CN114624642A - 用以改进蓄电池电压测量准确度的数字校正算法 - Google Patents

用以改进蓄电池电压测量准确度的数字校正算法 Download PDF

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Abstract

本申请案的实施例涉及用以改进蓄电池电压测量准确度的数字校正算法。一种电子装置包含ADC、多路复用器、电压参考电路、模拟电路及数字电路。该ADC具有信号输入、参考输入及输出。该多路复用器具有信号输入及耦合到该ADC的该信号输入的信号输出。该电压参考电路具有耦合到该ADC的该参考输入的输出、耦合到该多路复用器的第一信号输入的第一应变传感器、耦合到该多路复用器的第二信号输入的第二应变传感器，及温度传感器。该模拟电路具有耦合到蓄电池的输入，及耦合到该多路复用器的第四信号输入的输出。该数字电路经耦合到该ADC的该输出，并存储用于校正来自该ADC的经转换蓄电池电压值(Dn)的校正参数。

Description

用以改进蓄电池电压测量准确度的数字校正算法
相关申请案的交叉引用
本申请案要求2020年12月10日申请的标题为“用以改进蓄电池电压测量准确度的数字校正算法(DIGITAL CORRECTION ALGORITHM TO IMPROVE BATTERY VOLTAGEMEASUREMENT ACCURACY)”的第63/123,566号美国临时专利申请案的优先权的权益及利益，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本申请案的实施例涉及数字校正算法，特定来说，涉及改进蓄电池电压测量准确度的数字校正算法。
背景技术
在电动交通工具(EV)及混合动力电动交通工具(HEV)的蓄电池组中的电池的操作及充电期间使用蓄电池电池电压监测。然而，电压感测及数字转换电路在不同的环境条件下可能会遭受准确度变化。
发明内容
在一个方面中，一种电子装置包含模/数转换器(ADC)、多路复用器、电压参考电路、模拟电路及数字电路。所述ADC具有信号输入、参考输入及输出。所述多路复用器具有信号输入及耦合到所述ADC的所述信号输入的信号输出。所述电压参考电路具有耦合到所述ADC的所述参考输入的输出、耦合到所述多路复用器的第一信号输入的第一应变传感器、耦合到所述多路复用器的第二信号输入的第二应变传感器，及温度传感器。所述模拟电路具有耦合到蓄电池的输入，及耦合到所述多路复用器的第四信号输入的输出。所述数字电路经耦合到所述ADC的所述输出，并存储用于校正来自所述ADC的经转换蓄电池电压值的校正参数。
在另一方面中，一种方法包含，针对相应的蓄电池监测循环：基于电压参考电路的共模电压校正参数及共模校正方程校正来自ADC的经转换蓄电池电压值以提供共模经校正值；基于与所述电压参考电路的温度传感器相关联的经转换温度值、温度校正参数及温度校正方程校正所述共模经校正值以提供温度经校正值；及基于与所述电压参考电路的第一应变传感器相关联的第一经转换应变值、与所述电压参考电路的第二应变传感器相关联的第二经转换应变值、应变校正参数及应变校正方程校正所述温度经校正值以提供经校正蓄电池电压值。
在进一步方面中，一种系统包含蓄电池及蓄电池监测装置。所述蓄电池监测装置包含ADC、多路复用器、电压参考电路、模拟电路(例如模拟前端)及数字电路。所述ADC具有信号输入、参考输入及输出。所述多路复用器具有信号输入及耦合到所述ADC的信号输入的信号输出。所述电压参考电路具有输出、第一应变传感器、正交的第二应变传感器及温度传感器。所述电压参考电路的所述输出经耦合到所述ADC的所述参考输入，所述第一应变传感器经耦合到所述多路复用器的第一信号输入，所述第二应变传感器经耦合到所述多路复用器的第二信号输入，且所述温度传感器经耦合到所述多路复用器的第三信号输入。所述模拟电路具有耦合到所述蓄电池的输入，及耦合到所述多路复用器的第四信号输入的输出。所述数字电路经耦合到所述ADC的所述输出，并存储用于校正来自所述ADC的经转换蓄电池电压值的校正参数。所述校正参数包含共模电压误差校正参数、温度误差校正参数以及与所述第一及第二应变传感器相关联的应变校正参数。
附图说明
图1是具有蓄电池及蓄电池监测电子装置的电动交通工具的系统图。
图1A是图1的电子装置的进一步细节的示意图。
图1B是图1及1A的电子装置中的蓄电池监测循环中的多路复用器通道选择采样的示意图。
图2是方法的流程图。
图3是共模电压、温度及应变的蓄电池电压值校正中的数据流的示意图。
图4是随温度而变的在数字校正流的不同阶段处的电压误差的曲线图。
图5是用于应变的蓄电池电压值校正中的数据流的示意图。
具体实施方式
在附图中，相同的参考数字始终指代相同的元件，且各种特征不一定按比例绘制。此外，术语“耦合(couple/couples)”包含间接或直接电或机械连接或其组合。例如，如果第一装置经耦合到第二装置或与第二装置耦合，那么连接可通过直接电连接，或通过经由一或多个中间装置及连接的间接电连接。下文在功能的上下文中描述了各种电路、系统及/或组件的一或多个操作特性，在一些情况下，这些功能是由当电路通电及操作时各种结构的配置及/或互连产生的。
首先参考图1、1A及1B，图1展示具有蓄电池单元101的电动交通工具系统100，蓄电池单元101具有蓄电池102(例如，标记为蓄电池模块)及每蓄电池模块的蓄电池监测电子装置104(例如，标记为电池监测单元)。在所说明的实施方案中，蓄电池单元101包含多个蓄电池102及多个相应的蓄电池监测电子装置104。此外，在此实施方案中，个别蓄电池102包含多个蓄电池电池(未展示)，其可以任何合适的串联及/或并联配置连接。电动交通工具系统100进一步包含通信总线105(例如，标记为CAN总线)，其在电子装置104、蓄电池管理单元106与电动交通工具引擎控制单元(ECU)108之间提供串行通信。在操作中，蓄电池管理单元106与个别蓄电池监测电子装置104通信以接收蓄电池电池电压及其它数据。一个实例中的蓄电池管理单元106还实施蓄电池电池平衡操作及蓄电池充电操作，以及电动交通工具系统100的操作期间的其它功能。
