分量的範圍，從而控制將由時鐘 信號發生器輸出的頻率的範圍。這提供了以認為適於特定環境的方式擴展EMI的功能，並 且可以提供能夠成功用在多種場景中的時鐘信號發生器的靈活實現。
抖動範圍輸入信號可以表示用戶輸入。這可以使得用戶能夠原位(insitu)控制 時鐘信號發生器的操作。時鐘信號發生器還可以包括求和部件，所述求和部件配置用於將分頻因子的可變 分量與分頻因子的固定分量相加，以提供分頻因子。可以根據抖動範圍輸入信號來選擇分 頻因子的固定分量的值，這可以使得即使當調節可變分量以改變頻率值的範圍時，也能夠 在時鐘信號發生器的輸出中維持恆定的中心頻率。可以根據抖動範圍輸入信號來選擇分頻因子的固定分量的值，使得可變分量和固 定分量的時間平均值之和表示時鐘信號的中心頻率，並且可以保持一致而與抖動範圍輸入 信號無關。控制器還可以包括抖動範圍輸入，所述抖動範圍輸入配置用於接收對所述多個分 頻因子的上限值和下限值加以表示的信號。控制器可以配置用於應用滿足分頻因子的上限 值和下限值的多個分頻因子。在抖動範圍輸入處接收的信號可以表示用戶輸入。這是有 利的，因為這可以使得系統設計者能夠選擇任意頻率變化幅度並以最小的努力和影響來改 變幅度。可以認為改變用於改變的數字代碼以及改變用於控制抖動範圍的合成是相對容易 的。例如，在裝配線上、在現場或者在用於測試的實驗室中，可以使抖動範圍是可編程的。因 為EMI可能難以理解和校正，所以這將是重要的。可能難以找到(如果不是找不到的話) 用於識別適當抖動範圍的解析方案，因此本發明的實施例可以提供一種便於系統設計者執 行不同抖動範圍的試驗和錯誤測試以確定優選抖動範圍的系統。時鐘信號的頻率可以配置為改變1 %、2%、5%、10%或任意其他值，所述任意其他 值足以擴展任意EMI發射而同時仍然提供對於由任意相關聯部件/電路使用來說可接受的 時鐘信號。時鐘信號發生器可以配置用於只接收一個振蕩信號。與現有技術相比，這可以減 小所需部件的個數，並且這可以提供所需矽面積的減小。還提出了一種系統，包括振蕩器，用於產生振蕩信號；以及這裡公開的任意時鐘信號發生器，其中振蕩器與時鐘信號發生器相連，使得振蕩器的振蕩信號被提供給時鐘信號發 生器的輸入管腳。系統還可以包括開關模式電源(SMPS)，開關模式電源是由時鐘信號可控的。SMPS 可以是反激式轉換器、降壓(Buck)轉換器、升壓(Boost)轉換器、升降壓(Buck-Boost)轉 換器或者利用時鐘信號的包括孤立(isolated)和非孤立(non-isolated)拓撲的任意其他 類型的電源或部件。系統可以是LED驅動器，例如主電源可連接的LED驅動器。系統可以只包括一個 振蕩器。可以提供一種包括這裡公開的任意時鐘信號發生器的低功率適配器。可以提供一種用於設備的電池充電器，所述電池充電器包括開關模式電源；振蕩器；以及這裡公開的任意時鐘信號發生器；
其中，振蕩器與時鐘信號發生器相連，使得振蕩器的振蕩信號被提供給時鐘信號 發生器的輸入管腳，並且開關模式電源是由時鐘信號發生器的時鐘信號可控的。設備可以是行動電話、膝上型計算機、具有USB埠的任意設備、數字相框、照相 機、可攜式攝像機、具有電池的任意設備或可與主電源相連的任意其他設備。開關模式電源可以配置用於根據時鐘信號產生脈衝寬度調製信號。可以提供一種集成電路(IC)，所述集成電路包括這裡公開的任意時鐘信號發生器 或任意系統/設備。可以提供一種與這裡公開的任意時鐘信號發生器相連的脈衝寬度調製(PWM)開 關或者PWM控制器，從而將時鐘信號發生器的輸出管腳用作PWM開關或PWM控制器的時鐘 輸入。可以提供一種數字頻率抖動電路，所述數字頻率抖動電路包括這裡公開的任意時 鍾信號發生器。根據本發明的另一方面，這裡提出了一種操作時鐘信號發生器的方法，所述時鐘 信號發生器包括分頻器，所述分頻器具有與所述分頻器相關聯的多個分頻因子，所述方法 包括應用所述多個分頻因子之一作為使用中分頻因子，以對從振蕩器接收到的信號進 行分頻，並且提供時鐘信號；用所述多個分頻因子中的另一分頻因子替換使用中分頻因子。