CN113252975B - 直流电阻传感温度补偿 - Google Patents

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Abstract

一种用于向具有第一温度系数的传感信号提供温度补偿的电路，包括温度补偿电路，所述温度传感信号表示与所述传感信号相关联的温度，其中所述温度补偿电路可由至少一个数字信号数字配置产生具有第二温度系数的补偿阻抗信号。补偿阻抗信号根据温度传感信号提供阻抗值。补偿阻抗信号用于修正传感信号，以提供在第一频率范围内具有基本上为零的温度系数的修正传感信号。该电路还包括放大器电路，该放大器电路接收修正后的传感信号并生成指示传感信号的输出信号，其中输出信号在第一频率范围内具有基本上为零的温度系数。

Description

直流电阻传感温度补偿
技术领域
本发明涉及用于提供温度补偿的电路和方法，尤其涉及一种应用数字调节向传感信号提供温度补偿的电路和方法。
背景技术
笔记本电脑等电子系统，通常含有电源管理集成电路，用于调节电子系统的功率使用。此外，引入集成电路的电子系统，通常采用电压调制器将供电系统电源的主母线电压转换为一个或多个驱动集成电路所必需的电压。例如，提供给电子系统的5伏电源电压可能需要降低到1.8伏，以驱动电子系统中的集成电路。嵌入式系统，例如物联网(IoT)设备，包括处理器(或微控制器)和本地存储器，耦合到组件上并执行嵌入式软件来执行某些任务。实际上，处理器电源由电压调节器提供，电压调节器将电源的输入电压转换为处理器指定的电压值。
开关模式电源或开关调制器，也被称为直流到直流转换器，是一种通常用于在集成电路所选的电压水平下，将输入端电源电压转换成所需的输出电压的一种电压调制器。在一个示例中，一个12伏或5伏的电源电压可以降低至1伏，以便为嵌入式处理器供电。开关调制器通过电容器、电感器和变压器等低损耗元件提供电源功能，接通或断开电源开关，将能量以分离的封装包形式从输入端转移到输出端。反馈控制电路用于调制能量转移，将稳定的输出电压保持在电路所需的负载极限内。
一些开关调节器采用脉冲宽度调制(PWM)来控制功率开关的工作周期。也就是说，通过调节脉冲宽度，可以在给定的固定频率或可变频率下控制功率开关的导通时间。采用PWM控制的开关调节器包括PWM控制器或调制器，以驱动包括功率开关的功率块、用于功率开关的驱动电路和LC滤波电路。在某些情况下，开关调节器是一个单相位转换器，PWM控制器产生一个单相位PWM时钟信号，驱动单相位功率模块。在其他情况下，开关调节器是一个多相位转换器，多相位PWM控制器产生具有不同相移的时钟信号，以驱动多相位功率模块，每个时钟信号驱动相应的功率模块单元。当电压调节器必须在宽范围的负载条件下以高精度地传输调制后的输出电压时，多相位PWM控制器是十分必要的。
在引入电压调节器的电子系统中，通常需要测量电压调节器的输出电流以实现电源管理功能。在多相位转换器中，有时需要测量每个功率模块的负载电流，以确定功率模块之间的负载平衡。
发明内容
本发明公开了一种用于为具有第一温度系数的传感信号提供温度补偿的电路，该电路包括：
一个温度补偿电路，接收表示与传感信号相关联的温度的一个温度传感信号，所述温度补偿电路可由至少一个数字信号数字配置，以生成具有第二温度系数的一个补偿阻抗信号，该补偿阻抗信号提供响应于所述温度传感信号的一个阻抗值，所述补偿阻抗信号用于修正所述传感信号，以提供在第一频率范围内具有温度系数基本为零的经修正的传感信号；以及
一个放大器电路，接收修正后的传感信号并产生指示该传感信号的输出信号，该输出信号在第一频率范围内温度系数基本为零。
其中，第一频率范围包括一个从直流到10MHz的频率范围。
其中，具有第二温度系数的补偿阻抗信号，包括一个具有正阻抗的阻抗信号或具有负阻抗的阻抗信号。
其中，温度补偿电路包括：
一个温度补偿调节电路，接收温度传感信号，并通过至少一个数字信号进行数字配置，以便根据温度传感信号，产生一个控制电压信号；以及
一个电压控制电阻器，根据控制电压信号，提供一个电阻值，作为具有第二温度系数的阻抗信号。
其中，放大器电路包括一个输入端子以及一个输出端子，输入端子耦合接收传感信号，作为一个输入信号，输出端子提供表示传感信号的输出信号，补偿阻抗信号耦合到放大器电路的输入端子，以修正放大器电路输入端的阻抗值，从而在放大器电路的输入端产生修正后的传感信号。
其中，放大器电路包括一个电流传感放大器电路，传感信号包括一个表示电流传感值并且具有第一温度系数的电压信号，输出信号包括一个表示电流传感信号并且在第一频率范围内温度系数基本为零的电压信号。
其中，放大器电路包括一个输入端子和一个输出端子，输入端子耦合接收传感信号，作为一个输入信号，输出端子提供表示传感信号的输出信号，温度补偿电路包括：
一个温度补偿调节电路，接收温度传感信号，并根据温度传感信号，通过至少一个数字信号进行数字配置，以产生一个控制信号；以及
一个乘法器电路，接收放大器电路的输出信号，将放大器输出信号乘以控制信号，以产生一个输出电流信号，将输出电流信号耦合到放大器电路的输入端子，作为补偿阻抗信号，以修正放大器电路输入端子处的阻抗值，从而在放大器电路的输入端子产生修正后的传感信号。
其中，放大器电路包括一个电流传感放大器电路，传感信号包括一个表示电流传感值并且具有第一温度系数的电压信号，输出信号包括一个表示电流传感值并且在第一频率范围内温度系数基本为零的电压信号。
其中，所述的至少一个数字信号从耦合到所述电路的一个主机控制器提供给所述电路。
