CN110542868A - 自测电路以及对应的设备、车辆和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及自测电路以及对应的设备、车辆和方法。在此公开的一种电路包括被配置为提供差分输出信号的差分级。模数转换器耦合至差分级的第一和第二输出节点。模数转换器被配置为提供输出信号，输出信号是来自差分级的差分输出信号的函数。多路复用器被配置为接收差分输入信号。多路复用器包括可在导电状态和非导电状态之间切换的测试开关。在导电状态下，测试开关耦合差分级的第一输入节点和第二输入节点。测试信号注入电路可激活以推动差分电流经过差分级。该电路可在操作模式和自测模式之间被选择性地切换。

Description

自测电路以及对应的设备、车辆和方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2018年5月29日提交的意大利专利申请第102018000005810号的优先权，其通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及自测电路。
背景技术
电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的发展技术使改进的电池管理系统(BMS)的性能成为期望特征，以促进安全、可靠和具有成本效益的电池操作。
电池管理系统(BMS)的任务涉及测量单个电池单元的电压。这可能涉及从(非常)高的共模电压中提取相对较小的差分电压。
此外，在汽车应用中需要考虑的一个因素是车辆环境的噪声性质，例如，在广泛的频率范围内发生电磁干扰。这会导致不期望的精度损失，精度损失会对电池组的寿命和性能产生不利影响。
通过在每个单元处放置具有高CMRR(共模抑制比)的差分电压放大器以提供(例如，电平移位的)电压信号来促进精度测量，其中电压信号可被馈送给模数转换器(ADC)进行数字化。
这种布置可包括各种其他特征，例如用于保护和诊断的目的。开放负载检测、泄漏检测、内置自测(BIST)是这种选项的示例，这些选项可被期望用于促进满足诸如汽车领域的领域中安全要求。
尽管该领域中的活动十分密集，但期望进一步改进的解决方案。
例如，这适用于执行“运行”测试的性能，该测试旨在检测包括各种元件(例如，多路复用器、电平移位器、参考信号发生器、模数转换器)的处理链中发生的错误。
发明内容
一个或多个实施例可有助于提供改进的解决方案。
一个或多个实施例可涉及对应的设备，例如电池管理系统或BMS。
一个或多个实施例可涉及配备有这种设备的车辆(例如，诸如EV或HEV的机动车)。
一个或多个实施例可有助于实现以下一个或多个优点：可以提供促进探索多个输入特性的电路架构；内置自测(BIST)的输入信号可生成为低压信号，由此节省电路面积；利于BIST信号电压转换的高精度；以及与传统解决方案(例如，基于齐纳的解决方案)相比，可实现改进的精度。
在一个或多个实施例中，提供了一种模数转换器，其能够将电流参考与模拟输入差分电压的期望电流进行比较，由此利于检查所涉及的整个处理链的性能。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例来描述一个或多个实施例，其中：
图1是使用实施例的可能场景的示例性框图，
图2是实施例的示例性功能框图，
图3是实施例的示例性电路图，以及
图4进一步示出了使用实施例的可能场景。
具体实施方式
在随后的描述中，对一个或多个具体细节进行说明，旨在提供对本说明书的实施例示例的深入理解。可以在没有一个或多个具体细节的情况下获得实施例，或者利用其他方法、部件、材料等获得实施例。在其他情况下，并不详细说明或描述已知的结构、材料或操作，从而将不会所实施例的特定方面模糊不清。
在本说明书的框架中提及“一个实施例”用于表示与该实施例相关的特定配置、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在本说明的一点或多点处存在的诸如“在一个实施例中”的措辞不一定表示一个和相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以任何适当的方式组合特定的构型、结构或特性。
本文使用的参考仅为了方便而提供，因此不定义保护范围或实施例的范围。
在附图中，参考标号10指定被配置为在以下讨论中包括内置自测(BIST)特征的整个电路。
在一个或多个实施例中，电路10可适于感测(测量)输入电压DV/HV。
这种指定用于强调一个或多个实施例可被应用于感测/测量从(非常)高的共模电压(HV)中提取的小差分电压的事实。
一个或多个实施例可被用于提供与电压DC相对应的信息作为数字编码信号“CODE”(编码)，用于普遍指定为P的各种处理应用。
如图4所示，本文例示的电路10可例如与车辆V(诸如电动汽车(EV)或混合动力汽车(HEV))中的电池管理系统(BMS)相关联，用于感测装备车辆V的电池组BP的电池单元C处的电压。
然而，参考这些可能应用并不应被理解为实施例的限制感测。
在本文例示的一个或多个实施例中，电路10可包括输入多路复用器12，随后是(差分)电压电平移位级14，(差分)电压电平移位级产生施加给(例如，Σ-Δ)模数转换器(ADC)16的输出(电压)信号Vdiff。
ADC 16对参考(电压)信号VBG敏感，并以数字比特流的形式产生输出信号Vout，其平均值是输入信号Vdiff与参考VBG的比率的函数。
参考标号18表示对信号Vout有效的数字滤波器，以产生表示输入电压DV(例如，高共模电压HV上的小差分电压DV)的平均值的数字版本的信号CODE。
除下文详细讨论外，图1例示的电路布局中的元件在本领域可视为常规元件，因此无需在此提供更详细的描述。