方法還可以包括對時鐘信號中的脈衝個數進行計數，並且當計數器達到預定值 時，用所述多個分頻因子中的另一分頻因子替換使用中分頻因子。可以提供一種時鐘信號發生器，包括輸入管腳，用於接收振蕩信號；輸出管腳，用於提供時鐘信號；分頻器，連接在輸入管腳和輸出管腳之間，分頻器具有與該分頻器相關聯的多個 分頻因子，其中，在使用中，分頻器配置用於對振蕩信號應用所述多個分頻因子之一作為使 用中分頻因子，以產生時鐘信號；計數器，配置用於對輸出時鐘信號中的脈衝個數和/或接收到的振蕩信號中的脈 衝個數進行計數；以及控制器，配置用於當計數器的計數達到預定值時，用所述多個分頻因子中的另一 分頻因子來替換使用中分頻因子。可以提供一種操作時鐘信號發生器的方法，所述時鐘信號發生器包括分頻器，所 述分頻器具有與該分頻器相關聯的多個分頻因子，所述方法包括應用所述多個分頻因子之一作為使用中分頻因子，以對從所述振蕩器接收到的信 號進行分頻，並且提供時鐘信號；對時鐘信號中的脈衝個數和/或接收到的振蕩信號中的脈衝個數進行計數；當計數器達到預定值時，用所述多個分頻因子的另一分頻因子來替換使用中分頻 因子。可以提供一種電腦程式，所述電腦程式當在計算機上運行時，使計算機配置 包括這裡公開的時鐘信號發生器、電路、系統或裝置在內的任意設備，或者執行這裡公開的任意方法。電腦程式可以是軟體實現，並且所述計算機可以被看作是任意合適的硬體，作 為非限制性示例，所述任意合適的硬體包括數位訊號處理器、微控制器以及在只讀存儲器 (ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)或者電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)中的 實現。軟體可以是彙編程序。可以將電腦程式設置在諸如盤或者存儲器裝置之類的計算機可讀介質上，或者 可以具體實現為瞬時信號。這種瞬時信號可以是網絡下載的，包括網際網路下載。


現在參考附圖並且只作為示例給出以下描述，其中圖1示出了根據本發明實施例的時鐘信號發生器；圖2示出了包括根據本發明實施例的時鐘信號發生器的反激式電路；圖3示出了包括根據本發明實施例的時鐘信號發生器的功率適配器；圖4示出了根據本發明另外實施例的時鐘信號發生器；圖5示意性地示出了用於說明根據本發明實施例的時鐘信號發生器的使用的高 級信號時序圖；圖6示意性地示出了根據本發明實施例的方法；以及圖7示意性地示出了根據本發明實施例產生的輸出時鐘信號。
具體實施例方式這裡所描述的一個或多個實施例涉及時鐘信號發生器，所述時鐘信號發生器根據 接收到的振蕩信號提供時鐘信號。時鐘信號發生器可以包括分頻器，所述分頻器對振蕩器 信號應用多個分頻因子之一，以產生時鐘信號。時鐘信號發生器還可以包括控制器，所述控 制器周期性地用所述多個分頻因子中的另一分頻因子替換使用中分頻因子，以調節時鐘信 號的頻率。這可以已知為應用頻率抖動。這樣，可以隨時間調節時鐘信號的頻率，使得可以在頻率範圍上展開任意電磁幹 擾(EMI)。作為示例，時鐘信號的頻率可以在中心頻率值周圍變動1%。時鐘信號可以由用於開關模式電源(SMPS)的脈衝寬度調製信號發生器來使用。另外在一些實施例中，用戶可以設置用於確定最大抖動的頻率值的範圍，多個分 頻因子的值和順序的選擇可以確定抖動頻率的譜特性和時間特性。圖1示出了根據本發明實施例的時鐘信號發生器100。時鐘信號發生器100具有 與振蕩器102相連的輸入管腳104和提供輸出時鐘信號108的輸出管腳106。在該示例中，振蕩器是具有33MHz頻率的高頻振蕩器，輸出信號108具有99至 IOlKHz的頻率範圍，其中中心頻率是ΙΟΟΚΗζ。頻率值範圍可以看作是頻率抖動，並且引起 時鐘信號的上升沿和下降沿時間的變化。應該理解的是，本發明的實施例不局限於這裡所 述和說明的示例頻率值和分頻因子。時鐘信號發生器100包括分頻器110和控制器112。分頻器110具有與該分頻器 110相關聯的7個分頻因子的序列，這7個分頻因子是327、328、329、330、331、332和333。 應該理解的是在該示例中，分頻因子的平均值是330，因此輸出時鐘信號108的中心頻率將 是ΙΟΟΚΗζ，即33MHZ + 330。在任意一個時間，這7個分頻因子中有一個正在使用中。
