CN103676721B - 具有自适应线性化的传感器电流接口收发器 - Google Patents

具有自适应线性化的传感器电流接口收发器 Download PDF

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Abstract

具有自适应线性化的传感器电流接口收发器。本公开的一些实施例涉及具有线性化模块的传感器接口模块，该线性化模块增加了从高侧电流源输出的电流的线性区域的尺寸。公开的传感器接口模块具有被配置为生成参考信号的参考电压源。具有高侧电流源和低侧电流源的输出驱动级在传感器接口模块的输出节点处被串联连接。闭合控制环被配置为接收参考信号并且生成驱动高侧电流源的数字控制信号。线性化模块被配置为操作低侧电流源以逼近高侧电流源的非线性度并且使用逼近的非线性度来生成减轻高侧电流源中的非线性度的补偿函数。

Description

具有自适应线性化的传感器电流接口收发器
技术领域
本申请涉及一种具有自适应线性化的传感器电流接口收发器。
背景技术
现代车辆包括大量的传感器，例如气囊传感器，胎压传感器，发动机传感器，座椅安全带传感器和许多其它传感器。例如，气囊传感器将关于车辆的操作的数据（例如，轮速，减速等）提供到汽车控制单元（ACU）。基于从气囊传感器接收的数据，该ACU可确定在车辆内的气囊应何时被展开。
图1示出包括传感器接口模块102的车辆传感系统100。该传感器接口模块102具有耦合到汽车控制单元106的控制单元接口104和耦合到一对线110，112的传感器接口108，该对线被连接到一个或者多个传感器114（例如，114a，…114n）。为了限制噪声并且减弱线共振，RLC网络116可以被耦合到该传感器接口108。
为了将信息发送至传感器114，该传感器接口模块102包括调制单元118，其调制电源电压（例如DC电源电压的变化）以便将信息发送到传感器114中的至少一个。当数据未被传送时，该调制单元118常常将未调制的（例如DC）电源电压提供给传感器114。为了接收来自传感器114的信息，传感器接口模块102包括解调单元120，其解调被调制的传感器电流信号以接收来自传感器114中的至少一个传感器的信息。
物理接口层122可以被放置在调制和解调单元118和120与线110和112之间，以允许由并联连接到调制单元118的解调单元120进行电流测量。物理接口层122也可以包括用于输入信号的抗混叠或者用于从输出信号中去除量化噪声的滤波器。它也可以包括确保EMC和ESD相符和防护短路的措施，或者包括开关以在不同电源之间变化。这些功能只是实例并且不应被看作限制。
发明内容
本申请的实施例涉及一种汽车控制单元（ACU），包括：参考电压源，其被配置为生成参考信号；输出驱动级，其具有被配置为产生高侧电流的高侧电流源，该高侧电流源在输出节点处串联连接到被配置为产生低侧电流的低侧电流源；闭合控制环，其被配置为接收该参考信号并且生成操作高侧电流源或者低侧电流源的第一信号，以在该输出节点处生成输出信号；和线性化模块，其被配置为改变电流源的电流，所述电流源不被操作为生成输出信号以逼近被操作为生成输出信号的电流源的非线性度，并且使用逼近的非线性度来减轻非线性度。
本申请的另一实施例涉及一种汽车控制单元（ACU），包括：输出驱动级，其具有在输出节点处串联连接到低侧电流源的高侧电流源；比较器或者模-数转换器，其被配置为比较来自参考电压源的参考信号和来自该输出节点的反馈信号，并且基于该比较生成输出信号；PID控制器，其被配置为接收该输出信号并且生成驱动该高侧电流源的数字控制信号；测试控制器，其被配置为：输出控制码，该控制码改变从该低侧电流源输出的低侧电流；接收该数字控制信号；并且从该控制码和数字控制信号确定对应于该高侧电流源的非线性度的一个或者多个数据特性；和自适应非线性块，其被配置为接收所述数据特性，基于所述数据特性逼近该高侧电流源的非线性度，并且利用该逼近的非线性度来增加在从该输出驱动级输出的电流和在处理块内部使用的信号之间的线性操作区域的尺寸，所述处理块利用该数字控制信号作为该电流的表示。
本申请的再另一实施例涉及一种减轻汽车控制单元（ACU）内的高侧电流源的非线性度的方法，包括：提供包括输出驱动级的汽车控制单元（ACU），所述输出驱动级具有在该ACU的输出节点处串联连接的高侧电流源和低侧电流源；执行校准过程以基于通过改变从该低侧电流源输出的低侧电流来确定的该非线性度的一个或者多个数据特性，由该高侧电流源的非线性度的逼近值来生成补偿函数；并且利用该补偿函数来减轻在该高侧电流源中的该非线性度。
附图说明
图1是车辆传感系统的框图。
图2A是具有传感器接口模块的汽车控制单元的框图，所述传感器接口模块具有高侧和低侧电流源。
图2B是示出作为数字控制信号的函数的高侧电流源的输出电压的图。
图3是具有线性化模块的传感器接口模块的一些实施例的框图，该线性化模块被配置为增加与从被操作为生成输出信号的电流源输出的电流相关联的线性度。
图4是具有线性化模块的传感器接口模块的一些另外的实施例的框图，所述线性化模块被配置为增加与由高侧电流源输出的电流相关联的线性度。
