专利名称：用于开关调节器的低电源噪声功率级设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于开关调节器(switch regulator)的低电源噪声功率级设备。
背景技术：
很多已知的开关调节器都具有被配置为以相对高的速率接通和断开从而实现相对低的交叠传导损耗的开关电路。然而，在已知的开关调节器中，由于在开关电路的切换期间例如电源线上的寄生电感，产生不良水平的开关噪声(例如功率噪声)。通过开关电路的相对快的开关速度会增剧开关噪声。当增加电源的直流(DC)电压时，开关噪声会超出开关调节器的组件和/或耦接至开关调节器的负载的击穿电压，引起不良损害。对于一些已知的开关调节器，不良水平的开关噪声会导致开关调节器的不良最大绝对额定值(AMR)和/ 或不良最大电源电压规格。因而，需要用于解决本技术的不足并提供其他新颖的和创新特征的系统、方法和设备。
发明内容
在主要方面，一种设备，可包括第一开关，该第一开关被配置为耦接至电源，并被配置为响应于控制信号的边沿而切换。该设备可包括延迟电路，该延迟电路可被配置为产生延迟信号，该延迟信号具有与控制信号的边沿对应的边沿，延迟信号的边沿偏离控制信号的边沿。该设备还可包括第二开关，该第二开关可被配置为与第一开关并联地耦接至电源，并被配置为响应于延迟信号的边沿，第二开关具有比第一开关的尺寸小的尺寸。将在附图和以下的描述中阐述一个以上实施例的细节。其他特征通过描述、附图以及权利要求的说明将变得更明显。
图1为示出了开关调节器的方框图，该开关调节器包括具有低电源噪声功率级设备的开关电路。图2A为示出了根据实施方式的控制信号波形图。图2B为示出了响应图2A所示的控制信号的大开关的切换的图。图2C为示出了基于图2A所示的控制信号限定的延迟信号图。图2D为示出了响应图2C所示的延迟信号的小开关的切换的图。图2E为示出了开关装置的开关的图，该开关装置包括图2D中涉及的小开关和图 2B中涉及的大开关。图2F为示出了与包括图2E中涉及的开关装置的电源有关的电压过冲的图。图3为示出了开关电路和先接后断电路的电路图。图4为示出了与根据实施方式的开关调节器的开关电路有关的方法的流程图。图5为示出了开关调节器的方框图，该开关调节器包括具有分体式开关(split switch)的高边开关(highside switch)装置和具有分体式开关的低边开关装置。
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图6A为示出了开关调节器的方框图，该开关调节器具有作为负载的射频(RF)功率放大器。图6B为示出了用于图6A所示开关调节器的动态变化控制电压的图。图7为示出了开关调节器的图，该开关调节器具有耦接至升压调节器构造中滤波器电路的开关电路。
具体实施例方式图1为示出了开关调节器100的方框图，开关调节器100包括具有低电源噪声功率级设备的开关电路110。开关电路110耦接至电源140和控制电路150。如图1所示， 开关电路110被配置为从电源140的电源输出端142(也可称为电源输出节点)接收功率 10 (例如，电压、电流)。此外，开关电路110还被配置为从控制电路150的控制电路输出端 152(也可称为控制电路输出节点)接收控制信号20 (也可称为开关输入信号)。控制电路 150被配置为触发开关电路110，从而以开关方式(switched fashion)从电源140向滤波器电路160(以及向负载190)提供功率10。控制电路150可包括任何类型的控制电路，后者被配置为产生能够在开关调节器 100内触发开关电路110的切换的控制信号(即控制信号20)。例如，控制电路150可包括信号发生器，后者被配置为产生具有方波波形(例如，具有上升和下降沿的方波波形)的控制信号。开关调节器100可为包括任何类型的具有开关电路110的开关调节器。在一些实施方式中，开关调节器100可被称为开关模式电源(SMPS)。例如，开关调节器100可包括降压调节器、升压调节器、降压升压调节器和/或其他。在这样的实施方式中，滤波器电路 (例如，滤波器电路160)可以可操作地耦接至与图1所示不同的构造中的开关电路110。在图7中示出了升压调节器中的开关电路，从而阐述一个这样的例子。电源140可为任意类型的电源。例如，电源140可以为直流(DC)电源，例如电池、燃料电池和/或其他。滤波器电路160可包括任何可在开关调节器100的具体实施中使用的电路。例如， 滤波器电路160可包括用于开关调节器100的各种类型的电路，例如包括一个或更多电容器、感应器、变压器、晶体管、电阻器、反馈电路和/或其他。将结合例如图3、图5和图6A描述与开关电路协同使用的各种类型的滤波器电路的例子。如图1所示，开关电路110包括高边开关装置120(例如，上拉开关装置)和低边开关装置130(例如，下拉开关装置)。由控制电路150产生的控制信号20可被配置为触发各高边开关装置120和低边开关装置130，从而切换(例如，从闭合位置变为开启位置， 反之亦然，从接通状态变为断开状态，反之亦然)。在一些实施例中，控制信号20可被配置为触发高边开关装置120和低边开关装置130，从而在互斥(或基本互斥)时段期间切换。 例如，高边开关装置120可被配置为相对于低边开关装置130的开启/闭合异相地、以周期性方式闭合/开启，以便能够以周期性方式将来自电源140的功率10提供至滤波器电路 160。在一些实施方式中，控制电路150可包括信号发生器，该信号发生器被配置为产生例如方波信号，后者被配置为使各高边开关装置120和低边开关装置130都以周期性方式改变状态。如图1所示，高边开关装置120包括大开关122、小开关124以及延迟电路126。