控制器112接收輸出時鐘信號106作為輸入，並且周期性地用序列中的下一分頻 因子來替換使用中分頻因子。即，用分頻因子333來替換分頻因子332，用分頻因子327來 替換分頻因子333，從而回到序列的起點，等等。在其他示例中，可以不按順序替換分頻因子。應該理解的是周期性地替換「使用中」的分頻因子，以調節輸出時鐘信號108的頻 率。這種替換的周期可以是不規則的或是規則的，或者可以由用戶設定。在一個示例中，每 隔Ims替換使用中分頻因子。與圖1的時鐘信號發生器100相關聯的優點包括當與現有技術相比，減小了實現 時鐘信號發生器所需的矽面積。這可能是至少部分地由於只需要單一振蕩器，而現有技術 可能需要至少兩個振蕩器。另外的優點在於由高頻振蕩器102產生的信號也可以由與時鐘 信號發生器100相關聯的任意部件使用，例如用於以比輸出時鐘信號108的頻率更高的頻 率檢測事件的部件。即，附加高頻時鐘信號可以是可用的，而這在現有技術中是不可用的。這裡所述的時鐘信號發生器100的實施例具體對於產生用於開關模式電源的時 鍾信號以及具體地用於開關模式電源(SMPS)的脈衝寬度調製器(PWM)信號來說是有用的。 同樣，本發明的實施例在低功率系統中也特別有用，例如使用小於20W功率的系統。圖2示意性地示出了開關模式電源(SMPS)的電路圖，在該實施例中是使用開關模 式電源(SMPS)使用根據本發明實施例的低功率適配器集成電路202的反激式轉換器。反激式轉換器在端子204處接收輸入電壓，並且將輸入電壓提供給橋式整流器 (bridge rectifier) 206。經由電感器210將橋式整流器的正輸出提供給反激式轉換器的 變壓器208的初級線圈208a的第一端子。此外，橋式整流器206的負輸出被提供給低功率 適配器集成電路(IC) 202，並且還通過並聯的兩個電容器C1212和C2214耦接至橋式整流器 206的正輸出。這兩個電容器C1212和C2214用於平滑橋式整流器206的輸出。與變壓器208的初級線圈208a的第二端子相連的是來自低功率適配器202的輸 出(圖2和圖3中標識為C的管腳)，並且下面將參考圖3詳細描述低功率適配器202。在該示例中，變壓器208具有兩個次級線圈208b、208c。第一次級線圈208b耦接至 輸出級216，輸出級216與傳統反激式轉換器的輸出級類似。第二次級線圈208c間接地耦 接至低功率適配器202的VCC管腳以及低功率適配器202的FB管腳。第二次級線圈208c 和低功率適配器202之間的這些連接在本領域是總所周知的。在一些示例中，可以將第二次級線圈208c分為兩個完全獨立的線圈或者以串聯 方式來提供，一個線圈經由整流器/電容器與VCC管腳相連，另一個線圈經由分頻器電橋 (divider bridge)與FB管腳相連。這種線圈的分割或者不分割以及與公共點的連接可以 作為製造和設計選項來選擇。圖3示出了基於數字核、AD和DAC的圖2的低功率適配器IC 202的其他細節。低 功率適配器202配置用於根據傳統反激式轉換器電路，在輸出端子C 304處產生脈衝寬度 調製(PWM)信號。低功率適配器202輸出的信號304是在標識為C的管腳處提供的，並且 被提供給如圖2所示的變壓器208的初級線圈的第二端子。低功率適配器202包括從抖動部件308接收時鐘信號的數字脈衝寬度調製器 (PWM) 306，抖動部件380從振蕩器301接收振蕩器信號。抖動部件308是根據本發明實施 例的時鐘信號發生器的示例，將參考圖4更詳細描述抖動部件308。