图5是具有线性化模块的传感器接口模块的一些另外的实施例的框图，所述线性化模块被配置为增加与由高侧电流源输出的电流相关联的线性度。
图6是具有线性化模块的传感器接口模块的一些替代实施例的框图，所述线性化模块被配置为增加由高侧电流源输出的电流的线性度。
图7是示出从高侧电流源输出的电流和由该线性化模块生成的补偿函数的图。
图8是在传感器接口模块中改进高侧电流源的线性化的示例性方法的流程图。
图9-11示出用于该公开的线性化模块的示例性校准过程的流程图。
图12是示出用于该公开的线性化模块的动态校准过程的实例的图。
具体实施方式
现在参照附图来描述要求的主题，其中相似的参考数字通篇被用来指代相似的元件。在下面的描述中，为了解释的目的，阐述许多具体细节以提供对要求的主题的透彻理解。然而可以显然的是，在没有这些具体细节的情况下可以实施所要求的主题。
图2A示出具有传感器接口模块202的汽车控制单元200的更详细的框图，所述传感器接口模块被配置为在控制单元204和一个或多个传感器206之间交换数据信号。
该传感器接口模块202包括参考电压源208，其被配置为从控制单元204接收控制信号SCTRL并且基于此生成可变参考信号Vref。参考电压源208被耦合到基于该可变参考电压Vref来生成数字控制信号DPID的闭合控制环210。该数字控制信号DPID被提供给在输出节点218处调节输出电压的输出驱动级212。
该输出驱动级212包括高侧电流源214和低侧电流源216。为了增加在输出节点218处的输出电压，增加由该高侧电流源214生成的电流。可替代地，为了降低在输出节点218处的输出电压，降低由该高侧电流源214生成的电流，并且增加由该低侧电流源216生成的电流。高侧电流源214可以包括具有PMOS晶体管的电流镜，所述PMOS晶体管具有不同尺寸比（例如1：200的宽度比）。因为所述PMOS晶体管被操作为在大多数时间提供电流（例如，PMOS的占空比是98%，NMOS对于2%是有效的），所以，所述PMOS晶体管几乎占了该传感器接口模块200的功率损耗的大部分。
图2B示出显示作为数字控制信号DPID的在高侧电流源214内的函数的PMOS晶体管的输出电流220的图。当数字控制信号DPID是小的时候，PMOS晶体管在线性区域LR1中操作，其中输出电流220相对于数字控制信号DPID是线性的。当增加数字控制信号DPID以操作PMOS晶体管来传送高电流时（例如，用于具有多个传感器的系统），该输出电流220进入非线性区域NLR1中，其中该数字控制信号DPID增加，而没有输出电流220的相应增加。因此，在非线性区域NLR1中，PMOS晶体管的非线性引起数字控制信号DPID包括非线性，因为该数字控制信号DPID将不成比例地增长以补偿饱和电流。因为该数字控制信号DPID被用来解调接收到的传感器信号，高度的非线性可导致汽车控制单元故障。
防止PMOS晶体管进入到饱和区域中的一个方法是增加PMOS晶体管的尺寸。例如，在图2B中较大晶体管的输出电流222，其以比引起较小晶体管（输出电流220）进入到饱和区域SR1中的值更大的数字控制信号值进入到饱和区域SR2。因此，为了在线性操作区域中操作该汽车控制单元200的输出驱动级212，可以使用大晶体管或者可以在高侧上施加足够的漏极源极电压。然而，大晶体管是不理想的，因为其大尺寸占用大的芯片面积，这增加了芯片成本。高的漏极源极电压也是不可接受的，因为它们增加了功率损耗。
因此，本公开涉及通过使用补偿函数来增加从高侧电流源输出的高侧电流展示线性响应所在的数字控制信号的范围从而减小高侧电流源的尺寸和功率损耗的方法和装置。
在一些实施例中，该装置包括参考电压源，其被配置为提供可变参考电压到与输出驱动级通信的闭合控制环。该输出驱动级具有被配置为产生高侧电流的高侧电流源，其在输出节点处与被配置为产生低侧电流的低侧电流源串联连接。响应于该可变参考电压，该闭合控制环生成驱动该高侧电流源生成高侧电流的数字控制信号。线性化模块被配置为提供控制码，其改变由低侧电流源生成的低侧电流。低侧电流的变化引起该数字控制信号变化，使得该线性化模块可以从控制码和相关联的数字控制信号来确定高侧电流源或低侧电流源的非线性度的一个或多个特性。基于非线性度的特性，该线性化模块确定了用来在输出驱动级中降低非线性的补偿函数。
图3示出汽车控制单元300的一些实施例的框图，该汽车控制单元具有被配置为在控制单元304和一个或多个传感器306之间交换数据的传感器接口模块302。该传感器接口模块302被配置为从控制单元304接收控制信号SCTRL并且基于被提供到一个或多个传感器306的控制信号生成输出信号Sout。
特别地，控制信号SCTRL被提供给参考电压源308，该参考电压源基于控制信号SCTRL提供参考电压到闭合控制环310。该闭合控制环310被配置为生成第一信号S1，其控制输出驱动级312生成输出信号Sout。该输出驱动级312包括连接在电源电压VCC和输出节点314之间的高侧电流源312a和连接在接地端子和输出节点314之间的低侧电流源312b。
