CN107078739A - 具有外部电阻检测的集成电路 - Google Patents

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Abstract

在所描述的示例中，一种电源电路被配置为基于检测外部电阻网络(Rtop/Rbot)是否连接到输入引脚(210)而控制输出电压(Vout)。该电源电路被配置为基于在输入引脚(210)处测量的电压而控制输出电压(Vout)，其中输入引脚(210)处的电压被用于在控制环路(235，225)中提供反馈电压。基于输入引脚(210)处的电压，该电源电路被配置为检测在单个输入引脚(210)外部的电阻网络的存在。如果检测到外部电阻网络，则该电源电路被配置为基于由输入引脚(210)处的外部电阻网络(Rtop/Rbot)产生的反馈电压而产生输出电压(Vout)。如果没有检测到外部电阻网络，则该电源电路被配置为基于由内部电阻网络(Rtopint/Rbotint)产生的反馈电压而产生输出电压(Vout)。

Description

具有外部电阻检测的集成电路
技术领域
本发明总体涉及调节的电源，并且更具体地涉及由调节的电源输出的功率的配置。
背景技术
电子设备依赖于电源部件以根据电子设备的要求和限制提供经调节的功率量。电源通常接收输入功率供应并被配置为输出经调节的功率供应。在许多情况下，电源将高电压输入(例如干线电力)转换成适合于为电子设备供电的经调节的低电压输出。在其他情况下，电源将电池电力转换成经调节的电压。基于要供电的电子设备的规格来确定由电源产生的输出电压。
许多电子设备被设计为利用调节的电源来操作，这些调节的电源被设计为仅产生由该设备使用的特定固定的输出电压。基于电子设备所需的电压，选择已被设计为输出该具体所需电压的常规固定电压电源。如果需要不同的电压，则选择能够供应所需电压的不同的固定电压电源。被定制以产生不同特定输出电压的不同固定电压电源设计的这种用途需要电源制造商支持大量的电源模型。这还要求电子设备制造商证明每种不同的电源模型合格以将其并入它们的设计中。
一种可调电源可以被配置以支持一系列输出电压，而不是为每个支持的固定输出电压提供不同的电源部件。可以经由电源的输入引脚支持电源的可调电压输出，因此基于在输入引脚处检测到的电压设置输出电压。以此方式，可调电源可以被配置为支持多种不同的输出电压。
常规可调输出电源和常规固定输出电源是不可互换的。设计为用固定输出电源工作的设备不包括指定调整的输出电压所需的电路系统。
能够支持固定输出设备和可调输出设备的常规电源通过向电源提供至少两个输入引脚来实现这一效果。一个引脚可以指定用在电源的控制环路中的反馈电压，而另一个引脚可以指定是否将由该电源提供固定的输出电压。
发明内容
在所描述的电源电路的示例中，基于在输入引脚处向电源电路提供的控制环路反馈电压来配置电源的输出电压。基于输入引脚电压，该电源被配置为检测在输入引脚外部是否存在电阻网络。该电源被配置为通过在将反馈电压拉至高电平和拉至低电平的尝试之间交替来检测外部电阻网络的存在。基于在输入引脚电压下对上拉尝试和下拉尝试的响应，该电源确定在控制环路中是否存在外部电阻网络。如果检测到外部电阻网络，则该电源被配置为产生由输入引脚处的电阻网络指定的输出电压。如果未检测到外部电阻网络，则该电源被配置为产生默认输出电压。以此方式，该电源可以被配置为使用单个输入引脚产生各种输出电压。
根据电源电路和配置电源的输出电压的方法的一个方面，该电源包括：调节器，其可操作以将输入电压转换为输出电压，并且进一步可操作以基于经由反馈环路提供的反馈电压来设置输出电压；输入引脚，其可操作以接收输入引脚电压；以及检测电路，其可操作以基于在外部连接到输入引脚的电阻的检测来设置反馈电压，其中该电阻是基于输入引脚电压检测的。
