DE102020132400A1

DE102020132400A1 - Mehrfachbereichsstromsensortechniken

Info

Publication number: DE102020132400A1
Application number: DE102020132400.6A
Authority: DE
Inventors: Hio Leong Chao; Hai Chen; Syed Mk Bari
Original assignee: Analog Devices International ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2021-06-17
Also published as: US11137419B2; US20210181238A1; CN112986666A; CN112986666B

Abstract

Techniken zum Verbessern einer Mehrfachbereichsstromerfassung werden bereitgestellt. Bei einem Beispiel kann ein Schaltkreis mehrere Shunt-Widerstände, mehrere Verstärkungswiderstände und einen ersten Schalter aufweisen. Ein erster Shunt-Widerstand der mehreren Shunt-Widerstände kann einen anderen Typ als die anderen Shunt-Widerstände der mehreren Shunt-Widerstände aufweisen. Die mehreren Verstärkungswiderstände können einen ersten Verstärkungswiderstand desselben Widerstandstyps wie der erste Shunt-Widerstand aufweisen. Der erste Verstärkungswiderstand kann einen anderen Typ als die anderen Verstärkungswiderstände der mehreren Verstärkungswiderstände aufweisen. Der Schalter kann dazu ausgebildet sein, in einem ersten Zustand den ersten Shunt-Widerstand mit der Last zu koppeln und in einem zweiten Zustand den ersten Shunt-Widerstand von der Last zu trennen.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft Stromerfassungsschaltkreise und insbesondere Techniken zur Mehrfachbereichsstromerfassung.
HINTERGRUND
Stromüberwachungsschaltkreise können verwendet werden, um die Laststrominformationen eines Systems zu überwachen und zu melden. Eine herkömmliche Art zum Erfassen des Stroms ist das Verwenden eines Shunt-Widerstands in Reihe mit dem Pfad des Stromflusses und Messen der Spannung, die sich über den Shunt-Widerstand hinweg entwickelt. Aufgrund des ohmschen Gesetzes ist die Spannung über den Shunt-Widerstand-Anschluss hinweg proportional zu dem Strom durch den Widerstand. Ein Stromsensorschaltkreis wirkt mit dem Shunt-Widerstand zusammen, um ein Ausgabesignal zu produzieren, das proportional zu dem Strom durch den Shunt-Widerstand ist. Eine Fehlerquelle für einen Stromsensorschaltkreis ist ein Versatzfehler, der durch eine endliche Leerlaufverstärkung oder Vorrichtungsfehlanpassung verursacht wird. Der Versatzfehler weist den größten Einfluss auf die Stromüberwachungsausgabegenauigkeit, wenn das Eingangssignal klein ist. Wenn das Eingangssignal relativ zu dem Versatzfehler groß ist, verbessert sich die Ausgabegenauigkeit, weil das Signal, das gemessen wird, größer als der Versatzfehler in dem Stromüberwachungsgerät selbst ist. Jedoch verringern größere Signale allgemein die Effizienz des Systems, während kleinere Signale eine Herausforderung für die Genauigkeit darstellen. Bei manchen Systemen ist es notwendig, die Laststrominformationen mit hoher Genauigkeit über eine Spanne von mehreren Dekaden zu melden.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Techniken zum Verbessern einer Mehrfachbereichsstromerfassung werden bereitgestellt. Bei einem Beispiel kann ein Schaltkreis mehrere Shunt-Widerstände, mehrere Verstärkungswiderstände und einen ersten Schalter aufweisen. Ein erster Shunt-Widerstand der mehreren Shunt-Widerstände kann einen anderen Typ und einem anderen Widerstandswert als die anderen Shunt-Widerstände der mehreren Shunt-Widerstände aufweisen. Die mehreren Verstärkungswiderstände können einen ersten Verstärkungswiderstand desselben Widerstandstyps wie der erste Shunt-Widerstand aufweisen. Der erste Verstärkungswiderstand kann einen anderen Typ und Widerstandswert als die anderen Verstärkungswiderstände der mehreren Verstärkungswiderstände aufweisen. Der Schalter kann dazu ausgebildet sein, in einem ersten Zustand den ersten Shunt-Widerstand mit der Last zu koppeln und in einem zweiten Zustand den ersten Shunt-Widerstand von der Last zu trennen.
Dieser Abschnitt soll eine Übersicht über den Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung bereitstellen. Es ist nicht beabsichtigt, eine ausschließliche oder erschöpfende Erklärung der Erfindung bereitzustellen. Die ausführliche Beschreibung ist aufgenommen, um weitere Informationen über die vorliegende Patentanmeldung bereitzustellen.
Figurenliste
In den Zeichnungen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind, können gleiche Ziffern ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Ansichten beschreiben. Gleiche Ziffern mit unterschiedlichen Buchstabenzusätzen können unterschiedliche Fälle von ähnlichen Komponenten repräsentieren. Die Zeichnungen veranschaulichen allgemein verschiedene in dem vorliegenden Dokument besprochene Ausführungsformen als Beispiele und nicht als Beschränkungen.

1 veranschaulicht allgemein ein System, das einen beispielhaften Stromsensorschaltkreis aufweist.
2 zeigt das transiente Simulationsergebnis des beispielhaften Stromerfassungsschaltkreises aus 1.
3 zeigt das transiente Simulationsergebnis, wie in 2 gezeigt, für eine Zeit zwischen 4,2 ms bis 5,8 ms.
4 zeigt das Simulationsergebnis zwischen der Zeit 4,9 ms und 5,12 ms.
5 zeigt die Steuersignale der Schalter Sm1 - Sm6 und Stf1 - Stf9, wenn der Stromsensorschaltkreis zwischen verschiedenen Bereichen wechselt.
6 zeigt allgemein eine Implementierung eines Systems, das eine allgemeine Implementierung eines beispielhaften Mehrfachbereichsstromsensorschaltkreises aufweist.
7 veranschaulicht allgemein ein System, das eine beispielhafte Mehrfachbereichsstromsensorgestaltung mit mehr als einer Leistungsversorgung, die den Laststrom bereitstellen, aufweist.
8 veranschaulicht allgemein ein alternatives Beispielsystem.
9 veranschaulicht allgemein ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben eines Mehrfachbereichsstromsensors gemäß dem vorliegenden Erfindungsgegenstand.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Mehrfachbereichsstromüberwachungsschaltkreis kann einen Strom über einen weiten Bereich mit guter Genauigkeit erfassen. Ein Mehrfachbereichsstromüberwachungsschaltkreis kann mehrere Shunt-Widerstände mit verschiedenen Werten zur Stromüberwachung und zum Bereitstellen einer skalierten Repräsentation eines Strompegels eines unidirektionalen oder bidirektionalen Laststroms verwenden, der durch eine oder mehrere Leistungsversorgungen bereitgestellt wird. In Abhängigkeit von dem Pegel des Stroms kann der angemessene Shunt-Widerstand zum Leiten des Stroms ausgewählt werden. Das Auswählen des geeigneten Shunt-Widerstands gemäß dem Betrag des Erfassungsstroms kann ermöglichen, dass das Eingangssignal zu dem Stromüberwachungsgerät stets innerhalb eines angemessenen Bereichs liegt; dementsprechend wird der Effekt des Versatzfehlers auf die Ausgabegenauigkeit des Stromüberwachungsgeräts minimiert, während ein kleiner Shunt-Widerstand verwendet wird, um die Effizienzverschlechterung zu minimieren.
Ein Shunt-Widerstand mit niedrigem Temperaturkoeffizienten (TC) wird typischerweise für Stromüberwachungsgeräte verwendet, bei denen die Ausgabegenauigkeit von dem absoluten Widerstandswert des Shunt-Widerstands abhängt. Für herkömmliche Mehrfachbereichsstromüberwachungsschaltkreise kann dies bedeuten, dass mehrere Nieder-TC-Shunt-Widerstände notwendig sind. Die Kosten diskreter Nieder-TC-Shunt-Widerstände sind relativ zu den Systemkosten allgemein hoch. Dies gilt insbesondere für herkömmliche Mehrfachbereichsstromüberwachungsschaltkreise, bei denen viele Mehrfach-Shunt-Widerstände verwendet werden.
