CN117148217A - 开路检测器 - Google Patents
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Abstract
一个例子公开了一种开路检测器,包括:第一电流源,其被配置成在闭环电路的输出处注入电流;检测器,其被配置成监测所述闭环电路的电压;其中所述检测器被配置成指示监测到的所述电压是否超过预定阈值电压;控制器,其被配置成调节由所述第一电流源注入的所述电流;其中所述控制器被配置成在注入的所述电流引起所述电压超过所述预定阈值电压的情况下设置开路标志。
Description
技术领域
本说明书涉及用于开路检测的系统、方法、设备、装置、制品和指令。
发明内容
根据示例实施例,一种开路检测器,包括:第一电流源,其被配置成在闭环电路的输出处注入电流;检测器,其被配置成监测所述闭环电路的电压;其中所述检测器被配置成指示监测到的所述电压是否超过预定阈值电压;控制器,其被配置成调节由所述第一电流源注入的所述电流;其中所述控制器被配置成在注入的所述电流引起所述电压超过所述预定阈值电压的情况下设置开路标志。
在另一示例实施例中,所述控制器被配置成在注入所述电流之后的预定时间内在所述电压超过所述预定阈值电压的情况下设置所述开路标志。
在另一示例实施例中,由所述检测器在所述闭环电路的调节输出处监测所述电压。
在另一示例实施例中,由所述检测器在所述闭环电路内部的节点处监测所述电压。
在另一示例实施例中,所述控制器被配置成使所述第一电流源在所述闭环电路正在操作时注入所述电流。
在另一示例实施例中,所述控制器被配置成使所述第一电流源在所述闭环电路开始操作之后并且在所述闭环电路停止操作之前以多个间隔注入所述电流。
在另一示例实施例中,所述控制器被配置成基于在所述闭环电路的所述输出处汲取的负载电流而调整由所述第一电流源注入的所述电流的幅度或持续时间。
在另一示例实施例中,另外包括耦合在所述输出与地之间的电流漏极;其中所述控制器被配置成基于耦合到所述输出的外部负载电容器的放电时间来调整由所述电流漏极汲取的电流的量。
在另一示例实施例中,所述闭环电路的所述输出被配置成耦合外部电容器,所述外部电容器被配置成保持所述输出电压在预定纹波电压范围内;并且由所述电流源注入的所述电流不会使所述输出电压超过所述预定纹波电压范围。
在另一示例实施例中,所述闭环电路是包括输出驱动器和补偿电容器的电压调节器;所述补偿电容器耦合到所述输出驱动器的栅极;另外包括与所述第一电流源并联耦合的第二电流源;其中所述控制器被配置成基于所述补偿电容器的值调整由所述第二电流源注入的所述电流的持续时间或幅度。
在另一示例实施例中,所示闭环电路是电压调节器。
在另一示例实施例中,所述电压调节器是低压降(LDO)调节器。
在另一示例实施例中,所述电流是在所述电压调节器的输出引线处注入的上拉电流。
在另一示例实施例中,所述开路检测器嵌入在集成电路内。
在另一示例实施例中,所述检测器被耦合以在芯片封装的输出引脚处监测所述电压。
在另一示例实施例中,所述检测器被耦合以在芯片封装内的集成电路管芯与引线框架之间的线接合处监测所述电压。
在另一示例实施例中,由所述检测器在所述闭环电路内部的运算放大器的输出处监测所述电压。
根据示例实施例,一种开路检测器,包括:电流源,其被配置成在开环电路的输出处注入电流;检测器,其被配置成监测所述开环电路的电压;其中所述检测器被配置成指示所述电压是否超过预定阈值电压;控制器,其被配置成调节由所述电流源注入的所述电流;其中所述控制器被配置成在注入的所述电流引起所述电压超过所述预定阈值电压的情况下设置开路标志。
以上论述并非旨在表示当前或未来权利要求集的范围内的每个示例实施例或每个实施方案。以下图式和具体实施方式还举例说明了各种实施例。
结合附图考虑以下具体实施方式可以更全面地理解各种示例实施例。
附图说明
图1A表示开路检测器的第一例子。
图1B表示第一示例开路检测器的示例无障碍时序图。
图1C表示可通过第一示例开路检测器检测到的示例故障状态。
图1D表示第一示例开路检测器的第一示例故障时序图。