根据另外的方面，如果没有检测到外部电阻，则检测电路可以进一步可操作以将反馈电压设置为默认输出电压。如果检测到外部电阻，则检测电路可以进一步可操作以将反馈电压设置为输入引脚电压。如果检测到外部电阻并且输入引脚电压具有预定义值，则检测电路可以进一步可操作以将反馈电压设置为电源的基准电压。检测电路可以包括指定默认输出电压的内部电阻网络，其中通过将该内部电阻网络连接到反馈环路而将反馈电压设置为默认输出电压。可以在测试模式期间启用检测电路，该测试模式在预定义间隔之后期满。
根据另外的方面，该检测电路可以进一步包括：上拉电路，其可操作以在电源的输出电流中施加第一脉冲，并且进一步被配置为响应于第一脉冲来检测输入引脚电压的第一变化；以及上拉锁存器，其可操作以记录是否在输入引脚电压中检测到第一变化。根据另外的方面，该检测电路可以进一步包括：下拉电路，其可操作以在电源的输出电流中施加第二脉冲，并且进一步被配置为响应于第二脉冲来检测输入引脚电压的第二变化；以及下拉锁存器，其可操作以记录是否在输入引脚电压中检测到第二变化。如果上拉锁存器记录输入引脚电压的第一变化的检测并且如果下拉锁存器记录输入引脚电压的第二变化的检测，则可以确定外部电阻连接到输入引脚。可以基于在外部连接到输入引脚的电容来选择第一脉冲的持续时间。
附图说明
图1是描绘使用分压器配置的常规可调电源的某些部件的示意图。
图2是根据示例实施例的一个方面的电源的某些部件的示意图，该电源包括用于检测外部电阻网络的默认检测电路。
图3是根据示例实施例的另一方面的电源的某些部件的示意图，该电源已经检测到没有外部电阻网络并且产生默认输出电压。
图4是根据示例实施例的另一方面的电源的某些部件的示意图，该电源已经检测到指定输出电压的外部电阻网络。
图5是根据示例实施例的另一方面的电源的某些部件的示意图，该电源已经检测到指定使用电源基准电压的外部电阻器。
图6是被配置为确定在反馈控制环路中是否存在外部电阻的检测部件的示意图。
具体实施方式
优选地，单个电源将能够支持被设计为用固定输出电压和可调输出电压来操作的设备。至少一些电源制造商可能更喜欢使用能够用固定输出设备和可调输出设备进行操作的单个电源，而仅需要提供一个引脚作为电源的输入。
图1描绘了常规可调开关模式电源(SMPS)的某些部件，该常规可调SMPS接收输入电压VIN并且产生至负载105的经调节的输出电压VOUT。图1的常规电源使用分压器来指定负载105所需的输出电压VOUT。输出电压VOUT还经由输入引脚135被提供为电源的输入，从而创建由电源使用以调节输出电压VOUT的反馈环路。提供给输入引脚135的输出电压是基于负载105的电压要求确定的并且是使用包括RTOP和RBOT的分压器设置的。
然后将提供给输入引脚135的电压提供给比较器部件130，该比较器部件130被配置为向电源的控制环路提供反馈电压。作为另一输入，比较器部件130接收基准电压VREF，该基准电压VREF是由电源支持的最低调节电压。典型的基准电压为1V。比较器部件130被配置为根据哪个输入更大而输出从输入引脚135接收的电压或基准电压VREF作为反馈电压。这确保该电源不会产生低于基准电压VREF的输出电压。
图1的常规电源是实施使用控制环路125产生脉冲宽度调制(PWM)信号的降压调节器的开关模式电源。该PWM信号由开关逻辑120用于产生交替的低侧信号和高侧信号。这些交替信号由驱动器115用于产生门信号，这些门信号控制开关元件以将输入电压VIN信号转换为较低电压信号，该较低电压信号经平滑化以产生适合于为负载105供电的输出电压VOUT。
基于用作反馈环路的输入的电阻器网络的输出来确定由可调电源产生的输出电压VOUT。在图1的常规电源中，使用由串联电阻器RTOP和RBOT实施的分压器指定输出电压VOUT。以这种方式配置，图1的电源的输出电压为：
如上所述，某些电子设备被配置为用仅产生设备所需的特定固定输出电压的电源进行操作。然而，常规可调输出电源和常规固定输出电源是不可互换的。例如，如果设计为用固定电压电源(并且因此不包括RTOP和RBOT电阻器网络)进行操作的设备被连接到图1的常规可调电源，则该电源将仅产生基准电压输出。常规可调电源要求设备指定除基准电压之外的任何输出电压。