在正常操作状态下，高侧电流源312a或低侧电流源312b可被操作为生成输出信号Sout。第一信号通过控制由电流源312a或312b产生的电流来控制输出信号Sout的值。例如，在一些实施例中，第一信号S1控制高侧电流源312a的操作以生成输出信号Sout，而在其它实施例中，该第一信号S1控制低侧电流源312b的操作以生成输出信号Sout。
线性化模块316被配置为生成第二信号S2，其修改在正常操作状态下不被操作为生成输出信号Sout的电流源的电流。该线性化模块316测量被操作为生成输出信号Sout的电流源的响应，并且基于被测量的响应计算被操作为生成输出信号Sout的电流源的非线性度。该线性化模块316被进一步配置为由该计算的非线性度生成补偿信号Scomp，其可被用来增加在从输出驱动级312输出的电流和在处理块328内部使用的信号之间的线性操作区域的尺寸，所述处理块328使用该信号作为该电流的表示。
例如，对于连接在输出节点314和接地端子之间的传感器306，该第一信号S1操作高侧电流源312a以生成输出信号Sout并且从线性化模块316输出的第二信号S2修改低侧电流，该低侧电流在与高侧电流相同的方向上前进。线性化模块316测量在第一信号S1上的响应并且基于该测量的响应计算高侧电流源312a的非线性度。
对于连接在输出节点314和高侧电源电压之间的传感器，该第一信号S1操作低侧电流源312b以生成输出信号Sout并且从线性化模块316输出的第二信号S2修改高侧电流，该高侧电流在与低侧电流相同的方向上前进。线性化模块316测量在第一信号S1上的响应并且基于该测量的响应计算低侧电流源312b的非线性度。
图4示出具有传感器接口模块402的汽车控制单元400（例如，发动机控制单元，气囊控制单元等）的一些另外的实施例的框图，所述传感器接口模块402被配置为在控制单元406和一个或多个传感器408之间交换数据信号。
传感器接口模块402包括与控制单元406对接的控制单元接口404和与耦合到一个或多个传感器408的该对线412，414对接的传感器接口410。传感器接口模块402进一步包括参考电压源416，其被配置为从控制单元406接收控制信号SCTRL并且基于此生成可变参考信号Vref。参考电压源416被耦合到闭合控制环418，其生成被提供到输出驱动级420的控制端子的数字控制信号DPID。数字控制信号DPID驱动输出驱动级420以调节在输出节点424处的输出电压。
输出驱动级420包括在传感器接口模块402的输出节点424处串联连接的高侧电流源420a和低侧电流源420b。在一些实施例中，该高侧电流源包括电流镜，该电流镜包含具有第一宽度的第一PMOS晶体管和具有比该第一宽度更宽的第二宽度的第二PMOS晶体管。
在一些实施例中，控制单元406被配置为驱动参考电压源416以生成与将被发送到一个或多个传感器408的信号对应的可变参考电压Vref。基于该可变参考电压Vref，该闭合控制环418调整数字控制信号DPID，直到在输出节点424处的电压与可变参考电压Vref相匹配为止。在一些实施例中，包括电阻器，电容器，和/或电感器的阻尼网络426被设置在传感器接口410和一个或多个传感器408之间。阻尼网络426被配置为阻尼在传感器侧以及在控制单元侧的线路电感和电容器之间的谐振。
线性化模块422被连接到闭合控制环418并且被连接到输出驱动级420。线性化模块422被配置为提供控制码SCC到低侧电流源420b，其通过低侧电流源420b控制低侧电流输出。线性化模块422也被配置为接收驱动高侧电流源420a的数字控制信号DPID。
在正常操作期间，闭合控制环418通过高侧电流源420a的操作来控制输出驱动级420的输出电流。然而，在校准模式中，线性化模块422被配置为执行校准过程，其确定减轻高侧电流源或者低侧电流源中的非线性度的补偿函数。线性化模块422通过以受控的方式控制由低侧电流源420b生成的电流，并且通过基于低侧控制码SCC和高侧控制信号DPID的比较确定高侧电流源420a或者低侧电流源420b的非线性度来确定该补偿函数。由该非线性度确定补偿函数。
例如，如果由低侧电流源420b生成的电流在对于高侧电流源420a的非线性操作区域内变化，从闭合控制环418输出的数字控制信号DPID将以非线性方式变化。在一些实施例中，线性化模块422通过修改低侧控制码（例如，通过添加偏移步骤）来改变低侧电流，而在其它实施例中，线性化模块422被配置为操作另外的低侧电流源以生成低侧电流，该低侧电流被添加到在输出节点处或者在输出驱动级420内部某处的电流。
在一些实施例中，线性化模块422被配置为动态地执行校准过程以解决（accountfor）非线性度的变化。例如，在一些实施例中该校准过程通过调整控制码SCC的值来执行，并且由此调整低侧电流。调整低侧电流引起由高侧电流源420a生成的高侧电流的变化，和由此的数字控制信号DPID的变化。
