CN105680689B - 功率控制器中的数字电流感测 - Google Patents

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Abstract

一些实施例包括装置和方法，其具有：节点，其用于提供信号，以及控制单元，其被布置为基于所述信号的占空比和输入电压的值来控制输出路径上的输出节点处的输出电压的值。所述控制单元还可以被布置为引起所述输出路径上的电阻的改变以至少基于所述电阻的所述改变来确定所述输出路径上的电流的值。

Description

功率控制器中的数字电流感测
技术领域
本文所描述的实施例涉及电子产品中的功率管理。一些实施例涉及电压控制器。
背景技术
诸如计算机、平板电脑和蜂窝电话等许多电子设备或系统具有用于控制设备或系统中的功率(例如，电流和电压)的功率控制器(例如，功率管理单元)。许多常规功率控制器具有用于监测电流、电压或二者的值的技术以保持适当的功率管理操作。然而，一些常规技术可能具有以下缺点中的一个或多个：用于功率控制器的较高的成本、较大的功率控制器尺寸、以及低效的功率管理。
附图说明
图1示出了根据本文所描述的一些实施例的包括功率控制器的装置。
图2示出了根据本文所描述的一些实施例的功率控制器的电路图。
图3是根据本文所描述的一些实施例的用于图2的功率控制器的一些信号的时序图。
图4示出了根据本文所描述的一些实施例的图2的功率控制器的一部分的替代结构。
图5示出了根据本文所描述的一些实施例的包括功率控制器的电子系统形式的装置。
图6是根据本文所描述的一些实施例的示出感测电流(例如，计算电流的值)的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本文所描述的一些实施例的包括功率控制器101的装置100。装置100可以包括诸如计算机(例如，台式机、便携式电脑或笔记本电脑)、平板电脑、蜂窝电话或其它电子设备或系统等电子设备或系统，或者可以被包括在这些电子设备或系统中。功率控制器101可以被布置为管理被提供到装置100的诸如功能单元130等其它部件的功率(例如，电源电压)。功能单元130的示例包括处理器，例如中央处理单元(CPU)、存储器设备、片上系统(SoC)和装置100的其它电子部件。
如图1所示，功率控制器101可以包括控制单元110和输出单元120。输出单元120可以被布置为在输出路径151上的输出节点150处提供输出电压VOUT。输出路径151可以包括节点(例如，输入节点)141与输出节点150之间的导电路径。节点141可以被布置为接收电压(例如，输入电压)VIN，电压VIN可以是由诸如电池等电源提供的电源电压。
控制单元110可以被布置为控制输出电压VOUT的值。例如，控制单元110可以生成信号PWM(例如，脉冲宽度调制信号)。控制单元110可以控制信号PWM的占空比D，使得电压VOUT的值可以基于占空比D的值和电压VIN的值(例如，VOUT＝D*VIN)(例如，与它们成比例)。信号PWM的占空比D小于100％，使得占空比D的值小于一。因此，电压VOUT的值小于电压VIN的值(例如，对于降压调节器构造)。
控制单元110还可以生成信号SENEN，当控制单元110想要执行电流计算操作(例如，电流感测操作)以确定输出路径151上的电流I(例如，负载电流)的值时，信号SENEN可以是从控制单元110向输出单元120发送的命令的一部分。控制单元110可以周期性地(例如，在每个固定的时间间隔)或非周期性地(例如，在可变的时间间隔)执行电流计算操作。从电流计算操作计算出的电流I的值可以是功率控制器101所收集的用于功率控制器101的其它功率管理操作中的遥测信息。这种操作的示例包括：微调装置100中的诸如电压识别数字(VID)电平等一些电压轨，切换功率控制器101的操作的模式(例如，从PWM模式到另一个模式，例如低功率脉冲频率调制(PFM)/滞后模式)，或基于遥测信息的其它操作。这些操作可以允许功率控制器101提高装置100中的功率管理，例如以提高(例如，延长)向装置100提供功率(例如，电压VIN)的电池的寿命。
如图1所示，功率控制器101可以包括反馈路径152，反馈路径152耦合到输出节点150以基于电压VOUT的值(例如，与该值成比例)来提供电压(例如，反馈电压)VFB。在装置100的一些操作期间，电压VOUT(或VIN或两者)的值可以由于操作条件的变化(例如，电压VIN、操作温度或两者的改变)而改变。控制单元110可以被布置为接收电压VFB并且基于电压VFB的值关于设定参考电压VREF调整(例如，自动调整)信号PWM的占空比D。这允许控制单元110保持电压VOUT与VIN之间的关系(例如，VOUT＝D*VIN)，以在装置100的不同操作条件下将电压VOUT的值保持在由电压VREF决定的相对恒定的值。
出于由功率控制器101执行的电流计算操作的目的，控制单元110可以使(例如，有意地使)输出路径151上的电阻从一个已知的电阻值改变(例如，暂时改变)为另一个已知的电阻值。这引起电压VOUT的值的改变(例如，减小)。为了补偿电压VOUT的值的改变，控制单元110调整信号PWM的占空比D(例如，使占空比从一个已知的占空比D改变为另一个已知的占空比)。基于电阻值的改变和信号PWM的占空比的改变、以及输出路径151上的VIN与VOUT之间的关系(VOUT＝D*VIN-I*REFF，其中REFF是输入与输出之间的动力系的总有效电阻)，控制单元110可以确定(例如，计算)输出路径151上的电流I的值。
如上文所提及，出于计算电流I的值的目的，控制单元110可以引起输出路径151上的电阻的暂时改变。因此，在控制单元110获取用于电流计算的足够信息后，控制单元110可以使输出路径151上的电阻的改变还原，以使功率控制器101回到其正常操作。每当控制单元110执行电流计算时，其可以周期性地(或非周期性地)重复输出路径151上的电阻的暂时改变。
