CN105408753B - 用于adc测量的动态灵敏度调整 - Google Patents

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Abstract

测量用于配电单元的动态信号的系统以及方法。在一个实施例中，配电单元(PDU)包括模数转换器(ADC)，ADC包括多个通道，每个通道对应于PDU的多个出口中相应的出口。PDU还包括耦合到ADC并且配置成测量从ADC的第一通道输出的信号的尺度，比较信号的尺度与灵敏度阈值，以及基于比较结果，为对应于第一通道的第一出口选择多个基准电压中的基准电压用于到ADC的输入的微处理器。除了高电平电流如20A左右，各种实施例允许使用ADC测量少于300mA左右的低电平出口电流。

Description

用于ADC测量的动态灵敏度调整
技术领域
本公开的实施例一般涉及模数转换。更具体地，实施例涉及用于对于配电单元中的模数转换的动态灵敏度调整的系统以及方法。
背景描述
数据中心通常包括设备机架内包含的多个配电单元(PDU)。机架安装式配电单元，有时也被称为机架式PDU，典型地将电力提供给各种设备，如包含在设备支架内的服务器以及网络组件。人们常常希望测量由耦合到PDU或机架式PDU的出口的各种设备使用的电流或电压。更具体地，有必要对小的和大的信号都使用模数转换器(ADC)进行精确测量。测量小的和大的信号的典型方法包括使用单独的ADC。每个ADC可以被优化来处理小的、低电平信号或大的、高电平信号的测量，但典型地不能同时处理。多个ADC的使用增加了对于采样电路的成本以及复杂性。另一种方法需要使用信号调节电路，其放大施加到ADC的信号。然而，这种方法需要一个或多个放大器来容纳到ADC的每个输入通道，以及影响作为必须被考虑的放大器增益的偏差来测量的信号，从而也增加复杂性和成本。
概要
至少一些方面和实施例涉及为具有一个或多个出口的PDU提供动态的ADC测量灵敏度调整。各种实施例可以包括被配置成允许高电平和低电平的出口电流的精确测量的ADC。这可以通过提供多个ADC基准电压以同时测量高出口电流和低出口电流来实现。使用大的ADC电压基准将允许不带ADC测量的削波的高出口电流的测量。使用小的ADC电压基准将通过有效地增加在较低电平处的信号测量的分辨率来允许低出口电流的测量。当测量较低的电流电平时，这还增加信号噪声比。各种实施例可以不需要额外的信号调节电路来影响被测量的信号。
根据一个方面，提供了使用配电单元(PDU)中的模数转换器(ADC)测量动态信号的方法。该方法包括将PDU的多个出口与ADC的多个通道相关联，提供多个基准电压，测量从ADC的第一通道输出的信号的尺度，比较信号的尺度与灵敏度阈值，以及基于比较结果，为对应于第一通道的第一出口选择多个基准电压中的基准电压用于到ADC的输入的动作。在一些实施例中，信号可以对应于通过第一出口的电流值。
在一些实施例中，该方法还可以包括，在选择基准电压之后，基于该基准电压从输出自第一通道的信号确定测量值以及施加校准值到该测量值。
在一些实施例中，该方法还可以包括提供多个灵敏度阈值，每个灵敏度阈值对应于多个基准电压中相应的基准电压。灵敏度阈值可以是基于多个基准电压的当前基准电压。在一些实施例中，该方法还可以包括基于当前基准电压测量从ADC的第一通道输出的信号的尺度。在一些实施例中，灵敏度阈值可以包括阈值范围，并且比较还可以包括确定该信号的尺度是否在阈值范围之内。该方法还可以包括响应于该信号的尺度超出阈值范围的确定，从使用当前基准电压切换成使用不同的基准电压。
在一些实施例中，该方法还可以包括响应于该信号的尺度小于或等于阈值范围的下限的确定，从使用当前基准电压切换成使用低于当前基准电压的不同的基准电压。该方法还可以包括响应于该信号的尺度大于或等于阈值范围的上限的确定，从使用当前基准电压切换成使用高于当前基准电压的不同的基准电压。
在一些实施例中，该方法还可以包括提供耦合到ADC的微处理器以及使用微处理器进行测量、比较和选择的动作。该方法还可包括基于基准电压校准微处理器以及使用校准的微处理器基于基准电压测量从ADC的第一通道输出的第二信号的尺度。
根据另一个方面，配电单元(PDU)包括被配置成从输入电源接收输入功率的输入端，配置成提供输出功率的多个出口，包括多个通道的模数转换器(ADC)，以及耦合到ADC的微处理器。该微处理器可以被配置成测量从ADC的第一通道输出的信号的尺度，比较信号的尺度与灵敏度阈值，以及基于比较结果，为对应于第一通道的第一出口选择多个基准电压中的基准电压用于到ADC的输入。在一些实施例中，该信号可以对应于通过第一出口的电流值。
