CN101680807B - 用于高分辨率识别随温度变化的电阻性器件的装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种温度测量和识别(TMID)设备获得具有温度传感电路(TSC)的所连接的设备的识别信息和温度信息。所述TSC包括与电压箝位网络(VCN)并联的温度传感元件(TSE)，当所述TSE件的电压大于或等于识别电压范围的下限电压时，所述VCN将所述电压限制为所述识别电压范围内的识别电压。当将低于下限范围的电压应用于所述TSC时，所述VCN开路，并且所述TSC的阻抗对应于温度。所述TMID中的转换电路将所述识别电压范围内的TSC电压转换为标准电压范围。由此，对应于温度的电压和对应于识别电压在所述标准电压范围内。因此，用于测量所述温度和识别电压的电压传感设备的分辨率最大。此外，转换电路在休眠的状态中保持最小的电流。为了成本或其它考虑，第一TSC可省略VCN以提供最大识别电压，其它TSC可包括具有较低识别电压范围的VCN。

Description

用于高分辨率识别随温度变化的电阻性器件的装置、系统和方法
技术领域
本发明通常涉及随温度变化的电阻性器件，更具体地涉及用于高分辨率识别随温度变化的电阻性器件的装置、系统和方法。
背景技术
很多系统和电路利用温度传感元件(TSE)来确定设备的温度。例如，如热敏电阻等典型的随温度变化的电阻性器件(TDRD)可具有与温度成反比的阻抗。通过测量热敏电阻的阻抗可以确定热敏电阻的温度。由此，也可确定或估计热敏电阻附近的元件和设备的温度。有时，电阻传感技术被用作识别技术以确定设备、模块或其它与主设备或主装配连接的外围组件的身份。例如，接受一种以上类型的模块化电池的便携式通信设备包括电池识别技术以确定与便携式通信设备相连的电池的类型。为了使元件与接点最小化，传统的设计通常结合了温度传感技术和识别技术。例如，一些接受一种以上类型的模块化电池的传统便携式通信设备包括连接到电池组内的电路的温度传感机构以确定温度并识别电池模块。每种类型的电池模块都包括具有不同性质的热敏电阻电路，这些性质允许便携式通信设备识别所连接的具体电池模块。通常，每个热敏电阻电路所具有的阻抗与温度的关系不同于其它类型的电池模块中的热敏电阻电路的阻抗与温度的关系。然而，传统的系统受到限制是因为不同电路的阻抗与温度关系通常是重叠的。例如，图1是两条曲线102、104，它们示出了表示两个传统电池模块的阻抗与温度的关系，其中这两条曲线是重叠的。因为重叠区域内的阻抗的测量是与两条曲线102、104都有关系的，因此重叠区域106产生了模糊数据。该测量可对应于低温时的一种类型的电池模块或高温时的另一种电池模块。例如，如果使用一个电池模块，那么阻抗R可对应于温度T1，而如果连接另一个电池，那么阻抗R可对应于温度T2。这个误差可导致灾难性的结果。当错误地识别了电池模块并且应用了不正确的充电模式时，电池可能爆炸。此外，当识别设备的数目增加并且对于每个可能的曲线要求唯一的电压到温度的传递函数时，温度测量电路的动态范围和精度减小。此外，这些问题随着ID的增加而加剧。
由此，需要一种用于高分辨率识别随温度变化的电阻性器件的装置、系统和方法。
发明内容
一种温度测量和识别(TMID)设备获得具有温度传感电路(TSC)的连接设备的识别信息和温度信息。所述TSC包括与电平箝位网络(VCN)并联的温度传感元件(TSE)，当所述TSE间的电压大于或等于所述识别电压范围的下限电压时，所述VCN将所述电压限制在识别电压范围内的识别电压。当将小于所述下限电压的电压应用于所述TSC时，所述VCN开路，所述TSC的阻抗对应于温度。所述TMID中的转换电路将所述识别电压范围内的TSC电压转变为标准电压范围。由此对应于温度的电压和对应于识别的电压在所述标准电压范围内。因此，使得用于测量所述温度和识别电压的电压传感设备的分辨率最大。此外，所述转换电路在休眠状态中保持最小电流。基于对成本和其它因素的考虑，第一TSC可省略所述VCN以提供最大识别电压，其它TSC可包括具有较低识别电压范围的VCN。
附图说明
图1是两个传统的识别和温度传感电路的阻抗与温度关系的图；
图2A是根据示例性实施方式连接至温度测量和识别设备(TMID设备)的温度传感电路(TSC)的结构图；
图2B是根据示例性实施方式的转换电路的结构图；
图3A是根据示例性实施方式，在测量、诊断和识别过程中检测端口处的电压(VDP)的图；
图3B是根据示例性实施方式，用于具有四个识别值的系统的电压(VDP)和转换的电压范围的图；
图4是温度测量和识别设备(TMID设备)的示例性实施方式，其中转换电路包括场效应晶体管(FET)；
图5是根据示例性实施方式的转换电路中的电流与电压之间的关系的图；
图6是根据示例性实施方式，包括四个识别值(ID)的识别系统的多个温度传感电路(TSC)的结构图。
具体实施方式
图2A是温度传感电路(TSC)202的结构图，TSC 202连接至温度测量和识别(TMID)设备204以形成温度测量和识别电路200。根据下面进一步的详细讨论，TSC 202是一组TSC中的一个TSC，TSC的性质允许TMID设备204区分不同组的TSC。TSC可被安装在提供用于监测设备的温度和用于识别设备的机构的不同设备内。温度测量和识别电路200的适合的应用的实施例包括将不同的TSC安装在便携式设备所容纳的每种类型的电池模块中。TMID设备204可作为便携式设备的一部分实施，以识别不同类型的电池模块并确定电池模块的温度。
