CN217007574U - 提高金属氧化物场效应管电流测量精度的电路 - Google Patents

Abstract

提供了提高金属氧化物场效应管电流测量精度的电路。所提供的电子设备的电流测量电路，包括一个或多个开关、具有指定阻值的第一电阻、具有指定阻值的第二电阻与电源管理集成电路；所述一个或多个开关与所述第二电阻串联；所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的第一端耦合到所述电子设备的电源输入引脚与所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端耦合所述电源管理集成电路的第一电压测量引脚；所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的第二端耦合到所述电源管理集成电路的第二电压测量引脚。

Description

提高金属氧化物场效应管电流测量精度的电路

技术领域

本申请涉及提高金属氧化物场效应管(MOSFET，Metal-Oxide SemiconductorField Effect Transistor)电流测量精度的电路。

背景技术

现代电子设备对功耗的管理需求日益提升。为了获得电子设备的功耗P，通常通过测量电子设备电源输入端的电压U与电流I，利用P＝U*I来获得功耗P。从而，电压U与电流I的测量精度直接影响了功耗P的测量精度。以存储设备为例，服务器中可被同时部署多块(例如几十)固态硬盘。若单块存储设备的功耗测量误差为5％，服务器中的多块存储设备的累积的功耗误差可达数十瓦甚至更多。这将容易引起服务器的整体功耗超出额定值而引起故障。

存储设备还包括电源管理装置，用于为存储设备的各个部件提供电力。图1A展示了作为集成电路的电源管理装置。图1A展示的电源管理集成电路的Vin引脚接收外部供电，并通过SW引脚提供例如3.3V的电力，通过FB引脚接收对供电电压的反馈信号，以自适应地调节SW引脚的输出电压使输出电压稳定在指定值(例如，3.3V)，图1A展示的电源管理集成电路的PG信号指示当前供电是否正常。

图1B展示了另一种电源管理集成电路。图1B展示的电源集成电路的Vin引脚接收外部供电，包括多路电源输出(Vout1与Vout2)。以一路电源输出Vout1为例，电源管理集成电路的LX1引脚提供电力，而通过FB1引脚接收对LX1引脚提供的供电电压的反馈信号，以自适应地调节LX1引脚的输出电压。图1B展示的电源管理集成电路还包括控制器(未示出)，控制器可被编程来执行多种程序，以控制GPIO引脚(通用输入输出引脚)，以及控制各路电源输出的开启/切断及其时机。图1B展示的电源管理集成电路还包括一个或多个数字模拟转换器/模拟数字转换器，控制器通过模拟数字转换器/数字模拟转换器采集或监控外部信号，例如，采集Vin引脚上的电压/电流值，以计算功率，或者采集环境温度等。控制器还通过串口(UART)、I2C等接口同外部设备通信。

实用新型内容

需要利用电源管理集成电路测量电子设备的功耗。在采用电源管理集成电路的电子设备中，电源管理集成电路的输入功率，即为电子设备的功率。而电源管理集成电路的输入功率，可通过Vin引脚(以图1B为例)的电压乘以耦合到Vin引脚的引线的电流和来得到。电源管理集成电路能够容易地得到Vin引脚的电压，其对电压的测量的精度通常满足功耗测量的需求。然而，获得高精度的电流测量结果是困难的。电源管理集成电路可以自带电流测量电路，但其测量精度较差，误差可达10％甚至更高。电流的测量还受到温度的影响。可以理解的，电子设备工作时产生的热量以及所处的服务器机箱环境，通常要承受50摄氏度左右的温度，并且环境温度随电子设备的工作状态，其所在服务器及其其他部件的工作状态而发生显著变化。而温度还会影响电子设备中导体的电阻，从而进一步影响对电流的测量精度。并且，大规模生产和部署的电子产品对成本也有严苛的要求。高精度的电流测量装置也会引入额外的成本，使得电子设备的竞争力降低。

因而，为了解决上述多种问题的一种或多种，需要改进电子设备的电流测量电路，来满足电流测量精度，以及复杂度、成本等一个或多方面需求。

根据本申请的第一方面，提供了根据本申请的第一方面的第一电子设备的电流测量电路，包括一个或多个开关、具有指定阻值的第一电阻、具有指定阻值的第二电阻与电源管理集成电路；所述一个或多个开关与所述第二电阻串联；所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的第一端耦合到所述电子设备的电源输入引脚与所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端耦合所述电源管理集成电路的第一电压测量引脚；所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的第二端耦合到所述电源管理集成电路的第二电压测量引脚；所述电源管理集成电路还耦合到所述一个或多个开关各自的控制端。

根据本申请的第一方面的第一电流测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第二电流测量电路，其中所述电源管理集成电路通过所述第一电压测量引脚与所述第二电压测量引脚测量所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的第一端与第二端之间的电压。

根据本申请的第一方面的第一或第二电流测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第三电流测量电路，还包括临近于所述一个或多个开关而设置的温度传感器，所述电源管理集成电路耦合到所述温度传感器以获得所述温度传感器测量的温度。

根据本申请的第一方面的第一至第三电流测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第四电流测量电路，其中所述一个或多个开关各自是MOSFET，所述开关的控制端是所述MOSFET的栅极。

根据本申请的第一方面的第四电流测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第五电流测量电路，其中所述第二电阻的阻值同所述MOSFET的导通电阻(RDSon)的阻值接近，其插值小于指定阈值；所述第一电阻的阻值远大于所述MOSFET的导通电阻(RDSon)的阻值。

根据本申请的第一方面的第五电流测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第六电流测量电路，其中所述第一电阻的阻值是10欧姆量级，所述第二电阻的阻值是10毫欧姆量级。

根据本申请的第一方面的第一至第六电流测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第七电流测量电路，其中流经所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的电流是所述电子设备的工作电流，所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的第二端耦合所述电子设备的负载。

根据本申请的第一方面的第一至第六电流测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第八电流测量电路，其中流经所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的电流是所述电子设备的工作电流，所述电源管理集成电路为所述电子设备的负载供电，所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的第二端耦合不直接耦合所述负载。