在交通工具系统100的操作期间以及在蓄电池充电操作期间，蓄电池监测电子装置104监测蓄电池电池电压。如下文结合图1A所进一步描述的，电子装置104包含具有随环境条件(包含共模电压、温度及机械应力)的性能变化的感测及数字转换电路。在所说明的系统100中，蓄电池监测电子装置104包含可由蓄电池管理单元106及电动交通工具ECU 108经由通信总线105存取的存储器寄存器。电子装置104感测并转换多个蓄电池电池电压信号，并基于数字校正参数对经转换电压值进行数字校正，以计算经校正蓄电池电压值。
电子装置104将经校正蓄电池电压值存储在存储器寄存器中，且蓄电池管理单元106及/或ECU 108可经由通信总线105存取经校正蓄电池电压值以用于执行各种功能，包含电池平衡、电池充电及交通工具操作功能。为了促进系统100的正确操作，期望跨与交通工具系统100的操作相关联的温度范围内，例如，-40℃到+125℃，提供规定的准确度范围内的经校正蓄电池电压值，例如+/-4mV(例如+/-5西格玛)。包含模/数转换电路及相关联的电压参考电路(例如，带隙参考)的感测电路包含具有影响操作及性能的结温度Tj的晶体管。在所说明的实例中，电压参考电路(例如带隙参考)的参考电压输出用作用于将蓄电池电池电压信号转换为经转换蓄电池电压值的ADC的电压参考输入。
交通工具系统100或具有潜在较大操作温度范围的其它系统中的操作可导致参考电压的与温度相关的变化，这导致由ADC产生的经转换值的变化。另外，在系统100的操作期间，电子装置104中的感测电路及/或转换电路可受到共模电压的影响。此外，机械应变(本文也称为应变)可影响电子装置104的感测及/或转换电路的操作。这些效应中的某些可在电子装置的制造期间表征，例如共模电压影响及/或温度影响。然而，在电子装置104被制造并安装在系统100中之前，其它性能变化(例如机械应变相关的性能变化)可能没有被适当地表征(例如，电子装置104在封装期间经受模制应变或其它应变，电子装置104经焊接到印刷电路板(PCB)，PCB经安装在交通工具中，等)。在用于交通工具或其它系统的蓄电池电压监测应用中，ADC的参考电压源在理想情况下具有平坦的曲率对温度，且在装置焊入(solder down)之后几乎没有位移。在片上带隙或其它电压参考电路中满足这两个要求是困难的，且模拟补偿方案是繁琐且复杂的。
下文所描述的系统100、电子装置104及方法基于存储在电子装置104中的参数提供关于共模电压、温度及双轴应变变化的经转换值的数字校正，以提供准确的焊接后带隙参考或其它电压参考及转换电路。在其它实施方案中，可在晶片探针测试处或甚至在制造期间的最终装置测试处，关于扁平化(flattening)相关联的温度系数来修整电压参考电路，但这种方法增加了电子装置的成本。此外，封装/焊入/安装应变可能会影响焊接后电压参考温度系数，且因此影响ADC准确度。
所说明的实例有利地以数字方式移除温度曲率，且还以数字方式校正共模及应变相关的效应的经转换值。在操作中，电子装置104包含正交的第一及第二(例如，X及Y方向)应变传感器以及定位成接近于电压参考电路的温度传感器，且电子装置104测量实时应变并以数字方式移除或校正参考应变位移。一个实例中的电子装置104还执行交通工具蓄电池监测应用中的其它功能，例如测量相关联的蓄电池102的温度、测量蓄电池电池电压、检测蓄电池故障以及控制或促进蓄电池电池平衡。
图1A展示包含ADC 110(例如，标记为SAR ADC)的电子装置104的进一步细节。在一个实施方案中，电子装置104是或包含具有一或多个半导体裸片及外部可存取的引线或端子的经封装的电子装置，所述引线或端子可焊接或以其它方式电连接到主电路，例如PCB(未展示)。在一个实例中，电子装置104包含单个半导体裸片，其包含实施所描述的电路的晶体管、电阻器、电容器及/或其它电子组件。在另一实施方案中，电子装置104包含多个半导体裸片，其中每一者实施所说明及所描述的电路中的一或多者。
ADC 110具有信号输入111、参考输入112及输出113。在一个实例中，ADC是逐次逼近寄存器(例如，SAR)ADC，但设计不限于SAR ADC的使用，且其它实施方案可使用例如DSADC的其它架构。在一个实例中，ADC 110的信号输入111是如图1A中所说明的差分输入。在另一实施方案中，ADC 110的信号输入是单端输入(未展示)。所说明的实例还包含具有耦合到ADC 110的差分输入111的差分输出的差分缓冲放大器114。此实例中的缓冲放大器114还包含耦合到多路复用器115(例如，标记为24:1主ADC MUX)的输出的差分输入。
多路复用器115具有信号输入及耦合到缓冲放大器114的差分输入的信号输出。多路复用器115的信号输出通过缓冲放大器114耦合到ADC 110的信号输入111。在另一实施方案中，省略缓冲放大器114，且ADC 110的信号输入111直接耦合到多路复用器115的输出。一个实例中的多路复用器115是24通道电路，其允许单个ADC 110转换来自多个信号源的信号，包含第二多路复用器116(例如，标记为8:1GPIO MUX)，其经配置以选择性地路由通用I/O(GPIO)信号(例如，标记为GPIO1...GPIO8的8个GPIO信号)到第一多路复用器115的输入。多路复用器115还包含进一步的信号输入，以经由下文进一步描述的相关联的模拟前端(AFE)电路接收来自应变传感器、温度传感器的信号及蓄电池电池电压信号。