每个TSC 202包括至少一个温度传感元件(TSE)208。一组TSC中的至少一个TSC包括与TSE 208并联的电平箝位网络(VCN)206。在示例性实施方式中，在所有的TSC中，线性电阻器(图2中未示出)也与TSE 208并联以使TSC 202的温度与阻抗曲线线性化。
TMID设备204通过包括至少一个检测端口212的连接接口210连接至TSC 202。连接接口210可包括任何类型的连接器、接点或电连接机制中的任意一个，以在TMID设备204与TSC 202之间提供电连接。示例性的连接接口210还包括接地连接器。在某些情况下，附加的接点可用于其它信号。
如下所述，多个TSC中的每组TSC包括不同的VCN，VCN可包括电阻器和/电平箝位器件(例如，二极管)的任意组合。VCN可从一组TSC中被省略以产生非箝位电压的识别值(ID)。当TSC被连接至TMID设备204时，检测端口212处的电压取决于具体的VCN 206、温度和TMID设备204中的电压源214的状态。VCN将检测端口电压限制为ID电压范围内的电压。ID电压范围的数量取决于可连接至TMID设备204的TSC组的数量。
TMID设备204包括通过转换电路216连接至检测端口210的电压源214。基准电压缩放器(voltage reference scaler)218将电源电压缩放至小于电源电压的电压以给电压传感器220提供基准电压。控制器222被配置为控制转换电路216和从电压传感器220接收电压测量值。响应于控制信号，转换电路216在设备识别状态中将识别电压偏置提供给TSC 202，在温度测量状态中提供温度电压偏置。在识别状态中，转换电路216将TSC处的电压转换为标准电压范围。基于电压测量值和控制信号的状态，控制器222确定TSE 208的温度并且从多个ID中确定TSC 200的ID。根据下面进一步详细地讨论，在示例性实施方式中，在处理器内实现电压传感器220和控制器222。
TMID设备204通过切换转换电路216中的开关晶体管来控制检测端口处的电压(VDP)。在识别状态中，当缩放网络将箝位电压缩放至标准电压范围中的相应值时，将足够高的电流应用于检测端口以调用VCN 206的电平箝位功能。在温度测量状态中，流入检测端口的电流被充分降低以防止电平箝位功能，允许电压传感器218测量用于确定温度的TSE的阻抗。在此温度测量状态中，通过控制器222处理由电压传感器220在检测端口212处测得的电压(VDP)以确定TSE 208的温度或者确定错误情况存在。当检测的电压在温度测量电压范围内时，检测端口处的电压(VDP)对应于TSE 208的阻抗，控制器222基于检测到的电压计算温度。如果电压在温度测量电压范围之外，则控制器222确定错误情况存在。
在示例性实施方式中，电压传感器220是模数转换器(ADC)。基准电压缩放器218提供等于或接近标准电压范围的最大值的基准电压。由此，增加了用于测量电压的ADC的量化电平的数量。该增加的分辨率改善了测量的精确度。例如，如果电源电压等于Vdd，则ADC的基准电压是Vdd/2，标准电压范围可被设置为0至Vdd/2，ADC的所有量化电平分布在0与Vdd/2之间。与没有将VDP电压转换为标准电压范围的系统相比，ADC的分辨率和精确度几乎加倍。
图2B是根据示例性实施方式的转换电路216的结构图。尽管图2B所示的功能块可采用固件硬件和/或软件的任意组合实现，但是在示例性实施方式中转换电路216包括晶体管、电阻器以及其它电元件的配置。转换电路216包括ID偏置电路224、温度测量偏置电路226和缩放网络228。在识别状态中，控制信号激活ID偏置电路224和温度测量偏置电路226以在检测端口212处提供足够高的电压来激活VCN 206。根据下面进一步详细地讨论，连接至电压源214的晶体管和电阻器的网络建立检测端口212处的偏置电压。检测端口处产生的电压(VDP)取决于具体的VCN 206。缩放网络228将该电压缩放至标准电压范围内的相应值。
在温度测量状态中，将控制信号改变至使ID偏置电路224无效的水平。然而，温度测量偏置电路226保持有效并且提供小于VCN 206的ID电压范围的电压。在示例性实施方式中，例如电容器的电荷存储元件将温度测量偏置电路226处的适当的控制电压维持足够长的一段时间以允许测量检测端口电压。使缩放网络至少部分无效以使检测端口电压的动态范围最大。
图3A是在测量、诊断和识别过程中的检测端口212处的电压(VDP)的图。图3B是电压传感器220的输入端221处的电压(VVS)，以及检测端口电压(VDP)与电压传感器输入电压(VVS)之间的关系334的图。图3A和3B描述的各个值和范围不一定被缩放并且被提供，以大致示出不同情况下的不同电压和温度之间的关系。该图示出了检测端口电压与电压传感器220的输入端处的电压之间的关系334的实施例，转换电路将VDP电压转换为标准电压范围303。为了简明、清晰起见，由于TMID的元件的性质，图3A和3B所示的值可近似于实践中观察到的实际值。例如，所示的实施例指示转换电路在温度测量状态中不对检测端口电压进行转换，检测端口电压出现在电压传感器220的输入端。然而，由于流入电压传感器220的电流导致电压下降，因而电压传感器输入端221处的实际电压可与检测端口电压不同。