在一些实施例中，因为传感器接口模块402可替代地发送和接收数据到传感器408，校准过程可以被配置为在正常的操作周期上测量数字控制信号DPID和控制码SCC，同时在从传感器408接收的数据之间对低侧电流作出改变（例如，低侧控制码SCC的改变）。
线性化模块422能够由控制码SCC和与高侧电流源420a相关联的响应来确定高侧电流源非线性度的一个或多个数据特性。例如，在一些实施例中，线性化模块422能够由控制码SCC和相应的数字控制信号DPID来确定高侧电流源非线性度的一个或多个数据特性。在其它实施例中，线性化模块422能够由控制码SCC和被提供到一个或多个传感器408的相应的高侧电流来确定高侧电流源非线性度的一个或多个数据特性。
线性化模块422被配置为使用该一个或多个数据特性来逼近高侧电流源420a的非线性度。被逼近的非线性度可被用来生成补偿函数，其减轻与高侧电流源420a相关联的非线性度，从而有效地增加了高侧电流源420a的线性操作区域的尺寸。在不同实施例中，为了减轻非线性度，线性化模块422可以在高侧电流源420a的输入处或者在处理块428的输入处引入补偿函数，该处理块使用数字控制信号DPID作为提供到传感器408的静态电流的表示。例如，在一些实施例中，线性化模块422可以在处理块428的输入处引入补偿函数，该处理块包括被配置为解调从一个或多个传感器408接收的信号的接收器。
通过减轻与高侧电流源420a相关联的非线性度，可以减小高侧电流源420a的尺寸（例如减小芯片面积）和/或可以减小高侧电流源420a的电源电压（例如，减少功率消耗）。
图5示出具有传感器接口模块502的汽车控制单元500的一些更详细的实施例的框图，该传感器接口模块包括被配置为减轻与高侧电流源510a相关联的非线性度的线性化模块512。该线性化模块512被配置为在控制信号被接收器524接收之前，减轻由高侧电流源510a从数字控制信号DPID引入的非线性度。
特别地，传感器接口模块502包括闭合控制环504，其包括比较元件506和PID（比例积分微分）控制器508。比较元件506（例如比较器，模-数转换器）具有连接到电压参考源514的第一输入和被配置为从输出节点522接收反馈信号的第二输入。电压参考源514被配置为输出参考电压Vref，其控制在输出节点522处的电压。比较元件506的输出信号耦合到被配置为生成数字控制信号DPID的PID控制器508的输入，所述数字控制信号DPID被提供到具有高侧电流源510a和低侧电流源510b的输出驱动级510。因为闭合控制环504基于在输出节点522处的电压生成数字控制信号DPID，该电压被高侧电流源510a控制，所以该数字控制信号DPID将包含由该高侧电流源510a的非线性特性引起的非线性度。
传感器接口模块502进一步包括线性化模块512，该线性化模块包括测试控制器518和自适应非线性块520。该测试控制器518包括第一和第二输出节点。该第一输出节点被连接到输出驱动级510并且被配置为输出控制码SCC到低侧电流源510b。该第二输出节点被连接到自适应非线性块520。测试控制器518进一步包括被连接到闭合控制环504的输出的第一输入节点并且被配置为接收数字控制信号DPID。
在操作期间，测试控制器518被配置为执行校准过程，其改变提供给低侧电流源510b的控制码SCC，引起低侧电流源510b改变其生成的低侧电流的值。响应于低侧电流的变化，闭合控制环504将调整提供给高侧电流源510a的数字控制信号DPID。在一些实施例中，控制码SCC在多个值上发生变化以确定与从高侧电流源510a输出的高侧电流相关联的多个相应的数字控制信号DPID。基于该多个控制码SCC和数字控制信号DPID，测试控制器518被配置为确定在高侧电流源510a中的非线性度的一个或多个数据特性（即确定非线性函数的未知变量，其将逼近高侧电流源的非线性度）。
例如，一旦传感器接口模块502被加电并且输出电压已经平稳（例如，到达稳定状态），测试控制器518可以慢慢地增加控制码SCC来以逐步的方式增加低侧电流。增加低侧电流引起从高侧电流源510a输出的高侧电流（即静态电流）以逐步的方式变化。测试控制器接收数字控制信号DPID的形式的高侧电流源510a的响应。只要高侧电流源510a是在线性操作区域中，低侧电流的增加将导致控制高侧电流源510a的数字控制信号DPID的成比例的增加。然而，当高侧电流源510a进入到非线性操作区域中时，低侧电流的增加将被解决高侧电流源510a中的非线性度的数字控制信号DPID的不成比例的增加所补偿。由数字控制信号DPID的不成比例的增加，测试控制器518可以确定高侧电流源非线性度的一个或多个数据特性。
自适应非线性块520具有连接到闭合控制环504的输出的第一输入节点和连接到测试控制器518的第二输入节点。该自适应非线性块520被配置为从闭合控制环504接收数字控制信号DPID并且从测试控制器518接收一个或多个数据特性。基于接收的信号，自适应非线性块520被配置为生成减轻高侧电流源510a的非线性度的补偿函数。在一些实施例中，补偿函数等于高侧电流源510a的非线性度。如果自适应非线性块520接收非线性输入，该补偿函数被引入到数字控制信号DPID中以在信号去往接收器524之前去除该非线性度，使得去往接收器524中的信号是线性的。