根据本申请的第一方面的第一至第八电流测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第九电流测量电路，其中所述电源管理集成电路通过所述第一电压测量引脚与所述第二电压测量引脚测量电压△V，通过温度传感器测量温度T，获取记录的参数k与温度T0时所述一个或多个开关的导通电阻的阻值RDSon(T0)，以及所述第二电阻的阻值Rs，计算所述温度T时所述一个或多个开关的导通电阻的阻值RDSon(T)，以及根据电压△V除以所述温度T时所述一个或多个开关的导通电阻的阻值RDSon(T)与所述第二电阻的阻值Rs的和来得到流经所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的电流。

根据本申请的第一方面的第一至第八电流测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第九电流测量电路，其中，根据RDSon(T)＝RDSon(T0)*(1+(T-T0)*k)得到所述温度T时所述一个或多个开关的导通电阻的阻值RDSon(T)。

根据本申请的第一方面的第一至第九电流测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第十电流测量电路，还包括：扩展卡，所述扩展卡耦合所述电子设备的接口；所述扩展卡通过所述电子设备的接口向所述电子设备的电源输入引脚提供电力。

根据本申请的第一方面的第一至第十电流测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第十一电流测量电路，其中所述扩展卡包括第一接口与第二接口，所述第一接口耦合所述电子设备的接口，所述第二接口耦合计算机或服务器的接口。

根据本申请的第一方面的第十一电流测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第十二电流测量电路，其中所述扩展卡还包括电流测量单元，所述电流测量单元测量通过所述电子设备的接口向所述电子设备的电源输入引脚提供电力的电流。

根据本申请的第一方面的第十二电流测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第十三电流测量电路，其中所述扩展卡通过所述电子设备的接口向所述电子设备的电源输入引脚提供电力使得所述电子设备工作在一种或多种功耗稳定的状态。

根据本申请的第一方面的第十至第十三电流测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第十四电流测量电路，其中根据所述电子设备测量的温度、所述电源管理集成电路通过所述第一电压测量引脚与所述第二电压测量引脚测量电压△V与所述扩展卡的电流测量单元测量的电流，计算在温度T0时所述一个或多个开关的导通电阻的阻值，以及用于所述一个或多个开关的导通电阻的参数k。

根据本申请的第一方面的第十四电流测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第十五电流测量电路，其中根据多组所述电子设备测量的温度、所述电源管理集成电路通过所述第一电压测量引脚与所述第二电压测量引脚测量电压△V与所述扩展卡的电流测量单元测量的电流，计算在温度T0时所述一个或多个开关的导通电阻的阻值，以及用于所述一个或多个开关的导通电阻的参数k。

根据本申请的第一方面的第十至第十五电流测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第十六电流测量电路，其中所述电子设备还包括NVM芯片与DRAM，所述电源管理集成电路还耦合到所述NVM芯片与所述DRAM，并为所述NVM芯片与所述DRAM提供电力。

根据本申请的第一方面的第十至第十六电流测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第十七电流测量电路，还包括电阻；所述电源管理集成电路的第二电压测量引脚是所述电源管理集成电路的电源输入引脚。

根据本申请的第二方面，提供了根据本申请第二方面的第一用于电子设备的电流测量方法，包括；获取串联的一个或多个开关与电阻两端的电压△V；获取所述电子设备的工作现场温度T；获取所记录的参数k、温度T0时所述一个或多个开关的导通电阻RDSon(T0)以及所述电阻的阻值Rs；根据△V/(RDSon(T0)*(1+(T-T0)*k)+Rs)获得要测量的电流。

根据本申请第二方面的第一电流测量方法，提供了根据本申请第二方面的第二电流测量方法，其中，根据电压△V除以温度T时所述一个或多个开关的各自导通电阻与所述电阻的阻值Rs的和，得到要测量的电流。

根据本申请第二方面的第一或第二电流测量方法，提供了根据本申请第二方面的第三电流测量方法，还包括：在所述电子设备的生产线上，获取所记录的参数k、温度T0时所述一个或多个开关各自的导通电阻RDSon(T0)，并记录在所述电子设备中。

根据本申请第二方面的第三电流测量方法，提供了根据本申请第二方面的第四电流测量方法，其中，在所述电子设备的生产线上，由连接到所述电子设备的扩展卡测量提供给所述电子设备的电流，由所述电子设备测量温度与串联的一个或多个开关与电阻两端的电压，根据串联的一个或多个开关与电阻两端的电压除以扩展卡测量提供给所述电子设备的电流，再减去所述电阻的阻值得到所述电子设备测量的温度下所述一个或多个开关的导通电阻的阻值。

根据本申请第二方面的第四电流测量方法，提供了根据本申请第二方面的第五电流测量方法，其中，在所述电子设备的生产线上，使所述电子设备工作在多个功耗稳定状态，在每个功耗稳定状态，由连接到所述电子设备的扩展卡测量提供给所述电子设备的电流，由所述电子设备测量温度与串联的一个或多个开关与电阻两端的电压，并根据每个功耗稳定状态测量的多组扩展卡测量提供给所述电子设备的电流、由所述电子设备测量温度与串联的一个或多个开关与电阻两端的电压，得到参数k与温度T0时所述一个或多个开关各自的导通电阻RDSon(T0)。

根据本申请第二方面的第一至第四电流测量方法之一，提供了根据本申请第二方面的第五电流测量方法，还包括：对多个获得的电流测量值求统计值得到要测量的电流。

根据本申请第二方面的第一至第五电流测量方法之一，提供了根据本申请第二方面的第六电流测量方法，其中所述电子设备包括根据本申请第一方面的第一到第十七电流测量电路之一。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A展示了作为集成电路的电源管理装置。

图1B展示了另一种电源管理集成电路。

图2展示了根据本申请实施例的电子设备的电流测量装置的示意图。

图3展示了根据本申请又一实施例的电子设备的电流测量装置的示意图。

图4展示了根据本申请再一实施例的电子设备的电流测量装置的示意图。

图5展示了根据本申请实施例的电流测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图2展示了根据本申请实施例的电子设备的电流测量装置的示意图。在电子设备中布置电源管理集成电路210。电源管理集成电路210用于为电子设备的各个部件提供电路。作为举例，电子设备包括控制部件、一个或多个NVM芯片220、一个或多个DRAM 230与接口240等。接口240用于将电子设备耦合到计算机、服务器或其他设备。电子设备通过接口240获得电力。

