DE102017114300A1

DE102017114300A1 - Vorrichtung zur Messung oder Kalibrierung eines elektrischen Stroms und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102017114300A1
Application number: DE102017114300.9A
Authority: DE
Inventors: Kenneth W. Fernald
Original assignee: Silicon Laboratories Inc
Current assignee: Silicon Laboratories Inc
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2017-12-28
Also published as: US10296025B2; US20170371362A1; CN107543958B; CN107543958A

Abstract

Eine Vorrichtung weist einen integrierten Schaltkreis (IC) auf. Der IC weist eine Stromquelle zum Abführen oder Beschaffen eines Ausgangsstroms in Reaktion auf ein Steuersignal und einen Schaltkondensator-Widerstand auf, der an die Stromquelle angeschlossen ist. Die Vorrichtung weist ferner ein Steuerglied auf, das angeschlossen ist, um das Steuersignal aus einer Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand abzuleiten, wobei das Steuerglied ferner dem Schaltkondensator-Widerstand ein Schaltersteuersignal bereitstellt.

Description

Bereich der Technik
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung zum Erzeugen und/oder Kalibrieren elektrischer Signale und insbesondere eine Vorrichtung zum Erzeugen und/oder Kalibrieren elektrischer Ströme und zugehörige Verfahren.
Allgemeiner Stand der Technik
Elektronische Schaltungen arbeiten oft sowohl mit analogen als auch digitalen Signalen, die manchmal als Mischsignale bezeichnet werden, oder verarbeiten sie. Einige Sensoren oder Messwandler sowie natürliche Eigenschaften oder Attribute, wie z. B. Temperatur, Druck und dergleichen, bilden entweder Analoggrößen aus oder erzeugen im Falle von Sensoren oft Analogsignale. Auch einige Messwandler akzeptieren als Eingaben Analogsignale. Umgekehrt verwenden Signalverarbeitungsschaltungen und Funktionsbausteine aus solchen Gründen, wie z. B. der Reproduzierbarkeit, Stabilität, Flexibilität und dergleichen, zunehmend digitale Signale und Digitaltechniken, wie ein Fachkundiger auf diesem Gebiet verstehen wird. Um die Signalverarbeitungsschaltungen mit Analogschaltungen zu verbinden, werden Signalumwandlungsschaltungen verwendet. Außerdem werden in den elektronischen Schaltungen, wie z. B. den integrierten Schaltkreisen (IC), oft eigenständige Analogschaltkreise verwendet.
Aufgrund der obigen Entwicklungen und Trends wird eine Vielfalt von Analogschaltkreisen (entweder allein oder im Zusammenhang mit Mischsignalen) verwendet, um eine Anzahl von Aufgaben, wie z. B. Verstärkung, Vergleich, Signalwandlung und dergleichen, auszuführen. In Analogschaltkreisen werden oft ein oder mehrere Typen von Signalquellen verwendet, wie z. B. Spannungsquellen oder Stromquellen. Im Falle von ICs werden die Stromsignale gewöhnlich unter Verwendung von Schaltungen erzeugt, die im IC integriert sind, wobei manchmal auch ein oder mehrere externe Signale verwendet werden, die dem IC bereitgestellt wurden. Die Kalibrierung der Stromsignale (z. B. Ruheströme) mit relativ geringen Werten wird üblicherweise ausgeführt, indem der Strom verstärkt wird (obwohl dadurch Fehler einbezogen werden) und der verstärkte Strom gemessen wird.
Die Beschreibung in diesem Abschnitt und beliebige zugehörige Figuren sind als Hintergrundinformationsmaterialien einbezogen. Die Materialien in diesem Abschnitt sollten nicht als eine Anerkennung dessen angesehen werden, dass derartige Materialien den Stand der Technik zur vorliegenden Patentanmeldung bilden.
Kurzdarstellung
Es werden eine Vielzahl von Stromkalibrierungsvorrichtungen und die zugehörigen Verfahren betrachtet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist eine Vorrichtung einen IC auf. Der IC weist eine Stromquelle, um einen Ausgangsstrom in Reaktion auf ein Steuersignal abzuführen (to sink) oder zuzuführen (to source), und einen Schaltkondensator-Widerstand auf, der an die Stromquelle gekoppelt ist. Die Vorrichtung weist ferner ein Steuerglied auf, das angeschlossen ist, um das Steuersignal aus einer Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand abzuleiten, wobei das Steuerglied ferner dem Schaltkondensator-Widerstand ein Schaltersteuersignal bereitstellt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist eine Vorrichtung eine Mikrocontroller-Einheit (MCU) auf. Die MCU weist eine Stromquelle, um einen Ausgangsstrom in Reaktion auf ein Steuersignal abzuführen oder zu beschaffen, und eine Signalverarbeitungsschaltung auf, die angeschlossen ist, um eine Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand abzugreifen und ein Ausgangssignal bereitzustellen, wobei die Signalverarbeitungsschaltung eine Offsetspannung aufweist. Die Vorrichtung weist ferner ein Steuerglied auf, das angeschlossen ist, um das Steuersignal aus dem Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung und der Offsetspannung abzuleiten, wobei das Steuerglied ferner dem Schaltkondensator-Widerstand ein Schaltersteuersignal bereitstellt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren ein Abführen oder Beschaffen eines Ausgangsstroms aus einer Stromquelle in Reaktion auf ein Steuersignal und ein Bereitstellen des Ausgangsstroms für einen Schaltkondensator-Widerstand. Das Verfahren umfasst ferner ein Ableiten des Steuersignals aus einer Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand und ein Bereitstellen eines Schaltersteuersignals für den Schaltkondensator-Widerstand.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen stellen nur Ausführungsbeispiele dar und sollten deshalb nicht als eine Einschränkung des Umfangs der Anmeldung oder der Ansprüche angesehen werden. Fachkundige werden anerkennen, dass sich die offenbarten Konzepte für andere gleich effektive Ausführungsformen eignen. In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen numerischen Kenngrößen, die in mehr als einer Zeichnung verwendet werden, die gleichen, ähnlichen oder äquivalenten Funktionsweisen, Bestandteile oder Blöcke.
1 stellt eine Schaltungsanordnung für eine Vorrichtung zur Messung und/oder Kalibrierung von elektrischen Strömen gemäß einem Ausführungsbeispiel dar.
2 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Schaltkondensator-Widerstand gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 zeigt eine Schaltungsanordnung für eine Signalverarbeitungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 zeigt ein Prozessablaufdiagramm für die Kalibrierung einer Stromquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 zeigt ein Prozessablaufdiagramm für die Kalibrierung einer Stromquelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
6 zeigt ein Prozessablaufdiagramm für die Messung des Ausgangsstroms einer Stromquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7 zeigt eine Schaltungsanordnung für ein Steuerglied gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die 8–11 zeigen Schaltungsanordnungen, in denen (eine) kalibrierte oder gemessene Stromquelle(n) gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet (wird) werden.
12 stellt ein Blockdiagramm einer MCU dar, die Schaltkreise 10 zur Kalibrierung und/oder Messung des Stroms gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist.
Ausführliche Beschreibung
Die offenbarten Konzepte betreffen im Allgemeinen eine Kalibrierungsvorrichtung. Insbesondere stellen die offenbarten Konzepte eine Vorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung von Strömen mit relativ geringen Werten bereit.
Tendenziell gewinnen Ströme mit relativ geringen Werten in elektronischen Vorrichtungen, wie z. B. ICs, zunehmend an Bedeutung. Ein Faktor, der kleinere Ströme zur Folge gehabt hat, ist die generelle Abnahme der IC-Merkmalsgrößen sowie der Versorgungsströme und -Spannungen gewesen. Ein weiterer Faktor ist die zunehmende Verbreitung der mobilen oder drahtlosen Technik, wie z. B. Wi-Fi, Bluetooth und mobile (z. B. Telefon, wie z. B. GSM-Telefone usw.) oder drahtlose (wie z. B. Zeigegeräte, Tastaturen usw.) Einrichtungen für das Internet der Dinge (IoT), gewesen. Um Kosten, Abmessungen und Materialanforderungen zu reduzieren und die Zuverlässigkeit derartiger Einrichtungen oder Systeme zu erhöhen, sind verschiedenartige Schaltungen oder Funktionen in die ICs integriert worden. In Anbetracht der mobilen oder drahtlosen Natur einer derartigen Vorrichtung sind kleinere Stromsignale, wie z. B. Ruheströme, verwendet worden, um die Leistungsaufnahme der Vorrichtung und folglich der Last an der mobilen Stromquelle (z. B. Batterie, Solarzelle usw.) zu verringern.