Die vorliegenden Erfinder haben Techniken für eine Mehrfachbereichsstromüberwachungsarchitektur erkannt, die dabei helfen kann, die diskrete Nieder-TC-Shunt-Widerstände zu beseitigen oder deren Anzahl zu reduzieren, indem Shunt-Widerstände und Verstärkungswiderstände verwendet werden, die aus verschiedenen Materialien gefertigt sind. Durch das Verwenden von Shunt- und Verstärkungswiderständen, die aus dem gleichen Material gefertigt sind, kann die Ausgabegenauigkeit des Stromüberwachungsgeräts unabhängig von dem absoluten Widerstandswert des Shunt-Widerstands gemacht werden. Des Weiteren kann die Mehrfachbereichsstromüberwachungsarchitektur bei gewissen Beispielen Shunt-Widerstände aus unterschiedlichen Materialien zur Erfassung von Strom in verschiedenen Bereichen nutzen. Zum Beispiel können die Shunt- und Verstärkungswiderstände für einen niedrigen Erfassungsstrom unter Verwendung von Dünnfilmmaterial realisiert werden; für einen mittleren Erfassungsstrom können die Shunt- und Verstärkungswiderstände unter Verwendung eines Metallisierungswiderstands realisiert werden; für einen hohen Erfassungsstrom können die Shunt- und Verstärkungswiderstände unter Verwendung eines Bismaleimid-Triazin-Harz(BT)-Substrats realisiert werden; für einen ultrahohen Erfassungsstrom können die Shunt- und Verstärkungswiderstände unter Verwendung des Kupfers auf einer PCB oder durch Verwendung diskreter Nieder-TC-Widerstände realisiert werden. Bei gewissen Beispielen kann ein Metall-Shunt-Widerstand mit einem BT-Substrat eingesetzt werden, um Strom von etwa 100 Ampere zu erfassen. Ein solcher Shunt-Widerstand kann ein Kupferleitungsmedium aufweisen und kann so gefertigt werden, dass er eine Grundfläche von etwa 20,00 Millimeter (mm) mal 25,97 mm aufweist.
1 veranschaulicht allgemein ein System 100, das einen beispielhaften Stromsensorschaltkreis 101 aufweist. Das System 100 kann eine Leistungsversorgung, den Stromsensorschaltkreis 101 und eine Last 102 aufweisen. Bei manchen Beispielen kann die Leistungsversorgung 102 einen Spannungsregler aufweisen. Der Stromerfassungsschaltkreis 101 kann den Strom (I_L), der von der Leistungsversorgung 102 an die Last 103 geliefert wird, überwachen und kann eine skalierte Repräsentation (I_ÜBERW) des bereitgestellten Stroms als eine Ausgabe bereitstellen. Bei manchen Beispielen kann die Ausgabe des Stromerfassungsschaltkreises 101 als eine Rückkopplung für die Leistungsversorgung 102 verwendet werden, ist aber nicht derart eingeschränkt.
Der Stromsensorschaltkreis 101 kann mehrere Shunt-Widerstände, mehrere Verstärkungswiderstände (Rtfs1, Rtfs2, Rms), mehrere Schalter (Stf1-Stf9, Sm1-Sm6) und eine Umwandlungsschaltungsanordnung 104 aufweisen, um die Repräsentation (I_ÜBERW) des erfassten Stroms (I_L) bereitzustellen. Bei gewissen Beispielen kann der Stromsensorschaltkreis 101 Dünnfilm (tf: thin-film) und Metall-auf-Silicium (m) als die Shunt-Widerstände einsetzen. Bei gewissen Beispielen kann die Umwandlungsschaltungsanordnung 104 ein Paar Verstärker (A1 und A2) und optional einen Ausgangswiderstand (R0), eine optionale Spannungsreferenz 105 und eine Steuerung 106 aufweisen. Die Steuerung 106 kann die skalierte Repräsentation (I_OBERW) an dem Ausgang des Stromerfassungsschaltkreises 101 überwachen und kann die Schalter (Stf1-Stf9, Sm1-Sm6) steuern, um in den meisten Fällen den besten Erfassungsbereich für den Pegel des erfassten Stroms zu anzupassen.
Während des Betriebs können einer der Shunt-Widerstände (Rms, Rtfs und Rtfs2) und einer der Verstärkungswiderstände (Rmg und Rtfg) ausgewählt und durch den Stromsensorschaltkreis 101 verwendet werden. Der Verstärkungs- und Shunt-Widerstand, die durch den Stromsensorschaltkreis 101 genutzt werden, werden hier als der ausgewählte Verstärkungs- und Shunt-Widerstand bezeichnet. Der ausgewählte Verstärkungs- und Shunt-Widerstand sind von dem gleichen Widerstandstyp. Bei gewissen Beispielen können der ausgewählte Verstärkungs- und Shunt-Widerstand aneinander angrenzen, so dass der ausgewählte Verstärkungs- und Shunt-Widerstand die gleiche Betriebstemperatur teilen. Bei gewissen Beispielen kann ein integrierter Schaltkreis den ausgewählten Verstärkungs- und Shunt-Widerstand aufweisen und können der ausgewählte Verstärkungs- und Shunt-Widerstand miteinander verschränkt sein, so dass der ausgewählte Verstärkungs- und Shunt-Widerstand die gleiche Betriebstemperatur teilen. Ein Widerstandstyp ist durch einen Widerstand definiert, der aus einem speziellen Typ von Material gefertigt ist oder eine spezielle TC-Charakteristik aufweist, zum Beispiel ist ein Dünnfilmwiderstand ein Widerstandstyp, ist ein Metallwiderstand ein anderer Widerstandstyp und ist ein diskreter Nieder- TC-Shunt-Widerstand ein Widerstandstyp. Das veranschaulichte Beispiel aus 1 weist ein Metallwiderstandsmodul 107 einschließlich eines Metall-Shunt-Widerstands (Rms) und eines Metallverstärkungswiderstands (Rmg) auf. Das veranschaulichte Beispiel aus 1 weist auch ein Dünnfilmwiderstandsmodul 108 einschließlich mehrerer Dünnfilm-Shunt-Widerstände (Rtfs1, Rtfs2) und eines Dünnfilmverstärkungswiderstands (Rtfg) auf. Typen von Widerständen, die verwendet werden können, schließen unter anderem Diffusionswiderstände, Poly-Widerstände, Dünnfilmwiderstände, Metallwiderstände oder angepasste Nieder-TC-Widerstände ein. Bei manchen Beispielen können die Widerstände auf einem Halbleitersubstrat, einem Bismaleimid-Triazin-Harz(BT)-Substrat oder einem Leiterplatten(PCB)-Substrat integriert werden.
Während des Betriebs kann ein Ausgang (V_AUS) der Leistungsversorgung 102 Leistung über den Stromerfassungsschaltkreis 101 an einen Eingangsknoten (V_LAST) der Last 103 liefern. Eine erste Gruppe von Schaltern (Stf1, Stf7, Sm1) kann dazu wirken, einen ausgewählten Shunt-Widerstand in Reihe zwischen der Leistungsversorgung 102 und der Laste 103 zu koppeln. Eine zweite Gruppe von Schaltern (Stf2, Stf3, Stf8, Stf9, Sm2, Sm3) kann dazu wirken, jeden Knoten des ausgewählten Shunt-Widerstands mit einem Eingang jedes Verstärkers (A1, A2) zu koppeln. Eine dritte Gruppe von Schaltern (Stf5, Sm5) kann dazu wirken, einen ausgewählten Verstärkungswiderstand mit einem Rückkopplungsnetz des ersten Verstärkers (A1) zu koppeln. Eine vierte Gruppe von Schaltern (Stf6, Sm6) kann als Kelvin-Verbindungen zu dem ausgewählten Verstärkungswiderstand dienen und während des Betriebs keinen DC-Strom leiten.