其中，温度补偿电路还包括一个存储所述的至少一个数字信号的内存，用于数字配置温度补偿电路，以产生补偿阻抗信号。
其中，放大器电路包括一个输入端子和一个输出端子，输入端子耦合接收作为输入信号的传感信号，输出端子提供表示传感信号的输出信号，所述的至少一个数字信号包括一个第一数字信号和一个第二数字信号，温度补偿电路包括：
一个电压放大器，包括一个非反相输入端子，一个反相输入端子和一个输出端子，非反相输入端子接收表示温度传感信号的一个信号，该信号通过一个电流调节信号被偏置，电流调节信号通过第一数字信号数字配置，输出端子耦合驱动第一和第二晶体管的栅极端；
一个第一放大器，接收第一晶体管的第一电流端子处的第一信号，将第一信号乘以第一放大器比率，通过第二数字信号数字配置第一放大器比率，第一放大器产生第一输出信号，第一输出信号耦合到电压放大器的反相输入端子上；以及
一个第二放大器，接收表示放大器电路的输出信号的第二信号，并将第二信号乘以第二放大器比率，第二放大器比率被提供给第二晶体管的第一电流端子，第二乘法器产生一个输出电流信号，输出电流信号耦合到放大器电路的输入端子上，作为补偿阻抗信号，以修正放大器电路的输入端子处的阻抗值，从而在放大器电路的输入端子处产生修正后的传感信号。
其中，放大器电路包括一个电流传感放大器电路，传感信号包括一个表示电流传感值并且具有第一温度系数的电压信号，输出信号包括一个表示电流传感值并且在第一频率范围内温度系数基本为零的电压信号。
本发明还公开了一种为具有第一温度系数的传感信号提供温度补偿的方法，该方法包括：
接收一个表示与传感信号有关温度的温度传感信号；
利用至少一个数字信号，产生具有第二温度系数的补偿阻抗信号，补偿阻抗信号的阻抗值取决于温度传感信号；
利用补偿阻抗信号修正传感信号，以便提供在第一频率范围内温度系数基本为零的修正传感信号；并且
根据修正后的传感信号产生一个输出信号，输出信号表示传感信号，在第一频率范围内温度系数基本为零。
其中，利用至少一个数字信号，产生补偿阻抗值包括：
产生补偿阻抗信号，作为带有正阻抗的阻抗信号，或者带有负阻抗的阻抗信号。
其中利用补偿阻抗信号修正传感信号，以提供在第一频率范围内温度系数基本为零的修正传感信号，包括：
利用补偿阻抗信号修正传感信号，提供从直流到10MHz频率范围内基本为零的温度系数的修正传感信号。
其中，利用至少一个数字信号，产生补偿阻抗信号，包括：
利用至少一个数字信号，根据温度传感信号，产生一个控制电压信号；并且
利用一个电压控制阻抗，根据控制电压信号，产生一个电阻值，作为具有第二温度系数的补偿阻抗信号。
其中，根据修正传感信号，产生表示传感信号的输出信号，包括：
将补偿阻抗信号耦合到一个放大器电路的输入端子上，以修正放大器电路输入端子处的阻抗值；
接收放大器电路输入端子处的传感信号；并且
在放大器电路的输出端子处，输出在第一频率范围内温度系数基本为零的输出信号。
其中，利用至少一个数字信号，产生补偿阻抗信号，包括：
利用至少一个数字信号，根据温度传感信号，产生一个控制信号；
将表示输出信号的一个信号乘以控制信号，以产生输出电流信号；并且
为一个放大器电路的输入端子提供输出电流信号，放大器电路的输入端子耦合接收传感信号，输出电流信号作为补偿阻抗信号，修正放大器电路的输入端子处的阻抗值，从而在放大器电路的输入端子处产生修正的传感信号。
其中，还包括：接收来自主机控制器的至少一个数字信号。
其中，还包括：在一个存储器中存储至少一个数字信号；并且
提供至少一个来自存储器的数字信号，以产生具有第二温度系数的补偿阻抗信号。
附图说明
以下的详细说明及附图提出了本发明的各个实施例。
图1表示在某些示例中，引入一个多相位电流型调制器的电压调制器的示意图。
图2表示在某些示例中，为电压调制器配置DCR电流传感的电路图。
图3表示用于DCR电流传感的常规温度补偿技术的电路图。
图4表示在本发明的实施例中，用于传感信号的温度补偿电路的电路图。
图5表示在本发明的实施例中，利用电压控制电阻器，为传感信号配置温度补偿电路的电路图。
图6表示在本发明的实施例中，利用乘法器，为传感信号配置温度补偿电路的电路图。
图7表示在本发明的一个可选实施例中，利用乘法器，为传感信号配置温度补偿电路的电路图。
图8表示在某些实施例中，用于提供温度补偿方法的流程图。
具体实施方式
依据本发明的实施例，用于向具有第一温度系数的传感信号提供温度补偿的电路，可以通过数字配置，生成具有第二温度系数的补偿阻抗信号，其中补偿阻抗信号所提供的阻抗值与温度传感信号相对应。补偿阻抗信号用于修正传感信号，以提供在给定频率范围内具有基本上为零的温度系数的修正传感信号。修正后的传感信号可用于生成指示传感信号的输出信号，其中输出信号在给定频率范围内具有基本上为零的温度系数。例如，修正后的传感信号可以耦合到传感放大器电路上。
在一些实施例中，温度补偿电路并入功率集成电路中，耦合功率集成电路，以传感调制器的输出电流。提供给功率集成电路的电流传感信号通常具有温度系数。本发明的温度补偿电路被并入功率集成电路中，以产生补偿阻抗信号，该补偿阻抗信号用于修正电流传感信号，从而产生具有基本上为零的温度系数的修正电流传感信号。功率集成电路使用修正后的电流传感信号来生成指示电压调节器的输出电流的输出信号，其中输出信号在给定频率范围内具有基本上为零的温度系数。
本发明所述的温度补偿电路的一个显著特征是，温度补偿电路由一个或多个数字信号数字配置而成，从而避免了测试和调节补偿网络的重复手动过程。因此，对于其中包含温度补偿电路的每个应用来说，温度补偿电路被数字配置或数字编程以提供补偿阻抗信号，以便可以实现该应用中传感信号的精确温度补偿。