在温度测量状态中，仅温度测量偏置电路是有效的，电压(VDP)指示温度或错误情况。如果电压(VDP)大于温度测量电压范围(VMR)304的上限温度测量电压(VUTM)302，则电压传感器220检测到最大量化电平处的电压(VVS)，控制器222确定没有TSC 202连接至TMID设备204。如果电压(VDP)等于或者接近TMID设备204的电源电压(Vdd)，则该电压指示没有电流流过检测端口212并且没有电路连接至TMID设备204。电压传感器输入端221处的相应电压(VVS)大于基准电压(VREF)336，ADC被“设定(rail)”为高。如果该电压小于温度测量电压范围(VMR)304的下限温度测量电压(VTLM)308，则控制器222确定除了有效且适当操作的TSC之外还有其它元件连接至TMID设备204。例如，接近零的电压指示短路的检测端口212，这可能是由于失效的TSC或无效的TSC设备被不期望地连接至TMID设备204而导致的。如果在温度测量状态中，电压(VDP)在温度测量电压范围(VMR)304内，则电压(VDP)和输入电压(VVS)对应于TSE 202的温度，该温度可被测得位于最小温度(TMIN)310与最大温度(TMAX)312之间。在示例性实施方式中，当TSE是NTC热敏电阻时，最大电压(VUTM)对应于最小温度(TMIN)。检测端口电压(VDP)与温度之间的关系符合温度曲线301。曲线301的形状取决于温度传感元件(TSE)208的特性和电路中的其它元件。在示例性实施方式中，线性电阻器与TSE 208并联以使曲线301比包括TSE但是不包括线性电阻器的TSC更加线性化。
在识别状态中，检测端口电压(VDP)对应于TSC 202的识别值(ID)。缩放网络228将检测端口电压(VDP)转换到标准电压范围303内。对应于检测端口电压的电压传感器输入电压(VVS)指示TSC 202的ID。在示例性实施方式中，缩放网络228稍微压缩检测端口ID的电压范围。根据下面进一步详细地讨论，在示例性实施方式中，缩放网络包括分压器，导致转换的电压传感器输入端电压的非零最小值。大于上限温度测量电压(VUTM)302的检测端口电压与至少两个ID电压或ID电压范围中的一个相关联。电压ID的数量取决于可连接至TMID设备204的TSC组的TSC的数量。当两个偏置电路224、226都有效时，控制器222基于与检测端口212处的电压(VDP)对应的电压传感器处的电压(VVS)确定TSC 202的ID。偏置电路224、226和电压源214被配置为在电压源214开启时提供大于上限温度测量电压温度(VUTM)302的检测端口电压。适当方案的实施例包括：一个TSC，所述一个TSC不包括VCN但产生第一ID电压(VID1)，该电压在最大电压306的附近并对应于第一ID(ID1)；第二TSC，所述第二TSC包括VCN，所述VCN将电压限制在VUTM 302附近以限定第二ID(ID2)；以及多个附加的TCS，其包括多个VCN，所述VCN产生的ID电压范围在ID电压(VID1)与第二ID电压(VID2)之间。ID电压范围的最大值取决于VUTM与最大电压306之间的可用的电压范围以及ID电压范围的大小。由于热敏电阻在最小温度处具有最大阻抗，因此最大电压306是对应于最小温度的电压。如下面所解释的，选择不同的元件使得热敏电阻在最坏情况下的最大电压小于发生在最低工作温度处VCN的导通电压。
尽管任意组合和数量的ID电压可用于将TSC划分到ID分类中，但是图3A和图3B图示了支持四个ID的示例性系统。当将不包括VCN的第一类TSC连接至TMID设备204并且电压电源214开启时，产生第一ID电压306。当将包括VCN的第二类TSC连接至TMID设备204并且电压电源204开启时，在电压范围314内产生第二ID电压。当分别将第三类TSC和第四类TSC连接至TMID设备204时，在第三电压范围316和第四电压范围318内产生ID电压。
转换电路216将检测端口的ID电压范围转换为电压传感器输入端221处的标准ID电压范围。因此，分别将每个ID电压范围314、316、318的每个上限ID电压322、326、330和每个下限ID电压320、324、328分别转换为相应的标准ID电压范围350、352、354的相应的下限标准ID电压338、340、342和上限标准ID电压344、346、348。当电压传感器220指示输入端221处的电压(VVS)在标准ID电压范围内时，控制器222确定连接至TMID设备的TSC具有对应于标准ID电压范围的ID。因此，控制器222确定TSC具有用于图3A图3B所示的方案的四个ID中的一个。如下文所讨论地，与ID电压范围相关联的ID对应于包括VCN的TSC。由于VCN中的电平箝位器件(例如，二极管)具有在器件之间和随温度变化的正向电压阈值，因此由特定C产生的ID电压可从相应的ID电压范围的下限电压改变至上限电压。由此，第二ID电压范围314包括下限电压(VIDL2)320和上限电压(VIDU2)322，第三电压范围316包括下限电压(VIDL3)324和上限电压(VIDU3)326，第四电压范围318包括下限电压(VIDL4)328和上限电压(VIDU4)330。
图4是温度测量和识别电路100的示例性实现400的示意图，电压传感器220和控制器222在处理器402内实现。上面参照图1描述的各种元件和功能可通过硬件、软件和/或固件的其它组合实现。在示例性实现中，控制器222控制处理器402的通用输入/输出(GPIO)端口404以产生控制信号。处理器402可以是任意类型的通用处理器、专用集成电路或其它能够实现本文描述的功能的微处理器或处理器配置。运行在处理器402上的代码促进了控制器222的功能和TMID设备204的其它功能。在参照图4讨论的实施例中，晶体管是场效应晶体管(FET)。在某些情况下，可使用其它类型的晶体管或开关元件以执行所描述的功能。