功率控制器101可以包括下文参考图2至图6所更详细地描述的功率控制器的结构和操作。
图2示出了根据本文所描述的一些实施例的功率控制器201的电路图。功率控制器201可以对应于图1的功率控制器101并且以类似于功率控制器101的操作方式的方式来操作。例如，功率控制器201可以包括输出单元220，以基于节点241处电压VIN和设定参考电压VREF来在输出节点250处提供电压VOUT。功率控制器201还可以包括控制单元210，以生成信号PWM(在节点244)并且设定信号PWM的占空比(例如，占空比D)，使得在理想条件下输出节点250处的电压VOUT与节点241处的电压VIN之间的关系可以是VOUT＝D*VIN。实际上，基于负载电流和VOUT＝D*VIN-I*REFF，信号PWM的占空比可以大于理想占空比D。控制单元210还可以生成信号(例如，使能信号)SENEN，当控制单元210想要执行电流计算以确定输出路径251上的电流I的值时，信号SENEN可以是从控制单元210向输出单元220发送的命令的一部分。
输出单元220可以包括并联耦合在节点241与242之间的晶体管M1和M2(例如，“高侧”晶体管)、以及耦合在节点242与243之间的晶体管M3(例如，“低侧”晶体管)。节点243可以接收地电势。如图2所示，输出路径251可以包括节点241与输出节点250之间的导电路径，使得当晶体管M1和M2被接通时，节点241与242之间的导电路径253和通过电感器L的导电路径是输出路径251的一部分。导电路径253可以包括通过晶体管M1和M2的导电路径。当晶体管M3被接通时，还可以形成节点243与250之间的另一个导电路径。在功率控制器201的操作期间，高侧导电路径导通(例如，形成了节点241与242之间的导电路径)，或者低侧导电路径导通(例如，形成了节点243与250之间的导电路径)。
晶体管M1和M2中的每个晶体管可以包括场效应晶体管(FET)，例如p沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。晶体管M2可以包括n沟道金属氧化物半导体晶体管(NMOS)晶体管。在功率控制器201的操作期间，节点241与242之间的导电路径253上的电阻可以包括晶体管M1的电阻(例如，晶体管M1的源极与漏极之间的导通电阻)和晶体管M2的电阻(例如，晶体管M2的源极与漏极之间的导通电阻)的并联组合。
在电流计算操作中，控制单元210可以操作用于使节点241与242之间的导电路径253上的电阻改变(例如，暂时改变)已知的改变值(在下文更详细地描述)。然后，控制单元210可以基于电阻的改变和响应于电阻的改变而从控制单元210的操作所获取的其它信息来确定电流I的值。例如，通过改变节点241与242之间的导电路径253上的电阻，在高侧导电路径导通时的节点241与242之间的有效电压降被改变了对应于输出路径251上的电流I以及电阻的IR降(电压量)。因为节点241与242之间的导电路径253是输出路径251的一部分，所以导电路径253上的电阻的改变还引起输出路径251上的电阻的改变。因此，在高侧导电路径导通时的节点241与242之间的增加的IR降可以使输出路径251上的电压VOUT的值改变。响应于电压VOUT的值的改变，控制单元210调整(例如，自动调整)信号PWM的占空比以将电压VOUT的值保持在相对恒定的值(例如，预定值)。基于电阻的已知改变、占空比的改变、以及关系式VOUT＝D*VIN-I*REFF，控制单元210可以确定引起IR降的电流的值，该电流还是输出路径251上的电流I。
控制单元110可以执行以下动作以使输出单元220改变节点241与242之间的导电路径253上的电阻。例如，在功率控制器201的正常操作期间(其在电流计算之前)，晶体管M1和晶体管M2两者被接通。当控制单元210想要计算输出路径251上的电流I的值时，它可以激活信号SENEN(例如，使信号SENEN从初始电平切换到另一个电平)。响应于信号SENEN被激活，输出单元220可以关断晶体管M1和M2中的一个，例如在此示例中关断晶体管M1。晶体管M1可以被关断足以允许控制单元210获取用于电流计算的信息的时间间隔(例如，信号PWM的多个连续周期)。在控制单元210获取用于电流计算的足够信息后，晶体管M1可以被接通，以使功率控制器201回到其正常操作。
以下描述示出了对由控制单元210确定电流I的值的简化分析。
电压VOUT与VIN之间的理想关系可以由等式(1)表示，其中D是信号PWM的占空比。
VOUT＝D*VIN (1)
当节点241与242之间的导电路径253上的电阻被改变时(例如，当晶体管M1被关断时)，节点241与242之间的导电路径253上的电阻可以增大ΔR，其中ΔR＝R”–R’，其中R’表示在电阻改变之前(例如，在晶体管M1被关断之前)的节点241与242之间的导电路径253上的电阻(例如，“高侧”电阻)，并且R”表示在电阻改变之后(例如，在晶体管M1被关断之后)的节点241与242之间的导电路径253上的电阻(例如，“高侧”电阻)。因为节点241与242之间的导电路径253上的电阻改变了ΔR，所以在高侧接通时间期间，节点241与242之间的有效电压降也改变(例如，增大)了I*ΔR(例如，IR降)，其中I表示输出路径251上的电流I。
当节点241与242之间的电压降被改变(例如，增大I*ΔR)时，控制单元210增大信号PWM的占空比以使电阻改变后的电压VOUT的值与电阻改变前的电压VOUT的值保持相同。因此，电阻改变后的电压VOUT的值可以由等式(2)表示。
VOUT＝(D1+ΔD)*(VIN–I*ΔR) (2)
在等式(2)中，D1表示电阻改变前的信号PWM的占空比的值，并且ΔD＝D2–D1，其中D2表示控制单元210调整信号PWM的占空比后的信号PWM的占空比的值。
将等式(1)和(2)的右侧等同，提供了如下等式(3)。
D1*VIN＝(D1+ΔD)*(VIN–I*ΔR) (3)