在一些实施例中，微处理器还可以被配置成基于多个基准电压中的当前基准电压测量信号的尺度。灵敏度阈值可以是基于当前基准电压。在一些实施例中，灵敏度阈值可以包括阈值范围，并且微处理器还可以被配置成确定信号的尺度是否在阈值范围之内，以及配置为响应于该信号的尺度超出阈值范围的确定，从当前基准电压切换到不同的基准电压。在一些实施例中，响应于信号的尺度小于或等于阈值范围的下限的确定，不同的基准电压可以低于当前基准电压。响应于信号的尺度大于或等于阈值范围的上限的确定，不同的基准电压可以高于当前基准电压。
在一些实施例中，PDU还可以包括配置成接收多个基准电压和指示选择的基准电压的控制信号以及向ADC提供选择的基准电压的基准电压开关。在一些实施例中，PDU还可以包括配置成存储多组校准值的存储器。每组校准值可以对应于多个基准电压中相应的基准电压并且微处理器还可以被配置成接收对应于选择的基准电压的一组校准值。
根据另一个方面，配电单元(PDU)包括被配置成从输入电源接收输入功率的输入端，配置成提供输出功率的多个出口和包括多个通道的模数转换器(ADC)。PDU还包括用于测量的装置，其针对多个出口中的每个出口，测量由ADC的相应通道输出且对应于通过该出口的电流值的值，以及用于基于测量的值选择ADC的基准电压。
在一些实施例中，用于测量的装置被配置成响应于测量的值超出当前基准电压的阈值范围的确定，从当前基准电压切换到选择的基准电压。在一些实施例中，响应于测量的值小于或等于阈值范围的下限的确定，选择的基准电压可以低于当前基准电压。在一些实施例中，响应于测量的值大于或等于阈值范围的上限的确定，选择的基准电压可以高于当前基准电压。
在一些实施例中，PDU还可以包括用于基于基准电压对用于测量的装置校准的装置。
还有，其他方面、实施例以及这些示例性方面和实施例的优点在下面详细讨论。本文所公开的实施例可以与其他实施例以任何与本文公开的原理中的至少一个一致的方式进行组合，并且对于“实施例”、“一些实施例”、“替代实施例”、“各种实施例”、“一个实施例”或诸如此类的引用并不一定是相互排斥的，并且旨在表示描述的特定的特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施例中。本文这类术语的出现不一定全部指的是相同的实施例。
附图说明
至少一个实施例的各个方面下面将参照附图进行讨论，附图不旨在按比例绘制。附图被包括以提供各种方面和实施例的例证和进一步理解，并且被并入本说明书且构成本说明书的一部分，但不旨在作为本公开的限制的限定。在图中，示于各图的每个同一的或几乎同一的组成部分是用同样的数字来表示。为了清楚起见，不是每一个元件都可以被标记在每个图中。在附图中：
图1示出根据本公开的各方面的用于对于ADC测量的动态灵敏度调整的系统的一个实施例；
图2示出根据本公开的各方面的用于对于ADC测量的动态灵敏度调整的系统的另一个实施例；
图3示出包括根据本公开的各方面的用于对于ADC测量的动态灵敏度调整的系统的机架式PDU；
图4示出根据本公开的各方面的对于ADC测量的动态灵敏度调整的方法一个示例的流程图；以及
图5是本实施例的各个方面可以在其上实现的计算机系统的一个示例的框图。
具体实施方式
应当理解，本文所讨论的方法以及装置的实施例不限于应用于在下面的描述中阐述或在附图中示出的构造的细节和组件的结构。这些方法以及装置能够在其他实施例中实现并且以各种方式被实践或执行。本文提供的具体实现的示例，仅用于说明的目的并且不旨在进行限制。特别是，在与任何一个或多个实施例结合进行讨论的动作、元件和特征并非旨在从任何其他实施例中的类似作用中被排除。
同样，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制。本文以单数形式提到的对于系统和方法的实施例或元件或动作的任何引用也可以包含包括多个这些元件的实施例，以及对于本文任何实施例或元件或动作的以复数的任何引用也可以包含包括仅单个元件的实施例。本文对“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”以及它们的变形的使用是指囊括其后列出的术语及其等同物以及额外的术语。对于“或”的引用可以被理解为包括，以便使用“或”描述的任何术语可以指示所描述术语的单个的、多于一个的以及全部中的任何一个。
当设计ADC电路时，很难提供能够测量大的信号同时还能够用高水平精度测量非常小的信号的系统。当设计具有n位的输出的ADC电路时，它典型地被设计为容许将被施加到其的最大幅值的信号。当该最大幅值信号被施加到ADC时，输出将是处于或接近描述该信号的全部n位。当小的信号被施加到相同的ADC电路时，输出将是用较少细节描述小的信号的n-x位。