Der veranschaulichte Stromsensorschaltkreis 101 weist drei unterschiedliche Erfassungsbereiche auf, aber der vorliegende Erfindungsgegenstand ist nicht derart beschränkt. Wenn der Stromsensorschaltkreis 101 in dem niedrigsten Erfassungsbereich arbeitet, können Dünnfilmwiderstände Rtfs2 und Rtfg als der ausgewählte Shunt- und Verstärkungswiderstand verwendet werden. Bei gewissen Beispielen kann der niedrigste Erfassungsbereich dem höchsten Auflösungsbereich entsprechen. Wenn der Stromsensorschaltkreis 101 in dem mittleren Erfassungsbereich arbeitet, können Dünnfilmwiderstände Rtfs1 und Rtfg als der ausgewählte Shunt- und Verstärkungswiderstand verwendet werden. Wenn der Stromsensorschaltkreis in dem höchsten Erfassungsbereich arbeitet, können Metallwiderstände Rms und Rmg als der ausgewählte Shunt- und Verstärkungswiderstand verwendet werden. Bei gewissen Beispielen kann der höchste Erfassungsbereich dem niedrigsten Auflösungsbereich entsprechen. Die Widerstände Rtfs1, Rtfs2 und Rtfg sind aus einem Dünnfilmmaterial gefertigt, das eine sehr niedrige TC-Charakteristik aufweist, und Rtfg sollte Rtfs1 und Rtfs2 bezüglich der Temperatur folgen, um einen Temperaturdrift zu minimieren.
Das folgende Beispiel beschreibt den Betrieb des Stromsensorschaltkreises 101 und nimmt an, dass der Stromerfassungsschaltkreis 101 in dem höchsten Erfassungsbereich arbeitet. Von daher sind die Schalter Sm1 bis Sm6 geschlossen. Die Leistungsversorgung 102 kann Leistung über einen Laststrom (I_L) bei der durch die Leistungsversorgung 102 bereitgestellten Spannung an die Last 103 liefern. Der Laststrom (I_L) kann die Last 102 über den ausgewählten Shunt-Widerstand Rms und den Schalter Sm1 durchlaufen und kann eine Erfassungsspannung (Vs) über den ausgewählten Shunt-Widerstand (Rms) entwickeln. Die Erfassungsspannung (Vs) kann gegeben werden durch: $Vs = vp - v = iL \cdot Rms .$
Wenn sich die Verstärker (A1 und A2) im Gleichgewicht befinden, werden die Knotenspannung „vp“ und „vn“ auf die Knoten „vp1“ und „vn1“ gespiegelt. Ein Strom (ig) wird von dem ersten Verstärker (A1) durch den Schalter Sm4 an den Verstärkungswiderstand (Rmg) geliefert und der Strom (ig) fließt von Rmg zu dem zweiten Verstärker (A2). Der Strom durch Rmg kann gegeben werden durch: $ig = (vp 1 - vn 1) /Rmg = (vp - vn) /Rmg = I_{L} \cdot Rms/Rmg .$
Der zweite Ausgangsanschluss des ersten Verstärkers (A1) oder eines dritten Verstärkers (α) kann einen Strom, α·ig, in einen Ausgangswiderstand (R0) einspeisen. Bei gewissen Beispielen kann der zweite Ausgang des dritten Verstärkers (α) über einen stromabhängigen Verstärker oder eine Stromquelle, wie etwa zum Beispiel einen Verhältnisstromspiegel, implementiert werden. Die skalierte Repräsentation (I_ÜBERW) des Laststroms (I_L) kann gegeben werden durch: $I_{ÜBERW} = α \cdot ig \cdot R0 + Vref .$
Durch Einsetzen von GI. 2 für „ig“ in GI. 3 kann die I_ÜBERW-Spannung wie folgt ausgedrückt werden: $I_{ÜBERW} = I_{L} \cdot α \cdot R0 \cdot Rms/Rmg + Vref .$
Gl. 4 zeigt, dass die Qualität der skalierten Repräsentation (I_ÜBERW) von α, Vref, Ro und dem Verhältnis zwischen dem ausgewählten Verstärkungs- und Shunt-Widerstand (z. B. Rms, Rmg) abhängt. Bei diesem Beispiel kann der ausgewählte Shunt-Widerstand (Rms) den Laststrom (I_L) leiten und kann ein metallwiderstand sein. Das leitfähige Material für einen Metallwiderstand in Siliciumprozessen ist typischerweise Aluminium das einen TC von 0,36 %/°C hat. Die Genauigkeit der Strommessung hängt von der Konsistenz des Verhältnisses des ausgewählten Shunt- und Verstärkungswiderstands (z. B. Rms/Rmg) über die Betriebstemperatur ab. Von daher kann der ausgewählte Verstärkungswiderstand den gleichen oder beinahe den gleichen TC wie der ausgewählte Shunt-Widerstand haben, wenn der ausgewählte Verstärkungswiderstand (Rmg) die gleiche Konstruktion wie der Rms aufweist und sie die Betriebstemperatur teilen. Beispielhafte Konstruktionstechniken für den Verstärkungs- und Shunt-Widerstand unter Verwendung von Metallschichten zum optimierten Teilen der Temperatur sind ausführlich in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 16/539,404, mit dem Titel „SHUNT RESISTOR AVERAGING TECHNIQUES“, eingereicht am 13. August 2019, besprochen und diese ist hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen. Metallwiderstände können ein relativ niedriges Flächen-Rho aufweisen und können besser dazu geeignet sein, einen Strom zu leiten, der in Bezug auf eine Siliciumfläche zu groß ist, um durch das Dünnfilmmaterial bewältigt zu werden. Shunt-Widerstände vom Metallwiderstandstyp können in dem Bereich von Werten zwischen einigen Zehn Ohm bis zu einigen wenigen Milliohm (mΩ) gefertigt werden.
Bei dem veranschaulichten Beispiel aus 1 können Dünnfilm-Shunt-Widerstände (Rtfs1, Rtfs2) verwendet werden, wenn der Laststrom (I_L) in dem mittleren oder niedrigen Bereich ist. Die Dünnfilm-Shunt-Widerstände können Dünnfilmwiderstände sein und können Werte von einigen zehn Ohm bis zu hunderten Kiloohm haben. Der Dünnfilmverstärkungswiderstand (Rtfg) kann zusammen mit den Dünnfilm-Shunt-Widerständen (Rtfs1, Rtfs2) verwendet werden. Ein Dünnfilmmaterial weist typischerweise ein höheres Flächen-Rho im Vergleich zu Metall auf und ist für die Fertigung von Widerständen mit Werten im Bereich von einigen 10 bis zu einigen 100 kΩ günstig. Das Betriebsprinzip des Stromerfassungsschaltkreises 101 ist unabhängig von dem Typ des Widerstandsmaterials für den ausgewählten Shunt- und Verstärkungswiderstand. Bei dem veranschaulichten Beispiel aus 1 hängt die Qualität der Repräsentation (I_ÜBERW) des Laststroms, wenn die Dünnfilmwiderstände ausgewählt werden, von dem Verhältnis Rtfs1/Rtfg oder Rtfs2/Rtfg ab. Die Schalter Sm1-Sm6 und Stf1-Stf9 ermöglichen, dass das Stromüberwachungsgerät in verschiedenen Erfassungsbereichen arbeitet. Die Auswahl, welcher Sensorbereich zu verwenden ist, könnte manuell oder automatisch über die Steuerung 106 basierend auf der Repräsentation (I_ÜBERW) des Laststroms programmiert werden.