可选地，电源管理集成电路210还包括一个或多个数字模拟转换器/模拟数字转换器，控制器通过模拟数字转换器/数字模拟转换器采集或监控外部信号，例如，采集Vin引脚上的电压/电流值，以计算功率，或者采集环境温度等。

电源管理集成电路210包括多个电源输入引脚(Vin1与Vin2)，与多个输出电力的供电通道(CH1、CH2、……CH4)。作为举例，电源输入引脚(Vin2)耦合到电子设备接口240，从而获取从接口240为电子设备提供的电力。在图2的例子中，从接口240提供的电力是12V。从接口250提供的电力通过开关260耦合到电源输入引脚Vin2。为了清楚地目的，图2中，电源输入引脚Vin1未被使用。可选地，还将接口240提供的电力通过变压电路产生其他电压值的电力并耦合到电源输入引脚Vin2。依然可选地，接口240提供两路或更多路电力，分别耦合到电源管理集成电路的各电源输入引脚。依然作为举例，在电子设备是采用U.2标准接口的存储设备时，电源管理集成电路210从接口240获取单一的12V电力；在电子设备是采用M.2标准接口的存储设备时，电源管理集成电路210从接口240获取单一的3.3V电力。

作为举例，开关260是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。电源管理集成电路210的Vin2_EN引脚连接到开关260的控制端，以控制开关260的断开或导通。

电子设备的各部件(例如控制部件、NVM芯片220、DRAM 230等)各自需要一个或多个电力供应。NVM芯片220需要被提供用于存储单元阵列的电力(记为V1)，用于IO接口的电力(记为Vp)，以及可选地附加电力(记为Vpp)。DRAM230需要被提供用于存储单元阵列的电力(记为V1)，用于IO接口的电力(记为Vp)，以及可选地附加电力(记为Vpp)。控制部件需要被提供用于核心电路的电力(记为VDD)，用于耦合NVM芯片220的IO接口的电力，以及用于耦合DRAM230的IO接口的电力，以及可选地用于其GPIO引脚的电力。

电源管理集成电路210的各供电通道被例如通过编程来设置输出电压的规格，并耦合到各自的部件的电力供应引脚。电源管理集成电路210的供电通道CH1用于为控制部件提供用于核心电路的电力(VDD)。供电通道CH2用于为控制部件提供用于其GPIO引脚的电力。供电通道CH3用于为NVM芯片220提供用于存储单元阵列的电力(V1)。供电通道CH4用于为DRAM230提供用于存储单元阵列的电力(V1)。可选地，电源管理集成电路210还包括附加的供电通道，用于为例如存储电子的备用电源的充电提供电力。可以理解地，电源管理电路210的各供电通道与存储设备的各部件的耦合方式可以改变，例如用供电通道CH1用于为控制部件提供用于其GPIO引脚的电力，而用供电通道CH2用于为控制部件提供用于核心电路的电力(VDD)。

将接口240的向电源管理集成电路210提供电力的引脚称为Vin。引脚Vin提供的电力被耦合到开关260的输入端，而开关260的输出端被耦合到电源管理单元210的电源输入引脚Vin2。电源管理集成电路210还包括模拟数字转换器(ADC，Analog-DigitalConverter)212，用于采集引脚Vin的电压(记为V1)以及电源输入引脚Vin2的电压(记为V2)，从而△V＝V1-V2得到在开关260上的电压降。ADC212采集的电压具有相对高的精度。

开关260在导通时的电阻称为导通电阻(记为RDSon)。由于导通电阻RDSon的存在，在开关260导通时，流经其的电流使得在开关260的输入端与输出端形成电压降(△V＝V1-V2)。而对于指定的开关260在指定的条件(例如温度)下，其RDSon是已知的，从而根据△V/RDSon得到通过开关260提供给电源管理集成电路210的电流I，以及根据I*V1得到通过接口450提供给电子设备的功耗。

在可选的实施例中，开关260包括串联的两个MOSFET。每个MOSFET具有相同或不同的导通电阻RDSon。以构成开关260的两个MOSFET具有相同的导通电阻为例，通过开关260提供给电源管理集成电路210的电流I＝△V/(2*RDSon)。

然而，随着电子设备被大规模生产，发明人注意到开关260的导通电阻RDSon的一致性与波动性影响了用上述方式测量电子设备功耗的精度。开关260的导通电阻RDSon的数值在几毫欧～几十毫欧，而在大批量的多个开关260中，其导通电阻RDSon的数值的差异可达到其阻值的40％(体现了一致性)，并且导通电阻RDSon的数值随着温度也有较明显变化(体现了波动性)。这影响了电流以及功耗测量的精度。

继续参看图2，根据本申请的实施例，可选地，在开关260与电源输入引脚Vin2之间，串接具有已知阻值的电阻262(记为电阻R262，R也代表了其阻值)。电阻R262的阻值具有相对高的一致性，相对于开关260的导通电阻RDSon。选择电阻R262的阻值为开关260的导通电阻RDSon的若干倍，例如3倍。通过串联开关260与电阻R262，使得从引脚Vin到电源输入引脚Vin2的通路上的电阻变为RDSon+R，由于电阻R具有较好的一致性，使得电阻RDSon+R相对于电阻RDSon，具有更高的一致性，从而降低了因电阻RDSon的一致性不佳给功率测量精度带来的负面影响。另一方面，电阻R 262位于电子设备的供电通路上，其上流过了较大的电流，也不选择阻值更大的电阻R262，以降低电阻R262对电能的消耗。可选地，电阻R 262是高精度电阻。相对于通常的电阻，高精度电阻具有相对高的成本，但相对电子设备整体，高精度电子引入的额外成本相对于电子设备的成本的占比又较低。