用于检查图1例示的电路10的正确操作的方法可例如涉及向数字滤波器18提供来自自测模式发生器的测试信号以检查其正确操作：这相当于仅在数字路径上执行检查。
可替代地，通过使用作为至差分级14的输入的、(例如，经由多路复用器12)连接的齐纳电压参考，可以对图1例示的处理链应用全面检查。
这种方法的缺点在于：只能检查差分输入电压的点值，而差分电压DV可显示出例如0-5V的功能范围。
图2和图3是适用于一个或多个实施例以提供具有内置自测(BIST)特征的电路(诸如电路10)的示例性方法。
在图2和图3例示的一个或多个实施例中，多路复用器12包括第一输入终端121和第二输入终端122，被配置为在它们之间接收将被感测(测量)的差分电压DV。如所指出的，这例如可以是横跨装备车辆V(诸如EV或HEV)的电池组BP中的一个电池单元C感测到的电压。
在图2和图3例示的一个或多个实施例中，多路复用器12包括可在导电状态和非导电状态之间切换的第一开关sw1。由于处于导电状态(“接通”)，第一开关sw1将多路复用器12的第一输入终端121与差分(电压电平移位)级14的第一输入节点141耦合。由于第一开关sw1处于非导电状态(“断开”)，多路复用器12的第一输入终端121和差分级14的第一输入节点141相互隔离。
在图2和图3例示的一个或多个实施例中，多路复用器12包括可在导电状态和非导电状态之间切换的第二开关sw2。由于处于导电状态(“接通”)，第二开关sw2将多路复用器12的第二输入终端122与级14的第二输入节点142耦合。由于第二开关sw2处于非导电状态(“断开”)，多路复用器12的第二输入终端121和差分级14的第二输入节点142相互隔离。
在图2和图3例示的一个或多个实施例中，多路复用器12包括可在导电状态和非导电状态之间切换的第三开关sw3。由于处于导电状态(“接通”)，第三开关sw3将级14的第一输入节点141和第二输入节点142耦合(“短路”)。由于第三开关sw3处于非导电状态(“断开”)，级14的第一输入节点141和第二输入节点142相互隔离。
此外，由于第一开关sw1和第三开关sw3处于导电状态(“接通”)且第二开关sw2处于非导电状态(“断开”)，多路复用器12的第一输入终端121耦合至级14的第一输入节点141和第二输入节点142。
如图2的框图所例示，在一个或多个实施例中，差分级14可包括电压电平移位器块1400，其被配置为将电平移位增益(例如，1/5R)应用于第一输入终端121和第二输入终端122之间的差分电压，差分电压经由多路复用器12的开关sw1、sw2(当导电时)被传送至级14的输入节点141和132。
通过示出级14的输入节点141和142(以相反的符号“+”和“-”)耦合至求和节点1402(该节点又供应电平移位器块1400)，在图2中例示了这种类型的操作(对应于电路的正常操作)。
在这种操作模式中，ADC 16可以将Vdiff/5R与在161处施加的参考值(例如，Vbg2/R)进行比较。通过示例，这可以是约1.2V的(已知)带隙电压，其中单元电压范围例如为0V至5V。
对电阻值等于5R的电阻器的参考表示可以覆盖所有范围，满量程范围(FSR-即，为避免级饱和而可以施加的最大输入差分电压)例如等于1.2V*5R/R＝6V。
R的绝对值(其促进将差分电压转换为差分电流)不影响输出CODE：参见图2和图3的右侧，输出CODE与该值无关。
明智选择该值有助于具有微安(uA)范围内的电流。
例如，为了具有等于50uA的最大信号电流，可选择电阻值等于R＝Vdiff_max/I＝6V/50uA＝120kOhm的电阻器，使得在本文考虑的功能模式下，CODE可被评估为：
CODE＝[(Vbg2/R)/(Vdiff/5R)]*2^mbit，
其中，mbit是所使用位的数量。
然而应了解，所示定量值仅是示例性的，并不用于限制实施例。
在图2中，参考标号1404指定求和节点，其中来自块1400的输出与来自接收来自开关块1442的输入的另一增益级1440(具有增益1/nR)的信号进行求和。如图2所例示，开关块1442可包括第四开关sw4和第五开关sw5，例如它们可以参考带隙电压Vbg1(用于测试的目的)或0伏耦合至级1440。
在一个或多个实施例中，本文例示的开关sw1-sw5可包括电子开关，例如MOSFET晶体管。
通过为了简化表示而未在图中示出的逻辑电路，以本身已知的方式，可以控制开关sw1-sw5的操作，即在导电(“接通”)状态和非导电(“断开”)状态之间进行切换。
这种逻辑电路能够切换到测试模式(内置自测或BIST)。在需要时，BIST模式可以被激活，例如，在涉及电池单元测量失败(例如，欠压/过电压)的情况下、在两个BIST动作之间的特定指定时间间隔处等，可以按需执行BIST。例如，BIST代码可与逻辑中写入的两个阈值进行比较，其中BIST失败可能被传输至控制单元U(例如，微控制器)：参见图4。
如下文所讨论的，在自测或BIST模式下，ADC 16可将Vbg1/nR(即，来自增益级1440的输出)与参考Vbg2/R进行比较。为了简单起见，通过(合理地)假设Vbg1和Vbg2是两个相同的带隙电压，它们的比率将(仅)取决于n。
在这种情况下(BIST)，输出CODE可被评估为：
CODE＝[(Vbg2/R)/(Vbg1/nR)]*2^mbit＝(1/n)*2^mbit。
这有助于在测试模式中“模拟”等于Vbg1*n的输入差分电压的存在。
由此，将存在改变(例如，在前面讨论的控制逻辑下)n的值并选择特定的特性输入点或出于(自)测试目的而探索输入特性曲线的可能性。
元件1440和1442是测试信号注入电路144的示例(例如，如下文所讨论的)，该电路是可激活的以推动出于测试目的要模拟至测试电路10的输入差分电压的电流经过差分级14。