而每一个被优化用于相应的信号尺度的多个不同的ADC可以被使用，理想的是，最小化用来实现功能的组件的数目，以降低成本并且节省电路板空间。因此，本文公开的各种实施例包括具有处理不同尺度的动态信号的动态灵敏度的ADC，同时保持组件、电路板空间、复杂性和成本降至最少。
图1显示用于测量动态信号的系统100的一个实施例。系统100包括具有被配置成接收模拟信号的第一输入端104和被配置成接收基准电压的第二输入端106的ADC 102。ADC102具有被配置成基于在第二输入端106处提供的基准电压提供对应于在输入端104处的模拟信号的数字信号的输出端108。
系统100还包括耦合到ADC 102并且被配置成接收从ADC输出的信号的微处理器110。微处理器110可以被配置成测量从ADC输出的信号。微处理器110还可以被配置成测量从ADC输出的信号的尺度并且比较该信号的尺度与灵敏度阈值。在各种不同的实施例中，灵敏度阈值可以是阈值范围。微处理器110还可以被配置成基于比较结果从多个基准电压选择基准电压。在系统100中，微处理器110被示为提供指示选择的基准电压的控制信号112给基准电压开关114。基准电压开关114被配置成接收多个基准电压116(Vref 1、Vref 2、...、Vref n)以及基于控制信号112提供选择的基准电压给ADC 102。
系统100还包括配置成存储多组校准值120的非易失性存储器118。每组校准值可以对应于多个基准电压116中的相应基准电压。在一些实施例中，微处理器110可以使用对应于在输入端106处输入ADC 102的选择的基准电压的一组校准值进行校准。
系统100允许动态信号的测量，范围在尺度上从小幅度到大幅度变化，而无需额外的信号调节电路或对于每个信号尺度的单独的ADC。通过改变在两个或更多个预先确定和校准的状态中的一个之间的电压基准，如多个基准电压116，可能会以更高的分辨率采样小的信号，以及基于相同ADC的输出采样较大的信号。在一个实施例中，施加到ADC的适当的基准电压的选择可以使用简单的开关电路来实现。
此外，在系统100中，通过使用将用于评估ADC 102的输出的微处理器110，控制信号112可以由微处理器产生以选择施加到ADC的适当的基准电压，而没有需要影响基准电压选择的任何附加的比较或反馈电路。因此，本公开的各种实施例不要求单独的微处理器或数据处理器来便于数据收集和分析以及基准电压选择。在一些实施例中，数据收集、数据处理以及基准电压选择可以由单个微处理器，如系统100的微处理器110来执行。
各种实施例可以不需要数模转换器(DAC)来产生基准电压。在各种不同的实施例中，预先定义或预先确定的基准电压可以由半导体带隙设备、电源的输出电压、电阻分压器或其他将允许基准电压的精确推导的方法产生。基准电压可以基于由微处理器提供给半导体或其他类型的开关的控制信号被选择或施加到ADC。例如，系统100的基准电压开关114可以包括半导体开关。该开关可以包括晶体管开关。
在各种实施例中，被施加到ADC的两个或更多个电压基准可以被提供，相比于将具有与全部施加的信号一一比较的单个固定基准电压的典型的ADC系统。实施例可以提供用于选择用于应用到ADC的单独的电压基准的各种系统和方法。
在一些实施例中，例如图1中所示，分开的开关电路可以被配置成通过施加到开关电路的控制信号的应用允许从两个或更多个基准电压选择基准电压。图1中的基准电压开关114可以包括一个或多个开关电路。在一个示例中，每一个开关电路可以包括一个或多个晶体管开关。
在一个示例中，图1中的ADC 102是10位ADC，其对应于1024步或0至1023计数。第一基准电压Vref 1是5V，其对应于用于10位ADC的约4.9mV/步。因此，基于第一基准电压的最小可测量的信号是约5mV。第二基准电压Vref 2是1V，其对应于用于10位ADC的约0.98mV/步。因此，基于第二基准电压的最小可测量的信号是约1mV。
由微处理器110读取的10位ADC 102的输出取决于如下面表I和II中所示的基准电压。表I显示对应于使用5V基准电压施加在ADC的输入端的信号的ADC的输出。表II显示对应于使用1V基准电压施加在ADC的输入端的信号的ADC的输出。
如在表I中可以看出，当使用5V基准电压时，施加到ADC的1-5mV的输入信号可以基于所得到的输出进行精确地测量。然而，高达5V的输入信号可以基于5V基准电压进行测量。如在表II中可以看出，当1-5mV的输入信号被施加到ADC时，使用1V基准电压允许独立的输出。然而，1V以上的信号可以基于1V基准电压进行测量。
表I：基准电压＝5V
