相關(guān)申請

本申請要求2015年2月27日提交的美國申請no.14/634,412的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用以其整體并入本文，以用于所有目的。

背景技術(shù)：

本公開涉及電子電路和方法，特別是涉及具有有限狀態(tài)機控制的多電平開關(guān)調(diào)節(jié)器電路和方法。

開關(guān)調(diào)節(jié)器是通過將無源元件切換到不同的電氣配置中及從不同的電氣配置中切換出來產(chǎn)生調(diào)節(jié)的電壓或電流的電路。圖1圖示了一種開關(guān)調(diào)節(jié)器拓撲結(jié)構(gòu)的一個示例。在這一示例開關(guān)調(diào)節(jié)器中，開關(guān)101和102接通和關(guān)斷，使得輸入電壓vdd對電感器(l)103充電。當開關(guān)101閉合并且開關(guān)102斷開時，能量從vdd被提供至電感器103，以生成電感器電流il。開關(guān)102周期性地閉合并且開關(guān)101斷開，并且隨著電感器中能量的耗散，電感器電流il繼續(xù)向輸出“out”流動。開關(guān)101和102由開關(guān)控制電路104控制，并且每個開關(guān)的接通/關(guān)斷時間可以根據(jù)多種不同應(yīng)用需求而改變。開關(guān)調(diào)節(jié)器是用于提供電壓和電流的非常高效的電路，但在某些應(yīng)用中存在許多問題。例如，開關(guān)調(diào)節(jié)器的一個挑戰(zhàn)是在開關(guān)接通和關(guān)斷時由開關(guān)生成的噪聲。這被稱為開關(guān)噪聲?？梢酝ㄟ^使用較大的電感器來有效地抑制開關(guān)噪聲。然而，使用較大的電感器具有降低效率的缺點，特別是如果輸出上的電壓在改變的話。優(yōu)化開關(guān)噪聲和效率是諸如降壓拓撲結(jié)構(gòu)以及其他拓撲結(jié)構(gòu)(例如，升壓、反激、降壓升壓等)之類的許多現(xiàn)有開關(guān)調(diào)節(jié)器拓撲結(jié)構(gòu)的約束。

有時采用開關(guān)調(diào)節(jié)器的一個特定應(yīng)用是在功率放大器應(yīng)用中的包絡(luò)跟蹤中。在線性功率放大器中實現(xiàn)高效率是具有挑戰(zhàn)性的，特別是在調(diào)制方案變得更加復(fù)雜并且其峰均功率比增加的無線應(yīng)用中。包絡(luò)跟蹤(et)是通過連續(xù)調(diào)節(jié)pa的電源電壓來提升pa效率從而提高傳輸期間的效率的方法。

圖2示出了用于一種類型的包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的一個示例配置。在該示例中，輸入信號vin被提供在功率放大器(pa)203的輸入處，以產(chǎn)生功率放大信號vout。pa203從線性放大器201和開關(guān)級202的配置接收電源電壓vdd和電源電流idd。線性和開關(guān)級一起工作，以基于功率放大器輸入信號vin的包絡(luò)線來調(diào)節(jié)vdd的電平，從而提高功率放大器203的效率。在該示例中，線性放大器201接收表示例如vin的包絡(luò)線的包絡(luò)跟蹤信號(et)。線性放大器201可以產(chǎn)生電壓vdd和電流iamp。開關(guān)級202接收基于包絡(luò)線信號的開關(guān)信號sw。在該示例中，sw是通過感測iamp而產(chǎn)生的。開關(guān)級202產(chǎn)生電壓vdd和電流isw。電流iamp和isw的總和是由pa203汲取的電源電流idd。開關(guān)調(diào)節(jié)器級202提升了et的效率，但它噪聲大。線性調(diào)節(jié)器級201速度更快，并且確保實現(xiàn)pa的峰值效率的最佳電源電壓，但它(功率)有損耗。不幸的是，噪聲和效率是矛盾的性能要求。包絡(luò)跟蹤應(yīng)用有時對噪聲和效率以及例如諸如帶寬和輸出電壓動態(tài)范圍的其他性能指標有非常嚴格的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開包括具有有限狀態(tài)機控制的多電平開關(guān)調(diào)節(jié)器電路和方法。在一個實施例中，電路包括開關(guān)調(diào)節(jié)器和有限狀態(tài)機。開關(guān)調(diào)節(jié)器包括高邊和低邊開關(guān)，以及至少一個電容器。有限狀態(tài)機接收開關(guān)信號和占空比信號，以向開關(guān)生成開關(guān)控制信號。開關(guān)在有限狀態(tài)機的控制下響應(yīng)于開關(guān)信號和占空比信號的轉(zhuǎn)變而接通和關(guān)斷。開關(guān)信號可以從包絡(luò)跟蹤信號生成，并且開關(guān)調(diào)節(jié)器可以是包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的一部分。