大开关122和小开关124并联耦接至电源140。大开关和小开关124也耦合，以便其限定开关输出端112(其中能够产生开关输出信号)的至少一部分。在一些实施例中，大开关122 和小开关124也可被称为(以及视为)已被分为两个单独的开关(例如，两个装置)的单个开关。在一些实施例中，包括在高边开关装置120中的开关(例如，大开关122、小开关 124)例如可为ρ沟道金属-氧化物半导体场效应管(MOSFET)晶体管装置。在一些实施方式中，延迟电路1 可为或者可包括例如多重逆变器。如图1所示，直接在大开关122接收来自控制电路150的控制信号20，但是来自控制电路150的控制信号20由延迟电路126(其串联耦合小开关124)延迟，从而限定在小开关1 接收的延迟信号40。在有些实施方式中，延迟信号40可为控制信号20的时移(例如，经延迟的)形式。如图1所示，低边开关装置130包括单个开关(例如，单个晶体管装置)——低边开关132。换句话说，低边开关装置130不包括分体式开关。也在低边开关132接收(例如，直接接收)来自控制电路150的控制信号20。如图1所示，耦合大开关122和小开关 124的低边开关132可被配置为限定开关输出端112的至少一部分。在有些实施方式中，包括在低边开关装置130中的低边开关132可为例如η沟道MOSFET装置。虽然未在图1中示出，但是低边开关132可耦接至地线(例如，可接地)。虽然未在图1中示出，但是每个开关(即大开关122、小开关124、低边开关132)都可经触发从而通过驱动器(driver)而切换。在有些实施例中，驱动器可以为例如逆变器。 作为一个具体的例子，驱动器可设置在延迟电路126和小开关IM之间。驱动器可被配置为基于来自延迟电路126的延迟信号40触发小开关124的切换。在有些实施例中，可将驱动器集成在延迟电路126中。将在以下结合例如图5和图6A所示的一些开关电路实施方式中示出驱动器。在该实施方式中，高边开关装置120被配置为降低(例如，抑制)噪声，该噪声可在高边开关装置120的切换期间由高边开关装置120引入开关调节器100中。在有些实施例中，该噪声可被称为开关噪声。开关噪声可包括例如来自与电源140(例如，来自电源的线)和/或接地(例如，接地线)有关的寄生电感的电压过冲。在图1所示的实施方式中， 寄生电感可在电源140与开关装置122和/或IM之间。在有些实施方式中，电压过冲可与来自电源140的电流和寄生电感的量成比例。例如，当寄生电感的量增加和/或来自电源 140的电流增加时，电压过冲会增加。在有些实施方式中，电压过冲可与高边开关装置120 的切换时间周期(即切换时间)成反比。因此，当高边开关装置120的切换时间周期增加时，电压过冲会降低。对电压(V)过冲有贡献的变量之间的关系可由以下关系表达V(过冲)=L(di/dt)，其中L为电感，di为电流变化，而dt为时间变化。例如，电压过冲的降低会导致开关调节器100的较高的最大绝对额定值(AMR)和/或可在开关调节器中100使用的来自电源140的较高的最大功率10 (例如，最大输出电压、最大输出电流)。在该实施方式中，大开关122、小开关IM和延迟电路1 被配置为选择性地限定高边开关装置120的开关特性(例如，切换时间周期)，高边开关装置120被配置为降低(例如，抑制)可被引入开关调节器100并且可在例如电源输出端142显现的开关噪声。换句话说，如果高边开关装置120被配置具有类似于低边开关装置130中的单个开关的单个开关(例如，晶体管)，当高边开关装置120响应于来自控制电路150的控制信号20而切换时，不良开关噪声(来自寄生电感)将被引入开关调节器100。特别地，大开关122、小开关 IM和延迟电路1 可被配置为限定高边开关装置120的相对平缓的(gradual)开关特性 (与单个开关装置的开关特性相比)，其能够降低与寄生电感有关的不良电压过冲(其将在电源输出端142呈现)。在有些实施例中，电压过冲会损坏开关调节器100的一个或更多部分(例如，滤波器电路160的一部分)。例如，控制信号20的一部分(例如，控制信号20的上升沿)可由控制电路150限定，然后从控制电路150被发送到高边开关装置120，从而触发高边开关装置120从闭合状态(例如，接通状态)切换到开启状态(例如，断开状态)。大开关122可被配置为接收控制信号20的该部分，并且可被配置为响应于控制信号20的该部分而启动切换(在切换时间周期期间)。控制信号20的该部分也可被在延迟电路1 接收，延迟电路1 可被配置为限定与控制信号20的该部分对应(但是偏离)的延迟信号40的部分。在大开关122的切换开始之后但在大开关122的切换完成之前，小开关IM可被配置为接收延迟信号40的该部分，并且可被配置为响应于延迟信号40的该部分而开始切换(在切换时间周期期间)。 因为小开关124的切换与大开关122的切换交叠，所以高边开关装置120的全部切换会具有比各大开关122和小开关IM单独的切换时间周期更长的持续时间。换句话说，大开关 122的切换时间周期可与小开关124的切换时间周期交叠，从而共同限定具有比各大开关 122和小开关IM单独的切换时间周期更长的持续时间的高边开关装置120的切换时间周期。高边开关装置120的该相对长的切换时间周期能够降低(例如，抑制)与寄生电感有关的不良电压过冲。将结合图2A至图2F描述诸如高边开关装置120的开关装置中的开关响应于控制信号的开关操作例子。如将大开关122标注为大开关而将小开关IM标注为小开关所暗示的一样，大开关122具有比小开关124的尺寸(例如，栅极尺寸)更大的尺寸(例如，栅极尺寸)。特别地，大开关122可具有比小开关124的栅极宽度更大的栅极宽度。因此，大开关122的开关特性(例如，切换时间周期)可类似于小开关1 的开关特性。