施加在ADC输入端的信号 ADC的输出
5V 1023计数
2.5V 512计数
1V 205计数
0.5V 103计数
5mV 0-1计数
4mV 0-1计数
3mV 0-1计数
2mV 0-1计数
1mV 0-1计数
表II：基准电压＝1V
施加在ADC输入端的信号 ADC的输出
5V 1023计数
2.5V 1023计数
1V 1023计数
0.5V 512计数
5mV 5计数
4mV 4计数
3mV 3计数
2mV 2计数
1mV 1计数
在一些实施例中，微处理器110可以被配置成基于从ADC读取的输出选择适当的基准电压加以使用。例如，微处理器固件可以被配置成选择基准电压。该微处理器可以被配置成测量从ADC输出的信号的尺度。该测量可以是基于当前使用的基准电压。例如，如果当前基准电压是5V，则ADC的输出可以是如表I中所示，以及如果当前基准电压是1V，则ADC的输出可以是如表II中所示。
微处理器110还可以被配置成比较输出信号或输出信号的尺度与灵敏度阈值，以及基于该比较选择基准电压。灵敏度阈值可以是阈值范围。多个基准电压中的每个基准电压可以具有对应的灵敏度阈值范围。例如，5V的基准电压可以具有阈值范围[205，1023]，其具有205计数的下限和1023计数的上限。1V的基准电压可以具有阈值范围[0，1023]，其具有0的下限和1023的不包括的上限。
在一些实施例中，微处理器可以被配置成比较ADC输出与对应于当前电压基准的灵敏度阈值。更具体地，微处理器可以被配置成确定ADC输出是否超出灵敏度阈值范围。例如，如果当前基准电压是5V，则微处理器可以被配置成比较ADC输出与对应于5V的基准电压的[205，1023]阈值范围。微处理器110还可以被配置成基于比较的结果选择用于应用到ADC的下一个基准电压。例如，如果微处理器确定ADC输出低于205计数，其低于[205，1023]范围的下限，则微处理器可以选择较低的1V的基准电压并且产生将基准电压从5V切换到1V的控制信号。
此外，如果当前基准电压是1V，则微处理器可以被配置成比较ADC输出与对应于1V基准电压的[0，1023]阈值范围。如果微处理器确定ADC输出达到1023计数，其大于[0，1023]范围的上限，则微处理器可以选择较高的5V基准电压并且产生将基准电压从1V切换到5V的控制信号。
在各种实施例中，微处理器可以被配置成确定从ADC输出的信号的尺度是在对应于用来读取该输出的当前基准电压的阈值范围之内还是之外。微处理器可以被配置成基于该信号的尺度超出阈值范围的确定，从当前基准电压切换到不同的基准电压。更具体地，如在上面的示例中描述，微处理器还可以被配置成响应于该信号的尺度小于(或在一些实施例中等于)对应于当前基准电压的阈值范围的下限的确定，切换到低于当前基准电压的不同的基准电压。微处理器也可以被配置成响应于信号的尺度大于(或在一些实施例中等于)对应于当前基准电压的阈值范围的上限的确定，切换到高于当前基准电压的不同的基准电压。施加到ADC的新选择的基准电压然后可以被用于一个或多个随后的测量。在一些实施例中，微处理器可以被配置成维持相同的基准电压或跟随每个测量切换到新的基准电压。
在一些实施例中，系统100可以被配置成基于选择的基准电压校准微处理器110。从ADC输出的信号然后可以由校准的微处理器测量。在一些实施例中，微处理器110可以被配置成根据选择的基准电压选择适当的校准值。微处理器110可以被配置成使用对应于选择的基准电压的校准值校准从ADC输出的信号。这允许相对于ADC读数做出的物理测量的准确的报告。在一个示例中，来自微处理器110测量的信号信息是具有以0.1V的分辨率表示施加到ADC的电压的0–50的值的8位字节。此输出值可以从比较ADC所得的输出与校准值得到。
如图1中所示，非易失性存储器118存储多个校准值或参数，如零、尺度因子和校准的范围。校准可以包括施加已知的信号电平、读取ADC输出以及将所得的ADC输出与已知的信号电平相关联。对于线性系统，对应于校准的范围，这允许测量的内插和外推低于和超出已知校准信号。在一个示例中，非易失性存储器118是电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。每组校准值或参数可以对应于由系统100支持的多个基准电压116中的相应的基准电压。响应于选择新的基准电压，微处理器110可以被配置成获得对应于新的基准电压的校准值以及施加校准值到从ADC 102输出的信号，例如在基准电压开关114提供新的基准电压到ADC之后。