以下詳細描述和附圖提供了對本公開的性質(zhì)和優(yōu)點的更好理解。

附圖說明

圖1圖示了一種開關(guān)調(diào)節(jié)器拓撲結(jié)構(gòu)的一個示例。

圖2示出了用于一種類型的包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的一個示例配置。

圖3圖示了根據(jù)一個實施例的開關(guān)調(diào)節(jié)器電路。

圖4a圖示了根據(jù)一個實施例的用于高占空比的電路的操作。

圖4b圖示了圖4a的電路的波形。

圖5a圖示了根據(jù)一個實施例的用于低占空比的電路的操作。

圖5b圖示了圖5a的電路的波形。

圖6a圖示根據(jù)一個實施例的、電路從高占空比轉(zhuǎn)變到低占空比的操作。

圖6b圖示了圖6a的電路的波形。

圖7圖示了根據(jù)一個實施例的一個示例有限狀態(tài)機。

圖8圖示了根據(jù)一個實施例的有限狀態(tài)機的第一級。

圖9圖示了根據(jù)一個實施例的有限狀態(tài)機的第二級。

圖10圖示了根據(jù)一個實施例的方法。

圖11圖示了根據(jù)一個實施例的包括電流感測滯環(huán)控制器的一個示例電路。

圖12圖示了根據(jù)另一實施例的示例開關(guān)調(diào)節(jié)器反饋回路。

具體實施方式

本公開涉及具有有限狀態(tài)機控制的多電平開關(guān)調(diào)節(jié)器電路和方法。在以下描述中，為了說明的目的，闡述了許多示例和具體細節(jié)，以便提供對本公開的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，如權(quán)利要求中所表達的本公開可以僅包括這些示例中的特征中的一些或全部，或者包括這些示例中的特征中的一些或全部與下文所描述的其他特征的組合，并且還可以包括本文所描述的特征和概念的修改和等價物。

在本文中關(guān)于說明在開關(guān)調(diào)節(jié)器中有用的各種創(chuàng)新性方面和技術(shù)的特定示例來描述本公開的特征和優(yōu)點。例如，特定實施例可以包括用于具有3電平降壓級配置的低噪聲、高效率的包絡(luò)跟蹤放大器的創(chuàng)新性滯環(huán)控制技術(shù)。一個示例可以采用全數(shù)字控制實現(xiàn)方式，并且因此能夠利用更先進的低成本cmos技術(shù)，在該技術(shù)中，可獲得快速器件但是它們的電壓容差較小。一些實施例可以在噪聲和效率性能方面提供對使用常規(guī)降壓級的常規(guī)包絡(luò)跟蹤技術(shù)的顯著改進。在包絡(luò)跟蹤的上下文中描述了本文所公開的某些控制方案，但是本公開的特定方面可以更普遍地適用于所有其他開關(guān)調(diào)節(jié)器拓撲結(jié)構(gòu)。

包絡(luò)跟蹤放大器通常對噪聲、效率、帶寬和輸出電壓動態(tài)范圍性能具有嚴格的要求。用于高電壓應(yīng)用的飛跨電容器3電平降壓轉(zhuǎn)變器可以被配置為將每個開關(guān)上的電壓應(yīng)力減小例如電源電壓的一半。多電平拓撲結(jié)構(gòu)也可以如下文示例所描述的那樣用于包絡(luò)跟蹤，因為其能夠?qū)崿F(xiàn)噪聲與效率之間的有利折衷，使例如選擇小部件及因此降低成本成為可能。將多電平拓撲結(jié)構(gòu)應(yīng)用于包絡(luò)跟蹤是有挑戰(zhàn)性的，因為典型的pwm控制太慢而無法滿足高帶寬要求。本公開的某些實施例包括全數(shù)字控制方案，以提供例如更快的控制，并且全數(shù)字控制方案可以利用先進的cmos技術(shù)。