从而，模拟数字转换器(ADC，Analog-DigitalConverter)212采集引脚Vin的电压(记为V1)以及电源输入引脚Vin2的电压(记为V2)，从而△V＝V1-V2得到在串联的开关260与电阻R262上的电压降。而将串联的开关260与电阻R262的组织记为R0＝RDSon+R，以及根据△V/R0得到通过开关260提供给电源管理集成电路210的电流I，以及根据I*V1得到通过接口250提供给电子设备的功耗。由于电阻R0相对于开关260的导通电阻RDSon的一致性与波动性更好，这样测量出的电流与功耗具有更好的精度。

进一步地，努力消除开关260的导通电阻RDSon的一致性带来的影响。根据本申请的实施例，还提供扩展卡280，用于在生产过程中在生产线上测量所生产的各个电子设备的开关260的导通电阻RDSon。扩展卡280包括MCU(微控制器，Micro-ControllerUnit)与电流测量单元284。扩展卡280也包括接口(未示出)用于桥接电子设备的接口240与接口250所本应连接的计算机、服务器或其他电子设备的接口(记为接口286)。电流测量单元284是例如电流计INA219(从http://www.ti.com.cn/product/cn/INA219/technicaldocuments可获得电流计INA219)。

接口286提供的电力通过电流测量单元284被提供到接口240，并进而被提供到开关260的输入端。承载电源管理集成电路210与接口240的电子设备不包括扩展卡280。扩展卡280在例如生产电子设备的生产线上被连接到接口240与接口286以测量开关260的RDSon。从而单一的扩展卡280能够服务于多个所生产的电子设备。因而在扩展卡280上设置电流测量单元284而不会显著增加电子设备的总体获得成本。

可以理解地，除了在生产线上使用扩展卡280，在电子设备的研发过程中，也可以使用扩展卡280来测量电子设备的功耗。以及扩展卡280桥接了接口250与接口286，并得以获得在接口280上传输的所有其他信号。

在生产线上，扩展卡280耦合接口286，以及对每个被制造出来的电子设备，将电子设备的接口240耦合到扩展卡280。扩展卡280将来自接口286的电力通过接口240提供给电子设备，以使得电子设备工作。扩展卡280的MCU282读出电流测量单元284所测量到的电流，该电流也是扩展卡提供给接口240的供电电流，也即流经开关260的电流(记为I0)。可选地，扩展卡280被耦合到测试用计算机，测试用计算机从MCU282或电流测量单元284获得电流测量值(I0)。由于是串联关系，电流I0也为开关260导通时流经开关260的电流值。

依然在生产线上，在通过电流测量单元284获得电流测量值I0的同时(或临近时刻，记为t0时刻)，电子设备的电源管理集成电路210采集引脚Vin的电压(记为V1)，以及电源输入引脚Vin2的电压(记为V2)，从而△V＝V1-V2得到在串联的开关260与电阻R262上的电压降。进而，根据I0＝△V/R0得到开关260的导通电阻RDSon，其中R0＝RDSon+R，R为电阻262的阻值。将得到的开关260的导通电阻的阻值RDSon记录在电子设备中，从而在离开生产线后，电子设备工作过程中，根据△V/R0＝△V/(RDSon+R)得到提供给电子设备的电流，以及V1*△V/R0＝V1*△V/(RDSon+R)得到电子设备的功率。

依然可选地，在生产线上扩展卡280可能存在测量开关260的导通电阻失败的情况，在此情况下在电子设备中记录开关260的导通电阻RDSon的默认值，例如14毫欧。依然可选地，扩展卡280也适用于电子设备不包括电阻R262的情形，从而根据测量的电流值I0＝△V/RDSon，得到开关260的导通电阻。

依然进一步地，电子设备上还设置有温度传感器264，用于测量所在位置的温度。电源管理集成电路210还采集温度传感器264测量的温度值(记为T)。

在t0时刻(或临近时刻)，电源管理集成电路210获得温度传感器264采集到的温度值(记为T0)。从而将根据I0(T0)＝△V/R0(T0)得到的开关260的导通电阻记为RDSon(T0)，其为在温度T0下的导通电阻的阻值，其中I0(T0)是在温度T0下测量的电流，R0(T0)＝R(T0)+RDSon(T0),R0(T0)是在温度T0下导通电阻RDSon与电阻R262串联的阻值。可选地，认为电阻R262的阻值在电子设备的工作温度范围内基本不变化(其变化幅度远小于开关260的导通电阻RDSon随温度的变化幅度)，从而认为R(T0)＝R，以及R0(T0)＝R+RDSon(T0)。

将温度传感器264设置为紧邻开关260，以使得温度传感器264测量的温度T0尽量接近开关260的温度或MSOFET的结(Junction)温(记为Tj)。

可以理解地，由于温度传感器264与开关260各自具有体积，使得温度传感器264与开关260存在空间上的距离(记为L)，L存在使得开关260的结温Tj不同于温度传感器264采集的温度T。然而，由于温度传感器264被紧邻开关260放置，从而距离L的数值不大，使得温度传感器264测量的温度T同开关260的结温Tj差距较小，用温度T替代结温Tj不会对功率测量引入过大的误差。依然进一步地，结温Tj与温度传感器264测量的温度T的差异还依赖于从开关260的结(Junction)到温度传感器264的热阻(记为Rth)与开关260的结所消耗的功耗。热阻Rth与距离L有关。由于距离L较小，因而热阻Rth的数值也较小(约5～10)。开关260的结的功耗来源于电流I0流经开关260的导通电阻RDSon所产生的热，而导通电阻RDSon的数值较小(若干毫欧)，电流I0的数值在1安培左右或不超过10安培。这使得由从开关260的结(Junction)到温度传感器264的热阻(记为Rth)与开关260的结所消耗的功耗带来的结温Tj与温度传感器264测量的温度T的差异不大(约0.006～0.18摄氏度)。作为对照，电子设备工作状态下，温度传感器测量的温度T的取值约为20-80摄氏度。从而在根据本申请的一个实施例中，在测量电子设备的功耗中，可忽略结温Tj与温度传感器264测量的温度T的差异。