In den Ausführungsbeispielen werden die Vorrichtung und die zugehörigen Verfahren verwendet, um relativ kleine Ströme, wie z. B. Ruheströme, mit einer relativ hohen Genauigkeit zu messen und/oder zu kalibrieren. Die Strompegel variieren gemäß den verschiedenartigen Faktoren, wie Fachkundige verstehen werden. Derartige Faktoren schließen Entwurfsvorgaben, Leistungsvorgaben, Kosten, die IC- oder Bauelementfläche, die verfügbare Technologie (wie z. B. die Halbleiterherstellungstechnologie), Zielmärkte, vorgesehene Endanwender usw. ein. In einigen Ausführungsformen liegen die Strompegel in einem Bereich von weniger als 1 bis zu einigen 10 Nanoampere. In einigen Ausführungsformen liegen die Strompegel in einem Bereich von einigen 10 Nanoampere bis zu einigen 10 Mikroampere, wohingegen die Strompegel in anderen Ausführungsformen in einem Bereich von einigen 10 Mikroampere bis zu mehr als ein Milliampere liegen. In anderen Ausführungsformen können andere Strompegel verwendet werden, wie Fachkundige verstehen werden.
Wie erwähnt wurde, stellen die Ausführungsbeispiele Techniken und Vorrichtungen zum Messen von relativ kleinen Strömen bereit. Derartige Techniken und Vorrichtungen sind nützlich, da die Genauigkeiten von relativ kleinen Strömen als eine Funktion von Abweichungen im Halbleiterherstellungsprozess (z. B. unter den Halbleiterchips oder unter den Halbleiter-Wafern), von einer Fehlanpassung unter den Komponenten (z. B. das Fehlen einer 100%-igen Anpassung zwischen zwei Transistoren oder unter einer Anzahl von Transistoren) usw. variieren. Um sich mit derartigen Einflüssen auf die Genauigkeiten von relativ kleinen Strömen zu befassen, kann die Kalibrierung der Ströme eingesetzt werden. Ausführungsbeispiele stellen ferner Techniken und Vorrichtungen für die Kalibrierung von relativ kleinen Strömen bereit. Die Kalibrierung kann sowohl elektrische Veränderungen (unter Verwendung elektrisch gesteuerter Schalter in den Stromerzeugerschaltkreisen) als auch physikalische Veränderungen (über ein Lasertrimmen von Widerständen in den Stromerzeugerschaltkreisen) umfassen.
Die Ausführungsbeispiele gemäß der Offenbarung stellen eine auf einem Chip ausgeführte Schaltung (d. h., eine in einem IC integrierte Lösung) und dazugehörige Verfahren zur Messung und/oder Kalibrierung von Strömen, zum Beispiel von relativ kleinen Strömen, bereit, ohne den Strom zu einem Anschluss des IC (oder einer Schaltung außerhalb des IC) zu routen oder zu leiten und ohne wesentliche neue Quellen von Ungenauigkeiten, wie z. B. von Ungenauigkeiten, die durch den Kalibrierungsvorgang nicht korrigiert werden können, einzubeziehen. Bei der Messung und/oder Kalibrierung des Stroms wird in den Ausführungsbeispielen eine Eigenschaft des Schaltkondensator-Widerstands verwendet, nämlich dass der Widerstandswert eines Schaltkondensator-Widerstands relativ genau skalierbar ist, indem die Frequenz skaliert wird, bei welcher der Schaltkondensator-Widerstand arbeitet.
1 stellt eine Schaltungsanordnung 10 für eine Vorrichtung zur Messung und/oder Kalibrierung von elektrischen Strömen gemäß einem Ausführungsbeispiel dar. Die in 1 dargestellte Ausführungsform weist einen Schaltkondensator-Widerstand 15, einen Multiplexer (MUX) 20, eine Stromquelle 25, eine Signalverarbeitungsschaltung 30 und ein Steuerglied 35 auf.
Die Schaltungsanordnung 10 kann verwendet werden, um den Ausgangsstrom I_source, der durch die Stromquelle 25 geliefert wird, zu kalibrieren und/oder zu messen. In den Ausführungsbeispielen ist die Stromquelle 25 eine steuerbare Stromquelle. Insbesondere kann der Ausgangsstrom I_source in Reaktion auf ein Signal von einem Steuerglied 35, wie z. B. V_control, verändert (oder geregelt, eingestellt, variiert, getrimmt, programmiert, eingerichtet usw.) werden. Somit bildet die Stromquelle 25 in der dargestellten Ausführungsform eine spannungsgesteuerte Stromquelle (VCCS).
Der Schaltkondensator-Widerstand 15, der nachfolgend ausführlich beschrieben wird, weist einen (nicht dargestellten) steuerbaren Schalter auf. In Reaktion auf ein Schaltersteuersignal, F_sw, vom Steuerglied 35 öffnet und schließt der Schalter, wodurch bewirkt wird, dass sich die Ausgangsspannung, V_sw, des Schaltkondensators 15 verändert. Die Ausgangsspannung des Schaltkondensators 15 steuert den Eingang der Signalverarbeitungsschaltung 30 an.
In Reaktion auf ein Auswahlsignal, S, vom Steuerglied 35 liefert der MUX 20 entweder den Ausgangsstrom der Stromquelle 25 oder ein Testsignal oder Teststromsignal, I_TST, das über den TST-Eingang dem Eingang der Signalverarbeitungsschaltung 30 als ein Strom I zugeführt wird. Die Signalverarbeitungsschaltung 30 führt eine Signalverarbeitung, wie z. B. Filtern und Pufferspeichern, aus, wie nachfolgend ausführlich beschrieben wird. Die Signalverarbeitungsschaltung 30 liefert dem Steuerglied 35 eine Ausgangsspannung, V_o.
In Reaktion auf das Signal V_o stellt das Steuerglied 35 dem Schaltkondensator-Widerstand 15 das Signal F_sw bereit. Außerdem stellt das Steuerglied 35 der Stromquelle 25 das Steuersignal V_control bereit. In Reaktion auf das Steuersignal U_control liefert die Stromquelle 25 einen Ausgangsstrom (I_source), dessen Wert dem Wert des Steuersignals V_control entspricht (in dem dargestellten Beispiel ist die Stromquelle 25 eine spannungsgesteuerte Stromquelle, wie nachfolgend beschrieben wird).
Es wird angemerkt, dass zu der Schaltungsanordnung 10 eine Vielzahl von Alternativen möglich ist und in Betracht gezogen wurde. Obwohl in der Schaltungsanordnung 10 eine einzige Stromquelle 25 dargestellt ist, können zum Beispiel eine oder mehrere zusätzliche Spannungsquellen 25 verwendet werden, indem die entsprechenden Abänderungen ausgeführt werden, wie Fachkundige auf diesem Gebiet verstehen werden. Beispiele von derartigen Abänderungen schließen das Hinzufügen mehrerer Eingänge in den MUX 20 und das Modifizieren des Steuerglieds 35 zum Steuern der Stromquellen 25 (z. B. durch Verwenden zusätzlicher Steuersignale, wie z. B. zusätzlicher V_control) ein.
Als ein weiteres Beispiel für eine Alternative kann ein anderer Stromquellentyp verwendet werden. Wie oben angemerkt wurde, ist die Stromquelle 25 eine spannungsgesteuerte Stromquelle (VCCS). In einigen Ausführungsformen kann die Stromquelle 25 eine stromgesteuerte Stromquelle (CCCS) sein. In einer derartigen Ausbildung stellt das Steuerglied 35 der Stromquelle 25 statt des Spannungssteuersignals V_control, wie in 1 dargestellt ist, ein Stromsteuersignal bereit. In anderen Ausführungsformen kann die Stromquelle 25 eine digital gesteuerte Stromquelle sein. In einer derartigen Ausbildung liefert das Steuerglied 35 der Stromquelle 25 statt des Spannungssteuersignals V_control, wie in 1 dargestellt ist, einen Vektor oder ein Signal der Digitalsteuerung.