圖4示出了圖3中所示的抖動部件308，圖5示出了在使用抖動部件308期間的信 號的示例時序圖。在該示例中，所接收到的振蕩器頻率是10. 4MHz，在圖4和圖5中用參考 數字412表示。在該示例中是7比特計數器的第一計數器401包括第一求和部件402和第一寄存 器410。第一求和部件402針對10. 4MHz振蕩器的每一個時鐘周期接收輸入信號404，由 Id 404表示。「Id」中的「d」表示作為十進位數字的在前數字(preceding number)，例如與 十六進位或者二進位相反。第一求和部件402還接收溢位(overflow)輸入信號406，溢位 輸入信號406是第一寄存器410的輸出。將第一求和部件402的輸出作為數據輸入提供給 第一寄存器410。假如至第一寄存器410的時鐘輸入是高頻振蕩器信號412，在該實施例中高頻振 蕩器信號412具有10. 4MHz的頻率。可以從圖4中未示出的電流受控振蕩器(CCO)接收高 頻振蕩器信號412。將所述寄存器410的Q輸出414作為溢位輸入406提供給第一計數器 402。這樣，第一計數器401對振蕩器脈衝的個數進行計數。求和部件/加法器402由邏輯組成，第一寄存器410用於使系統與10. 4MHz時鐘 同步，所述10. 4MHz時鐘是振蕩器時鐘。還將第一寄存器410的Q輸出414作為第一輸入提供給異或(X_0R)邏輯門416。 下面描述至X-OR門416的第二輸入，所述第二輸入表示使用中分頻因子。X-OR門416的輸 出420表示第一計數器401的輸出信號411和使用中分頻因子之間的比較，並且被提供給 第一計數器401的復位管腳。這樣，第一計數器401對振蕩器脈衝的個數進行計數，直到計 數與使用中分頻因子匹配為止，如果匹配，則由X-OR門416產生復位信號，並將復位信號發 送給第一計數器401。第一計數器的遞增計數在圖5中被示為參考符號414。X-OR門416的輸出420是時鐘信號發生器的輸出時鐘信號420。輸出時鐘信號 420在圖5中被示為具有IOOKHz的頻率，並且應該理解的是IOOKHz是輸出時鐘信號420的 時間平均的中心頻率。將輸出時鐘信號420作為數據輸入提供給可選的D型觸發器(flipflop)418。還 將10. 4MHz的振蕩器信號412作為時鐘輸入提供給第二 D型觸發器412。可選的D型觸發器 418可以用於重新同步數據路徑。可以將可選的D型觸發器418看作是抗尖峰脈衝觸發器。 使用邏輯塊的輸出直接驅動同步塊可以產生可以被看作是有效轉換的假信號(glitch)。因 此，與觸發器的重新同步可以去除這種不希望的行為。將第二 D型觸發器418的Q輸出422作為時鐘輸入提供給第三寄存器424。可以 將第三寄存器似4和第二求和部件似6 —起看作是第二計數器423，第二計數器在該實施例 中是8比特計數器。將第三寄存器424的Q輸出作為溢位輸入提供給第二求和部件426。將第二求和 部件似6的輸出作為數據輸入提供給第三寄存器424。將對所需變化速率(ld/2d/4d)加以 表示的信號4 作為復位輸入提供給第二計數器426。在該示例中，變化速率是(ld)，表示 對於輸出信號420的每一個時鐘周期計數增加1。在其他示例中，對於輸出信號420的每一 個時鐘周期計數可以增加2 (2d)，或者對於輸出信號420的每一個時鐘周期計數可以增加 4(4d)。所需變化速率信號4 可以表示用戶輸入，可以根據時鐘信號發生器的特定設計要 求來設置所需變化速率信號428。