通过简化等式(3)并且忽略ΔR*ΔD乘积项(因为它可能极小)，等式(3)变为等式(4)。
D*I*ΔR＝ΔD*VIN (4)
因此，
I＝VIN*(ΔD/D1)/ΔR (5)
基于等式(5)，控制单元210可以被布置为计算I的值，I为输出路径251上的电流I。
以下描述示出了对由控制单元210确定电流I的值的详细分析。
电压VOUT与VIN之间的关系可以由等式(6)和(7)表示，其中R’和R”表示在导电路径253上的电阻改变之前和之后的导电路径253上的电阻，RLS表示节点242与243之间的导电路径上的电阻(例如，“低侧”电阻)，并且RIND表示电感器L的电阻。
VOUT＝D*(VIN–I*R’)–(1D)*I*RLS-(I*RIND) (6)
当R’改变为R”，信号PWM的占空比从D1被调整为D1+ΔD，使得电阻改变之前和之后的电压VOUT的值保持在相对恒定的值。因此，电阻改变之后的电压VOUT的值可以由等式(7)表示。
VOUT＝(D1+ΔD)*(VIN–I*R”)–(1–D1-ΔD)*I*RLS–(I*RIND) (7)
通过将等式(6)和(7)的右侧等同并且忽略ΔD与任何IR”项的乘积(因为它们非常小)，并且通过简化，可以获得等式(8)：
I＝VIN*(ΔD/D1)/(R”–R’) (8)
在等式(8)中，R”–R’＝ΔR。因此，等式(8)可以被重写为等式(9)。
I＝VIN*(ΔD/D1)/ΔR (9)
如上文所可以看到，等式(9)与等式(5)相同。因此，在给出等式(5)的简化分析和给出等式(9)的详细分析两者中，可以基于等式I＝VIN*(ΔD/D1)/ΔR来由控制单元210计算电流I的值。
如下文所更详细地描述，功率控制器201可以被布置为使得VIN、ΔD、D1和ΔR的值(等式(5)或(9)的右侧)可以用于控制单元210以允许其计算电流I的值。
如图2所示，控制单元210可以包括用于生成信号PWM的PWM发生器211、用于提供错误代码信息ERR(其可以是数字信息)的比较器(例如，模数转换器(ADC))212、以及基于错误代码信息ERR提供信息DDUTY的占空比补偿器(例如，数字滤波器)213。信息DDUTY可以是数字信号并且可以用于确定信号PWM的占空比的值。PWM发生器211可以基于信息DDUTY来调整信号PWM的占空比。
比较器212可以基于电压(例如，反馈电压)VFB的值与电压VREF(例如，参考电压)的值之间的比较结果来提供错误代码信息ERR。电压VFB可以由电压VOUT得到，使得电压VFB的值可以基于电压VOUT的值以及由电阻器R1和R2形成的电压分压器的比值。电压VREF可以由参考发生器214提供，使得电压VREF的值可以对应于电压VOUT要被保持的值(例如，被保持在预定值)。参考发生器214可以包括用于基于数字信息来生成电压VREF的数模转换器(DAC)发生器(未示出)。
控制单元210可以包括用于提供信息DVIN的输入电压监测器218。信息DVIN可以是数字信息并且可以用于确定用于电流计算的电压VIN的值。信息DVIN可以基于电压VSEN，电压VSEN可以由电压VIN得出。电压VSEN的值可以基于电压VIN的值以及由电阻器R3和R4形成的电压分压器的比值。输入电压监测器218可以包括用于以数字信息(例如，位)的形式提供信息DVIN的ADC(例如，delta-sigma ADC)219。因此，信息DVIN在数字域中可以包含关于电压VIN的值(例如，实际值)的信息。信息DVIN可以基于VIN在信号PWM的多个周期上的平均累积值。
控制单元210可以包括用于以数字形式存储ΔR的值的存储器217。被存储在存储器217中的ΔR的值可以基于晶体管M1和M2的电阻的已知值(或已知尺寸比)。存储器217可以被包括在功率控制器201的固件中。控制单元210还可以将占空比(例如，D1和D2)的值存储在存储器217中并且然后基于所存储的占空比D1和D2的值来确定ΔD的值。例如，控制单元210可以对占空比D1和D2的值执行减法操作来获取ΔD的值。图2示出了存储器217是控制单元210的一部分(例如，位于控制单元210)的示例。在替代的装置中，存储器217的一部分或整个存储器217可以是输出单元220的一部分(例如，位于输出单元220)。在这样的替代的装置中，控制单元210可以通过控制单元210与输出单元220之间的连接来获取(例如，读取)被存储在存储器217中的信息(例如，ΔR的值)。这样的连接可以包括串行连接(例如，I2C串行接口)。
控制单元210可以包括电流计算器216(其可以包括逻辑和电路部件)，以基于等式I＝VIN*(ΔD/D1)/ΔR来计算输出路径251上的电流I的值。如上文所描述，可以基于信息DVIN来获取电压VIN的值。可以基于信息DDUTY来获取ΔD和D1的值。可以从存储器217获取ΔR的值。因为可以基于数字信息来获取VIN、(ΔD/D1)和ΔR的值，所以可以在没有外部传感器的情况下(例如，在没有外部模拟电流传感器的情况下)由控制单元210来数字地计算(例如，数字地感测或数字地测量)输出路径251上的电流I的值。控制单元210可以提供(从电流计算得到的)计算值作为信息DI，信息DI可以是表示电流I的值的数字信息。功率控制器201可以使用信息DI作为由功率控制器201收集的遥测信息的一部分，以用于与上文所描述的功率控制器101的功率管理操作相似的其它功率管理操作中。
如图2所示，控制单元210可以包括命令发生器261，以生成可以包括信号SENEN的命令。当要执行电流计算操作时，控制单元210可以通过命令发生器261与输出单元220之间的连接向输出单元220发送这样的命令。命令发生器261与输出单元220之间的这种连接可以包括串行连接(例如，I2C串行接口连接)。例如，控制单元210可以通过将信号SENEN从初始电平(例如，低)切换为另一个电平(例如，高)来向输出单元220发送命令，以通知输出单元220电流计算操作要被执行。响应于信号SENEN，输出单元220可以关断晶体管M1(或M2)来开始电流计算操作。在控制单元210获取电流计算所需的信息(例如，占空比D2)之后，控制单元210可以将信号SENEN切换回初始电平以通知输出单元220接通晶体管M1(或M2)，以使功率控制器201回到其正常操作。