此实例中的ADC 110的输出113经耦合到数字电路130的输入，且数字电路130的输出经耦合到多路分用器电路118(例如，标记为De-MUX)的输入。多路分用器电路118包含耦合到相应的存储器寄存器的多个输出。
电子装置104还包含电压参考电路120。在一个实例中，电压参考电路120是或包含带隙参考，尽管并非所有可能的实施方案都需要。电压参考电路120包含第一应变传感器121(例如，应变计)、第二应变传感器122(例如，应变计)、温度传感器123(例如，热电偶、电阻温度装置(RTD)等)、带隙参考124及放大器125以及输出126。电压参考电路120的输出126经耦合到ADC 110的参考输入112。第一应变传感器121(例如，标记为X应变传感器)定位成接近于带隙参考124，且经配置以沿带隙参考124的半导体裸片的第一方向(例如，X)测量带隙参考124的应变。第一应变传感器121具有输出127，其提供表示沿第一方向的应变的对应第一应变信号。
第二应变传感器122(例如，标记为Y应变传感器)也定位成接近于带隙参考124，且经配置以沿带隙参考124的半导体裸片的第二方向(例如，Y)测量带隙参考124的应变，其中第一与第二方向彼此正交。第二应变传感器122具有输出128，其提供表示沿第二方向的应变的对应第二应变信号。在一个实施方案中，第一及第二应变传感器121、122包含在带隙参考124的半导体裸片中彼此正交布置的相应电阻器，且个别传感器121及122包含电阻桥电路或其它合适的感测电路(未展示)，其在相应的输出127或128处提供输出信号，所述输出信号随着沿第一及第二方向中的相应一者的应变而变化。在另一实例中，从数字校正电路中的信号路径中稍后的的单个应变敏感组件以数字方式产生X应变传感器信号，且相应地针对Y方向进行相同或类似的产生。温度传感器123(例如，标记为温度传感器)具有输出129，其提供表示带隙参考124及整个裸片的温度的信号。
数字电路130(例如，标记为数字校正)具有耦合到ADC 110的输出113的输入。在操作中，数字电路130执行数字校正，且多路分用器118选择性地将经校正值从数字电路130的输出提供到寄存器134中的相应一者。在一个实施方案中，数字电路130将选择信号(未展示)提供到多路复用器115及116以及多路分用器118的对应选择输入。一个实例中的数字电路130是或包含处理器及相关联的电子存储器(例如，非暂时性计算机可读媒体，未展示)。在此实例中，电子存储器包含计算机可执行指令，当由数字电路130的处理器执行时，所述计算机可执行指令实施本文所描述的各种功能，包含基于经存储的参数131到133校正经转换电压值的实例方法的实施方案，如下文结合图2所进一步描述的。校正参数包含共模电压校正参数131、温度校正参数132以及与相应的第一及第二应变传感器121及122相关联的应变校正参数133。
电子装置104包含一或多个存储器寄存器134(例如，标记为寄存器)。在操作中，数字电路130基于校正参数131到133校正来自ADC 110的经转换蓄电池电压值，并将经校正蓄电池电压值存储在存储器寄存器134的对应位置中。在所说明的实例中，电子装置104包含多个寄存器134，其分别存储裸片温度值(例如，存储在标记为裸片温度1寄存器的寄存器中)、多个经校正蓄电池电压值(例如，存储在标记为VCELL 1...16寄存器的寄存器中的16个值)、母线电压值(例如，存储在标记为母线寄存器的寄存器中的值)、GPIO值(例如，存储在标记为GPIO1...8寄存器的寄存器中的8个值)及独立于ADC参考电压的诊断参考电压值(例如，存储在标记为4.2V参考寄存器的寄存器中的值)。
电子装置104还包含具有输入及输出的模拟电路135(例如，标记为AFE)。在所说明的实例中，模拟电路135包含多个模拟前端电路，例如信号调节放大器电路、滤波电路等(未展示)，其用于耦合到相应的蓄电池102或其电池的多个蓄电池电池电压感测输入(例如，标记为VC[0:16]的17个输入)中的每一者，以及母线正极及负极电压感测输入(例如，标记为BBP-BBN)。多路复用器115具有信号输入136、137、138及139。模拟电路135的输出经耦合到多路复用器115的信号输入136。第一应变传感器121的输出127经耦合到多路复用器115的第一信号输入137。第二应变传感器122的输出128经耦合到多路复用器115的第二信号输入138。温度传感器123的输出129经耦合到多路复用器115的第三信号输入139。
图1B展示电子装置104中的蓄电池监测循环140中的多路复用器通道选择采样。所说明的蓄电池监测循环140具有循环时间或持续时间141(例如，标记为TCYCLE)。
所说明的蓄电池监测循环140包含整数个采样时钟循环142。在操作中，电子装置104提供连续实时基于应变的ADC输出补偿。在此实例中，ADC 110通过在第一采样时间142(例如，标记为温度1)中选择多路复用器115的通道输入139来转换来自温度传感器123的输出129的温度信号，并在ADC 110的输出113处提供与温度传感器123相关联的对应的经转换温度值(Tj)。在对应的第一采样时间142期间，数字电路130控制多路分用器118的选择输入，以将经校正值提供到相应的存储器寄存器134，以用于校正随后在蓄电池监测循环140期间采样的一或多个经转换蓄电池电压值。