多个基准电压的使用允许施加到ADC的大信号和小信号的测量。较高的基准电压给予ADC带宽以测量大信号，而较低的基准电压给予ADC以高分辨率测量小信号所需的灵敏度。使用耦合到ADC的微处理器来读取ADC输出的转换以便确定适当的基准电压加以使用，消除了对于附加的反馈或放大电路的需要。一些实施例可以包括配置成接收控制信号以在基准电压之间进行切换的开关。在一些实施例中，该开关可以是与微处理器和ADC分开的，如例如通过图1中的基准电压开关114所示。在其他实施例中，该开关可以包括在微处理器或ADC中。在一些实施例中，ADC可以具有用于接收基准电压的单一输入端。在其他实施例中，ADC可以具有用于接收多个基准电压的多个输入端，并且还可以被配置成切换基准电压。在各种实施例中，ADC可以是任何类型的ADC，如增益-累加ADC或逐次逼近ADC。
本文所公开的测量系统的各种实施例可以被配置成耦合到PDU或者可以包括在PDU中，例如如下面参照图3示出并且描述的。例如，图1中的系统100可以包括在具有一个或多个电出口的PDU中。系统100可以被配置成测量出口电流。ADC 102可以具有一个或多个输入和输出通道，每个与PDU的相应出口相关联。本文所公开的系统以及方法提供在每个出口的基础上在两个或更多个ADC基准电压之间进行切换的能力。每个出口可以具有根据所需的当前测量的灵敏度选择的相应的基准电压。此外，校准值如偏压以及尺度因子可以根据对于该出口所需的选择的基准电压或当前测量灵敏度为每个出口选择。
如上所述，在各种实施例中，微处理器的固件可以被校准，以基于被选择为读取信号的已知的ADC基准电压正确地解释ADC输出。在一些实施例中，该校准可以在每个出口的基础上执行。在一些实施例中，分开的校准值可以对应于分开的基准电压。例如，每个基准电压或灵敏度模式可以具有相应的无负载偏压点、相应的当前校准尺度因子以及相应的功率校准尺度因子。因此，相应的偏压点、校准尺度因子和功率校准尺度因子可以根据被选择或施加到该出口的基准电压被施加到相应的出口。
在一些实施例中，一组校准值可以对应于相应的基准电压和至少一个出口。多个出口中的每个出口可以具有对应的多组校准值，每组校准值对应于可以施加到该出口的相应的基准电压。
在一个示例中，正常或默认的基准电压是5V，并且高灵敏度的基准电压是1V。提供了用于正常的5V基准电压的每出口的第一偏压点，并且提供了用于1V的高灵敏度的基准电压的每出口的第二偏压点。提供了用于正常的5V基准电压的每出口的第一当前校准尺度因子，并且提供了用于1V的高灵敏度的基准电压的每出口的第二校准尺度因子。提供了用于正常的5V基准电压的每出口的第一功率校准尺度因子，并且提供了用于1V的高灵敏度的基准电压的每出口的第二功率校准尺度因子。这些校准值如偏压和尺度因子被存储在存储器如EEPROM中。微处理器的固件被配置成提供用于对于正常和高灵敏度的操作模式的偏压、当前尺度和功率尺度的自动校准的功能。
一些实施例可以允许单个基准电压到ADC的应用。其他实施例可以允许多个选择的基准电压到ADC的应用。例如，微处理器或微控制器可以被配置成允许两个或更多基准电压被施加到单个ADC。一些实施例可以包括固件寄存器，其允许使用基准电压的选择。
图2显示被配置成用于ADC测量的动态灵敏度调节而在主基准电压Vref 1和次基准电压Vref 2之间切换的微控制器200的一个实施例。在一个示例中，基准电压之间的切换是用寄存器如基准控制寄存器完成的。如图2中所示，基准电压可以5V/接地基准和在Aref+/-引脚上的单独的基准之间进行切换以提供用于测量动态信号的高的以及低的灵敏度模式。在一个示例中，微控制器200被配置成从5V的基准电压切换到用于基准电压的Aref+/-引脚。对于10位的ADC，该灵敏度因而从大约为4.88mV/计数切换到大约1.56mV/计数，这还可以降低低电平的噪声。
图2中的示意性示例采用电阻分压器202来使次电压基准以大约2.5V左右为中心。将次基准电压脱离Vdd/Vref 1的基础，允许次基准电压Vref 2与主电压供应中的任何波动一起调节。
图3示出被配置成容纳诸如数据中心设备的一个或多个设备的机架300。机架300容纳包括多个电出口304的机架式PDU 302。机架式PDU 302可以根据本文公开的一个或多个方面进行配置。机架PDU 302可以包括测量系统306，例如，用于测量一个或多个出口304的电流。例如，机架式PDU 302可以包括图1的系统100或图2的微处理器。图1的实施例中的ADC 102可以包括在测量系统306中，并且可以具有一个或多个输入以及输出通道，每个与机架式PDU 302的相应的出口304相关联。每个出口304可以独立地被测量，并且可以具有基于在该出口测量的信号的尺度选择的相应的基准电压。