本发明所述的温度补偿电路的另一显著特征是，该电路在较宽的频率范围内提供精确的温度补偿。在传统的解决方案中，温度补偿通常只对直流信号准确，当传感信号在给定频率变化时，温度补偿变得不准确。在本发明的实施例中，温度补偿电路在直流(0Hz)和高频(例如几个MHz)下提供精确的温度补偿。在一个实施例中，温度补偿电路在从直流到10MHz的频率范围内提供精确的温度补偿，这表示它与传统解决方案相比，具有显著的改进。
在本发明中，术语“温度系数”是指与给定温度变化相关联的信号物理特性的相对变化。特别是，温度系数描述了物理性质相对于给定温度变化的变化率。通常，正温度系数是指随温度升高而升高的特性，负温度系数是指随温度升高而降低的特性。与温度变化不大的特性或信号，被描述为具有零或基本上为零的温度系数。例如，在本说明书中，电流传感信号被描述为具有正温度系数。也就是说，电流传感信号的传感电流值随温度的升高而增大。温度补偿电流传感信号应具有零或基本上为零的温度系数。也就是说，温度补偿电流传感信号传感不随温度变化而变化的电流值。
一般来说，温度系数可以是线性的，也可以是非线性的。在本发明的一些示例中，温度系数表示为具有斜率和偏移的函数。例如，温度系数可以具有具有正斜率和给定偏移的正温度系数。在另一示例中，温度系数可以具有具有负斜率和给定偏移的负温度系数。
在本发明中，数字配置是指使用数字信号来编程或选择电路的特定操作状态，例如信号值或元件值。数字信号可以由耦合到功率集成电路上的主机控制器提供。还可选择，数字信号可以存储在功率集成电路上的存储器中。
图1表示在一些示例中，包含多相位电流型调制器的电压调节器的示意图。参照图1，电压调节器10包括耦合以驱动多相位功率模块14的多相位调制器12(“调制器12”)。在本示例中，使用多相位调制器实现电压调节器10，以使电压调节器能够在宽范围的负载条件下，高精度地传输调节后的输出电压。多相位调制器的使用仅是说明性的，并不打算是限制性的。在其它示例中，可以使用驱动单相位功率模块的单相位调制器来实现电压调节器。在本实施例中，多相位调制器12包括三个相位，多相位功率模块14包括三个功率级20，以及相关联的输出电感器L1到L3和输出电容器COUT。
更确切地说，电压调制器10接收输入节点18上的输入电压VIN，并在输出节点20处产生调制输出电压VOUT，为负载22供电。多相位功率模块14包括功率级16，由各自的PWM信号PWM1至PWM3驱动。每个功率级16都包括一对功率开关，由各自的PWM信号接通和断开，以便参照目标电压调制输出电压VOUT。每个功率级16上的功率开关可以选择接通和断开，以便在开关输出节点处产生开关输出电压。每个功率级的开关输出节点都耦合到各自的输出电感器L1至L3上。电感器L1至L3耦合到输出电容器COUT上，以便形成一个LC电路，为输出节点20提供电流，同时保持基本恒定的输出电压VOUT。然后，利用输出电压VOUT驱动负载22。
多相位调制器12在输出节点20上接收指示调节输出电压VOUT的反馈电压VFB。在一个示例中，反馈电压VFB是输出电压VOUT的降压电压。例如，可以使用包括耦合到输出电压节点20的电阻器R11和R12的电阻器分配器来生成反馈电压VFB。多相位调制器12还接收指示调节输出电压所需的电压值的目标电压VTARG。在一些示例中，目标电压可由电压识别码指示期望的调节器输出电压来表示。例如，当应用于移动电压定位时，调制器12可以接收电压识别(VID)代码，该代码通知调制器它应该提供什么输出电压。每个VID代码都与一个电压值相关联。解码器解码该代码以产生目标电压。调制器12包括用于实现电压调节器的反馈控制回路的电路，以产生多相位PWM信号PWM1到PWM3，驱动多相位功率模块14中的各个功率级16。
通过这种配置，电压调节器10可以引入电子系统中，以向电子系统提供所需的调节输出电压VOUT。在一些应用中，电子系统包括执行功率管理功能的功率集成电路，并且功率集成电路通常需要精确地测量电压调节器10的输出电流或负载电流。在一些例子中，电压调节器10的输出电流是通过测量通过电感器L的电流来测量的。在多相位电压调节器的情况下，可以测量每个相位中通过电感器的感应电流，从而得出电压调节器提供的输出电流或负载电流。在一些例子中，感应电流是使用电感器直流电阻电流传感或DCR电流传感来测量的。
图2表示在某些示例中，用于电压调节器的DCR电流传感配置的电路图。参考图2，DCR电流传感用于测量电压调节器输出电感器L处的电流。电压调节器包括功率级16，功率级16由功率MOSFET器件构成，功率级16的输出节点25与提供输出电压VOUT的电压调节器的输出节点20之间连接的电感器L耦合。为了简化讨论，图2中没有表示出耦合在输出节点20和地电位之间的输出电容COUT。
在本说明书中，电感器直流电阻(DCR)电流传感是指利用电感器绕组的寄生电阻测量电流，因此，无需将传感电阻器与电感器L串联。在图2中，电感器L的寄生电阻表示为电阻器Rdcr，其中虚线框表示电阻器是寄生元件，而不是电路中的实际电阻器。DCR电流传感使用一个RC网络，该网络与串联电感与寄生电阻组合L和Rdcr并联。具体地说，RC网络包括一个传感电阻器Rsns和一个传感电容Csns，该传感电容Csns在穿过节点25和20的电感器L上串联连接。在节点26和节点20之间的传感电容器Csns上测量传感电压Vsns。