第二計數器423的輸出信號425表示何時應當改變使用中分頻因子。作為示例， 如果第二計數器423可以計數到200，並且變化速率表示2d，那麼在輸出時鐘信號420的每 一個時鐘周期，計數按照變化速率輸入4 增加2。這將引起第二計數器423產生IKHz頻 率的溢位信號425。即，溢位信號425的頻率等於輸出時鐘信號420的頻率(在該示例中是 IOOKHz)乘以變化速率428(在該示例中是2d)、除以第二計數器423的溢位值(在該示例 中是200)。這樣，計數器423可以對輸出時鐘信號420中的脈衝個數進行計數，並且當計數器 423達到預定值時引起使用中分頻因子變化。在該示例中，所述預定值是第二計數器的溢位 值除以變化速率428，變化速率信號4 表示對計數應用的乘數。在其他示例中，可能不需 要變化速率信號428，所述預定值可以是第二計數器423的溢位值。在另外的示例中，可以 對接收到的(在該示例中從10. 4MHz振蕩器接收到的)振蕩信號中的脈衝進行計數，並代 替輸出時鐘信號420的計數或與輸出時鐘信號420的計數一起使用，以確定什麼時候應該 改變使用中分頻因子。應該理解的是將接收到的振蕩信號和/或輸出時鐘信號420的計數與預定值相 比較可以是周期性替換使用中分頻因子的方便實現方式。另外，根據接收到的振蕩信號和 /或輸出時鐘信號改變使用中分頻因子可以減小使用中分頻因子在周期中半途改變的可能 性，所述改變將導致使用不精確的分頻因子。在圖4和圖5中用參考數字427示出了第二求和部件426的輸出，並且用參考數 字425示出了第二計數器423的輸出。應該理解的是變化速率Id將產生具有2KHz頻率的第二計數器輸出信號425，變化 速率4d將產生具有0. 5KHz頻率的第二計數器輸出信號425。在一些實施例中，用於選擇變化速率的功能可以被看作是可選的。還將第三寄存器425的Q輸出425作為時鐘輸入提供給採用0/+15輸出解碼的線 性反饋移位寄存(LFSR)432。線性反饋移位寄存器432是偽隨機數字字發生器，並且當從第 二計數器423接收上升沿時，輸出偽隨機序列中的下一個字。從給定的起始點，LFSR將總是產生在邊界0和15內的相同字序列，但是所產生的 字序列在其中沒有「順序」。這樣，可以對字進行解碼以產生給定範圍內的數字，值的序列是 偽隨機地產生的，通過解碼來為值的序列定界。在該示例中，下限是0，上限是15。在其他 示例中，可以使用較小的LFSR(在這種情況下使用4比特LFSR以產生在從0到15範圍內 的數字字)，儘管序列重複速率率可以與LFSR大小有關。因此，由於將每16個時鐘周期重 複數字字，所以分頻因子的序列將變得較不偽隨機。在圖5中示例LFSR輸出信號433被示為對於上述「變化速率」所表示的時間段具 有0和15之間的值。在一些實施例中，可以將可選的同步部件430設置在第三寄存器424的Q輸出和 LFSR 432的時鐘輸入之間。同步部件430可以用於補償振蕩器信號與第三寄存器似4產生 的Q輸出信號之間的任意延遲。將LFSR 432的輸出443作為輸入提供給向左移位部件434。向左移位部件434接 收幅度信號436，幅度信號436表示應用到輸出時鐘信號的最大抖動。幅度信號436可以被 看作是抖動範圍輸入信號。
應該理解的是「最大抖動」是頻率相對於中心頻率的峰值偏離。LFSR 432的輸出提供了值在0和15之間的數字字，該數字字可以被看作是可變數 字，該可變數字將與固定數字相加以提供使用中分頻因子。可以將可變數字和固定數字看 作是分頻因子的分量。如根據以下描述應該理解的，LFSR 432產生的輸出值的範圍表示可 以實現的最大幅度/頻率抖動。該示例中的向左移位部件435配置用於對從LFSR 432接收的字應用向左移位2 比特、1比特或0比特的操作。因為已知向左移位2比特的操作執行除以4功能，向左移位1 比特執行除以2功能，以及向左移位0比特執行除以1功能，所以可以將向左移位部件435 看作是除法器。在一些實施例中，可以將向左移位部件434看作是可選的，因為向左移位部件434 可以允許用戶控制頻率抖動的程度，所控制的抖動程度高達由LFSR 432的輸出限定的最 大值，在其他實施例中，可以不需要這種功能。將向左移位部件434的數字字輸出作為溢位輸入提供給第三計數器438，以向計 數器438提供要使用的分頻因子的可變分量。提供給第三計數器438的復位輸入是三個信號440、441和442之一，這一個信號 是根據提供給向左移位部件434的幅度信號436來選擇的。向第三計數器438的復位輸入 提供的信號表示要使用的分頻因子的固定分量。