圖3圖示了根據(jù)一個實施例的開關(guān)調(diào)節(jié)器電路。在一個實施例中，開關(guān)調(diào)節(jié)器包括高邊開關(guān)、低邊開關(guān)、輸出電感器和控制電路(本文中，有限狀態(tài)機fsm)。該示例圖示了本公開應(yīng)用于包絡(luò)跟蹤的有利特征，但是本文所描述的特征也適用于其他開關(guān)調(diào)節(jié)器拓撲結(jié)構(gòu)(例如，降壓、升壓、降壓升壓、反激等)。在該示例中，功率放大器(pa)350接收待放大的輸入信號vin，并產(chǎn)生功率放大器輸出信號vout，該信號在一些應(yīng)用中(例如，無線發(fā)射器)可以耦合到例如天線。根據(jù)本公開的多電平開關(guān)調(diào)節(jié)器可以包括多個高邊開關(guān)(例如，晶體管m2和m3)、多個低邊開關(guān)(例如，晶體管m0和m1)以及至少一個電容器(c)390。在該示例中，電容器390具有耦合到高邊開關(guān)(例如，m2和m3)之間的第一節(jié)點的第一端子，以及耦合到低邊開關(guān)(例如，m0和m1)之間的第二節(jié)點的第二端子。高邊開關(guān)和低邊開關(guān)接收由有限狀態(tài)機304生成的開關(guān)控制信號和以接通和關(guān)斷開關(guān)。在該示例中，開關(guān)是mos晶體管，并且開關(guān)控制信號通過驅(qū)動器電路310-313而被接收，其中電路310和311是非反相的，而電路312和313是反相的。

本公開的特征和優(yōu)點包括有限狀態(tài)機(fsm)304，其接收開關(guān)信號(例如，etdrv)和占空比信號(例如，d)，以通過向驅(qū)動器電路提供輸入而生成開關(guān)控制信號。在該示例中，fsm304基于開關(guān)信號和占空比信號產(chǎn)生開關(guān)控制信號和以控制高邊開關(guān)和低邊開關(guān)。例如，占空比信號可以對應(yīng)于占空比高于或低于閾值(例如，50％占空比)，并且開關(guān)信號可以由放大器響應(yīng)于放大器輸入處的控制信號而生成，來指示來自放大器的電流的極性(例如，正的或負的)。高邊開關(guān)和低邊開關(guān)在有限狀態(tài)機的控制下響應(yīng)于開關(guān)信號和占空比信號的轉(zhuǎn)變而被接通和關(guān)斷。

在各種實施例中，放大器可以是例如誤差放大器或包絡(luò)跟蹤放大器，并且控制信號可以分別是誤差信號或時變控制信號(例如，包絡(luò)跟蹤(et)信號或平均功率跟蹤(apt)信號)。在圖3所示的示例中，放大器是接收由例如數(shù)模轉(zhuǎn)換器(未示出)生成的差分包絡(luò)跟蹤信號(dacp/dacn)的包絡(luò)跟蹤放大器301。來自放大器301的電流iamp由電流傳感器302來感測，電流傳感器302可以是例如電阻器或類似的電流感測方案。在一個實施例中，電流傳感器302包括電流感測滯環(huán)控制器，以感測來自放大器的輸出電流，并根據(jù)其向開關(guān)調(diào)節(jié)器生成開關(guān)信號。下文示出了電流感測滯環(huán)控制器的一個示例實現(xiàn)方式，并且該示例實現(xiàn)方式可以包括例如配置在滯環(huán)比較器的輸入端子之間的串聯(lián)電阻器。電流傳感器302生成開關(guān)信號，在該示例中開關(guān)信號是etdrv。在該示例中，etdrv表示來自放大器301的正電流和負電流。開關(guān)信號etdrv作為輸入被提供給fsm304。

fsm304還可以接收占空比信號d，占空比信號d對應(yīng)于開關(guān)調(diào)節(jié)器的占空比。在該示例中，輸出電壓vamp與參考電壓進行比較，以確定占空比并生成占空比信號d。在一個實施例中，比較器303可以用于比較輸出電壓和參考電壓。在該示例中，比較器303是滯環(huán)比較器，并且參考電壓是電源電壓的一半。例如，電源端子可以接收電源電壓(在這里，vbatt)。該示例電路使用包括串聯(lián)電阻器306和307的電阻分壓器而對vbatt下分壓。緩沖器305用于生成vbatt/2，其被提供至比較器303的一個輸入。比較器303的第二輸入被耦合到開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出端子，以接收開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出電壓vamp。vbatt也是在開關(guān)m3處輸入到開關(guān)調(diào)節(jié)器的電源電壓。占空比是開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出電壓(vamp)與開關(guān)調(diào)節(jié)器輸入電壓(vbatt)之比。作為一個示例，百分之五十(50％)占空比可以對應(yīng)于vamp＝vbatt/2(即，vamp/vbatt＝.5)。

有限狀態(tài)機304可以基于占空比信號d和開關(guān)信號etdrv的改變來接通和關(guān)斷開關(guān)m0-m3。對于包絡(luò)跟蹤應(yīng)用，電壓vamp是到pa350的電源電壓。

