CN113037285A - 使用增量式adc的系统及电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

提供了使用增量式模数转换器(ADC)的系统和电池管理集成电路，该增量式ADC可减少偏置电流的消耗量。该系统包括：增量式ADC，配置为在过采样周期期间对模拟信号执行累加；以及偏置电流生成器，配置为提供用于增量式ADC的累加的偏置电流。偏置电流生成器在第一周期中提供第一量的偏置电流，并且在第一周期之后的第二周期中提供第二量的偏置电流，其中第一周期限定为从过采样的开始定时至过采样周期期间的预设定时，第二量的偏置电流比第一量的偏置电流小。

Description

使用增量式ADC的系统及电池管理系统
技术领域
本发明涉及一种使用增量式delta-sigma模数转换器(以下称为“增量式ADC”)的系统，更具体地，涉及一种使用增量式ADC的系统和电池管理集成电路，其可减少偏置电流量的消耗。
背景技术
增量式ADC用于在对模拟输入进行采样的过程中使用预设delta值来计算增量和减量的值。可以理解的是，采样宽度和先前转换的输出值之间的差值对应于delta值，记录的增量和减量值对应于sigma值，即输出值。
增量式ADC用于将模拟输入转换为诸如电池管理系统的各种领域中的数字值。
增量式ADC在过采样周期期间使用具有给定电平的偏置电流。
此外，用于驱动增量式ADC或模拟输入的前端的外围电路也使用具有给定电平的偏置电流。
因此，诸如使用增量式ADC的电池管理系统的系统具有低能量消耗效率。
最近，能量消耗效率被认为是评价系统性能的重要因素。
因此，需要设计使用增量式ADC的系统以提高能量消耗效率。
发明内容
各种实施方式涉及通过减少所使用的偏置电流量而使得使用增量式ADC的系统具有高能量消耗效率。
此外，各种实施方式涉及通过减少所使用的偏置电流量而使得使用增量式ADC的电池管理系统具有高能量消耗效率。
在实施方式中，一种使用增量式ADC的系统可包括：增量式ADC，配置为在过采样周期期间对模拟信号执行累加；以及偏置电流生成器，配置为提供用于增量式ADC的累加的偏置电流。偏置电流生成器在第一周期中提供第一量的偏置电流，并且在第一周期之后的第二周期中提供第二量的偏置电流，其中第一周期限定为从过采样的开始定时至过采样周期期间的预设定时，第二量的偏置电流比第一量的偏置电流小。
在实施方式中，一种电池管理系统可包括：增量式ADC，配置为在过采样周期期间对模拟信号执行累加；模拟前端，配置为接收外部电池单元阵列的测量的模拟输入，并向增量式ADC提供与模拟输入相对应的模拟信号；以及偏置电流生成器，配置为提供用于增量式ADC的累加的偏置电流。偏置电流生成器在在第一周期中提供第一量的偏置电流量，并且在第一周期之后的第二周期中提供第二量的偏置电流，其中第一周期限定为从过采样的开始定时至过采样周期期间的预设定时，第二量的偏置电流比第一量的偏置电流小。
附图说明
图1是示出电池管理系统的优选实施方式(即，使用根据本发明实施方式的增量式ADC的系统的示例)的框图。
图2是用于描述图1的电池管理系统的操作的波形图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述示例性实施方式。然而，本公开可以不同的形式来实施，并且不应被构造为限于本文所述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开将是彻底和完整的，并且将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。在整个公开中，在本公开的各个附图和实施方式中，相同的附图标记表示相同的部件。