2 zeigt das transiente Simulationsergebnis des beispielhaften Stromerfassungsschaltkreises aus 1. Die Simulationsergebnisse weisen eine grafische Darstellung 201 des Stroms, der über den Shunt-Widerstand (RMS) geleitet wird, eine grafische Darstellung 202 des Stroms, der über den ersten Dünnfilm-Shunt-Widerstand (Rtfs1) geleitet wird, eine grafische Darstellung 203 des Stroms, der über den zweiten Dünnfilm-Shunt-Widerstand (Rtfs2) geleitet wird, eine grafische Darstellung 204 der Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung (V_AUS) und der Lastspannung (V_LAST), eine grafische Darstellung 205 des Laststroms (I_L), eine grafische Darstellung 206 der Repräsentation des Laststroms (I_OBERW) und eine grafische Darstellung 207 des Fehlers der Repräsentation des Laststroms (I_OBERW) auf. Bei der Simulationseinstellung durchläuft der Laststrom von -25 mA bis 25 mA. Die positive Polarität des Laststroms ist als ein Laststrom definiert, der von der Leistungsversorgung zu der Last fließt. Die Schalter Stf2-Stf8 und Sm1-Sm6 ändern die Zustände, wenn der Betrag des Laststroms die Schwellen von ±2,5 mA, ±250 µA und ±25 µA passiert. Die grafische Darstellung 207 unten zeigt den Ausgabefehler des Stromüberwachungsschaltkreises. Zur Zeit = 0s, wenn der Laststrom -25 mA beträgt, wird der Shunt-Widerstand Rms zum Leiten des Laststroms ausgewählt. Dies setzt den Strom-überwachungsschaltkreis in den höchsten Stromüberwachungsbereich. Mit zunehmender Simulationszeit nimmt der Betrag des Laststroms und somit das Eingangssignal in das Stromüberwachungsgerät ab. Ein kleineres Eingangssignal bedeutet, dass die Ausgabe des Stromsensorschaltkreises empfindlicher gegenüber den Eingangsversatzfehlern von A1 und A2 ist.
Zur Zeit = 4,5 ms (lL = -2,5 mA), ändern die Schalter Stf1 bis Stf6 und Sm1 bis Sm6 die Zustände, um Rtfs1 als den Shunt-Widerstand auszuwählen. Zu diesem Zeitpunkt werden Rtfs1 und Rtfg ausgewählt. Die Ausgabe des Stromsensors springt zu dem Zeitpunkt, nachdem die Schalter die Zustände ändern, zurück zu nahe dem negativen Vollausschlag. In dem Augenblick, nachdem sich der Bereich geändert hat, erholt sich der Eingabesignalpegel auf einen angemessenen Pegel relativ zu dem Vollausschlagpegel des Bereichs. Nun mit Rtfs1 ist das Signal über den ausgewählten Shunt-Widerstand hinweg relativ zu dem Versatzfehler von A1 und A2 größer und wird der Ausgabefehler des Stromüberwachungsgeräts kleiner.
Wenn der Betrag des Laststroms weiter bis zu 4,95 ms (lL = -250 µA) abnimmt, ändert das Stromüberwachungsgerät den Bereich. Die Schalter Stf1-Stf3 und Stf7-Stf9 ändern die Zustände, um Rtfs2 und Rtfg zur Stromerfassung auszuwählen. Durch Auswählen von Rtfs2 als den Shunt-Widerstand arbeitet der Stromsensor in dem niedrigsten Erfassungsbereich. In dem Augenblick, nachdem sich der Bereich geändert hat, wird die Spannung über „V_AUS“ und „V_LAST“ wieder groß und wird der Ausgabefehler des Stromüberwachungsgeräts kleiner.
Zur Zeit = 5 ms wird der Laststrom 0A und steigt an, bis er 25 mA bei 10 ms erreicht. Wenn sich der Laststrom zwischen 5 ms und 10 ms von 0A zu Vollausschlag ändert, ändert das Stromüberwachungsgerät seinen Erfassungsbereich von niedrig zu hoch. Wenn sich der Laststrom 250 µA bei 5,05 ms annähert, werden Rtfs1 und Rtfg als der Shunt- und Verstärkungswiderstand ausgewählt. Wenn der Laststrom weiter zunimmt und sich 2,5 mA bei 5,5 ms annähert, werden Rms und Rmg als der Shunt- und Verstärkungswiderstand ausgewählt.
3 zeigt das transiente Simulationsergebnis, wie in 2 gezeigt, für eine Zeit zwischen 4,2 ms bis 5,8 ms und stellt ein klareres Bild für die Bereichsänderungsereignisse bei 4,5 ms und bei 5,5 ms bereit.
4 zeigt das Simulationsergebnis aus 2 zwischen der Zeit 4,9 ms bis 5,12 ms und stellt ein klareres Bild für die Bereichsänderungsereignisse bei 4,95 ms und bei 5,05 ms bereit.
5 zeigt die Steuersignale der Schalter Sm1 - Sm6 und Stf1 - Stf9, wenn der Stromsensorschaltkreis aus 2 zwischen verschiedenen Bereichen wechselt. 5 weist eine grafische Darstellung 501 der Steuersignale der Schalter Sm1-Sm5, eine grafische Darstellung 502 der Steuersignale für Stf1-Stf3, eine grafische Darstellung 503 der Steuersignale für Stf7-Stf9 und eine grafische Darstellung der Steuersignale für Stf4-Stf6 auf. Wenn der Stromsensorschaltkreis in dem höchsten Erfassungsbereich arbeitet (Zeit < 4,5 ms und > 5,5 ms), befinden sich die Schalter Sm1-Sm6 in der geschlossenen Position. Wenn der Stromsensorschaltkreis in dem zweithöchsten Erfassungsbereich arbeitet (4,5 ms < Zeit < 4,95 ms und 5,05 ms < Zeit < 5,5 ms), befinden sich die Schalter Stf1-Stf3 und Stf4-Stf6 in der geschlossenen Position. Wenn der Stromsensorschaltkreis in dem niedrigsten Erfassungsbereich arbeitet (4,95 ms < Zeit < 5,05 ms), befinden sich die Schalter Stf7-Stf9 und Stf4-Stf6 in der geschlossenen Position.
Das Gestaltungbeispiel in 1 zeigt eine mögliche Anordnung, wobei der Verstärkungs- und Shunt-Widerstand aus mehreren Materialien gefertigt sind: zwei Shunt-Widerstände und ein Verstärkungswiderstand als Dünnfilm; und ein Verstärkungs- und ein Shunt-Widerstand als Metall. Die vorgeschlagene Architektur beschränkt ist nicht auf nur einen Verstärkungswiderstand für jeden Typ beschränkt. Ein Stromüberwachungsschaltkreis basierend auf der vorgeschlagenen Architektur könnte mehrere Shunt-Widerstände und mehrere Verstärkungswiderstände, die aus einem ersten Widerstandstyp gefertigt sind, und mehrere Verstärkungs- und mehrere Shunt-Widerstände basierend auf einem zweiten Widerstandstyp aufweisen. Die Idee, mehrere Verstärkungs- und Shunt-Widerstände aus unterschiedlichen Widerstandsmaterialien zu verwenden, ist nicht auf die Verwendung von nur zwei Widerstandstypen beschränkt. Zum Beispiel könnte ein Stromsensor basierend auf der vorgeschlagenen Architektur einen Dünnfilmwiderstand für eine Niederstromerfassung, einen Metallwiderstand für eine Mittelstromerfassung und einen dritten Widerstandstyp, wie etwa einen diskreten Widerstand, für eine Hochstromerfassung verwenden.