图2表示开路检测器的第二例子。
图3A表示第一示例开路检测器的第二示例故障时序图。
图3B表示开路检测器的第三例子。
图3C表示第三示例开路检测器的第一示例时序图。
图3D表示第三示例开路检测器的第二示例时序图。
图4表示开路检测器的第四例子。
图5表示开路检测器的第五例子。
虽然本公开容许各种修改和替代形式,但是本公开的细节已经以举例的方式在附图中示出并且将进行详细描述。然而,应理解,还可能存在除所描述的特定实施例以外的其它实施例。也涵盖属于所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物和替代实施例。
具体实施方式
集成电路管芯、芯片封装内以及芯片封装与电路板之间的开路检测对于电路的安全关闭或将更大的系统置于安全模式来说通常是必要的。
本文论述了开路检测器的各种示例实施例,所述开路检测器被配置成检测受监测电路中的各种引脚提升情况。此类电路可以包括闭环电路,例如电压调节器、低压降(LDO)调节器、功率管理集成电路(PMIC)等,以及其它电路。在一些示例实施例中,开路检测器用于检测具有弱下拉的闭环电路的引脚提升情况。
引脚提升在本文中被定义为会干扰连续性的任何情况(例如,导线断开、线接合断开、集成电路迹线断开、焊料断开、拔下装置等),无论是在集成电路内部、芯片封装内部、印刷电路板(PCB)上还是电子系统内。
此开路检测器的示例实施例使用电流源将固定电流注入到受监测电路中,并且使用检测电路来监测电路中的一个或多个节点。在一些示例实施例中,由控制器(例如状态机)周期性地注入电流,并且进行连续监测以检查操作期间、通电时、断电时、在负载下和在无负载下的任何引脚提升情况。
电流注入期间在输出引脚上产生的电压由检测器电路监测。如果存在引脚提升情况,则注入的电流将迅速上拉引脚,从而引起比较器在引脚处自动断开并标记过电压。如果情况正常,则注入的电流会被(引脚上的)负载吸收,不会产生过电压情况。
开路检测器被设计成添加到现有的电压调节器(例如LDO)上,并且不需要对电压调节器的功能或参数要求进行任何改变即可起作用。这种开路检测器不需要额外引脚。
图1A表示开路检测器的第一例子100。例子100示出了内部电路102(例如,IC、芯片、管芯等)和外部电路104(例如,PCB、负载等)
内部电路102包括闭环电路106和开路检测器,所述开路检测器包括第一电流源108、检测器110和控制器112(例如数字状态机)。在此例子中,外部电路104包括外部输出电容器(Cout)和负载电流(Iload)。对于闭环电路106是电压调节器(例如LDO)的示例实施例,外部输出电容器支持快速瞬态负载并且为电压调节器提供DC稳定性。
开路检测器通过控制器112闭合开关S1并由此在闭环电路106(例如电压调节器)的输出引脚114处周期性地注入电流Ipu来起作用。Ipu由数字控制开关S1的控制器112周期性地注入。
检测器110监测输出引脚114处的电压,并将所述电压与预定阈值电压进行比较,如果在Ipu电流注入期间所述电压超过预定阈值电压,则设置OV标志116。
在各种示例实施例中,闭环电路106可以是具有从电源Vin_ldo提供(source)电流的能力的任何线性调节器(PMOS或NMOS)。电源电压Vin_op_amp和Vin_ldo可以相同,也可以不相同,这取决于闭环电路106的架构,并且这对开路检测器的工作没有影响。
对于示例电压调节器实施例,Vin_cs是大于电压调节器的调节输出电压的电压。Vin_cs可以连接到此芯片上的最高电源,或者可以连接到Vin_ldo。如果Vin_ldo被短接到Vin_cs,则电流源Ipu的净空要求会变小。如果Vin_cs连接到较高电源电压,则可能需要对于相同的电流密度占据更多电路区域的高电压装置。
S1是由控制器112数字控制的具有低Rdson的开关。这种控制的时序(Tperiod)由Cout上允许的可接受的波纹和故障检测的采样时间(Ton)决定。例如,对于3.3V/5V输出允许的5mV纹波,在5ms内检测到引脚提升故障,可以使用80μs的Ton和2ms的Tperiod。