針對第三計數器438的第一固定分量信號在圖4中由附圖標記440給出，表示具 有值96的分頻因子的固定分量。當幅度信號436表示最大頻率抖動15時，將第一固定分 量信號440提供給第三計數器438的輸入。這樣，將固定分量96與在0到15範圍的可變 分量相加，使得將分頻因子範圍的中心值設置為104(固定分量與可變分量平均值之和)。第二固定分量信號441表示具有值100的分頻因子的固定分量，並且用在最大頻 率抖動是7個時鐘周期時，即，當向左移位部件434已經將LFSR的輸出信號除以2時。第 二固定分量信號441還確保了分頻因子範圍的中心值是104。第三固定分量信號442表示具有值102的分頻因子的固定分量。第二固定分量信 號442用於3個時鐘周期的最大抖動，並且再次確保了分頻因子範圍的中心值保持在104， 而與所應用頻率抖動的幅度無關。在該示例中，將這三個固定分量信號440、441和442作為輸入提供給多路復用器 443，幅度信號436用於選擇將這三個固定分量信號440、441和442的哪一個作為多路復用 器443的輸出並從而提供給第三計數器438的輸入。第三計數器438的輸出表示使用中分頻因子，並且由可變分量與固定分量之和組 成。使用中分頻因子的下限是可變分量的最小值與固定分量之和，使用中分頻因子的上限 是可變分量的最大值與固定分量之和。可選地，將第三計數器438的輸出提供給第二同步單元442，所述第二同步單元 442配置用於補償由圖4中所示部件引起的任意延遲。將第三計數器438的輸出415(或者在存在一個第二同步單元的情況下的第二同 步單元442)作為第二輸入提供給如上標識的X-OR門416。根據以上描述應該理解是，稱作ld、2d等等的信號是表示應用到振蕩器信號412 的十進位倍數的固定數位訊號。即，對於具有輸入Id的計數器，計數將這在每一個時鐘脈衝遞增1，例如從16-17-18-19-20-21-等等。對於具有輸入2d的計數器，計數器將在每一 個時鐘脈衝時增加2，例如從16-18-20-22-等等。可以修改圖5的實施例，使得使用中分頻因子可以根據三角波形來變化，從而頻 率從最小值到最大值並回到最小值規律地變化。這可以在後續產生的PWM信號中產生低頻 分量。因為人耳朵按照相同的方式並不是對於所有的頻率都敏感，並且由SMPS產生的音頻 噪聲可以是頻率調製速度、幅度和應用分量等的組合，所以與現有技術相比，能夠向用戶提 供調諧系統功能的功能可以使能以改進的方式來控制由SMPS產生的任意音頻噪聲。應該理解的是本發明的實施例可以用於需要時鐘信號的任意裝置以及任意類型 的開關模式電源。本發明的實施例不局限於反激式轉換器，而是也可以用於降壓轉換器、升 壓轉換器、升降壓轉換器或者利用時鐘信號的任意其他類型的電源或部件。圖6示意性地示出了操作根據本發明實施例的時鐘信號發生器的方法的流程圖。 時鐘信號發生器具有分頻器，分頻器具有與該分頻器相關聯的多個分頻因子，上面提供了 這種時鐘信號發生器的示例。流程開始於步驟602，在步驟602，通過對從振蕩器接收的信號應用所述多個分頻 因子之一，來產生時鐘信號。可以將所應用的分頻因子看作是使用中分頻因子。時鐘信號 可以由開關模式電源(SMPS)來使用，更具體地由可以產生脈衝寬度調製(PWM)信號的SMPS 的開關部件來使用。流程在步驟604繼續，在步驟604，周期性地用所述多個分頻因子中的另一分頻因 子來替換使用中分頻因子。這樣，可以隨時間調節所產生的時鐘信號的瞬時頻率，這可以導 致任意電磁幹擾(EMI)在頻譜上展開，而不是集中到單一頻率。應該理解的是，EMI發射可 以引起與相關電路有關的問題，並且可以在電路設計中招致附加的成本，以抵消或者減輕 EMI發射的效果。圖7示意性地示出了可以根據本發明實施例產生的輸出時鐘信號700。輸出時鐘 信號700示出了如何可以將時鐘信號的頻率看作是以「抖動幅度」704圍繞中心頻率702而 變化。