在一个或多个实施例中，在级1440经由开关sw5耦合至0输入电压的情况下，如前所讨论的，通过级1440施加给节点1040的信号可以在“正常”操作期间归零，即位于多路复用器12的第一输入终端121和第二输入终端122之间的差分电压DV经由开关sw1、SW2(导电)传送到级14的输入节点141和142。
相反，在参考电压Vbg1经由导电的开关sw4耦合至级1440用于测试目的的情况下，级1440将向节点1404注入非零信号Vbg1/nR，而由于第三开关sw3进入导电状态(“接通”)并由此短路输入141、142，至级14的差分输入将归零。此外，在第二开关sw2处于非导电状态(“断开”)的情况下第一开关sw1和第三开关sw3进入导电状态(“接通”)，这将引起多路复用器12的第一输入终端121耦合至级14的第一输入节点141和第二输入节点142，使得与其相关联的共模电压(例如，HV)被施加给级14的第一输入节点141。
如前所述，图2中的元件1400、1442和1404可被视为可激活(例如，经由开关sw4)的测试信号注入电路144的示例，以推动一电流经过差分级14，该电流出于测试目的(BIST模式)“模拟”被传送至级14的输入节点141、142(在测试模式中通过开关sw3短路)的多路复用器12的输入终端121、122之间的(可能是可变的或“可扫描的”)差分电压。
然而要被理解的是，图2用于提供一个或多个实施例的“高级”功能框图。在这种功能框图中，测试信号注入电路144被例示为在节点1404(例如，在级14的输出侧)处起作用。
例如，图2中的开关sw5本质上用于强调在自测(BIST)条件下，相关信号路径的贡献为零的事实。换句话说，图2中的级1442可以替代地表示为包括单个开关(即，sw4)，其被配置为在0(正常功能或操作状态)和Vbg1(自测或BIST状态)之间切换。
图3提供了以图2所示一个或多个实施例为基础的基本概念的可能对应实施的“晶体管级”电路图。在图3例示的可能实施中，测试信号注入电路144在输入节点141、142(即，级14的输入侧)处起作用。
此外，图3例示了差分电流，以在节点241、242处流动(从级14输出/输入到ADC16)，这种差分信号在ADC 16中与耦合至两个节点的参考(电流)Vbg2/R进行比较。这在图3中通过将参考节点161表示为两个节点161a、161b来例示，它们有助于将差分参考电流Vbg2/R(例如，在161a处输入，在161b处输出)耦合至ADC 16。
因此，图3的晶体管级示图是将差分电流注入到级14中以出于测试目的模拟输入差分电压的概念的可能实施的示例。
即，图3例示的一个或多个实施例可以在操作模式和自测(BIST)模式之间切换。
如前所述，这可能发生在(例如，内部)逻辑电路的控制下，逻辑电路可被配置为，例如根据需要在涉及电池单元测量失败(例如，欠压/过压)的情况下，在两个BIST动作之间的特定时间间隔处等，激活BIST，其中BIST失败可能被传输至控制单元U。
在电路10的正常操作模式中，开关sw1和SW2闭合(即，随开关sw3打开(即非导电)导电)，而随开关sw5(仅在图2中示出)闭合、即导电，开关sw4打开(非导电)。
在这种正常操作模式中，输入终端121和122分别耦合至差分级14的输入节点141和142，而电流注入电路144不起作用，使得差分级14向ADC 16的输入施加作为输入电压DV的电平移位副本的(电压)信号Vdiff。
在自测模式中，随开关sw2打开(非导电)，开关sw1和SW3闭合(导电)，而随开关sw4闭合(导电)且开关sw5(仅在图2中示出)打开、即非导电，电流注入电路144起作用。在这种自测模式中，差分级14的输入141、142被短路，使得在经由电路144推动差分电流的同时，仅感测到(高)共模电压HV，以模拟输入差分电压，使得可以检查电路10的正确操作。
另外，在一个或多个实施例中，在自测模式中存在选择性地改变经由电路144推动的差分电流的强度的可能性。以这种方式，可以模拟输入差分电压的不同值，由此使得可以在输入电压DV的整个可能范围(例如，0到5V)内检查电路10的正确操作，从而克服基于齐纳的解决方案的固有限制，其中单个值(由齐纳二极管设置)可用于测试目的。
如图3的晶体管级电路图所例示，差分级14可被配置为在电源电压Vb和地之间进行操作，这随两个电流发生器(任何已知类型)起作用以在Vb处的电源电压线与对应节点A、B之间生成强度为2I的电流来实现，其中节点A、B-如下面所讨论地-耦合至差分级14的(差分)输出节点241、242，差分级14耦合至ADC 16的输入。
如图3的电路图所例示，节点A和B经由包括第一晶体管34a和第二晶体管34b(例如，MOSFET晶体管)电流线耦合至地，这两个晶体管的控制终端(在诸如MOSFET晶体管的场效应晶体管的情况下为栅极)经由两个差分节点(例如，运算放大器141和142)的输出进行驱动。
如图3的电路图所例示，运算放大器141具有：第一输入(例如，非反相输入)，适于经由开关sw1耦合至多路复用器12的输入终端121；以及第二输入(例如，反相输入)，在点或节点D处短路至晶体管34b的电流路径(例如，源极终端)。
如图3的电路图所例示，运算放大器142具有：第一输入(例如，非反相输入)，适于经由开关sw2耦合至多路复用器12的输入终端122；以及第二输入(例如，反相输入)，在点或节点C处短路至晶体管34a的电流路径(例如，源极终端)。
在实施图3的电路图中例示的电流注入电路144的情况下，通过促进(随开关sw4“接通”，即导电)强度为Vbg1/nR的两个电流注入发生器(参见图2中具有增益1/nR的级1440用于直接参考)耦合至节点C和D并由此耦合至运算放大器141、142的反向输入，图3所示的一对开关sw4可起到由图2的框图中的单个开关sw4所例示的作用。