在生产线上，t0时刻，测量得到温度传感器的温度T0，以及开关260的导通电阻阻值为RDSon(T0)。将T0与RDSon(T0)相关联地记录在电路设备中。在离开生产线后，电子设备工作过程中，测量电压V1与△V时(t时刻)，一并得到温度传感器提供的温度Tt，而在温度Tt条件下电阻R0的阻值R0(Tt)＝f(R0(T0),Tt-T0)，其中R0(T0)是在生产线上测量出来的温度T0条件下，开关260的导通电阻RDson与电阻R262串联电阻R0的阻值，而f(R0(T0),Tt-T0)则是已知的电阻R0随温度变化的函数。从而根据V1*△V/R0＝V1*△V/(RDSon+R)得到电子设备在tt时刻的功耗为V1*△V/f(R0(T0),Tt-T0)。

作为另一个例子，用经验公式简化R0(Tt)＝f(R0(T0),Tt-T0)。电子设备的通常工作温度为25-120摄氏度。在该温度范围内，R0(Tt)＝RDson(T0)*(1+(Tt-T0)*k)+R，其中k取0.001～0.01，R是电阻262的阻值，例如，k＝0.00437。从而得到电子设备在t时刻的功耗为V1*△V/(RDson(T0)*(1+(Tt-T0)*k)+R)。可选地，在电子设备中不包括电阻R262的情况下，电子设备在t时刻的功耗为V1*△V/(RDson(T0)*(1+(Tt-T0)*k))。可选地，在电子设备中不包括电阻R262，且开关460包括两个MOSFET的情况下，电子设备在t时刻的功耗为V1*△V/(2*RDson(T0)*(1+(Tt-T0)*k))。

依然进一步地，考虑结温Tj与温度传感器264测量的温度T的差异。在电子设备中记录反应结温Tj与温度传感器264测量的温度T的关系的表。例如，表包括多个条目，每个条目记录了温度T的取值之一所对应的结温Tj。作为又一个例子，表的每个条目记录了温度T的取值之一，在电子设备具有指定功率时所对应的结温Tj。表中指定的功率可被分为若干级别，从而缩小指定功率的取值范围，以缩小表的条目数量。在离开生产线后，电子设备工作过程中，还将公式V1*△V/f(R0(T0),Tt-T0)中的Tt，替换为Tj＝F(Tt)，F代表了查表得到的温度Tt与结温Tj的对应关系。在实验中获得记录了温度Tt与结温Tj的对应关系的表，并记录在电子设备中。作为举例，在电子设备的研发完成后，针对电子设备的样品，在多种温度与功耗级别下，测量温度Tt与节温Tj，以得到记录了温度Tt与结温Tj的对应关系的表。所得到的表，适用于生产线上制造的所有同款电子设备。

综上所述，根据本申请的实施例，电源管理集成电路210测量得到引脚Vin的电压V1、电源引脚Vin2上的电压V2，得到开关260与串联的电阻R上的电压降△V＝V1-V2，从而可知流经开关260的电流I＝△V/R0，其中R0＝(RDSon+R)。以及在生产线上通过获得温度T0时R0的值R0(T0)，并在生产线上记录在电子设备中。在电子设备工作过程中，电源集成管理单元测量得到引脚Vin的电压V1、电源引脚Vin2上的电压V2与温度传感器464提供的当前温度Tt。从而根据已知的R0的值随温度变化的情况，得到温度Tt时电阻R0的值R0(Tt)。并通过△V/R0(Tt)得到电子设备的瞬时输入电流，以及通过V1*△V/R0(Tt)得到电子设备的瞬时功耗。

依然进一步地，对测量的电子设备的多个瞬时功耗进行滤波或取平均值，而得到在指定时间段(例如1毫秒)内的电子设备的功耗。

依然可以理解的，电源管理集成电路210测量得到引脚Vin的电压V1、电源引脚Vin2上的电压V2与温度传感器264提供的当前温度Tt。而电阻R262、开关260的导通电阻RDSon在温度T0时的阻值的和R0(T0)被记录在电子设备或电源管理集成电路210中。R0(Tt)与R0(T0)的关系也被记录在电子设备或电源管理集成电路210中。而根据这些参数计算电子设备的功耗的过程则是简单的，由硬件计算单元、功耗管理集成电路210自身或者电子设备的控制部件都可实施。

图3展示了根据本申请又一实施例的电子设备的电流测量装置的示意图。

电子设备包括接口340与电源管理集成电路310。接口340用于将电子设备耦合到计算机、服务器或其他设备。电子设备通过接口340获得电力。

电子设备包括串联的开关360与362。开关360与362各自是例如MOSFET。可选地，开关360与362用于电子设备的电源保护开关，用于连接或断开提供给电子设备的负载的电流，以及也利用开关360与362来测量通过接口340提供给电子设备的电流，而无需额外地设置用于测量电流的MOSFET。依然可选地或进一步地，开关360与362是电源管理集成电路310的部分。电源管理集成电路310连接到开关360与362各自的控制端(例如栅极)，以控制开关360与362的断开或闭合。

同图2的例子类似，在图3的例子中，接口340的向电子设备提供电力的引脚称为Vin。电源管理集成电路310包括电压测量引脚(分别记为S+与S-)。引脚Vin通过串联的电阻R1连接到电源管理集成电路310的引脚S+。引脚Vin连接到电阻R1的一端(322)，电阻R1的另一端(320)连接到引脚S+。

发明人还发现，由于引脚S+连接到电子设备的电源输入引脚Vin，电子设备工作时该引脚上有较大的电流，且在电子设备上电、下电和/或工作状态切换时，引脚Vin的电流会有较大的变化，这种大电流以及大的电流变化对电源管理集成电路310与引脚S+的安全带来挑战。为此，通过在引脚S+与电源输入引脚Vin之间接入电阻R1来为电源管理集成电路310、引脚S+以及引脚S+所连接的电压测量电路提供保护。进一步地，需要仔细选取R1的阻值来避免对流经开关360与362以及电阻Rs的电流造成显著影响。电阻R1的需要显著大于串联的开关360与362的导通电阻以及电阻Rs的阻值，但也要显著地小于引脚S+与S-所连接的电压测量电路的内阻。作为举例，电阻R1的阻值选择为10欧姆。以及将通过引脚S+与S-所测量的电压作为开关360与362以及电阻Rs两端的电阻(忽略电阻R1两端的电压降)。