In der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, entnimmt die Stromquelle 25 einen Strom aus der Versorgungsspannung, V_DD, und speist den Strom in den MUX 20 ein. Der V_DD-Anschluss bildet lediglich ein Beispiel einer Kopplung an die Stromquelle 25, und in anderen Ausführungsformen kann die Stromquelle 25 an ein irgendein anderes Signal als V_DD gekoppelt sein. Außerdem kann die Stromquelle 25 in anderen Ausführungsformen einen Strom aus dem MUX 20 entnehmen. Die detaillierte Ausgestaltung der verschiedenartigen Blöcke, die in 1 dargestellt sind, kann in anderen Ausführungsformen in Abhängigkeit davon, ob die Stromquelle 25 einen Strom aus dem MUX 20 entnimmt oder in ihn einspeist, unterschiedlich sein, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
2 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Schaltkondensator-Widerstand 15 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Schaltkondensator 15 weist einen Schalter 50 und einen Kondensator 55 (C_sw) auf. Der Kondensator 55 ist zwischen das Erdpotenzial (z. B. V_SS) und den Schalter 50 geschaltet. In Reaktion auf das Schaltersteuersignal F_sw koppelt der Schalter 50 den Kondensator 50 entweder an die Ausgangsspannung V_sw (Stellung 1 des Schalters 50) oder an das Erdpotenzial (Stellung 2 des Schalters 50). In anderen Ausführungsformen, in denen die Stromquelle 25 einen Strom aus dem MUX 20 entnimmt, würde der der Schalter 50 im Allgemeinen an ein Potenzial gekoppelt werden, das höher als das Erdpotenzial ist, wie z. B. das V_DD-Potenzial, wie für Fachkundige verständlich sein wird. Ebenso würde der Kondensator 55 im Allgemeinen an das gleiche höhere Potenzial gekoppelt werden, statt an das Erdpotenzial gekoppelt zu sein.
Mit Bezugnahme auf die 1 und 2 wird angemerkt, dass der Ausgang des Schaltkondensator-Widerstands 15 an den Ausgang des MUX 20 gekoppelt ist. Ist der Schalter 50 in der Stellung 1 (in Reaktion auf das Schaltersteuersignal F_sw, zum Beispiel wenn das Schaltersteuersignal F_sw eine binäre 1 oder einen Logikwert High aufweist), dann koppelt der Schalter 50 den Kondensator 55 an die Ausgangsspannung V_sw, was ein Aufladen des Kondensators 55 bewirkt. Ist der Schalter 50 hingegen in der Stellung 2 (in Reaktion auf das Schaltersteuersignal F_sw, zum Beispiel wenn das Schaltersteuersignal F_sw eine binäre 0 oder einen Logikwert Low aufweist), dann koppelt der Schalter 50 den Kondensator 55 an das Erdpotenzial, was ein Entladen des Kondensators 55 bewirkt.
Der Schaltvorgang des Schalters 50 hat zur Folge, dass der Strom in den Schaltkondensator-Widerstand 15 im Mittel proportional zur Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand 15 (d. h. der Ausgangsspannung V_sw) ist, ähnlich zu einem gewöhnlichen Widerstand. Wie oben erwähnt wurde, wird der Kondensator 55 auf die Spannung, die an dem Knoten zwischen dem Schaltkondensator-Widerstand 15, dem MUX 20 und der Signalverarbeitungsschaltung 30 anliegt, d. h. auf V_sw, aufgeladen, wenn der Schalter 50 in der Stellung 1 (der Stellung nach oben) ist. Wird der Kondensator 55 unter Verwendung der Stellung 2 (der Stellung nach unten) des Schalters 50 auf Erde geschaltet, dann wird der Kondensator 55 auf das Erdpotenzial, null Volt, entladen.
Unter der Voraussetzung, dass die Ladung Q auf einem Kondensator mit einer Kapazität C durch die wohlbekannte Gleichung Q = C·V gegeben ist, wobei V die Spannung über dem Kondensator darstellt, ist die Ladung, die von V_sw aus jedes Mal bei Wiederholung der (oben beschriebenen) Schaltfolge zum geerdeten Knoten hin bewegt wird, durch C_sw·V_sw gegeben. Wird die Schaltabfolge aller T_sw Sekunden wiederholt, wobei T_sw der Kehrwert von F_sw, d. h. 1/F_sw, ist, dann ist die auf die Zeiteinheit bezogene Ladung, die von V_sw aus auf den geerdeten Knoten transportiert wird, durch C_sw·V_sw/T_sw gegeben.
Da der Strom ein Maß für den Ladungsfluss pro Sekunde ist, stellt die Größe C_sw·V_sw/T_sw den mittleren Strom durch den Schaltkondensator-Widerstand 15 dar. Wird 1/T_sw durch eine Frequenz, d. h. F_sw, ersetzt, dann kann folgende Gleichung I_sw = C_sw·V_sw·F_sw [Gleichung 1] geschrieben werden, wobei I_sw den mittleren Strom durch Schaltkondensator-Widerstand 15 darstellt. Das ohmsche Gesetz sagt aus, dass der Widerstand eines Bauelements oder einer Schaltung gleich der Spannung geteilt durch den Strom ist. Folglich kann die Gleichung 1 geschrieben werden als R_sw = V_sw/I_sw [Gleichung 2] oder R_sw = 1/(C_sw·F_sw), [Gleichung 3] wobei R_sw den effektiven Widerstandswert des Schaltkondensator-Widerstands 15 darstellt. Wie die Gleichung 3 zeigt an, ändert sich der Widerstand des Schaltkondensator-Widerstands 15 für einen vorgegebenen Wert der Kapazität C_sw umgekehrt proportional zu den Änderungen in der Frequenz F_sw. Somit kann das Steuerglied 35 durch Ändern der Frequenz des Schaltersteuersignals F_sw den Widerstandswert des Schaltkondensator-Widerstands 15 steuern. Zum Beispiel kann durch Verdoppeln der Frequenz des Schaltersteuersignals F_sw der Widerstandswert des Schaltkondensator-Widerstands 15 halbiert werden und umgekehrt. Es wird angemerkt, dass diese Eigenschaft nicht durch den Kapazitätswert C_sw beeinflusst wird. Dieses Merkmal von Schaltkondensator-Widerständen wird verwendet, um Ströme mit einer relativ hohen Genauigkeit zu kalibrieren und/oder zu messen.
Mit Bezugnahme auf die 1–3 erzeugt der Schaltvorgang des Schalters 50 eine Ausgangsspannung V_sw, die infolge des Stroms (z. B. des Stroms I), der durch den Schaltkondensator-Widerstand 15 fließt, über dem Kondensator 62 (C_DEC) angelegt wird. Die resultierende mittlere Spannung ist gleich I·R_sw oder genauer I/(C_sw – F_sw). Die Kapazität des Kondensators 62 ist im Vergleich zum Kondensator 55 (und den parasitären Kapazitäten, die zum Schalter 50 gehören) ausreichend groß (z. B. in einigen Ausführungsformen um einen Faktor 100, so zum Beispiel C_sw = 0,1 pF und C_DEC = 10 pF), um die Welligkeit infolge der Takterzeugungs- oder Schalthandlung des Schaltkondensator-Widerstands 15 hinreichend zu unterdrücken.
In den Ausführungsbeispielen kann der Schalter 50 auf eine vielfältige Weise realisiert werden, wie Fachkundige verstehen werden. Zum Beispiel kann der Schalter 50 in einigen Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Transistoren, wie z. B. Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), realisiert werden. In einigen Ausführungsformen kann ein p-Kanal-MOSFET verwendet werden, um den C_sw an V_sw zu koppeln, und ein n-Kanal-MOSFET kann verwendet werden, um den C_sw mit Erde zu verbinden. Der p-Kanal-MOSFET kann mit seiner Source an V_sw angeschlossen sein, der Drain kann mit dem C_sw verbunden sein, und sein Gate kann angeschlossen sein, um das Schaltersteuersignal F_sw zu empfangen. Wenn das Schaltersteuersignal F_sw einen Logikwert Low aufweist, dann schaltet der p-Kanal-MOSFET ein und lädt den Kondensator 55 auf. Der n-Kanal-MOSFET kann mit seiner Source mit Erde verbunden sein, sein Drain kann mit dem C_sw verbunden sein, und sein Gate kann angeschlossen sein, um das Schaltersteuersignal F_sw zu empfangen. Wenn das Schaltersteuersignal F_sw einen Logikwert High aufweist, dann schaltet der n-Kanal-MOSFET ein, sodass der Kondensator 55 entladen wird.