还参考图2，一个实例中的数字电路130经配置以实施方法200(例如，通过数字电路130的处理器执行存储在数字电路130内部或操作地耦合到数字电路130的存储器中的计算机可执行指令)。方法200说明对于蓄电池监测循环140的大体连续序列重复的单个蓄电池监测循环，如图1B中所展示。方法200在202处以使用ADC 110转换蓄电池电压、温度、X应变及Y应变信号开始。
在操作中，针对相应的蓄电池监测循环140，ADC 110转换多路复用器115的信号输入136、137、138、139的模拟信号，并在ADC 110的输出113处提供相应的经转换值。在图1、1A及1B的实例中，ADC 110首先转换多路复用器输入139的结温度，然后转换应变X及应变Y输入。ADC 110在随后的采样时间转换在多路复用器115的第一信号输入137处来自第一应变传感器121的第一应力信号(例如，标记为应力X)，然后连续采样来自第二应变传感器122的第二应力信号(例如，标记为应力Y)，然后采样另一参考信号(例如，标记为TSREF)。此后，在所说明的蓄电池监测循环140中，ADC 110连续采样经由相应的AFE电路135来自相应的多路复用器信号输入136的蓄电池电池电压信号(例如，标记为电池1...电池16)。在此实例中，ADC 110随后依次对差分母线电压(例如，标记为母线)、来自第二多路复用器116的通用I/O信号(例如，标记为GPIO1)、参考电压值(例如，标记为4.2V REF)进行采样，且所说明的蓄电池监测循环包含单个备用采样时间(例如，标记为1备用)。
电压参考电路120在输出126处提供参考电压信号。ADC 110在参考输入112处接收参考电压信号，并根据参考电压信号缩放由ADC 110执行的模/数转换。在所说明的实例中，带隙参考124将输出信号提供到放大器125。放大器125的输出经耦合到电压参考电路120的输出126，且放大器产生提供到ADC 110的参考电压信号。在所说明的蓄电池监测循环140中的操作中，数字电路130实施蓄电池监测循环140的连续实时序列，以执行连续的基于应变的ADC输出补偿。此实例中的ADC 110转换16个不同的电池电压通道，并基于结温度Tj及经转换的X及Y方向应变值来校正经转换值。在相应的蓄电池监测循环140中，数字电路130在内部存储经转换的值，并一起使用这些值与校正参数131到133以及相关联的方程或公式(例如，参数及/或查找表)以对来自ADC 110的初始经转换蓄电池电压值进行数字校正，并基于数字应力传感器X/Y输出及经转换温度值Tj计算及存储对应的经校正蓄电池电压值。
图3展示在电子装置104的一个实施方案中针对共模电压、温度及应变的蓄电池电压值数字校正中的实例数据流300。ADC 110在相应的蓄电池监测循环140中提供经转换的蓄电池电压值301(Dn)及经转换的温度值302(Tj)，以及经转换的X及Y应变值303(DX及DY)。在一个实例中，数字电路130通过实施共模校正方程304、增益及偏移温度曲率校正方程306、应变校正组件307以及应变校正方程308执行各种计算，如下面结合图2的方法200所进一步描述的。下面的图5说明图3的应变校正组件307的实例实施方案。如在数据流300中所说明的，数字电路130基于共模校正方程304移除模拟电路135的共模相关增益误差，并使用在晶片探针测试期间基于温度校正方程306所确定的经存储参数移除归因于参考曲率的ADC输出误差。另外，数字电路130基于应变校正方程308以数字方式移除应变引发的增益误差。在一个实例中，ADC通道/增益补偿是基于由自动测试装备(CTE)在电子装置104的最终测试处使用基于三个温度的二阶增益及偏移曲线拟合计算的参数，且基于在电子装置104的制造期间在晶片探针测试处测量的2x输入电压(VIN)误差。
图2的方法200在204处以校正来自ADC 110的经转换蓄电池电压值Dn针对相应的蓄电池监测循环140继续。在一个实例中的204处，数字电路130基于电压参考电路120的共模电压校正参数131及共模增益校正方程304提供共模经校正值Dn1。在206处，针对相应的蓄电池监测循环140，方法200进一步包含基于与电压参考电路120的温度传感器123相关联的经转换温度值Tj、增益及偏移温度系数校正参数132，以及增益及偏移温度曲率校正方程306校正共模经校正值Dn1以提供温度经校正值Dnc。在208处，针对相应的蓄电池监测循环140，方法200进一步包含基于与电压参考电路120的第一应变传感器121相关联的第一经转换应变值DX、与电压参考电路120的第二应变传感器122相关联的第二经转换应变值DY、应变校正参数133、与温度传感器123相关联的经转换温度值Tj以及应变校正方程308校正温度经校正值Dnc以提供经校正蓄电池电压值Dout。方法200还包含在210处将经校正蓄电池电压值Dout存储在寄存器134中。此后，数字电路130在202、204、206、208及210处实施进一步的蓄电池监测循环140，如上文所描述的。
在图3的实例中，共模电压校正参数131包含共模校正方程304(例如，Dn1＝Dn-(Gcm*VCM))的共模增益值Gcm及共模电压值VCM。数字电路130通过使用共模增益值Gcm、共模电压值VCM及共模校正方程304基于经转换蓄电池电压值Dn计算共模经校正值Dn1，校正相应的蓄电池监测循环140的经转换蓄电池电压值Dn(例如，图2中的204处)。
此实例中的温度校正参数132包含一组增益及偏移曲率与二阶校正方程306(例如，Dnc＝[Dn1*((1+TC2A*Tj2+TC1A*Tj+TC0A)+(TC2B*Tj2+TC1B*Tj+TC0B)])的温度校正参数TC2A、TC1A、TC0A、TC2B、TC1B及TC0B。在另一实施方案中，使用第三或更高阶校正方程。数字电路130通过使用所述组增益及偏移曲率校正参数TC2A、TC1A、TC0A、TC2B、TC1B及TC0B以及增益及偏移温度曲率校正方程306，基于经转换温度值Tj及共模经校正值Dn1计算曲率经校正值Dnc，校正相应的蓄电池监测循环140的共模经校正值Dn1(例如，在图2中的206处)。