线绕组的电感器DCR随温度变化。电感器DCR的温度系数导致传感电压Vsns具有温度系数。更具体地说，电感器DCR通常具有正的温度系数。也就是说，电阻Rdcr随温度的升高而增大。因此，传感电压也具有正温度系数。为了实现高精度的电流传感，电感器DCR电流传感必须进行温度补偿，以匹配由DCR的温度系数引起的测量偏移。在一些示例中，线性化的NTC(负温度系数)电阻网络用于提供温度补偿，如图2所示。
更具体地说，线性化的NTC电阻器网络包括电阻器Rntcs和电阻器Rntc的串联组合，所述电阻器Rntc与电阻器Rntcp并联连接。线性化的NTC电阻连接在传感电压节点26和输出节点20之间。电阻Rntc提供随温度变化的电阻。特别地，电阻器Rntc具有负温度系数(NTC)。线性化的NTC电阻网络用于对抗感应电压Vsns的温度系数，该温度系数是由电感DCR的温度系数引起的。温度补偿的传感电压(在节点26和节点20之间)然后由电流传感放大器28测量，该电流传感放大器可以形成为功率集成电路30的一部分。电流检测放大器28在输出节点29上生成指示电流检测值的输出信号。在一个例子中，电流传感放大器28产生指示电流传感值的电压信号V(Imon)。
特别地，电感器DCR，即电阻Rdcr，具有正的线性温度系数。电阻Rntc提供负温度系数以补偿电感器DCR的正温度系数。然而，电阻Rntc的负温度系数具有指数特性。因此，电阻Rntcs和Rntcp被用来线性化电阻Rntc的指数行为。在工作中，线性化的NTC电阻网络提供与电感DCR的温度系数相匹配的温度补偿，即电阻Rdcr。
在实际应用中，由于电阻Rntc通常不放置在电子系统PC板上的电感器L处或附近。电阻Rntc不能传感到电感L所经历的相同温度。因此，在每个新电路板设计中，需要针对每个电感专门设计线性化NTC网络。需要对线性化的NTC电阻网络进行调谐，以使传感网络能够在较宽的频率范围内(例如从DC到～10MHz)准确地传感电流。调谐过程是迭代的，每次迭代都需要重新焊接NTC电阻网络，并测量频率和温度下的电流传感精度。迭代过程被执行以确定NTC电阻网络中电阻器的电阻值集合，该电阻值可用于特定PC板设计的温度补偿。为了确定NTC电阻网络的最佳值，必须对每个PC板进行迭代过程。此外，对于多相位变换器，建立单独的线性化NTC电阻网络，并针对多相位功率模块的每个电感器进行调谐。
图3表示在DCR电流传感中应用的常规温度补偿技术的电路图。参考图3，在该示例中，来自传感电容器“C”的每个相位的电流传感信号直接耦合到相应的电流传感放大器上。将来自所有电流传感放大器的输出电流相加，以产生输出信号IMON，然后向输出信号IMON提供温度补偿。图3中使用的温度补偿方案有几个缺点。确切地说，温度补偿仅对直流精确，而对于具有高频变化的传感信号变得非常不准确。通常情况下，图3中使用的温度补偿方案是针对直流电进行调谐，然后粗略地针对高频进行调整。因此，当需要在较宽频率范围内的温度补偿精度时，图3所示的常规温度补偿方案是不可取的。
在本发明的实施例中，用于为生成的具有第一温度系数的传感信号提供温度补偿的电路是数字配置的，以生成具有第二温度系数的补偿阻抗信号，其中补偿阻抗信号根据温度传感信号提供一个阻抗值。采用补偿阻抗信号，在较宽的频率范围内消除传感信号的温度系数。然后，温度补偿传感信号可用于生成指示传感信号的输出信号，其中输出信号在给定频率范围内具有基本上为零的温度系数。
在本发明的实施例中，使用一个或多个数字信号的数字配置或数字编程来生成补偿阻抗信号。与传统技术相比，数字配置体现出了许多优势。例如，消除了通过焊接和重新焊接网络电阻以找到所需电阻值的迭代过程。相反地，数字代码被提供给电子系统或PC板，以改变补偿阻抗信号的电阻值。将电子系统或PC板置于所需的温度偏差下，例如在烤箱中，并且根据数字代码的指示，针对补偿阻抗信号的不同电阻值收集传感电压数据。然后，可以选择期望的工作点，并且温度补偿电路提供具有所需温度系数的补偿阻抗信号，以补偿传感信号的温度系数。
图4表示在本发明实施例中，用于传感信号的温度补偿电路的电路图。参照图4，在本实施例中，温度补偿电路集成到功率集成电路50中，功率集成电路50用于测量调压器的电感电流或负载电流。特别地，功率集成电路50被配置成使用电感器DCR电流传感来测量调压器的电感器L的电感器电流。为此，通过包括在功率级输出节点25和输出电压节点20之间串联连接的传感电阻器Rsns和传感电容器Csns的RC网络来传感电感器电流。在节点26和20之间，穿过电容器Csns的传感电压Vsns是指示电感器电流的电压。
功率集成电路50包括从RC网络接收传感电压Vsns的电流传感放大器56。也就是说，电流传感放大器56具有耦合到电容器Csns的一个板(节点26)的非反转输入端子和耦合到电容器Csns(节点20)的另一个板，以接收作为输入信号的传感电压Vsns的逆变输入端子。电流传感放大器56产生输出信号(节点57)，该输出信号是指示表示电感器电流的传感电压的电压信号V(Imon)。
如上所述，电感器DCR具有温度系数，因此与电感器DCR相关的传感电压Vsns具有第一温度系数。功率集成电路50包括温度补偿电路，以补偿或校正电感器DCR的温度系数。在一些实施例中，温度补偿电路包括温度补偿调节电路52和提供补偿阻抗信号的补偿阻抗电路54。温度补偿调整电路52接收温度传感信号TSEN(节点40)，并生成耦合到补偿阻抗电路54以生成补偿阻抗信号的控制信号。补偿阻抗信号具有第二温度系数，并且根据温度传感信号TSEN提供阻抗值。补偿阻抗信号被应用于修改传感电压Vsns，以便产生具有零或基本上零温度的经修正或温度补偿的传感电压。此外，经修正或温度补偿的传感电压在宽频率范围(例如从直流到几个MHz)上具有零或基本上为零的温度。