控制器222控制GPIO端口404以将GPIO端口404置于输出(开启)状态和关断状态。在输出状态中，GPIO端口404提供等于或接近电压源(Vdd)的电压。在关断状态中，GPIO端口404具有等于或接近地(0V)的电压。根据下面进一步详细地讨论，具有电压(VCONT)406的控制信号激活转换电路216中的晶体管以将电路216置于休眠状态或识别(ID)状态。转换电路216中的电路元件在转换电路216从ID状态转换到休眠状态时启动温度测量状态。模数转换器(ADC)408通过将数字表示的电压(VADC)提供给控制器222来测量转换电路216的输出端410处的电压(VADC)。TSC 202的元件与转换电路216形成电路，检测端口电压(VDP)对应于ADC检测的电压(VADC)，以允许在温度测量状态中进行温度测量并且当转换电路216处于ID状态时允许测量识别值(ID)。
至少两个TSC 202中的任何一个可连接至TMID设备204。图4示出了包括线性电阻器(RLIN)412、TSE 208和VCN 206的TSC 202，其中，TSE 208是热敏电阻208，VCN 206包括与电平箝位器件416串联的识别电阻器(RID)414。在示例性实现中，电平箝位器件416是二极管配置416，二极管配置416包括正向电压在正向电压范围内的一个或多个二极管。电压范围取决于二极管的数量和类型。例如，通常PN结硅二极管的正向电压近似为0.7伏特。两个串联的硅二极管的总的正向电压大约为1.4伏特。由于制造偏差和其它因素，特定二极管的正向电压可大于或小于期望的压降。此外，正向电压可随温度变化。由此，在任何特定二极管配置具有该范围内的正向电压的情况下，二极管配置416的电压范围得到限定。其它适当的二极管配置的实施例包括使用单个齐纳二极管和有源齐纳二极管的配置。齐纳二极管可被反向偏置以在它们的端子之间保持固定的电压。此外，齐纳二极管的电平箝位变化通常小于PN结硅二极管在温度、偏置电流和制造偏差上的正向电压变化。由于也被称为“稳压器”的有源齐纳二极管的箝位电压的变化小于普通齐纳二极管的箝位电压的变化，因此在某些情况下有源齐纳二极管可能是优选的。
在TMID 204的休眠状态中，GPIO端口404被设置为等于或接近电源电压(Vdd)的控制电压(VCONT)406。在示例性实施方式中，第一场效应晶体管(FET1)418和第二场效应晶体管(FET2)420是P沟道FET。由此，当将GPIO端口404设置为接近Vdd的逻辑“高”电平时，两个FET 418、420被关断，没有电流流过转换电路216。因此，TMID 204的休眠状态提供了最小的电流消耗。
在ID状态中，GPIO端口404被设置为关断状态，GPIO端口404处的电压等于或接近于零伏特。由于FET 418、420栅极处的下限电压，因此第一FET(FET1)418和第二FET(FET2)420的阻抗被认为远小于第一电阻器(R1)422和第二电阻器(R2)424的阻抗。第二电阻器(R2)424具有这样的阻抗值，从而使得如果第一FET(FET1)418被关断时，检测端口212处的电压不足以启动VCC 206的箝位功能。然而，第一电阻器(R1)422的阻抗值足以启动VCC 206的箝位功能。由此，当GPIO端口位于逻辑低电平并且这两个FET被开启时，检测端口212处的电压(VDP)被箝位至由VCC 206建立的ID电压。在这种状态中，检测端口电压由转换电路216转换以提供ADC 408处的标准电压。由第三电阻器(R3)426和第四电阻器(R4)428形成的分压器将检测端口212处的ID电压降低至ADC 408处的标准ID电压。当第一FET(FET1)418被开启时，电流流过由第五电阻器(R5)430和第六电阻器(R6)432形成的分压器。第六电阻器(R6)432间产生的电压足以开启第三FET(FET3)434。因此，第四电阻器(R4)428和第三电阻器(R3)426形成分压器。ADC 408将转换电路216的输出端410处的模拟电压测量值转换为数字值，该数字值由控制器222处理以确定TSC 202的识别值。
GPIO端口404从下限电压转变至上限电压以执行温度测量。在将GPIO转变至逻辑高电平之后，第一FET(FET1)418的栅极处的电压立即到达足够高的电压以关断第一FET(FET1)418。然而，偏置存储电路435将第二FET(FET2)的栅极的电压保持在足以保持第二FET开启的电压上。例如，偏置存储电路435包括二极管436、电容器438和电阻器440。由于第二FET(FET2)420的栅极与GPIO端口404之间存在二极管436，因此第二FET(FET2)420保持开启一段时间。由电容器438和第七电阻器(R7)440形成的RC网络保持第二FET(FET2)420开启直到电容器438充分放电以建立小于第二FET(FET2)420的阈值Vgs的栅极与源级间的电压(Vgs)。当Vgs电压下降到Vgs阈值之下时，第二FET(FET2)420被关断。在第一FET(FET1)418被关断并且第二FET(FET2)420被开启的这段时间内进行温度测量。在这段时间内，第三FET(FET3)434被关断并且第四电阻器(R4)428不与第三电阻器(R3)形成分压器。由此，在温度测量状态中不对检测端口212处的电压(VDP)进行缩放或转换以提供基本等于检测端口212处的电压(VDP)的ADC 404处的电压。由于第二电阻器(R2)424被选择为使得检测端口212处的可能最上限电压是电源电压的一半(Vdd/2)，ADC 404处的电压在0与Vdd/2之间。如上所述，基准电压218被设置为Vdd/2，允许将ADC 404的全部分辨率用于温度测量。