6 zeigt allgemein eine Implementierung eines Systems 600, das eine allgemeine Implementierung eines beispielhaften Mehrfachbereichsstromsensorschaltkreises 601 aufweist. Das System kann einen Mehrfachbereichsstromsensorschaltkreis 601, eine Leistungsversorgung 602 und eine Last 603 aufweisen. Der Mehrfachbereichsstromsensorschaltkreis 601 kann Shunt(Ras, Rbs, ..., Rxs)- und Verstärkung(Rag, Rbg, ..., Rxg)-Widerstände aufweisen, die aus verschiedenen Widerstandstypen gefertigt sind: R-Typ A, R-Typ B, ..., R-Typ X. Die Umwandlungsschaltungsanordnung 604 kann die Verstärkungs- und Shunt-Widerstände verwenden, um ein Ausgabesignal (I_ÜBERW) zu produzieren, das den Betrag und die Polarität des Laststroms (I_L) repräsentiert. Wenn der Verstärkungs- und Shunt-Widerstand (Rag und Ras) von dem ersten Widerstandstyp ausgewählt werden, werden die Schalter Sa1-Sa6 geschlossen und koppeln sie die Spannungen beider Anschlüsse des ausgewählten Verstärkungswiderstands (Rag) und des ausgewählten Shunt-Widerstands (Ras) mit der Umwandlungsschaltungsanordnung 604. Gleichermaßen werden, wenn die Widerstände (Rbg und Rbs) von dem zweiten Widerstandstyp ausgewählt werden, die Schalter Sb1-Sb6 geschlossen, um die Spannungen an beiden Anschlüsse des ausgewählten Verstärkungswiderstands (Rbg) und des ausgewählten Shunt-Widerstands (Rbs) mit der Umwandlungsschaltungsanordnung 604 zu koppeln. Wenn die Widerstände (Rxg und Rxs) von dem Widerstandstyp X ausgewählt werden, werden die entsprechenden Schalter Sx1-Sx6 geschlossen, um obere und untere Anschlüsse des ausgewählten Verstärkungswiderstands (Rxg) und des ausgewählten Shunt-Widerstands (Rxs) mit der Umwandlungsschaltungsanordnung 604 zu koppeln. Das Ausgabesignal (I_ÜBERW) des Mehrfachbereichsstromsensorschaltkreises 601 kann eine Spannungsausgabe oder ein Stromsignal sein.
7 veranschaulicht allgemein ein System, das eine beispielhafte Mehrfachbereichsstromsensorgestaltung mit mehr als einer Leistungsversorgung, die den Laststrom bereitstellen, aufweist. Eine erste Leistungsversorgung 712 kann ein Regler mit einer starken Fähigkeit zur Stromlieferung und zum Stromziehen sein und eine zweite Leistungsversorgung 702 kann ein Regler mit einer im Vergleich zu der ersten Leistungsversorgung 712 schwachen Fähigkeit zur Stromlieferung und zum Stromziehen sein. Diese Anordnung kann gewisse Vorteile gegenüber dem Beispielsystem 600 aus 6 haben. In dem Hochstrombetrieb können Schalt-DC-DC-Wandler beim Bereitstellen des Laststroms (I_L) effizienter als Linearregler sein, die einen höheren Leistungsverlust haben können. In solchen Fällen kann ein DC-DC-Wandler für die erste Leistungsversorgung 712 verwendet werden und kann die Last 703 während der hohen Stromanforderung antreiben. Das Beispielsystem 700 kann auch die Anzahl an Schaltern in Reihe mit den Shunt-Widerständen (z. B. Rbs, Ras) reduzieren. Im Gegensatz zu dem Beispiel aus 6, bei dem die Shunt-Widerstände (Ras, Rbs, ..., Rxs) in Reihe mit den entsprechenden Schaltern (z. B. Sa1, Sb1, ..., Sx1) sind, können die Shunt-Widerstände (Ras, Rbs), wenn sie ausgewählt werden, die entsprechenden Leistungsversorgung direkt mit dem Shunt-Widerstand verbinden. Das Beseitigen der Schalterreihenkopplung des Shunt-Widerstands mit der entsprechenden Leistungsversorgung kann die Gestaltungskomplexität und die Kosten reduzieren, da der Schalter, der in Reihe mit dem Shunt-Widerstand in dem höchsten Strombereich ist, die Vollausschlag-Laststrom (I_L) bewältigen kann. Unter Bezugnahme auf 7 kann die zweite Leistungsversorgung 702, wenn der Laststrom (I_L) niedrig ist, den Laststrom durch den entsprechenden Shunt-Widerstand (Rbs) bereitstellen. Die Schalter Sa2-Sa6 sind offen und Sb2-Sb6 sind geschlossen, um den Verstärkungswiderstand (Rbg) und den Shunt-Widerstand (Rbs) auszuwählen. Wenn Widerstände vom Typ B (Rbg, Rbs) ausgewählt werden, kann das Ausgabesignal (I_ÜBERW) des Mehrfachbereichsstromüberwachungsgeräts 701 den Ausgabestrom (I_L2) der zweiten Leistungsversorgung angeben. Wenn der Laststrom (I_L) hoch ist, kann die erste Leistungsversorgung 712 den Laststrom (I_L) durch den entsprechenden Shunt-Widerstand (Ras) bereitstellen. Die Schalter Sa2-Sa6 sind geschlossen und Sb2-Sb6 sind offen, um den Verstärkungswiderstand (Rag) und den Shunt-Widerstand (Ras) auszuwählen. Wenn die Widerstände vom Typ A ausgewählt werden, kann das Ausgabesignal (I_ÜBERW) des Mehrfachbereichsstromüberwachungsgeräts 701 den Ausgabestrom (I_L1) der ersten Leistungsversorgung angeben.
8 veranschaulicht allgemein ein alternatives Beispielsystem. Das System kann mit wenigstens einem Verstärker weniger als das Beispielsystem aus 7 eingesetzt werden. Das System kann eine erste Leistungsversorgung 812, eine zweite Leistungsversorgung 802, einen Mehrfachbereichsstromüberwachungsschaltkreis 801 und eine Last 803 aufweisen. Der Mehrfachbereichsstromüberwachungsschaltkreis 801 kann Shunt-Widerstände (Ras, Rbs), Verstärkungswiderstände (Rag, Rbg), mehrere Schalter (Sa1, Sa2, Sa3, Sb1, Sb2, Sb3) einen optionalen Ausgangswiderstand (R0), eine optionale Spannungsreferenz 805 und eine Steuerung 806 aufweisen. Die Steuerung 806 kann die skalierte Repräsentation (I_ÜBERW) an dem Ausgang des Stromerfassungsschaltkreises 801 überwachen und kann die Schalter (Sa1, Sa2, Sa3, Sb1, Sb2, Sb3) steuern, um in den meisten Fällen den besten Erfassungsbereich für den Pegel des erfassten Stroms zu anzupassen. Bei gewissen Beispielen kann die erste Leistungsversorgung 812 kann ein Regler mit einer starken Fähigkeit zur Stromlieferung und zum Stromziehen sein und kann die zweite Leistungsversorgung 802 ein Regler mit einer im Vergleich zu der ersten Leistungsversorgung 812 schwachen Fähigkeit zur Stromlieferung und zum Stromziehen sein. Im Vergleich zu dem Schaltkreis aus 7 weist der Mehrbereichsstromüberwachungsschaltkreis 801 einen einzigen Verstärker anstelle von zwei Verstärkern. Wenn die Schalter Sb1-Sb3 geschlossen sind und die anderen Schalter offen sind, fließt der Laststrom (I_L) durch den Shunt-Widerstand (Rbs) auf der linken Seite. Wenn die Schalter Sa1-Sa3 geschlossen sind und die anderen Schalter offen sind, fließt der Laststrom (I_L) durch den Shunt-Widerstand (Ras) auf der rechten Seite. Der Verstärker A1 kann einen ersten Anschluss des ausgewählten Shunt-Widerstands (Ras oder Rbs) mit dem ersten Anschluss des ausgewählten Verstärkungswiderstands (Rag oder Rbg) koppeln. Die zweiten Anschlüsse des ausgewählten Verstärkungs- und Shunt-Widerstands sind physisch gekoppelt.