输出单元220可以包括电平位移器221、驱动器222和223、以及如图2所示地布置的用于控制(例如，接通和关断)晶体管M1和M2的驱动器控制器224。例如，在功率控制器201的正常操作中(例如，当没有电流计算操作要被执行时)，驱动器控制器224可以使晶体管M1和M2两者以正常方式进行操作(例如，接通或关断)。然而，当信号SENEN从初始电平切换到指示电流计算要被执行的另一个电平时，驱动器控制器224可以使晶体管M1(或M2)关断(例如，在信号PWM的多个连续周期期间关断)。这引起节点241与242之间的导电路径253上的电阻的改变，以允许控制单元210获取电流计算所需的信息，如上所述。在获取了用于电流计算的信息后，例如当信号SENEN被切换回初始电平时，驱动器控制器224可以使晶体管M1(或M2)接通以使功率控制器201回到其正常操作。
如上所述，基于晶体管M1和M2中的每个晶体管的电阻(例如，导通电阻)的已知值的值ΔR可以被存储在存储器217中。例如，如果晶体管M1和M2中的每个晶体管的电阻的值(在晶体管被接通时)为X欧姆(已知值)，则(在电阻改变之前)节点241与242之间的导电路径253上的电阻(R’)为(1/2)X欧姆(其为基于晶体管M1和M2的并联组合的值)。当晶体管M1被关断时，(在电阻改变之后)节点241与242之间的导电路径253上的电阻(R”)为X欧姆(晶体管M2的电阻)。因此，在此示例中，ΔR＝R”–R’＝X–(1/2)X＝(1/2)X欧姆。此已知值(例如，(1/2)X欧姆)可以被存储在存储器217中(被永久存储或在执行电流计算操作之前的功率控制器201的上电序列期间被存储)。在电流计算操作期间，电流计算器216可以访问存储器217以获取此存储值(例如，(1/2)X)，以计算电流I的值。此处在示例中，晶体管M1和M2被假定具有相同电阻值(例如，X欧姆)。然而，晶体管M1和M2可以被构造(例如，被设定尺寸)为具有不同电阻值。
晶体管M1和M2可以是大晶体管(例如，大FET)以支持以安培为单位的负载电流，并且可以占据大的管芯面积。因此，晶体管M1与M2之间的晶体管电阻的随机变化可以最小并且可以被匹配。因此，这样的变化可以对电流计算的准确性具有低的影响。此外，基于电压VOUT的准确裕度，可以通过选择晶体管M1和M2的尺寸以使晶体管M1和M2的晶体管电阻的比值可以是固定的已知比值(例如，1/2、3/4或其它已知比值)来使ΔR的值保持简单。
图2示出了节点241与242之间的两个晶体管M1和M2作为示例。在替代的装置中，多于两个晶体管可以耦合在(例如，并联耦合)节点241与242之间。在这样的替代的装置中，可以以与上文所描述的用于仅包括两个晶体管(例如，M1和M2)的装置的方式相似的方式(例如，ΔR＝R”–R’)来计算ΔR的值(存储在存储器217中)。
在上文的描述中，ΔR的值可以被存储为固定值(例如，(1/2)X欧姆的单一值)。替代地，可以针对输出单元220的不同歪斜来校准ΔR的值。例如，输出单元220可以被包括在诸如动力系IC(PTIC)等IC中。在此示例中，可以针对PTIC在特定温度处的歪斜范围内的不同歪斜来校准ΔR的值并且可以将经校准的值作为查找表存储在存储器(例如，存储器217)中。还可以使用已知电流负载并且测量跨节点241和242(例如，跨晶体管M1和M2)的电压降来在两个温度处校准ΔR的值。基于不同温度处的ΔR的值，ΔR随温度变化的斜率可以是已知的并且可以被存储(例如，被存储在寄存器中或存储器217中)。此斜率可以是跨温度范围的基于近似线性的数据并且可以对一些目标应用相对准确。对于使用电流计算的一些低准确度应用，上文所提及的温度校准可以被限制于PTIC的小样本或者可以使用典型温度斜率来用于电流计算。替代地，对于较高的准确度，斜率信息与歪斜的对比可以被存储(例如，被存储在存储器217中)。控制单元210可以获取(例如，读取)所存储的歪斜信息和温度信息并且在电流计算时基于操作温度来调整要被用于电流计算的ΔR的值。
可以由输出单元220的温度传感器(未示出)来提供温度信息。替代地，可以由控制单元210的温度传感器(未示出)来提供温度信息。基于温度信息，如果需要，可以动态调整ΔR的值。使用本文所描述的校准(例如，斜率信息对比歪斜信息)，可以以相对高的准确度(例如，小于4％的误差)估算ΔR的值。这可以在本文所描述的电流计算中产生大约小于或等于5％的准确度。
如上文所提及，可以由诸如来自电池的电压VBAT等电源来提供电压VIN。在本文所描述的电流计算中，电压VBAT的变化(例如，误差)在电流计算中可能极小。例如，因为VIN是ΔD的乘法项，电压VBAT中0.5％的变化可以反映电流计算中约0.5％的变化(例如，0.5％的误差)。此外，用于由电阻器R3和R4形成的分压器的0.5％的变化内的电阻器可以在市场出售。因此，可以在本文关于一些应用的准确度目标(例如，5％至7％)所描述的电流计算中，忽略电压VBAT中的变化(例如，0.5％的变化)。
与常规技术相比，本文所描述的电流计算更准确。例如，在一些常规技术中，当这种常规技术单独地(例如，从不同感测路径)感测占空比D以及电压VIN和VOUT并且然后试图计算(D*VIN)–VOUT的绝对值时，诸如电压VIN等电压中的0.5％的误差可能导致电流计算中的较高的不准确度。D*VIN和VOUT的值与它们的差相比是大得多的量。同样，如果从不同的感测路径感测电压VIN和VOUT，则在由一些常规技术使用的电流计算中可以出现更多的误差来源。此外，在一些常规技术中，VIN和VOUT中的甚至小百分比的误差可以导致D*VIN与VOUT之间的差中的大得多的误差，从而使一些常规技术与本文所描述的电流计算技术相比较不准确。