使用图1的常规可调电源可以支持的唯一固定电压是基准电压VREF。然而，基准电压VREF是由电源支持的最低调节电压。该基准电压不是通常使用的输出电压。因此，在电源不提供：(a)用以检测可调电压信号的第一输入引脚；和(b)用以检测固定电压信号的第二引脚的情况下，图1的常规可调电源不适合用作固定电压电源。存在对如下可调电源的需求，该可调电源可以被用在固定电压设计和可调电压设计中且同时仅需要提供一个引脚作为电源的输入。
图2描绘了示出示例实施例的一些方面的开关模式电源的某些部件的电路图。在图2的电源中，开关调节器200被用于将输入电压VIN转换为适合于为负载205供电的较低输出电压VOUT。该电源被配置为向负载205提供默认固定输出电压或被调整到由设备指定的电压的输出电压。如果设备尚未指定输出电压调整，则该电源产生固定默认输出电压，表明负载205被配置为使用电源的默认输出电压进行操作。该电源基于到电源的单个输入引脚210的输入来确定是产生默认固定输出电压还是产生所请求的调整的输出电压。
图2的电源包括默认检测电路235，该默认检测电路235确定经调整的输出电压还是默认输出电压已被指定由负载205使用。如果指定经调整的输出电压，则在默认检测电路235外部的电阻器网络存在于反馈控制环路中。外部电阻器网络被配置为调整在电源的输入引脚210处的电压。如果不存在外部电阻器网络，则这表明设备被设计为用固定输出电压进行操作，在这种情况下，电源输出默认输出电压。默认检测电路235感测是否存在外部电阻器网络，以便确定是输出由设备指定的调整的输出电压还是输出默认输出电压。默认检测电路235使用检测部件215，该检测部件215实施测试程序以感测外部电阻网络是否被连接到输入引脚210。下面关于图6提供检测部件215的细节。
在图2的电源中，在默认检测电路235外部的电阻器网络以使用RTOP和RBOT实施的分压器的形式存在。由RTOP和RBOT形成的分压器作为输入被连接到电源输入引脚210。如果检测部件215没有检测到外部电阻器网络(例如RTOP和RBOT分压器)，则默认检测电路235使用内部电阻器网络来设置要产生的默认输出电压。在图2的电源中，内部电阻器网络包括由RTOPINT和RBOTINT实施的分压器。如果没有检测到外部电阻网络，则检测部件215向内部电阻网络发送信号以产生默认输出电压。
图3示出根据示例实施例的一个方面的情形，其中开关调节器300用于将输入电压VIN转换为适合于为负载305供电的较低输出电压VOUT。在图3的电源中，不存在外部电阻器网络，并且电源通过产生默认输出电压进行响应。在没有外部电阻器网络的情况下，输入引脚310接收输出电压VOUT作为输入。默认检测电路335的检测部件315确定输入引脚310处的电压是输出电压VOUT。作为响应，检测部件315输出指示将由电源产生默认输出电压的信号。该信号配置默认检测电路335的开关元件330，以将内部电阻网络连接到电源的反馈控制环路。在图3中，内部电阻网络包括由RTOPINT和RBOTINT实施的分压器。比较器部件325确定由内部电阻器网络产生的默认输出电压大于基准电压，并将默认电压输出到电源的反馈控制环路。以这种方式配置，该电源产生由下式指定的默认输出电压：
图4示出根据示例实施例的一个方面的情形，其中开关调节器400用于将输入电压VIN转换为适合于为负载405供电的较低输出电压VOUT。在图4的电源中，由设备提供外部电阻器网络，并且该电源通过产生由外部电阻器网络指定的调整的输出电压进行响应。在图4中，由通过RTOP和RBOT实施的分压器指定调整的输出电压。该调整的输出电压经由输入引脚410被提供给电源。该输入由默认检测电路435的检测部件415处理。检测部件415确定外部电阻被连接到输入引脚410，使得电源将产生在输入引脚410处由分压器指定的调整的输出电压。