此实例中的应变校正参数133包含应变校正方程308(例如，Dout＝Dnc*(1+Dstr*Cstr))的应变校正常数Cstr(本文中也标记为“CSTR”)。数字电路130基于第一经转换应变值DX及第二经转换应变值DY(例如，在图2中的208处)，计算温度经校正应变值Dstr(本文中也标记为“DSTR”，例如，图3中的应变校正307)。数字电路130使用温度经校正应变值Dstr、应变校正常数Cstr及应变校正方程308基于温度经校正值Dnc，计算相应的蓄电池监测循环140的经校正蓄电池电压值Dout(例如，也在图2中的208处)。
图4展示在由数字电路130校正之前及之后经转换的蓄电池电压值Dn的两个实例的随温度而变的电压误差的曲线图400。图4中的曲线401及402展示针对相应的第一及第二实例来自ADC 110的未经校正的经转换蓄电池电压值Dn的电压误差。在数字校正之前，曲线401及402展现36mV的原始ADC误差(例如，0.86％)。曲线401及402说明展现共模电压依赖性(例如，约4.5mV/V)的原始ADC输出误差，其归因于AFE模拟电路135(图1A)，其不能仅通过温度补偿及应变校准进行校准。曲线401及402展示共模增益误差、增益及偏移曲率与温度的关系，以及归因于应变的电压参考的位移。额外共模校准(例如，图3中的方程304、图2中的方程204)减轻共模电压依赖性。
图4中的曲线411及412展示相应的第一及第二实例的通过温度校正(例如，图3中的方程306、图2中的206)减少的电压误差。曲线411及412展现15mV的电压误差(例如，0.36％)。曲线421及422展示通过进一步校正应变(例如，图3中的方程308、图2中的208)而减少的第一及第二实例的电压误差。曲线421及422展现约3.3mV的电压误差(例如，0.08％)。校正使电压误差曲线421及422在可接受范围430内。
图5展示由电子装置104进行的用于图3中的应变校正组件307的实施方案中的应变的蓄电池电压值校正中的实例数字校正数据流500。多路复用器115、缓冲放大器114及ADC 110在相应的蓄电池监测循环140中将与电压参考电路120的相应第一及第二应变传感器121及122相关联的第一及第二应变值DX及DY作为原始数字数据提供到数字电路130。ADC110还在相应的蓄电池监测循环140中提供经转换温度值302(Tj)。此实例中，数字电路130通过实施二阶或更高阶的第一应变温度偏移方程501、第二应变温度偏移方程502、加权平均方程504及第三应变温度偏移方程506(例如，应变温度增益方程)来执行各种计算。第一及第二应变温度偏移方程501及502在一个实施方案中为二阶或更高阶。
此实例中的应变校正参数133包含第一应变温度偏移方程501的第一组应变校正参数TC2BX、TC1BX及TC0BX，以计算第一应变偏移值DXoffT(例如，DXoffT＝DX+(TC2BX*Tj2+TC1BX*Tj+TC0BX))。应变校正参数133还包含第二应变温度偏移方程502的第二组应变校正参数TC2BY、TC1BY及TC0BY，以计算第二应变偏移值DYoffT(例如，DYoffT＝DY+(TC2BY*Tj2+TC1BY*Tj+TC0BY))。在一个实例中，第一及第二组应变校正参数表示二阶AFE模拟偏移。第一及第二组应变校正参数由自动测试装备(CTE)在电子装置104的最终测试处基于零应变修整之后的来自三个温度探针的温度探针数据使用曲线拟合计算来计算。
此实例中的应变校正参数133还包含加权平均方程504的一组加权参数AXX及AYY以计算经组合应变值Dtot(例如，Dtot＝DXoffT*AXX+DYoffT*AYY)。在一个实例中，根据带隙参考124(图1)的NPN晶体管的相应的X及Y方向尺寸及形状因子确定加权参数AXX及AYY。另外，应变校正参数133包含第三应变温度偏移方程506(例如，应变温度增益方程)的第三组应变校正参数TC2A、TC1A、TC0A、TC2Q、TC1Q及TC0Q以通过计算温度校正应变值Dstr(例如，Dstr＝Dtot*(TC2A*Tj2+TC1A*Tj+TC0A)+(Dtot)2*(TC2Q*Tj2+TC1Q*Tj+TC0Q))，线性化并校准传感器121及122的应变的应变测量误差与温度。在另一实施方案中，应变温度偏移方程501、502及506中的一或多者可为三阶或更高阶。
针对此实例中的数字应变校正，数字电路130使用第一组应变校正参数TC2BX、TC1BX、TC0BX及第一应变温度偏移方程501，基于第一经转换应变值DX及经转换温度值Tj，计算相应的蓄电池监测循环140的第一应变偏移值DXoffT。此校正移除在晶片探针测试或最终测试处确定的第一应变传感器121的零应变温度偏移f1(Tj)。数字电路130使用第二组应变校正参数TC2BY、TC1BY、TC0BY及第二应变温度偏移方程502，基于第二经转换应变值DY及经转换温度值Tj计算第二应变偏移值DYoffT。此校正移除在晶片探针测试或最终测试处确定的第二应变传感器122的零应变温度偏移f2(Tj)。