确切地说，温度补偿调整电路52被数字配置为补偿传感电压的第一温度系数。在本实施例中，数字配置电路55可用于向温度补偿调整电路52提供一个或多个数字信号58，以对温度补偿电路进行数字配置或编程。例如，数字信号58可以被配置成使温度补偿调整电路52生成一组控制信号，以改变由补偿阻抗电路54提供的阻抗值。在一个示例中，收集来自电流传感放大器56在各种补偿阻抗值下的输出信号V(Imon)的值，并且选择期望的工作点。具体地说，在给定频率范围内导致输出信号V(Imon)具有零或基本上为零的温度系数的补偿阻抗值是期望的工作点。以这种方式，可以获得所需的补偿阻抗值，而无需焊接或重新焊接网络电阻器，来执行迭代温度测量。
因此，通过传感放大器对传感电压56进行温度补偿，从而对传感放大器进行温度补偿。电流传感放大器56产生指示传感信号Vsns的输出信号V(Imon)，其中输出信号V(Imon)在给定频率范围内具有零或基本上为零的温度系数。
在本发明的实施例中，温度传感信号TSEN测量电感器L的温度。在一些实施例中，温度传感信号TSEN可以由靠近电感器L的温度传感器产生。在一个实施例中，温度传感器可以使用放置在电感器L附近的DrMOS(驱动器和MOSFET模块)来产生温度传感信号TSEN来实现。或者，可以使用线性化的NTC网络来实现温度传感器，所述NTC网络使用负温度系数电阻器(Rntc)来生成指示传感温度的参考电压。
在本发明的实施例中，数字配置电路55可以是耦合到功率集成电路50以提供用于配置温度补偿电路的数字信号的主机控制器。或者，数字信号可以存储在功率集成电路50上的存储器(图中没有表示出)中，并且功率集成电路50上的控制器(图中没有表示出)控制存储器以将数字信号提供给温度补偿调整电路52。必须注意的是，对于每个电子系统设计或每个PC板设计，只需执行一次数字配置，以确定最佳工作点。在功率集成电路50中实现数字配置的各种方法是可能的。本说明书仅为表示说明，并非旨在限制。
与常规电路和方法相比，本发明的温度补偿电路实现了许多优点。首先，温度补偿电路易于配置，特别是，可以配置无需重新焊接任何电阻。消除了焊接和温度测量的重复过程。使用数字配置意味着在设计新电路板时，通过提供数字信号，可以在一次温度扫描中获取电流检测数据。不需要焊接返工，也不需要迭代。
其次，温度补偿电路消除或最小化实现温度补偿所需的NTC(负温度系数)电阻器的数量。确切地说，如果使用DrMOS器件实现温度传感器，则不需要NTC电阻器。如果使用其他温度传感技术，即使是多相转换器，也只需要一个NTC电阻。
第三，温度补偿电路使电流传感放大器能够在直流电和高达高频(例如，高达10MHz)下提供准确的电流传感。在工作中，温度补偿电路模拟将一个线性化的Rntc网络放在传感电容Csns上，并调整1/(Rsns*Csns)时间常数，使L/Rdcr时间常数与温度相匹配。因此，使用本发明的温度补偿电路的温度补偿电流传感对于直流和高频来说，都是准确的。
在一些实施例中，补偿阻抗电路被实现为提供响应于控制电压而变化的电阻值的压控电阻器。图5表示在本发明实施例中，使用压控电阻器实现的传感信号的温度补偿电路的电路图。图4和图5中的类似元件以相同的标号给出，不再进一步描述。参照图5，功率集成电路60包括电流检测放大器66，用于测量通过检测电容器Csns的传感电压Vsns，该传感电容器Csns指示流过感应器L的电感器电流。电流检测放大器66在节点67上生成作为指示传感电压信号V(Imon)的输出信号电压，从而指示电感器电流。在本发明的实施例中，功率集成电路60包括温度补偿电路，以向具有第一温度系数的传感电压Vsns提供温度补偿。
在本实施例中，温度补偿电路包括温度补偿调节电路62和作为补偿阻抗电路64的压控电阻器VCRntceq。温度补偿调整电路62接收温度传感信号TSEN(节点40)，并向压控电阻器VCRntceq提供控制信号(节点63)。在本实施例中，控制信号是控制电压信号，压控电阻器VCRntceq根据控制电压信号，提供补偿阻抗信号，其中补偿阻抗信号具有第二温度系数，并且具有指示温度传感信号TSEN的阻抗值。如上所述，温度补偿调整电路62经数字配置以产生补偿传感电压的第一温度系数的控制信号。例如，温度补偿调整电路62可以由数字配置电路55，使用一个或多个数字信号58进行数字配置或编程。
相应地，温度补偿调整电路62产生控制电压，使得压控电阻器VCRntceq提供随传感温度变化的电阻值，并且还具有补偿传感电压Vsns温度系数的温度系数。换言之，温度补偿调整电路62产生控制信号，以设置压控电阻器VCRntceq的电阻值并控制电阻器VCRntceq的电阻值如何随温度变化。通过这样配置，电阻器VCRntceq将补偿阻抗信号应用于节点26以修改传感电压Vsns，使得经修正或温度补偿的传感电压在给定频率范围内具有零或基本上为零的温度系数。电流传感放大器66接收修正后的传感电压，从而产生指示传感电压且在给定频率范围内具有零或基本上为零的温度系数的输出信号V(Imon)。本发明的温度补偿电路确保功率集成电路60能够在较宽的频率范围和较宽的温度范围内准确地测量电感电流。
在其它实施例中，利用乘法器电路实现补偿阻抗电路。图6表示在本发明实施例中，使用乘法器实现的传感信号的温度补偿电路的电路图。图4和图6中的类似元件以相同的标号给出，不再进一步描述。参考图6，功率集成电路80包括电流检测放大器86，用于测量通过传感电容Csns的传感电压Vsns，所述传感电容Csns指示流过所述电感器L的电感器电流。电流传感放大器86具有一个非反相输入端子，耦合到电容器Csns的一个板(节点26)上，并接收第一传感信号ISENP和一个反相输入端子，耦合到电容器Csns的另一个板(节点20)上，并接收第二传感信号ISENN。电流传感放大器86在节点87上生成作为指示传感电压，并由此指示电感器电流的电压信号V(Imon)的输出信号。在本发明的实施例中，功率集成电路80包括温度补偿电路，以向具有第一温度系数的传感电压提供温度补偿。
