DE112018002528T5

DE112018002528T5 - Stromerfassung in einem usb-leistungssteuerungsanalogsubsystem

Info

Publication number: DE112018002528T5
Application number: DE112018002528.4T
Authority: DE
Inventors: Vaidyanathan Varsha; Derwin Mattos
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2020-04-30
Also published as: WO2018213015A1; JP2020519850A; CN110494759A; JP6813695B2

Abstract

Ein Gerät umfasst ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem eines mit Universal Serial Bus-Power Delivery (USB-PD) kompatiblen Stromversorgungsgeräts. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem umfasst eine programmierbare Stromerfassungsschaltung und einen an das Leistungssteuerungsanalogsubsystem gekoppelten Stromerfassungswiderstand. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem ist konfiguriert, um einen Stromfluss durch den Stromerfassungswiderstand mit mindestens drei unterschiedlichen Referenzwerten gleichzeitig zu vergleichen, z. B. eine erfasste Spannung mit mindestens drei unterschiedlichen Referenzspannungen zu vergleichen.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine internationale Anmeldung der nicht vorläufigen US-Anmeldung Nr. 15/924,689 , die am 19. März 2018 eingereicht wurde und den Vorteil und die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/508,141 , die am 18. März 2017 eingereicht wurde, beansprucht, welche alle unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier einbezogen sind.
GEBIET DER TECHNIK
Die Offenbarung betrifft das Gebiet der elektronischen Schaltungen, insbesondere die Stromerfassung durch eine programmierbare Stromerfassungsschaltung eines Leistungssteuerungsanalogsubsystems.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektronische Schaltungen können einzelne elektronische Bauteile wie unter anderem Widerstände, Transistoren, Kondensatoren, Spulen und Dioden umfassen, die über Leitungsdrähte oder Leiterbahnen, durch die elektrischer Strom fließen kann, verbunden sind. Elektronische Schaltungen können unter Verwendung diskreter Bauteile zusammengebaut werden und sind gewöhnlich in eine integrierte Schaltung integriert, in der die Bauteile und Verbindungsleitungen auf einem gemeinsamen Substrat, etwa Silicium, gebildet sind.
Figurenliste
Die Offenbarung wird beispielhaft und nicht beschränkend in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen illustriert.

1 ist ein Blockschaltplan eines Leistungszufuhrsystems gemäß einigen Ausführungsformen.
2 ist ein Schaltplan, der ein Serial-Bus-Power-Delivery-Gerät gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
3 ist ein Schaltplan, der ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
4A-4B sind Schaltpläne, die das Serial-Bus-Power-Delivery-Gerät gemäß einigen Ausführungsformen illustrieren.
5 illustriert ein Ablaufschema eines Verfahrens zum Bereitstellen mehrerer Interrupt-Funktionen unter Verwendung eines gemeinsamen programmierbaren Referenzgenerators gemäß einer weiteren Ausführungsform.
6 ist ein Schaltplan, der ein Steckernetzteil-Leistungszufuhrsystem gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
7 ist ein Schaltplan, der ein Mobilnetzteil-Leistungszufuhrsystem gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
8 ist ein Schaltplan, der ein Fahrzeugladegerät-Leistungszufuhrsystem gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
9A ist ein Schaltplan, der ein Powerbank-Leistungszufuhrsystem gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
9B ist ein Schaltplan, der ein Powerbank-Leistungszufuhrsystem gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
10 ist ein Schaltplan, der ein Notebook-Leistungszufuhrsystem gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
11 ist ein Schaltplan, der eine programmierbare Stromerfassungsschaltung gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
12 ist ein Schaltplan, der Unterabschnitte der programmierbaren Stromerfassungsschaltung von 11 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
13 ist ein Schaltplan, der programmierbare Eingaben und entsprechende Ausgaben des Stromerfassungsverstärkers der programmierbaren Stromerfassungsschaltung von 11 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
14 ist ein Schaltplan, der eine detailliertere Schaltungsanordnung des Stromerfassungsverstärkers von 13 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
15 ist ein Schaltplan eines Stromerfassungsverstärkers mit einer Offsetkompensationsschaltungsanordnung gemäß einigen Ausführungsformen.
16 ist ein Schaltplan, der den Stromerfassungsverstärker von 15 sowie Abschnitte der programmierbaren Stromerfassungsschaltung von 11-14 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
17 ist ein Schaltplan einer ersten Verstärkerstufe des Stromerfassungsverstärkers von 11 gemäß einigen Ausführungsformen.
18 ist ein Schaltplan einer zweiten Verstärkerstufe des Stromerfassungsverstärkers von 11 gemäß einigen Ausführungsformen.
19 ist ein Schaltplan einer Schaltungsanordnung zum Ermöglichen eines anpassbaren Verstärkungsfaktors des ersten und des zweiten Verstärkers des Stromerfassungsverstärkers, die in 13-14 illustriert sind, gemäß einigen Ausführungsformen.
20 ist ein Kurvendiagramm, das eine Sprungantwort des offenbarten Stromerfassungsverstärkers, aus der mehrere Analogausgangsspannungen resultieren, gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
21A ist ein Kurvendiagramm, das eine Sprungeingangsspannung im offenbarten Stromerfassungsverstärker gemäß einer Ausführungsform illustriert.
21B ist ein Kurvendiagramm, das eine Analogausgangsspannung des Stromerfassungsverstärkers als Reaktion auf die eingestellte Eingangsspannung von 21A gemäß einer Ausführungsform illustriert.
21C ist ein Kurvendiagramm, das eine Ausgabe eines Komparators für einen Überstromschutz als Reaktion auf die Analogausgangsspannung von 21B gemäß einer Ausführungsform illustriert.
21D ist ein Kurvendiagramm, das eine Referenzspannungseingabe in den Komparator von 21C gemäß einer Ausführungsform illustriert.
22A und 22B sind Schaltpläne eines Referenzspannungsgenerators für die Programmierbarkeit der programmierbaren Stromerfassungsschaltung von 11 gemäß einigen Ausführungsformen.
23 ist ein Schaltplan für in Frage kommende Verstärkungsfaktoren zur dynamischen Ausschaltung als Alternative für die Multiplexer der programmierbaren Stromerfassungsschaltung von 14 gemäß einigen Ausführungsformen.
24 ist ein Schaltplan für eine Offsetkompensation unter Verwendung einer Chopper-Stabilisierungsarchitektur gemäß einigen Ausführungsformen.
25 ist ein Ablaufschema eines Verfahrens zum Erfassen einer Spannung zum Generieren mehrerer Analogausgangsspannungen für einen gleichzeitigen Vergleich gemäß einer Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine programmierbare Schaltung kann eine elektronische Schaltung sein, etwa eine integrierte Schaltung (IC) mit mehreren Bauteilen, die umkonfigurierbar für eine Durchführung verschiedener Operationen oder Funktionen sind. Anders als Schaltungen mit einer festen Funktion können programmierbare Schaltungen während des Betriebs (z. B. feldprogrammierbar, dynamisch) oder vor der Verwendung für eine Ausführung einiger Funktionen sowie eine Nichtausführung anderer Funktionen programmiert (z. B. konfiguriert bzw. umkonfiguriert) werden. Darüber hinaus kann eine programmierbare Schaltung während des Betriebs basierend auf der Programmierung der programmierbaren Schaltung (z. B. zur Laufzeit konfigurierbar) konfiguriert bzw. umkonfiguriert werden. Programmierbare Schaltungen können zur Ausführung unterschiedlicher Operationen und Funktionen mehrmals umprogrammiert werden.
Aufgrund des Bedarfs an Anwendungen wächst auch das Interesse an programmierbaren Schaltungen mit einer größeren Flexibilität zur Unterstützung diverser Anwendungen. Statt dass einige Operationen mit chipexternen Bauteilen unterstützt werden, werden Designer damit beauftragt, programmierbare Schaltungen mit einer Funktionalität zu versehen, mit der Verbesserungen mit Blick auf das Verhalten und die Kosten erzielt, Kundenbedürfnisse erfüllt sowie Funktionsblöcke zu unterschiedlichen Zwecken, um mehrere Funktionen durchzuführen, eingesetzt werden. Programmierbare Schaltungen erfordern zum Beispiel möglicherweise mehrere, anpassbare Erfassungs- und Interrupt-Funktionen (z. B. die Erkennung einer Überspannung (OV), einer Unterspannung (UV), von Überstrom und Kurzschlüssen). Verschiedene Funktionen werden möglicherweise als einzelne Blöcke entworfen. Jeder einzelne Block erfordert möglicherweise einen eigenen Referenzgenerator sowie eigene programmierbare Einstellungen. Eine programmierbare Schaltung weist zum Beispiel möglicherweise zwei Schaltungen auf, die je eigene Komparatoren und Referenzgeneratoren aufweisen (z. B. Stromerfassungsverstärker (CSA) und Under-Voltage-Over-Voltage(UVOV)-Erkennungsschaltung). Bisher liefert ein Referenzgenerator keine Referenzsignale für mehrere, simultane Funktionen (z. B. Überstromschutz (OCP), Kurzschlussschutz (SCP), Blindstromkompensation (PFC) und Synchrongleichrichtung (SR)). Bisher kann für Bauteile in einer programmierbaren Schaltung kein Zeitmultiplexverfahren durchgeführt werden (z. B. kann ein Komparator für OV nicht für PFC verwendet werden). Die Verwendung einer programmierbaren integrierten Schaltung (IC) zum Implementieren verschiedener analoger Funktionen ist auf einige Anwendungen möglicherweise nicht anwendbar. Eine programmierbare integrierte Schaltung lässt sich zum Beispiel nicht auf Anwendungen für Universal Serial Bus-Power Delivery (USB-PD) vom Typ C (USB Typ C™, USB-C™) anwenden.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können die oben genannten sowie weitere Schwierigkeiten überwinden, indem sie ein mit einem seriellen Bus kompatibles Stromversorgungsgerät, etwa ein Serial-Bus-Power-Delivery(SBPD)-Gerät mit einem Leistungssteuerungsanalogsubsystem mit einem programmierbaren Referenzgenerator, Multiplexern und Komparatoren, die zur Bereitstellung mehrerer Interrupt-Funktionen verwendet werden, bereitstellen. Das SBPD-Gerät (hierin auch als „Quellgerät“ bezeichnet) kann ein mit USB kompatibles Stromversorgungsgerät sein.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein SBPD-Gerät möglicherweise einen Registersatz zum Speichern von Registerwerten für die Programmierung von Referenzspannungen. Das SBPD-Gerät umfasst möglicherweise auch einen an den Registersatz gekoppelten Zentralprozessor (CPU) zum Speichern der Registerwerte im Registersatz. Die CPU kann Eingänge zum Empfangen von System-Interrupts vom SBPD-Gerät basierend auf der durch das SBPD-Gerät vorgenommenen Erfassung und Überwachung umfassen. Das SBPD-Gerät kann auch ein an die CPU und den Registersatz gekoppeltes Leistungssteuerungsanalogsystem umfassen. Das Leistungssteuerungsanalogsystem kann einen programmierbaren Referenzgenerator zum Generieren entsprechender Referenzspannungen als Reaktion auf die entsprechenden Registerwerte umfassen. Das Leistungssteuerungsanalogsystem kann an eine erste Spannung und eine zweite Spannung gekoppelte Multiplexer zum Ausgeben entsprechender ausgewählter Spannungen umfassen. Das Leistungssteuerungsanalogsystem kann Komparatoren umfassen, die so gekoppelt sind, dass sie eine entsprechende Referenzspannung vom programmierbaren Referenzgenerator sowie eine entsprechende ausgewählte Spannung von einem entsprechenden Multiplexer empfangen. Jeder Komparator kann basierend auf einem entsprechenden Spannungszustand ein entsprechendes System-Interrupt an die CPU ausgeben. In weiteren Ausführungsformen kann es sich bei den Ausgaben der Komparatoren um Steuersignale zur Steuerung weiterer Schaltungsanordnungen wie eines Entladungskreises handeln, wie hierin beschrieben.