抖動幅度704的上限和下限表示時鐘信號702的最大和最小瞬時頻率值，並且由多 個離散階躍706組成，所述多個離散階躍706表示可以在任意給定時刻應用不同分頻因子。這裡描述的實施例可以用於作為設備電池充電器一部分的SMPS。作為非限制性示 例，設備可以是行動電話、膝上型計算機、具有USB埠的任意設備、數字相框、照相機、便 攜式攝像機或者具有電池的任意設備或者可與主電源相連的任意其他設備。此外，本發明 的一個或多個實施例可以與用於向一個或多個LED串供電的SMPS —起使用。本發明的實施例可以包括單個高頻振蕩器、與所述高頻振蕩器相連的具有多個整 數分頻值(integer division value)的分頻器、與所述分頻器相連的控制電路，所述控制 電路建立分頻因子的序列，所述分頻因子與所述整數分頻值相同。分頻器的輸出可以用作 脈衝寬度調製頻率以及用作所述控制電路的輸入。在一些實施例中，可以實現僅使用一個振蕩器從高頻時鐘產生具有預定抖動特性 的低頻時鐘。與本發明實施例相關聯的優點可以包括作為示例，產生已知的抖動特性和先進 的抖動特性，從而可以引入噪聲整形；以及本發明實施例只使用一個振蕩器，而現有技術典 型地使用兩個振蕩器。此外，可以不需要數模轉換器(DAC)，也可以不需要開關電容器。
權利要求
1.一種時鐘信號發生器(100)，包括輸入管腳(104)，用於接收振蕩信號；輸出管腳(106)，用於提供時鐘信號；分頻器(110)，連接在輸入管腳(104)和輸出管腳(406)之間，所述分頻器(110)具有 與所述分頻器(110)相關聯的多個分頻因子，其中，在使用中，所述分頻器(110)被配置為 將所述多個分頻因子之一作為使用中分頻因子來應用于振蕩信號，以產生時鐘信號；計數器023)，配置用於對輸出時鐘信號(420)中的脈衝個數和/或接收到的振蕩信號 中的脈衝個數進行計數；以及控制器(112)，配置用於當計數器023)的計數達到預定值時，用所述多個分頻因子中 的另一分頻因子替換使用中分頻因子。
2.根據權利要求1所述的時鐘信號發生器(100)，其中，計數器配置用於接收對使用中 分頻因子的所需變化速率加以表示的信號(428)，並且計數器配置用於根據所需變化速率 信號(428)對計數應用乘數。
3.根據權利要求2所述的時鐘信號發生器(100)，其中，對所需變化速率加以表示的信 號(428)表示用戶輸入。
4.根據任一前述權利要求所述的時鐘信號發生器(100)，其中，選擇所述多個分頻因 子，以產生頻率圍繞中心頻率隨時間變化的時鐘信號。
5.根據任一前述權利要求所述的時鐘信號發生器(100)，其中，所述多個分頻因子包 括分頻因子的序列，控制器(112)配置用於當替換使用中分頻因子時，應用分頻因子序列 中所述使用中分頻因子之後的下一分頻因子。
6.根據權利要求5所述的時鐘信號發生器(100)，其中，控制器(112)配置用於當到達 序列的末尾時，按照相反次序順序地應用分頻因子。
7.根據權利要求5或6所述的時鐘信號發生器(100)，其中，分頻因子的序列是在上限 值和下限值之間偽隨機地產生的分頻因子的序列。
8.根據任一前述權利要求所述的時鐘信號發生器(100)，其中，控制器(11 還包括抖 動範圍輸入036)，所述抖動範圍輸入(436)配置用於接收對所述多個分頻因子的上限值 和下限值加以表示的信號；控制器配置用於應用滿足分頻因子的上限值和下限值的多個分 頻因子。
9.根據任一前述權利要求所述的時鐘信號發生器(100)，還包括移位寄存器，所述移 位寄存器配置用於存儲所述多個分頻因子的分量，控制器(11 配置用於通過移位寄存器 對所述多個分頻因子的分量進行移位，使得當周期性地替換使用中分頻因子時，在移位寄 存器中存儲的所述多個分頻因子的下一分量對分頻器的使用中分頻因子有貢獻。
10.根據權利要求9所述的時鐘信號發生器，還包括除法器034)，所述除法器配置用 於根據抖動範圍輸入信號(436)對移位寄存器(43 輸出的分頻因子的分量進行除法運 算，以提供分頻因子的可變分量。