在本实施例中，温度补偿电路包括作为补偿阻抗电路的温度补偿调节电路82和乘法器88。温度补偿调整电路82接收温度传感信号TSEN(节点40)，并将控制信号作为倍增比提供给乘法器88。乘法器88接收电流传感放大器86的输出信号V(Imon)(节点87)。通过这样配置，乘法器88将放大器输出信号V(Imon)乘以由温度补偿调整电路82提供的乘法器比率。乘法器88生成一个调整电流信号Iadjp，耦合到电流传感放大器86的非反相输入端子(节点26)上，作为补偿阻抗信号。换言之，调整电流信号Iadjp与传感信号ISENP在电流传感放大器86的非反相输入端子处结合。补偿阻抗信号具有第二温度系数，并且具有指示温度传感信号TSEN的阻抗值。实际上，调整电流信号Iadjp修改电流传感放大器86的非反相输入端子(节点26)处的传感信号ISENP，以模拟在电流传感放大器的输入端子之间耦合的电阻器。通过这样配置，将调整电流信号Iadjp应用于电流传感放大器86的非反相输入端子(节点26)，以修正传感电压Vsns，使得由电流传感放大器86测量的温度补偿传感电压在给定频率范围内具有零或基本上为零的温度系数。
在一些实施例中，调整电流信号Iadjp是线性化的温度补偿电流信号，其与在图2的传统温度补偿解决方案中使用的线性化NTC电阻网络提供的电流相匹配。通过这样配置，温度补偿调整电路82被配置成产生倍增比，使得乘法器88产生提供给传感信号ISENP(节点26)的调整电流信号Iadjp，该传感信号模拟了在节点26处随传感温度变化的电阻值，并且还具有温度系数补偿传感电压Vsns的温度系数。换言之，温度补偿调整电路82生成控制信号，以设置调整电流信号Iadjp并控制电流值如何随温度变化。将调整电流信号Iadjp应用于节点26以修正传感电压Vsns，使得经修正或温度补偿的传感电压在给定频率范围内具有零或基本上为零的温度系数。电流传感放大器86接收修正后的传感电压，从而产生指示传感电压且在给定频率范围内具有零或基本上为零的温度系数的输出信号V(Imon)。本发明的温度补偿电路确保功率集成电路80能够在较宽的频率范围和较宽的温度范围内准确地测量电感电流。
如上所述，温度补偿调整电路82被数字配置成产生用于补偿传感电压的第一温度系数的倍增比。例如，温度补偿调整电路82可以由数字配置电路55使用一个或多个数字信号58进行数字配置或编程。
在图6所示的实施例中，调整电流信号Iadjp被表示为从节点26流入乘法器88的电流。在操作中，调整电流信号Iadjp可以在任意方向上流动——流入或流出电流传感放大器86的非反相输入端子。
图7表示在本发明的一个可选实施例中，使用乘法器实现的传感信号的温度补偿电路的电路图。图6和图7中的类似元件以相同的标号给出，不再进一步描述。参考图7，功率集成电路100包括电流传感放大器106，用于测量通过传感电容器Csns的传感电压Vsns，指示流过感应器L的电感器电流。电流传感放大器106具有一个非反相输入端子，耦合到电容器Csns的一个板(节点26)上，并且接收第一传感信号ISENP和耦合到电容器csn(节点20)的另一板上的反相输入端子，并接收第二传感信号ISENN。电流传感放大器106在节点107上生成作为指示传感电压并由此指示电感器电流的电压信号V(Imon)的输出信号。在本实施例中，电流传感放大器106是通过电平移位电阻器(图中没有表示出)接收差分检测电流的全差分运算放大器。电流检测放大器106提供差分电流作为输出。差分输出电流耦合到一个或多个电流镜120、122以产生指示差分输出电流的电压值。
在本实施例中，第一电流镜120接收来自电流传感放大器106的差分输出电流，并生成指示穿过传感电容Csns传感电压的输出信号V(Imon)。在一些情况下，例如电压放大器等附加电路可以耦合到电流镜120上，以便在节点107上生成单端输出信号V(Imon)。此外，在本实施例中，第二电流镜122接收来自电流传感放大器106的差分输出电流，并产生镜像差分电流，并提供给温度补偿电路102，如下将做更详细地介绍。
在本发明的实施例中，功率集成电路100包括温度补偿电路102，以对具有第一温度系数的传感电压进行温度补偿。温度补偿电路102接收温度传感信号TSEN(节点40)。温度传感信号TSEN通过电阻器Radj，提供给电压放大器136的非反相输入端子(节点132)。耦合可变电流源134，以便从电压放大器136的非反相输入端子(节点132)上吸取电流Iadj。电压放大器136产生一个输出信号，通过耦合该输出信号，驱动一对晶体管M1和M2的栅极端子。在本实施例中，晶体管M1和M2都是NMOS晶体管，其源极都连接到地电势。
温度补偿电路102包括两个乘法器——第一乘法器140是温度补偿乘法器(TCMULT)，第二乘法器142是电流传感乘法器(CSMULT)。第一乘法器140接收来自可编程电路138的第一乘法器比率。第一乘法器140耦合到晶体管M1的漏极端，以便接收与温度传感信号TSEN相关的信号。第一乘法器140将与温度传感信号相关的信号乘以第一乘法器比率，以便在节点146上生成输出信号，该输出信号反馈到电压放大器136的反相输入端子上。