数字电路130使用所述组加权参数AXX及AYY以及加权平均方程504，基于第一及第二应变偏移值DXoffT及DYoffT，计算相应蓄电池监测循环140的总应力值Dtot。这有利于与电压参考电路120的应变方向灵敏度成比例的应变校正。数字电路130使用第三组应变校正参数TC2A、TC1A、TC0A、TC2Q、TC1Q及TC0Q以及第三应变温度偏移方程506(例如，应变温度增益方程)，基于总应力值Dtot计算相应的蓄电池监测循环140的温度经校正应变值Dstr。这有利于移除随温度而变的应变传感器线性及二次增益误差。
此实例中的数字电路130通过基于温度经校正值Dnc、温度经校正应变值Dstr及经转换温度值Tj计算经校正蓄电池电压值Dout来校正相应的蓄电池监测循环140的温度经校正值Dnc(例如，图3中的308、图2中的208)。
一个实例中的电子装置通过在制造期间(例如，在经封装电子装置的最终测试处)存储校正参数131到133及相关联的方程或公式(例如，参数及/或查找表以及计算机可执行指令)来配置。在各种实施方案中，一些或所有校正参数131到133可在晶片探针测试或最终装置测试处确定(例如，计算)，且一些可替代地根据经验确定。
电子装置104在系统操作中对相应的蓄电池监测循环140的经转换蓄电池电压值Dn进行数字校正，以补偿基于压缩及拉伸应变传感器121及122的温度及其它环境影响，以校正可能由于将半导体裸片模制到封装结构中、将电子装置104焊接到PCB上，及/或电子装置在系统100中的安装或使用而产生的应变效应。组合正交安置的应变传感器121及122与使用X及Y应变传感器输出的加权的数字校正以产生单个应变值提供针对不同NPN带隙参考晶体管设计或精密电压参考尺寸或期望减轻或避免归因于应变的漂移的其它电路应用校正参数及方程的灵活性。在一个实施方案中，封装及/或焊入数据被用作应力校准点，以通过基于经验数据设置参数133来改进数字校正的准确度。电子装置104针对探针电压参考(例如，带隙)曲率非理想性、模拟前端误差、由于封装及焊接而看到的基于应变的参考位移以及温度，对最终ADC输出进行数字校正。数字校正提供高灵活性，帮助将高精度二阶增益及偏移温度校正应用到ADC数字输出。
一个实例中的数字经校正的ADC输出具有由以下方程(1)给出的最低有效位(LSB)大小Δ：
Figure BDA0003399208940000111
特定输入电压VIN的ADC 110的数字输出由以下方程(2)给出：
Figure BDA0003399208940000121
其中VFS基于ADC 110的参考输入112处的参考电压VREF而确定。在给定温度Tj下进行数字校正之后，特定输入电压VIN的ADC 110的数字输出由以下方程(3)给出：
Figure BDA0003399208940000122
因为没有应变所以在晶片探针测试处DSTR＝0，且一个实例中的恒定值Cstr(此处也标记为“CSTR”)是通过经验确定的，例如，通过测试芯片表征。然而，在将电子装置104焊入到主机PCB之后，电压参考电路120通常具有有限的非零应变。在一个实施方案中，与归因于应变的参考电压位移无关，由于应变计传感器121、122，探针处的ADC的数字输出基本上等于ADC焊接后的数字输出，且使用以下方程(4)、(5)及(6)来表征Cstr：
Figure BDA0003399208940000123
Figure BDA0003399208940000124
Figure BDA0003399208940000125
在一个实例中，基于室温下30个单位的焊入表征选择CSTR。所描述的系统、电子装置100及方法200提供了一种数字校正方案，其补偿焊接后带隙或其它电压参考曲率变化，且在一个实施方案中实现目标+/-4mV ADC准确度(例如，图4中的范围430)。校正方案使用紧邻带隙放置的压缩及拉伸应变传感器的输出，并对ADC输出进行数字补偿。与用以解决误差的源的其它技术相比，此解决方案提供技术优势，例如非平坦带隙电压参考曲率与温度，以及在装置焊入之后的带隙电压参考输出值偏移。相反，电子装置104实施数字校正算法，其有利于扁平化探针处的所产生的ADC输出曲率与温度，监测模拟应变计的数字输出，以连续检测由于封装/焊入效应而由片上电压参考所看到的应变，并在数字域中直接跨温度补偿ADC输出。所描述的实例提供在电压参考看不到应力的情况下在晶片探针测试处执行ADC输出的二阶或更高阶偏移及增益校正与温度，以及将模拟应变传感器121及122的数字输出与温度的关系线性化的灵活性，并使用所述线性化来补偿由于由电压参考所看到的封装/焊料应变引起的ADC输出误差。
在所描述的实施例中修改是可能的，且在权利要求的范围内其它实施例是可能的。

Claims (20)

1.一种电子装置，其包括：
模/数转换器ADC，其具有信号输入、参考输入及输出；
多路复用器，其具有信号输入及信号输出，所述多路复用器的所述信号输出耦合到所述ADC的所述信号输入；
电压参考电路，其具有输出、第一应变传感器、第二应变传感器及温度传感器，所述电压参考电路的所述输出耦合到所述ADC的所述参考输入，所述第一应变传感器耦合到所述多路复用器的第一信号输入，所述第二应变传感器耦合到所述多路复用器的第二信号输入，所述第一及第二应变传感器彼此正交，且所述温度传感器耦合到所述多路复用器的第三信号输入；
模拟电路，其具有输入及输出，所述模拟电路的所述输入耦合到蓄电池，且所述模拟电路的所述输出耦合到所述多路复用器的第四信号输入；及
数字电路，其耦合到所述ADC的所述输出，所述数字电路存储用于校正来自所述ADC的经转换蓄电池电压值的校正参数，所述校正参数包含共模电压校正参数、温度校正参数以及与所述第一及第二应变传感器相关联的应变校正参数。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中：