示例性实施方式中的元件的值取决于具体的实现，但应依据下面的通常的标准。
I2＜I1；(1)
IADC＜＜I2；(2)
IADC＜＜IR3+R4；(3)
IR5+R6＜＜I2；(4)
IR3+R4＜＜I1+I2；(5)
IGFET3@I2＜VGSTHFET3＜Vdd；以及(6)
IRTH＜＜I1；(7)
其中，I1是流过第一FET(FET1)418的电流422，I2是流过第二FET(FET2)420的电流444，IADC是流入ADC 408的电流，IR3+R4是流过第四电阻器(R4)428的电流448，以及IR5+R6是流过第六电阻器(R6)432的电流450。转换电路中的电流可被模拟为使得I1具有流过VCC 206的分流(IID)452、流过并联的热敏电阻208和线性电阻器412的分流(IRTH)、流过第二电阻器(R6)432的分流(IR5+R6)450和流过第四电阻器(R4)428的分流(IR3+R4)。
图5是转换电路216中的电流与电压之间的关系500的图。第一图502示出了当GPIO端口从逻辑高电平转变至逻辑低电平、再转变至逻辑高电平时的控制电压406。第二图504示出了流过第一FET 418的电流(I1)442。如图所示，当控制电压转变为下限电压时，电流(I1)442从零安培转变至流过VCC 206的电流(IID)452。第三图506示出了当控制电压从上限电压转换至下限电压时，将流过第二FET 420的电流(I2)444从零安培转变至流过热敏电阻与电阻器组合的电流(IRTH)。第四图508示出了当控制电压从上限电压转变至下限电压时，FET电流(I1和I2)的和从零转变至流过TSC 202的总电流(IID+IRTH)。当控制电压转变至上限电压时，流过第二FET的电流继续流动直到第二FET的栅极电压下降到第五图510所示的第二FET 的Vgs阈值(Vgsth(-))之下。在这段时间内，第四图的电流等于流过热敏电阻和线性电阻器组合的电流，从而指示TSC 202的温度。第六图512示出了当控制电压是下限电压时，检测端口212处的电压(VDP)将在Vdd/2与Vdd之间。在温度测量状态中，VDP在0V与Vdd/2之间。转换电路216将VDP转换为第七图514所示的VADC 410，ID电压的范围是从Vdd/4至Vdd/2，温度电压的范围是从0至Vdd/2。
图6是包含四个识别值(ID)602、604、606和608的识别系统的多个温度传感电路(TSC)600的结构图。第一组TSC 610的TSC具有第一识别值(ID1)602，第二组TSC 612的TSC具有第二识别值(ID2)604，第三组TSC 614的TSC具有第三识别值(ID3)606，以及第四组TSC 616的TSC具有第四识别值(ID4)608。在示例性的系统中，第一组TSC 610只包括温度传感元件208和线性电阻器408，而不包含VCN。因此，ID1对应于图3所示的第一电压ID 306。
第二组TSC 612包括温度传感元件208、线性电阻器412和包含电平箝位器件的VCN 414。VCN 618不包含识别电阻器410。因此，第二ID对应于第二电压范围314。
第三组TSC 614包括温度传感元件208、线性电阻器408和VCN620，该VCN 620包含电平箝位器件416和具有第一ID阻抗622的识别电阻器414。第三ID对应于第三ID电压范围316。
第四组TSC 616包含温度传感元件208、线性电阻器412和VCN624，该VCN 624包含电压箝位器件416和具有第一ID阻抗626的识别电阻器414。第四ID对应于第四ID电压范围318。
根据ID的数目、期望的温度测量范围、供给电压和其它决定因素选择TSC 202和TMID设备204的组件的值。通常，最坏情况下的电压上限对应于负温度系数(NTC)热敏电阻的最小温度。因此，这些组件的值被选择为使最坏情况下的电压上限小于电压箝位器件416(二极管配置)的最小正向电压极限，由于二极管具有负温度系数，因此这种情况通常出现在最高温度时。温度测量的最大动态范围可通过在温度转换期间使用适当低的基准电压源而实现。
明显地，根据这些教导，本领域的技术人员很容易想到本发明的其它实施方式和修改。上面描述是示例性的而非限制性的。本发明仅由所附的权利要求限制，结合上述说明书和附图可知本发明包括所有的实施方式和修改。因此，本发明的范围不是由说明书确定，而是由所附的权利要求以及它们等同的全部范围来确定。

Claims (18)

1.一种电压转换电路，包括被配置为连接至多个识别设备中的一个识别设备的检测端口，所述识别设备包括与温度传感元件并联的电平箝位网络；
当所述识别设备连接至所述检测端口时，所述转换电路还被配置为：
响应于第一控制信号电平，在所述检测端口处，呈现足够高的识别测量电压以调用所述电平箝位网络的箝位功能；
响应于第二控制信号电平，在所述检测端口处，呈现足够低的温度测量电压以避免调用所述箝位功能，
响应于所述第一控制信号电平，在输出端处，呈现与所述检测端口处的箝位电压对应的并在标准电压范围内的标准电压；以及
响应于所述第二控制信号电平，在所述输出端处，呈现在所述标准电压范围内并且与所述识别设备的温度对应的温度测量电压。
2.如权利要求1所述的电压转换电路，进一步包括：
第一晶体管，被配置为响应于所述第一控制信号电平而提供流过所述识别设备的第一电流，并响应于所述第二控制信号电平不提供电流；
