功率管理装置及谐波消除方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及减少来自功率管理集成电路的开关噪声的方法及装置，更特别地，设 及用于在至少两个开关模式直流-直流功率转换器之间进行相位延迟调整的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 开关模式直流-直流转换器（Switched-mode DC-DC converter)在便携式电子设 备中（如移动手机和笔记本电路）起着重要的作用，其中，运些便携式电子设备主要由电 池供电。运些电子设备常常包括几个子电路（sub-circuit),每个子电路具有其自身的电 压电平要求，该电压电平要求不同于电池供给或外部供给的电压电平（有时候高于或低于 供给电压）。此外，由于电池所存储的能量会存在消耗，因此电池电压将下降。开关模式直 流-直流转换器提供一种从已降低部分电压的电池电压上升高电压的方法，而不用使用多 个电池来完成相同的事情，因此节省空间。大多数开关模式直流-直流转换器还可W调节 输出电压。
[0003] 电气（electronic)的开关模式直流-直流转换器通过暂时（temporarily)存 储输入能量然后在不同的电压处将该能量释放至输出端，将一直流电压电平值C voltage level)转换至另一电压电平。存储该能量的元件可W是磁场存储元件（电感、变压器）或电 场存储元件（电容）。运种转换方法比线性稳压器（linear voltage regulation)的方法 (会W热能形式消耗无用功率）的功率效率（power efficient)更高（常常是75%-98% )。 该高功率效率有益于提高电池供电设备化att&ry-operated device)的运行时间。自80年 代末W来，由于使用了功率场效应管（power FET)，效率有所提高，其中，功率场效应管比功 率双极型晶体管（power bipolar transistor)能够更加有效地在高频率下切换（switch)， 双极型晶体管造成更多的开关损耗（switching loss)且要求更加复杂的驱动电路。开关 模式直流-直流转换器中的另一重要创新是，使用了具有低"导通电阻"的功率场效应替换 掉续流二极管（flywheel diode)的同步整流（sync虹onous rectification),因而降低了 开关损耗。
[0004] 大多数开关模式直流-直流转换器被设计成仅在输入至输出的运一个方向中传 送功率（move power)。然而，通过使用独立控制的动态整流（active rectification)来 替换掉所有二极管，所有的开关调节器拓扑可W制成双向。双向转换器化i-directional converter)可W在任意方向中传送电力，运在需要再生制动（regenerative braking)的 应用中是有用的。如今，可W使用开关模式直流-直流转换器作为需要最少额外元件的集 成电路。它们也可W作为一个准备在电子组件（assembly)内使用的完整的混合电路元件。 阳〇化]然而，开关模式直流-直流转换器需要使用时钟信号，从而导致了输出节点上产 生断续电流（discontinuous current)。也就是说，开关模式直流-直流转换器在输出 节点上产生开关杂散（switching spur)。敏感电路，如射频收发电路（RF transceiver circuit),将受该开关杂散的干扰问题的影响。为了减少（mitigating)该开关模式直 流-直流转换器给该敏感电路产生的干扰，有必要提供一种能有效减少开关杂散的装置及 方法。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种功率管理装置及谐波消除方法，W解 决上述问题。
[0007] 在一实施例中，本发明提供一种功率管理装置，包括第一功率单元、第二功率单元 和控制单元。该第一功率单元接收具有第一相位的第一控制信号，W产生流入输出节点的 第一电流，该第一电流具有该第一相位。该第二功率单元接收具有第二相位的第二控制信 号，W产生流入该输出节点的第二电流，该第二电流具有该第二相位。其中，相位延迟为该 第一相位和该第二相位之间的差异。该控制单元接收具有一时钟频率的时钟信号，W产生 该第一控制信号和该第二控制信号；其中，该控制单元控制该相位延迟，W在该输出节点上 消除该时钟频率的相应谐波。
[0008] 在另一实施例中，本发明提供一种谐波消除方法，用于在输出节点上减少功率管 理装置的谐波，包括：接收具有一时钟频率的时钟信号，W产生具有第一相位的第一控制信 号和具有第二相位的第二控制信号；其中，相位延迟为该第一相位和该第二相位之间的差 异；通过第一功率单元接收该第一控制信号，W产生流入该输出节点的第一电流，该第一电 流具有该第一相位；通过第二功率单元接收该第二控制信号，W产生流入该输出节点的第 二电流，该第二电流具有该第二相位；W及，控制该相位延迟，W在该输出节点上消除该时 钟频率的相应谐波。