图4显示使用ADC测量动态信号的方法400的一个示例的流程图。例如，方法400可以被图1的系统100执行。方法400包括最初将ADC的基准电压设置为先前的值或宽范围的基准电压，如在框402所示。例如，ADC可以是图1的实施例的ADC 102并且基准电压最初可以是5V。方法400进一步包括在框404请求ADC采集以及在框406，提供从ADC到微处理器的输出，如图1的微处理器110。
方法400进一步包括测量从ADC输出的信号的尺度以及比较该信号的尺度与对应于施加到ADC的当前基准电压的阈值范围，如在框408所示。该当前基准电压可以是用于第一采集的初始基准电压。框408的动作可以由如上参照图1示出并且描述的微处理器来进行。
方法400进一步包括在框410确定该信号是在对应于当前基准电压的灵敏度阈值范围之内还是之外。如果信号不在当前基准电压的阈值范围之内，则方法400前进到框412，其包括确定或选择新的基准电压并且提供控制信号来设置所选择的基准电压。在框412的动作可以例如由微处理器来执行。在一个实施例中，控制信号可以由微处理器提供给被配置成将选择的基准电压施加到ADC的基准电压开关。在另一个实施例中，控制信号可以由微处理器施加到ADC。跟随所选择的基准电压到ADC的施加，在框404至410的动作可以重复。
在框410，响应于确定该信号是在当前基准电压的阈值范围之内，方法400可以前进到框414。方法400包括在框414应用对应于选择的基准电压的校准值，并且在框416输出校准的测量值。校准值可以从非易失性存储器重新获得并且由微处理器应用到ADC的输出信号，以产生由微处理器输出的校准的测量值。
在其他实施例中，方法400可以包括不同的动作、附加的动作或者比示于图4中的更少的动作。例如，在一个实施例中，该方法还可以包括确定该信号的尺度是否小于(或在一些实施例中等于)对应于当前基准电压的范围的下限的动作。该方法还可以包括响应于该信号的尺度小于(或等于)对应于当前基准电压的范围的下限的确定，从当前基准电压切换到低于当前基准电压的不同的基准电压的动作。这允许以更高的分辨率测量更小的信号。
该方法还可以包括确定该信号的尺度是否大于(或在一些实施例中等于)对应于当前基准电压的范围的上限的动作。该方法还可以包括响应于该信号的尺度大于(或等于)对应于当前基准电压的范围的上限的确定，从当前基准电压切换到高于当前基准电压的不同的基准电压的动作。这允许测量更大的信号。
根据本文公开的各方面的各种系统以及方法解决精确测量例如PDU中的动态交流电流(AC)负载的动态信号的需要。交流电流可以通过电流变压器、霍尔效应传感器或分流而耦合到ADC。施加到ADC的所得的信号可以是与测量的电流成比例的AC电压。例如，50mVP-P的AC电压可以被施加到ADC用于被测量到的每1A电流。为了精确地测量AC电压，可以从交流正弦波获得许多离散的取样。
固定的基准电压可以允许较大值的交流电流(例如1A左右至20A左右)的精确测量。然而，以足够的ADC分辨率测量低于0.5A的交流电流以允许被测量的交流电流的精确计算是具有挑战性的。本公开的各方面使用动态基准电压精确地测量交流电流的小的值，如低于1A、0.5A以及0.3A左右的交流电流，同时仍然能够测量更大量的如大于1A左右的交流电流。
表III显示为通过在40mV/A左右耦合到ADC输入端的霍尔效应传感器的交流电流的读数而获得的数据集的一个示例。在这个示例中，使用1.66V的基准电压。除了1.66V的基准电压，本示例的测量系统还包括可以施加到ADC的标称5V的基准电压。然而，5V的基准电压可以不用来在低于0.5A左右读数。表III示出在一个示例中，根据本文所公开的各方面使用施加到ADC的1.66V的次基准电压允许读取下降到50mA左右的交流电流。
表III：基准电压＝1.66V
参数 电流(A RMS) 输出
无负载电流 0 3计数
负载电流 0.05 4-5计数
负载电流 0.1 11计数
负载电流 0.2 20计数
负载电流 0.3 31计数
负载电流 0.4 41计数
负载电流 0.5 51计数
负载电流 1 103计数
偏压点 0 520计数
本文所公开的一个或多个特征可以在一个或多个PDU或机架式PDU中实现。在其他实施例中，本文所描述的各个方面以及功能可以在与PDU或机架式PDU分开的一个或多个装置中实现。根据本文公开的一个或多个特征配置的装置可以被配置成耦合到PDU或机架式PDU以允许动态信号的测量。
另外，本文根据本公开描述的各个方面以及功能可以实现为硬件、软件、固件或它们的任意组合。根据本公开的各方面可以在使用各种硬件、软件或固件结构的方法、动作、系统、系统元件以及组件内实现。此外，根据本公开的各方面可以实现为专门编程的硬件和/或软件。