圖4a圖示了根據(jù)一個實施例的用于高占空比的電路的操作。當占空比大于閾值(例如50％)時，響應(yīng)于開關(guān)信號的改變，有限狀態(tài)機控制高邊開關(guān)和低邊開關(guān)轉(zhuǎn)變通過預(yù)定狀態(tài)序列。在該示例中，預(yù)定狀態(tài)序列將電感器l交替地耦合到電源電壓和存儲在電容器上的電源電壓的分數(shù)(例如，vbatt/2)。下文來更詳細地描述fsm中的狀態(tài)序列。

在該示例中，假設(shè)開關(guān)調(diào)節(jié)器開關(guān)初始處于如(a)所示的狀態(tài)，其中m3接通，m2關(guān)斷，m1接通，m0關(guān)斷。在這種狀態(tài)中，高邊開關(guān)被配置為對電容器c充電，而低邊開關(guān)被配置為將電容器耦合到電感器。具體地，在這種狀態(tài)中，vbatt通過m3而被耦合到電容器c的一個端子，從而對電容器c充電。電容器c存儲等于vbatt/2的電壓。因此，在晶體管m1接通的情況下，電感器l的一個端子被耦合到電容器c的另一端子上的電壓vbatt/2，電容器c提供電荷。在這種狀態(tài)中，電感器電流il將減小(斜降)。

圖4b圖示了圖4a的電路的波形。如圖4b所示，在電路被配置在狀態(tài)(a)中的時間段期間，電感器電流il斜降。因此，放大器電流iamp最初低并且斜升。在該示例中，當iamp充分增加時，電流感測電路302的輸出改變開關(guān)信號etdrv的狀態(tài)，指示iamp已經(jīng)從負極性轉(zhuǎn)變到正極性(例如，在iamp和il的交叉零點處)。iamp從負向正轉(zhuǎn)變與etdrv的轉(zhuǎn)變之間的延遲可能是由于例如電流傳感器302中的比較器中的滯環(huán)。fsm304通過狀態(tài)的改變來響應(yīng)etdrv的改變，這導(dǎo)致輸出信號和從[1010](即，m3接通、m2關(guān)斷、m1接通、m0關(guān)斷)改變到如(b)處所示的[1100](即，m3接通、m2接通、m1關(guān)斷、m0關(guān)斷)。

在這種狀態(tài)中，高邊開關(guān)將電感器耦合到電源電壓vbatt，并且低邊開關(guān)是開路的。因此，電流il如圖4b中(b)處所示的那樣開始斜升，并且放大器電流iamp(先前為正且增加)斜降。

當iamp充分減小時，電流感測電路302的輸出改變開關(guān)信號etdrv的狀態(tài)，指示iamp已經(jīng)從正極性轉(zhuǎn)變到負極性。fsm304通過狀態(tài)的另一改變來響應(yīng)etdrv的改變，這導(dǎo)致輸出信號和從[1100](即，m3接通、m2接通、m1關(guān)斷、m0關(guān)斷)改變到如(c)處所示的[0101](即，m3關(guān)斷、m2接通、m1關(guān)斷、m0接通)。

在這種狀態(tài)中，低邊開關(guān)被配置為對電容器c放電，并且高邊開關(guān)被配置為將電容器耦合到電感器。具體地，在這種狀態(tài)中，參考電壓(在這里，接地(gnd))通過m0而被耦合到電容器c的一個端子，從而對電容器c放電。電容器c存儲等于vbatt/2的電壓。因此，在晶體管m2接通的情況下，電感器l的一個端子被耦合到電容器c上的電壓vbatt/2，電容器c提供電荷，并且電感器電流il將減小(斜降)。電感器電流il如圖4b中的(c)處所示的那樣斜降，并且放大器電流iamp(先前為負且減小)斜升。

當iamp充分增加時，電流感測電路302的輸出改變開關(guān)信號etdrv的狀態(tài)，指示iamp已經(jīng)從負極性轉(zhuǎn)變到正極性。fsm304通過狀態(tài)的另一改變來響應(yīng)etdrv的改變，這導(dǎo)致輸出信號和從[0101](即，m3關(guān)斷、m2接通、m1關(guān)斷、m0接通)改變到如(d)處所示的[1100](即，m3接通、m2接通、m1關(guān)斷、m0關(guān)斷)。狀態(tài)(d)通過使得高邊開關(guān)將電感器耦合到電源電壓與狀態(tài)(b)相同地操作開關(guān)，但是當etdrv改變狀態(tài)時轉(zhuǎn)變回狀態(tài)(a)([1010])。因此，當占空比信號不變時(例如，d＝1，大于50％)，響應(yīng)于開關(guān)信號的改變，fsm305可以轉(zhuǎn)變通過包括如上所示的四個(4)狀態(tài)的完整循環(huán)。