开路检测器至少具有两种操作模式(例如,正常无故障模式和引脚提升故障模式)。
在电压调节器的正常无故障操作中,注入的电流Ipu将被负载(Iload)吸收或者通过外部电容器(Cout)积分,这取决于负载的值。对于轻负载情况,周期性注入的电流Ipu在外部电容器的输出电压上引起输出纹波。这种纹波相对较小,并且在电压调节器的可接受精度范围内。
但是,在引脚提升故障操作期间,外部电容器(Cout)和负载(Iload)断开。周期性注入的电流Ipu立即上拉电压调节器的输出。检测到这种过电压以产生OV标志116,以向控制器112通知已经发生故障。虽然图1A的例子示出了通过检测输出引脚114处的过电压来设置OV标志116,但在其它示例实施例中,可以替代地监测闭环电路106内部的不同电压。
图1B表示第一示例100开路检测器的示例无障碍时序图120。示出的是当在输出引脚114处注入电流时具有Tperiod和Ton时间的开关S1状态。Cout电压由检测器110监测,并且与输出引脚114处的电压相同。基于不会违反应用程序设计规则的应用程序,还会示出“可接受的纹波”。
V1是预定阈值电压,如果在Ton电流注入期间超过预定阈值电压,则设置OV标志116。在正常模式期间,V1的值由Vout+((Ipu/Cout)*Ton)给出。此计算假设外部负载电流(Iload)为0A,当考虑可接受的电压纹波设计规范时,这是最坏的情况。如果外部负载电流充分大于Ipu,则Ipu将被负载吸收,并且纹波变得甚至小于V1。
Tdis_chg由Ileakage确定。Ileakage对连接到闭环电路106的输出的内部电阻器分压器和/或其它电流泄漏路径进行建模。这些电阻器可以提供以下功能,包括但不限于输出电压检测、反馈稳定性、对ADC的输出电压进行采样。
图1C表示可通过第一示例100开路检测器检测到的示例故障状态130。除了开路(例如引脚提升)事件132之外,这种示例故障状态130中的电路与示例100相同。
图1D表示第一开路检测器的第一示例故障时序图140。当引脚提升事件132发生时(参见图1C),电容器Cout与闭环电路106的输出断开。因此,当开关S1被控制器112闭合时,则在引脚提升事件132发生之后,电流Ipu将闭环电路106的输出电压拉动到高于过电压检测阈值。这种过电压情况由检测器110检测,所述检测器110接着在数字滤波之后设置OV标志116(例如指示符)。在此示例实施例中,Ipu足够大以克服泄漏电流Ileakage。注意,由于外部负载或其它泄漏,Cout电压会随时间衰减。
图2表示开路检测器的第二例子200。除了添加电流漏极202之外,第二例子200与第一例子100基本上相同。第二例子200中仍然存在闭环电路106、第一电流源108、检测器110和控制器112,但为了增加清晰度,这里未标记出。
开路检测器的第二例子200适用于闭环电路106的值Tdis_chg(参见图1B)大于Toff(即Tperiod期间不包括Ton的时间)的示例实施例。在此类示例实施例中,电容器Cout在注入下一个电流脉冲之前没有被充分放电。如果Ileakage相对较小,就会发生这种情况。
为了辅助放电,添加具有漏极电流Ipd和开关S2的电流漏极202以提供更快地对Cout进行放电。开关S2也由控制器112控制。
图3A表示第一示例100开路检测器的第二示例故障时序图300。用于环路稳定性的线性电压调节器通常通过连接到调节器输出驱动器栅极的内部电容器(Ccomp)进行补偿(如图1A所示)。内部电容器Ccomp的值通常比Cout小5至6个数量级。
然而,在开路(例如引脚提升)事件132期间,闭环电路106中的补偿电容器(Ccomp)可能需要由电流源Ipu进行充电。如果电流Ipu不够大,补偿电容器(Ccomp)将需要更长的时间来充电,并且闭环电路106的输出电压可能不会在Ton内触发过电压标志,如图3A所示。如果在故障模式期间简单地增加Ipu以更快地对内部补偿电容器(Ccomp)进行充电,则可能会违反正常模式期间对可接受的纹波的设计约束(参见图1B)。图3B示出了这个问题的示例解决方案。