11.根據權利要求10所述的時鐘信號發生器，其中，抖動範圍輸入信號(436)表示用戶 輸入。
12.根據權利要求10或11所述的時鐘信號發生器，還包括求和部件038)，所述求 和部件配置(438)用於將分頻因子的可變分量與分頻因子的固定分量相加，以提供分頻因子，其中，根據抖動範圍輸入信號(436)來選擇分頻因子的固定分量的值。
13.根據權利要求12所述的時鐘信號發生器，其中，根據抖動範圍輸入信號(436)來 選擇分頻因子的固定分量的值，使得可變分量和固定分量的時間平均值之和表示時鐘信號 (420)的中心頻率。
14.根據任一前述權利要求所述的時鐘信號發生器，其中，控制器(110)還包括變化速 率輸入0觀)，所述變化速率輸入(428)配置用於接收對使用中分頻因子的變化速率加以 表示的信號；控制器配置用於根據使用中分頻因子的變化速率，周期性地使用所述多個分 頻因子中的另一分頻因子替換使用中分頻因子。
15.一種系統，包括振蕩器(102)，用於產生振蕩信號；以及根據任一前述權利要求所述的時鐘信號發生器(100)，其中，振蕩器(102)與時鐘信號發生器(100)相連，使得振蕩器(102)的振蕩信號被提 供給時鐘信號發生器(100)的輸入管腳(104)。
16.根據權利要求15所述的系統，其中，所述系統只包括一個振蕩器(102)。
17.根據權利要求15或16所述的系統，還包括開關模式電源，所述開關模式電源是由 時鐘信號可控的。
18.根據權利要求17所述的系統，其中，開關模式電源是反激式轉換器、降壓轉換器、 升壓轉換器、升降壓轉換器。
19.一種低功率適配器，包括根據權利要求1至14中任一項所述的時鐘信號發生器。
20.一種用於設備的電池充電器，所述電池充電器包括開關模式電源；振蕩器(102)；以及根據權利要求1至14中任一項所述的時鐘信號發生器(100)；其中，振蕩器(102)與時鐘信號發生器(100)相連，使得振蕩器(102)的振蕩信號被提 供給時鐘信號發生器(100)的輸入管腳(104)，開關模式電源是由時鐘信號發生器(100)的 時鐘信號可控的。
21.一種操作時鐘信號發生器(100)的方法，時鐘信號發生器(100)包括分頻器 (110)，所述分頻器(110)具有與所述分頻器(110)相關聯的多個分頻因子，所述方法包 括應用所述多個分頻因子之一作為使用中分頻因子，以對從振蕩器接收到的信號進行分 頻，並且提供時鐘信號；對時鐘信號中的脈衝個數和/或接收到的振蕩信號中的脈衝個數進行計數；當計數器達到預定值時，用所述多個分頻因子中的另一分頻因子替換使用中分頻因子。
22.—種電腦程式，當在計算機上運行時，使計算機配置根據權利要求1至14中任 一項所述的時鐘信號發生器、根據權利要求15至18中任一項所述的系統、根據權利要求19 所述的低功率適配器、根據權利要求20所述的電池充電器、或者執行根據權利要求21所述 的方法。
全文摘要
本發明提出了一種時鐘信號發生器(100)，包括輸入管腳(104)，用於接收振蕩信號；輸出管腳(106)，用於提供時鐘信號。時鐘信號發生器(100)還包括分頻器(110)，連接在輸入管腳(104)和輸出管腳(406)之間。分頻器(110)具有與該分頻器相關聯的多個分頻因子，其中，在使用時，分頻器(110)配置用於對振蕩信號應用所述多個分頻因子之一作為使用中分頻因子，以產生時鐘信號。時鐘信號發生器(100)還包括計數器(423)，配置用於對輸出時鐘信號(420)中的脈衝個數和/或接收到的振蕩信號中的脈衝個數進行計數；以及控制器(112)，配置用於當計數器(423)的計數達到預定值時，用所述多個分頻因子中的另一分頻因子替換使用中分頻因子。
文檔編號H03L7/00GK102088285SQ20101057829
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月3日 優先權日2009年12月4日
發明者埃默裡克·於崗, 西恩格·法塔赫 申請人:Nxp股份有限公司