In verwandten oder separaten Ausführungsformen umfasst das Leistungssteuerungsanalogsubsystem eine programmierbare Stromerfassungsschaltung und einen an das Leistungssteuerungsanalogsubsystem gekoppelten Stromerfassungswiderstand. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem kann konfiguriert sein, um einen Stromfluss durch den Stromerfassungswiderstand mit mindestens drei unterschiedlichen Referenzwerten gleichzeitig zu vergleichen, z. B. eine erfasste Spannung mit mindestens drei unterschiedlichen Referenzspannungen zu vergleichen. Der Stromerfassungswiderstand kann zwischen das Leistungssteuerungsanalogsubsystem und entweder einen Versorgungsspannungsbus(VBUS)-Anschluss oder einen Masseanschluss gekoppelt sein. Der Masseanschluss kann an eine Masserückleitung des VBUS gekoppelt sein.
Genauer kann die programmierbare Stromerfassungsschaltung in verschiedenen Ausführungsformen einen an den Stromerfassungswiderstand gekoppelten Stromerfassungsverstärker umfassen. Der Stromerfassungsverstärker kann eine Spannung über den Stromerfassungswiderstand erfassen und die Spannung mittels mehrerer in Frage kommender Verstärkungsfaktoren verstärken, um mehrere Analogausgangsspannungen (mindestens drei) zu generieren. Die Stromerfassungsschaltung kann ferner mehrere an den Stromerfassungsverstärker gekoppelte Komparatoren (ebenfalls mindestens drei) zum Vergleichen jeweiliger Analogausgangsspannungen mit einer entsprechenden Referenzspannung, die aus mindestens drei unterschiedlichen Referenzspannungen ausgewählt wird, umfassen. Ein erster Komparator der mehreren Komparatoren kann ein digitales Signal, das die Funktion eines System-Interrupts hat, als Reaktion auf die Erkennung, dass eine erste Analogausgangsspannung der mehreren Analogausgangsspannungen eine entsprechende erste Referenzspannung der mehreren Referenzspannungen überschreitet, generieren. Jeder Komparator kann abhängig von der Anwendung, für die die Eingangsreferenzspannung zur Erkennung ausgelegt ist, jeweils unterschiedliche Warnungen oder System-Interrupts ausgeben. Die Komparatoren können zum Beispiel jeweilige System-Interrupts, die Zustände wie OCP, SCP, PFC und SR anzeigen, triggern.
1 ist ein Blockschaltplan eines Leistungszufuhrsystems 100 (hierin auch als „System“ bezeichnet). Das System 100 umfasst ein mit einem seriellen Bus kompatibles Stromversorgungsgerät 110. Ein Beispiel für ein mit einem seriellen Bus kompatibles Stromversorgungsgerät 110 umfasst möglicherweise ein Serial-Bus-Power-Delivery(SBPD)-Gerät 110 oder ein mit USB kompatibles Stromversorgungsgerät. Es sei angemerkt, dass das Serial-Bus-Power-Delivery-Gerät hierin beispielhaft als SBPD-Gerät bezeichnet wird. In einigen Ausführungsformen ist das SBPD-Gerät 110 ein USB-PD-Gerät, das mit dem USB-PD-Standard oder allgemeiner mit dem USB-Standard kompatibel ist. Zum Beispiel kann das SBPD-Gerät 110 dazu verwendet werden, um basierend auf einer Eingangsspannung (z. B. Vbus_in 120, Versorgungsspannung) eine Ausgangsspannung (z. B. Vbus_c 130, Versorgungsspannung) bereitzustellen. Das SBPD-Gerät 110 kann dazu verwendet werden, um eine dynamische Programmierbarkeit der Vbus_c 130 in einem Bereich von Spannungen (z. B. 3 Volt (V) bis 22 V) innerhalb einer definierten Toleranz (z. B. einer Toleranz von 5 %) und in kleinen Schritten (z. B. 20 Millivolt (mV)) bereitzustellen. Die dynamische Programmierbarkeit kann sich auf die Fähigkeit zum Programmieren unterschiedlicher Ausgangsspannungen, während ein Gerät eingeschaltet ist, beziehen. In einigen Ausführungsformen ist der durch das SBPD-Gerät 110 zugeführte Strom möglicherweise auch konfigurierbar und programmierbar und unterstützt einen Bereich von zugeführtem Strom, etwa von 500 Milliampere (mA) bis 5 Ampere (A). Es sei angemerkt, dass sich der Spannungsbus auf die physische Verbindung (z. B. einen Bus), über die die Vbus_c 130 geleitet wird, beziehen kann.
Das SBPD-Gerät 110 kann einen Stromrichter 150 (z. B. einen Wechselstrom-Gleichstrom-Stromrichter) und ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 (z. B. eine USB-PD-Steuerung) umfassen. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann einen programmierbaren Referenzgenerator 230 umfassen. Der programmierbare Referenzgenerator 230 kann mehrere Referenzspannungen für unterschiedliche Funktionen (z. B. OV, UV, OCP, SCP, PFC, SR etc.) generieren. Das SBPD-Gerät 110 ist in den Ausführungsformen mit einer Stromquelle 140 verbunden. Die Stromquelle 140 ist in einigen Ausführungsformen möglicherweise eine Wandsteckdose, die Wechselstrom (AC) bereitstellt. In weiteren Ausführungsformen ist die Stromquelle 140 möglicherweise eine andere Stromquelle wie eine Batterie und stellt Gleichstrom (DC) für das SBPD-Gerät 110 bereit. Der Stromrichter 150 kann den von der Stromquelle 140 empfangenen Strom umwandeln (empfangenen Strom z. B. in Vbus_in 120 umwandeln). Der Stromrichter 150 ist zum Beispiel möglicherweise ein Wechselstrom-Gleichstrom-Stromrichter und kann Wechselstrom von der Stromquelle 140 in Gleichstrom umwandeln. In einigen Ausführungsformen ist der Stromrichter 150 ein Sperrwandler, etwa ein auf einem Optokoppler basierender Sperrwandler, der eine Potentialtrennung zwischen dem Eingang (z. B. der primären Seite) und dem Ausgang (z. B. der sekundären Seite) bereitstellt.
In einigen Ausführungsformen stellt das SBPD-Gerät 110 die Vbus_c 130 (z. B. über einen Kommunikationskanal (CC), der eine bestimmte Ausgangsspannung und eventuell einen Ausgangsstrom vorgibt) für ein Senkengerät 170 bereit. Das SBPD-Gerät 110 kann für das Senkengerät 170 auch den Zugang zu einer Bezugsmasse (z. B. einer Masse 180) bereitstellen. In einigen Ausführungsformen ist das Bereitstellen der Vbus_c 130 mit dem USB-PD-Standard kompatibel. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann die Vbus_in 120 vom Stromrichter 150 empfangen. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann die Vbus_in 130 ausgeben. In einigen Ausführungsformen ist das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 eine mit dem USB-Typ-C™-Standard kompatible USB-Typ-C™-Steuerung. Wie in den folgenden Figuren noch näher beschrieben wird, kann das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 System-Interrupts als Reaktion auf die Vbus_in 120 und die Vbus_c 130 bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen können beliebige Bauteile des SBPD-Geräts 110 Teil eines IC sein, oder alternativ können beliebige Bauteile des SBPD-Geräts 110 in dessen eigenem IC implementiert sein. Der Stromrichter 150 und das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 sind zum Beispiel möglicherweise jeweils diskrete ICs mit einem separaten Gehäuse und separaten Pinbelegungen.
In einigen Ausführungsformen kann das SBPD-Gerät 110 eine vollständige USB-Typ-C™- und USB-Power-Delivery-Portsteuerungslösung für Notebooks, Dongles, Monitore, Dockingstationen, Netzteile, Fahrzeugladegeräte, Powerbanks, Mobilnetzteile und dergleichen bereitstellen.
2 ist ein Schaltplan, der ein Serial-Bus-Power-Delivery-Gerät 200 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. Das SBPD-Gerät 200 kann dem SBPD-Gerät 110, wie mit Bezug auf 1 beschrieben, ähnlich sein. Der Zweckmäßigkeit und der Klarheit halber werden Bezugszeichen von Bauteilen, die in 1 verwendet werden, auch in der vorliegenden Figur verwendet. Das SBPD-Gerät 200 umfasst den Stromrichter 150, das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160, die Vbus_in 120, die Vbus_c 130 und die Masse 180. In weiteren Ausführungsformen kann das SBPD-Gerät 200 die gleichen Bauteile oder auch mehr oder weniger Bauteile umfassen. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 ist zu Veranschaulichungszwecken und ohne Einschränkung als diskretes Element (z. B. als IC in dessen eigenem Gehäuse und mit Anschlussstiften) illustriert.
In einigen Ausführungsformen umfasst das SBPD-Gerät 200 möglicherweise den Stromrichter 150, das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 und einen Digitalbereich 190. Der Digitalbereich 190 kann einen Registersatz 210 und einen Zentralprozessor (CPU) 220 umfassen. Der Registersatz 210 kann Registerwerte zur Programmierung von Referenzspannungen speichern. Die CPU 220 kann an den Registersatz 210 gekoppelt sein. Die CPU 220 kann die Registerwerte im Registersatz 210 speichern. Die CPU 220 kann Eingänge umfassen, wobei jeder Eingang zum Empfangen eines entsprechenden System-Interrupts vorgesehen ist.
Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann an den Registersatz 210 und die CPU 220 gekoppelt sein. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann einen programmierbaren Referenzgenerator 230, Multiplexer 240, Komparatoren 250, einen Stromerfassungsverstärker (CSA) 260, Widerstandsteiler 270 und einen Pull-down-Transistor 280 umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 einen Erzeuger-Feldeffekttransistor (FET) 290. In einigen Ausführungsformen befindet sich der Erzeuger-FET 290 außerhalb des Leistungssteuerungsanalogsubsystems 160.