所述ADC经配置以：针对相应的蓄电池监测循环，转换所述多路复用器的所述信号输入的模拟信号，并在所述ADC的所述输出处提供相应的经转换值；且
所述数字电路经配置以：针对相应的蓄电池监测循环，基于所述经转换蓄电池电压值、与所述第一应变传感器相关联的第一经转换应变值、与所述第二应变传感器相关联的第二经转换应变值及与所述温度传感器相关联的经转换温度值计算经校正蓄电池电压值。
3.根据权利要求2所述的电子装置，其中：
所述应变校正参数包含：二阶或更高阶的第一应变温度偏移方程的第一组应变校正参数、二阶或更高阶的第二应变温度偏移方程的第二组应变校正参数、加权平均方程的一组加权参数，及二阶或更高阶的第三应变温度偏移方程的第三组应变校正参数；且
所述数字电路经配置以，针对所述相应的蓄电池监测循环：
使用所述第一组应变校正参数及所述第一应变温度偏移方程，基于所述第一经转换应变值及所述经转换温度值计算第一应变偏移值，
使用所述第二组应变校正参数及所述第二应变温度偏移方程，基于所述第二经转换应变值及所述经转换温度值计算第二应变偏移值，
使用所述组加权参数及所述加权平均方程，基于所述第一及第二应变偏移值计算总应力值，
使用所述第三组应变校正参数及所述第三应变温度偏移方程，基于所述总应力值计算温度经校正应变值，及
基于所述经转换蓄电池电压值、所述温度经校正应变值及所述经转换温度值计算所述经校正蓄电池电压值。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其中：
所述共模电压校正参数包含共模校正方程的共模增益值及共模电压值；
所述温度校正参数包含二阶或更高阶的温度校正方程的一组温度校正参数；
所述应变校正参数包含应变校正方程的应变校正常数；且
所述数字电路经配置以，针对所述相应的蓄电池监测循环：
使用所述共模增益值、所述共模电压值及所述共模校正方程，基于所述经转换蓄电池电压值计算共模经校正值，
使用所述组温度校正参数及所述温度校正方程，基于所述经转换温度值及所述共模经校正值计算温度经校正值，及
使用所述温度经校正应变值、所述应变校正常数及所述应变校正方程，基于所述温度经校正值计算所述经校正蓄电池电压值。
5.根据权利要求2所述的电子装置，其中：
所述共模电压校正参数包含共模校正方程的共模增益值及共模电压值；
所述温度校正参数包含二阶或更高阶的温度校正方程的一组温度校正参数；
所述应变校正参数包含应变校正方程的应变校正常数；且
所述数字电路经配置以，针对所述相应的蓄电池监测循环：
使用所述共模增益值、所述共模电压值及所述共模校正方程，基于所述经转换蓄电池电压值计算共模经校正值，
使用所述组温度校正参数及所述温度校正方程，基于所述经转换温度值及所述共模经校正值计算温度经校正值，
基于所述第一经转换应变值及所述第二经转换应变值计算温度经校正应变值，及
使用所述温度经校正应变值、所述应变校正常数及所述应变校正方程，基于所述温度经校正值计算所述经校正蓄电池电压值。
6.根据权利要求2所述的电子装置，其中所述数字电路经配置以，针对所述相应的蓄电池监测循环，使用加权平均方程，基于所述第一经转换应变值及所述第二经转换应变值计算温度经校正应变值。
7.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述数字电路经配置以，针对所述相应的蓄电池监测循环，使用加权平均方程，基于与所述第一应变传感器相关联的第一经转换应变值及与所述第二应变传感器相关联的第二经转换应变值计算温度经校正应变值。
8.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述电压参考电路包含带隙参考。
9.一种方法，其包括：
针对相应的蓄电池监测循环，基于电压参考电路的共模电压校正参数及共模校正方程校正来自模/数转换器ADC的经转换蓄电池电压值以提供共模经校正值；
针对相应的蓄电池监测循环，基于与所述电压参考电路的温度传感器相关联的经转换温度值、温度校正参数及温度校正方程校正所述共模经校正值以提供温度经校正值；及
针对相应的蓄电池监测循环，基于与所述电压参考电路的第一应变传感器相关联的第一经转换应变值、与所述电压参考电路的第二应变传感器相关联的第二经转换应变值、应变校正参数及应变校正方程校正所述温度经校正值以提供经校正蓄电池电压值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
所述应变校正参数包含：二阶或更高阶的第一应变温度偏移方程的第一组应变校正参数、二阶或更高阶的第二应变温度偏移方程的第二组应变校正参数、加权平均方程的一组加权参数，及二阶或更高阶的第三应变温度偏移方程的第三组应变校正参数；
校正所述温度经校正值包括，针对所述相应的蓄电池监测循环：
使用所述第一组应变校正参数及所述第一应变温度偏移方程，基于所述第一经转换应变值及所述经转换温度值计算第一应变偏移值，
使用所述第二组应变校正参数及所述第二应变温度偏移方程，基于所述第二经转换应变值及所述经转换温度值计算第二应变偏移值，
使用所述组加权参数及所述加权平均方程，基于所述第一及第二应变偏移值计算总应力值，及
使用所述第三组应变校正参数及所述第三应变温度偏移方程，基于所述总应力值计算温度经校正应变值，且
校正所述温度经校正值包括，针对所述相应的蓄电池监测循环，基于所述温度经校正值、所述温度经校正应变值及所述经转换温度值计算所述经校正蓄电池电压值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：
所述共模电压校正参数包含共模校正方程的共模增益值及共模电压值；
所述温度校正参数包含二阶或更高阶的温度校正方程的一组温度校正参数；
所述应变校正参数包含应变校正方程的应变校正常数；