根据本公开的实施方式，为了减少在使用增量式ADC的系统中使用的偏置电流量，该系统被配置为基于累加权重将过采样周期划分为多个周期，并且减少在累加权重小的周期中供应的偏置电流量。在这种情况下，累加权重可理解为由在过采样周期期间累加的值所占的比率。大的累加权重可理解为累加值占高比率，而小的累加权重可理解为累加值占低比率。
图1示出了电池管理系统，即，使用增量式ADC的系统的示例。
电池管理系统包括电池单元阵列100和电池管理集成电路200。
电池管理集成电路200被配置为测量电池单元阵列100的单元电流、单元电压和单元温度，并输出作为数字值的测量结果。
为此，电池管理集成电路200包括增量式ADC 10、模拟前端20、外围电路30、控制器40、逻辑单元50、功率节省逻辑单元60和偏置电流生成器70。
在该配置中，已经示出了偏置电流生成器70被配置为通过偏置电流供应线BCL向增量式ADC 10、模拟前端20和外围电路30提供偏置电流。
模拟前端20被配置为接收外部电池单元阵列100的测量的模拟输入，并向增量式ADC 10提供对应于模拟输入的模拟信号。
模拟前端20可包括用于测量电池单元阵列100的测量元件的各种块，例如单元电流测量块(未示出)、单元电压测量块(未示出)和单元温度测量块(未示出)。
模拟前端20可包括诸如用于放大或发送测量的模拟输入的缓冲器的部件。用于驱动部件的偏置电流可通过偏置电流供应线BCL供应给部件。
外围电路30电联接到增量式ADC 10以用于增量式ADC 10的操作。
外围电路30用于提供增量式ADC 10的操作所需的电压，例如带隙参考电压。为此，外围电路30可包括各种部件，例如用于产生带隙参考电压的电路或用于提供所生成的电压的缓冲器。用于驱动各个部件的偏置电流可通过偏置电流供应线BCL供应给各个部件。
增量式ADC 10被配置为从模拟前端20接收模拟信号，在过采样周期期间对模拟信号执行累加，并向控制器40提供所获得的作为累加结果的数字值。
增量式ADC 10被配置为在过采样周期期间使用预设delta值来计算增量和减量的值。为此，通过偏置电流供应线BCL向增量式ADC 10供应偏置电流。
控制器40、逻辑单元50和功率节省逻辑单元70是数字部件。因此，不需要向控制器40、逻辑单元50和节电逻辑单元70供应偏置电流。
控制器40被配置为控制增量式ADC 10和功率节省逻辑单元60的操作，并将增量式ADC 10的数字值发送到逻辑单元50。
控制器40可通过向增量式ADC 10提供能够确定过采样周期的系统时钟SC和用于对增量进行计数的时钟CLK来控制增量式ADC 10的过采样。
逻辑单元50可被配置为包括用于各种目的的数字逻辑，例如用于使用由控制器40提供的数字值执行处理的应用，或者用于向外部提供与使用数字值执行处理的结果相对应的值的应用。
功率节省逻辑单元60被配置成从控制器40接收用于功率节省的控制信号，并且响应于控制信号来控制偏置电流生成器70的偏置电流的生成。
功率节省逻辑单元60可在控制器40的控制下，与用于控制增量式ADC 10的过采样的控制器10的时钟CLK同步，针对每个预设周期逐级控制由偏置电流生成器70提供的偏置电流量。
功率节省逻辑单元60可基于时钟CLK将过采样周期划分为第一周期和第二周期，并且可控制偏置电流生成器70的操作，其中第一周期限定为从过采样的开始定时至预设定时，第二周期在第一周期之后。此外，功率节省逻辑单元60还可将第二周期划分为两个或多个第三周期，并且可控制偏置电流生成器70的操作。
在这种情况下，第一周期可设置为过采样周期的1/2或更多。第三周期中的每个可设置为过采样周期的1/4或更少。在本公开的实施方式中，示出了第一周期设置为过采样周期的1/2，并且第三周期中的每个设置为过采样周期的1/4。
此外，功率节省逻辑单元60可被配置为控制由偏置电流生成器70生成的偏置电流量。在这种情况下，功率节省逻辑单元60可控制由偏置电流生成器70生成和提供的偏置电流量，使其在第二周期中比在第一周期中小。此外，功率节省逻辑单元60可控制偏置电流生成器70以在第二周期的第三周期的较后周期中生成并提供较少量的偏置电流。