图3B表示开路检测器的第三例子310。除了添加第二电流源312(Icomp)和标识输出驱动器314之外,第三例子310与第一例子100基本上相同。第三例子310中仍然存在闭环电路106、第一电流源108、检测器110和控制器112,但为了增加清晰度,这里未标记出。第二电流源312(Icomp)由控制器112通过第三开关S3激活以克服这个问题,并且与具有电流(Ipu)和开关(S1)的第一电流源108并联切换,以在Ton时间的至少一部分内更快地对补偿电容器(Ccomp)进行充电。
图3C表示第三示例310开路检测器的第一示例时序图320。第一示例时序图320示出了第三示例310开路检测器的各种波形,包括示出了在通过第二电流源312(Icomp)注入辅助电流的情况下的OV(过电压)持续时间。
图3D表示第三示例310开路检测器的第二示例时序图330。第二示例时序图330示出了第三示例310开路检测器的各种波形,包括示出了在没有通过第二电流源312(Icomp)注入辅助电流的情况下的OV(过电压)持续时间。
图4表示开路检测器的第四例子400。第四例子400是开路检测器的第一例子100的示例实施版本。此示例实施版本被配置成检测Vout处的过电压和欠电压。I泄漏被建模为电阻器R1-2和R3-5。
图5表示开路检测器的第五例子500。开路检测器的第五例子500包括闭环电路502和开路检测器。开路检测器包括电流源504、检测器506和控制器508。检测器506监测输出引脚510处的电压,并将所述电压与预定阈值电压进行比较,如果在电流源504注入Ipu电流期间所述电压超过预定阈值电压,则设置OV标志512。
存在于闭环电路502(例如,线性电压调节器)中的运算放大器可以用作比较器来检测引脚提升事件。当引脚提升发生时,线性调节器的栅极开始断开闭环电路502的输出FET。监测栅极电压以设置OV标志512(例如指示符)。
晶体管M1是PMOS,其中PMOS的栅极联接到闭环电路502的输出FET的栅极。M1的源极和输出FET还被短接在一起。使用电流源Ibias对M1进行偏置。M1和电流源Ibias基本形成了内部比较器。
在引脚提升事件期间,栅极被拉下,接通M1并上拉其漏极。检测器506中的电平移位器用于在将标志发送到控制器508之前将此电压电平移位到数字电源。
开路检测器的第五例子500的优点是不需要常规的双输入比较器。然而,检测速度取决于闭环电路106内的gm、偏置电流和内部补偿电容器。
除非明确地陈述具体次序,否则可按任何次序执行在以上图中论述的各种指令和/或操作步骤。而且,本领域的技术人员将认识到,虽然已经论述一个示例指令集/方法,但是在本说明书中的材料可以多种方式组合从而还产生其它例子,并且应在此详细描述提供的上下文内来进行理解。
在一些示例实施例中,这些指令/步骤实施为功能和软件指令。在其它实施例中,指令可以使用逻辑门、专用芯片、固件以及其它硬件形式实施。
当指令实施为非暂时性计算机可读或计算机可用介质中的可执行指令集时,这些指令在编程有所述可执行指令且受所述可执行指令控制的计算机或机器上实现。所述指令被加载用于在处理器(例如,一个或多个CPU)上执行。所述处理器包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统(包括一个或多个微处理器或微控制器)或其它控制或计算装置。处理器可以指代单个组件或指代多个组件。所述计算机可读或计算机可用存储介质被视为物品(或制品)的一部分。物品或制品可指代任何制造的单个组件或多个组件。如本文所限定的非暂时性机器或计算机可用介质不包括信号,但此类介质可能能够接收并且处理来自信号和/或其它暂时性介质的信息。
将容易理解,如本文中大体描述且在附图中示出的实施例的组件可以以各种不同配置来布置和设计。因此,以下如图中所表示的各种实施例的更详细描述并非旨在限制本公开的范围,而仅仅是表示各种实施例。虽然在图式中呈现了实施例的各个方面,但除非特别地指示,否则图式未必按比例绘制。