Der programmierbare Referenzgenerator 230 kann Referenzspannungen als Reaktion auf die Registerwerte generieren. Zum Beispiel kann der programmierbare Referenzgenerator 230 eine erste Referenzspannung als Reaktion auf den ersten Registerwert, eine zweite Referenzspannung als Reaktion auf den zweiten Registerwert etc. generieren. Der programmierbare Referenzgenerator 230 kann ein gemeinsamer Spannungsreferenzsignalgenerator sein (er kann also dazu verwendet werden, um System-Interrupts von mehreren Typen bereitzustellen). Jede Referenzspannung kann einen entsprechenden programmierbaren Schwellenwert für eine entsprechende Operation anzeigen (eine erste Referenzspannung zeigt z. B. einen ersten programmierbaren Schwellenwert für eine erste Operation an, eine zweite Referenzspannung zeigt einen zweiten programmierbaren Schwellenwert für eine zweite, sich von der ersten Operation unterscheidende Operation an, etc.).
Ein Widerstandsteiler 270a kann einen Spannungspegel in einer ersten Vbus-Stromquelle (z. B. eine erste Spannung, Vbus_in 120) erfassen. Ein Widerstandsteiler 270b kann einen Spannungspegel in einer zweiten Vbus-Stromquelle (z. B. eine zweite Spannung, Vbus_in 130) erfassen. Ein erster Widerstandsteiler 270a kann die Vbus_in 120 ausgeben und ein zweiter Widerstandsteiler 120b kann die Vbus_c 130 ausgeben. Jeder der Multiplexer 240a-d kann so gekoppelt sein, dass er einen entsprechenden ersten Wert der Vbus_in 120 vom ersten Widerstandsteiler 270b und einen entsprechenden zweiten Wert der Vbus_c 130 vom zweiten Widerstandsteiler 270b empfängt.
Die Multiplexer 240 können Analogmultiplexer sein. Die Multiplexer 240 (z. B. Multiplexer 240a-d) können an eine erste Spannung (z. B. Vbus_in 120, eine Eingangsspannung) und eine zweite Spannung (z. B. Vbus_c 130, eine Ausgangsspannung) gekoppelt sein. Jeder Multiplexer 240 kann einen ersten Eingang, der an einen an die Vbus_in 120 gekoppelten Widerstandsteiler 270a gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an einen an die Vbus_c 130 gekoppelten Widerstandsteiler 270b gekoppelt ist, und einen an einen Komparator 250 gekoppelten Ausgang aufweisen. Die Multiplexer 240a-d können an einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss des Erzeuger-FET gekoppelt sein, um eine erste Spannung (Vbus_in 120) und eine zweite Spannung (Vbus_c 130) zu empfangen und eine zweite Vielzahl von Referenzspannungen auszugeben.
Jeder der Komparatoren 250 (die Komparatoren 250a-k) kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator 230 eine entsprechende Referenzspannung empfängt. Jeder der Komparatoren 250a-d kann so gekoppelt sein, dass er von einem entsprechenden Multiplexer der Multiplexer 240a-d eine entsprechende ausgewählte Spannung empfängt. Die Komparatoren 250a-d können konfiguriert sein, um basierend auf einem entsprechenden Spannungszustand ein entsprechendes System-Interrupt an die CPU 220 auszugeben. Der Komparator 250e kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator 230 eine entsprechende Referenzspannung und vom Widerstandsteiler 270a, der an die Vbus_in 120 gekoppelt ist, eine erste Spannung empfängt. Die Komparatoren 250f-k (z. B. mindestens drei Komparatoren) können so gekoppelt sein, dass sie vom programmierbaren Referenzgenerator 230 eine entsprechende Referenzspannung und vom CSA 260 eine entsprechende Ausgangsspannung empfangen. Wie für die folgenden Figuren noch näher beschrieben wird, können die Komparatoren 250a-k Operationen oder Funktionen (z. B. Interrupt-Funktionen etc.) bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen wird der programmierbare Referenzgenerator 230 dazu verwendet, um über jeden der Komparatoren 250a-k eine Operation oder eine Funktion bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen wird der programmierbare Referenzgenerator 230 dazu verwendet, um mehr Operationen oder Funktionen bereitzustellen, als Komparatoren 250a-k vorhanden sind (z. B. über mehr Bauteile als die Komparatoren 250a-k). In einigen Ausführungsformen wird der programmierbare Referenzgenerator 230 dazu verwendet, um weniger Operationen oder Funktionen (z. B. UV, OV und OCP) bereitzustellen, als Komparatoren 250a-k vorhanden sind. Die zusammengefasste Referenzquelle (also der programmierbare Referenzgenerator 230) kann die Gerätefläche minimieren und Flexibilität bieten (z. B. den Bedarf an mehreren Schaltungen mit unterschiedlichen Eigenschaften verringern). Ein Array von Komparatoren 250 kann eine simultane Spannungs- und Stromüberwachung im SBPD-Gerät 200 erlauben (z. B. kann das Array von Komparatoren eine simultane Spannungs- und Stromüberwachung in einem USB-PD-Gerät erlauben). Ein Array von Analogmultiplexern kann eine Verwendung des SBPD-Geräts 200 in verschiedenen USB-PD-Anwendungen erlauben. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann zwei unabhängige Eingangsreferenzspannungssignale (z. B. Vbus_in 120 und Vbus_c 130) und einen CSA 260 umfassen.
In einigen Ausführungsformen wird eine Einzelreferenzspannung an verschiedene Funktionsblöcke geleitet. Jeder Block kann einen Referenzgenerator und Programmieroptionen aufweisen. In einigen Ausführungsformen werden möglicherweise alle analogen Signale in digitale Signale umgewandelt und alle Filterungs- und Komparatorfunktionen werden im digitalen Bereich durchgeführt (z. B. wird ein programmierbarer Referenzgenerator 230 eventuell nicht benötigt). Bei einigen Implementierungen sind möglicherweise alle Eingangssignale mit einem beliebigen Komparator 250 verbunden (z. B. um einen vollständig programmierbaren Kreuzschalter herzustellen). In einigen Ausführungsformen kann das SBPD-Gerät 200 auf ein beliebiges Netzteilsystem (z. B. nicht nur auf USB-PD-Netzteile) angewendet werden.
3 ist ein Schaltplan, der ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem 300 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 300 kann einige so ähnliche Bauteile wie das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160, wie mit Bezug auf 1-2 beschrieben, umfassen. Der Zweckmäßigkeit und der Klarheit halber werden einige Bauteile, die in 1-2 verwendet werden, auch in der vorliegenden Figur verwendet.
Im Prinzip arbeitet das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 300 so ähnlich wie das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 gemäß 1-2. Mehrere Verbindungswege können eine Anpassung des Leistungssteuerungsanalogsubsystems 300 an mehrere Anwendungen erlauben. Es können verschiedene Spannungspegel an Eingängen mittels unterschiedlicher MUX-Zellentypen (z. B. 20 V, 5 V) unterstützt werden.
Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 300 kann einen programmierbaren Referenzgenerator 230, Multiplexer (z. B. MUX 240a-k, MUX 340a-c, MUX 342a-b, MUX 344a-e, MUX 346a-b, MUX 348a-b, einen MUX 350 etc.), Komparatoren 250a-k, Widerstandsteiler 270a-b, einen Korrekturverstärker (EA) 310, einen Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 320, Widerstands-Kondensator(RC)-Filter 330a-c und Logik- oder getaktete Filter 360a-b umfassen. Die getakteten Filter 360a-b leiten möglicherweise Impulse weiter, deren Länge einen bestimmten Schwellenwert erreicht (sie leiten z. B. nur ausreichend lange Impulse weiter). Die getakteten Filter 360a-b können wie RC-Filter wirken, nehmen jedoch eine kleinere Fläche als ein RC-Filter ein. Die getakteten Filter 360a-b können einen Taktgeber zum Implementieren interner Zähler verwenden.
Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 300 kann an die Komparatoren 250a-k und den Korrekturverstärker (EA) 310 gekoppelt sein.
Der Widerstandsteiler 270a kann eine Eingabe der Vbus_in 120 empfangen und unterschiedliche Spannungen ausgeben (z. B. 100 % Prozent der Vbus_in 120, 20 % Prozent der Vbus_in 120, 10 % Prozent der Vbus_in 120 und 8 % Prozent der Vbus_in 120). Der Widerstandsteiler 270b kann eine Eingabe der Vbus_c 130 empfangen und unterschiedliche Spannungen ausgeben (z. B. 100 % Prozent der Vbus_c 130, 20 % Prozent der Vbus_c 130, 10 % Prozent der Vbus_c 130 und 8 % Prozent der Vbus_c 130).
Die MUX 340a-c können eine erste Spannung (z. B. 8 % Prozent der Vbus_in 120) vom Widerstandsteiler 270a und eine zweite Spannung (z. B. 8 % Prozent der Vbus_c 130) vom Widerstandsteiler 270b empfangen.
Die MUX 342a-b können eine erste Spannung (z. B. 10 % Prozent der Vbus_in 120) vom Widerstandsteiler 270a und eine zweite Spannung (z. B. 10 % Prozent der Vbus_c 130) vom Widerstandsteiler 270b empfangen.
Die MUX 344a-e können eine erste Spannung (z. B. 20 % Prozent der Vbus_in 120) vom Widerstandsteiler 270a und eine zweite Spannung (z. B. 20 % Prozent der Vbus_c 130) vom Widerstandsteiler 270b empfangen.
Der MUX 346a kann eine ausgewählte Spannung vom MUX 344a (z. B. 20 % der Vbus_in 120 oder 20 % der Vbus_c 130) und eine ausgewählte Spannung vom MUX 340a (z. B. 8 % der Vbus_c 130 oder 8 % der Vbus_c 130) empfangen. Der MUX 346b kann eine ausgewählte Spannung vom MUX 344b (z. B. 20 % der Vbus_in 120) und eine Ausgangsspannung vom MUX 342a (z. B. 10 % der Vbus_in 120) empfangen.
Der MUX 348a kann eine ausgewählte Spannung vom MUX 344e (z. B. 20 % der Vbus_in 120 oder 20 % der Vbus_c 130) und eine ausgewählte Spannung vom MUX 340c (z. B. 8 % der Vbus_c 120 oder 8 % der Vbus_c 130) empfangen. Der MUX 348b kann eine Ausgangsspannung vom CSA 260 (z. B. über das RC-Filter 330a) und vom MUX 348a empfangen. Der ADU 320 kann vom MUX 348b eine Ausgangsspannung empfangen.
Der MUX 350 kann eine Referenzspannung vom programmierbaren Referenzgenerator 230 und eine Bandgap-Referenzspannung von 1,2 V empfangen. Der EA 310 kann vom MUX 350 eine Ausgangsspannung empfangen.
Durch die Komparatoren 250a-b kann eine Erkennung einer Überspannung (OV) und einer Unterspannung (UV) bereitgestellt werden. Die OV- und UV-Erkennung kann bei Spannungen, die von 2 V bis 25 V reichen, auf einem der beiden Vbus-Pins (also Vbus_in oder Vbus_c) erfolgen.