[0009] 采用本发明，通过在输出节点上消除时钟频率的特定谐波，从而，可有效减少开关 噪声。
[0010] 本领域技术人员在阅读附图所示优选实施例的下述详细描述之后，可W毫无疑义 地理解本发明的运些目的及其它目的。
【附图说明】
[0011] 图1是根据本发明实施例的一种功率管理装置的方块图；
[0012] 图2是根据本发明另一实施例的一种功率管理装置的方块图；
[0013] 图3是根据本发明实施例的一种谐波消除方法的流程图；
[0014] 图4A和图4B分别示出了根据本发明实施例的一种谐波消除方法的仿真结果示意 图。
【具体实施方式】
[0015] W下描述为本发明实施的较佳实施例。W下实施例仅用来例举阐释本发明的技术 特征，并非用来限制本发明的范畴。在通篇说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指 称特定的元件。所属领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元 件。本说明书及权利要求书并不W名称的差异来作为区别元件的方式，而是W元件在功能 上的差异来作为区别的基准。本发明中使用的术语"元件"、"系统"和"装置"可W是与计 算机相关的实体，其中，该计算机可W是硬件、软件、或硬件和软件的结合。在W下描述和权 利要求书当中所提及的术语"包含"和"包括"为开放式用语，故应解释成"包含，但不限定 于…"的意思。此外，术语"禪接"意指间接或直接的电气连接。因此，若文中描述一个装置 禪接于另一装置，则代表该装置可直接电气连接于该另一装置，或者透过其它装置或连接 手段间接地电气连接至该另一装置。
[0016] 图1是根据本发明实施例的一种功率管理装置（power management device)的方 块图。如图I所示，功率管理装置100包括功率产生模块（power-generation mo化le) 110 和控制单元120。功率产生模块110包括多个功率单元（power unit) 110-1~110-N，其中， N为正整数。功率单元110-1~IlO-N分别接收控制信号Sctu~SeTW, W产生流入输出节 点Hw的电流I。1~I ON，其中，控制信号Sctli~S CTLN的相位分别为P 1~P N，W及，电流Ioi~ I?的相位分别为Pi~P W。
[0017] 控制单元120接收时钟信号该时钟信号的时钟频率为F。，W给功率单元 110-1~IlO-N分别提供控制信号Sctli~S CTLN,其中，控制信号Sctli~S CTLN分别具有相位 Pi~Pw。根据本发明实施例，控制单元120控制相位Pi~Pw之间的相位延迟（phase delay)， W在输出节点上消除该时钟频率Fe的相应谐波（corresponding harmonic)。该相位延迟 和该被消除的谐波之间的关系将在下面的描述中进行介绍。
[0018] 根据本发明实施例，可W仅采用两个功率单元来消除在输出节点上的时钟频率Fc 的特定谐波，也可W采用两个W上功率单元来消除谐波。为方便说明，下面的描述中W两个 功率单元的实施例来进行说明。应当说明的是，本领域技术人员根据下面的描述，可W轻易 地实施包括两个W上功率单元的情形，因此，针对两个W上功率单元的情形不再一一寶述。
[0019] 图2是根据本发明另一实施例的一种功率管理装置的方块图。如图2所示，功率管 理装置200包括第一功率单元201、第二功率单元202和控制单元220。根据本发明实施例， 第一功率单元201和第二功率单元202可W是开关模式直流-直流转换器（switched-mode DC-DC conve;rte;r)，且在输出节点Ndut上输出直流电如降压转换器化uck converter)或升 压转换器化OOSt converter)。根据本发明另一实施例，第一功率单元201和第二功率单元 202可W是其它的开关模式电路（switched-mode circuit),该其它的开关模式电路在输出 节点Nout上产生开关噪声（switching noise)。 W20] 根据本发明实施例，第一功率单元201和第二功率单元202是相同的 (identical),且对称（symmetric)到输出节点Nwt。换句话说，第一功率单元201和第二功 率单元202产生幅度（magnitude)相同的电流，且均流入输出节点Nwt; W及，第一功率单元 201至输出节点Nwt的禪合路径（coupling path)与第二功率单元202至输出节点N WT的 禪合路径具有对称的布局（layout placement)和相同的长度，即从第一功率单元至输出节 点的第一禪合路径和从第二功率单元至输出节点的第