9 veranschaulicht allgemein ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben eines Mehrfachbereichsstromsensors gemäß dem vorliegenden Erfindungsgegenstand. Bei 901 kann ein erster Shunt-Widerstand selektiv gekoppelt werden, um einen Laststrom zu leiten. Der erste Shunt-Widerstand kann einer von zwei oder mehr Shunt-Widerständen des Mehrfachbereichsstromsensors sein. Bei 903 können Knoten des ausgewählten Shunt-Widerstands selektiv mit einem ersten Knoten eines ersten Verstärkers und einem ersten Knoten eines zweiten Verstärkers gekoppelt werden. Bei 905 kann ein erster Verstärkungswiderstand der mehreren Verstärkungswiderstände selektiv zwischen einem zweiten Eingang des ersten Verstärkers und einem zweiten Eingang des zweiten Verstärkers gekoppelt werden. Bei gewissen Beispielen kann der ausgewählte Verstärkungswiderstand, der erste Verstärkungswiderstand, eine gleiche Struktur- und Materialkonstruktion wie der ausgewählte Shunt-Widerstand aufweisen. Bei gewissen Beispielen können der ausgewählte Shunt-Widerstand und der ausgewählte Verstärkungswiderstand eine andere Struktur- und Materialkonstruktion als einer oder mehrere der mehreren anderen Shunt- und Verstärkungswiderstände aufweisen. Eine solche Konstruktion kann das gleiche leitfähige Material, das gleiche Substratmaterial oder eine Kombination daraus aufweisen. Bei 907 kann ein erster Knoten des ausgewählten Verstärkungswiderstands selektiv mit einem Ausgang des ersten Verstärkers gekoppelt werden. Bei gewissen Beispielen kann ein Signal an dem zweiten Knoten des ausgewählten Verstärkungswiderstands als ein Rückkopplungssignal des zweiten Verstärkers verarbeitet werden. Bei 909 kann eine Repräsentation des Laststroms innerhalb eines ersten Bereichs an dem Ausgang des ersten Verstärkers bereitgestellt werden. Eine Repräsentation des Laststroms innerhalb eines zweiten Bereichs kann durch Auswählen und Ersetzen des ersten Shunt-Widerstands und möglicherweise des ersten Verstärkungswiderstands mit verschiedenen Widerständen der mehreren Shunt- und Verstärkungswiderstände bereitgestellt werden, so lange der ausgewählte Shunt- und Verstärkungswiderstand von dem gleichen Typ sind, wie oben besprochen ist.
ANMERKUNGEN UND BEISPIELE
Bei einem ersten Beispiel, Beispiel 1, kann ein Schaltkreis zum Bereitstellen einer Repräsentation eines Laststroms Folgendes aufweisen: mehrere Shunt-Widerstände, wobei ein erster Shunt-Widerstand der mehreren Shunt-Widerstände einen anderen Typ und Widerstandswert als die anderen Shunt-Widerstände der mehreren Shunt-Widerstände aufweist und wobei jeder Shunt-Widerstand der mehreren Shunt-Widerstände zum selektiven Leiten des Laststroms ausgebildet ist, mehrere Verstärkungswiderstände einschließlich eines ersten Verstärkungswiderstands von dem gleichen Widerstandstyp wie der erste Shunt-Widerstand, wobei der erste Verstärkungswiderstand ein anderer Widerstandstyp als die anderen Verstärkungswiderstände der mehreren Verstärkungswiderstände ist, und einen ersten Schalter, der dazu ausgebildet ist, in einem ersten Zustand den ersten Shunt-Widerstand mit der Last zu koppeln und in einem zweiten Zustand den ersten Shunt-Widerstand von der Last zu trennen.
Bei Beispiel 2 weisen die mehreren Shunt-Widerstände aus Beispiel 1 optional mehr als zwei einzeln auswählbare Shunt-Widerstände auf.
Bei Beispiel 3 kann ein integrierter Schaltkreis optional wenigstens zwei der mehreren Shunt-Widerstände aus einem oder mehreren der Beispiele 1-2 aufweisen.
Bei Beispiel 4 weist der integrierte Schaltkreis aus einem oder mehreren der Beispiele 1-3 optional einen Verstärker auf, der selektiv mit dem ersten Verstärkungswiderstand gekoppelt ist.
Bei Beispiel 5 weist der integrierte Schaltkreis aus einem oder mehreren der Beispiele 1-4 optional eine Steuerung auf, die zum Steuern des ersten Schalters ausgebildet ist.
Bei Beispiel 6 weist ein erster Shunt-Widerstand der mehreren Shunt-Widerstände aus einem oder mehreren der Beispiele 1-2 optional ein Laminatsubstrat auf.
Bei Beispiel 7 ist das Laminatsubstrat aus einem oder mehreren der Beispiele 1-6 optional ein Bismaleimid-Triazin-Harz(BT)-Substrat.
Bei Beispiel 8 weist der Schaltkreis aus einem oder mehreren der Beispiele 1-7 optional mehrere Schalter auf, die zum Konfigurieren des Schaltkreises für einen ersten Stromerfassungsbereich mehrerer Stromerfassungsbereiche ausgebildet sind, wobei die mehreren Schalter den ersten Schalter aufweisen.
Bei Beispiel 9 kann ein Verfahren zum Betrieben eines Mehrfachbereichsstromerfassungsschaltkreises Folgendes aufweisen: selektives Koppeln eines ersten Shunt-Widerstands mehrerer Shunt-Widerstände zum Leiten eines Laststroms, selektives Koppeln eines Knotens des ersten Shunt-Widerstands mit einem ersten Knoten eines ersten Verstärkers, selektives Koppeln eines ersten Verstärkungswiderstands mehrerer Verstärkungswiderstände mit einem zweiten Eingang des ersten Verstärkers, selektives Koppeln eines ersten Knotens des ersten Verstärkungswiderstands mit einem Ausgang des ersten Verstärkers, Bereitstellen einer Repräsentation des Laststroms über einen ersten Bereich an dem Ausgang des ersten Verstärkers, und wobei der erste Shunt-Widerstand und der erste Verstärkungswiderstand leitfähige Medien aus dem gleichen Material aufweisen.
Bei Beispiel 10 weisen der erste Shunt-Widerstand und der erste Verstärkungswiderstand aus einem oder mehreren der Beispiele 1-9 optional das gleiche Substratmaterial auf.
Bei Beispiel 11 weist das Verfahren aus einem oder mehreren der Beispiele 1-10 optional Erfassen auf, dass sich die Repräsentation des Laststroms einem Extrem des ersten Bereichs annähert.
Bei Beispiel 12 weist das Verfahren aus einem oder mehreren der Beispiele 1-11 optional Folgendes auf: Isolieren des ersten Shunt-Widerstands davon, den Laststrom zu leiten, und von dem ersten Verstärker als Reaktion auf eine Erfassung, dass sich die Repräsentation des Laststroms dem Extrem des ersten Bereichs annähert, selektives Isolieren des ersten Verstärkungswiderstands von dem ersten Verstärker als Reaktion auf eine Erfassung aufweist, dass sich die Repräsentation des Laststroms dem Extrem des ersten Bereichs annähert, und selektives Koppeln eines zweiten Shunt-Widerstands zum Leiten des Laststroms und eines zweiten Verstärkungswiderstands mit dem Verstärker, um die Last zu erfassen und eine Angabe des Laststroms über einen zweiten Bereich bereitzustellen.
Bei Beispiel 13 ist der zweite Bereich aus einem oder mehreren der Beispiele 1-12 optional höher als der erste Bereich.
Bei Beispiel 14 weist das selektive Koppeln eines Knotens des ersten Shunt-Widerstands aus einem oder mehreren der Beispiele 1-13 optional selektives Koppeln eines Knotens des ersten Shunt-Widerstands mit einem ersten Knoten eines ersten Verstärkers; und mit einem ersten Knoten eines zweiten Verstärkers auf, und weist das selektive Koppeln eines ersten Verstärkungswiderstands mehrerer Verstärkungswiderstände aus einem oder mehreren der Beispiele 1-13 optional selektives Koppeln eines ersten Verstärkungswiderstands mehrerer Verstärkungswiderstände zwischen einem zweiten Eingang des ersten Verstärkers und einem zweiten Eingang des zweiten Verstärkers auf.