In einigen Ausführungsformen kann der p-Kanal-MOSFET durch einen zweiten n-Kanal-MOSFET ersetzt werden. In dieser Ausbildung ist der Drain des zweiten n-Kanal-MOSFET mit dem C_sw verbunden, seine Source ist an V_sw angeschlossen, und sein Gate ist an den Reziprokwert des Schaltersteuersignals F_sw gekoppelt. Wenn das Schaltersteuersignal F_sw einen Logikwert Low aufweist, dann weist sein Reziprokwert einen Logikwert High auf, und der n-Kanal-MOSFET schaltet ein und lädt den Kondensator 55 auf. Andere Ausführungsformen können eine Parallelverknüpfung eines p-Kanal-MOSFET und eines n-Kanal-MOSFET für die Auflade- und/oder Entladepfade über den Schalter 50 verwenden.
Im Allgemeinen hängt die Wahl der Schaltungen oder die Realisierung des Schalters 55 von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie Fachkundige verstehen werden. Derartige Faktoren umfassen Designvorgaben, Leistungsvorgaben, Kosten, eine IC- oder Bauelementfläche, eine verfügbare Technologie, wie z. B. die Halbleiterfertigungstechnologie, Zielmärkte, Endkunden usw.
3 zeigt eine Schaltungsanordnung für eine Signalverarbeitungsschaltung 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Signalverarbeitungsschaltung 30 weist einen Pufferspeicher 60 und einen Kondensator 62 (C_DEC) auf. Es wird angemerkt, dass der Kondensator 62 an den Eingang der Signalverarbeitungsschaltung 30, d. h. an den Ausgang des Schaltkondensator-Widerstands 15 (siehe 1) angeschlossen ist. Somit wirkt der Kondensator 62 als ein Filter und filtert die Ausgangsspannung V_sw des Schaltkondensator-Widerstands 15.
Die Schaltungsanordnung für die Signalverarbeitungsschaltung 30 weist eine Spannungsquelle, V_os, auf, die zwischen den Kondensator 62 und den Eingang des Pufferspeichers 60 geschaltet ist. Die Spannungsquelle V_os (oder Offsetspannung V_os) stellt eine Offsetspannung dar, wie z. B. eine zufällige Eingangsoffsetspannung im Pufferspeicher 60 infolge von Fehlanpassungseffekten, wie Fachkundige verstehen werden. Das Berücksichtigen der Offsetspannung ermöglicht eine genauere Kalibrierung oder Messung des Ausgangsstroms der Stromquelle 25 durch die Signalverarbeitungsschaltung 30.
Der Pufferspeicher 60 puffert seine Eingangsspannung (die Ausgangsspannung V_sw plus die Offsetspannung V_os) und liefert eine gepufferte Spannung, V_o. In einigen Ausführungsformen stellt der Pufferspeicher 60 einen Einsverstärkungs-Pufferspeicher dar, d. h. der Pufferspeicher 60 weist eine Verstärkung 1 auf. In anderen Ausführungsformen kann der Pufferspeicher 60 einen anderen Verstärkungswert aufweisen, wobei sein Verstärkungswert in den Gleichungen für das Kalibrieren oder Messen der Ströme berücksichtigt wird, wie Fachkundige verstehen werden.
4 zeigt ein Prozessablaufdiagramm 75 für die Kalibrierung einer Stromquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der dargestellte Prozess kann verwendet werden, um eine Stromquelle 25 zu kalibrieren, wobei die Schaltungen verwendet werden. die in den 1–3 dargestellt sind und oben erörtert wurden. Mit erneuter Bezugnahme auf 4 wird bei 78 der MUX 20 verwendet, um das Teststromsignal I_TST (das über den TST-Eingang erhalten wurde) an den Schaltkondensator-Widerstand 15 und die Signalverarbeitungsschaltung 30 zu koppeln. Bei 81 wird der Wert des Teststromsignals I_TST eingestellt. In den Ausführungsbeispielen kann der Wert des Teststromsignals I_TST durch Schaltungen eingestellt werden, die in einem IC integriert sind, oder mittels eines Kontaktstifts oder einer Kontaktstelle des IC unter Mitwirkung externer Schaltungen, wie z. B. einer Testvorrichtung (zum Beispiel für das Testen von ICs). In den Ausführungsbeispielen wird der Wert des Teststromsignals I_TST auf einen im Vergleich zum Ausgangsstrom der Stromquelle 25 relativ hohen Wert eingestellt, so zum Beispiel auf 1 μA (für einen Ausgangsstrom der Stromquelle 25 von zum Beispiel 10 nA).
Bei 84 wird die Frequenz des Taktsignals für den Schaltkondensator-Widerstand 15, F_sw, auf einen relativ hohen Frequenzwert, F₀ (abhängig vom Verhältnis des Wertes des Teststromsignals I_TST zum Zielwert der Stromquelle 25) eingestellt. In den Ausführungsbeispielen kann F₀ eine Vielzahl von Sollwerten aufweisen, wie Fachkundige verstehen werden. In einigen Ausführungsformen kann F₀ einen Wert von 10 MHz haben. Bei 87 kann die gepufferte Spannung V_o gemessen und als ein Anfangswert V_init gespeichert werden. In den Ausführungsbeispielen kann die gepufferte Spannung V_o durch Schaltungen gemessen werden, die in einem IC (z. B. einem Analog-Digital-Wandler (ADC)) integriert sind, oder mittels eines Kontaktstift oder einer Kontaktstelle des IC unter Mitwirkung externer Schaltungen, wie z. B. einer Testvorrichtung (zum Beispiel für das Testen von ICs). Bei 90 wird der MUX 20 verwendet, um die Stromquelle 25 an den Schaltkondensator-Widerstand 15 und die Signalverarbeitungsschaltung 30 anzuschließen. Bei 93 wird die Frequenz F_sw auf den Wert (F₀·I_TARGET/I_TST) abgeändert, wobei I_TARGET den Zielwert für den Stromkalibrierungsprozess, d. h. den Soll- oder Zielwert für den durch die Stromquelle 25 zugeführten Strom, darstellt. Bei 96 wird die Stromquelle 25 durch das Steuerglied 35 derart verändert, dass die gepufferte Spannung V_o (in dem Maße, in dem die Trimm- oder Abänderungsauflösung der Stromquelle 25 dies erlaubt oder unterstützt) gleich dem Anfangswert V_init wird. Nach diesem Prozess wird der Ausgangsstrom der Stromquelle 25 (I_source in 1) – unabhängig vom Betrag des Kapazitätswertes C_sw oder der anderen Komponenten auf dem Chip – gleich oder nahezu gleich dem I_TARGET. Insbesondere wird jede eingegebene Offsetspannung (wie z. B. die Offsetspannung V_os, die auf den Pufferspeicher 60 in 3 zurückführbar ist) durch den Kalibrierungsprozess gelöscht.
Mit erneuter Bezugnahme auf 4 ist die Abänderung der Frequenz bei 93 mit einem Einstellen der Frequenz F_sw auf einen Wert verbunden, der von I_TST und I_TARGET abhängt. Obwohl der Wert, der für I_TST gewählt wird, in den Ausführungsbeispielen im Allgemeinen anpassungsfähig ist, könnte bei einigen Gegebenheiten die verfügbare Auflösung der Steuerung für F_sw nicht ausreichend sein, um die gewünschte Frequenz zu erreichen. In diesem Fall verursacht die Differenz zwischen der gewünschten Frequenz, d. h. (F₀·I_TARGET/I_TST), und der tatsächlichen Frequenz einen Fehler in den Kalibrierungsergebnissen. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm 100 für einen Kalibrierungsprozess, in dem eine Korrektur hinsichtlich der begrenzten Regelungsauflösung in der Frequenz F_sw vorgenommen wird.
Ähnlich zu dem Prozess, der oben mit Bezugnahme auf 4 beschrieben wurde, weist der Prozess in 5 die Blöcke 78, 81, 84 und 87 auf. Bei 103 wird die Frequenz F_sw jedoch auf einen Logikwert Low gesetzt, d. h. der Schalter 50 im Schaltkondensator-Widerstand 15 schaltet nicht. Bei 106 legt das Steuerglied 35 die zuvor gemessene Spannung, den als V_init gespeicherten Wert, an den TST-Eingang des MUX 20 an. Bei 109 wird die Ausgangsspannung des Pufferspeichers 60 gemessen und die Offsetspannung als V_os = (V_o – V_init) berechnet. Bei 112 wird der MUX 20 verwendet, um die Stromquelle 25 an den Schaltkondensator-Widerstand 15 und die Signalverarbeitungsschaltung 30 anzuschließen. Bei 115 wir die Schaltfrequenz F_sw auf einen Wert eingestellt, der nahe bei oder gleich F₀ (I_TARGET/I_TST) ist, wie es durch die verfügbare Regelungsauflösung von F_sw ermöglicht wird. Bei 118 verändert das Steuerglied 35 den Ausgangsstrom der Stromquelle 25 durch Verändern oder Regeln des Steuersignals V_control derart, dass die gepufferte Spannung Vo gleich (I_TARGET/I_TST)·(F₀/F_sw)·(V_init – V_os) + V_os ist, wobei F_sw der tatsächliche F_sw-Wert ist, der bei 115 erreicht wurde.