参照图5，示出形成可以被配置成实现本文所公开的一个或多个方面的系统500的计算组件的一个示例的框图。例如，系统500可以被配置成实现上面参照图1示出并且描述的测量系统100。
系统500可以包括例如通用计算平台，如基于英特尔奔腾型处理器、摩托罗拉PowerPC、Sun UltraSPARC、惠普PA-RISC处理器或者任何其他类型的处理器的那些。系统500可以包括专门编程的专用硬件，例如，专用集成电路(ASIC)。本公开的各个方面可以实现为在系统500上执行的专用软件，如在图5中所示。
系统500可以包括连接到诸如磁盘驱动器、存储器、闪存或用于存储数据的其他设备的一个或多个存储器设备510的处理器/ASIC 506。存储器510可以用于在系统500的操作过程中存储程序和数据。计算机系统500的组件可以通过互连机构508来耦合，互连机构508可以包括一个或多个总线(例如在集成到相同的机器内的组件之间)和/或网络(例如，在驻留在分开的机器的组件之间)。互连机构508使得通信(例如，数据、指令)能够在系统500的组件之间进行交换。此外，在一些实施例中，互连机构508可以在PDU的维修期间被断开。
系统500还包括一个或多个输入设备504，其可以包括例如，键盘或触摸屏。输入装置可以用于例如配置测量系统或者提供输入参数。系统500包括一个或多个输出设备502，其可以包括例如显示器。此外，除了互连机构508之外或者作为互连机构508的替代，计算机系统500可以包含一个或多个接口(未示出)，其可以将计算机系统500连接到通信网络。
系统500可以包括存储系统512，其可以包括计算机可读和/或可写的非易失性的介质，在其中信号可以被存储以提供要由处理器执行的程序或者提供要由该程序处理的存储在该介质上或该介质中的信息。该介质可以是，例如，磁盘或闪存并且在一些示例中可以包括RAM或其他非易失性存储器如EEPROM。在一些实施例中，处理器可以引起数据从非易失性介质中被读取到另一个存储器510，其与该介质相比，允许由处理器/ASIC对于该信息的更快的访问。此存储器510可以是易失性随机存取存储器，如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。它可以位于存储系统512或存储器系统510。处理器506可以操纵在集成电路存储器510内的数据，并且然后在处理完成之后，将数据复制到存储512。已知多种机制用于管理数据在存储512和集成电路存储器元件510之间的移动，并且本公开不限于此。本公开不限于特定的存储器系统510或存储系统512。
系统500可以包括可以使用高级计算机编程语言编程的通用计算机平台。系统500还可以使用专门编程的专用硬件，例如ASIC，来实现。系统500可以包括处理器506，其可以是市售的处理器，如众所周知的来自英特尔公司市售的奔腾类处理器。许多其他的处理器都可用的。处理器506可以执行操作系统，其可以是，例如，从微软公司市售的Windows操作系统，从苹果计算机市售的MAC OS系统X，从Sun Microsystems市售的Solaris操作系统，或者从各种来源市售的UNIX和/或LINUX。可使用许多其他操作系统。
处理器和操作系统一起可以形成可以用高级编程语言为其编写应用程序的计算机平台。应当理解，本公开并不限于特定的计算机系统平台、处理器、操作系统或者网络。另外，对于本领域技术人员应当显而易见的是，本公开并不限于特定的编程语言或者计算机系统。此外，应当理解，也可以使用其他适当的编程语言和其他适当的计算机系统。
上面的至少一个实施例的几个方面已经进行了描述，但是应当理解，各种改变、修改和改进对于本领域技术人员来说将容易想到。这样的改变、修改和改进旨在是本公开的一部分，并且旨在处于本公开的范围之内。因此，前面的描述和附图仅通过示例的方式，并且本公开的范围应当从所附权利要求书以及其等同物的适当解释中确定。

Claims (18)

1.一种使用配电单元PDU中的模数转换器ADC测量动态信号的方法，所述方法包括以下动作：
将所述PDU的多个出口与所述ADC的多个通道相关联；
提供多个基准电压；
测量从所述ADC的第一通道输出的信号的尺度；
比较所述信号的尺度与灵敏度阈值；以及
基于所述比较的结果，为对应于所述第一通道的第一出口选择所述多个基准电压中的基准电压用于输入到所述ADC，