在有些实施例中，小开关124 的栅极尺寸(例如，栅极宽度)可比大开关122的栅极尺寸(例如栅极宽度)小超过三倍 (例如，10倍、20倍、100倍)。在有些实施例中，大开关122可具有比小开关124的尺寸大 (或更小)的尺寸。在有些实施例中，大开关122的切换时间周期可与小开关124的切换时间周期交叠，从而共同限定高边开关装置120的切换时间周期，高边开关装置120的切换时间周期具有比尺寸等于(基本等于)大开关122的尺寸加上小开关IM尺寸的开关的切换时间周期更长的持续时间。例如，包括大开关122和小开关124的高边开关装置120的切换时间周期可具有比栅极宽度等于(或基本等于)大开关122的栅极宽度加上小开关124的栅极宽度的单个开关的切换时间更长的持续时间。图2A至图2F示出了开关调节器的开关装置中所包括的大开关和小开关响应于控制信号的切换。还示出了电源输出端的开关噪声特性。如图2A至图2F所示，时间向右增加。虽然开关调节器组件的特性(behavior)结合图2A至图2F被描述为在指定电压以及指定的时间转变(transition)，但是当实施时(例如，使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)装置实施)，组件的转变可稍微在指定电压和/或指定时间之前发生，或稍微在其后发生。特别地，阈值电压的变化、处理变化、温度变化、装置的切换时间、电路转变延迟和/或其他，可导致产生稍微在指定电压和/或时间之前或之后触发开关调节器组件的转变的条件(例如，非理想条件)。图2A为示出了根据实施方式的控制信号的波形图。控制信号可由例如图1所示的控制电路150产生。图2A中所示的控制信号可为例如图1所示的控制信号20。如图2A 所示，控制信号在时间Tl从低态变为高态。换句话说，控制信号在时间Tl具有上升沿。图2B为示出了响应图2A所示的控制信号的大开关的切换的图。该大开关可为例如图1所示的大开关122。在该实施方式中，大开关被配置为响应于始于时间Tl的控制信号的上升沿(其如图2A所示在时间Tl发生)，从高态变切换为低态。如图2B所示，大开关被配置为在时间Tl和T3之间的切换时间周期Q期间，从高态切换为低态。图2C为示出了基于图2A所示的控制信号限定的延迟信号的图。延迟信号可为例如图1所示的延迟信号40。延迟信号可由延迟电路(例如，图1所示的延迟电路126)基于控制信号(例如，图1所示的控制信号20)产生。如图2C所示，延迟信号在时间T2具有上升沿，其相应于图2A所示控制信号在时间Tl的上升沿。在该实施方式中，延迟信号从控制信号偏离时间周期R(也可将其称为偏离或偏离时间周期)。图2D为示出了响应图2C所示的延迟信号的小开关的切换。该小开关能够为例如图1所示的小开关124。在该实施例中，小开关被配置为响应于始于时间T2的延迟信号的上升沿(其如图2C所示在时间T2发生)，从高态切换为低态。如图2D所示，小开关被配置为在时间T2和T4之间的切换时间周期S期间，从高态切换为低态。在有些实施例中，开关电路中包括的大开关和小开关可为例如P沟道MOSFET装置，其被配置为响应于控制信号的上升沿，从接通(On)状态切换为断开(Off)状态。如图2D所示，小开关的切换时间周期S与大开关的切换时间周期Q(如图2B所示)交叠。特别地，在大开关的切换开始后但大开关的切换完成前(如图2B所示)，小开关可被配置为接收延迟信号的部分(如图2C所示)，并且可被配置为响应于延迟信号的该部分开始切换(在切换时间周期S期间)。因此，小开关的切换时间周期S与大开关的切换时间周期Q在时间T2和T3之间交叠(如图2B所示)。在该实施方式中，小开关在时间 T3和T4之间的切换时间周期S的部分落在大开关的切换时间周期Q(如图2B所示)的外部。同样，大开关在时间Tl和T2之间的切换时间周期Q的部分(如图2B所示)落在小开关的切换时间周期S外部。如图2B和图2D所示，大开关和小开关的开关特性大致相同。特别地，图2B中所示的大开关的切换时间周期Q等于(或基本等于)图2D中所示的小开关的切换时间周期S。 在有些实施方式中，大开关的切换时间周期Q可等于(或基本等于)小开关的切换时间周期S，因为大开关的栅极长度可等于(或基本等于)小开关的栅极长度。在有些实施例中， 即使大开关的栅极宽度可与小开关的栅极宽度基本不同，大开关的切换时间周期Q也可等于(或基本等于)小开关的切换时间周期S。图2E为示出了开关电路的切换的图，该开关电路包括小开关(图2D中涉及的)、 以及大开关(图2B中涉及的)。特别地，图2E中的图示出了具有始于时间Tl结束于时间 T4的切换时间周期T的开关电路。开关电路在时间Tl的开始时间相应于图2B中所示大开关开始切换(例如，开始从接通状态切换)的时间。开关电路在时间T4的结束时间相应于图2D中所示小开关停止切换(例如，切换为断开状态)的时间。在有些实施例中，开关电路的切换可在开关输出端(例如，图1所示的开关输出端112)限定开关输出信号。因为小开关的切换与大开关的切换交叠，所以开关电路的总切换时间周期T(如图2E所示)可具有比大开关的切换时间周期Q(如图2B所示)更长且比小开关的切换时间周期S(如图2D所示)更长的持续时间。换句话说，大开关的切换时间周期可与小开关的切换时间周期交叠，从而共同限定开关电路的切换时间周期，其具有比各大开关和小开关单独的切换时间周期都长的持续时间。大开关、小开关以及延迟信号限定了开关电路的相对平缓的开关特性(与单独的小开关或大开关的开关特性相比)，其能够降低与寄生电感有关的不良电压过冲。图2F中示出了电压过冲的一个例子。图2F为示出了与包括(图2E中涉及的)开关装置的电源有关的电压过冲。如图 2F所示，电源的输出电压具有电压过冲22，其大小为U。