如图2所示，功率控制器201可以包括IC管芯291和292。IC管芯291可以包括电压调节器控制器IC管芯。IC管芯292可以包括驱动器MOS IC(例如，DrMOS IC)或PTIC。
图2示出了如下示例：功率控制器201的诸如电阻器R1、R2、R3和R4、电感器L以及电容器C等一些部件位于IC管芯291和292外部。在替代的装置中，这些部件中的一些或所有部件(例如，电阻器R1、R2、R3和R4、电感器L以及电容器C中的一些或所有部件)可以位于IC管芯291、IC管芯292或两者上。例如，电阻器R1、R2、R3和R4中的一些或所有电阻器可以位于IC管芯291上。在另一个示例中，电阻器L、电容器C或两者可以位于IC管芯292上。
图2示出了如下示例：晶体管M1、M2和M3位于IC管芯292上。替代地，晶体管M1、M2和M3中的一个或多个可以位于IC管芯292外部(例如，位于功率控制器201所在的电路板上)。
图2示出了如下示例：功率控制器201包括多个IC管芯291和292，其中控制单元210和输出单元220位于单独的IC管芯中。在替代的装置中，功率控制器201可以包括单一IC管芯，使得控制单元210和输出单元220可以位于同一IC管芯上。在替代的装置中，电阻器R1、R2、R3和R4、电感器L以及电容器C中的一些部件可以位于单一IC管芯外部(例如，在电路板上)。替代地，电阻器R1、R2、R3和R4、电感器L以及电容器C中的所有部件可以位于与控制单元210和输出单元220的其余部件相同的IC管芯上。
一些常规技术(例如，基于电阻器的或电感器DC电阻(DCR)感测)可以包含多个差分引脚以将差分电压降信息带回管芯。然后，高分辨率模数转换器(ADC)所跟随的具有一些增益的单端放大器的差分用于获取轨上的负载电流信息。因此，用于电流感测的引脚的数目可以防止一些常规技术被用于一些IC管芯中，可以增加与电流感测相关联的成本，或两者兼有。一些其它常规技术可以包含虚设晶体管、额外的复杂模拟电路(例如，运算放大器)、以及高分辨率ADC。这样的其它常规技术也可以增加电流感测的成本。
与一些常规技术相比，确定如上所述的电流I的值可以允许控制单元210、输出单元220或两者所位于的IC管芯或多个IC管芯(例如，IC管芯291、IC管芯292、或两者)具有较少的外部导电接触部(例如，IC管芯291、IC管芯292、或两者上的较少的外部引脚)、降低的成本或两者。
图3是根据本文所描述的一些实施例的用于图2的功率控制器201的信号PWM和SENEN的时序图。
图3示出了包括八个周期311到318和对应的占空比D1A、D1B、D1C、D2A、D2B、D2C、D1'A和D1'B的信号PWM的示例。在基于上文参考图2所描述的等式I＝VIN*(ΔD/D1)/ΔR的电流计算中，图3中的占空比D1A、D1B和D1C的平均可以被选择为用于占空比D1的值。图3中的占空比D2A、D2B和D2C的平均可以被选择为用于占空比D2的值。获取占空比D1和D2的平均值可以避免电流计算中的量化误差。信号PWM的三个周期的占空比的平均在本文用作示例。然而，可以使用不同数目(例如，两个或多于三个)的周期的占空比的平均。此外，用于占空比D1的平均的信号PWM的周期的数目可以不同于用于占空比D2的平均的信号PWM的周期的数目。
如图3所示，信号SENEN可以包括可以出现在时间间隔361期间(例如，时间T0与T1之间)和时间间隔363期间(例如，时间T2与T3之间)的电平331。信号SENEN还可以包括可以出现在时间间隔362期间(例如，时间T1与T2之间)的电平332。时间间隔361可以出现在信号PWM的多个周期(例如，311、312和313)期间。时间间隔362可以出现在信号PWM的多个周期(例如，314、315和316)期间。时间间隔363可以出现在信号PWM的多个周期(例如，317和318)期间。
控制单元210(图2)可以执行电流计算操作以在时间间隔362期间计算电流I的值(如参考图2所描述)。例如，输出单元220可以使晶体管M1在时间间隔362期间关断。在时间间隔361和363期间，输出单元220可以使晶体管M1和M2以正常方式进行操作(例如，接通或关断)。控制单元210可以在时间T3重复电流计算操作。由电流计算操作消耗的功率可以与电流计算操作的数目成比例。因此，与较高数目的电流计算操作相比，较低数目的电流计算操作消耗较少的功率。
图4示出了根据本文所描述的一些实施例的图2的功率控制器201的一部分的替代结构。如图4所示，除了同样耦合在节点241与242之间的晶体管M1和M2(也如图2所示)，功率控制器201还可以包括耦合在节点241与242之间的晶体管M4和M5。在图4所示的替代结构中，驱动器控制器224(图2)可以使晶体管M1、M2、M4和M5的至少其中之一(例如，一个或多个但不是全部)关断以改变用于电流计算操作的节点241与242之间的导电路径上的电阻。在图4中，ΔR的值可以被预定并且以与上文参考图2所描述的相似的方式被存储在功率控制器201的存储器217中。
图5示出了根据本文所描述的一些实施例的系统(例如，电子系统)500形式的装置。系统500可以包括计算机、蜂窝电话或其它电子系统，或被包括在计算机、蜂窝电话或其它电子系统中。如图5所示，系统500可以包括功率控制器501、处理器511、存储器设备512、存储器控制器513、图形控制器514、输入和输出(I/O)控制器515、显示器552、键盘554、指向设备556、至少一个天线558、以及总线560。
处理器511、存储器设备512、存储器控制器513、图形控制器514和I/O控制器515中的每一个可以包括功能单元，例如功能单元130(图1)。
处理器511可以包括通用处理器或特殊应用集成电路(ASIC)。