In dem obigen Prozess werden eine effektive Messung des Wertes von V_os und eine Anpassung wegen des Fehlers in F_sw ausgeführt. Wenn bekannt ist, dass die Offsetspannung V_os für eine gegebene Ausführung hinreichend klein ist, dann können 103 bis 109 in 5 übersprungen werden, und in der Gleichung, die bei 118 verwendet wird, kann für V_os ein Wert 0 eingesetzt werden.
Eine Ausbildung der Offenbarung betrifft die Messung elektrischer Ströme. In den Ausführungsbeispielen kann die Strommessung zusätzlich zu oder anstelle der Stromkalibrierung ausgeführt werden. Insbesondere wird in einigen Ausführungsformen eine Stromkalibrierung vorgenommen. In anderen Ausführungsformen wird jedoch eine Strommessung vorgenommen. In noch weiteren Ausführungsformen wird sowohl eine Kalibrierung als auch eine Messung des Stroms vorgenommen. Die Kalibrierung und die Messung können nach Wunsch an der gleichen Stromquelle oder an unterschiedlichen Stromquellen vorgenommen werden.
Die in den 1–3 dargestellten Schaltungsanordnungen können verwendet werden, um Ströme zu messen, zum Beispiel Ruheströme oder andere Ströme in einem IC, ohne dass bedeutende oder relativ große Fehlerquellen hinzugefügt werden. 6 zeigt ein Prozessablaufdiagramm 130 für die Messung des Ausgangsstroms einer Stromquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Ähnlich zu dem Prozess, der oben mit Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde, weist der Prozess in 6 die Blöcke 78, 81, 84, 87, 103, 106, 109 und 112 auf. Bei 133 wird die Frequenz F_sw jedoch auf einen Wert eingestellt, der V_o so nahe an V_init heranführt, wie es mittels der verfügbaren Regelungsauflösung (d. h. der Auflösung bei einer Veränderung der Werte) von F_sw möglich ist. Bei 136 wird V_o gemessen, und der gemessene Strom (in diesem Beispiel der Ausgangsstrom, I_source, aus der Stromquelle 25, der anderen Schaltungen als dem MUX 20 verfügbar sein würde, sobald die Messung abgeschlossen ist) wird berechnet gemäß I_meas = I_TST·(F_sw/F₀)·(V_o – V_os)/(V_init – V_os), [Gleichung 4] wobei I_meas zum Beispiel den gemessenen Strom, in diesem Beispiel den Ausgangsstrom I_source aus der Stromquelle 25, bezeichnet.
Ähnlich zu dem Prozess in 5 wird in dem Prozess von 6 eine effektive Messung des Wertes von V_os und eine Anpassung wegen des Fehlers in F_sw ausgeführt. Wenn bekannt ist, dass die Offsetspannung V_os für eine gegebene Ausführung hinreichend klein ist, dann können 103 bis 109 in 6 übersprungen werden, und in der Gleichung, die bei 136 verwendet wird, kann für V_os ein Wert 0 eingesetzt werden.
7 zeigt eine Schaltungsanordnung für ein Steuerglied 35 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In dem dargestellten Beispiel weist das Steuerglied 35 eine Recheneinheit 150 auf, die einen Digitalwert aufnimmt, der die gepufferte Spannung V_o (z. B. aus einer Analog-Digital-Wandlung von V_o) kennzeichnet, und diesen Digitalwert verwendet, um die oben beschriebenen Berechnungen auszuführen. Die Ergebnisse der Berechnungen werden einer Steuerschaltung 153 bereitgestellt. Die Steuerschaltung 153 empfängt ferner eine Bezugsfrequenz F_ref. Die Steuerschaltung 153 verwendet die Bezugsfrequenz F_ref. zum Erzeugen des Steuersignals V_control, zum Abändern der Frequenz des Schaltersteuersignals F_sw usw., wie oben beschrieben wurde. In einigen Ausführungsformen kann das Steuerglied 35 durch Schaltungen ausgebildet werden, die in einen IC integriert sind, während das Steuerglied 35 in anderen Ausführungsformen durch Schaltungen und/oder Software ausgebildet werden kann, die in einer externen Testeinrichtung läuft.
In den Ausführungsbeispielen kann die Bezugsfrequenz F_ref aus einer Vielzahl von Quellen erhalten werden. Wenn in einigen Ausführungsformen auf dem Chip (integriert im IC) eine Quelle mit einer ausreichenden Genauigkeit/Präzision (für die Anwendung) verfügbar ist, wie z. B. ein Oszillator auf dem Chip, dann kann diese Quelle verwendet werden. In einigen Ausführungsformen stellt eine externe Quelle die Bezugsfrequenz F_ref bereit. Beispiele für derartige externe Quellen sind Oszillatoren, wie z. B. Kristalloszillatoren (einschließlich beheizter Kristalloszillatoren), mit globalen Positionierungssatelliten (GPS) synchronisierte Oszillatoren (GPSDOs) für Anwendungen mit einer relativ hohen Genauigkeit/Präzision usw. In einigen Ausführungsformen liefert eine Testeinrichtung, wie z. B. eine IC-Testeinrichtung oder automatische Testeinrichtung (ATE), die Bezugsfrequenz F_ref. Die Testeinrichtung kann die Bezugsfrequenz F_ref unter Verwendung einer Vielfalt von Techniken oder Quellen, wie z. B. der oben beschriebenen Beispiele, erhalten oder erzeugen.
Ebenso kann das Teststromsignal I_TST in den Ausführungsbeispielen aus einer Vielzahl von Quellen erhalten werden. Ist in einigen Ausführungsformen eine Quelle mit einer (für die Anwendung) ausreichenden Genauigkeit/Präzision auf dem Chip (in den IC integriert) verfügbar, dann kann diese Quelle verwendet werden. In einigen Ausführungsformen liefert eine externe Quelle das Teststromsignal I_TST. Beispiel für derartige externe Quellen sind die Stromkalibratoren, Stromquellen, Transkonduktanzverstärker (an eine Spannungsquelle gekoppelt, um eine Eingangsspannung zu liefern), usw. In einigen Ausführungsformen liefert eine Testeinrichtung, wie z. B. eine IC-Testeinrichtung oder ATE, das Teststromsignal I_TST. Die Testeinrichtung kann das Teststromsignal I_TST unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken oder Quellen, wie z. B. der oben beschriebenen Beispiele, erhalten oder erzeugen.
Die Schaltersteuerschaltung 156 erzeugt Steuersignale für den Schalter 50 (siehe 2). In den Ausführungsbeispielen kann die Schaltersteuerschaltung 156 unter Verwendung von Digitallogikschaltungen realisiert sein, wie Fachkundige verstehen werden. Das Steuerglied 35, das die Steuerschaltung 153 aufweist, kann auf vielen verschiedenen Wegen realisiert werden. Beispiele schließen endliche Automaten (FSM), eine kundenspezifische Logik, eine standardmäßige Zellenlogik usw. ein, wie Fachkundige verstehen werden.
Die 8–11 zeigen Schaltungsanordnungen, in denen (eine) kalibrierte oder gemessene Stromquelle(n) gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet (wird) werden. Insbesondere zeigen die Figuren Beispiele für Schaltungen, die eine oder mehrere Stromquellen aufweisen. Die Stromquelle(n) kann (können) kalibriert und/oder gemessen werden, wobei die offenbarten Techniken verwendet werden. Wie Fachkundige jedoch verstehen werden, können die offenbarten Techniken auf eine große Vielfalt von anderen Schaltungen oder auf Schaltungen angewendet werden, die andere Elemente, Bestandteile, Topologien usw. aufweisen, bei denen eine oder mehrere Stromquellen 25 verwendet werden.