通过使用大开关(如图2B所示) 和小开关(如图2D所示)的切换特性(例如，切换时间周期)的组合，实现了大小为U的电压过冲。此外，图2F中以虚线示出了没有使用大开关和小开关的切换特性组合的电源的输出电压。特别地，当开关电路仅包括具有尺寸等于(或基本等于)大开关的尺寸加上小开关尺寸的单个开关时，电源的输出电压具有大小为W的电压过冲M。如图2F所示，电压过冲M的持续时间比电压过冲22的持续时间短。然而，电压过冲22的大小U比电压过冲 24的大小W更低。在有些实施例中，电压过冲22的大小U可比电压过冲M的大小W低30%以内 (从 IOV至 7V)。在有些实施例中，电压过冲22的大小U可比电压过冲M的电压W高 30%。例如，电压过冲22的大小U可大约为7V，而电压过冲M的电压W可大约为10V。虽然图2A至图2F中未示出，但是控制信号也可具有下降沿。因此，大开关和小开关可被配置为响应该下降沿从接通状态切换为断开状态。虽然未示出，可对开关电路中所包括的大开关和小开关产生类似于图2A至图2F中所示的图，该开关电路例如为被配置为响应于控制信号(以及基于控制信号的延迟信号)的上升和下降沿而在接通状态和断开状态之间切换的η沟道MOSFET装置。将结合图5和图6Α描述关于诸如η沟道MOSFET装置的下拉装置的分离的更多细节。重新参考图1，由开关调节器100供电的负载190可包括各种类型的负载。例如， 负载190可为被配置为基于开关调节器100提供的功率运行的任何类型的电路(或其部分)。例如，负载190可为微处理器、逻辑模块、射频(RF)放大器、数字信号处理器(DSP)、 逻辑门、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或其他。在有些实施例中，负载190可为数字电路和模拟电路的任意组合。如上所述，高边开关装置120的切换时间增加，所以与开关调节器100有关的不良开关噪声能够降低。在有些实施例中，该高边开关装置120的切换时间可增长(例如，力口长)，而不以不期望的方式影响开关调节器100的性能。例如，高边开关装置120(具有图1 中所示的大开关122和小开关124)的切换时间可为1至10毫微秒(ns)。如果包括具有尺寸等于(或基本等于)大开关122尺寸加上小开关IM尺寸的单个开关，高边装置120的切换时间就可为0. 5至5ns。然而，高边开关装置120与分体式开关的切换时间上的不同可引起与开关调节器100相关的开关噪声的明显降低(例如，降低几伏)，并且从性能观点看可忽略(或可容忍)较慢的切换时间。因此，在有些实施方式中，可在有些开关调节器应用中期望用于降低的开关噪声的切换时间的折衷。虽然图1中未示出，但是在有些实施方式中，高边开关装置120可包括具有多于两个开关的分体式开关。如果包括多于两个的开关，高边开关装置120就可包括开关尺寸的任何组合(例如，大尺寸开关、中尺寸开关、小尺寸开关)。例如，高边开关装置120可包括具有一个大开关和两个小开关的分体式开关。每个小开关都可具有相对于大开关的小尺寸 (例如，比大开关的栅极宽度小多于10倍的栅极宽度)。在有些实施方式中，小开关的尺寸可相同或不同。每个小开关的切换都可偏离大开关的切换。因而，每个小开关都可被触发以基于延迟信号切换。在一些实施方式中，每个小开关可被配置为响应不同的延迟信号(例如，相互偏离的延迟信号)而切换。虽然图1中未示出，但是在有些实施方式中，低边开关装置130也可包括分体式开关(其可包括两个以上开关)。将结合例如图5和图6A描述具有分体式开关的低边开关装置130的例子。图3为示出了开关电路310和先接后断电路380的电路图。开关电路310被配置为响应于通过先接后断电路380在开关电路310接收的控制信号33，在状态之间切换(例如，第一状态和第二状态，断开状态和接通状态)。先接后断电路380包括OR门01、AND门 Al以及延迟电路D2和D3。在有些实施例中，延迟电路D2和/或03可包括或可为逆变器。如图3所示，开关电路310包括分体式ρ沟道MOSFET装置。特别地，开关电路310 包括并联耦接的P沟道MOSFET装置Pl和通往电源VDD的ρ沟道MOSFET装置Ρ2 (在其各自源)。P沟道MOSFET装置Pl可被称为PMOS Pl，而ρ沟道MOSFET装置Ρ2可被称为PMOS Ρ2。延迟电路Dl的输出端被耦接至PMOS Ρ2的栅极。PMOS Pl、PMOS Ρ2以及延迟电路可共同地起开关电路310的高边开关装置312(例如上拉装置)的作用。开关电路310还包括η沟道MOSFET装置Ni，其也可被称为NMOSNl，后者具有耦接PMOS Pl和PMOS Ρ2的漏极(drain)的漏极。NMOSm起开关电路310的低边开关装置 314(例如，下拉装置)的作用。虽然图3中未示出，但是每个开关(S卩，PMOS PUPMOS P2、 NMOS Ni)都可被触发从而通过驱动器(例如，驱动器电路)而切换。如图3所示，PMOS Pl和PMOS P2的漏极以及NMOS Nl的漏极在网B耦合。在该实施方式中，网B是开关电路310的输出端。因而，开关电路310的输出端、网B被耦接至开关电路310的高边开关装置312以及低边开关装置314。在该实施方式中，控制信号33可被配置为使高边开关装置312和低边开关装置 314每个都交替地开启和闭合。通过交替地开启和闭合，功率能够从电源VDD在网B处传送，并且网B可在交替时间周期期间接地。特别地，当高边开关装置312闭合(并且低边开关装置314开启)时，功率可从电源VDD经由高边开关装置312通过开关装置310 (在网B 处)的输出端传送，以及当低边开关装置314闭合(并且高边开关装置312开启)时，开关装置310(在网B处)的输出端可接地。