Der Komparator 250a kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator 230 eine erste Referenzspannung und vom MUX 240a eine erste ausgewählte Spannung empfängt. Der MUX 240a kann eine ausgewählte Spannung vom MUX 344c (der z. B. 20 % der Vbus_in 120 vom Widerstandsteiler 270a und 20 % der Vbus_c 130 vom Widerstandsteiler 270b empfängt) und vom MUX 342b (der z. B. 10 % der Vbus_in 120 vom Widerstandsteiler 270a und 10 % der Vbus_c 130 vom Widerstandsteiler 270b empfängt) empfangen. Der Komparator 250a kann basierend darauf, dass bestimmt wird, dass die Vbus_in 120 und/oder die Vbus_c 130 eine erste Spannungsbedingung erfüllen/erfüllt (z. B. einen ersten Spannungsmindestschwellenwert unterschreiten/unterschreitet), ein UV-System-Interrupt ausgeben.
Der Komparator 250b kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator eine zweite Referenzspannung und vom MUX 240b eine zweite ausgewählte Spannung empfängt. Der MUX 240b kann eine ausgewählte Spannung vom 344d (der z. B. 20 % der Vbus_in 120 vom Widerstandsteiler 270a und 20 % der Vbus_c 130 vom Widerstandsteiler 270b empfängt) und eine ausgewählte Spannung vom MUX 340b (der z. B. 8 % der Vbus_in 120 vom Widerstandsteiler 270a und 8 % der Vbus_c 130 vom Widerstandsteiler 270b empfängt) empfangen. Der Komparator 250b kann basierend darauf, dass bestimmt wird, dass die Vbus_in 120 und/oder die Vbus_c 130 eine zweite Spannungsbedingung erfüllen/erfüllt (z. B. größer als ein zweiter Spannungshöchstschwellenwert sind/ist), ein OV-System-Interrupt ausgeben.
Die Überwachung der Vbus_c 130 kann durch den Komparator 250d bereitgestellt werden. Die Vbus_c-Überwachungserfassung kann bei 0,8 V von einem der beiden Vbus-Pins am Typ-C-Anschluss aus erfolgen (die Bestimmung, ob die Vbus_in 120 bzw. die Vbus_c 130 größer als 0,8 V ist).
Der Komparator 250d kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator eine dritte Referenzspannung und vom MUX 240d eine dritte ausgewählte Spannung empfängt. Der MUX 240d kann die erste Vbus_in 120 (z. B. bei 100 %) und die Vbus_c 130 (z. B. bei 100 %) empfangen. Der Komparator 250d kann konfiguriert sein, um basierend darauf, dass bestimmt wird, dass die erste Spannung und/oder die zweite Spannung eine dritte Spannungsbedingung erfüllen/erfüllt (z. B. größer als ein dritter Spannungsschwellenwert (z. B. 0,8 V) sind/ist), ein Vbus-Wächter-System-Interrupt auszugeben.
Durch den Komparator 250e und den Pull-down-Transistor 280 (siehe 2) kann eine programmierbare Vbus_in-Entladesteuerung bereitgestellt werden. Der Komparator 250e kann den Pull-down-Vorgang beenden, sobald eine Sollspannung erreicht ist.
Der Komparator 250e kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator 230 eine vierte Referenzspannung und vom ersten Widerstandsteiler die Vbus_in 130 (z. B. bei 10 % der Vbus_in 130) empfängt. Der Komparator 250e kann konfiguriert sein, um basierend darauf, dass bestimmt wird, dass die Vbus_in 120 eine vierte Spannungsbedingung erfüllt (z. B. basierend darauf, dass bestimmt wird, dass das SBPD-Gerät 110 abgeschaltet ist, basierend darauf, dass bestimmt wird, dass eine Sollspannung erreicht ist), die Vbus_in 120 zu entladen.
Über die Komparatoren 250f und 250g können ein Kurzschlussschutz (SCP) und ein Überstromschutz (OCP) bereitgestellt werden (z. B. Bereitstellung von SCP und OCP, Überstromerkennung und Kurzschlusserkennung). OCP und SCP können unter Verwendung derselben oder von unabhängigen Referenzquellen (z. B. einer Bandgap(BG)-Referenz, einer Deep-Sleep(DS)-Referenz) auf verschiedenen, benutzerdefinierten Ebenen bereitgestellt werden.
Der Komparator 250f kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator 230 eine fünfte Referenzspannung und vom CSA 260 eine fünfte Ausgangsspannung empfängt. Der Komparator 250f kann konfiguriert sein, um basierend darauf, dass bestimmt wird, dass die fünfte Ausgangsspannung eine fünfte Spannungsbedingung erfüllt (z. B. größer als ein fünfter Spannungsschwellenwert ist), ein SCP-System-Interrupt auszugeben.
Der Komparator 250g kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator 230 eine sechste Referenzspannung und vom CSA 260 eine sechste Ausgangsspannung empfängt. Der Komparator 250g kann konfiguriert sein, um basierend darauf, dass bestimmt wird, dass die sechste Ausgangsspannung eine sechste Spannungsbedingung erfüllt (z. B. größer als ein sechster Spannungsschwellenwert ist), ein OCP-System-Interrupt auszugeben.
Durch die Komparatoren 250f-k können eine Blindstromkompensation (PFC) und eine Synchrongleichrichtung (SR) bereitgestellt werden. Eine PFC und eine SR können simultan auf verschiedenen, benutzerdefinierten Ebenen bereitgestellt werden.
Der Komparator 250h kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator 230 eine siebte Referenzspannung und vom CSA 260 eine siebte Ausgangsspannung empfängt. Der Komparator 250h kann konfiguriert sein, um basierend darauf, dass bestimmt wird, dass eine siebte Spannungsbedingung erfüllt wird, ein PFC-System-Interrupt (z. B. zum Aktivieren von PFC) auszugeben. Das getaktete Filter 360a kann als Reaktion darauf, dass der entsprechende Schwellenwert erreicht wird, eine Ausgabe vom Komparator 250h empfangen.
Der Komparator 250i kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator 230 eine achte Referenzspannung und vom CSA 260 eine achte Ausgangsspannung empfängt. Der Komparator 250i kann konfiguriert sein, um basierend darauf, dass bestimmt wird, dass eine achte Spannungsbedingung erfüllt wird, ein PFC-System-Interrupt (z. B. zum Deaktivieren von PFC) auszugeben. Ein entsprechendes getaktetes Filter kann als Reaktion darauf, dass die achte Spannungsbedingung erfüllt wird, eine Ausgabe vom Komparator 250i empfangen.
Der Komparator 250j kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator 230 eine neunte Referenzspannung und von einem CSA 260 eine neunte Ausgangsspannung empfängt. Der Komparator 250j kann konfiguriert sein, um basierend darauf, dass bestimmt wird, dass eine neunte Spannungsbedingung erfüllt wird, ein SR-System-Interrupt (z. B. zum Aktivieren von SR) auszugeben. Das getaktete Filter 360b kann als Reaktion darauf, dass eine neunte Spannungsbedingung erfüllt wird, eine Ausgabe vom Komparator 250j empfangen.
Der Komparator 250k kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator 230 eine zehnte Referenzspannung und von einem CSA 260 eine zehnte Ausgangsspannung empfängt. Der Komparator 250k kann konfiguriert sein, um basierend darauf, dass bestimmt wird, dass eine zehnte Spannungsbedingung erfüllt wird, ein SR-System-Interrupt (z. B. zum Deaktivieren von SR) auszugeben. Ein entsprechendes getaktetes Filter kann als Reaktion darauf, dass eine zehnte Spannungsbedingung erfüllt wird, eine Ausgabe vom Komparator 250k empfangen.
Die Überwachung der Spannungen Vbus_in 120 und Vbus_c 130 kann durch den ADU 320 bereitgestellt werden. Der ADU 320 kann so gekoppelt sein, dass er vom MUX 348b eine Ausgabe empfängt. Der MUX 348b kann so gekoppelt sein, dass er vom CSA 260 eine Ausgangsspannung (z. B. über das RC-Filter 330a) und vom MUX 348a eine ausgewählte Spannung empfängt. Der MUX 348a kann eine ausgewählte Spannung vom MUX 344e (der z. B. 20 % der Vbus_in 120 und 20 % der Vbus_c 130 empfängt) und eine ausgewählte Spannung vom MUX 340c (der z. B. 8 % der Vbus_in 120 und 8 % der Vbus_c 130 empfängt) empfangen.
Durch Komparatoren 250c_p und 250c_m kann eine zusätzliche Überwachung der Spannungspegel der Vbus_in 120 bzw. der Vbus_c 130 zur Regelung von Leistungszufuhrübergängen (z. B. vsrc_neu_p, vsrc_neu_m) bereitgestellt werden. Die Komparatoren 250c_p und 250c_m können bestimmen, ob die Spannung einen Spannungsschwellenwert überschritten oder einen Spannungsschwellenwertbereich erreicht hat.
Der Komparator 250c_p kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator eine entsprechende Referenzspannung und vom MUX 240c_p eine dritte ausgewählte Spannung empfängt. Der MUX 240c_p kann vom MUX 346a eine ausgewählte Spannung und vom CSA 260 eine Ausgangsspannung (über das RC-Filter 330b) empfangen. Der MUX 346a kann eine ausgewählte Spannung vom MUX 344a (der z. B. 20 % der Vbus_in 120 und 20 % der Vbus_c 130 empfängt) und eine ausgewählte Spannung vom MUX 340a (der z. B. 8 % der Vbus_in 120 und 8 % der Vbus_c 130 empfängt) empfangen. Der Komparator 250c_p kann konfiguriert sein, um basierend darauf, dass bestimmt wird, dass die Vbus_in 120 und/oder die Vbus_c 130 eine entsprechende Spannungsbedingung erfüllen/erfüllt (z. B. innerhalb eines entsprechenden Wertebereichs liegen/liegt), ein Spannungsquelle(Vsrc)-System-Interrupt auszugeben.
Der Komparator 250c_m kann so gekoppelt sein, dass er vom programmierbaren Referenzgenerator eine entsprechende Referenzspannung und vom MUX 240c_m eine zweite ausgewählte Spannung empfängt. Der MUX 240c_m kann vom MUX 346b eine ausgewählte Spannung und vom CSA 260 eine Ausgangsspannung (über das RC-Filter 330b) empfangen. Der MUX 346b kann eine ausgewählte Spannung vom MUX 344b (der z. B. 20 % der Vbus_in 120 und 20 % der Vbus_c 130 empfängt) und eine ausgewählte Spannung vom MUX 342a (der z. B. 10 % der Vbus_in 120 und 10 % der Vbus_c 130 empfängt) empfangen. Der Komparator 250c_p kann konfiguriert sein, um basierend darauf, dass bestimmt wird, dass die Vbus_in 120 und/oder die Vbus_c 130 eine entsprechende Spannungsbedingung erfüllen/erfüllt (z. B. innerhalb eines entsprechenden Wertebereichs liegen/liegt), ein Vsrc-System-Interrupt auszugeben.