圖4b示出了開關(guān)節(jié)點上的電壓vsw。如圖4b所示，對于50％的示例占空比，vsw在電源電壓vbatt與電源電壓的一半vbatt/2之間切換。因此，開關(guān)m0-m3以降低的壓力操作在較低的電壓處。參考圖3，附加的分流調(diào)節(jié)器isrc308和isnk309可以用于補充由例如充電與放電之間的不平衡引起的電流損耗。

圖5a圖示了根據(jù)一個實施例的用于低占空比的電路的操作。當占空比小于閾值(諸如，50％)時，有限狀態(tài)機響應(yīng)于開關(guān)信號的改變，控制高邊開關(guān)和低邊開關(guān)轉(zhuǎn)變通過預(yù)定的狀態(tài)序列。在該示例中，預(yù)定的狀態(tài)序列將電感器l交替地耦合到參考電壓(例如，接地)和存儲在電容器上的電源電壓的分數(shù)(例如，vbatt/2)。下文還更詳細地描述fsm中針對這一序列的狀態(tài)序列。

在該示例中，假設(shè)開關(guān)調(diào)節(jié)器開關(guān)初始處于如(a)處所示的[0011]狀態(tài)，其中m3關(guān)斷，m2關(guān)斷，m1接通，并且m0接通。在這種狀態(tài)中，低邊開關(guān)被配置為將電感器耦合到接地，并且高邊開關(guān)是開路的。圖4b圖示了圖4a的電路的波形，其示出了在狀態(tài)(a)期間電流il斜降。因此，放大器電流iamp(先前為負且減小)斜升。

當iamp充分增加時，電流感測電路302的輸出改變開關(guān)信號etdrv的狀態(tài)，指示iamp已經(jīng)從負極性轉(zhuǎn)變到正極性。fsm304通過狀態(tài)的另一改變來響應(yīng)etdrv的改變，這導(dǎo)致輸出信號和從[0011](即，m3關(guān)斷、m2關(guān)斷、m1接通、m0接通)改變到如圖5a中的(b)處所示的[0101](即，m3關(guān)斷、m2接通、m1關(guān)斷、m0接通)。

在這種狀態(tài)中，低邊開關(guān)被配置為對電容器c放電，并且高邊開關(guān)被配置為將電容器耦合到電感器。具體地，在這種狀態(tài)中，接地通過m0而被耦合到電容器c的一個端子，從而對電容器c放電。電容器c存儲等于vbatt/2的電壓。因此，在晶體管m2接通的情況下，電感器l的一個端子被耦合到電容器c的另一端子上的電壓vbatt/2，電容器c提供電荷。在這種狀態(tài)中，電感器電流il將增加(斜升)。

如圖5b所示，在電路被配置在狀態(tài)(b)中的時間段期間，電感器電流il斜升。因此，放大器電流iamp最初為高并且斜降。在該示例中，當iamp充分減小時，電流感測電路302的輸出改變開關(guān)信號etdrv的狀態(tài)，指示iamp已經(jīng)從正極性轉(zhuǎn)變到負極性。fsm304通過狀態(tài)的另一改變來響應(yīng)etdrv的改變，這導(dǎo)致輸出信號和從[0101](即，m3關(guān)斷、m2接通、m1關(guān)斷、m0接通)改變到如圖5a中的(c)處所示[0011](即，m3關(guān)斷、m2關(guān)斷、m1接通、m0接通)。

圖5a中的狀態(tài)(c)通過使得低邊開關(guān)將電感器耦合到接地來與圖5a中的狀態(tài)(a)相同地操作開關(guān)，但當etdrv改變狀態(tài)時轉(zhuǎn)變到狀態(tài)(d)([1010])。在狀態(tài)(c)中，電感器電流il減小，而iamp增加。當iamp充分增加時，電流感測電路302的輸出改變開關(guān)信號etdrv的狀態(tài)，指示iamp已經(jīng)從負極性轉(zhuǎn)變到正極性。fsm304通過狀態(tài)的另一改變來響應(yīng)etdrv的改變，這導(dǎo)致輸出信號和從[0011](即，m3關(guān)斷、m2關(guān)斷、m1接通、m0接通)改變到如(d)處所示的[1010](即，m3接通、m2關(guān)斷、m1接通、m0關(guān)斷)。