存储器设备512可以包括动态随机存取存储器(DRAM)设备、静态随机存取存储器(SRAM)设备、闪存存储器设备、或这些存储器设备的组合。图5示出了如下示例：存储器设备512为与处理器511分开的独立存储器设备。在替代装置中，存储器设备512和处理器511可以位于同一管芯上。在这样的替代装置中，存储器设备512是处理器511中的嵌入式存储器，例如嵌入式DRAM(eDRAM)、嵌入式SRAM(eSRAM)、嵌入式闪存存储器、或另一种类型的嵌入式存储器。
显示器552可以包括液晶显示器(LCD)、触摸屏(例如，电容或电阻触摸屏)、或另一种类型的显示器。指向设备556可以包括鼠标、手写笔或另一种类型的指向设备。
I/O控制器515可以包括用于有线或无线通信(例如，通过一个或多个天线558的通信)的通信模块。这样的无线通信可以包括根据WiFi通信技术、升级的长期演进(LTE-A)通信技术、或其它通信技术的通信。
功率控制器501可以被布置为从可以提供电压VIN的电源541接收功率(例如，电源电压)，电压VIN可以对应于上文参考图1至图4所描述的电压VIN。功率控制器501可以基于电压VIN提供电压VOUT1、VOUT2、VOUT3、VOUT4和VOUT5。电压VOUT1、VOUT2、VOUT3、VOUT4和VOUT5可以被分别提供到处理器511、存储器设备512、存储器控制器513、图形控制器514和I/O控制器515。功率控制器501可以包括功率控制器101(图1)或功率控制器201(图2)，使得电压VOUT1、VOUT2、VOUT3、VOUT4和VOUT5中的每一个可以对应于图1或图2的电压VOUT。功率控制器501可以包括多个输出单元(例如，图1的输出单元120或图2的输出单元220)，以提供对应的电压VOUT1、VOUT2、VOUT3、VOUT4和VOUT5。电压VOUT1、VOUT2、VOUT3、VOUT4和VOUT5中的两个或更多可以具有不同值。替代地，电压VOUT1、VOUT2、VOUT3、VOUT4和VOUT5中的两个或更多可以具有相同值。
图5示出了如下示例：功率控制器501可以被布置成单一块。然而，功率控制器501的部件可以被布置成可以分布(例如，分散)在系统500的不同位置中的多个块(例如，多个单元)。例如，在装置中，功率控制器501可以包括可以位于系统500的电路板上的不同位置中的多个输出单元(例如，多个PTIC)。在这样的装置中，系统500中的平台电流密度可以被展开，其可以提供相对于一些常规功率管理技术的改进(例如，系统500的一些位置上的降低的电流密度)。功率控制器501可以在系统500中的功率管理中提供其它改进，例如上文参考图1至图4所描述的改进。
图5示出了系统500的与彼此分开布置的部件作为示例。例如，处理器511、存储器设备512、存储器控制器513、图形控制器514以及I/O控制器515中的每一个可以位于单独的管芯(例如，半导体管芯或IC芯片)上。在一些装置中，系统500的两个或更多部件(例如，处理器511、存储器设备512、图形控制器514以及I/O控制器515)可以位于同一管芯(例如，同一IC芯片)上，以形成片上系统。
在一些装置中，系统500不必包括显示器。因此，显示器552可以从系统500中省略。在一些装置中，系统500不必包括天线。因此，天线558可以从系统500中省略。
图6是根据本文所描述的一些实施例的示出感测电流(例如，计算电流的值)的方法600的流程图。可以由诸如上文参考图1至图5所描述的功率控制器101、201或501等功率控制器来执行方法600。
如图6所示，方法600的动作610可以包括：基于信号(例如，信号PWM)的占空比和输入电压(例如，VIN)的值来控制输出路径上的输出节点处的输出电压(例如，VOUT)的值。动作620可以包括在一段时间间隔内使输出路径上的电阻改变。动作630可以包括获取信号的占空比响应于电阻的改变而改变的值。动作640可以包括：基于电阻的改变的值(例如，ΔR)、信号的占空比的改变的值、以及输入电压的值来确定输出路径上的电流(例如，电流I)的值。
方法600相对于图6所示的动作610、620、630和640可以包括更少或更多的动作。例如，方法600可以包括上文参考图1至图5所描述的功率控制器101、201或501的动作和操作。
上文所描述的装置(例如，包括功率控制器101、功率控制器201和系统500的装置100)和方法(例如，功率控制器101、功率控制器201和系统500的方法600和操作)的说明旨在提供对不同实施例的结构的总体理解，并且不是要提供对可以使用本文所描述的结构的装置的所有元素和特征的完整描述。
本文所描述的装置和方法可以包括高速计算机、通信和信号处理电路、单处理器模块或多处理器模块、单嵌入式处理器或多嵌入式处理器、多核处理器、消息信息开关、以及包括多层或多芯片模块的特殊应用模块，或可以被包括在其中。这样的装置还可以作为子模块而被包括在诸如电视、蜂窝电话、个人计算机(例如，膝上型计算机、台式计算机、手持计算机等)、平板(例如，平板计算机)、工作站、收音机、视频播放器、音频播放器(例如，MP3(动态图像专家组，音频层3)播放器)、车辆、医疗设备(例如，心脏监测器、血压监测器等)、机顶盒等多种其它装置(例如，电子系统)内。
附加注释和示例
示例1包括以下主题(例如，设备、电路装置或电子系统装置、或机器)：用于提供信号的节点；以及控制单元，其被布置为基于信号的占空比和输入电压的值来控制输出路径上的输出节点处的输出电压的值，并且被布置为使输出路径上的电阻改变以至少基于电阻的改变来确定输出路径上的电流的值。
在示例2中，示例1的主题可以任选地包括：其中，控制单元被布置为响应于电阻的改变而引起信号的占空比的改变，并且被设置为至少基于信号的占空比的改变和电阻的改变来确定电流的值。
在示例3中，示例1的主题可以任选地包括：其中，控制单元包括电流计算器，以基于输入电压的值、信号的占空比响应于电阻的改变而改变的值、以及电阻的改变的值来计算电流的值。
在示例4中，示例3的主题可以任选地包括：其中，电流计算器被布置为从存储器获取电阻的改变的值。