偏置电流生成器70被配置为通过偏置电流供应线BCL向增量式ADC 10、模拟前端20和外围电路30(即，模拟部分)提供偏置电流。
偏置电流生成器70可向增量式ADC 10、模拟前端20和外围电路30(即，模拟部分)提供相同量的偏置电流。
偏置电流生成器70在功率节省逻辑单元60的控制下生成并提供偏置电流。
因此，偏置电流生成器70可在第一周期中提供第一量的偏置电流，并且可在第一周期之后的第二周期中提供第二量的偏置电流，其中第一周期限定为从过采样的开始定时至过采样周期期间的预设定时，第二量的偏置电流小于第一量的偏置电流。
参照图2，过采样周期可由系统时钟SC限定。提供多个时钟CLK用于在由系统时钟SC限定的过采样周期期间进行计数。
图2示出第一周期被设置为过采样周期的1/2(1/2周期)，并且第三周期中的每个被设置为过采样周期的1/4(1/4周期)。
在增量式ADC 10的情况下，在前部(即第一周期)累加的结果影响过采样周期期间的总累加结果的累加权重大。在第一周期之后累加的结果影响过采样周期期间的总累加结果的累加权重小。
本公开的实施方式被配置为在获得电池管理系统中允许的范围内的累加结果的同时，通过考虑累加权重来减少偏置电流的消耗，并且在累加权重大的第一周期和在第一周期之后的第三周期中提供逐级减少的偏置电流量。
也就是说，例如，偏置电流生成器70被配置为在第一周期中提供具有100％的电流量的偏置电流，并且在第一周期之后的第三周期中提供具有逐级降低到50％和25％的电流量的偏置电流。
根据该实施方式，与偏置电流生成器70在过采样周期期间提供100％的偏置电流的情况相比，可显著地降低电流消耗。
在本公开的实施方式中，除了增量式ADC 10之外，偏置电流生成器70还可在第一周期和第三周期中逐级减少供应给模拟前端20和外围电路30的偏置电流量，如图2所示。
如上所述，本公开被配置为将增量式ADC 10的过采样周期划分为从过采样的开始定时至给定时间并且其中累加权重大的周期，以及在累加权重大的周期之后并且其中累加权重小的周期，并且在累加权重变小时提供具有较低电平的偏置电流。
因此，如果本公开被应用于除了图1的电池管理系统之外的使用增量式ADC的系统，则可减少在过采样周期期间累加权重变得较小的周期中使用的偏置电流量。结果，可减少在过采样周期期间使用的偏置电流的总量。
因此，根据本公开的实施方式，可提高使用增量式ADC的系统(例如电池管理系统)的能量消耗效率。
根据本发明的实施方式，增量式ADC的过采样周期被划分为限定为从过采样的开始定时到给定时间的、并且其中累加权重大的周期，以及在累加权重大的周期之后且其中累加权重小的周期。在累加权重小的周期中提供具有较低电平的偏置电流。
因此，在使用增量式ADC的系统(例如电池管理系统)中，由于在过采样周期期间累加权重较小的周期中使用的偏置电流量减少，所以可减少在过采样周期期间使用的偏置电流的总量。
因此，可提高使用增量式ADC的系统(例如电池管理系统)的能量消耗效率。
虽然上面已经描述了各种实施方式，但是本领域的技术人员将理解，所描述的实施方式仅是示例性的。因此，不应基于所描述的实施方式来限制本文所描述的公开内容。

Claims (13)

1.一种使用增量式模数转换器(ADC)的系统，包括：
增量式ADC，配置为在过采样周期期间对模拟信号执行累加；以及
偏置电流生成器，配置为提供用于所述增量式ADC的累加的偏置电流，
其中，所述偏置电流生成器在第一周期中提供第一量的偏置电流，并且在所述第一周期之后的第二周期中提供第二量的偏置电流，其中，所述第一周期限定为从过采样的开始定时至所述过采样周期期间的预设定时，所述第二量的偏置电流比所述第一量的偏置电流小。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一周期设置为所述过采样周期的1/2或更多。