Der EA 310 kann so gekoppelt sein, dass er vom MUX 350 eine ausgewählte Ausgabe empfängt. Der MUX 350 kann so gekoppelt sein, dass er eine entsprechende Referenzspannung vom programmierbaren Referenzgenerator 230 und eine Referenz von 1,2 V (z. B. eine Ersatzreferenz von 1,2 V) empfängt. In einer Ausführungsform basiert die Referenz von 1,2 V auf der Bandgap-Referenz von 1,2 V. In einer weiteren Ausführungsform basiert die Referenz von 1,2 V auf einer Deep-Sleep-Referenz von 0,74 V.
4A-4B sind Schaltpläne, die das Serial-Bus-Power-Delivery-Gerät 400 gemäß einigen Ausführungsformen illustrieren. Das SBPD-Gerät 400 kann so ähnliche Bauteile wie die SBPD-Geräte 110 und 200, wie mit Bezug auf 1-2 beschrieben, umfassen. Der Zweckmäßigkeit und der Klarheit halber werden einige Bauteile, die in 1-2 verwendet werden, auch in den vorliegenden Figuren verwendet.
Im Prinzip arbeitet das SBPD-Gerät 400 so ähnlich wie die SBPD-Geräte 110 und 200 gemäß 1-2.
Das SBPD-Gerät 400 kann einen Stromrichter 150 und ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 umfassen. Der Stromrichter kann an die Stromquelle 140 gekoppelt sein.
Der Stromrichter 150 kann die Vbus_in 120 für das Leistungssteuerungsanalogsubsystem bereitstellen. Der Stromrichter kann einen Erfassungswiderstand (Rsense) 410 aufweisen, der zum Umsetzen der Vbus_in 130 in eine CSA-Spannung (z. B. Current Sense Positive (CSP) 420) vorgesehen ist. Die CSP 420 ist möglicherweise eine Spannung, die kleiner als die Vbus_in 120 ist und durch den CSA 260 verstärkt werden soll. Der CSA 260 kann so gekoppelt sein, dass er die CSP 420 vom Rsense 410 sowie eine Menge von Registerwerten (z. B. sechs Registerwerte) aus dem Registersatz 210 empfängt. Der CSA 260 kann eine Menge von Ausgabewerten (z. B. sieben Ausgabewerte), einen entsprechenden Ausgabewert für jeden der Komparatoren 250f-k und einen entsprechenden Ausgabewert für den EA 310 ausgeben.
Der EA 310 kann so gekoppelt sein, dass er einen Registerwert aus dem Registersatz 210, eine entsprechende Referenzspannung vom programmierbaren Referenzgenerator 230 und die Vbus_in 120 empfängt. Der EA 310 kann FB und CATH an den Stromrichter 150 ausgeben.
Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann eine oder mehrere an die Vbus_in 120 gekoppelte ESD-Schaltungen (ESD = Electrostatic Discharge, elektrostatische Entladung) 430 (z. B. ESD 430a-b) umfassen. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann einen oder mehrere an die Vbus_in 120 gekoppelte Pull-down-Transistoren 280 (z. B. die Pull-down-Transistoren 280a-d) umfassen. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann einen an die Vbus_in 120 gekoppelten Regler 440 umfassen. Der Regler 440 kann eine interne Stromquelle für das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 bereitstellen (der Regler 440 kann z. B. 3-5 V bereitstellen und die Vbus_in 120 kann 3-20 V betragen).
5 illustriert ein Ablaufschema eines Verfahrens zum Bereitstellen mehrerer Interrupt-Funktionen unter Verwendung eines gemeinsamen programmierbaren Referenzgenerators gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Verfahren 500 kann durch eine Verarbeitungslogik, die Hardware (z. B. eine Schaltungsanordnung, eine dedizierte Logik, eine programmierbare Logik, Mikrocode etc.) beinhaltet, durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 500 ganz oder teilweise durch das SBPD-Gerät 110, 200 durchgeführt. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 500 durch das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 bzw. 300 durchgeführt. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 500 durch den programmierbaren Referenzgenerator 230, die Multiplexer 240 und die Komparatoren 250 durchgeführt.
Das Verfahren 500 beginnt am Block 505, indem die Verarbeitungslogik, die das Verfahren durchführt, durch einen programmierbaren Referenzgenerator 230 eine erste Vielzahl von Referenzspannungen generiert. Am Block 510 empfängt die Verarbeitungslogik durch jeden einer Vielzahl von Multiplexern, die an einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss des Erzeuger-FET 290 gekoppelt sind, eine erste Spannung (Vbus_in) und eine zweite Spannung (Vbus_c). Am Block 515 gibt die Verarbeitungslogik durch eine Vielzahl von Multiplexern (z. B. die Multiplexer 240a-d) eine zweite Vielzahl von Referenzspannungen aus. Am Block 520 empfängt die Verarbeitungslogik durch jeden einer Vielzahl von Komparatoren (z. B. die Komparatoren 250a-d) eine entsprechende Referenzspannung der ersten Vielzahl von Referenzspannungen vom programmierbaren Referenzgenerator 230 und eine entsprechende ausgewählte Spannung der zweiten Vielzahl von Referenzspannungen von einem entsprechenden Multiplexer der Vielzahl von Multiplexern (z. B. den Multiplexern 240a-d). Am Block 525 gibt die Verarbeitungslogik durch jeden der Vielzahl von Komparatoren (z. B. die Komparatoren 250a-d) basierend auf einer entsprechenden Spannungsbedingung ein entsprechendes System-Interrupt aus.
In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 500 durch den programmierbaren Referenzgenerator 230, die Multiplexer 240 und die Komparatoren 250 durchgeführt. Am Block 505 generiert der programmierbare Referenzgenerator 230 eine erste Vielzahl von Referenzspannungen. Am Block 510 geben die Multiplexer 240 (z. B. die Multiplexer 240a-d) eine zweite Vielzahl von Referenzspannungen aus. Am Block 515 empfängt jeder einer Vielzahl von Komparatoren 250 (z. B. die Komparatoren 250a-d) eine entsprechende Referenzspannung der ersten Vielzahl von Referenzspannungen vom programmierbaren Referenzgenerator 230 und eine entsprechende ausgewählte Spannung der zweiten Vielzahl von Referenzspannungen von einem entsprechenden Multiplexer 240 der Vielzahl von Multiplexern (z. B. den Multiplexern 240a-d). Am Block 520 gibt jeder der Vielzahl von Komparatoren 250 (z. B. die Komparatoren 250a-d) basierend auf einer entsprechenden Spannungsbedingung ein entsprechendes System-Interrupt aus.
6 ist ein Schaltplan, der ein Steckernetzteil-Leistungszufuhrsystem 600 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. Der Stromrichter kann einen Transformator 610, ein Optokoppler-Bauelement 620 und eine Stabilisierungseinrichtung 630 umfassen. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann einen USB-Typ-C™-Port 640 umfassen. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann ein Netzteil steuern (z. B. kann das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 die Quellgleichspannung steuern, indem es über ein Optokoppler-Bauelement 620 ein Rückkopplungssignal an eine Primärtransformatorregelung (nicht gezeigt) sendet). Die Spannungen auf beiden Seiten des Erzeuger-FET 290 (z. B. Vbus_in 120 und Vbus_c 130) können auf den Zustand der Spannungen zur Bestimmung geeigneter Steuermodi überwacht werden. In einigen Ausführungsformen umfasst das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 den Erzeuger-FET 290. In einigen Ausführungsformen befindet sich der Erzeuger-FET 290 außerhalb des Leistungssteuerungsanalogsubsystems 160. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann einen CSA 260 umfassen und der CSA 260 kann zur Überwachung des Stroms verwendet werden, der durch ein beliebiges mit dem USB-Typ-C™-Port 640 (z. B. dem Stecker vom Typ C) verbundenes Gerät entnommen wird.
7 ist ein Schaltplan, der ein Mobilnetzteil-Leistungszufuhrsystem 700 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. Das Mobilnetzteil-Leistungszufuhrsystem 700 kann eine Regelung mit positiver Rückkopplung umfassen. Eine externe integrierte Schaltung (IC) (z. B. das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160) kann dazu verwendet werden, um eine Primärseite des Transformators 710 (z. B. eines Zwischentransformators) zu steuern. Der externe IC hat möglicherweise die Fähigkeit zur Steuerung eines Synchrongleichrichtungs(SR)-Mechanismus, der durch den NFET 720 (z. B. einen n-Kanal-JFET-Transistor, einen n-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor), der mit einer Sekundärwicklung des Transformators 710 (der z. B. die in 6 gezeigten Dioden ersetzt) verbunden ist, gezeigt wird.
8 ist ein Schaltplan, der ein Fahrzeugladegerät-Leistungszufuhrsystem 800 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. In einigen Ausführungsformen ist das Fahrzeugladegerät-Leistungszufuhrsystem 800 ein Fahrzeugladegerät vom Typ C/Typ A. Das Fahrzeugladegerät-Leistungszufuhrsystem 800 kann einen Stromrichter 150 und ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 umfassen. Der Stromrichter 150 kann einen Regler 810a und einen Regler 810b umfassen, die an die Stromquelle 140 und an das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 gekoppelt sind. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann einen Bereitsteller-FET 820, eine Typ-A-Buchse 830 und eine Typ-C-Buchse 840 umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 den Bereitsteller-FET 820. In einigen Ausführungsformen befindet sich der Hersteller-FET 820 außerhalb des Leistungssteuerungsanalogsubsystems 160. Das Serial-Bus-Power-Delivery-Gerät 400 kann bei einer Verbindung mit einer Batteriestromquelle (z. B. der Stromquelle 140) (z. B. anstelle eines Netzteils) als Leistungssteuerung dienen. Die Stromquelle 140 liefert Strom, der durch ein Typ-C-Senkengerät (z. B. das Senkengerät 170) über die Typ-C-Buchse 840 entnommen werden kann.
9A ist ein Schaltplan, der ein Powerbank-Leistungszufuhrsystem 900 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. Das Powerbank-Leistungszufuhrsystem 900 kann eine Stromquelle 140 (z. B. eine Batterie), einen Stromrichter 150 und ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 umfassen. Die Stromquelle 140 kann eine Batteriespannung (z. B. Vbattery 980) liefern. Der Stromrichter 150 kann einen Batterielader 910, einen Regler 920a und einen Regler 920b umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Stromrichter 150 einen Low-Dropout-Linearregler (LDO) 930. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 kann eine Typ-C-Buchse 940, eine Typ-A-Buchse 950, einen Verbraucher-FET 960 und einen Bereitsteller-FET 970 umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 den Verbraucher-FET 960 und/oder den Bereitsteller-FET 970. In einigen Ausführungsformen befinden/befindet sich der Verbraucher-FET 960 und/oder der Bereitsteller-FET 970 außerhalb des Leistungssteuerungsanalogsubsystems 160.