校正所述经转换蓄电池电压值包括，针对所述相应的蓄电池监测循环，使用所述共模增益值、所述共模电压值及所述共模校正方程，基于所述经转换蓄电池电压值计算共模经校正值；
校正所述共模经校正值包括，针对所述相应的蓄电池监测循环，使用所述组温度校正参数及所述温度校正方程，基于所述经转换温度值及所述共模经校正值计算温度经校正值；及
校正所述温度经校正值包括，针对所述相应的蓄电池监测循环，使用所述温度经校正应变值、所述应变校正常数及所述应变校正方程，基于所述温度经校正值计算所述经校正蓄电池电压值。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括，针对所述相应的蓄电池监测循环，将所述经校正蓄电池电压值存储在寄存器中。
13.根据权利要求9所述的方法，其中：
所述共模电压校正参数包含共模校正方程的共模增益值及共模电压值；
所述温度校正参数包含二阶或更高阶的温度校正方程的一组温度校正参数；
所述应变校正参数包含应变校正方程的应变校正常数；
校正所述经转换蓄电池电压值包括，针对所述相应的蓄电池监测循环，使用所述共模增益值、所述共模电压值及所述共模校正方程，基于所述经转换蓄电池电压值计算共模经校正值；
校正所述共模经校正值包括，针对所述相应的蓄电池监测循环，使用所述组温度校正参数及所述温度校正方程，基于所述经转换温度值及所述共模经校正值计算温度经校正值；及
校正所述温度经校正值包括，针对所述相应的蓄电池监测循环：
基于所述第一经转换应变值及所述第二经转换应变值计算温度经校正应变值，及
使用所述温度经校正应变值、所述应变校正常数及所述应变校正方程，基于所述温度经校正值计算所述经校正蓄电池电压值。
14.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括，针对所述相应的蓄电池监测循环，将所述经校正蓄电池电压值存储在寄存器中。
15.一种系统，其包括：
蓄电池；及
蓄电池监测装置，其包括：
模/数转换器ADC，其具有信号输入、参考输入及输出；
多路复用器，其具有信号输入及信号输出，所述多路复用器的所述信号输出耦合到所述ADC的所述信号输入；
电压参考电路，其具有输出、第一应变传感器、第二应变传感器及温度传感器，所述电压参考电路的所述输出耦合到所述ADC的所述参考输入，所述第一应变传感器耦合到所述多路复用器的第一信号输入，所述第二应变传感器耦合到所述多路复用器的第二信号输入，所述第一及第二应变传感器彼此正交，且所述温度传感器耦合到所述多路复用器的第三信号输入；
模拟电路，其具有输入及输出，所述模拟电路的所述输入耦合到所述蓄电池，且所述模拟电路的所述输出耦合到所述多路复用器的第四信号输入；及
数字电路，其耦合到所述ADC的所述输出，所述数字电路存储用于校正来自所述ADC的经转换蓄电池电压值的校正参数，所述校正参数包含共模电压校正参数、温度校正参数以及与所述第一及第二应变传感器相关联的应变校正参数。
16.根据权利要求15所述的系统，其中：
所述ADC经配置以：针对相应的蓄电池监测循环，转换所述多路复用器的所述信号输入的模拟信号，并在所述ADC的所述输出处提供相应的经转换值；且
所述数字电路经配置以：针对相应的蓄电池监测循环，基于所述经转换蓄电池电压值、与所述第一应变传感器相关联的第一经转换应变值、与所述第二应变传感器相关联的第二经转换应变值及与所述温度传感器相关联的经转换温度值计算经校正蓄电池电压值。
17.根据权利要求16所述的系统，其中：
所述应变校正参数包含：二阶或更高阶的第一应变温度偏移方程的第一组应变校正参数、二阶或更高阶的第二应变温度偏移方程的第二组应变校正参数、加权平均方程的一组加权参数，及二阶或更高阶的第三应变温度偏移方程的第三组应变校正参数；且
所述数字电路经配置以，针对所述相应的蓄电池监测循环：
使用所述第一组应变校正参数及所述第一应变温度偏移方程，基于所述第一经转换应变值及所述经转换温度值计算第一应变偏移值，
使用所述第二组应变校正参数及所述第二应变温度偏移方程，基于所述第二经转换应变值及所述经转换温度值计算第二应变偏移值，
使用所述组加权参数及所述加权平均方程，基于所述第一及第二应变偏移值计算总应力值，
使用所述第三组应变校正参数及所述第三应变温度偏移方程，基于所述总应力值计算温度经校正应变值，及
基于所述经转换蓄电池电压值、所述温度经校正应变值及所述经转换温度值计算所述经校正蓄电池电压值。
18.根据权利要求16所述的系统，其中：
所述共模电压校正参数包含共模校正方程的共模增益值及共模电压值；
所述温度校正参数包含二阶或更高阶的温度校正方程的一组温度校正参数；
所述应变校正参数包含应变校正方程的应变校正常数；且
所述数字电路经配置以，针对所述相应的蓄电池监测循环：
使用所述共模增益值、所述共模电压值及所述共模校正方程，基于所述经转换蓄电池电压值计算共模经校正值，
使用所述组温度校正参数及所述温度校正方程，基于所述经转换温度值及所述共模经校正值计算温度经校正值，
基于所述第一经转换应变值及所述第二经转换应变值计算温度经校正应变值，及
使用所述温度经校正应变值、所述应变校正常数及所述应变校正方程，基于所述温度经校正值计算所述经校正蓄电池电压值。
19.根据权利要求15所述的系统，其中所述数字电路经配置以，针对相应的蓄电池监测循环，使用加权平均方程，基于与所述第一应变传感器相关联的第一经转换应变值及与所述第二应变传感器相关联的第二经转换应变值计算温度经校正应变值。
20.根据权利要求15所述的系统，其中所述电压参考电路包含带隙参考。
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