在检测到外部电阻时，来自引脚410的调整的输出电压被检测部件415输出到比较器部件425。在验证了经调整的输出电压大于电源的基准电压时，比较器部件425输出调整的电压，从而配置电源的反馈环路。因为已经指定了经调整的输出电压而不是电源的默认输出电压，所以检测部件415不启用默认检测电路435的内部电阻网络部件。相反，检测部件415将包括由RTOP和RBOT实施的分压器的外部电阻网络连接到电源的反馈控制环路。
图5示出示例实施例的另一方面，通过该方面，电源被配置为输出电源的通告基准电压。类似于上文所讨论的图中的电源，图5的电源使用开关调节器500将输入电压VIN转换为适合于为负载505供电的较低输出电压VOUT。在图5的电源中，电阻器网络包括单个电阻器RTOP，其中RTOP的电阻被选择以引导默认检测电路535将输出电压设置为电源的基准电压。在某些方面，RTOP是模式选择电阻器，该模式选择电阻器已经被约定为引导电源输出其通告基准电压作为输出。
与图3的分压器电阻网络一样，检测部件515测量输入引脚510处的电压并且确定在反馈控制环路中存在电阻。在图5中，由RTOP产生的输入引脚处的电压降由检测部件515识别为通知电子设备使用基准电压。当在输入引脚510处检测到与RTOP相关联的特定电压时，检测部件515输出将内部电阻网络从反馈控制环中断开的默认检测信号。检测部件515输出基准电压，该基准电压由比较器部件525识别为将基准电压连接到反馈控制环路的指示。在某些方面，可以选择RTOP以在输入引脚510处产生基准电压。
图6示出检测部件的实施方式，该检测部件根据对该部件的以上描述进行操作。该检测部件接收由电子设备在输入引脚605处提供的反馈电压。基于该输入引脚电压，该检测部件确定反馈控制环路中是否存在外部电阻网络，指示电子设备已经被配置为指定将由电源产生的输出电压。如所描述的，在某些方面，具体外部电阻在反馈控制环路中的存在指示电子设备需要电源的基准电压。如果没有检测到外部电阻(表明电子设备被配置为用固定输出电源进行操作)，则该检测部件产生输出610，以通知电源产生默认输出电压。
该检测部件使用上拉和下拉逻辑来确定输入引脚电压605是否已使用外部电阻网络调整或者确定输入引脚电压605是否是电源的输出电压。在某些方面，启动测试模式，在该测试模式期间，该检测部件测试输入引脚电压605以确定是否存在电阻网络。经由将上拉和下拉逻辑连接到输入引脚电压605的测试信号630来启动测试模式，从而激活上拉和下拉逻辑。
在电源初始化期间可以使用测试模式。在许多方面，初始化期间的测试模式是足够的。在其他方面，可以启动后启用(post-start up)测试模式。测试模式的启动导致定时器的开始。在定时器期满之后，测试信号630将上拉和下拉逻辑从反馈控制环路中断开，并且测试模式结束。通过仅在测试模式期间启用上拉和下拉逻辑，允许节省功率，并且避免浮动门问题。
在测试模式已经启动并且检测部件被配置用于测试输入引脚电压605之后，产生两个连续的脉冲625，即：(a)上拉输入引脚电压的一个脉冲；和(b)下拉输入引脚电压的另一脉冲。该检测部件使用电阻器感测锁存器635、640来确定上拉尝试和下拉尝试是否成功。在被激活时，每个电阻器感测锁存器635、640测量对输入引脚电压605处的脉冲的响应，并将该响应与参考信号进行比较。
电阻器感测锁存器635通过测量输入引脚电压605并将其与参考信号比较来确定上拉是否成功，该参考信号指定由于在反馈环路中存在电阻网络而可以预期电压的增加。在上拉尝试期间，上拉逻辑增加电源输出中的电流，以确定输入引脚电压605是否受影响。如果电阻器感测锁存器635确定输入引脚电压605相对于参考信号已经如预期地被上拉，则锁存器记录表明上拉尝试成功的值。
如果电阻器锁存器635确定上拉成功，则这表明在反馈环路中存在外部电阻网络。如果不存在外部电阻网络，则在分配给上拉脉冲的时间期间，检测部件将不能上拉输入引脚电压。参照图3，其中不存在外部电阻网络，电流中的脉冲将在对COUT进行充电中被吸收，并且在COUT被完全充电之前将不会引起输入引脚电压的增加。因为COUT通常是相对大的电容器，所以COUT在测试周期期间不会被完全充电并且因此防止上拉尝试成功。如果存在与COUT并联的任何外部电阻网络(例如在图4中)，则检测部件将能够响应于输出电压中的脉冲而确立输入引脚电压的增加。