Das Powerbank-Leistungszufuhrsystem 900 illustriert, wie das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 auf einer der beiden Seiten des Typ-C-Kabels positioniert sein kann. Das Powerbank-Leistungszufuhrsystem 900 kann die Stromversorgungszustände überwachen. Die Stromquelle 140 (z. B. eine Batterie) kann als Reaktion darauf, dass sie auf der „Senken“-Seite des Kabels positioniert ist, geladen werden. Die Stromquelle 140 (z. B. eine Batterie) kann als Reaktion darauf, dass sie auf der „Quellen“-Seite des Kabels positioniert ist, Strom zuführen.
9B ist ein Schaltplan, der ein Powerbank-Leistungszufuhrsystem 900 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. 9B illustriert ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160, das Vbus_in 120, Vbus_c 130, Vbattery 980 und Vregulator 990 umfasst. Das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 umfasst auch den Verbraucher-FET 960 und den Bereitsteller-FET 970. In einigen Ausführungsformen umfasst das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 den Verbraucher-FET 960 und/oder den Bereitsteller-FET 970. In einigen Ausführungsformen befinden/befindet sich der Verbraucher-FET 960 und/oder der Bereitsteller-FET 970 außerhalb des Leistungssteuerungsanalogsubsystems 160.
10 ist ein Schaltplan, der ein Notebook-Leistungszufuhrsystem 1000 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. Das Notebook-Leistungszufuhrsystem 1000 kann eine Stromquelle 140 und ein SBPD-Gerät 110 umfassen. Das SBPD-Gerät 110 kann einen Stromrichter 150, ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 und einen Digitalbereich 190 umfassen. Der Stromrichter 150 kann einen Transformator 1030, eine primäre Steuerung 1010 und eine SR-Steuerung 1020 (z. B. eine sekundäre Steuerung) umfassen.
11 ist ein Schaltplan, der eine programmierbare Stromerfassungsschaltung 1100 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. Der Stromrichter 150, der ebenfalls illustriert ist, stellt einen Chip dar, der eine primäre und eine sekundäre Steuerung eines Stromversorgungsbusses (VBUS) 118 in Stromversorgungssystemen durchführt, wobei hierin besonders auf das mit USB kompatible Stromversorgungsgerät 110 aus 1 abgestellt wird. Das Leistungssteuerungsanalogsystem 160 kann eine Schaltungsanordnung zum Überwachen der Versorgungsspannung Vbus_in 120 (z. B. des VBUS-Signals), zum Triggern von System-Interrupts als Reaktion auf bestimmte Strompegel und zum Bereitstellen einer analogen Rückkopplung, die eine ständige Stromregelung der Vbus_in 120 erlaubt, bereitstellen. Das Leistungssteuerungsanalogsystem 160 kann die programmierbare Stromerfassungsschaltung 1100, die an den Stromrichter 150 gekoppelt sein kann, umfassen.
Die programmierbare Stromerfassungsschaltung 1100 kann in verschiedenen Ausführungsformen den Stromerfassungswiderstand (Rsense) 410 (z. B. wenn der Stromrichter 150 keinen Rsense 410 aufweist), den Stromerfassungsverstärker (CSA) 260, mehrere (z. B. mindestens drei) Komparatoren 250f-k, den Korrekturverstärker (EA) 310, den programmierbaren Referenzgenerator 230 und den Registersatz 210 umfassen. Der Stromerfassungswiderstand 410 kann zwischen das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 und entweder einen Versorgungsspannungsbus(VBUS)-Anschluss 1103 (z. B. High Side) oder einen Masseanschluss 1105 (z. B. Low Side, wie illustriert) gekoppelt sein. Der Masseanschluss 1105 kann an eine Masserückleitung eines VBUS 118, der die Vbus_in 120 übermittelt, gekoppelt sein.
In einigen Ausführungsformen kann das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160, z. B. über die programmierbare Stromerfassungsschaltung 1100, konfiguriert sein, um einen Stromfluss durch den Rsense 410 mit mindestens zwei unterschiedlichen Referenzwerten (z. B. mindestens zwei unterschiedlichen Referenzspannungen) gleichzeitig zu vergleichen, um eine Fehlererkennung und eine Überwachung bezüglich des Strompegels der Vbus_in 120 auszuführen. Genauer kann der CSA 260 einen Anschluss (z. B. die CSP 420) umfassen, der an den Rsense 410 gekoppelt ist, um die Spannung über den Rsense 410, z. B. zwischen der CSP 420 und dem Masseanschluss 1105, zu erfassen. Der CSA 260 kann ferner mittels mehrerer in Frage kommender Verstärkungsfaktoren die Spannung verstärken, um mehrere Analogausgangsspannungen oder -signale zu generieren. Der Registersatz 210 kann Verstärkungsauswahlsignale 1107 zum Programmieren des CSA 260 zur Ausgabe der sieben (oder mehr oder weniger) Analogausgangsspannungen gemäß diesen mehreren in Frage kommenden Verstärkungsfaktoren liefern. Jede der unterschiedlichen Analogausgangsspannungen kann einen Strompegel der Vbus_in 120 anzeigen, nun jedoch als verstärkte Versionen, mit denen ein Vergleich mit einer jeweiligen anderen Referenzspannung durchzuführen ist. Wie illustriert, generiert der CSA 260 sieben Analogausgangsspannungen, von denen sechs in einen von allen mehreren Komparatoren 250f-k eingegeben werden können.
Darüber hinaus oder alternativ kann eine der sieben Analogausgangsspannungen in den Korrekturverstärker 310 eingegeben werden, um ein analoges Rückkopplungssignal (FB-Signal) zu liefern, was noch näher erörtert wird. Das analoge FB-Signal kann eine Konstantstromregelungsfähigkeit für Quellen- oder Senkenstrom am Mittelpunkt eines an den VBUS 118 (z. B. an einem Knoten) gekoppelten Spannungsteilers 1111 bereitstellen, um die VBUS-Spannung anzupassen, wodurch im Gegenzug indirekt der Stromfluss der Vbus_in 120 angepasst wird. Der Spannungsteiler 1111 ist nur ein Beispiel für eine Umsetzungsschaltungsanordnung, die das analoge FB-Signal in einen Strom umsetzen kann, der eine Spannung an einem Knoten, der an den VBUS 118 gekoppelt ist, der ungefähr einen konstanten Strom des Signals der Vbus_in 120 beibehalten soll, anpasst.
Der programmierbare Referenzgenerator 230 kann in verschiedenen Ausführungsformen gleichzeitig (z. B. simultan) mehrere Referenzspannungen (z. B. mindestens drei Referenzspannungen) generieren, was unter Bezug auf 22A-22B noch näher erläutert wird. Der programmierbare Referenzgenerator 230 kann Registerwerte aus dem Registersatz 210 (z. B. vref_selx[m:0]) aufnehmen und Referenzspannungen zur Verwendung durch die mehreren Komparatoren 250f-k durch ein SRSS 1133 und durch den EA 310 programmieren. Auf diese Weise kann jede Referenzspannung eine andere Schwellenspannung liefern, mit der jeder jeweilige Komparator der mehreren Komparatoren 250f-k und der EA 310 simultan verglichen werden können, wobei jeder Komparator darauf basierend eine digitale Ausgabe (z. B. out_d<#>-Signale und das analoge FB-Signal) generieren kann. Die Überwachungspegel der Analogausgangsspannungen (z. B. der Schwellenspannungen) können eine Abdeckung sowohl für leichte als auch für relativ hohe Lasten bereitstellen, z. B. niedrige Strompegel im Bereich von 0,1 A bis hohe Strompegel im Bereich von mehreren zehn Ampere im VBUS 118. Das SRSS 1113 kann eine Bandgap-Referenzspannung (vbg) bereitstellen, die der programmierbare Referenzgenerator 230 zum Generieren aller anderen Referenzausgangsspannungen nutzen kann.
Wenn zum Beispiel einer der Komparatoren bestimmt, dass seine Analogausgangsspannung (vom CSA 260) die programmierte Referenzspannungseingabe vom programmierbaren Referenzgenerator 230 überschreitet, kann dieser Komparator abhängig von der Anwendung, für die die Eingangsreferenzspannung zur Erkennung ausgelegt ist, ein digitales Signal zum Triggern einer anderen Warnung oder eines anderen System-Interrupts ausgeben. Abhängig vom Strompegel der Vbus_in 120 und von den Spannungspegeln der Referenzspannungen können mehrere Komparatoren simultan ein digitales Signal zum Triggern eines System-Interrupts ausgeben. Die Komparatoren können zum Beispiel jeweils System-Interrupts, die Zustände wie OCP, SCP, PFC und SR anzeigen, triggern.
12 ist ein Schaltplan, der Unterabschnitte der programmierbaren Stromerfassungsschaltung 1100 von 11 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. Die Unterabschnitte umfassen zum Beispiel den CSA 260, den EA 310 und die mehreren Komparatoren 250f-k, von denen ein SCP-Komparator 1212 (für den Kurzschlussschutz) und ein SR_OFF-Komparator 1214 (zum Abschalten der Synchrongleichrichtung) illustriert sind. Eine Kurzschlussschutz(SCP)-Analogausgangsspannung (out_scp) kann zudem unabhängig und gleichzeitig aus einer Verstärkung der Vsense über den Rsense mit einem festen Verstärkungsfaktor generiert werden, wie unter Bezug auf 13 und Tabelle 3 noch näher erörtert wird.
In einer Ausführungsform kann der CSA 260 eine Spannung über den Rsense 410 erfassen, die Spannung mit einer Konstruktion mit zwei Verstärkern verstärken und die Analogausgangsspannungen (out_a<#>) gleichzeitig an die Komparatoren 250f-k und den EA 310 ausgeben. Der SCP-Komparator 1212 kann eine SCP-Analogausgangsspannung (out_scp) mit einer SCP-Referenzspannung (vref_in<0>) vergleichen, um ein SCP-Digitalausgangssignal (z. B. out_d[0]) zu generieren, welches eine Ausschaltung des Geräts 110 als Reaktion auf eine Kurzschlusserkennung triggern kann. Zum Beispiel kann das SCP-Digitalausgangssignal als Reaktion darauf, dass die SCP-Analogausgangsspannung die SCP-Referenzspannung überschreitet, ein SCP-System-Interrupt triggern.
Ein SR_OFF-Komparator 1214 kann, um ein Beispiel für die Komparatorfunktionalität zu geben, eine Analogausgangsspannung (z. B. out_a<5>) mit einer Referenzspannung (z. B. vref_in[5]) vergleichen, um ein Digitalausgangssignal (z. B. out_d[5]), das eine Ausschaltung der Synchrongleichrichtung durch den Komparator 250j triggern kann, wie bereits erörtert, zu generieren. Die Funktion der Komparatoren 250f-k und des EA 310 kann darin bestehen, dass sie etliche unterschiedliche Fehler oder Warnungsbedingungen, für die etliche unterschiedliche System-Interrupts zu generieren sind, gleichzeitig erkennen.