3.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述第二周期划分成两个或更多个第三周期，以及
所述偏置电流生成器在所述第三周期中提供具有逐级减小的电流量的偏置电流。
4.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述第二周期划分成两个第三周期，所述两个第三周期各自设置为所述过采样周期的1/4，以及
所述偏置电流生成器在所述第三周期中提供具有逐级减小的电流量的偏置电流。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括以下中的至少一个：
模拟前端，配置为向所述增量式ADC提供与从外部接收的模拟输入相对应的所述模拟信号；以及
外围电路，电联接到所述增量式ADC，以用于所述增量式ADC的操作，
其中，所述偏置电流生成器向所述模拟前端和所述外围电路中的至少一个提供所述偏置电流，所述偏置电流具有与提供给所述增量式ADC的电流量相同的电流量。
6.根据权利要求1所述的系统，还包括：
控制器，配置为控制所述增量式ADC的过采样；以及
功率节省逻辑单元，配置为响应于所述控制器的控制信号来控制所述偏置电流生成器，
其中，所述功率节省逻辑单元在所述控制器的控制下，与用于控制所述增量式ADC的过采样的所述控制器的时钟同步，针对每个周期逐级地控制由所述偏置电流生成器提供的所述偏置电流的量。
7.一种电池管理系统，包括：
增量式模数转换器(ADC)，配置为在过采样周期期间对模拟信号执行累加；
模拟前端，配置为接收外部电池单元阵列的测量的模拟输入，并向所述增量式ADC提供与所述模拟输入相对应的模拟信号；以及
偏置电流生成器，配置为提供用于所述增量式ADC的累加的偏置电流，
其中，所述偏置电流生成器在在第一周期中提供第一量的偏置电流，并且在所述第一周期之后的第二周期中提供第二量的偏置电流，其中，所述第一周期限定为从过采样的开始定时至所述过采样周期期间的预设定时，所述第二量的偏置电流比所述第一量的偏置电流小。
8.根据权利要求7所述的电池管理系统，其中，所述第一周期设置为所述过采样周期的1/2或更多。
9.根据权利要求7所述的电池管理系统，其中：
所述第二周期划分成两个或更多个第三周期，以及
所述偏置电流生成器在所述第三周期中提供具有逐级减小的电流量的偏置电流。
10.根据权利要求7所述的电池管理系统，其中：
所述第二周期划分成两个第三周期，所述两个第三周期各自设置为所述过采样周期的1/4，以及
所述偏置电流生成器在所述第三周期中提供具有逐级减小的电流量的偏置电流。
11.根据权利要求7所述的电池管理系统，其中，所述偏置电流生成器向所述模拟前端提供所述偏置电流，所述偏置电流具有与提供给所述增量式ADC的电流量相同的电流量。
12.根据权利要求7所述的电池管理系统，还包括外围电路，所述外围电路电联接到所述增量式ADC，以用于所述增量式ADC的操作，
其中，所述偏置电流生成器向所述外围电路提供所述偏置电流，所述偏置电流具有与提供给所述增量式ADC的电流量相同的电流量。
13.根据权利要求7所述的电池管理系统，还包括：
控制器，配置为控制所述增量式ADC的过采样；以及
功率节省逻辑单元，配置为响应于所述控制器的控制信号来控制所述偏置电流生成器，
其中，所述功率节省逻辑单元在所述控制器的控制下，与用于控制所述增量式ADC的过采样的所述控制器的时钟同步，针对每个周期逐级控制由所述偏置电流生成器提供的所述偏置电流的量。
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