在一些实施例中，滤波器（例如，低通滤波器）和/或抽取器526被设置在闭合控制环504的输出和自适应非线性块520之间。通过将低通滤波器和/或抽取器放置在自适应非线性块520的前面，用来生成补偿函数的计算的复杂性可通过将该计算断成几个连续的步骤来被降低。这降低了硬件复杂性。
在一些实施例中，自适应非线性块520包括可被用来确定高侧电流源510a的非线性度的查找表528。在这种实施例中，数字控制信号DPID和低侧控制码SCC作为到该查找表528的输入而被接收，其基于此给出逼近的非线性。在其它实施例中，数字控制信号DPID和低侧控制码SCC作为到该查找表528的输入而被接收，其给出作为输出的边界点。然后该自适应非线性块520在边界点之间插值以逼近描述高侧电流源510b的非线性度的函数。
在一些实施例中，测试控制器518也包括被配置为从接收器524接收状态信号Sstatus的第二输入节点。状态信号Sstatus告诉测试控制器518汽车控制单元500是在正常操作模式中操作还是在执行校准过程的线性测试模式中操作。在其它实施例中，状态信号Sstatus也可以从接收器524传达其它信息到测试控制器518。
图6示出具有传感器接口模块602的汽车控制单元600的一些替代实施例的框图，所述传感器接口模块包括被配置为减轻高侧电流源606a的非线性度的线性化模块608。线性化模块608被配置为修改从闭合控制环604输出的数字控制信号DPID，以引起高侧电流源606a线性运行。
特别地，线性化模块608包括测试控制器610和自适应非线性块612。测试控制器610如上面关于图5描述的那样运行。自适应非线性块612被设置于在闭合控制环604的输出和高侧电流源606a之间延伸的控制线中。
在操作期间，测试控制器610被配置为通过改变提供给低侧电流源606b的控制码SCC来执行校准过程，引起低侧电流源606b改变其生成的低侧电流的值。响应于低侧电流的变化，闭合控制环604将调整被提供给高侧电流源606a的数字控制信号DPID。在一些实施例中，控制码SCC在多个值上变化以确定多个相应的数字控制信号DPID。基于该多个控制码SCC和数字控制信号DPID，测试控制器610被配置为确定在高侧电流源606a中的非线性度的一个或多个数据特性。
一个或者多个数据特性被提供给自适应非线性块612。该自适应非线性块612被配置为逼近高侧电流源606a的非线性度并且生成补偿函数，该补偿函数是被逼近非线性度的倒数。该补偿函数与数字控制信号DPID相结合以生成改编的数字控制信号DPID'。该改编的数字控制信号DPID'引起在高侧电流源606a中的非线性度，使得高侧电流源606a输送产生线性化数字控制信号DPID的线性化输出电流。
图7是示出高侧电流和由公开的线性化模块生成的补偿函数以引起在高侧电流源中的非线性度的图700。
图700示出具有非线性度的高侧电流702和由自适应非线性块生成的相应补偿函数704。为了准确地解调从一个或多个传感器接收的信号，高侧电流702一定是在最大值708a和最小公差值708b之间。如果该高侧电流702是在最大和最小公差值708a和708b之外，从一个或多个传感器接收的调制电流的解调可能是不准确的。
如在图700中示出的，高侧电流702不是在最大和最小公差值708a和708b之内。然而，将该补偿函数704应用到高侧数字控制信号（DPID）导致线性化高侧电流706。线性化高侧电流706是以高达0.5的饱和极限在最大公差708a和最小公差708b之间，并且因此提供对接收的信号的准确解调。
图8是改进传感器接口模块中的高侧电流源的线性化的示例性方法800的流程图。
虽然公开的方法（例如，方法800-1100）在下面被示出和描述为一系列动作或事件，将认识到这种动作或者事件被示出的顺序不将以限制性意义被解释。例如，除了那些在此被说明和/或描述的之外，一些动作可以与其它动作或事件以不同顺序发生和/或同时发生。此外，不是所有被示出的动作可能被需要来实现此处描述的一个或多个方面或者实施例。此外，此处描述的动作中的一个或者多个可以在一个或者多个单独的动作和/或阶段中实施。
在802处，提供包括输出驱动级的汽车控制单元，该输出驱动级具有低侧电流源和高侧电流源。输出驱动级的高侧电流源被配置为控制电压，该电压输出到被连接到汽车控制单元的一个或者多个传感器。
在804处，通过操作低侧电流源来实施校准过程以确定高侧电流源非线性度的一个或多个数据特性。
在一些实施例中，该校准过程通过迭代过程实施。该迭代过程包括在806处的调整被提供到低侧电流源的控制码的值。当控制码的值被调整时，其将改变由低侧电流源输出的低侧电流，引起被配置为控制由高侧电流源输出的高侧电流的数字控制信号的变化。基于该数字控制信号和该控制码，在808处在高侧电流源中的非线性的一个或者多个数据特性被确定。