然而要被理解的是，两个电流注入发生器Vbg1/nR通过相反的符号耦合至输入节点141、142，使得其中一个电流发生器(例如，耦合至输入节点142的电流发生器)被示出将电流注入差分级14，而另一个电流发生器(例如，与输入节点141耦合的电流发生器)实际上从级14吸取电流。
在图3例示的实施中，在节点C和D与地之间设置两个电流发生器(任何已知类型)，被配置为从这些节点接收强度为I的对应电流，与开关sw4的开/关条件无关。
在图3例示的实施中，两个另外的晶体管36a、36b(例如，MOSFET晶体管)以与晶体管34a和34b相同的配置来设置，使得晶体管36a、36b能够以低阻抗读取电流，源于进入节点241和242的该电流。
更具体地，晶体管36a、36b可以在节点A与节点241、节点B与节点242之间的相应电流线中布置其电流路径(在诸如MOSFET晶体管的场效应晶体管的情况下为源极-漏极)。如本文所例示，晶体管36a、36b可布置为它们的控制终端(在诸如MOSFET晶体管的场效应晶体管的情况下为栅极)设置为固定电压。
如图所示，节点A和B在晶体管34a、34b的电流路径(在诸如MOSFET晶体管的场效应晶体管的情况下为源极-漏极)中位于，在晶体管34a、34b与电流发生器中间，电流发生器耦合至电压Vb处的供电线或轨道并向节点A和B提供强度为2I的电流。
参考标号40指定共模环路，其是电流发生器集合，被配置为使来自线241、242的强度为I的电流引入地，这些线将级14与ADC 16耦合。
通过在运算放大器的反相或“负”输入上“复制”运算放大器的非反相或“正”终端上的电压，或者换句话说通过推动施加给运算放大器的非反相输入和反相输入的电压差为零，作为包括差分节点(运算放大器)142和晶体管34a的级本质上用作缓冲器。
因此，无论哪种模式被激活(正常操作模式/BIST模式)，节点C都将与运算放大器142的非反相输入的电压相同。
这同样适用于包括差分节点(运算放大器)141和晶体管34b的级，使得无论哪种模式被激活(正常操作模式/BIST模式)，节点D都将与运算放大器141的非反相输入的电压相同。
因此，以下关系将分别适用于节点C和D处的电压V(C)和V(D)之间的差：
-在正常模式中，V(D)-V(C)＝DV
-在测试(BIST)模式中，V(D)-V(C)＝0。
将被理解的是，前述内容将由于开关sw1、sw2和sw3的布置而适用，与开关sw4的设置(非导电/导电)无关。
因此，流过电阻器38的电流IR38将不会由开关sw4的行为决定，而是通过关系IR38＝[V(D)-V(C))]/5R给出，使得在正常模式中，其将由DV/5R给出，而在测试模式中，其将等于零(0/5R)。
在图3例示的布置中，晶体管34a、34b、36a、36b扮演“电流读取器”的角色，被配置为在低阻抗下读取电流，即，它们仍然在一个节点上读取电流并将其复制在另一节点上。
如前所述，在测试(BIST)模式中，电阻器38中的电流将为零。
通过在节点D处应用基尔霍夫定律，在晶体管34b中流动的电流将等于I+(Vbg1/nR)。
同样，通过在节点C处应用基尔霍夫定律，在晶体管34a中流动的电流将等于I-(Vbg1/nR)。
类似地，通过在节点A和B以及节点241和242处应用基尔霍夫定律，可以读取进入级16的节点241并离开级16的节点242的差分电流。
以这种方式，当开关sw4打开时(非导电：正常操作或功能模式)以及当它们闭合时(导电：自测或BIST模式)，流过电阻器38的电流等于“C”和“D”之间(或等效地，运算放大器141和142的两个反相输入之间)的差分电压除以电阻器38的电阻值。
在一个或多个实施例中，(例如，通过闭合开关sw4)激活的对应测试信号注入电路144具有分别增加和减少流入晶体管34a和34b的电流的效果。
如前所述，在操作或功能模式中，开关sw4和sw3打开(非导电)，开关sw1和sw2闭合(导电)，并且流过电阻器38的电流等于DV除以5R。
晶体管34a将由此读取等于I+(DV/5R)的电流，并且晶体管34b将读取等于I-(DV/5R)的电流。
结果，在正常操作模式中，晶体管36a将读取等于2I-(I-DV/5R)＝I+(DV/5R)的电流，并且晶体管36b将读取等于2I-(I+DV/5R)＝I-(DV/5R)的电流。
在正常操作模式中，16的节点242处的电流将等于I-(DV/5R)-I＝-(DV/5R)，并且16的节点241处的电流将等于I+(DV/5R)-I＝+(DV/5R)。
最后，ADC 16将在其输出处产生比特流，该比特流的平均值(由数字滤波器18计算)与输入差分电流(DV/5R)和参考信号的比率成比例，该参考信号是带隙Vbg2/R的函数。
相反，在测试(BIST)模式中，开关sw1、sw3和sw4闭合(导电或“接通”)且开关sw2打开(非导电或“断开”)。流过电阻器38的电流将为零(零电压除以5R)。
随着开关sw4导电(“接通”)，等于Vbg1/nR的电流将被晶体管34a和34b读取，其实际上将分别读取I-(Vbg1/nR)和I+(Vbg1/nR)。
晶体管36a、36b又将读取等于2I-(I-(Vbg1/nR))＝I+(Vbg1/nR)和2I-(I+(Vbg1/nR))＝I-(Vbg1/nR)的电流。
从而，在测试(BIST)模式中，16的节点242处的电流将等于I-(Vbg1/nR)-I＝-(Vbg1/nR)，并且16的节点241处的电流将等于I+(Vbg1/nR)-I＝+(Vbg1/nR)。
相应地，ADC 16将在其输出处产生比特流，该比特流的平均值(由滤波器18计算)与输入差分电流(Vbg1/nR)和参考信号之间的比率成比例，该参考信号是带隙Vbg2/R的函数。
由于两个带隙电压参考(名义上)相同，Vbg1/nR与Vbg2/R的比率等于1/n。