第二晶体管，被配置为响应于第一控制信号电平而提供流过所述识别设备的第二电流；以及
偏置存储电路，被配置为在控制信号从所述第一控制信号电平改变至所述第二控制信号电平之后将适当的第二晶体管偏置电压保持一段时间，以允许所述第二晶体管在该段时间内提供所述第二电流。
3.如权利要求2所述的电压转换电路，进一步包括：
两个电阻器；
第三晶体管，被配置为响应于所述第一控制信号电平而与所述两个电阻器形成分压器，所述分压器被配置为将所述箝位电压缩放到所述标准电压。
4.如权利要求2所述的电压转换电路，进一步包括：
第一电阻器，连接在所述第一晶体管的源极与所述检测端口之间，所述第一晶体管的栅极被配置为接收所述控制信号；以及
第二电阻器，连接在所述第二晶体管的源极与所述检测端口之间，第二晶体管的栅极连接至所述偏置存储电路。
5.如权利要求4所述的电压转换电路，其中，所述偏置存储电路包括：
电容器，连接在所述第二晶体管的栅极与电压源之间；以及
二极管，连接在所述第二晶体管的所述栅极与所述第一晶体管的所述栅极之间。
6.一种温度测量和识别设备，包括：
检测端口，被配置为连接至多个识别设备中的一个识别设备，所述识别设备包括与温度传感元件并联的电平箝位网络；
转换电路，被配置为：
在识别状态中在转换电路输出端处提供标准电压范围内的标准电压，所述标准电压对应于所述检测端口处的箝位电压；以及
在所述转换电路的输出端处提供所述标准电压范围内的温度测量电压，所述温度测量电压通过在温度测量状态中流过所述温度传感元件的电流而产生；
模数转换器，被配置为转换所述转换电路输出端处的输出电压以在所述识别状态中产生数字识别电压，以及在所述温度测量状态中产生数字温度测量电压；以及
控制器，被配置为基于所述数字识别电压确定所述识别设备的识别值，并基于所述数字温度测量电压确定所述识别设备的温度。
7.如权利要求6所述的温度测量和识别设备，其中，当所述识别设备连接至所述检测端口时，所述转换电路被进一步配置为：
响应于第一控制信号电平，在所述检测端口处，呈现足够高的识别测量电压以调用所述电平箝位网络的箝位功能，从而在所述检测端口处产生所述箝位电压；
响应于第二控制信号电平，在所述检测端口处，呈现足够低的温度测量电压以避免调用所述箝位功能，
响应于所述第一控制信号电平，在所述转换电路的输出端处，呈现与所述检测端口处的所述箝位电压对应并且在标准电压范围内的标准电压；以及
响应于所述第二控制信号电平，在所述转换电路的输出端处，呈现在所述标准电压范围内并且与所述识别设备的温度对应的所述温度测量电压。
8.如权利要求7所述的温度测量和识别设备，进一步包括：
第一晶体管，被配置为响应于所述第一控制信号电平而提供流过所述识别设备的第一电流，并响应于所述第二控制信号电平不提供电流；
第二晶体管，被配置为响应于第一控制信号电平而提供流过所述识别设备的第二电流；以及
偏置存储电路，被配置为在控制信号从所述第一控制信号电平改变至所述第二控制信号电平之后将适当的第二晶体管偏置电压保持一段时间，以允许所述第二晶体管在该段时间内提供所述第二电流。
9.如权利要求8所述的温度测量和识别设备，进一步包括：
两个电阻器；
第三晶体管，被配置为响应于所述第一控制信号电平而与所述两个电阻器形成分压器，所述分压器被配置为将所述箝位电压缩放到所述标准电压。
10.如权利要求8所述的温度测量和识别设备，进一步包括：
第一电阻器，连接在所述第一晶体管的源极与所述检测端口之间，所述第一晶体管的栅极被配置为接收所述控制信号；以及
第二电阻器，连接在所述第二晶体管的源极与所述检测端口之间，第二晶体管的栅极连接至所述偏置存储电路。
11.如权利要求10所述的温度测量和识别设备，其中，所述偏置存储电路包括：
电容器，连接在所述第二晶体管的栅极与电压源之间；以及
二极管，连接在所述第二晶体管的所述栅极与所述第一晶体管的所述栅极之间。
12.如权利要求8所述的温度测量和识别设备，进一步包括通用输入/输出端口，所述通用输入/输出端口被配置为响应于所述控制器而生成所述控制信号。
13.如权利要求6所述的温度测量和识别设备，其中，所述模数转换器的基准值小于所述箝位电压。
14.如权利要求13所述的温度测量和识别设备，其中，所述基准值等于所述标准电压范围的上限值。
15.如权利要求6所述的温度测量和识别设备，其中，所述箝位电压大于所述温度测量电压并且大于所述标准电压范围的最大电平。
16.一种温度测量和识别设备，用于确定识别设备的识别值和温度，包括与温度传感元件并联的电平箝位网络，所述电平箝位网络被配置为当在连接至多个识别设备中的一个识别设备的检测端口处的电压大于或等于识别电压范围时，将所述电压限制在识别电压范围，所述温度测量和识别设备包括：
转换电路，被配置为在识别状态中将所述电压转换为温度测量电压范围内的标准识别电压，所述温度测量电压范围具有的上限温度测量电压小于所述电平箝位网络用来限制所述检测端口的电压的箝位电压；以及
控制器，基于所述标准识别电压确定所述识别值。
17.如权利要求16所述的温度测量和识别设备，其中，所述转换电路被进一步配置为在所述识别状态中，在所述检测端口处呈现足够高的识别测量电压以调用所述电平箝位网络的箝位功能，从而在所述检测端口处产生所述箝位电压。
18.如权利要求17所述的温度测量和识别设备，其中，所述转换电路被进一步配置为在温度测量状态中，在所述检测端口处呈现足够低的温度测量电压以避免调用所述箝位功能。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8510109B2 (en) 2007-08-22 2013-08-13 Canyon Ip Holdings Llc Continuous speech transcription performance indication