在810处，基于在高侧电流源中的非线性度的一个或者多个数据特性，逼近该高侧电流源中的非线性度。在一些实施例中，使用查找表可以逼近该高侧电流源的非线性度。在一些实施例中，查找表被配置为存储与该一个或者多个数据特性相关联的非线性度的逼近值。在这种实施例中，被提取的数据特性与查找表相比较以确定逼近的非线性度。
在其它实施例中，使用稀疏查找表可以逼近高侧电流源的非线性度。在此种实施例中，该稀疏查找表包括多个边界点（例如，3-10个边界点），其限定高侧非线性度和一个或多个插值系数的逼近值。自适应非线性块被配置为在稀疏查找表内包括的边界点之间插值以逼近非线性度。在一些实施例中，可以使用多项式拟合（例如，二阶多项式拟合）来实施该插值。在其它实施例中，可以使用线性拟合或者分段线性拟合（例如，样条）来实施插值。在另外的其它实施例中，可以使用以少量参数描述饱和的函数来实施插值。例如，
其中n=4并且a和b是被拟合的参数。
在812处，用来引起高侧电流源中的非线性度的补偿函数由被逼近的非线性度生成。在一些实施例中，补偿函数可以在其被提供给高侧电流源之前被引入到数字控制信号中以引起该高侧电流源线性运行。在其它实施例中，控制高侧电流源的控制器的非线性数字控制信号基于补偿函数被调整，以在其被提供给接收器之前去除非线性度。
将领会到，在不同实施例中，可以在汽车控制单元的不同操作点处实施公开的校准过程。图9-11示出可以通过公开的线性化模块来实现的示例性校准过程。在图9-11中的校准过程是一些校准过程的实例并且不旨在限制公开的方法和装置。
图9示出用于公开的线性化模块的启动校准过程900的流程图。
在902处，提供连接到一个或者多个传感器的汽车控制单元。汽车控制单元包括被配置为驱动输出驱动级的闭合控制环，该输出驱动级具有低侧电流源和高侧电流源。输出驱动级的高侧电流源被配置为控制输出到一个或者多个传感器的电压。
在904处，一个或者多个传感器与汽车控制单元（ACU）断开。在一些实施例中，大的开关元件被配置为选择性地使该一个或者多个传感器与具有输出驱动级的汽车控制单元去耦，所述输出驱动级具有高侧电流源和低侧电流源。
在906处，从低侧电流源输出的低侧电流以逐步的方式增加以改变被提供给高侧电流源的数字控制信号。在一些实施例中，控制码被提供给低侧电流源以改变低侧电流。以逐步的方式增加低侧电流源引起闭合控制环调整被提供给高侧电流源的数字控制信号。
在908处，记录成对的控制码和相关联的数字控制信号。
在910处，被记录的对用来逼近高侧电流源的非线性度。在一些实施例中，被记录的对用来拟合逼近高侧电流源的非线性度的函数。
图10示出用于公开的线性化模块的替代校准过程1000的流程图，其可以不使用开关元件来被执行。
在1002处，提供连接到一个或者多个传感器的汽车控制单元。该汽车控制单元包括被配置为驱动输出驱动级的闭合控制环，该输出驱动级具有低侧电流源和高侧电流源。该输出驱动级的高侧电流源被配置为控制输出到一个或者多个传感器的电压。
在1004处，该一个或者多个传感器被置于等待模式中。在等待模式中时，传感器不发送数据，除非它们从该汽车控制单元接收到初始信号。
在1006处，控制从低侧电流源输出的低侧电流的控制码以逐步的方式增加，以改变被提供到高侧电流源的数字控制信号。在一些实施例中，控制码被提供到低侧电流源以改变该低侧电流。
在1008处，记录成对的控制码和相关联的高侧数字控制信号。可以迭代地执行动作1006和1008，使得控制码和数字控制码被记录比在线性化函数中使用的多个未知变量多至少一次。
在1010处，记录的对被用来逼近高侧电流源的非线性度。
在1012处，传感器被返回到正常操作。在一些实施例中，传感器可以通过发送启动传感器的响应的第一同步信号或者命令来返回到正常操作。
图11示出用于公开的线性化模块的替代的动态校准过程1100的流程图。相比于上面公开的校准过程，动态校准过程1100可被用来在操作期间解决传感器系统中的变化。例如，饱和极限随温度而变化，使得如果控制单元的操作温度变化，饱和水平将变化并且线性化函数将不再适当地引起高侧电流源的非线性度。动态校准过程1000解决在温度方面的这种动态变化。
在1102处，提供连接到一个或者多个传感器的汽车控制单元（ACU）。该汽车控制单元包括被配置为驱动输出驱动级的闭合控制环，该输出驱动级具有低侧电流源和高侧电流源。该输出驱动级的高侧电流源被配置为控制输出到一个或者多个传感器的电压。
在1104处，可以可选地执行启动校准过程。在一些实施例中，该启动校准过程可以包括启动校准过程900。
在1106处，开始正常总线操作。在正常总线操作期间，在汽车控制单元和一个或者多个传感器间交换信号（例如，借助导线）。
在1108处，记录控制高侧电流源的控制信号的值和可选地记录低侧控制码或采用低侧控制码方式的调制步的值。在一些实施例中，测量低侧控制码和相关联的控制信号，同时在ACU和一个或多个传感器之间交换数据。
在1110处，通过对经过线性低侧电流源的偏移电流编程来增加由高侧电流源输送的高侧电流。例如，在一些实施例中，可以通过提供引起线性低侧电流源生成偏移电流的控制码来增加高侧电流。在一些实施例中，在从一个或者多个传感器接收数据之间调整控制码的值。