在BIST模式中，输出CODE可以这种方式进行计算：
CODE＝[(Vbg2/R)/(Vbg1/nR)]*2^mbit＝(1/n)*2^mbit。
以这种方式，调制R与nR的比率(即因子n)有助于获得可能的输出比特流和代码的整个范围，这又有助于“探索”输入特性，例如从0直到5V。
例如，在测试(BIST)模式中，将经由种类DVequivalent＝n*Vbg1的关系模拟“真”输入差分电压。
一个或多个实施例可由此提供在自测模式中选择性地改变被推动(注入)到级14中的电流的强度的可能性。
在图3例示的可能实施中，这例如可通过将Vbg1/R电流除以因子n并且选择性地改变电流Vbg1/nR的值(还参见图2中的增益级1440)来发生。
利用该解决方案，自测不再如传统基于齐纳的解决方案那样局限于单个点。
即，一个或多个实施例有助于调制电流Vbg1/nR，由此模拟在预期最小值和最大值之间变化的输入电压差。
一个或多个实施例可依赖于多路复用器12中的三个开关sw1、sw2和sw3的可能存在，其中开关sw3在自测状态下闭合。
原则上，在自测模式中，开关sw3单独就足以短路节点141、142。
然而，随着(仅)sw3闭合，节点(例如，运算放大器)141和142将浮置。这是不期望的，因为这将导致在功能条件方面不同的条件下测试电路。为此，本文讨论的一个或多个实施例可考虑另一开关(例如，前面所讨论的开关sw1，但同样适用于开关sw2)可被闭合，以利于将输入(例如，两个运算放大器141和142的非反相节点)保持在相同且良好限定的电压上。
例如，随着sw1闭合(导电)且sw3也闭合，节点121处的电压被施加到节点C和D(参见图3)。
这有助于在与操作或功能模式相对应的条件(HV)下，在自测模式中正确操作运算放大器141和142，也有助于测试运算放大器141和142的正确操作。例如，运算放大器141的缺陷操作可导致无法在节点D上“复制”引脚121上的电压：电阻器38中的电流将与零不同，并且ADC 16中的差分电流将不是预期电流(滤波器18的输出处的代码中具有对应错误)。
在一个或多个实施例中，多路复用器12可由此被配置为(经由开关sw1、sw2)将差分级14的第一输入节点141和第二输入节点142(这些输入节点在自测模式中通过处于导电状态的测试开关sw3耦合，即短路)耦合至多路复用器的第一和第二输入终端121、122中的一个(例如，121)。
本文例示的一个或多个实施例，其中多路复用器12包括三个开关(即sw1、sw2和sw3)，对应于出于平衡目的的期望解决方案。
然而应被理解的是，在一个或多个实施例中，除用于在自测模式中短路级14的节点141、142的“测试”开关sw3外，多路复用器12可以仅包括开关sw1、sw2中的一个。
这可以被理解，在本文例示的操作中，注意正常操作模式考虑使开关sw1和sw2导电(使得信号DV从多路复用器12的输入终端121、122传送到差分级14的输入节点141、142)且使测试开关sw3非导电(输入节点141、142相互隔离以在它们之间接收信号DV)。
此外，测试(BIST)模式考虑使开关sw1和sw3导电且使开关sw2非导电，使得测试开关sw3将级14的输入节点141、142短路，这些节点(141和142，在导电状态下通过测试开关sw3相互耦合)通过开关sw1耦合至多路复用器12的一个输入终端(例如，121)，而开关sw2非导电并且使级14的输入节点141、142(通过开关sw3短路)与多路复用器12的另一输入终端(例如，122)去耦。
在这种实施例中，可由此省去开关sw1(在正常操作模式和测试或BIST模式中均导电)，由此产生多路复用器12的双开关结构(sw2、sw3)。
如前所述，测试或BIST模式可以替代地考虑使开关sw2和sw3导电且使开关sw1非导电，使得测试开关sw3短路级14的输入节点141、142，这些节点(141和142，在导电状态下通过测试开关sw3相互耦合)通过开关sw2耦合至多路复用器12的一个输入终端(例如，122)，而开关sw1非导电且将14级的输入节点141、142(通过开关sw3短路)与多路复用器12的另一输入终端(例如，121)去耦。
在这种实施例中，可由此省去开关sw2(在正常操作模式和测试或BIST模式中均导电)，再次产生多路复用器12的双开关结构(sw1、sw3)。
在一个或多个实施例中，除“测试”开关sw3(用于在自测模式中短路节点141、142)外，多路复用器12可由此仅包括开关sw1、sw2中的一个，即另一开关(sw1或sw2)可切换到非导电状态以将差分级14的第一输入节点141和第二输入节点141(它们在自测模式中由处于导电状态的测试开关sw3耦合)与多路复用器12的第一和第二输入终端121、122中的另一个终端122去耦。
在本文例示的一个或多个实施例中，多路复用器12包括三开关布置，并且除“测试”开关sw3外，还包括第一开关(即sw1)和第二开关(即sw2)，它们可切换到导电状态以将多路复用器12的第一输入终端121和第二输入终端122分别耦合至差分级14的第一输入节点141和第二输入节点142。
在本文例示的一个或多个实施例中，多路复用器12由此可选择性地在操作模式和自测模式之间切换，在操作模式中，第一开关sw1和第二开关sw2处于导电状态，测试开关sw3处于非导电状态，在自测模式中，测试开关sw3和第一和第二开关121、122中的一个(例如，121)处于导电状态，第一和第二开关121、122中的另一个(例如，122)处于非导电状态。
本文讨论的实施例有助于全面测试图3例示的电路布局中的各个元件。
作为非限制性示例，可以假设正确的预期操作可对应于滤波器18输出处的CODE信号的特定值，其在低阈值th_low和高阈值th_high之间的特定“窗口”内(例如值“77”，位于作为低阈值和高阈值的76和78之间)。