第二乘法器142耦合到晶体管M2的漏极端，以便接收与传感温度信号TSEN相关的信号作为第二乘法器比率。第二乘法器142还接收来自电流镜122的差分输出电流。第二乘法器142将差分输出电流乘以第二乘法器比率，以生成耦合到电流传感放大器106的非反相输入端子(节点26)的调整电流信号Iadjp，作为补偿阻抗信号。换言之，调整电流信号Iadjp与传感信号ISENP在电流传感放大器106的非反相输入端子处结合。补偿阻抗信号具有第二温度系数，并且具有指示温度传感信号TSEN的阻抗值。实际上，调整电流信号Iadjp修改电流传感放大器106的非反相输入端子(节点26)处的传感信号ISENP，以模拟在电流传感放大器的输入端子之间耦合的电阻器。通过这种配置，调整电流信号Iadjp应用于电流传感放大器106的非反相输入端子(节点26)，以修正传感电压Vsns，使得由电流传感放大器106测量的温度补偿传感电压在给定频率范围内具有零或实质上为零温度系数。
通过配置或编程电流源134以及通过在可编程电路138处配置或编程第一乘法器比率，来数字配置温度补偿电路102。实际上，电流源134和可编程电路138被配置成基于温度传感信号，来调整温度响应，由此，配置温度补偿电路，以提供所需的温度系数，补偿穿过传感电容器Csns的传感电压Vsns的第一温度系数。
通过这种配置，温度补偿电路102被配置成产生电流值Iadj和第一乘法器比率，以便第二乘法器142生成提供给传感信号ISENP(节点26)的调整电流信号Iadjp，该传感信号ISENP(节点26)模拟在节点26处随传感温度变化的电阻值，并且具有补偿传感电压Vsns温度系数的温度系数。换言之，温度补偿电路102设置调整电流信号Iadjp并控制电流值如何随温度变化。将调整电流信号Iadjp应用于节点26以修正传感电压Vsns，使得经修正或温度补偿的传感电压在给定频率范围内具有零或基本上为零的温度系数。电流传感放大器106接收修正后的传感电压，从而产生指示传感电压且在给定频率范围内具有零或基本上为零的温度系数的输出信号V(Imon)。本发明的温度补偿电路确保功率集成电路100能够在较宽的频率范围和较宽的温度范围内准确地测量电感电流。
图8表示在一些实施例中，向传感信号提供温度补偿方法的流程图。参照图8，方法200向具有第一温度系数的传感信号提供温度补偿，包括接收指示与传感信号相关联的温度传感信号(202)。然后，方法200使用至少一个数字信号来生成具有第二温度系数，并且根据温度传感信号的阻抗值，补偿阻抗信号(204)。然后，方法200使用补偿阻抗信号来修正传感信号，以提供在第一频率范围内具有基本上为零的温度系数的修正传感信号(206)。最后，方法200根据修正后的传感信号，生成指示传感信号的输出信号，其中输出信号在第一频率范围内具有基本上为零的温度系数(208)。
本发明可以多种方式实现，包括作为一个工艺；一种设备；一个系统；一种物质的组成；一个体现在计算机可读存储介质上的计算机程序产品；和/或一个处理器，例如硬件处理器或处理器设备，一个配置为执行存储在处理器上和/或由耦合到处理器的存储器提供的指令。在本说明书中，这些实现或本发明可能采取的任何其他形式可被称为技术。一般来说，所公开过程步骤的顺序可以在本发明的范围内改变。除非另有说明，例如处理器或存储器之类的被配置为执行任务的组件可以被实现为临时配置为在给定时间执行任务的通用组件，或者被制造来执行任务的特定组件。如本文所用，术语“处理器”是指配置成处理数据(例如计算机程序指令)的一个或多个设备、电路和/或处理核心。
上文提供了对本发明的一个或多个实施例的详细描述以及说明本发明原理的附图。结合这些实施例描述本发明，但是本发明不限于任何实施例。本发明包括许多替代品、修改和等效物。为了提供对本发明的透彻理解，在说明书中阐述了许多具体细节。提供这些细节是为了示例的目的，而不需要这些特定细节中的一些或全部。为了清楚起见，在与本发明相关的技术领域中已知的技术材料没有被详细描述，以免对本发明产生不必要的混淆。
提供上述详细描述是为了说明本发明的具体实施例，而不是为了限制。本发明范围内的许多修改和变化都是可能的。

Claims (19)

1.一种用于为具有第一温度系数的传感信号提供温度补偿的电路，该电路包括：
一个温度补偿电路，接收表示与传感信号相关联的温度的一个温度传感信号，所述温度补偿电路可由至少一个数字信号数字配置，以生成具有第二温度系数的一个补偿阻抗信号，该补偿阻抗信号提供响应于所述温度传感信号的一个阻抗值，所述补偿阻抗信号用于修正所述传感信号，以提供在第一频率范围内具有温度系数基本为零的经修正的传感信号；以及
一个放大器电路，接收修正后的传感信号并产生指示该传感信号的输出信号，该输出信号在第一频率范围内温度系数基本为零；
其中温度补偿电路包括：
一个温度补偿调节电路，接收温度传感信号，并通过至少一个数字信号进行数字配置，以便根据温度传感信号，产生一个控制电压信号；以及
一个电压控制电阻器，根据控制电压信号，提供一个电阻值，作为具有第二温度系数的阻抗信号。
2.根据权利要求1所述的电路，其中第一频率范围包括一个从直流到10MHz的频率范围。
3.根据权利要求1所述的电路，其中具有第二温度系数的补偿阻抗信号，包括一个具有正阻抗的阻抗信号或具有负阻抗的阻抗信号。
4.根据权利要求1所述的电路，其中放大器电路包括一个输入端子以及一个输出端子，输入端子耦合接收传感信号，作为一个输入信号，输出端子提供表示传感信号的输出信号，补偿阻抗信号耦合到放大器电路的输入端子，以修正放大器电路输入端的阻抗值，从而在放大器电路的输入端产生修正后的传感信号。