在1112处，可以可选性地调整接收器以处理高侧电流电平的变化用于下一传输。
在1114处，用来逼近高侧电流源的非线性度的控制码和控制信号被更新。
可以迭代地执行一个或者多个动作1108-1114以遵循在高侧电流源中的变化。例如，在第一次迭代期间，记录低侧控制码和相关联的高侧控制信号（动作1108）。记录的数据被用来更新用来逼近非线性度的静态电流和控制码。然后在记录第二低侧控制码和相关联的高侧控制信号（动作1108）之前，通过调整该控制码来增加静态电流（动作1110）。
图12示出显示分段线性插值的图1200，该分段线性插值使用稀疏查找来逼近高侧电流源的非线性特性。图1200示出在x轴上的提供到低侧电流源的控制码和在y轴上的高侧电流源的相应的输出电流。
为了执行插值，捕获低侧控制码和相应的高侧控制信号值用于静态电流并且用于调制步△x（Imod）（例如，用于相应于“0”的静态电流和相应于“1”的调制步）。然后该控制码被增加了恒定值△xLS1，导致从闭合控制环（例如，PID控制器）输出的高侧控制信号的增加。从闭合控制环输出的控制信号和低侧控制码被再次捕获。两条线1202和1204通过来自两个测量的成对的相应点被拟合。线1202和1204的交叉点被计算并且被选择作为用于分段线性函数的边界节点。如果在两条线之间的增益差足够低，则该过程到此结束。
如果在线1202和1204之间的增益差不是足够低（例如，不低于预定值），该控制码被增加了恒定值△xLS2并且另两条线通过属于第二低侧受控电流增加的点被拟合（在图1200上未示出拟合线）。与既存线路的交叉点被计算，并且被添加到边界节点的列表。可以随后通过增加控制码来确定另外的点，以实现该拟合的期望的准确度。
将领会到，基于对说明书和附图的阅读和/或理解，本领域技术人员可能会想到等同的更改和/或改变。本公开在此包括所有这种改变和更改并且通常不旨在被此限制。例如，尽管此处提供的图被示出和描述以具有特定的掺杂类型，但是将领会到可以利用替代的掺杂类型，这将被本领域普通技术人员认识到。
此外，虽然已经关于几种实施方式中的仅一个公开了特定特征或者方面，这种特征或者方面可与可能需要的其它实施方式的一个或多个其它特征和/或方面结合。此外，就此处使用的术语“包括”，“具有”，“具备”，“有”，和/或其变型来说，这种术语的含义旨在在意思上是包含一切的—像“包含”那样。而且，“示例性的”仅意在表示实例，而不是最佳的。也应认识到，为了简单和容易理解的目的，此处描绘的特征，层和/或元件被出为相对于彼此具有特定尺寸和/或取向，并且实际的尺寸和/或取向可以与此处示出的尺寸和/或取向相当大地不同。

Claims (22)

1.一种汽车控制单元ACU，包括：
参考电压源，其被配置为生成参考信号；
输出驱动级，其具有被配置为产生高侧电流的高侧电流源，该高侧电流源在输出节点处串联连接到被配置为产生低侧电流的低侧电流源；
闭合控制环，其被配置为接收该参考信号并且生成操作高侧电流源或者低侧电流源的第一信号，以在该输出节点处生成输出信号；和
线性化模块，其被配置为改变电流源的电流，所述电流源不被操作为生成输出信号以逼近被操作为生成输出信号的电流源的非线性度，并且使用逼近的非线性度来减轻非线性度。
2.根据权利要求1所述的汽车控制单元，其中该闭合控制环包括：
比较器或者模-数转换器，其被配置为基于该参考信号与从该输出节点接收的并取决于高侧电流的反馈信号的比较来生成信号；和
PID控制器，其被配置为接收生成的信号并且生成驱动该高侧电流源的数字控制信号以在该输出节点处生成输出信号，其中因为该反馈信号取决于该高侧电流，数字控制信号表示该高侧电流源的非线性度。
3.根据权利要求2所述的汽车控制单元，其中该线性化模块包括测试控制器，该测试控制器被配置为：
接收驱动该输出驱动级的操作的数字控制信号；
修改到该低侧电流源的控制码，该控制码通过改变从低侧电流源输出的低侧电流来改变该数字控制信号的值；和
由该控制码和该数字控制信号来确定该高侧电流源的非线性度的一个或者多个数据特性。
4.根据权利要求3所述的汽车控制单元，其中该线性化模块进一步包括：
位于该闭合控制环的输出和该高侧电流源之间的自适应非线性块，
其中该自适应非线性块被配置为从该测试控制器接收该一个或者多个数据特性，基于该一个或者多个数据特性逼近该非线性度，并且基于该非线性度生成减轻该数字控制信号中的非线性度的补偿函数。
5.根据权利要求3所述的汽车控制单元，进一步包括：
接收器，其被配置为接收该数字控制信号并且解调该数字控制信号以恢复从连接到该ACU的一个或者多个传感器接收的数据。
6.根据权利要求5所述的汽车控制单元，其中该线性化模块进一步包括：
位于该闭合控制环的输出和该接收器之间的自适应非线性块，
其中该自适应非线性块被配置为从该测试控制器接收该一个或者多个数据特性，基于该一个或者多个数据特性逼近该非线性度，并且基于该非线性度生成减轻该数字控制信号中的非线性度的补偿函数。
7.根据权利要求6所述的汽车控制单元，进一步包括连接到闭合控制环的输出并且连接到该自适应非线性块的输入的滤波器或者抽取器。