控制逻辑(可被视为包括在图1中对CODE敏感的指定为P的处理应用中)可由此执行类型检查
如果(CODE>th_low&&CODE<th_high)>>>不操作
否则>ERROR(错误)。
并且，在后一种情况下，故障可被传输至控制器(例如，图1中的U)。
如前所讨论的，一个或多个实施例可在采用自测(BIST)过程时表现出良好的灵活性。
例如，以已知方式，在正常操作中检测到欠压(即，电池单元具有低于预期的电压)会导致怀疑BMS(具体地，电路10)的故障。
控制器U可由此激活(自动地)自测/BIST模式。
如果BIST没有失败(即，BMS被发现是正确地操作)，则可以确认电池单元欠压(损坏)。
相反，如果BIST失败，则可以确认电路10出现故障，并采取适当的动作。
本文讨论的实施例有助于全面测试图3例示的电路布局中的各种元件，其中至少一个部件的错误操作几乎总是会导致BIST失败。
本文讨论的实施例有助于全面测试图3例示的电路布局中的各种元件。
例如，运算放大器141和142根据它们作为缓冲器的作用可以在先前讨论的BIST动作期间被测试。
多路复用器12中的开关根据它们在特定定义的接通-断开(导电/非导电)状态下的预期定位，可以被类似地测试。
此外，各种晶体管根据其在读取电流中的预期作用而被测试。
ADC 16和滤波器18可以根据它们执行分配给它们的任务的能力而被检查。
例如，ADC 16或滤波器18中的故障将预期地导致为CODE生成随机值。
例如，如果任何MOS晶体管或一个参考电流(带隙)不正确地操作，则ADC 16中的差分电流将与预期电流不同。
例如，如前所讨论的，运算放大器141、142中的一个的故障可导致电阻器38中的电流不同于零；ADC 16中的差分电流将不是预期的差分电流，滤波器18的输出处具有CODE中的对应错误。
例如，任何开关sw4或与其相关联的一个(例如，带隙)发生器的故障都将导致ADC16中的差分电流不同于预期的差分电流，并且BIST再次失败。
例如，sw3的故障(不能闭合，即变得导电)将导致运算放大器141和142的非反相输入处于不同电压，这种情况反映在节点C和D处，并且电阻器38中的电流不同于零；ADC 16中的差分电流将不是预期的差分电流，滤波器18的输出处具有CODE中的对应错误并且BIST再次失败。
例如，sw1的故障导致sw1始终闭合，即始终导电，这可能导致以下情况(考虑到在功能和测试或BIST模式中sw2始终闭合，即导电)：sw3在测试模式中闭合，并且sw1-错误地-始终闭合，电流I＝Vcell/3R(其中，VCell为电池电压并且3R代表横跨开关的电阻)将接着经过sw1、sw2、sw3，由此引起横跨sw3的非零压降，例如Vcell/3R*R＝Vcell/3。例如，在Vcell＝3V的情况下，横跨sw3将产生压降V(sw3)＝1V，其中运算放大器141和142的非反相输入处于不同电压，这种情况反映在节点C和D处，并且电阻器38中的电流不同于零：ADC 16中的差分电流将不是预期的差分电流，在滤波器18的输出处具有CODE中的对应错误，并且BIST再次失败。
例如，sw1的故障导致sw1始终打开，即非导电，可通过本领域技术人员已知的开路诊断或者通过借助于以同一申请人的名义在同一日期提交的共同未决的意大利专利申请中公开的装置进行检测。
用于前面讨论的附加功能的区域较小，并且基本上与开关sw4和电流发生器Vbg1/nR(在低电压下操作)有关。
根据一个或多个实施例的电路(例如，10)可包括差分级(例如，14)，其具有第一输入节点(例如，141)和第二输入节点(例如，142)，差分级具有第一输出节点(例如，241)和第二输出节点(例如，242)，被配置为在第一和第二输出点之间提供差分输出信号(例如，Vdiff)。模数转换器(例如，16)耦合至差分级的第一和第二输出节点。模数转换器被配置为提供输出信号(例如，Vout)，该输出信号是来自差分级的差分输出信号的函数。多路复用器(例如，12)包括：第一输入终端(例如，121)和第二输入终端(例如，122)，被配置为在第一和第二输入终端之间接收差分输入信号(例如，DV)；以及测试开关(例如，sw3)，可在导电状态和非导电状态之间切换。处于导电状态的测试开关将差分级的第一输入节点和第二输入节点耦合(短路)。测试信号注入电路(例如，144、1440、sw4；Vbg1/nR、sw4)可激活(例如，经由开关sw4)，以推动(例如，1404；141、142)差分电流经过差分级。
该电路可在操作模式和自测模式之间进行选择性切换。在操作模式中，测试开关处于非导电状态，并且多路复用器被配置为将差分输入信号传送到差分级的第一输入节点和第二输入节点，并且测试信号注入电路不起作用。来自差分级的差分输出信号包括差分输入信号的(例如，电平移位的)副本。在自测模式中，测试开关处于导电状态，并且测试信号注入电路起作用。来自差分级的差分输出信号是由测试信号注入电路推动经过差分级的差分电流的函数。
在一个或多个实施例中，多路复用器可被配置为(例如，经由开关sw1、sw2)将差分级的第一输入节点和第二输入节点(在自测模式中可通过处于导电状态的测试开关耦合)耦合至(多路复用器的)第一和第二输入终端的一个(例如，121)。
在一个或多个实施例中，多路复用器可包括两开关多路复用器，例如除开关sw3外，还包括至少一个可切换到非导电状态的另一开关(例如，sw1和/或sw2)，以将在自测模式中通过导电状态中的测试开关耦合的差分级的第一输入节点和第二输入节点与(多路复用器的)第一和第二输入终端的另一个去耦。