其中所述灵敏度阈值是基于所述多个基准电压的当前基准电压。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在选择基准电压之后，从自所述第一通道输出的所述信号确定测量值以及基于所述基准电压施加校准值到所述测量值。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括提供多个灵敏度阈值，每个灵敏度阈值对应于所述多个基准电压中相应的基准电压。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述当前基准电压测量从所述ADC的所述第一通道输出的所述信号的尺度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述灵敏度阈值包括阈值范围，并且比较还包括确定所述信号的尺度是否在所述阈值范围之内，所述方法还包括响应于所述信号的尺度超出所述阈值范围的确定，从使用所述当前基准电压切换成使用不同的基准电压。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
响应于所述信号的尺度小于或等于所述阈值范围的下限的确定，从使用所述当前基准电压切换成使用低于所述当前基准电压的不同的基准电压；以及
响应于所述信号的尺度大于或等于所述阈值范围的上限的确定，从使用所述当前基准电压切换成使用高于所述当前基准电压的不同的基准电压。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号对应于通过所述第一出口的电流值。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括提供耦合到所述ADC的微处理器以及使用所述微处理器进行所述测量、比较和选择的动作。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括基于所述基准电压校准所述微处理器以及使用所校准的微处理器基于所述基准电压测量从所述ADC的所述第一通道输出的第二信号的尺度。
10.一种配电单元PDU，包括：
输入端，其配置成接收来自输入电源的输入功率；
多个出口，其配置成从所述输入功率提供输出功率；
模数转换器ADC，其包括多个通道；
微处理器，其耦合到所述ADC并且配置成：
测量从所述ADC的第一通道输出的信号的尺度，
比较所述信号的尺度与灵敏度阈值，以及
基于比较的结果，为对应于所述第一通道的第一出口选择多个基准电压中的基准电压用于输入到所述ADC，
其中所述灵敏度阈值是基于所述多个基准电压的当前基准电压。
11.根据权利要求10所述的配电单元PDU，其中，所述微处理器还被配置成基于所述多个基准电压中的所述当前基准电压来测量所述信号的尺度。
12.根据权利要求11所述的配电单元PDU，其中，所述灵敏度阈值包括阈值范围并且所述微处理器还被配置成：
确定所述信号的尺度是否在所述阈值范围之内，以及
响应于所述信号的尺度超出所述阈值范围的确定，从所述当前基准电压切换到不同的基准电压。
13.根据权利要求12所述的配电单元PDU，其中，响应于所述信号的尺度小于或等于所述阈值范围的下限的确定，所述不同的基准电压低于所述当前基准电压，并且响应于所述信号的尺度大于或等于所述阈值范围的上限的确定，所述不同的基准电压高于所述当前基准电压。
14.根据权利要求10所述的配电单元PDU，还包括：
基准电压开关，其配置成接收所述多个基准电压和指示选择的基准电压的控制信号以及向所述ADC提供所述选择的基准电压；以及
存储器，其配置成存储多组校准值，每组校准值对应于所述多个基准电压中相应的基准电压；
其中，所述微处理器还被配置成接收对应于所述选择的基准电压的一组校准值。
15.根据权利要求10所述的配电单元PDU，其中，所述信号对应于通过所述第一出口的电流值。
16.一种配电单元PDU，包括：
输入端，其配置成接收来自输入电源的输入功率；
多个出口，其配置成提供输出功率；
模数转换器ADC，其包括多个通道；
用于测量的装置，其用于对于所述多个出口中的每个出口，测量由所述ADC的相应通道输出的且对应于通过所述出口的电流值的值，以及用于基于所测量的所述值选择所述ADC的基准电压，
其中所述用于测量的装置被配置成响应于所测量的所述值超出当前基准电压的阈值范围的确定，从所述当前基准电压切换到所选择的基准电压。
17.根据权利要求16所述的配电单元PDU，其中，响应于所测量的所述值小于或等于所述阈值范围的下限的确定，所述选择的基准电压低于所述当前基准电压，并且响应于所测量的所述值大于或等于所述阈值范围的上限的确定，所述选择的基准电压高于所述当前基准电压。
18.根据权利要求16所述的配电单元PDU，还包括基于所述基准电压对所述用于测量的装置进行校准的装置。
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