In einer Ausführungsform ist eine der Analogausgangsspannungen (out_d<#>) in einem Konstantstrommodus eine Konstantstromregelungseingabe (cc_ctrl_in) in den EA 310. Der EA 310 kann (z. B. mit einem EA-Komparator 1218) die Konstantstromregelungseingabe mit einer Spannungsreferenz (z. B. vref_cc) vom programmierbaren Referenzgenerator 230 vergleichen, um eine Differenz zwischen der Konstantstromregelungseingabe und der vref_cc-Spannungsreferenz zu generieren. Der EA 310 kann die Differenz durch seine Steilheit (Gm) verstärken, um das analoge FB-Signal in einer Rückkopplungsleitung, die an die Umsetzungsschaltungsanordnung, etwa den Spannungsteiler 1111 des Stromrichters 150, wie unter Bezug auf 11 erörtert, gekoppelt ist, zu generieren. Dementsprechend kann der EA 310 ein steilheitsgesteuerter Operationsverstärker (OTA) oder ein ähnlicher Verstärker sein, dessen Differenzeingangsspannungen einen Ausgangsstrom erzeugen. Der angepasste Strom in der Rückkopplungsleitung kann eine Änderung der Spannung über den unteren Widerstand des Spannungsteilers 1111 bewirken, wodurch eine Änderung der Spannung Vbus_in 120 im VBUS 118 bewirkt wird.
13 ist ein Schaltplan, der programmierbare Eingaben und entsprechende Ausgaben des Stromerfassungsverstärkers (CSA) 260 der programmierbaren Stromerfassungsschaltung 1100 von 11 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. 14 ist ein Schaltplan, der eine detailliertere Schaltungsanordnung des Stromerfassungsverstärkers 260 von 13 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert.
Der CSA 260 kann unter Bezug auf 13-14 eine analoge Stufe 1360 mit zwei Verstärkern umfassen, die je so betrieben werden können, dass sie die Vsense (aus der Isense durch den Rsense 410) durch einen programmierbaren Verstärkungsfaktor (z. B. über eine Vervielfachung) verstärken, um eine Analogausgangsspannung zu erzeugen, wobei eine davon zur Ausgabe ausgewählt wird. Der Verstärkungsfaktor kann in verschiedenen Ausführungsformen durch Eingangssignale (z. B. digitale Signale), die die Verstärkung, den Offset und den Abgleich der erfassten Spannung (Vsense) anpassen, programmiert werden, um etliche verfügbare Analogausgangsspannungen simultan zu generieren. Es kann eine Auswahl unter den verfügbaren Analogausgangsspannungen getroffen werden, um mindestens sechs Analogausgangsspannungen (out_a1 bis out_a6) auszugeben. Eine Kurzschlussschutz(SCP)-Analogausgangsspannung (out_scp) kann zudem unabhängig und gleichzeitig aus einer Verstärkung der Vsense mit einem festen Verstärkungsfaktor generiert werden, wie noch näher erörtert wird. Weil diese Analogausgangsspannungen alle simultan für die Komparatoren 250f-k und für den EA 310 zum Zweck einer gleichzeitigen Überwachung verfügbar gemacht werden sollen, kann der CSA 260 unterschiedliche in Frage kommende Verstärkungsfaktoren gleichzeitig für alle Anwendungen nebst einem separaten in Frage kommenden Verstärkungsfaktor und einer Ausgabe, die durch den EA 310 im Konstantstrommodus, der erörtert wurde, zu verwenden ist, bereitstellen.
Der CSA 260 kann in verschiedenen Ausführungsformen zahlreiche verschiedene Verstärkungsfaktoren zur Abdeckung eines Vsense-Bereichs von 1 Millivolt (mV) bis (mindestens) etwa 70 mV bereitstellen. Die Verstärkungsfaktoren können von zwei parallel angeordneten Verstärkern, nämlich von einem ersten Verstärker 1304 und einem zweiten Verstärker 1308, erhalten werden. In einer Ausführungsform kann der erste Verstärker 1304 niedrigere Verstärkungsfaktoren in einem Bereich von 5 bis 35 (z. B. 5, 10, 20 und 35) bereitstellen und der zweite Verstärker kann höhere Verstärkungsfaktoren in einem Bereich von 50 bis 150 (z. B. 50, 75, 125 und 150) bereitstellen, wie unter Bezug auf 19 noch näher erörtert wird.
Der CSA 260 kann ferner einen Taktteiler 1312 zum Teilen des Takts in eine verwendbare Frequenz durch die Verstärker der analogen Stufe 1360, einen Stromreferenzgenerator (Iref-Gen.) 1314, einen separaten Kurzschlussschutz(SCP)-Verstärker 1320 mit einem festen Verstärkungsfaktor, mehrere Verstärkungsauswahlbits 1323, mehrere Verstärkungsauswahlbits 1327, mehrere Verstärkungsabgleichbits 1331 und mehrere Offsetabgleichbits 1333 umfassen. Der Iref-Generator 1314 kann einen für ein chipinternes System vorgesehenen Referenzstrom (iref) empfangen und die Vorspannungsströme, die zum Aktivieren der zwei Verstärker 1304 und 1308 und zum Aktivieren des SCP-Verstärkers 1320 nötig sind, erzeugen. Sowohl der erste Verstärker 1304 als auch der zweite Verstärker 1308 können durch die mehreren Offsetabgleichbits 1333 bzw. die mehreren Verstärkungsabgleichbits 1331 für einen Offset und zur Verstärkung abgeglichen werden, was unter Bezug auf 19 noch näher erörtert wird.
Weiter unter Bezug auf den ersten Verstärker 1304 und den zweiten Verstärker 1308 kann es sich bei einer Gleichstromverstärkung um das Verhältnis der Widerstände aus Gleichung (1) handeln. $V_{o u t_a} = (1 + \frac{R_{f}}{R_{1}}) * V_{s e n s e} = (1 + \frac{R_{f}}{R_{1}}) * (V_{e s p})$
Die Widerstände R_f und R₁ sind an den ersten Verstärker 1304 und den zweiten Verstärker 1308 (13-14) gekoppelt. Diese Verstärkung kann daher mittels einer Widerstandskette und unterschiedlicher Abzweigpunkte (und/oder eines Verstärkungsabgleichs) angepasst werden, wie unter Bezug auf 19 noch näher erörtert wird.
Der erste Verstärker 1304 ist in verschiedenen Ausführungsformen dafür vorgesehen, (z. B. mittels niedrigerer Verstärkungswerte) die erfasste Spannung (Vsense) gleichzeitig zu einer ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen zu verstärken. An den ersten Verstärker 1304 kann eine erste Menge von Multiplexern 1424 gekoppelt und dazu verwendet werden, um eine der ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen als Reaktion auf ein erstes Verstärkungsregelungssignal aus einer ersten Menge von Verstärkungsauswahlbits 1323A auszuwählen. Zum Beispiel umfasst in 14 die erste Menge von Multiplexern 1424 von links nach rechts möglicherweise einen ersten Mux zur Auswahl aus vier Verstärkungsabzweigungen für OCP, einen zweiten Mux zur Auswahl aus vier Verstärkungsabzweigungen zum Abschalten von PFC, einen dritten Mux zur Auswahl aus vier Verstärkungslücken zum Einschalten von PFC, einen vierten Mux zur Auswahl aus vier Abzweigungen zum Abschalten von SR, einen fünften Mux zur Auswahl aus vier Abzweigungen zum Einschalten von SR und einen sechsten Mux zur Auswahl aus vier Verstärkungsabzweigungen für die zum EA 310 gehende Analogausgangsspannung. Die Verstärkungsauswahlbits 1323A können aus denjenigen, die in den Verstärkungsauswahlbits 1323 von 13 bereitgestellt werden, ausgewählt werden.
Der zweite Verstärker 1308 ist in verschiedenen verwandten Ausführungsformen dafür vorgesehen, die Vsense gleichzeitig zu einer zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen, die die erste Vielzahl von Analogausgangsspannungen infolge einer Verstärkung durch höhere Verstärkungswerte überschreiten, zu verstärken. An den zweiten Verstärker 1308 kann eine zweite Menge von Multiplexern 1426 gekoppelt und dazu verwendet werden, um eine der zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen als Reaktion auf ein zweites Verstärkungsregelungssignal aus einer zweiten Menge von Verstärkungsauswahlbits 1323B auszuwählen. Zum Beispiel umfasst in 14 die zweite Menge von Multiplexern 1426 von links nach rechts möglicherweise einen ersten Mux zur Auswahl aus vier Verstärkungsabzweigungen für OCP, einen zweiten Mux zur Auswahl aus vier Verstärkungsabzweigungen zum Abschalten von PFC, einen dritten Mux zur Auswahl aus vier Verstärkungslücken zum Einschalten von PFC, einen vierten Mux zur Auswahl aus vier Abzweigungen zum Abschalten von SR, einen fünften Mux zur Auswahl aus vier Abzweigungen zum Einschalten von SR und einen sechsten Mux zur Auswahl aus vier Verstärkungsabzweigungen für die zum EA 310 gehende Analogausgangsspannung. Die Verstärkungsauswahlbits 1323B können aus denjenigen, die in den Verstärkungsauswahlbits 1323 von 13 bereitgestellt werden, ausgewählt werden.
Der CSA 260 kann weiter unter Bezug auf 14 eine dritte Menge von Multiplexern 1436, die an die erste Menge von Multiplexern 1424 und an die zweite Menge von Multiplexern 1426 gekoppelt ist, umfassen. Jeder Multiplexer der dritten Menge von Multiplexern 1426 kann an einen ersten Mux der ersten Menge von Multiplexern 1424 mit einer Menge von vier Verstärkungsabzweigungen für eine bestimmte Anwendung oder Operation, z. B. OCP, PFC, SR oder EA, und an einen entsprechenden zweiten Mux der zweiten Menge von Multiplexern 1426, z. B. für dieselben vier Verstärkungsabzweigungen, jedoch bei den höheren Verstärkungswerten, die mit dem zweiten Verstärker 1308 assoziiert sind, gekoppelt sein. Auf diese Weise kann der CSA 260 durch die dritte Menge von Multiplexern 1426 die Möglichkeit einer Auswahl entweder aus den niedrigeren in Frage kommenden Verstärkungsfaktoren oder den höheren in Frage kommenden Verstärkungsfaktoren für eine gegebene Anwendung oder Operation bereitstellen. Zum Beispiel kann jeder Mux aus der dritten Menge von Multiplexern 1436 eine Analogausgangsspannung unter einer der ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen (die durch einen aus der ersten Menge von Multiplexern 1424 ausgewählt wird) und einer der zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen (die durch einen aus der zweiten Menge von Multiplexern 1426 ausgewählt wird) als Reaktion auf ein Analogspannungsverstärkungsauswahlsignal aus den Verstärkungsauswahlbits 1327 auswählen. Auf diese Weise können die sechs Analogausgangsspannungen (out_a1 bis out_a6) generiert werden.