在這種狀態(tài)中，高邊開關(guān)被配置為對電容器c充電，并且低邊開關(guān)被配置為將電容器耦合到電感器。具體地，在這種狀態(tài)中，vbatt通過m3而被耦合到電容器c的一個端子，從而對電容器c充電。電容器c存儲等于vbatt/2的電壓。因此，在晶體管m1接通的情況下，電感器l的一個端子被耦合到電容器c上的電壓vbatt/2，電容器c提供電荷，并且電感器電流il將增加(斜升)。電感器電流il如圖5b中(d)處所示的那樣斜升，并且放大器電流iamp(先前為正且增加)斜降。

當iamp充分減小時，電流感測電路302的輸出改變開關(guān)信號etdrv的狀態(tài)，指示iamp已經(jīng)從正極性轉(zhuǎn)變到負極性。fsm304通過狀態(tài)的另一改變來響應(yīng)etdrv的改變，這導(dǎo)致輸出信號和從[1010](即，m3接通、m2關(guān)斷、m1接通、m0關(guān)斷)改變回到狀態(tài)(a)[0011](即，m3關(guān)斷、m2關(guān)斷、m1接通、m0接通)。因此，當占空比信號不變(例如，d＝0，小于50％)時，fsm305可以響應(yīng)于開關(guān)信號的改變而轉(zhuǎn)變通過包括如圖5a所示的四個(4)狀態(tài)的完整循環(huán)。類似于圖4a，vsw在電源電壓的一半vbatt/2與接地之間切換。因此，開關(guān)m0-m3以較低的壓力操作在較低的電壓處。

圖6a圖示了根據(jù)一個實施例的、電路從高占空比轉(zhuǎn)變到低占空比的操作。在各種操作條件下，開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出電壓(例如，圖3中的vamp)可以改變，這進而可以改變占空比。本公開的實施例可以監(jiān)測占空比并改變占空比信號(例如，圖3中的d)的狀態(tài)，這可以導(dǎo)致有限狀態(tài)機中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變以及開關(guān)調(diào)節(jié)器中高邊開關(guān)和低邊開關(guān)狀態(tài)的相應(yīng)改變。然而，本公開的特征和優(yōu)點包括約束對占空比信號的改變作出響應(yīng)的fsm狀態(tài)，使得當fsm處于一個或多個特定狀態(tài)中時，fsm可以通過高邊和/或低邊開關(guān)中相應(yīng)的改變來僅響應(yīng)于占空比信號的改變。

如圖6所示，當占空比越過閾值時，有限狀態(tài)機響應(yīng)于開關(guān)信號的改變而控制高邊開關(guān)和低邊開關(guān)轉(zhuǎn)變通過fsm中的狀態(tài)中的特定狀態(tài)。然而，在fsm中并非所有狀態(tài)都是響應(yīng)于占空比信號的改變的，并且fsm可以將響應(yīng)于占空比改變的高邊和/或低邊開關(guān)的改變限制到特定狀態(tài)。因此，如果有限狀態(tài)機不處于響應(yīng)于這種改變的特定狀態(tài)之一，則對應(yīng)于占空比越過閾值的占空比信號的改變并不改變高邊開關(guān)和低邊開關(guān)的狀態(tài)。

這在圖6a中圖示出，圖6a示出了當占空比信號例如從邏輯1轉(zhuǎn)變到邏輯0時高邊和低邊開關(guān)的序列。由于d最初是邏輯1，所以狀態(tài)的序列與圖4a所示相同。然而，當d從1轉(zhuǎn)變到0時，fsm不立即響應(yīng)。而是，當fsm處于特定狀態(tài)時，fsm可以僅從圖4a中的狀態(tài)序列轉(zhuǎn)變到圖5a中的狀態(tài)序列。在該示例中，狀態(tài)(a)-(b)是d＝1的狀態(tài)，并且轉(zhuǎn)變出現(xiàn)在狀態(tài)(c)上，狀態(tài)(c)是由占空比大于和小于閾值(例如，50％)的狀態(tài)序列兩者共享的特定狀態(tài)。例如，狀態(tài)(d)對應(yīng)于圖5a中的d＝0狀態(tài)(c)。

圖6b圖示了圖6a電路的波形。圖6b圖示了在狀態(tài)(c)處，系統(tǒng)從如圖4a所示vsw在vbatt和vbatt/2之間切換的高占空比操作轉(zhuǎn)變到如圖5a所示vsw在vbatt/2和接地之間切換的低占空比操作。