在有些实施例中，开关电路310可被配置为以例如千赫(例如 0. IKHzUKHzUOKHz)速率、兆赫(MHz)(例如 IMHz、IOMHz、100MHz)速率切换。在该实施方式中，当例如高边开关装置312从闭合状态变为开启状态时，分体式 PMOS装置能够降低电源VDD上的开关噪声。特别地，PM0SP2的切换通过延迟电路Dl而偏离PMOS Pl的切换，以便高边开关装置312的总切换时间能够相对地长，并且能够抑制开关噪声。PMOS Pl被配置为直接响应控制信号33，但是控制信号33在被施加至PMOS P2的栅极之前由延迟电路Dl (示出为网A)延迟。因此，PMOS P2的切换(在切换时间周期期间) 偏离于PMOS Pl的切换(一由延迟电路Dl引起的延迟)。可限定PMOS Pl的切换与PMOS P2的切换之间的偏离，以便PMOS P2的切换可与PMOS Pl的切换(在切换时间周期期间) 交叠。在该实施方式中，NMOS m被配置为在被经先接后断电路380接收后直接响应控制信号33。图4为示出了关于根据实施方式的开关调节器的开关电路的方法的流程图。在有些实施例中，开关调节器的开关电路可为例如图1所示的开关调节器100的开关电路110。开始第一开关的切换时间周期(块500)。可将第一开关包括在开关调节器的开关电路中，例如图1所示的开关调节器100的开关电路110。第一开关的切换时间周期可响应于控制信号而开始。在第一开关的切换时间周期期间，开始偏离第一开关的切换时间周期并与第一开关的切换时间周期交叠的第二开关的切换时间周期(块410)。可将第二开关包括在开关调节器的开关电路中，例如图1所示的开关调节器100的开关电路110。特别地，第二开关的切换时间周期可通过延迟电路偏离第一开关的切换时间周期。可基于由延迟电路延迟的控制信号而触发第二开关的切换时间周期。在有些实施例中，第一开关和第二开关可被配置为共同限定相对平缓(gradual)的开关特性，其能够降低与寄生电感有关的不良电压过冲。在有些实施例中，第二开关可具有比第一开关的栅极尺寸(例如，栅极宽度)更小的栅极尺寸(例如，栅极宽度)。在第一开关和第二开关接收来自电源的功率信号(块420)。在有些实施例中，第一开关和第二开关可并联耦接至功率信号。在有些实施例中，功率信号可包括电压输出和电路输出。始于第一开关的切换时间周期的开始时间，基于功率信号，并且基于第一开关的切换时间周期和第二开关的切换时间周期的组合，产生开关输出信号(块430)。在有些实施例中，开关输出信号可被传送至与开关调节器关联的调节器电路和/或耦接至开关调节器的负载。 图5为示出了开关调节器500的方框图，该开关调节器500包括具有分体式开关的高边开关装置520和具有分体式开关的低边开关装置530。高边开关装置520包括通过驱动器523耦接至(如箭头所示)延迟电路526的大开关522和小开关524。高边开关装置520的大开关522还被耦接至(如箭头所示)驱动器521。低边开关装置530包括通过驱动器533耦接至(如箭头所示)延迟电路536的大开关532和小开关534。低边开关装置的大开关532还被耦接至(如箭头所示)驱动器531。在有些实施例中，每个驱动器521、 523、531和533都可例如为一个或更多逆变器，其被配置为驱动各自开关522、524、532和 534的切换。如图5所示，高边开关装置520和低边开关装置530被包括在耦接至电源MO的开关电路510中。高边开关装置520和低边开关装置530的切换可通过控制电路550使用控制信号86触发。在该实施方式中，开关调节器500为降压逆变器，包括感应器560和电容器570。 如图5中所示，开关电路510的输出端耦接至感应器560。开关调节器500具有输出端，示
12出为Vout 84，其耦接至负载590。从而，开关调节器500被配置为向负载590提供功率(从电源M0)。同样如图5所示，控制电路550被配置为基于参考电压(示出为Vref 82)并且基于反馈信号80，触发高边开关装置520和低边开关装置530的切换。图6A为示出了开关调节器600的方框图，该开关调节器600具有作为负载的射频 (RF)功率放大器。开关调节器600包括具有分体式开关的高边开关装置620和具有分体式开关的低边开关装置630。高边开关装置620包括通过驱动器623耦接至(如箭头所示)延迟电路626的大开关622和小开关624。高边开关装置620的大开关622还被耦接至(如箭头所示)驱动器621。低边开关装置630包括通过驱动器633耦接至(如箭头所示)延迟电路636的大开关632和小开关634。低边开关装置的大开关632还被耦接至(如箭头所示)驱动器631。高边开关装置620和低边开关装置630被包括在耦接至电源640的开关电路610中。高边开关装置620和低边开关装置630的切换可通过控制电路650使用控制信号96触发。在该实施方式中，开关调节器600为降压逆变器，包括感应器660和电容器670。 如图6A中所示，开关电路610的开关输出端612被耦接至感应器660。开关调节器600具有输出端，示出为Vout 94，其被耦接至RF功率放大器690。因此，开关调节器600被配置为向RF功率放大器690提供功率(从电源640)。在有些实施例中，RF功率放大器690可以为以下装置中所包含的RF功率放大器，例如手机装置、平板电脑、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、收音机和/或其他。控制电路650被配置为基于控制电压(示为Vcontrol 92) 并且基于反馈信号90，触发高边开关装置620和低边开关装置630的切换。在该实施方式中，开关调节器600被配置为基于RF功率放大器690的功率需求的变化而在Vout 94提供功率。