US20090124272A1 (en) 2006-04-05 2009-05-14 Marc White Filtering transcriptions of utterances
CA2648617C (en) 2006-04-05 2017-12-12 Yap, Inc. Hosted voice recognition system for wireless devices
US9973450B2 (en) 2007-09-17 2018-05-15 Amazon Technologies, Inc. Methods and systems for dynamically updating web service profile information by parsing transcribed message strings
US20100213890A1 (en) * 2009-02-25 2010-08-26 Research In Motion Limited Method and system for detection of counterfeit batteries
US8337082B2 (en) 2009-05-08 2012-12-25 Canon U.S. Life Sciences, Inc. Systems and methods for auto-calibration of resistive temperature sensors
SE537114C2 (sv) * 2011-07-08 2015-01-20 Scania Cv Ab Metod för testning av temperaturgivare, och en testanordning
US8845189B2 (en) * 2011-08-31 2014-09-30 Semiconductor Components Industries, Llc Device identification and temperature sensor circuit
US8821012B2 (en) 2011-08-31 2014-09-02 Semiconductor Components Industries, Llc Combined device identification and temperature measurement
US9385589B2 (en) * 2011-11-15 2016-07-05 Apple Inc. Management of common mode noise frequencies in portable electronic devices
US9429606B2 (en) * 2013-09-30 2016-08-30 Siemens Industry, Inc. Increasing resolution of resistance measurements
JP2015145823A (ja) * 2014-02-03 2015-08-13 株式会社リコー 温度検出装置
US9997935B2 (en) * 2015-01-08 2018-06-12 Hand Held Products, Inc. System and method for charging a barcode scanner
DE102017218562A1 (de) * 2017-10-18 2019-04-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrischer Energiespeicher und Verfahren zum Identifizieren eines Speichermodultyps eines elektrischen Energiespeichers
DE102018217528A1 (de) 2018-10-12 2020-04-16 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Batteriesensors und Batteriesensor
JP2020201074A (ja) * 2019-06-07 2020-12-17 株式会社村田製作所 温度検出回路及びモジュール

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5489834A (en) * 1992-05-25 1996-02-06 Nokia Mobile Phones Ltd. Battery type and temperature identification circuit
CN1890833A (zh) * 2003-10-07 2007-01-03 Utc燃料电池有限责任公司 燃料电池电压控制

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3489883A (en) * 1968-06-21 1970-01-13 Horace F Mckinley Proportional heat controller