5.根据权利要求4所述的电路，其中放大器电路包括一个电流传感放大器电路，传感信号包括一个表示电流传感值并且具有第一温度系数的电压信号，输出信号包括一个表示电流传感信号并且在第一频率范围内温度系数基本为零的电压信号。
6.根据权利要求1所述的电路，其中放大器电路包括一个输入端子和一个输出端子，输入端子耦合接收传感信号，作为一个输入信号，输出端子提供表示传感信号的输出信号，温度补偿电路还可以为：
一个温度补偿调节电路，接收温度传感信号，并根据温度传感信号，通过至少一个数字信号进行数字配置，以产生一个控制信号；以及
一个乘法器电路，接收放大器电路的输出信号，将放大器输出信号乘以控制信号，以产生一个输出电流信号，将输出电流信号耦合到放大器电路的输入端子，作为补偿阻抗信号，以修正放大器电路输入端子处的阻抗值，从而在放大器电路的输入端子产生修正后的传感信号。
7.根据权利要求6所述的电路，其中放大器电路包括一个电流传感放大器电路，传感信号包括一个表示电流传感值并且具有第一温度系数的电压信号，输出信号包括一个表示电流传感值并且在第一频率范围内温度系数基本为零的电压信号。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述的至少一个数字信号从耦合到所述电路的一个主机控制器提供给所述电路。
9.根据权利要求1所述的电路，其中温度补偿电路还包括一个存储所述的至少一个数字信号的内存，用于数字配置温度补偿电路，以产生补偿阻抗信号。
10.根据权利要求1所述的电路，其中放大器电路包括一个输入端子和一个输出端子，输入端子耦合接收作为输入信号的传感信号，输出端子提供表示传感信号的输出信号，所述的至少一个数字信号包括一个第一数字信号和一个第二数字信号，温度补偿电路还可以为：
一个电压放大器，包括一个非反相输入端子，一个反相输入端子和一个输出端子，非反相输入端子接收表示温度传感信号的一个信号，该信号通过一个电流调节信号被偏置，电流调节信号通过第一数字信号数字配置，输出端子耦合驱动第一和第二晶体管的栅极端；
一个第一放大器，接收第一晶体管的第一电流端子处的第一信号，将第一信号乘以第一放大器比率，通过第二数字信号数字配置第一放大器比率，第一放大器产生第一输出信号，第一输出信号耦合到电压放大器的反相输入端子上；以及一个第二放大器，接收表示放大器电路的输出信号的第二信号，并将第二信号乘以第二放大器比率，第二放大器比率被提供给第二晶体管的第一电流端子，第二乘法器产生一个输出电流信号，输出电流信号耦合到放大器电路的输入端子上，作为补偿阻抗信号，以修正放大器电路的输入端子处的阻抗值，从而在放大器电路的输入端子处产生修正后的传感信号。
11.根据权利要求10所述的电路，其中放大器电路包括一个电流传感放大器电路，传感信号包括一个表示电流传感值并且具有第一温度系数的电压信号，输出信号包括一个表示电流传感值并且在第一频率范围内温度系数基本为零的电压信号。
12.一种为具有第一温度系数的传感信号提供温度补偿的方法，该方法基于权利要求1至11任一项所述的电路实施，包括：
接收一个表示与传感信号有关温度的温度传感信号；
利用至少一个数字信号，产生具有第二温度系数的补偿阻抗信号，补偿阻抗信号的阻抗值取决于温度传感信号；
利用补偿阻抗信号修正传感信号，以便提供在第一频率范围内温度系数基本为零的修正传感信号；并且
根据修正后的传感信号产生一个输出信号，输出信号表示传感信号，在第一频率范围内温度系数基本为零。
13.根据权利要求12所述的方法，其中利用至少一个数字信号，产生补偿阻抗值包括：
产生补偿阻抗信号，作为带有正阻抗的阻抗信号，或者带有负阻抗的阻抗信号。
14.根据权利要求12所述的方法，其中利用补偿阻抗信号修正传感信号，以提供在第一频率范围内温度系数基本为零的修正传感信号，包括：
利用补偿阻抗信号修正传感信号，提供从直流到10MHz频率范围内基本为零的温度系数的修正传感信号。
15.根据权利要求12所述的方法，其中利用至少一个数字信号，产生补偿阻抗信号，包括：利用至少一个数字信号，根据温度传感信号，产生一个控制电压信号；并且
利用一个电压控制阻抗，根据控制电压信号，产生一个电阻值，作为具有第二温度系数的补偿阻抗信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中根据修正传感信号，产生表示传感信号的输出信号，包括：
将补偿阻抗信号耦合到一个放大器电路的输入端子上，以修正放大器电路输入端子处的阻抗值；
接收放大器电路输入端子处的传感信号；并且
在放大器电路的输出端子处，输出在第一频率范围内温度系数基本为零的输出信号。
17.根据权利要求12所述的方法，其中利用至少一个数字信号，产生补偿阻抗信号，包括：利用至少一个数字信号，根据温度传感信号，产生一个控制信号；
将表示输出信号的一个信号乘以控制信号，以产生输出电流信号；并且
为一个放大器电路的输入端子提供输出电流信号，放大器电路的输入端子耦合接收传感信号，输出电流信号作为补偿阻抗信号，修正放大器电路的输入端子处的阻抗值，从而在放大器电路的输入端子处产生修正的传感信号。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括：
接收来自主机控制器的至少一个数字信号。
19.根据权利要求12所述的方法，还包括：
在一个存储器中存储至少一个数字信号；并且
提供至少一个来自存储器的数字信号，以产生具有第二温度系数的补偿阻抗信号。
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