8 zeigt einen Stromspiegel 175, der die Stromquelle 25 aufweist, die als ihren Ausgangsstrom einen Ruhestrom, I_bias, bereitstellt. Der Stromspiegel 175 weist auch MOSFETs 178 und 181 auf, die in einer Konfiguration angeschlossen sind, die Fachkundigen bekannt ist. Die Stromquelle 25 kann kalibriert und/oder gemessen werden (der Wert ihres Ausgangsstroms kann gemessen werden), wobei die oben beschriebenen Techniken verwendet werden. Während der Messung oder Kalibrierung der Stromquelle 25 wird sie im Allgemeinen vom Stromspiegel 175 getrennt, oder der Stromspiegel 175 wird auf eine andere Weise deaktiviert, um einen Stromabfluss aus der Stromquelle 25 zu vermeiden. In den Ausführungsbeispielen wird das gleiche Verfahren allgemein für eine beliebige Schaltung eingesetzt, bei der eine unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken zu kalibrierende oder zu messende Stromquelle verwendet wird.
9 zeigt einen Verstärker 200, der eine Stromquelle 25 aufweist, die als eine Stromsenke wirkt (d. h. einen Ruhestrom, I_bias, abführt. Der Verstärker 200 weist auch MOSFETs 203 und 206 und Lasten/Lastschaltungen 209, die in einer Differenzialverstärkerkonfiguration angeschlossen sind, die Fachkundigen bekannt ist. Die Stromquelle 25 kann unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken kalibriert und/oder gemessen werden.
10 zeigt eine Schaltungsanordnung 230 für einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 233, der eine oder mehrere Stromquellen 25 aufweist, die als ihren Ausgangsstrom (ihre Ausgangsströme) den Strom I_o liefern. Der Strom (die Ströme) I_o kann (können) Schaltungen (die nicht dargestellt sind) zugeführt werden, welche dem ADC 233 ein oder mehrere analoge Eingangssignale bereitstellen. Beispiele für derartige Schaltungen schließen Sensoren, Messwandler usw. ein, wie Fachkundige verstehen werden. Der ADC 233 weist auch die ADC-Schaltung 236 auf, welche das (die) analoge(n) Eingangssignal(e) in ein digitales Ausgangssignal umwandelt, wie Fachkundige verstehen werden. Die Stromquelle(n) 25 kann (können) unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken kalibriert und/oder gemessen werden.
11 zeigt einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 250, der die Stromsteuerungsschaltung 253 und die DAC-Schaltung 256 aufweist. Die Stromsteuerungsschaltung 253 weist eine oder mehrere Stromquellen 25 auf. Die Stromquelle(n) 25 kann (können) unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken kalibriert und/oder gemessen werden. Die Stromsteuerungsschaltung 253 funktioniert in Verbindung mit der DAC-Schaltung 256 so, dass ein digitales Eingangssignal des DAC 256 in ein analoges Ausgangssignal umgewandelt wird, wie Fachkundige verstehen werden.
Die Schaltungen und Techniken zur Strom-Kalibrierung und/oder -Messung gemäß der Offenbarung können auf eine Vielzahl von Schaltungen, ICs, Systemen, Untersystemen usw. angewendet werden. 12 zeigt ein Blockdiagramm 500 eines IC 550, insbesondere eine Mikrocontrollereinheit (MCU), die Stromkalibrierungs- und/oder -messschaltungen 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist.
Der IC 550 bildet oder umfasst eine MCU. Der IC 550 weist eine Anzahl von Blöcken (z. B. Prozessor(en) 565, Datenwandler 605, I/O-Schaltungen 585 usw.) auf, die unter Verwendung einer Verbindung 560 miteinander kommunizieren. In den Ausführungsbeispielen kann die Verbindung 560 einen Kopplungsmechanismus bilden, wie z. B. einen Bus, eine Gruppe von Leitern oder Halbleitern zum Übertragen von Informationen, wie z. B. Daten, Anweisungen, Zustandsinformationen und dergleichen.
Der IC 550 kann eine Verbindung 560 aufweisen, die an einen oder mehrere Prozessoren 565, Taktgeberschaltungen 575 und Leistungsmanagementschaltungen oder PMU 580 angeschlossen ist. In einigen Ausführungsformen kann (können) der (die) Prozessor(en) 565 Schaltungen oder Blöcke zum Bereitstellen von Rechenfunktionen bereitstellen, wie z. B. zentrale Recheneinheiten (CPUs), Arithmetik-Logik-Einheiten (ALU) und dergleichen. In einigen Ausführungsformen können die ALUs oder eine ALU verwendet werden, um die oben beschriebenen Berechnungen bei der Kalibrierung und/oder Messung der Ströme auszuführen. In einigen Ausführungsformen kann (können) der (die) Prozessor(en) 565 zusätzlich oder als eine Alternative einen oder mehrere DSPs aufweisen. Die DSPs können wunschgemäß eine Vielzahl von Signalverarbeitungsfunktionen, wie z. B. arithmetische Funktionen, Filtern, Verzögerungsblöcke und dergleichen, bereitstellen.
Die Taktgeberschaltungen 575 können einen oder mehrere Taktsignale erzeugen, welche die Zeitplanung der Betriebsabläufe eines oder mehrerer Blöcke im IC 550 steuern. Die Steuerschaltungen 575 können auch den Zeitablauf der Operationen steuern, welche die Verbindung 560 verwenden. In einigen Ausführungsformen können die Taktgeberschaltungen 575 über die Verbindung 560 den anderen Blöcken im IC 550 ein oder mehrere Taktsignale liefern.
In einigen Ausführungsformen kann die PMU 580 eine Taktgeschwindigkeit einer Vorrichtung (z. B. des IC 550) verringern, den Taktgeber abschalten, die Leistung verringern, die Leistung abschalten oder das Voranstehende bezüglich eines Teils einer Schaltung oder aller Komponenten einer Schaltung beliebig kombinieren. Ferner kann die PMU 580 einen Taktgeber einschalten, eine Taktrate erhöhen, eine Leistung einschalten, eine Leistung vergrößern oder das Voranstehende in Reaktion auf einen Übergang von einem inaktiven Zustand in einen aktiven Zustand beliebig kombinieren (so z. B. wenn der (die) Prozessor(en) 565 einen Übergang von einem leistungsreduzierten oder inaktiven oder Ruhezustand in einen Normalbetriebszustand ausführt (ausführen)).
Die Verbindung 560 kann den einen oder die mehreren Schaltkreise 600 über eine serielle Schnittstelle 595 anschließen. Eine oder mehrere Schaltungen, die an die Verbindung 560 angeschlossen sind, können über die serielle Schnittstelle 595 mit den Schaltkreisen 600 kommunizieren. Die Schaltkreise 600 können unter Verwendung eines oder mehrerer serieller Protokolle, z. B. SMBUS, I²C, SPI und dergleichen, kommunizieren, wie ein Fachkundiger verstehen wird.
Die Verbindung 560 kann über die I/O-Schaltungen 585 ein oder mehrere periphere Geräte 590 ankoppeln. Ein oder mehrere periphere Geräte 590 können über die I/O-Schaltungen 585 an die Verbindung 560 angeschlossen sein und können somit mit anderen Blöcken, die an die Verbindung 560 angeschlossen sind, z. B. Prozessor(en) 365, Speicherschaltung 625 usw., kommunizieren.
In den Ausführungsbeispielen können die peripheren Geräte 590 eine Vielzahl von Schaltungen, Blöcken und dergleichen umfassen. Beispiele schließen I/O-Einrichtungen (Tastenfelder, Tastaturen, Lautsprecher, Anzeigeeinrichtungen, Speichereinrichtungen, Zeitgeber usw.) ein. Es wird angemerkt, dass einige periphere Geräte 590 in einigen Ausführungsformen außerhalb des IC 550 liegen können. Beispiele schließen Tastenfelder, Lautsprecher und dergleichen ein.
In einigen Ausführungsformen können die I/O-Schaltungen 585 bezüglich einiger peripherer Geräte umgangen werden. In derartigen Ausführungsformen können einige periphere Geräte 590 an die Verbindung 560 angeschlossen sein und mit ihr kommunizieren, ohne dass die I/O-Schaltungen 585 verwendet werden. Es wird angemerkt, dass in einigen Ausführungsformen derartige periphere Geräte außerhalb des IC 550 liegen können, wie oben beschrieben wurde.