US4392101A (en) * 1978-05-31 1983-07-05 Black & Decker Inc. Method of charging batteries and apparatus therefor
WO1986000418A1 (en) * 1984-06-30 1986-01-16 Udo Kopmann Device for controlling the charge state of rechargeable batteries
US4667143A (en) * 1985-12-23 1987-05-19 Phillips Petroleum Company Battery charger having temperature compensated charge rate
US5047961A (en) * 1988-05-31 1991-09-10 Simonsen Bent P Automatic battery monitoring system
JPH05299987A (ja) * 1992-04-17 1993-11-12 Toshiba Corp 自動識別レベル制御装置
JP3296624B2 (ja) 1993-05-26 2002-07-02 三洋電機株式会社 パック電池のタイプを判別する電気機器
US5656917A (en) * 1995-12-14 1997-08-12 Motorola, Inc. Battery identification apparatus and associated method
KR100265709B1 (ko) * 1996-10-15 2000-09-15 윤종용 2차 배터리 충전 장치
US5907238A (en) * 1996-12-16 1999-05-25 Trw Inc. Power source monitoring arrangement and method having low power consumption
SE520420C2 (sv) 1997-10-28 2003-07-08 Ericsson Telefon Ab L M Anordning samt förfarande för att identifiera batterityp samt för att mäta batteritemperatur
WO1999027415A1 (fr) * 1997-11-25 1999-06-03 Hitachi, Ltd. Circuit d'alimentation en energie dote d'une fonction de compensation de la temperature et dispositif d'affichage a cristaux liquides comportant un tel circuit
CA2242497A1 (en) * 1998-08-19 2000-02-19 Enersafe Technologies, Inc. Method and apparatus for the continuous performance monitoring of a lead acid battery system
DE102005011081A1 (de) * 2005-03-08 2006-09-14 Axel Muntermann Akkumulator und Verfahren zu dessen Betrieb
US20070263332A1 (en) * 2006-05-11 2007-11-15 Silicon Laboratories, Inc. System and method for high voltage protection of powered devices
US8337082B2 (en) * 2009-05-08 2012-12-25 Canon U.S. Life Sciences, Inc. Systems and methods for auto-calibration of resistive temperature sensors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5489834A (en) * 1992-05-25 1996-02-06 Nokia Mobile Phones Ltd. Battery type and temperature identification circuit
CN1890833A (zh) * 2003-10-07 2007-01-03 Utc燃料电池有限责任公司 燃料电池电压控制

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开平6-333604A 1994.12.02

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Address after: Kyoto Japan

Applicant after: Kyocera Corp.

Address before: American California

Applicant before: Kyocera Wireless Corp.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110928

Termination date: 20130221