總體上，圖6a中的序列圖示了在高邊開關(guān)和低邊開關(guān)被配置為處于對飛跨電容器充電或放電的特定狀態(tài)之后，高邊開關(guān)和低邊開關(guān)響應(yīng)于占空比信號的改變。例如，在圖6a中，狀態(tài)(c)在轉(zhuǎn)變到低占空比操作之前對電容器c放電。

圖7圖示了根據(jù)一個實施例的示例有限狀態(tài)機。在該示例中，fsm包括第一級fsm(fsm1)701和第二級fsm(fsm2)702。fsm1701接收占空比信號d和切換信號etdrv，并且包括下文描述的五(5)個狀態(tài)。fsm2702接收fsm1701的輸出并且包括同樣在下文描述的七(7)個狀態(tài)。fsm2702生成如上文描述的那樣控制高邊和低邊開關(guān)的接通和關(guān)斷狀態(tài)的開關(guān)控制信號和

圖8圖示了根據(jù)一個實施例的有限狀態(tài)機的第一級。在該示圖中，圓圈表示狀態(tài)，而狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變由箭頭表示。導(dǎo)致轉(zhuǎn)變的輸入示出在箭頭上方，而輸出示出在圓圈中。例如，如果fsm1處于0/00狀態(tài)并且接收到01輸入(即，d＝0和etdrv＝1)，那么fsm1轉(zhuǎn)變到狀態(tài)1/01并輸出01。注意，當d＝0時，etdrv的輸入轉(zhuǎn)變被反射到輸出，而d的輸入轉(zhuǎn)變不引起輸出的改變。d的轉(zhuǎn)變僅可以從狀態(tài)1/01轉(zhuǎn)變到d＝1的狀態(tài)3/11。類似地，當d＝1時，etdrv的輸入轉(zhuǎn)變被反射到輸出，而d的輸入轉(zhuǎn)變不引起輸出的改變。d的轉(zhuǎn)變僅可以從狀態(tài)2/10轉(zhuǎn)變到d＝0的狀態(tài)0/00。因此，d＝1循環(huán)與d＝0循環(huán)之間的轉(zhuǎn)變可以被控制，以確保在轉(zhuǎn)變期間飛跨電容器的充電和放電的完整循環(huán)，例如如上文所述。fsm1可以調(diào)節(jié)輸入d和etdrv，并防止例如向fsm2的無效轉(zhuǎn)變。4/00是fsm開始時的待機狀態(tài)，其中當系統(tǒng)啟用時出現(xiàn)從待機狀態(tài)的退出。

圖9圖示了根據(jù)一個實施例的有限狀態(tài)機的第二級。如圖9所示，fsm2可以具有用于將高邊和低邊開關(guān)接通和關(guān)斷的多個狀態(tài)。第一多個狀態(tài)對應(yīng)于大于閾值的占空比(例如，d＝1；>50％占空比)，而第二多個狀態(tài)對應(yīng)于小于閾值的占空比(例如，d＝0；<50％占空比)。參考圖4a和圖9，當d＝1時，高邊和低邊晶體管m0-m3可以按如下轉(zhuǎn)變：圖4a中對應(yīng)于a/1010的狀態(tài)(a)，圖4a中對應(yīng)于d/1100的狀態(tài)(b)，圖4a中對應(yīng)于5//0101的狀態(tài)(c)，以及圖4a中對應(yīng)于c/1100的狀態(tài)(d)，其中狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變由開關(guān)信號etdrv的改變引起，開關(guān)信號etdrv的改變通過fsm1傳遞并在圖9中示出為靠近狀態(tài)之間的箭頭(例如，[d，etdrv]＝[11]、[10]、[11]、[10])。只要占空比信號d保持不變，fsm2就將保持在狀態(tài)a/、d/、5/和c/中的一個。

然而，當d響應(yīng)于例如占空比降到小于閾值而轉(zhuǎn)變到0時，fsm2可以轉(zhuǎn)變通過狀態(tài)3/和4/，以及狀態(tài)5/和a/。然而，fsm2可能僅在由d＝1循環(huán)和d＝0循環(huán)兩者共享的狀態(tài)(例如，狀態(tài)5/和a/)上轉(zhuǎn)變。因此，如果在fsm2處于狀態(tài)d/時d轉(zhuǎn)變到0，那么在開啟低占空比狀態(tài)序列之前，系統(tǒng)將等待直到fsm2處于5/(例如，等待直到etdrv轉(zhuǎn)變)。換句話說，fsm2可以僅當fsm2處于由低占空比序列和高占空比序列共享的狀態(tài)時進入不同的占空比序列。對于圖5a所示的低占空比(d＝0)序列，高邊和低邊晶體管m0-m3可以按如下轉(zhuǎn)變：圖5a中對應(yīng)于4/0011的狀態(tài)(a)，圖5a中對應(yīng)于5/0101的狀態(tài)(b)，圖5a中對應(yīng)于3/0011的狀態(tài)(c)，圖5a中對應(yīng)于a/1010的狀態(tài)(c)。