在示例5中，示例1的主题可以任选地包括：其中，控制单元被布置为在装置的操作的时间间隔期间引起电阻的改变，并且控制单元被布置为在所述时间间隔期间使输出路径上的晶体管关断以引起电阻的改变。
在示例6中，示例5的主题可以任选地包括集成电路管芯，其中，控制单元位于集成电路管芯上，并且晶体管位于集成电路管芯外部。
在示例7中，示例5的主题中的任一个可以任选地包括：其中，控制单元包括发生器，以生成使得所述时间间隔出现在信号的多个周期期间的信号。
在示例8中，示例5的主题中的任一个可以任选地包括：被布置为接收输入电压的第一节点、被包括在输出路径中的第二节点、以及并联耦合在第一节点与第二节点之间的晶体管，其中，输出路径上的晶体管在并联耦合在第一节点与第二节点之间的晶体管之中。
在示例9中，示例8的主题可以任选地包括：其中，控制单元被布置为在所述时间间隔期间使并联耦合在第一节点与第二节点之间的晶体管中的至少一个附加的晶体管关断。
示例10包括的主题(例如，设备、电路装置或电子系统装置、或机器)包括：节点，其用于在装置的操作期间接收信号以基于信号的占空比和与输出路径耦合的第一节点处的输入电压的值来控制输出路径处的输出电压的值；晶体管，其并联耦合在输出路径上的第一节点与第二节点之间；以及驱动器控制器，其被布置为在操作期间使晶体管的至少其中之一关断一段时间间隔以引起信号的占空比的改变。
在示例11中，示例10的主题可以任选地包括控制单元，以基于输入电压、占空比的改变、以及在至少一个晶体管被关断时的输出路径的至少一部分上的电阻的改变来计算输出路径上的电流的值。
在示例12中，示例11的主题可以任选地包括集成电路管芯，其中，驱动器控制器位于集成电路管芯上，并且控制单元位于集成电路管芯外部。
在示例13中，示例12的主题可以任选地包括：其中，晶体管位于集成电路管芯上。
在示例14中，示例11的主题可以任选地包括存储器，以存储电阻的改变的值。
在示例15中，示例14的主题可以任选地包括：其中，存储器被布置为存储与电阻的改变的值相关联的温度信息。
在示例16中，示例15的主题可以任选地包括：其中，存储器被布置为存储与温度信息相关联的斜率信息。
在示例17中，示例10的主题可以任选地包括：其中，驱动器控制器被布置为在所述时间间隔后接通至少一个晶体管以引起信号的占空比的另一个改变。
在示例18中，示例10的主题可以任选地包括：其中，第二节点被布置为通过电容器耦合到地。
在示例19中，示例18的主题可以任选地包括：其中，第二节点被布置为通过电感器并且通过电容器耦合到地。
示例20包括的主题(例如，设备、电路装置或电子系统装置、或机器)包括：处理器；以及与处理器耦合的功率控制器，所述功率控制器包括：第一集成电路管芯，其包括节点和晶体管，所述节点用于在电子系统的操作期间接收信号以基于信号的占空比和与输出路径耦合的第一节点处的输入电压的值来控制输出路径处的输出电压的值，所述晶体管并联耦合在输出路径上的第一节点与第二节点之间；以及第二集成电路管芯，其包括节点和控制单元，所述节点用于向第一集成电路管芯提供信号，并且所述控制单元用于在操作期间使晶体管的至少其中之一关断一段时间间隔以引起信号的占空比的改变。
在示例21中，示例17的主题可以任选地包括：其中，功率控制器包括电流计算器，其被布置为基于第一节点与第二节点之间的导电路径上的电阻的改变、信号的占空比的改变、以及输入电压来确定输出路径上的电流的值。
在示例22中，示例17的主题可以任选地包括与处理器耦合的天线。
在示例23中，示例17的主题可以任选地包括与处理器耦合的显示器。
示例24包括的主题包括感测电流的方法，所述方法包括：基于信号的占空比和输入电压的值来控制输出路径上的输出节点处的输出电压的值；在一段时间间隔内使输出路径上的电阻改变；获取信号的占空比响应于电阻的改变而改变的值；以及基于电阻的改变的值、信号的占空比的改变的值、以及输入电压的值来确定输出路径上的电流的值。
在示例25中，示例14的主题可以任选地包括：其中，确定电流的值包括基于公式I＝VIN*[(D2–D1)/D1]/ΔR来计算电流的值，其中，I表示电流的值，VIN表示输入电压的值，D2–D1表示信号的占空比的改变的值，D1表示信号的占空比在电阻的改变之前的值，并且ΔR表示电阻的改变的值。
可以以任何组合的形式来组合示例1至示例25的主题。
上述描述和附图说明了一些实施例以使本领域的技术人员能够实现本发明的实施例。其它实施例可以包含结构的、逻辑的、电的、工艺的和其它改变。示例仅代表可能的变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在其它实施例的部分或特征中，或被其代替。一旦阅读并理解了上述描述，许多其它实施例对本领域的技术人员将显而易见。因此，由所附权利要求、以及为这种权利要求赋予权利的等同物的全部范围来确定各种实施例的范围。
提供说明书摘要以符合37 C.F.R.Section 1.72(b)，其要求将允许读者确定技术公开的性质和主旨的摘要。将在理解了摘要不用于限制或解释权利要求的范围或意义的情况下提交摘要。在每个权利要求基于其本身作为单独的实施例的情况下，以下权利要求由此被并入具体实施方式中。

Claims (25)

1.一种用于电流感测的装置，包括：
节点，其用于提供信号；以及
控制单元，其被布置为基于所述信号的占空比和输入电压的值来控制输出路径上的输出节点处的输出电压的值，并且被布置为引起所述输出路径上的电阻的改变以至少基于所述电阻的所述改变来确定所述输出路径上的电流的值。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制单元被布置为响应于所述电阻的所述改变而引起所述信号的所述占空比的改变，并且至少基于所述信号的所述占空比的所述改变和所述电阻的所述改变来确定所述电流的所述值。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制单元包括电流计算器，所述电流计算器用以基于所述输入电压的所述值、所述信号的所述占空比响应于所述电阻的所述改变而改变的值、所述信号的所述占空比在所述电阻的所述改变之前的值、以及所述电阻的所述改变的值来计算所述电流的所述值。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述电流计算器被布置为从存储器获取所述电阻的所述改变的所述值。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制单元被布置为在所述装置的操作的时间间隔期间引起所述电阻的所述改变，并且所述控制单元被布置为在所述时间间隔期间使所述输出路径上的晶体管关断以引起所述电阻的所述改变。