引脚Vin还连接到开关360的输入端，从而从引脚Vin提供的电流通过串联的开关360与362被施加给电阻Rs的一端，电阻Rs的另一端连接到电子设备的负载，从而引脚Vin提供给电子设备的电流通过电阻Rs的该另一端提供给电子设备的负载。电阻Rs是例如高精度电阻，其阻值同开关360与362的MOSFET的导通电阻(分别记为RDSon1与RDSon2)近似。希望电阻Rs的阻值大于开关360与362的MOSFET的导通电阻(RDSon1与RDSon2)以抑制MOSFET的导通电阻(RDSon)的波动，由于电阻Rs串联的供电电流到负载的通路上，也希望电阻Rs的阻值较小以避免引入额外的功耗。作为举例，电阻Rs的阻值为20毫欧姆。电源管理集成电路310的引脚S-耦合到电阻Rs的该另一端。从而电源管理集成电路310通过引脚S+与S-测量的电压记为△V。以及根据△V/(RDSon1+RDSon2+Rs)得到提供给负载的电流，也认为该电流是由引脚Vin提供的电子设备的电流，从而得以通过该电流计算电子设备的功耗。

进一步地，电子设备还包括温度传感器。温度传感器被设置在开关360与362附近。MOSFET的导通电阻RDSon对温度极其敏感。并且发明人还发现，MOSFET的导通电阻同温度的关系的一致性也较差，即使同一批次的MOSFET，各MOSFET的导通电阻同温度的关系彼此也不一致。一般地，在0-80摄氏度区间内，认为MOSFET的导通电阻RDSon同温度近似呈线性关系。记温度T0时，MOSFET的导通电阻为RDSon(T0)，温度T0时，MOSFET的导通电阻为RDSon(T)，则有RDSon(T)＝RDSon(T0)*(1+(Tt-T0)*k)。作为举例，T0＝25摄氏度，k＝0.00372。从而，通过测量不同温度T下的多个MOSFET的导通电阻为RDSon(T)，能够高精度地得到T0(25摄氏度)时的MOSFET的导通电阻为RDSon(T0)以及参数k。

然而，适用于各MOSFET的导通电阻计算的参数k，在各MOSFET之间依然存在变化。为了进一步提高电流测量精度，根据本申请的实施例，还在制造电子设备的生产线上，为各个电子设备所使用的一个或多个MOSFET的导通电阻计算其参数k。

返回参看图3，根据本申请的实施例，在电子设备生产过程中，利用扩展卡380测量开关360/362各自的MOSFET的导通电阻的参数。

扩展卡380的接口386用于连接例如主机。扩展卡380包括MCU 382与电流测量单元384。扩展卡380用于通过接口340连接电子设备，电流测量单元384得以高精度地测量通过引脚Vin提供给电子设备的电流。

在电子设备的生产线上，将扩展卡380与所生产出的电子设备连接，通过接口340使电子设备供电。配置电子设备，使得电子设备测量开关360与362以及电阻Rs两端的电压(记为△V)，以及扩展卡380的电流测量单元384测量由引脚Vin输出给电子设备的电流(记为Im)，从而串联的开关360与362以及电阻Rs的总电阻Rtotal＝△V/Im。为了简便的目的，将开关360与362视作单一的MOSFET，其导通电阻记为RDSon，电阻Rs的电阻为Rs(例如已知)。可以理解地，即使对于两个或更多的开关360与362，通过增加测量的参数得以求解用于各个开关的导通电阻的参数。在生产线上，还配置所生产的电子设备，使得其通过温度传感器测量当前的现场温度T。从而，在图3的温度传感器测量得到的温度为Tt时，导通电阻RDSon(Tt)＝Rtotal-Rs。

根据本申请的实施例，还改变所生产的电子设备的现场温度T。例如，通过配置电子设备使其工作在多种功耗下，来改变现场温度T。可选地，通过设置在生产线上的加热装置来改变现场温度T。在多个现场温度T下，测量对应的总电阻Rtotal(T)，从而得到生产线上现场温度T与对应的导通电阻RDSon，例如<T1,RDSon(T1)>,<T2,RDSon(T2)>,<T3,RDSon(T3)>,<T4,RDSon(T4)>……

由于T与RDSon(T)呈线性关系(RDSon(T)＝RDSon(T0)*(1+(Tt-T0)*k))，根据多个现场温度T下，测量对应的总电阻Rtotal(T)，拟合得到适用于当前生产的该电子设备的表征T与RDSon(T)的线性关系参数k。由生产线或扩展卡380的MCU 382控制在多个现场温度T下的电阻测量过程。为此目的，MCU 382还从电子设备获得其测量的多对总电阻Rtotal(T)(和/或电压△V)与温度T，或者由生产线获得电子设备测量的总电阻Rtotal(T)(和/或电压△V)与温度T。生产线或扩展卡380还将参数k记录在电子设备中。可选地或进一步地，生产线或扩展卡380还将测量得到的典型温度(T0)下的导通电阻RDSon(T0)记录在电子设备中。典型地，取T0＝25摄氏度。可选地，在生产线上精确地获得25摄氏度的现场温度并不容易，那么将生产线上获得的现场温度T0与对应的RDSon(T0)记录在电子设备中，T0为生产线上测量得到的任何现场温度(例如，34.1摄氏度)。

从而根据本申请的实施例，为生产出的每个电子设备在生产线上获得专门适用于该电子设备的参数k，以及在温度T0下的导通电阻RDSon(T0)，并记录在电子设备中，使得电子设备在将来的工作中，例如其上记录的这些参数测量电流，并进而测量其功耗。