例如，RF功率放大器690的功率需求可在第一时间周期期间为第一水平，在第二时间周期期间(与第一时间周期互斥)为第二水平。作为一个具体实例，RF功率放大器690的功率需求可基于RF功率放大器690传送信号(例如，传送信号至基站、传送信号至另一装置)的距离而变化。如果RF功率放大器690将相对长距离地传送信号，那么开关调节器600可被配置为提供相对大的功率(例如，相对高的电压)，其将使信号能够被传过相对长的距离。如果RF功率放大器690将相对短距离地传送信号，那么开关调节器600可被配置为提供相对小的功率(例如，相对低的电压)，其将使信号能够被传过相对短的距离。因而，可将功率有效地提供至RF功率放大器 690，从而依据发信号的距离而传送信号，当特别是相对短距离地传送信号时，不必要向RF 功率放大器690提供过多功率。在该实施方式中，开关调节器600被配置为基于RF功率放大器690的功率需求而使用Vcontrol 92在Vout 94提供功率。因而，Vout 94处的输出端可被配置为跟踪 (track) Vcontrol 92。在有些实施方式中，可基于RF功率放大器690与RF功率放大器690 所发送的信号的目标装置(例如，基站)之间的距离确定Vcontrol 92。图6B为示出了用于图6A所示开关调节器600的动态变化控制电压的图。如图6B 所示，控制电压随着时间在相对低和相对高的电压之间变化。特别地，控制电压从高电压至丨J低电压斜降97 (例如，缓慢(slew)下降)，并且从低电压到高电压斜升98 (例如，缓慢上升)。因此，控制电压能够引起例如开关调节器600的输出电压从高电压至低电压斜降(以相对快的速率)，以及从低电压到高电压斜升(以相对快的速率)。在有些实施方式中，控制电压可在例如OV至几伏(例如1V、5V、10V)之间变化。在该实施方式中，图6B中所示的控制电压的斜率(例如缓变率、斜升98期间的斜率、斜降97期间的斜率)可比高边开关装置620和低边开关装置630的切换速率慢(或慢很多)。换句话说，受控制信号96触发的开关电路610的切换频率可比与通过Vcontrol 92 触发的控制电压的变化相关联的频率快。在有些实施方式中，斜升98和/或斜降97可具有大约一秒或一毫米的持续时间，而开关电路610的切换频率可被配置为以几千赫或几兆赫的速度切换。重新参考图6A，因为开关电路610的低边开关装置630具有分体式开关构造(即， 具有通过延迟电路636产生的延迟输入的大开关632和小开关634)，所以开关调节器600 可以响应于Vcontrol 92 (如图6A所示)中的斜降97 (例如，相对快的斜降)，以相对高的速率处理Vout 94的斜降(例如，缓慢下降)。在该实施方式中，Vout 94的斜降会使负电流从感应器660朝着地线进入开关电路610的开关输出端612。特别地，在开关电路610的开关输出端612的电压上升的情况下(当高边开关装置620闭合，低边开关装置630开启， 并且Vout 94斜降时)，能够在开关电路610的大开关632和/或小开关634的接地接点感应开关噪声(由于开关输出端612与地之间的寄生电感)，这会引起例如对开关调节器 600(例如，开关调节器600的电源640)的损害。低边开关装置630中的分体式开关能够增加低边开关装置630从闭合状态切换为开启状态的时间(与单个开关相比)。切换时间的增加能够以期望的方式降低(例如，抑制)开关噪声(与将在较短切换时间中出现的开关噪声相比)。在低边开关装置630中使用分体式开关降低开关噪声可以以类似于结合例如图1 和图2A至2F所述的方式执行。然而在该情况下，低边开关装置630被配置为响应于控制信号96的下降沿而非控制信号96的上升沿(如结合图1和图2A至图2F所讨论的)来切换。虽然在RF功率放大器690的情况下讨论图6A和图6B，但是在此讨论的原理也可应用于具有变化功率需求的任何负载。特别地，在此讨论的原理可应用于开关电路610的切换期间用于任何类型负载的Vout 94的斜降(响应于Vcontrol 92的斜降)。在有些实施方式中，可配置低边开关装置630，使得分体式开关中的两个开关都仅在Vout 94斜降(响应于Vcontrol 92斜降)时运行。例如，在Vout 94斜升期间(例如， 升高)，可配置开关电路610(例如，使用通过例如控制信号96触发的多路复用器(MUX)或其他类型的电路)，使得仅低边开关装置630中的大开关632被配置为开启和闭合。在Vout 94的斜升期间，低边开关装置630中的小开关634会保持开启。在Vout 94的斜降期间(例如，降低)，可配置开关电路610，使得低边开关装置630中的大开关632和小开关634如上所述开启和闭合，从而抑制开关噪声。类似地，可配置高边开关装置620，使得仅高边开关装置620的大开关622被配置为在Vout 94的斜降期间运行(而小开关6M保持开启)，大开关622和小开关拟4两者都可在Vout 94的斜升期间运行，从而抑制开关噪声。图7为示出了开关调节器700的图，该开关调节器700具有耦接至升压调节器构造中滤波器电路760、762的开关电路710。在该实施方式中，滤波器电路760可起输入滤波器电路的作用，而滤波器电路762可起输出滤波器电路的作用。开关电路710通过滤波器电路760被耦接至电源740，并被耦接至控制电路750。如图7所示，滤波器电路760被配置为从电源740的电源输出端742接收功率60 (例如，电压、电流)。此外，开关电路710还被配置为从控制电路750的控制电路输出端752接收控制信号64。控制电路750被配置为以开关方式触发开关电路710，从而通过滤波器电路760向滤波器电路762(还向负载 790)提供来自电源740的功率60。