Bei Beispiel 15 kann ein Mehrfachbereichsstromerfassungsschaltkreises Folgendes aufweisen: mehrere Mittel zum Nebenschließen eines Laststroms, ein Mittel zum Bereitstellen einer Repräsentation des Laststroms, und mehrere Mittel zum Bereitstellen einer Verstärkung für das Mittel zum Bereitstellen der Repräsentation des Laststroms.
Bei Beispiel 16 sind ein leitfähiges Material eines ersten Mittels der mehreren Mittel zum Nebenschließen des Laststroms und ein leitfähiges Material eines ersten Mittels zum Bereitstellen einer Verstärkung aus einem oder mehreren der Beispiele 1-15 optional ein erstes Material.
Bei Beispiel 17 sind ein leitfähiges Material eines zweiten Mittels der mehreren Mittel zum Nebenschließen des Laststroms und ein leitfähiges Material eines zweiten Mittels zum Bereitstellen einer Verstärkung aus einem oder mehreren der Beispiele 1-16 optional ein zweites Material.
Bei Beispiel 18 sind ein Substratmaterial des ersten Mittels der mehreren Mittel zum Nebenschließen des Laststroms und ein Substratmaterial des ersten Mittels zum Bereitstellen einer Verstärkung aus einem oder mehreren der Beispiele 1-17 optional ein erstes Substratmaterial.
Bei Beispiel 19 sind ein Substratmaterial des zweiten Mittels der mehreren Mittel zum Nebenschließen des Laststroms und ein Substratmaterial des zweiten Mittels zum Bereitstellen einer Verstärkung aus einem oder mehreren der Beispiele 1-18 optional ein zweites Substratmaterial.
Bei Beispiel 20 sind die mehreren Mittel zum Nebenschließen des Laststroms, das Mittel zum Bereitstellen der Repräsentation des Laststroms und die mehreren Mittel zum Bereitstellen einer Verstärkung aus einem oder mehreren der Beispiele 1-19 optional dazu ausgebildet, die Repräsentation unter Verwendung von wenigstens drei Auflösungsbereichen bereitzustellen.
Die obige ausführliche Beschreibung weist Bezugnahmen auf die begleitenden Zeichnungen auf, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen spezielle Ausführungsformen, in denen die Erfindung umgesetzt werden kann, als Veranschaulichung. Diese Ausführungsformen werden hier auch als „Beispiele“ bezeichnet. Derartige Beispiele können Elemente zusätzlich zu jenen gezeigten oder beschriebenen aufweisen. Jedoch beabsichtigen die Erfinder der vorliegenden Erfindung auch Beispiele, bei denen lediglich jene gezeigten oder beschriebenen Elemente bereitgestellt sind. Zudem beabsichtigen die Erfinder der vorliegenden Erfindung auch Beispiele, die eine beliebige Kombination oder Permutation jener gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder eines oder mehrerer Aspekte davon) verwenden, entweder mit Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon) oder mit Bezug auf andere Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon), die hier gezeigt oder beschrieben sind. Die obige ausführliche Beschreibung weist Bezugnahmen auf die begleitenden Zeichnungen auf, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen spezielle Ausführungsformen, in denen die Erfindung umgesetzt werden kann, als Veranschaulichung. Diese Ausführungsformen werden hier auch als „Beispiele“ bezeichnet. Derartige Beispiele können Elemente zusätzlich zu jenen gezeigten oder beschriebenen aufweisen. Jedoch beabsichtigen die Erfinder der vorliegenden Erfindung auch Beispiele, bei denen lediglich jene gezeigten oder beschriebenen Elemente bereitgestellt sind. Zudem beabsichtigen die Erfinder der vorliegenden Erfindung auch Beispiele, die eine beliebige Kombination oder Permutation jener gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder eines oder mehrerer Aspekte davon) verwenden, entweder mit Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon) oder mit Bezug auf andere Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon), die hier gezeigt oder beschrieben sind.
In dem Fall inkonsistenter Verwendungen zwischen diesem Dokument und beliebigen anderen Dokumenten, die durch Bezugnahme aufgenommen sind, gilt die Verwendung in diesem Dokument.
In diesem Dokument werden die Ausdrücke „ein“, „eine“ oder „einer“ so verwendet, wie in Patentdokumenten üblich, dass sie ein/eine/einen oder mehr als eines/eine/einen einschließen, unabhängig von beliebigen anderen Instanzen oder Verwendungen von „wenigstens einem/einer“ oder „einem/einer oder mehr“. In diesem Dokument wird der Ausdruck „oder“ verwendet, um auf ein nicht ausschließendes „oder“ zu verweisen, so dass „A oder B“, „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“ einschließt, sofern nichts anderes angegeben ist. In diesem Dokument werden die Ausdrücke „einschließlich“ und „bei dem“ als die Äquivalente der jeweiligen Ausdrücke „aufweisend“ und „wobei“ in einfachem Deutsch verwendet. Außerdem sind die Ausdrücke „einschließlich“ und „aufweisend“ offene Ausdrücke, das heißt, ein System, eine Vorrichtung, ein Artikel, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Prozess, der/die/das Elemente zusätzlich zu jenen aufgelisteten nach einem solchen Begriff aufweist, wird immer noch als in den Schutzumfang dieses Gegenstands der Erfindung fallend erachtet. Zudem werden die Begriffe „erster“, „zweiter“ und „dritter“ usw., wie sie in einem Anspruch auftreten können, lediglich als Kennzeichnungen verwendet, und sollen keine numerischen Anforderungen hinsichtlich ihrer Objekte auferlegen.
Hier beschriebene Verfahrensbeispiele können wenigstens teilweise maschinen- oder computerimplementiert sein. Manche Beispiele können ein computerlesbares Medium oder ein maschinenlesbares Medium aufweisen, das mit Anweisungen codiert ist, die dazu funktionsfähig sind, eine elektronische Vorrichtung zum Durchführen von Verfahren, wie in den obigen Beispielen beschrieben, zu konfigurieren. Eine Implementierung solcher Verfahren kann Code, wie etwa Mikrocode, Assemblersprachencode, Code einer höheren Programmiersprache oder dergleichen aufweisen. Ein solcher Code kann computerlesbare Anweisungen zum Durchführen verschiedener Verfahren aufweisen. Der Code kann Teile von Computerprogrammprodukten bilden. Ferner kann der Code bei einem Beispiel greifbar auf einem oder mehreren unbeständigen, nichtflüchtigen oder beständigen greifbaren computerlesbaren Medien gespeichert werden, wie etwa während einer Ausführung oder zu anderen Zeiten. Beispiele für diese greifbaren computerlesbaren Medien können unter anderem Festplatten, entfernbare Magnetplatten, entfernbare optische Platten (z. B. Compact-Disks und Digital-Video-Disks), Magnetkassetten, Speicherkarten oder -Sticks, Direktzugriffsspeicher (RAMs), Nurlesespeicher (ROMs) und dergleichen einschließen.
Die obige Beschreibung soll veranschaulichend und nicht beschränkend sein. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können, wie etwa von einem Durchschnittsfachmann, bei der Durchsicht der obigen Beschreibung verwendet werden. Die Zusammenfassung wird bereitgestellt, um dem Leser zu ermöglichen, die Art der technischen Offenbarung schnell festzustellen. Sie ist mit dem Verständnis vorgelegt, dass sie nicht verwendet wird, um den Schutzumfang oder die Bedeutung eines Anspruchs zu interpretieren oder zu beschränken. Auch können bei der obigen ausführlichen Beschreibung verschiedene Merkmale zusammen gruppiert werden, um die Offenbarung zu straffen. Dies sollte nicht als die Absicht interpretiert werden, dass ein nichtbeanspruchtes offenbartes Merkmal für einen beliebigen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der Erfindungsgegenstand in weniger als allen Merkmalen einer speziellen offenbarten Ausführungsform liegen. Die folgenden Aspekte sind hiermit in die ausführliche Beschreibung als Beispiele oder Ausführungsformen aufgenommen, wobei jeder Aspekt für sich alleine als eine getrennte Ausführungsform steht, und es ist beabsichtigt, dass solche Ausführungsformen miteinander in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen kombiniert werden können.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen Techniken zur verbesserten Mehrfachbereichsstromerfassung. Bei einem Beispiel kann ein Schaltkreis mehrere Shunt-Widerstände, mehrere Verstärkungswiderstände und einen ersten Schalter aufweisen. Ein erster Shunt-Widerstand der mehreren Shunt-Widerstände kann einen anderen Typ als die anderen Shunt-Widerstände der mehreren Shunt-Widerstände aufweisen. Die mehreren Verstärkungswiderstände können einen ersten Verstärkungswiderstand desselben Widerstandstyps wie der erste Shunt-Widerstand aufweisen. Der erste Verstärkungswiderstand kann einen anderen Typ als die anderen Verstärkungswiderstände der mehreren Verstärkungswiderstände aufweisen. Der Schalter kann dazu ausgebildet sein, in einem ersten Zustand den ersten Shunt-Widerstand mit der Last zu koppeln und in einem zweiten Zustand den ersten Shunt-Widerstand von der Last zu trennen.