8.根据权利要求6所述的汽车控制单元，其中该自适应非线性块包括查找表，该查找表被配置为存储与该控制码和该数字控制信号相关联的逼近的非线性度。
9.根据权利要求6所述的汽车控制单元，
其中该自适应非线性块包括被配置为存储与该控制码和该数字控制信号相关联的边界点的查找表，并且
其中该自适应非线性块被配置为执行所述边界点的插值以逼近该高侧电流源的非线性度。
10.根据权利要求9所述的汽车控制单元，其中该插值包括分段线性插值，该分段线性插值包括与多个低侧控制码和高侧控制信号值对交叉的第一线和第二线。
11.根据权利要求10所述的汽车控制单元，其中该自适应非线性块被配置为如果在该第一和第二线之间的增益差不低于预定值，则增加在该分段线性插值中使用的多个线。
12.根据权利要求1所述的汽车控制单元，其中该高侧电流源包括电流镜，该电流镜包含具有第一宽度的第一PMOS晶体管和具有大于该第一宽度的第二宽度的第二PMOS晶体管。
13.一种汽车控制单元ACU，包括：
输出驱动级，其具有在输出节点处串联连接到低侧电流源的高侧电流源；
比较器或者模-数转换器，其被配置为比较来自参考电压源的参考信号和来自该输出节点的反馈信号，并且基于该比较生成输出信号；
PID控制器，其被配置为接收该输出信号并且生成驱动该高侧电流源的数字控制信号；
测试控制器，其被配置为：输出控制码，该控制码改变从该低侧电流源输出的低侧电流；接收该数字控制信号；并且从该控制码和数字控制信号确定对应于该高侧电流源的非线性度的一个或者多个数据特性；和
自适应非线性块，其被配置为接收所述数据特性，基于所述数据特性逼近该高侧电流源的非线性度，并且利用该逼近的非线性度来增加在从该输出驱动级输出的电流和在处理块内部使用的信号之间的线性操作区域的尺寸，所述处理块利用该数字控制信号作为该电流的表示。
14.根据权利要求13所述的汽车控制单元，
其中该自适应非线性块被设置于该PID控制器的输出和该高侧电流源之间，并且
其中该自适应非线性块被配置为从该测试控制器接收所述数据特性，基于所述数据特性逼近该非线性度，并且基于该非线性度来生成修改该数字控制信号的补偿函数，以增加该高侧电流源的线性操作区域的尺寸。
15.根据权利要求13所述的汽车控制单元，进一步包括：
接收器，其被配置为接收该数字控制信号并且解调该数字控制信号以恢复连接到该控制单元的一个或者多个传感器输出的信号。
16.根据权利要求15所述的汽车控制单元，
其中该自适应非线性块被设置于该PID控制器的输出和该处理块之间；并且
其中该自适应非线性块被配置为从该测试控制器接收所述数据特性，基于所述数据特性逼近该非线性度，并且基于该非线性度生成补偿函数，该补偿函数在该数字控制信号被提供到该处理块之前减轻该数字控制信号内的该非线性度。
17.根据权利要求16所述的汽车控制单元，
其中该自适应非线性块包括被配置为存储与该控制码和该数字控制信号相关联的边界点的查找表，并且
其中该自适应非线性块被配置为执行所述边界点的线性插值，以逼近该高侧电流源的非线性度。
18.一种减轻汽车控制单元ACU内的高侧电流源的非线性度的方法，包括：
提供包括输出驱动级的汽车控制单元ACU，所述输出驱动级具有在该ACU的输出节点处串联连接的高侧电流源和低侧电流源；
执行校准过程以基于通过改变从该低侧电流源输出的低侧电流来确定的该非线性度的一个或者多个数据特性，由该高侧电流源的非线性度的逼近值来生成补偿函数；并且
利用该补偿函数来减轻在该高侧电流源中的该非线性度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中该校准过程包括：
调整提供给该低侧电流源的控制码的值，以改变从该低侧电流源输出的低侧电流；
接收被配置为驱动该高侧电流源的操作的相应的数字控制信号；
基于该数字控制信号和该控制码来确定该非线性度的该一个或者多个数据特性；以及
基于该一个或者多个数据特性逼近该高侧电流源的该非线性度。
20.根据权利要求18所述的方法，其中该校准过程包括：
从该ACU断开一个或者多个传感器；
通过对经过该低侧电流源的偏移电流编程来增加该高侧电流；
记录控制码和相关联的数字控制信号；以及
利用该控制码和该相关联的数字控制信号来逼近该非线性度。
21.根据权利要求18所述的方法，其中该校准过程包括：
在等待模式中操作连接到该ACU的一个或者多个传感器，其中在该ACU和该一个或者多个传感器之间没有信号被传输；
提供控制码给该低侧电流源以改变驱动该高侧电流源的数字控制信号；
记录控制码和相关联的数字控制信号；
利用该控制码和该相关联的数字控制信号来逼近该非线性度；以及
在正常操作模式中操作该一个或者多个传感器，其中信号在该ACU和该一个或者多个传感器之间被传输。
22.根据权利要求21所述的方法，
在数据在该ACU和该一个或多个传感器之间被交换的同时测量该控制码和该相关联的数字控制信号，并且
在从该一个或者多个传感器接收数据之间调整控制码的值。
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