6.根据权利要求5所述的装置，还包括集成电路管芯，其中，所述控制单元位于所述集成电路管芯上，并且所述晶体管位于所述集成电路管芯外部。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制单元包括发生器，所述发生器用以生成所述信号，使得所述时间间隔出现在所述信号的多个周期期间。
8.根据权利要求5所述的装置，还包括被布置为接收所述输入电压的第一节点、被包括在所述输出路径中的第二节点、以及并联耦合在所述第一节点与所述第二节点之间的晶体管，其中，所述输出路径上的所述晶体管在并联耦合在所述第一节点与所述第二节点之间的所述晶体管之中。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制单元被布置为在所述时间间隔期间使并联耦合在所述第一节点与所述第二节点之间的所述晶体管中的至少一个附加的晶体管关断。
10.一种用于电流感测的装置，包括：
节点，其用于在所述装置的操作期间接收信号，以基于所述信号的占空比和与输出路径耦合的第一节点处的输入电压的值来控制所述输出路径处的输出电压的值；
晶体管，其并联耦合在所述输出路径上的所述第一节点与第二节点之间；以及
驱动器控制器，其被布置为在所述操作期间使所述晶体管中的至少一个晶体管关断一段时间间隔，以引起所述信号的所述占空比的改变。
11.根据权利要求10所述的装置，还包括控制单元，所述控制单元用以基于所述输入电压、所述占空比的所述改变、在所述至少一个晶体管被关断时的所述输出路径的至少一部分上的电阻的改变、以及所述占空比在所述电阻的改变之前的值来计算所述输出路径上的电流的值。
12.根据权利要求11所述的装置，还包括集成电路管芯，其中，所述驱动器控制器位于所述集成电路管芯上，并且所述控制单元位于所述集成电路管芯外部。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述晶体管位于所述集成电路管芯上。
14.根据权利要求11所述的装置，还包括存储器，所述存储器用以存储所述电阻的所述改变的值。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述存储器被布置为存储与所述电阻的所述改变的所述值相关联的温度信息。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述存储器被布置为存储与所述温度信息相关联的斜率信息。
17.根据权利要求10所述的装置，其中，所述驱动器控制器被布置为在所述时间间隔后接通所述至少一个晶体管以引起所述信号的所述占空比的另一个改变。
18.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第二节点被布置为通过电容器耦合到地。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第二节点被布置为通过电感器并且通过所述电容器耦合到地。
20.一种电子系统，包括：
处理器；以及
耦合到所述处理器的功率控制器，所述功率控制器包括：
第一集成电路管芯，其包括节点和晶体管，所述节点用以在所述电子系统的操作期间接收信号，以基于所述信号的占空比和耦合到输出路径的第一节点处的输入电压的值来控制所述输出路径处的输出电压的值，并且所述晶体管并联耦合在所述输出路径上的所述第一节点与第二节点之间；以及
第二集成电路管芯，其包括节点和控制单元，所述节点用以向所述第一集成电路管芯提供所述信号，并且所述控制单元用以在所述操作期间使所述晶体管中的至少一个晶体管关断一段时间间隔，以引起所述信号的所述占空比的改变。
21.根据权利要求20所述的电子系统，其中，所述功率控制器包括电流计算器，所述电流计算器被布置为基于所述第一节点与所述第二节点之间的导电路径上的电阻的改变、所述信号的所述占空比的所述改变、所述信号的所述占空比在所述电阻的改变之前的值、以及所述输入电压来确定所述输出路径上的电流的值。
22.根据权利要求20所述的电子系统，还包括耦合到所述处理器的天线。
23.根据权利要求20所述的电子系统，还包括耦合到所述处理器的显示器。
24.一种用于电流感测的方法，包括：
基于信号的占空比和输入电压的值来控制输出路径上的输出节点处的输出电压的值；
在一段时间间隔内使所述输出路径上的电阻改变；
获取所述信号的所述占空比响应于所述电阻的所述改变而改变的值；以及
基于所述电阻的所述改变的值、所述信号的所述占空比的所述改变的所述值、所述信号的所述占空比在所述电阻的改变之前的值、以及所述输入电压的所述值来确定所述输出路径上的电流的值。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，确定所述电流的所述值包括基于公式I＝VIN*[(D2–D1)/D1]/ΔR来计算所述电流的所述值，其中，I表示所述电流的所述值，VIN表示所述输入电压的所述值，D2–D1表示所述信号的所述占空比的所述改变的所述值，D1表示所述信号的所述占空比在所述电阻的所述改变之前的值，并且ΔR表示所述电阻的所述改变的所述值。
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