相应地，在生产线之外，电子设备的工作过程中，为测量由引脚Vin提供的电流，电源管理集成电路测量引脚S+与S-之间的电压△V，温度传感器测量当前的现场温度T，获取电子设备中记录的参数k、Rs、T0与RDSon(T0)，根据△V/(RDSon(T)+Rs)＝△V/(RDSon(T0)*(1+(T-T0)*k)+Rs)，得到要测量的电流，作为由引脚Vin提供的电流。

在可选的实施方式中，对开关360与开关360分别获取其导通电阻(分别记为RDSon1与RDSon2)的参数(分别记为k1与k2，RDSon1(T0)与RDSon2(T0))，在电子设备工作过程中，根据△V/(RDSon1(T)+RDSon2(T)+Rs)＝△V/(RDSon1(T0)*(1+(T-T0)*k1)+RDSon2(T0)*(1+(T-T0)*k2)+Rs)，得到要测量的电流。

图4展示了根据本申请再一实施例的电子设备的电流测量装置的示意图。

电子设备包括接口440与电源管理集成电路410。接口440用于将电子设备耦合到计算机、服务器或其他设备。电子设备通过接口440获得电力。

接口440的电源引脚Vin向电源管理集成电路410提供电路。电源管理集成电路410包括引脚S+与S-。电源管理集成电路410测量引脚S+与S-之间的电压。引脚S-还作为电源管理集成电路的电力输入引脚。电源引脚Vin提供的电力通过S-引脚提供给电源管理集成电路410，继而电源管理集成电路410将从S-引脚接收的电路再分发给电子设备的一个或多个部件，例如提供给图4中展示的电子设备的负载。

电子设备包括串联的高精度电阻Rs、开关460与开关462。开关460与462各自是例如MOSFET。电源管理集成电路410连接到开关460与462各自的控制端(例如栅极)，以控制开关460与462的断开或闭合。电源引脚Vin提供的电力，经由高精度电阻Rs、开关460与开关462，再提供给S-引脚，继而由电源管理集成电路410分发给负载。

电子设备还包括连接到引脚S+的电阻R1。电阻R1的一端(420)连接引脚S+，而电阻R1的另一端(422)连接到电源引脚Vin同高精度电阻Rs的连接点。为了清楚地描述，电源引脚Vin连接到电阻Rs的一端(424)，而电阻Rs的另一端(426)连接开关460。从而，引脚S+与S-跨接再串联的高精度电阻Rs、开关460与开关462两端(电阻Rs的一端424以及开关462的输出端)，以测量其电压。

图4的实施例中，电阻R1的设置同图3的实施例中的电阻R1相同。可以理解地，由于电阻R1的存在，在引脚S+与S-测量的电压，除了串联的高精度电阻Rs、开关460与开关462两端的电压，还包括电阻R1两端的电压。通过选择电阻R1的阻值，使电阻R1两端的压降相对于要测量的电压可忽略或影响很小。

在图4的实施例中，虽然仅展示了单一的负载，可以理解地，电子设备可包括多个负载，例如多个NVM芯片，这些负载所需的电路都通过电源管理集成电路410提供，从而，流经电阻Rs的电流是或基本上是电源引脚Vin提供给电子设备的全部电流。继而，由电源引脚Vin相对地的电压与流经电阻Rs的电流，可得到电子设备的当前功耗。

图4中展示的电子设备也包括温度传感器，其工作原理同图3的实施例中的温度传感器一致。

图5展示了根据本申请实施例的电流测量方法的流程图。

根据本申请的实施例，在制造电子设备的生产线上，测量各个电子设备的用于测量电流的参数(例如，开关360/362、开关460/462的导通电阻RDSon在指定温度下的阻值与参数k)，并记录在电子设备中，从而在生产线之外的电子设备的工作现场中，电子设备可以脱离扩展卡(也参看图3与图4的扩展卡380)而独立地测量从主机获取的被提供给电子设备的供电电流，进而获得电子设备的功耗。

参看图5，在生产线上制造电子设备的过程中，对每个制造出的电子设备提供电力，并使其工作在功耗稳定的状态(510)。作为举例，在生产线上向电子设备提供专用于生产过程的固件，通过运行该固件，使电子设备运行在功耗稳定的状态。进一步可选地，还通过扩展卡(380)或主机向电子设备提供指定的激励，使电子设备在稳定记录下运行在功耗稳定的状态。

在电子设备运行在功耗稳定的状态期间，通过扩展卡(380)测量其提供给电子设备的电流(Im)(520)。例如，通过扩展卡380的电流测量单元384测量提供给电子设备的电源输入引脚(Vin)的电流。

电子设备测量其串联的开关(例如图3的开关360/362、图4的460/462)与高精度电阻Rs(例如，图3/4的电阻Rs)两端的电压(△V)，以及由邻近该开关的温度传感器提供的现场温度(T)(530)。这里的开关是例如MOSFET。可选地，由扩展卡380指示电子设备测量电压△V与温度T；或者电子设备自发地测量△V与温度T，而扩展卡380从电子设备获取其所测量的△V与温度T。

进一步地，通过重复步骤520与530，电子设备测量不同温度下的△V，并记录不同温度下的多组<△V,T,Im>。由于串联的开关与高精度电阻Rs的总电阻Rtotal＝△V/Im，而RDSon＝Rtotal-Rs，以及RDSon(T)＝RDSon(T0)*(1+(T-T0)*k，从而有RDSon(T0)*(1+(T-T0)*k＝△V(T)/Im(T)，其中RDSon(T)、△V(T)与Im(T)分别代表在现场温度的测量值为T时，开关的导通电阻RDSon的值、电子设备测量的串联的开关与高精度电阻Rs两端的电压值，以及扩展卡380测量的提供给电子设备的电流值。通过在多个温度下得到的多组<△V,T,Im>，计算出用于该电子设备的该开关的参数k，以及还得到在指定温度(T0，例如，T0＝25摄氏度)下的RDSon(T0)的值(540)。RDSon(T0)的值可以是计算出的，或测量得到的。RDSon(T0)的值与参数k被记录在电子设备中。对RDSon(T0)的值与参数k的计算可由生产线上的电子设备完成，或由扩展卡380完成，也可由生产线完成。至此在生产线上对电子设备测量电流所需的准备工作完成。电子设备将被交付给客户，并在客户的工作现场工作。