在一个或多个实施例中，多路复用器可包括第一开关(例如，sw1)和第二开关(例如，sw2)，可切换到导电状态以将多路复用器的第一输入终端和第二输入终端耦合至差分级的第一输入节点和第二输入节点。多路复用器可在以下状态之间选择性切换：操作模式，第一开关和第二开关处于导电状态，并且测试开关处于非导电状态；以及自测模式，测试开关以及第一开关和第二开关中的一个(例如，121)处于导电状态，第一和第二开关中的另一个(例如，122)处于非导电状态。
在一个或多个实施例中，测试信号注入电路可被配置为选择性地改变(例如，通过“调制”n的值)经过差分级的电流的强度(例如，Vbg1/nR)。
在一个或多个实施例中，测试信号注入电路可包括第一和第二测试信号发生器(例如，Vbg1/nR)，它们可选择性地耦合(例如，经由图3中的开关sw4)至差分级的第一输入节点和第二输入节点。
在一个或多个实施例中，差分级可包括两个差分放大器(例如，141、142)，它们布置有：第一输入，可分别选择性地耦合(例如，经由开关sw1、sw2)至多路复用器的第一输入终端和第二输入终端；以及第二输入，可分别选择性地耦合(例如，经由开关sw4)至第一和第二测试信号发生器(Vbg1/nR)。
在一个或多个实施例中，第一和第二测试信号发生器可包括带隙发生器。
一个或多个实施例可包括耦合至差分级的第一和第二输出节点的Σ-Δ模数转换器(例如，16)，Σ-Δ模数转换器具有被配置为接收参考信号(例如，161a处输入、在161b处输出的差分参考电流Vbg2/R)的参考输入(例如，差分类型)以及输出节点，Σ-Δ模数转换器被配置为在其输出节点处提供具有平均值(CODE)的比特流(例如，Vout)，平均值是来自差分级的差分输出信号与参考信号的比率的函数。
一个或多个实施例可包括数字滤波器(例如，18)，其耦合至Σ-Δ模数转换器的输出节点，以从中接收比特流并计算其平均值。
一个或多个实施例可包括参考信号发生器(例如，Vbg2/R)，其耦合至Σ-Δ模数转换器的参考输入，其中参考信号发生器(Vbg2/R)包括带隙发生器。
在一个或多个实施例中，一种设备可包括根据一个或多个实施例的电路以及差分信号源，差分信号源在该电路中的多路复用器的第一输入终端和第二输入终端之间耦合至该电路。
在一个或多个实施例中，差分信号源可包括电池单元。
在一个或多个实施例中，电力推进车辆(例如，V)可包括电池组(例如，BP)，其中电池组中的至少一个电池单元(例如，C)配备有根据一个或多个实施例的电路，至少一个电池单元在该电路中的多路复用器的第一输入终端和第二输入终端之间耦合至该电路。
根据一个或多个实施例的操作电路的方法可包括(例如，U)操作模式和自测模式之间的电路，在操作模式中，测试开关处于非导电状态，测试信号注入电路不起作用，其中来自差分级的差分输出信号包括差分输入信号的(例如，电平位移的)副本，在自测模式中，测试开关处于导电状态，测试信号注入电路起作用。来自差分级的差分输出信号是由测试信号注入电路推动经过差分级的差分电流的函数。
一个或多个实施例可包括：使电路切换到自测模式，选择性地改变(例如，通过“调制”n的值)由测试信号注入电路推动经过差分级的电流的强度(例如，Vbg1/nR)。
在不损害基本原则的情况下，细节和实施例可相对于仅通过示例描述的发生变化，甚至明显变化，而不会偏离保护范围。
保护范围通过所附权利要求来确定。

Claims (21)

1.一种电路，包括：
差分级，具有第一输入节点和第二输入节点，所述差分级具有第一输出节点和第二输出节点并且被配置为在所述第一输出节点和所述第二输出节点之间提供差分输出信号；
模数转换器，耦合至所述差分级的所述第一输出节点和所述第二输出节点，所述模数转换器被配置为提供输出信号，所述输出信号是来自所述差分级的所述差分输出信号的函数；
多路复用器，包括第一输入终端和第二输入终端并且被配置为在所述第一输入终端和所述第二输入终端之间接收差分输入信号，所述多路复用器还包括能在导电状态和非导电状态之间切换的测试开关，其中，处于所述导电状态的所述测试开关耦合所述差分级的所述第一输入节点和所述第二输入节点；以及
测试信号注入电路，能激活以推动差分电流经过所述差分级；
其中，所述电路能在操作模式和自测模式之间被选择性地切换。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，在所述操作模式中，所述测试开关处于所述非导电状态，并且所述多路复用器被配置为将所述差分输入信号传送至所述差分级的所述第一输入节点和所述第二输入节点，并且所述测试信号注入电路不起作用，其中，来自所述差分级的所述差分输出信号包括所述差分输入信号的副本；并且
其中，在所述自测模式中，所述测试开关处于所述导电状态并且所述测试信号注入电路起作用，其中，来自所述差分级的所述差分输出信号是由所述测试信号注入电路推动经过所述差分级的所述差分电流的函数。
3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述多路复用器被配置为将所述差分级的在所述自测模式中由所述导电状态中的所述测试开关耦合的所述第一输入节点和所述第二输入节点耦合至所述第一输入终端和所述第二输入终端中的一个。
4.根据权利要求3所述的电路，其中，所述多路复用器包括另一开关，所述另一开关能切换至非导电状态，以使所述差分级的在所述自测模式中由所述导电状态中的所述测试开关耦合的所述第一输入节点和所述第二输入节点与所述第一输入终端和所述第二输入终端中的另一个去耦。
5.根据权利要求3所述的电路，其中，所述多路复用器包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关能切换至导电状态，以将所述多路复用器的所述第一输入终端和所述第二输入终端分别耦合至所述差分级的所述第一输入节点和所述第二输入节点。
6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述多路复用器能在以下模式之间被选择性地切换：