Claims

Schaltkreis, der zum Bereitstellen einer Repräsentation eines Laststroms ausgebildet ist, wobei der Schaltkreis Folgendes aufweist: mehrere Shunt-Widerstände, wobei ein erster Shunt-Widerstand der mehreren Shunt-Widerstände einen anderen Typ und Widerstandswert als die anderen Shunt-Widerstände der mehreren Shunt-Widerstände aufweist und wobei jeder Shunt-Widerstand der mehreren Shunt-Widerstände zum selektiven Leiten des Laststroms ausgebildet ist; mehrere Verstärkungswiderstände einschließlich eines ersten Verstärkungswiderstands von dem gleichen Widerstandstyp wie der erste Shunt-Widerstand, wobei der erste Verstärkungswiderstand ein anderer Widerstandstyp als die anderen Verstärkungswiderstände der mehreren Verstärkungswiderstände ist; und einen ersten Schalter, der dazu ausgebildet ist, in einem ersten Zustand den ersten Shunt-Widerstand mit der Last zu koppeln und in einem zweiten Zustand den ersten Shunt-Widerstand von der Last zu trennen.
Schaltkreis nach Anspruch 1, wobei die mehreren Shunt-Widerstände mehr als zwei einzeln auswählbare Shunt-Widerstände aufweisen.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein integrierter Schaltkreis wenigstens zwei der mehreren Shunt-Widerstände aufweist.
Schaltkreis nach Anspruch 3, wobei der integrierte Schaltkreis einen Verstärker aufweist, der selektiv mit dem ersten Verstärkungswiderstand gekoppelt ist.
Schaltkreis nach Anspruch 3 oder 4, wobei der integrierte Schaltkreis eine Steuerung aufweist, die zum Steuern des ersten Schalters ausgebildet ist.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster Shunt-Widerstand der mehreren Shunt-Widerstände ein Laminatsubstrat aufweist.
Schaltkreis nach Anspruch 6, wobei das Laminatsubstrat ein Bismaleimid-Triazin-Harz(BT)-Substrat ist.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mehrere Schalter aufweist, die zum Konfigurieren des Schaltkreises für einen ersten Stromerfassungsbereich der mehreren Stromerfassungsbereiche ausgebildet sind, wobei die mehreren Schalter den ersten Schalter aufweisen.
Verfahren zum Betreiben eines Mehrfachbereichsstromerfassungsschaltkreises, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: selektives Koppeln eines ersten Shunt-Widerstands mehrerer Shunt-Widerstände zum Leiten eines Laststroms; selektives Koppeln eines Knotens des ersten Shunt-Widerstands mit einem ersten Knoten eines ersten Verstärkers; selektives Koppeln eines ersten Verstärkungswiderstands mehrerer Verstärkungswiderstände mit einem zweiten Eingang des ersten Verstärkers; selektives Koppeln eines ersten Knotens des ersten Verstärkungswiderstands mit einem Ausgang des ersten Verstärkers; Bereitstellen einer Repräsentation des Laststroms über einen ersten Bereich an dem Ausgang des ersten Verstärkers; und wobei der erste Shunt-Widerstand und der erste Verstärkungswiderstand leitfähige Medien aus dem gleichen Material aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Shunt-Widerstand und der erste Verstärkungswiderstand das gleiche Substratmaterial aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, das Erfassen aufweist, dass sich die Repräsentation des Laststroms einem Extrem des ersten Bereichs annähert.
Verfahren nach Anspruch 11, das Isolieren des ersten Shunt-Widerstands davon, den Laststrom zu leiten, und von dem ersten Verstärker als Reaktion auf eine Erfassung aufweist, dass sich die Repräsentation des Laststroms dem Extrem des ersten Bereichs annähert; selektives Isolieren des ersten Verstärkungswiderstands von dem ersten Verstärker als Reaktion auf eine Erfassung aufweist, dass sich die Repräsentation des Laststroms dem Extrem des ersten Bereichs annähert; und selektives Koppeln eines zweiten Shunt-Widerstands zum Leiten des Laststroms und eines zweiten Verstärkungswiderstands mit dem Verstärker aufweist, um die Last zu erfassen und eine Angabe des Laststroms über einen zweiten Bereich bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der zweite Bereich höher als der erste Bereich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei: das selektive Koppeln eines Knotens des ersten Shunt-Widerstands selektives Koppeln eines Knotens des ersten Shunt-Widerstands mit einem ersten Knoten eines ersten Verstärkers und mit einem ersten Knoten eines zweiten Verstärkers aufweist; und das selektive Koppeln eines ersten Verstärkungswiderstands mehrerer Verstärkungswiderstände selektives Koppeln eines ersten Verstärkungswiderstands mehrerer Verstärkungswiderstände zwischen einem zweiten Eingang des ersten Verstärkers und einem zweiten Eingang des zweiten Verstärkers aufweist.
Mehrfachbereichsstromerfassungsschaltkreis, der Folgendes aufweist: mehrere Mittel zum Nebenschließen eines Laststroms; ein Mittel zum Bereitstellen einer Repräsentation des Laststroms; und mehrere Mittel zum Bereitstellen einer Verstärkung für das Mittel zum Bereitstellen der Repräsentation des Laststroms.
Mehrfachbereichsstromerfassungsschaltkreis nach Anspruch 15, wobei ein leitfähiges Material eines ersten Mittels der mehreren Mittel zum Nebenschließen des Laststroms und ein leitfähiges Material eines ersten Mittels zum Bereitstellen einer Verstärkung ein erstes Material sind.
Mehrfachbereichsstromerfassungsschaltkreis nach Anspruch 16, wobei ein leitfähiges Material eines zweiten Mittels der mehreren Mittel zum Nebenschließen des Laststroms und ein leitfähiges Material eines zweiten Mittels zum Bereitstellen einer Verstärkung ein zweites Material sind.
Mehrfachbereichsstromerfassungsschaltkreis nach Anspruch 16 oder 17, wobei ein Substratmaterial des ersten Mittels der mehreren Mittel zum Nebenschließen des Laststroms und ein Substratmaterial des ersten Mittels zum Bereitstellen einer Verstärkung ein erstes Substratmaterial sind.
Mehrfachbereichsstromerfassungsschaltkreis nach Anspruch 17 oder Ansprüchen 17 und 18, wobei ein Substratmaterial des zweiten Mittels der mehreren Mittel zum Nebenschließen des Laststroms und ein Substratmaterial des zweiten Mittels zum Bereitstellen einer Verstärkung ein zweiten Substratmaterial sind.
Mehrfachbereichsstromerfassungsschaltkreis nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die mehreren Mittel zum Nebenschließen des Laststroms, das Mittel zum Bereitstellen der Repräsentation des Laststroms und die mehreren Mittel zum Bereitstellen einer Verstärkung dazu ausgebildet sind, die Repräsentation unter Verwendung von wenigstens drei Auflösungsbereichen bereitzustellen.