电子设备在客户现场工作期间，实施对自身的流经Rs(参看图3与图4的电阻Rs)的电流的测量。继续参看图5，电子设备在工作现场测量其开关(例如图3的开关360/362、图4的460/462)与高精度电阻Rs(例如，图3/4的电阻Rs)两端的电压(△V)与现场温度T(550)。电子设备通过电源管理集成电路(例如，310/410)测量电压(△V)，通过温度传感器(例如，图3/4的温度传感器)测量现场温度T。可以理解地，电子设备可包括在不同位置的多个传感器。为了测量流经Rs的电流的目的，电子设备在步骤530与步骤550中使用相同的温度传感器测量温度。电子设备还获取在生产线上记录在自身的RDSon(T0)的值与参数k，计算流经电阻Rs的电流I＝△V/((RDSon(T0)*(1+(T-T0)*k)))(560)。可选地或进一步地，电子设备还通过电源输入引脚Vin的电压V与流经电阻Rs的电流I，计算当前电子设备的功耗P＝V*I。

进一步地，周期性地或响应于用户的指示，电子设备获得△V与当前温度T，并计算电子设备的电流与功耗。

在一个例子中，电子设备在现场工作期间，电流测量的误差达到0.29％，相比于校准之前的电流误差6.51％，测量精度提高约20倍。在另一个例子中，电子设备在现场工作期间，电流测量的误差达到小于0.42％，相比于校准之前的电流误差13.09％，测量精度提高约30倍。

依然进一步地，电子设备通过重复测量电流/功耗，并计算测量结果的平均值或统计值来得到更精确的电流/功耗测量结果。

依然可选地或进一步地，电子设备包括串联的多个开关(例如图3的开关360/362、图4的460/462)，以及一个或多个高精度电阻。需要在生产线上为每个开关获得其参数RDSon(T0)的值与k，并记录在电子设备中，各个高精度电阻的阻值是已知的。在电子设备的工作现场，利用这些多个开关与高精度电阻，实现对电流和/或功耗的测量。

虽然当前申请参考的示例被描述，其只是为了解释的目的而不是对本申请的限制，对实施方式的改变，增加和/或删除可以被做出而不脱离本申请的范围。

这些实施方式所涉及的、从上面描述和相关联的附图中呈现的教导获益的领域中的技术人员将认识到这里记载的本申请的很多修改和其他实施方式。因此，应该理解，本申请不限于公开的具体实施方式，旨在将修改和其他实施方式包括在所附权利要求书的范围内。尽管在这里采用了特定的术语，但是仅在一般意义和描述意义上使用它们并且不是为了限制的目的而使用。

Claims (9)

1.电子设备的电流测量电路，包括一个或多个开关、具有指定阻值的第一电阻、具有指定阻值的第二电阻与电源管理集成电路；

所述一个或多个开关与所述第二电阻串联；

所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的第一端耦合到所述电子设备的电源输入引脚与所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端耦合所述电源管理集成电路的第一电压测量引脚；

所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的第二端耦合到所述电源管理集成电路的第二电压测量引脚；

所述的电流测量电路，还包括临近于所述一个或多个开关而设置的温度传感器，所述电源管理集成电路耦合到所述温度传感器以获得所述温度传感器测量的温度。

2.根据权利要求1所述的电流测量电路，其中所述电源管理集成电路通过所述第一电压测量引脚与所述第二电压测量引脚测量所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的第一端与第二端之间的电压。

3.根据权利要求2所述的电流测量电路，其中所述一个或多个开关各自是MOSFET，所述开关的控制端是所述MOSFET的栅极。

4.根据权利要求3所述的电流测量电路，其中所述第二电阻的阻值同所述MOSFET的导通电阻RDSon的阻值接近，其差值小于指定阈值；

所述第一电阻的阻值远大于所述MOSFET的导通电阻RDSon的阻值。

5.根据权利要求4所述的电流测量电路，其中流经所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的电流是所述电子设备的工作电流，所述电源管理集成电路为所述电子设备的负载供电，所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的第二端耦合不直接耦合所述负载。

6.根据权利要求5所述的电流测量电路，其中所述电源管理集成电路通过所述第一电压测量引脚与所述第二电压测量引脚测量电压ΔV，通过温度传感器测量温度T，获取记录的参数k与温度T0时所述一个或多个开关的导通电阻的阻值RDSon(T0)，以及所述第二电阻的阻值Rs，计算所述温度T时所述一个或多个开关的导通电阻的阻值RDSon(T)，以及根据电压ΔV除以所述温度T时所述一个或多个开关的导通电阻的阻值RDSon(T)与所述第二电阻的阻值Rs的和来得到流经所述串联的一个或多个开关与所述第二电阻的电流。

7.根据权利要求6所述的电流测量电路，还包括：扩展卡，所述扩展卡耦合所述电子设备的接口；所述扩展卡通过所述电子设备的接口向所述电子设备的电源输入引脚提供电力；

所述扩展卡还包括电流测量单元，所述电流测量单元测量通过所述电子设备的接口向所述电子设备的电源输入引脚提供电力的电流；

所述扩展卡通过所述电子设备的接口向所述电子设备的电源输入引脚提供电力使得所述电子设备工作在一种或多种功耗稳定的状态。

8.根据权利要求7所述的电流测量电路，其中根据所述电子设备测量的温度、所述电源管理集成电路通过所述第一电压测量引脚与所述第二电压测量引脚测量电压ΔV与所述扩展卡的电流测量单元测量的电流，计算在温度T0时所述一个或多个开关的导通电阻的阻值，以及用于所述一个或多个开关的导通电阻的参数k。

9.根据权利要求8所述的电流测量电路，其中所述电子设备还包括NVM芯片与DRAM，所述电源管理集成电路还耦合到所述NVM芯片与所述DRAM，并为所述NVM芯片与所述DRAM提供电力。

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