电阻器锁存器640记录输入引脚电压605并确定下拉是否成功。与上拉尝试类似，如果不存在外部电阻网络，则检测部件将不能在分配给下拉脉冲的时间期间下拉输入引脚电压。下拉逻辑的使用允许检测部件测试在输出电压相对高的情况下影响输入引脚电压的能力。如上所述，如果不存在外部电阻网络，则在测试周期期间，下拉脉冲中的电源的输出电流的变化将被COUT掩蔽并且将阻止输入引脚电压的响应。
在某些方面，定时器被用于指定下拉和上拉测试周期的长度。在激活测试模式后，上拉定时器被激活。如上所述，检测部件确定输入引脚电压响应于电源的输出电流中的脉冲是否发生预期的增加。在上拉定时器期满之前，电阻器感测锁存器635对其输入进行采样并记录上拉尝试是否成功。相反，下拉定时器指定下拉尝试的持续时间，并且用于触发电阻器感测锁存器640以对其输入进行采样并记录下拉尝试是否成功。
在某些方面，基于反馈控制环路中存在的电容器来配置测试周期(在其期间进行上拉尝试和下拉尝试)的长度。例如，某些调节器包括用于改善VOUT的瞬态响应的前馈电容器CFF。前馈电容器通常并联连接到RTOP并耦合到COUT。为了将反馈环路中的前馈电容器计算在内，测试周期中的上拉脉冲和下拉脉冲的持续时间可以由以下公式指定：
TPULL>3*RPULL*CFF
其中TPULL是上拉脉冲和下拉脉冲的长度，RPULL是上拉和下拉电阻，并且CFF是前馈电容。
在已经完成相继的上拉尝试和下拉尝试以使得电阻器锁存器635和640已经记录输入引脚电压605之后，该检测部件确定用于输出到电子设备的电源的正确电压。如果下拉逻辑确定下拉成功并且如果上拉逻辑确定上拉成功，则这表明电阻网络被连接在反馈控制环路中。指示上拉尝试和下拉尝试是否成功的来自电阻器锁存器635和640中的每一个的信号是到“与”门的输入。来自“与”门的输出被存储在默认检测锁存器645中。如果由默认检测锁存器345保持的记录状态指示存在电阻网络，则使默认检测信号610无效(deassert)，并且默认检测电路的内部电阻网络未连接到反馈环路。因此，输入引脚电压605指示被指定由电子设备使用的经调整的输出电压，并连接到反馈控制环路且用于指定电源的输出电压。
如果下拉尝试或上拉尝试失败，则这表明在控制环路中不存在电阻网络，因为输入引脚电压被确定为电源的输出电压。在该情形下，从电阻器锁存器635、640中的每一个到“与”门的输入导致“与”门的低输出。该输出由默认检测锁存器645存储，该默认检测锁存器645使默认检测信号610有效(assert)以便用信号通知内部电阻网络到反馈环路的连接。因此，输入引脚电压605指示将由电源产生由内部电阻网络指定的默认输出电压。
在上述方面中，电源是用作DC-DC转换器的电压调节器，例如降压转换器。其他应用可以包括低压降调节器、短路检测部件和软件引脚检测部件。
在权利要求的保护范围内，可以在所描述的实施例中进行修改，并且其他实施例是可能的。

Claims (20)

1.一种开关电源电路，其可操作以控制输入电压到输出电压的转换，所述开关电源电路包括：
开关控制电路，其可操作以提供晶体管开关信号以基于经由反馈环路提供的反馈电压设置所述输出电压；
输入引脚，其可操作以接收输入引脚电压；以及
检测电路，其可操作以基于在外部连接到所述输入引脚的电阻的检测而设置所述反馈电压，其中所述电阻是基于所述输入引脚电压检测的。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其中如果没有检测到外部电阻，则所述检测电路进一步可操作以将所述反馈电压设置为默认输出电压。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其中如果检测到外部电阻，则所述检测电路进一步可操作以将所述反馈电压设置为所述输入引脚电压。