Die Verbindung 560 kann über den Datenwandler 605 an die Analogschaltungen 620 ankoppeln. Der Datenwandler 405 kann einen oder mehrere ADCs 605B und/oder einen oder mehrere DACs 605A aufweisen. Der (die) ADC(s) 615 empfängt (empfangen) Analogsignal(e) von den Analogschaltungen 620 und wandelt (wandeln) das (die) Analogsignal(e) in ein Digitalformat um, das sie einem oder mehreren Blöcken übermitteln, die an die Verbindung 560 angeschlossen sind.
Die Analogschaltungen 620 können eine breite Vielfalt von Schaltungen umfassen, die Analogsignale liefern und/oder empfangen. Beispiele schließen Sensoren, Messwandler und dergleichen ein, wie Fachkundige verstehen werden. In einigen Ausführungsformen können die Analogschaltungen 620 mit Schaltungen kommunizieren, die außerhalb des IC 550 liegen, sodass wunschgemäß komplexere Systeme, Untersysteme, Steuerblöcke und Informationsverarbeitungsblöcke ausgebildet werden.
Die Steuerschaltungen 570 sind an die Verbindung 560 angeschlossen. Somit können die Steuerschaltungen 570 mit den verschiedenartigen Blöcken, die an die Verbindung 560 angeschlossen sind, kommunizieren und/oder ihre Arbeit steuern. Außerdem können die Steuerschaltungen 570 die Kommunikation oder Kooperation zwischen den verschiedenartigen Blöcken, die an die Verbindung 560 angeschlossen sind, erleichtern.
In einigen Ausführungsformen können die Steuerschaltungen 570 einen Reset-Vorgang einleiten oder auf ihn reagieren. Der Reset-Vorgang kann ein Reset eines oder mehrerer an die Verbindung 560 angeschlossener Blöcke des IC 550 usw. bewirken, wie ein Fachkundiger verstehen wird. Zum Beispiel können die Steuerschaltungen 570 bewirken, dass die PMU 580 und die Schaltungen, wie z. B. das Steuerglied 35, in einen Ausgangszustand zurückgesetzt werden.
In den Ausführungsbeispielen können die Steuerschaltungen 570 eine Vielfalt von Schaltungstypen und -Blöcken aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die Steuerschaltungen 570 Logikschaltungen, endliche Automaten (FSM) oder andere Schaltungen aufweisen, um eine Vielzahl von Arbeitsgängen, wie z. B. die oben beschriebenen Arbeitsgänge, auszuführen.
Die Kommunikationsschaltungen 640 sind an die Verbindung 560 und auch an (nicht dargestellte) Schaltungen oder Blöcke angeschlossen, die außerhalb des IC 550 liegen. Über die Kommunikationsschaltungen 640 können die verschiedenartigen Blöcke, die an die Verbindung 560 (oder allgemein an den IC 550) angeschlossen sind, mittels eines oder mehrerer Kommunikationsprotokolle mit den (nicht dargestellten) externen Schaltungen oder Blöcken kommunizieren. Beispiele schließen USB, Ethernet und desgleichen ein. In den Ausführungsbeispielen können in Abhängigkeit von derartigen Faktoren, wie den Spezifikationen für eine gegebene Anwendung, andere Kommunikationsprotokolle verwendet werden, wie ein Fachkundiger verstehen wird.
Wie angemerkt wurde, ist die Speicherschaltung 625 an die Verbindung 560 angeschlossen. Folglich kann die Speicherschaltung 625 mit einem oder mehreren Blöcken, die an die Verbindung 560 angeschlossen sind, wie z. B. Prozessor(en) 365, Steuerschaltungen 570, I/O-Schaltungen 585 usw., kommunizieren. Die Speicherschaltung 625 stellt einen Speicher für verschiedenartige Informationen oder Daten im IC 550, wie z. B. Operanden, Kennzeichen, Daten, Anweisungen und dergleichen, bereit, wie Fachkundige verstehen werden. Die Speicherschaltung 625 kann wunschgemäß verschiedenartige Protokolle unterstützen, wie z. B. die doppelte Datenrate (DDR), DDR2, DDR3 und dergleichen. In einigen Ausführungsformen schließen die Lese- und/oder Schreibvorgänge die Verwendung von einem oder mehreren Blöcken im IC 550, so z. B. von Prozessor(en) 565, ein. Eine (nicht dargestellte) Anordnung mit Direkt-Speicherzugriff (DMA) ermöglicht in einigen Situationen eine Leistungssteigerung der Speicherarbeitsgänge. Insbesondere stellt der (nicht dargestellte) DMA einen Mechanismus bereit, um die Lese- und Schreibarbeitsgänge statt über Blöcke, wie z. B. Prozessor(en) 565, unmittelbar zwischen der Quelle oder dem Bestimmungsort der Daten und der Speicherschaltung 625 auszuführen.
Die Speicherschaltung 625 kann eine Vielzahl von Speicherschaltungen oder -Blöcken umfassen. In der dargestellten Ausführungsform weist die Speicherschaltung 625 einen nichtflüchtigen Speicher, NV-Speicher, 635 auf. Außerdem oder stattdessen kann die Speicherschaltung 625 einen (nicht dargestellten) flüchtigen Speicher aufweisen. Der NV-Speicher 635 kann verwendet werden, um Informationen zu speichern, welche die Leistungsfähigkeit oder die Konfiguration eines oder mehrerer Blöcke im IC 550 betreffen. Zum Beispiel kann der NV-Speicher 635 Konfigurationsinformationen speichern, welche die Schaltungen zur Stromkalibrierung und/oder -Messung 10 betreffen, wie z. B. den Frequenzplan (z. B. Werte der Bezugsfrequenz Frei; des Frequenzwertes F₀); gemessene, erwartete oder berechnete Werte der Offsetspannung V_os; den Wert des Teststromsignals I_TST usw.
Die verschiedenartigen Digital- und/oder Mischsignalschaltungen und Blöcke, die oben beschrieben und in den Ausführungsbeispielen verwendet wurden, können auf verschiedenartige Weise und unter Verwendung einer Vielzahl von Schaltungselementen oder Blöcken realisiert werden. Zum Beispiel können das Steuerglied 35, die Recheneinheit 150, die Steuerschaltung 153, die Schaltersteuerschaltung 156, die verschiedenartigen Blöcke in 12 usw. im Allgemeinen unter Verwendung digitaler Schaltungen ausgeführt werden. Die Digitalschaltungen können Schaltungselemente oder Blöcke, wie z. B. Gatter, digitale Multiplexer (MUX), elektronische Schalter, Flip-Flops, Register, endliche Automaten (FSM), Prozessoren, programmierbare Logik (z. B. feldprogrammierbare Gatteranordnungen (FPGA) oder andere Typen einer programmierbaren Logik), Arithmetik-Logik-Einheiten (ALU), standardmäßige Zellen, kundenspezifische Zellen usw., aufweisen, wie es gewünscht ist und wie Fachkundige verstehen werden. Außerdem können Analogschaltungen oder Mischsignalschaltungen oder beide enthalten sein, so zum Beispiel Stromrichter, eigenständige Bauelemente (Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, induktive Bauelemente, Dioden usw.) und dergleichen, wie es gewünscht ist. Die Analogschaltungen können Bias-Schaltungen, Entkopplungsschaltungen, Kopplungsschaltungen, Versorgungsschaltungen, Stromspiegel, Strom- und/oder Spannungsquellen, Filter, Verstärker, Wandler, Signalverarbeitungsschaltungen (z. B. Multiplizierer), Detektoren, eigenständige Komponenten (Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren, induktive Bauelemente), analoge MUX und dergleichen aufweisen, wie es gewünscht ist und wie Fachkundige verstehen werden. Die Mischsignalschaltungen können über die oben beschriebenen Analogschaltungen und Digitalschaltungen hinaus Analog-Digital-Wandler (ADC), Digital-Analog-Wandler (DAC) usw. aufweisen, wie es oben beschrieben wurde und wie Fachkundige verstehen werden. Die Auswahl von Schaltungen für eine gegebene Ausführung hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie Fachkundige verstehen werden. Derartige Faktoren schließen Entwurfsvorgaben, Leistungsvorgaben, Kosten, die IC- oder Bauelementfläche, die verfügbare Technologie, wie z. B. die Halbleiterherstellungstechnologie, Zielmärkte, vorgesehene Endanwender usw. ein.