在不脱离其精神或基本特性的情况下,可以其它具体形式体现本发明。所描述的实施例在所有方面都应被视为仅是说明性的而非限制性的。因此,本发明的范围由所附权利要求书指示,而非由此具体实施方式指示。存在于权利要求的等同含义和范围内的所有变化都将包涵在所述权利要求的范围内。
本说明书通篇对特性、优点或类似语言的引用并不暗示可通过本发明实现的所有特性和优点应在或在本发明的任何单一实施例中。实际上,涉及特征和优点的语言应理解成意指结合实施例描述的具体特征、优点或特性是包括在本发明的至少一个实施例中的。因此,本说明书通篇对特征和优点以及类似语言的讨论可能但不一定都指相同实施例。
此外,本发明的所描述的特征、优点和特性可以任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。鉴于本文中的描述,相关领域的技术人员应认识到,本发明可以在没有特定实施例的具体特征或优点中的一个或多个特征或优点的情况下实践。在其它情况下,可在某些实施例中辨识出可能不存在于本发明的所有实施例中的额外特征和优点。
本说明书通篇对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的引用意味着结合所指示实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此,本说明书通篇的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可以但未必全部指的是同一实施例。
Claims (10)
1.一种开路检测器,其特征在于,包括:
第一电流源,其被配置成在闭环电路的输出处注入电流;
检测器,其被配置成监测所述闭环电路的电压;
其中所述检测器被配置成指示监测到的所述电压是否超过预定阈值电压;
控制器,其被配置成调节由所述第一电流源注入的所述电流;
其中所述控制器被配置成在注入的所述电流引起所述电压超过所述预定阈值电压的情况下设置开路标志。
2.根据权利要求1所述的检测器,其特征在于:
所述控制器被配置成在注入所述电流之后的预定时间内在所述电压超过所述预定阈值电压的情况下设置所述开路标志。
3.根据权利要求1所述的检测器,其特征在于:
由所述检测器在所述闭环电路的调节输出处或在所述闭环电路内部的节点处监测所述电压。
4.根据权利要求1所述的检测器,其特征在于:
所述控制器被配置成使所述第一电流源在所述闭环电路正在操作时注入所述电流。
5.根据权利要求1所述的检测器,其特征在于:
所述控制器被配置成使所述第一电流源在所述闭环电路开始操作之后并且在所述闭环电路停止操作之前以多个间隔注入所述电流。
6.根据权利要求1所述的检测器,其特征在于:
所述控制器被配置成基于在所述闭环电路的所述输出处汲取的负载电流而调整由所述第一电流源注入的所述电流的幅度或持续时间。
7.根据权利要求1所述的检测器,其特征在于:
另外包括耦合在所述输出与地之间的电流漏极;
其中所述控制器被配置成基于耦合到所述输出的外部负载电容器的放电时间来调整由所述电流漏极汲取的电流的量。
8.根据权利要求1所述的检测器,其特征在于:
所述闭环电路的所述输出被配置成耦合外部电容器,所述外部电容器被配置成保持所述输出电压在预定纹波电压范围内;并且
其中由所述电流源注入的所述电流不会使所述输出电压超过所述预定纹波电压范围。
9.根据权利要求1所述的检测器,其特征在于:
所述闭环电路是包括输出驱动器和补偿电容器的电压调节器;
其中所述补偿电容器耦合到所述输出驱动器的栅极;
另外包括与所述第一电流源并联耦合的第二电流源;
其中所述控制器被配置成基于所述补偿电容器的值调整由所述第二电流源注入的所述电流的持续时间或幅度。
10.一种开路检测器,其特征在于,包括:
电流源,其被配置成在开环电路的输出处注入电流;
检测器,其被配置成监测所述开环电路的电压;
其中所述检测器被配置成指示所述电压是否超过预定阈值电压;
控制器,其被配置成调节由所述电流源注入的所述电流;
其中所述控制器被配置成在注入的所述电流引起所述电压超过所述预定阈值电压的情况下设置开路标志。
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