所述操作模式，其中，所述第一开关和所述第二开关处于所述导电状态，并且所述测试开关处于所述非导电状态；以及
所述自测模式，其中，所述测试开关以及所述第一开关和所述第二开关中的一个处于所述导电状态，并且所述第一开关和所述第二开关中的另一个处于所述非导电状态。
7.根据权利要求2所述的电路，其中，所述测试信号注入电路被配置为选择性地改变经过所述差分级的电流的强度。
8.根据权利要求2所述的电路，其中，所述测试信号注入电路包括选择性地耦合至所述差分级的所述第一输入节点和所述第二输入节点的第一测试信号发生器和第二测试信号发生器。
9.根据权利要求8所述的电路，其中，所述差分级包括两个差分放大器，所述差分放大器布置有：
第一输入，能选择性地分别耦合至所述多路复用器的所述第一输入终端和所述第二输入终端；以及
第二输入，能选择性地分别耦合至所述第一测试信号发生器和所述第二测试信号发生器。
10.根据权利要求8所述的电路，其中，所述第一测试信号发生器和所述第二测试信号发生器包括带隙发生器。
11.根据权利要求2所述的电路，其中，所述模数转换器包括耦合至所述差分级的所述第一输出节点和第二输出节点的Σ-Δ模数转换器，所述Σ-ΔΣ-Δ模数转换器具有被配置为接收参考信号的参考输入以及输出节点，所述Σ-ΔΣ-Δ模数转换器被配置为在所述Σ-ΔΣ-Δ模数转换器的输出节点处提供具有平均值的比特流，所述平均值是来自所述差分级的所述差分输出信号与所述参考信号的比率的函数。
12.根据权利要求11所述的电路，还包括：数字滤波器，耦合至所述Σ-ΔΣ-Δ模数转换器的所述输出节点，以从所述输出节点接收所述比特流并且计算所述比特流的所述平均值。
13.根据权利要求11所述的电路，还包括：参考信号发生器，被配置为生成所述参考信号，并且耦合至所述Σ-ΔΣ-Δ模数转换器的所述参考输入，其中，所述参考信号发生器包括带隙发生器。
14.根据权利要求2所述的电路，还包括：差分信号源，在所述电路中的所述多路复用器的所述第一输入终端和所述第二输入终端之间耦合至所述电路。
15.根据权利要求14所述的电路，其中，所述差分信号源包括电池单元。
16.一种电力推进车辆，包括：
电池组，包括多个电池单元；
差分级，具有第一输入节点和第二输入节点，所述差分级具有第一输出节点和第二输出节点并且被配置为在所述第一输出节点和所述第二输出节点之间提供差分输出信号；
模数转换器，耦合至所述差分级的所述第一输出节点和所述第二输出节点，所述模数转换器被配置为提供输出信号，所述输出信号是来自所述差分级的所述差分输出信号的函数；
多路复用器，具有耦合至所述电池组中的一个电池单元的第一输入终端和第二输入终端，其中，所述多路复用器包括能在导电状态和非导电状态之间切换的测试开关，其中，处于所述导电状态的所述测试开关耦合所述差分级的所述第一输入节点和所述第二输入节点；
测试信号注入电路，能激活以推动差分电流经过所述差分级；
其中，所述电路能选择性地在操作模式和自测模式之间切换；
其中，在所述操作模式中，所述测试开关处于所述非导电状态，并且所述多路复用器被配置为将差分输入信号传送至所述差分级的所述第一输入节点和所述第二输入节点，并且所述测试信号注入电路不起作用，其中，来自所述差分级的所述差分输出信号包括所述差分输入信号的副本；并且
其中，在所述自测模式中，所述测试开关处于所述导电状态，并且所述测试信号注入电路起作用，其中，来自所述差分级的所述差分输出信号是由所述测试信号注入电路推动经过所述差分级的所述差分电流的函数。
17.一种操作电路的方法，其中：
所述电路包括：
差分级，具有第一输入节点和第二输入节点，所述差分级具有第一输出节点和第二输出节点并且被配置为在所述第一输出节点和所述第二输出节点之间提供差分输出信号；
模数转换器，耦合至所述差分级的所述第一输出节点和所述第二输出节点，所述模数转换器被配置为提供输出信号，所述输出信号是来自所述差分级的所述差分输出信号的函数；
多路复用器，包括第一输入终端和第二输入终端并且被配置为在所述第一输入终端和所述第二输入终端之间接收差分输入信号，所述多路复用器还包括能在导电状态和非导电状态之间切换的测试开关，其中，处于所述导电状态的所述测试开关耦合所述差分级的所述第一输入节点和所述第二输入节点；以及
测试信号注入电路，能激活以推动差分电流经过所述差分级；
所述方法包括在以下模式之间切换所述电路；
操作模式，其中所述测试开关处于所述非导电状态，并且所述多路复用器被配置为将所述差分输入信号传送至所述差分级的所述第一输入节点和所述第二输入节点，并且所述测试信号注入电路不起作用，其中，来自所述差分级的所述差分输出信号包括所述差分输入信号的副本；以及
自测模式，其中所述测试开关处于所述导电状态，并且所述测试信号注入电路起作用，其中，来自所述差分级的所述差分输出信号是由所述测试信号注入电路推动经过所述差分级的所述差分电流的函数。
18.根据权利要求17所述的方法，包括：随所述电路切换到所述自测模式，选择性地改变由所述测试信号注入电路推动经过所述差分级的电流的强度。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括：提供具有平均值的比特流，所述平均值是来自所述差分级的所述差分输出信号与参考信号的比率的函数。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：计算所述比特流的平均值。
21.根据权利要求19所述的方法，还包括：使用带隙发生器生成所述参考信号，所述比特流是与所述带隙发生器耦合的Σ-Δ模数转换器的输出。
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