Die verschiedenartigen Analogschaltungen und Blöcke, die oben beschrieben und in den Ausführungsbeispielen verwendet wurden, können auf verschiedenartige Weise und unter Verwendung einer Vielzahl von Schaltungselementen oder Blöcken realisiert werden. Zum Beispiel können der Schaltkondensator-Widerstand 15, die Stromquelle 25, die Signalverarbeitungsschaltung 30, der Schalter 50, der Pufferspeicher 60 usw. im Allgemeinen unter Verwendung von Analogschaltungen ausgeführt werden. Die Analogschaltungen können Bias-Schaltungen, Entkopplungsschaltungen, Kopplungsschaltungen, Versorgungsschaltungen, Stromspiegel, Strom und/oder Spannungsquellen, Filter, Verstärker, Wandler, Signalverarbeitungsschaltungen (z. B. Multiplizierer), Sensoren oder Detektoren, eigenständige Komponenten (Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren, induktive Bauelemente), analoge MUX und dergleichen aufweisen, wie es gewünscht ist und wie Fachkundige verstehen werden. Außerdem können Digitalschaltungen oder Mischsignalschaltungen oder beide enthalten sein. Die Digitalschaltungen können Schaltungselemente oder Blöcke, wie z. B. Gatter, digitale Multiplexer (MUX), elektronische Schalter, Flip-Flops, Register, endliche Automaten (FSM), Prozessoren, programmierbare Logik (z. B. feldprogrammierbare Gatteranordnungen (FPGA) oder andere Typen einer programmierbaren Logik), Arithmetik-Logik-Einheiten (ALU), standardmäßige Zellen, kundenspezifische Zellen usw., aufweisen, wie es gewünscht ist und wie Fachkundige verstehen werden. Die Mischsignalschaltungen können über die Analogschaltungen und Digitalschaltungen hinaus Analog-Digital-Wandler (ADC), Digital-Analog-Wandler (DAC) usw. aufweisen, wie es oben beschrieben ist und wie Fachkundige verstehen werden. Die Auswahl von Schaltungen für eine gegebene Ausführung hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie Fachkundige verstehen werden. Derartige Faktoren schließen Entwurfsvorgaben, Leistungsvorgaben, Kosten, die IC- oder Bauelementfläche, die verfügbare Technologie, wie z. B. die Halbleiterherstellungstechnologie, Zielmärkte, vorgesehene Endanwender usw. ein.
Bezüglich der Figuren werden Fachkundige bemerken, dass die verschiedenartigen dargestellten Blöcke vor allem die konzeptionellen Funktionen und den Signalfluss aufzeigen könnten. Die tatsächliche Schaltungsausführung könnte für die verschiedenartigen Funktionsblöcke eine separat erkennbare Hardware enthalten oder auch nicht, und es könnten die speziellen dargestellten Schaltungen verwendet werden oder auch nicht. Zum Beispiel kann der Funktionsumfang verschiedenartiger Blöcke nach Wunsch in einem Schaltungsblock kombiniert werden. Darüber hinaus kann der Funktionsumfang eines einzelnen Blocks nach Wunsch in mehreren Schaltungsblöcken realisiert werden. Die Wahl der Schaltungsausführung hängt von verschiedenartigen Faktoren ab, wie z. B. den speziellen Gestaltungs- und Leistungsspezifikationen für eine gegebene Ausführung. Andere Abwandlungen und alternative Ausführungsformen über die Ausführungsformen in der Offenbarung hinaus werden für Fachkundige ersichtlich sein. Dementsprechend vermittelt die Offenbarung dem Fachkundigen die Art und Weise, wie die offenbarten Konzepte gemäß den Ausführungsbeispielen realisiert werden können, und sie ist nur als eine Veranschaulichung aufzufassen. Wo es zutreffend ist, könnten die Figuren maßstabgerecht gezeichnet werden, was aber nicht ausführbar zu sein braucht, wie Fachkundige verstehen werden.
Die speziellen dargestellten und beschriebenen Ausgestaltungen und Ausführungsformen stellen lediglich Ausführungsbeispiele dar. Fachkundige können verschiedenartige Änderungen an der Form, Größe und Anordnung von Teilen vornehmen, ohne den Umfang der Offenbarung zu verlassen. Zum Beispiel können Fachkundige die dargestellten und beschriebenen Elemente durch gleichwertige Elemente ersetzen. Darüber hinaus können Fachkundige bestimmte Merkmale der offenbarten Konzepte unabhängig von der Verwendung anderer Merkmale verwenden, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.

Claims

Vorrichtung mit: einem integrierten Schaltkreis (IC) mit: einer Stromquelle, um einen Ausgangsstrom in Reaktion auf ein Steuersignal abzuführen oder zuzuführen, und einem Schaltkondensator-Widerstand, der an die Stromquelle gekoppelt ist, und einem Steuerglied, das angeschlossen ist, um das Steuersignal aus einer Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand abzuleiten, wobei das Steuerglied ferner dem Schaltkondensator-Widerstand ein Schaltersteuersignal bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuersignal vom Steuerglied verwendet wird, um die Stromquelle zu kalibrieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuerglied die Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand verwendet, um eine Frequenz des Schaltersteuersignals von einem ersten Frequenzwert auf einen zweiten Frequenzwert zu verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der zweite Frequenzwert von dem ersten Frequenzwert und einem Zielwert des Ausgangsstroms abhängt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Pufferspeicher zum Abgreifen der Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand, um eine gepufferte Spannung bereitzustellen, wobei das Steuersignal aus einer Offsetspannung und der gepufferten Spannung abgeleitet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Spannung, die aus der Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand abgeleitet ist, vom Steuerglied zum Messen der Ausgangsspannung verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner mit einem Pufferspeicher zum Abgreifen der Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand, um eine gepufferte Spannung bereitzustellen, wobei das Steuerglied die gepufferte Spannung zum Messen des Ausgangsstroms verwendet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaltkondensator-Widerstand einen Kondensator und einen Schalter aufweist, wobei der Schalter den Kondensator in Abhängigkeit von einem Wert des Schaltersteuersignals entlädt.
Vorrichtung mit: einer Mikrocontrollereinheit (MCU) mit: einer Stromquelle, um einen Ausgangsstrom in Reaktion auf ein Steuersignal abzuführen oder zuzuführen, einem Schaltkondensator-Widerstand, der an die Stromquelle angeschlossen ist, und einer Signalverarbeitungsschaltung, die angeschlossen ist, um eine Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand abzugreifen und ein Ausgangssignal bereitzustellen, wobei die Signalverarbeitungsschaltung eine Offsetspannung aufweist, und einem Steuerglied, das angeschlossen ist, um das Steuersignal aus dem Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung und der Offsetspannung abzuleiten, wobei das Steuerglied ferner dem Schaltkondensator-Widerstand ein Schaltersteuersignal bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Steuersignal vom Steuerglied verwendet wird, um den Ausgangsstrom zu kalibrieren.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Spannung, die aus der Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand abgeleitet ist, vom Steuerglied zum Messen des Ausgangsstroms verwendet wird,
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaltkondensator-Widerstand einen Kondensator aufweist, der an einen Schalter angeschlossen ist, wobei der Schalter den Kondensator in Reaktion auf einen ersten Wert des Schaltersteuersignals entlädt und wobei der Schalter den Kondensator in Reaktion auf einen zweiten Wert des Schaltersteuersignals an die Signalverarbeitungsschaltung anschließt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalverarbeitungsschaltung aufweist: einen Kondensator, der an einen Schaltkondensator-Widerstand und an Erde angeschlossen ist, und einen Pufferspeicher zum Puffern der Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand, um das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung zu erzeugen.
Verfahren, umfassend: Abführen (sinking) oder Zuführen (sourcing) eines Ausgangsstroms aus einer Stromquelle in Reaktion auf ein Steuersignal, Bereitstellen des Ausgangsstroms an einen Schaltkondensator-Widerstand, Ableiten des Steuersignals aus einer Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand und Bereitstellen eines Schaltersteuersignals für den Schaltkondensator-Widerstand.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner das Verwenden des Steuersignals zum Kalibrieren des Ausgangsstroms umfassend.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, ferner das Verwenden des Steuersignals zum Messen des Ausgangsstroms umfassend.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Filtern der Spannung über dem Schaltkondensator und Puffern der Spannung über dem Schaltkondensator.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ableiten des Steuersignals aus der Spannung über dem Schaltkondensator-Widerstand ferner ein Verwenden einer Offsetspannung zum Bestimmen des Steuersignals umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen des Schaltersteuersignals an den Schaltkondensator-Widerstand ferner ein Verwenden einer Offsetspannung zum Einstellen einer Frequenz des Schaltersteuersignals umfasst.