4.根据权利要求1所述的电源电路，其中如果检测到外部电阻并且如果所述输入引脚电压具有预定义值，则所述检测电路进一步可操作以将所述反馈电压设置为所述电源的基准电压。
5.根据权利要求2所述的电源电路，其中所述检测电路包括指定所述默认输出电压的内部电阻网络，并且其中通过将所述内部电阻网络连接到所述反馈环路而将所述反馈电压设置为所述默认输出电压。
6.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述检测电路包括上拉电路和上拉锁存器，所述上拉电路可操作以在所述电源的所述输出电流中施加第一脉冲并且进一步被配置为响应于所述第一脉冲而检测所述输入引脚电压的第一变化，所述上拉锁存器可操作以记录是否在所述输入引脚电压中检测到所述第一变化。
7.根据权利要求6所述的电源电路，其中所述检测电路进一步包括下拉电路和下拉锁存器，所述下拉电路可操作以在所述电源的所述输出电流中施加第二脉冲并且进一步被配置为响应于所述第二脉冲而检测所述输入引脚电压的第二变化，所述下拉锁存器可操作以记录是否在所述输入引脚电压中检测到所述第二变化。
8.根据权利要求7所述电源电路，其中如果所述上拉锁存器记录检测到所述输入引脚电压的所述第一变化并且如果所述下拉锁存器记录检测到所述输入引脚电压的所述第二变化，则外部电阻被连接到所述输入引脚。
9.根据权利要求1所述的电源电路，其中在测试模式期间启用所述检测电路，所述测试模式在预定义间隔后期满。
10.根据权利要求6所述的电源电路，其中基于在外部连接到所述输入引脚的电容选择所述第一脉冲的持续时间。
11.一种配置电源的所述输出电压的方法，所述方法包括：
基于经由反馈环路提供的反馈电压设置所述电源的输出电压；
测量在所述电源的输入引脚处的输入引脚电压；
检测在外部连接到所述输入引脚的电阻，其中所述电阻是基于所述输入引脚电压检测的；以及
基于在外部连接到所述输入引脚的电阻的检测而设置所述反馈电压。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：如果没有检测到在所述输入引脚外部的电阻，则将所述反馈电压设置为默认输出电压。
13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：如果检测到在所述输入引脚外部的电阻，则将所述反馈电压设置为所述输入引脚电压。
14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：如果检测到在所述输入引脚外部的电阻并且如果所述输入引脚电压具有预定义值，则将所述反馈电压设置为所述电源的基准电压。
15.根据权利要求12所述的方法，其中通过将内部电阻网络连接到所述反馈环路而将所述反馈电压设置为所述默认输出电压。
16.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：在所述电源的所述输出电流中施加第一脉冲；响应于所述第一脉冲而检测所述输入引脚电压的第一变化；以及记录是否在所述输入引脚电压中检测到所述第一变化。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：在所述电源的所述输出电流中施加第二脉冲；响应于所述第二脉冲而检测所述输入引脚电压的第二变化；以及记录是否在所述输入引脚电压中检测到所述第二变化。
18.根据权利要求7所述方法，其进一步包括：如果响应于所述第一脉冲记录所述输入引脚电压的所述第一变化并且如果响应于所述第二脉冲记录所述输入引脚电压的所述第二变化，则确定外部电阻被连接到所述输入引脚。
19.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：在测试模式期间检测所述外部电阻，所述测试模式在预定义间隔后期满。
20.根据权利要求16所述的方法，其中基于在外部连接到所述输入引脚的电容选择所述第一脉冲的所述持续时间。
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