如图7所示，开关电路710包括高边开关装置720 (例如，上拉开关装置)和低边开关装置730 (例如，下拉开关装置)。由控制电路750产生的控制信号64可被配置为触发各高边开关装置720和低边开关装置730进行切换。在该实施方式中，高边开关装置720 包括大开关722、小开关724以及延迟电路7 (被配置为限定延迟信号62)。低边开关装置730包括单个开关(例如，单个晶体管装置)——低边开关732。如图7所示，低边开关 732可耦接至地线(例如，可被接地)。在有些实施方式中，可变更开关调节器700，从而限定与图7所示类型不同的开关调节器。例如，可将开关调节器700变更为包括两组类似于开关电路710的开关电路，以及其他变更，从而限定降压-升压调节器和/或其他。在此描述的各种技术的实施可以在数字电子电路、计算机硬件、固件、软件或其组合中实现。这些实施可实现为计算机程序产品，即信息载体例如机器可读存储装置(计算机可读介质)中或传播信号中明确具体化的计算机程序，其用于由数据处理设备处理或控制数据处理设备的运行，数据处理设备例如为可编程处理器、计算机或多台计算机。例如上述计算机程序的计算机程序可以任意形式的程序设计语言写入，包括编译语言或解释语言，可以以任意形式配置，包括配置为单机程序或配置为模块、组件、子程序、或适合于计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以被配置为在一台计算机上处理，或者在一个点或通过通信网络互联的分布交叉的多点的多台计算机上处理。在一些实施方式中，方法的一部分或更多部分可由一个以上执行计算机程序以通过对输入数据操作并产生输出而执行功能的可编程处理器执行。方法的部分还可由专用逻辑电路执行，并且设备可实施为专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。适于处理计算机程序的处理器例如包括通用和专用微处理器两种，以及任何类型数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或其两者接收指令和数据。计算机的元件可包括至少一个用于执行指令的处理器以及一个或多个用于存储指令和数据的存储装置。通常，计算机还可包括或可操作地耦接至一个或多个用于存储数据的大容量存储装置，从而从该装置接收数据或向其传送数据，例如磁盘、磁光盘或光盘。适合具体化计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储装置，例如EPROM、EEPROM以及闪存装置；磁盘，例如内置硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及⑶-ROM和DVD-ROM光盘。可通过专用逻辑电路补充处理器和存储器，或者将处理器和存储器合并到专用逻辑电路中。可在以下计算系统中实现该实施，其包括后端组件，例如数据服务器，或者其包括中间件组件，例如应用服务器，或者其包括前端组件，例如客户端计算机，客户端计算机具有图形用户界面或网络浏览器，用户可以通过图形用户界面或网络浏览器与实施、或该后端、中间件、或前端组件的任何组合相互作用。组件可通过任何形式或数字数据通信的介质 (例如，通信网络)互联。通信网络的实例包括局域网(LAN)和广域网(WAN)，例如因特网。虽然已在本文中阐述了所描述的实施例的某些特征，但是本领域技术人员会想到
15很多修改、替换、改变和等效物。因此，应理解，所附权利要求旨在涵盖所有落入实施方式的范围内的修改和改变。应理解，仅通过例子的方式而非限制性地提出了一些修改和改变，事实上在形式和细节方面可作出各种改变。在本文中所描述的设备和/或方法的任何部分除了互斥的组合外，都可任意组合。在本文中描述的实施方式可以包括所描述的不同实施方式的功能、组件和/或特征的各种组合和/或子组合。
权利要求
1.一种设备，包含第一开关，被配置为耦接至电源，并且被配置为响应于控制信号的边沿而切换；延迟电路，被配置为产生延迟信号，所述延迟信号具有与所述控制信号的边沿对应的边沿，所述延迟信号的边沿偏离所述控制信号的边沿；以及第二开关，被配置为与所述第一开关并联地耦接至所述电源，并且被配置为响应于所述延迟信号的边沿而切换，所述第二开关具有比所述第一开关的尺寸小的尺寸。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括开关输出节点，所述第一开关和所述第二开关被并联耦接至所述开关输出节点，所述第一开关和所述第二开关被配置为共同抑制由所述第一开关或所述第二开关至少其中之一与所述电源之间的寄生电感引起的电压过冲。
3.根据权利要求1所述的设备，所述第一开关和所述第二开关共同限定比一单个开关的切换时间周期长的切换时间周期，所述单个开关的尺寸等于所述第一开关的尺寸加上所述第二开关的尺寸。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一开关被配置为在切换时间周期期间从第一状态切换为第二状态，所述第二开关被配置为在所述切换时间周期期间，响应于所述延迟信号的边沿而开始切换。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一开关被配置为在切换时间周期期间从第一状态变为第二状态，所述延迟信号从所述输入信号的边沿偏离一短于所述切换时间周期的持续时间。