圖10圖示了根據(jù)一個實施例的方法。在1001處，開關(guān)調(diào)節(jié)器的感測輸出電壓可以與參考電壓(諸如，電源電壓的一半)進行比較，并據(jù)此，在1002處產(chǎn)生第一信號。第一信號可以是例如由滯環(huán)比較器生成的數(shù)字信號。在1003處，電流從開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制放大器中被感測，并據(jù)此，在1004處產(chǎn)生第二信號。第二信號可以是例如由另一滯環(huán)比較器生成的數(shù)字信號，其中串聯(lián)電阻器被配置在比較器的輸入端子之間，以感測來自控制放大器的電流的極性。在一個實施例中，控制放大器是開關(guān)調(diào)節(jié)器中反饋回路的一部分。在另一實施例中，控制放大器是接收例如包絡(luò)跟蹤信號et的包絡(luò)跟蹤放大器。在1005處，第一和第二信號在有限狀態(tài)機中被接收。響應(yīng)于第一信號和第二信號的改變，有限狀態(tài)機生成開關(guān)控制信號來打開輸出級中的電容器并接通多個串聯(lián)配置的開關(guān)。

圖11圖示了根據(jù)一個實施例的包括電流感測滯環(huán)控制器的示例電路。在該示例中，開關(guān)調(diào)節(jié)器包括：具有耦合到電源電壓vdd的第一端子的第一開關(guān)1101，配置在第一開關(guān)1101與開關(guān)節(jié)點之間的第二開關(guān)1102，耦合到開關(guān)節(jié)點的第三開關(guān)1103，以及配置在第三開關(guān)1103與參考電壓(接地)之間的第四開關(guān)1004。開關(guān)調(diào)節(jié)器還包括電感器l和電容器1150，電感器l具有第二端子以及耦合到開關(guān)節(jié)點的第一端子，電容器1150具有配置在第一開關(guān)1101與第二開關(guān)1102之間的第一端子以及配置在第三開關(guān)1103與第四開關(guān)1104之間的第二端子。在該示例中，線性放大器1106接收包絡(luò)跟蹤信號。放大器1106可以具有接收時變電壓控制信號(例如，et信號或apt信號)的輸入和產(chǎn)生輸出電壓vamp的輸出，在該示例中，輸出電壓vamp是功率放大器1105的電源電壓。放大器1105的輸出被耦合到電感器l的第二端子。電流感測滯環(huán)控制器感測來自放大器1106的輸出電流iamp，并據(jù)此向開關(guān)調(diào)節(jié)器生成開關(guān)信號。在該示例中，電流感測滯環(huán)控制器包括電阻器1107，電阻器1107被配置為在具有滯環(huán)的比較器1108的兩個輸入之間與放大器輸出電流iamp串聯(lián)。比較器的輸出是開關(guān)信號sw，其驅(qū)動用于接通和關(guān)斷開關(guān)1101-1104的開關(guān)控制電路1150。雖然其他et和apt應(yīng)用可以從多電平開關(guān)調(diào)節(jié)器的性能特性中獲益，但一個示例開關(guān)控制電路1150可以包括上文所描述的有限狀態(tài)機。

圖12圖示了根據(jù)另一實施例的示例開關(guān)調(diào)節(jié)器反饋回路。在該示例中，開關(guān)信號從誤差放大器1201和脈寬調(diào)制(pwm)比較器1202中生成。誤差放大器可以接收諸如電壓或電流的反饋信號fb和參考信號，并產(chǎn)生誤差信號。誤差放大器的輸出可以被耦合到包括例如電阻器rcomp和電容器ccomp的補償網(wǎng)絡(luò)，并被耦合到輸入pwm比較器1202。在該示例中，pwm比較器1202的另一輸入接收斜坡信號“ramp”并在輸出上產(chǎn)生開關(guān)信號。

以上描述說明了本公開的各種實施例以及如何可以實現(xiàn)特定實施例的方面的示例。上述示例不應(yīng)當被認為是僅有的實施例，而是被呈現(xiàn)以說明由所附權(quán)利要求限定的特定實施例的靈活性和優(yōu)點?；谏鲜龉_內(nèi)容和所附權(quán)利要求，可以采用其他布置、實施例、實現(xiàn)方式和等價物，而不脫離由權(quán)利要求限定的本公開的范圍。