6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括开关输出节点，所述第一开关和所述第二开关被并联耦接至所述开关输出节点，所述开关输出节点的开关输出信号被配置为在以下时间周期期间在第一状态和第二状态之间变换，所述时间周期在所述第一开关开始切换时开始，在所述第二开关完成切换时结束。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一开关为ρ沟道MOSFET装置，所述第二开关为P沟道MOSFET装置，所述控制信号的边沿为上升沿，所述延迟信号的边沿为上升沿。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一开关的尺寸为所述第一开关的栅极宽度，所述第二开关的尺寸为所述第二开关的栅极宽度，所述第二开关的栅极宽度比所述第一开关的栅极宽度小超过十倍。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一开关为第一P沟道MOSFET装置，所述第二开关为第二 P沟道MOSFET装置，所述设备进一步包括η沟道MOSFET装置，其起下拉装置的作用，具有耦接至所述第一 ρ沟道MOSFET装置的漏极和第二 P沟道MOSFET装置的漏极的漏极。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一开关、所述延迟电路、以及所述第二开关限定开关调节器内的开关装置的至少一部分。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述延迟电路为第一延迟电路，所述控制信号的边沿为所述控制信号的上升沿，所述延迟信号为第一延迟信号，所述设备进一步包括开关输出节点，所述第一开关和所述第二开关被并联耦接至所述开关输出节点，第一 η沟道MOSFET装置，被配置为耦接至地线，并且被配置为响应于所述控制信号的下降沿而切换；第二延迟电路，被配置为产生第二延迟信号，所述第二延迟信号具有与所述控制信号的下降沿对应的边沿，所述第二延迟信号的边沿偏离所述控制信号的下降沿；以及第二 η沟道MOSFET装置，被配置为与所述第一 η沟道MOSFET装置并联地耦接至地线， 并且被配置为响应于所述第二延迟信号的边沿而切换。
12.一种方法，包括开始第一开关的切换时间周期；在所述第一开关的切换时间周期期间，开始第二开关的切换时间周期，所述第二开关的切换时间周期偏离所述第一开关的切换时间周期期间并且与所述第一开关的切换时间周期交叠；在所述第一开关和第二开关处从电源接收功率信号；以及在所述第一开关的切换时间周期的开始时间开始，基于所述功率信号，并基于所述第一开关的切换时间周期与所述第二开关的切换时间周期的组合，产生开关输出信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一开关的切换时间周期基本等于所述第二开关的切换时间周期，所述第二开关的切换时间周期偏离所述第一开关的切换时间周期，以便所述第二开关的不到整个的切换时间周期与所述第一开关的切换时间周期交叠。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括从信号发生器接收控制信号，所述第一开关的切换时间周期的触发基于所述控制信号；以及延迟所述控制信号，从而产生偏离所述控制信号的延迟信号，所述第二开关的切换时间周期的触发基于所述延迟信号，所述延迟信号和所述控制信号具有与所述第一开关的切换时间周期和所述第二开关的切换时间周期之间的偏离相对应的偏离。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一开关在所述第一开关的切换时间周期期间从第一状态变为第二状态，所述第二开关具有比所述第一开关的尺寸小的尺寸，所述第一开关的切换时间周期基本等于所述第二开关的切换时间周期。
16.根据权利要求12所述的方法，进一步包括将所述开关输出信号施加到降压逆变器装置的部分。
17.根据权利要求12所述的方法，进一步包括基于所述第一开关的切换时间周期和所述第二开关的切换时间周期的组合，抑制与所述电源的寄生电感相关联的电压过冲。
18.一种设备，包括第一开关，被配置为耦接至地线，并且被配置为在切换时间周期期间，响应于控制信号的边沿而切换，同时负电流流入所述第一开关；以及第二开关，被配置为与所述第一开关并联地耦接至地线，所述第二开关被配置为在所述切换时间周期期间，响应于偏离所述控制信号的边沿的延迟信号的边沿而开始切换，同时所述负电流流入所述第二开关。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述第一开关和所述第二开关被包括在低边开关装置中，所述设备进一步包括延迟电路，被配置为产生所述延迟信号，以便所述延迟信号的边沿与所述控制信号的边沿对应。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述第一开关为第一η沟道MOSFET装置，所述第二开关为第二 η沟道MOSFET装置，所述第一 η沟道MOSFET装置具有比所述第二开关的栅极尺寸大的栅极尺寸。
全文摘要
本发明提供了一种用于开关调节器的低电源噪声功率级设备。在主要方面，该设备可包括第一开关，被配置为耦接至电源，并被配置为响应于控制信号的边沿而切换。该设备可包括延迟电路，其可被配置为产生延迟信号，该延迟信号具有与控制信号的边沿对应的边沿，延迟信号的边沿偏离控制信号的边沿。该设备还可包括第二开关，其可被配置为与第一开关并联地耦接至电源，并被配置为响应于延迟信号的边沿而切换，第二开关具有比第一开关的尺寸小的尺寸。
文档编号H02M1/08GK102457176SQ20111031094
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者李茂登, 陶海 申请人:飞兆半导体公司