In einer Ausführungsform ist der SCP-Verstärker 1320 möglicherweise separat vom ersten Verstärker 1304 und vom zweiten Verstärker 1308 und weist möglicherweise keine Kompensation bzw. keinen Abgleich für einen Offset auf. Zum Beispiel kann ein fester und nicht anpassbarer Verstärkungsfaktor von 5, 10, 15 oder dergleichen vorliegen. Für den Kurzschluss kann ein Nennstrom von 16 A gewählt werden. Der SCP-Verstärker 1320 umfasst möglicherweise einen SCP-Komparator 1321, mit dem eine SCP-Ausgabe (out_scp) getriggert werden soll.
15 ist ein Schaltplan des Stromerfassungsverstärkers (CSA) 260 mit einer Offsetkompensationsschaltungsanordnung 1500 gemäß einigen Ausführungsformen. Sowohl der erste Verstärker 1304 als auch der zweite Verstärker 1308 sind möglicherweise Differenzverstärker zum Verstärken einer Differenz der über den Widerstand Rsense 410 erfassten Spannung. Der Strom durch den Widerstand Rsense 410 wird am Anschluss der CSP 420 erfasst und kann mittels einer Nichtinvertierungskonfiguration mit einem programmierbaren Verstärkungsfaktor verstärkt werden, wie erörtert. Der CSA 260 stellt die Möglichkeit zur Festlegung seiner Nennverstärkung durch einen Eingabesteuerbus av_<#> und av_sel_<#> bereit ( 13-14).
Der erste Verstärker 1304 kann im Wesentlichen mit dem zweiten Verstärker 1308 identisch sein, nutzt jedoch andere in Frage kommende Verstärkungsfaktoren. Dementsprechend wird 15 nur unter Bezug auf den ersten Verstärker 1304 beschrieben, jedoch versteht es sich, dass der zweite Verstärker 1308 eine ähnliche Konstruktion und eine ähnliche Funktionalität umfassen wird. In einer Ausführungsform umfasst der erste Verstärker 1304 möglicherweise eine erste Verstärkerstufe 1504 und eine zweite Verstärkerstufe 1508, die je eine innere Offsetspannung, die zum Erzielen des besten Verhaltens zu kompensieren ist, aufweisen. Die Kompensationsschaltungsanordnung 1500 des ersten Verstärkers 1304 und des zweiten Verstärkers 1308 kann einen programmierbaren Taktgeber 1505 und ein Tiefpassfilter (LPF) 1515 umfassen. Sowohl der erste Verstärker 1304 als auch der zweite Verstärker 1308 können eine entsprechende innere Offsetspannung (z. B. in einem Bereich von etwa 0,6 mV bis 0,7 mV oder ungefähr 0,65 mV) mittels der Kompensationsschaltungsanordnung 1500 kontinuierlich kompensieren, wobei es sich versteht, dass auch alternative Kompensationsschaltungen in Frage kommen (siehe 24).
Der programmierbare Taktgeber 1505 umfasst in verschiedenen Ausführungsformen möglicherweise einen ersten Taktschalter 1505A, der am Eingang der ersten Verstärkerstufe 1504 positioniert ist, und einen zweiten Taktschalter 1505B, der am Eingang der zweiten Verstärkerstufe 1508 positioniert ist, um die inneren Eingangsoffsetspannungen des ersten Verstärkers 1304 zu kompensieren (oder im Wesentlichen zu kompensieren). In einer Ausführungsform kann für den zweiten Verstärker 1308 dieselbe Kompensation, die 1505A und 1505B umfasst, wiederholt werden. Jeder der Taktschalter 1505A und 1505B (z. B. eine Menge von Taktschaltern) kann über eine kontinuierliche Zeitkorrektur die innere Offsetspannung (Vos bzw. -Vos) des CSA 260, die auch als Eingangsoffsetspannung des ersten Verstärkers 1304 (bzw. des zweiten Verstärkers 1308) bezeichnet wird, verringern. Weil sich die innere Offsetspannung auf die Genauigkeit des CSA 260 auswirkt, kann durch eine Verringerung des inneren Offsets am Eingang ein gutes Verhalten des CSA 260 sichergestellt werden.
Bei der Offsetkompensation wird ein Taktgeber 1502 (z. B. die Eingabe in den programmierbaren Taktgeber 1505), der durch den programmierbaren Referenzgenerator 230 bereitgestellt werden kann, genutzt. Der Taktgeber 1502 kann entweder von einem internen Oszillator oder einem externen Taktgeber bereitgestellt werden. Der Frequenzbereich des internen Oszillators kann zwischen ungefähr 1 und 6 MHz liegen. Der CSA 260 kann über eine Teilerstufe im Verhältnis 1 : 4 innerhalb des Taktteilers 1312 (13) einen verwendbaren Taktgeberbereich von ungefähr 0,25 MHz bis 1,5 MHz erhalten. Wenn ein externer Taktgeber verwendet wird, kann mit ungefähr 2 MHz ein Nenntakt von 0,5 MHz am Ausgang des Taktteilers 1312 erhalten werden.
Der Taktgeber 1502 kann triggern, dass die Taktschalter 1505A und 1505B die innere Offsetspannung, die mit der ersten Verstärkerstufe 1504 assoziiert ist, in eine höhere Frequenz umsetzen (z. B. zerhacken), die daraufhin schließlich durch das LPF 1515 herausgefiltert wird. Die höhere Frequenz kann zwischen dem Taktgeber 1502 (f_ch ) und dem ergänzenden Taktgeber (f_n_ch ) des Taktgebers 1502 wechseln. Genauer können die ergänzenden Taktgeber (f_ch und f_n_ch ) bewirken, dass das Ausgangssignal (z. B. von allen Analogausgangsspannungen) um den erwarteten Gleichstrom-Durchschnittswert bis auf einen mit der inneren Offsetspannung in beide Richtungen korrelierenden Wert, z. B. +/- V_os, schwankt. Dadurch entsteht eine Spannungswelligkeit auf dem erwarteten Gleichstrom-Durchschnittswert, die durch das LPF 1515 herausgefiltert werden kann. Auf diese Weise kann das LPF 1515 die mit dem ersten Verstärker 1304 und dem zweiten Verstärker 1308 assoziierte Eingangsoffsetspannung kontinuierlich herausfiltern.
In verschiedenen Ausführungsformen, in denen die innere Offsetspannung der ersten Verstärkerstufe 1504 unter Verwendung des ersten Taktschalters 1505A und des zweiten Taktschalters 1505B in eine Frequenz f_ch umgesetzt werden kann, kann die Taktgenerierung durch ein Offsetkompensationsfreigabesignal (z. B. os1_en, das in 13 illustriert ist) gesteuert werden. Die Ausgabe der zwei Verstärkerstufen kann in der Mitte auf dem erwarteten Spannungspegel mit einer Welligkeit von +/- Vos auf der Taktfrequenz, der in den eingefügten Kurvendiagrammen über dem zweiten Verstärker 1308 in 15 illustriert ist, verlaufen. Diese V_OS-Welligkeit kann daraufhin mit dem Tiefpassfilter 1515 entfernt werden, wie erwähnt. Durch dieses Verfahren wird auch das Niederfrequenzrauschen im System beseitigt.
16 ist ein Schaltplan, der den Stromerfassungsverstärker (CSA) 260 von 15 sowie Abschnitte der programmierbaren Stromerfassungsschaltung 1100 von 11-14 gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. Die programmierbare Stromerfassungsschaltung 110 illustriert ein weiteres Tiefpass-Widerstands-Kapazitäts(RC)-Filter 1601a_1 bis 1601a_n für jede entsprechende Analogausgangsspannung, out_a<6:0>. Jedes Tiefpass-RC-Filter kann ferner alle Analogausgangsspannungen filtern, bevor die Letzteren in einen jeweiligen Komparator der mehreren Komparatoren 250f-k gehen.
Des Weiteren kann unter erneuter Bezugnahme auf 13 ein separater Erdungskontakt (pad_vgnd) allein zur Verbindung mit den Verstärkungswiderständen des ersten Verstärkers 1304 und des zweiten Verstärkers 1308 bereitgestellt werden, um Offsetfehler, die aufgrund eines masseseitigen IR-Spannungsabfalls auftreten, zu minimieren. Dieser Kontakt kann nach außen an den Masseanschlusspin gebondet werden.
17 ist ein Schaltplan einer ersten Verstärkerstufe 1704 des Stromerfassungsverstärkers von 11 gemäß einigen Ausführungsformen. Der Verstärker kann entweder der erste Verstärker 1304 oder der zweite Verstärker 1308 sein. Die erste Stufe 1704 ist möglicherweise eine vollständig differenzielle Stufe, in der ein Pegelumsetzer 1709 untergebracht ist, um den Pegel der Eingabe um einen Schwellenwert zu erhöhen. Eine aktive Stromspiegellast 1710 kann zu einer Offsetkorrektur abgeglichen werden, wozu Elemente verwendet werden, die auf beiden Seiten hinzugefügt werden, wie in einem Offsetabgleich 1713 in 17 illustriert, was unter Bezug auf 19 noch näher erörtert wird. Die erste Stufe 1704 kann auch die zweite Stufe (1808 in 18) auf einen erforderlichen Vorspannungspegel vorspannen.
18 ist ein Schaltplan einer zweiten Verstärkerstufe 1808 des Stromerfassungsverstärkers von 11 gemäß einigen Ausführungsformen. Der Verstärker kann entweder der erste Verstärker 1304 oder der zweite Verstärker 1308 sein. Die zweite Stufe 1808 kann eine gefaltete PMOS-Kaskade sowie unsymmetrisch sein. Der Ausgangswiderstand kann durch einen PFET 1812 so angesteuert werden, dass die größte Verstärkung so nah wie möglich bei der Zufuhr liegt, damit der Verstärker 1304 bzw. 1308 höhere V_SENSE-Werte vor einer Sättigung korrekt verstärken kann.
19 ist ein Schaltplan einer Schaltungsanordnung zum Ermöglichen eines anpassbaren Verstärkungsfaktors des ersten Verstärkers 1304 und des zweiten Verstärkers 1308 des Stromerfassungsverstärkers (CSA) 260, die in 13-14 illustriert sind, gemäß einigen Ausführungsformen. Unter erneuter Bezugnahme auf 13-14 kann der erste Verstärker 1304 eine erste Widerstandskette 1904 mit mehreren Abzweigungsstellen umfassen, um erste Verstärkungsfaktoren, z. B. 5, 10, 20 und 35, die zusammen eine erste Gruppe von Analogausgangsspannungen 1910 generieren, bereitzustellen. Um eine Abgleichverstärkung bereitzustellen, kann ein erster veränderbarer Widerstand 1905 mit der ersten Widerstandskette 1904 in Reihe geschaltet sein, wobei eine Rückkopplungsstelle der Verbindung zum ersten veränderbaren Widerstand 1905 basierend auf einem ersten Ausgangsverstärkungsabgleichsignal (av1_tr[3:0]) aus den mehreren Verstärkungsabgleichbits 1331 ausgewählt werden kann. Darüber hinaus kann der zweite Verstärker 1308 eine zweite Widerstandskette 1914 mit mehreren Abzweigungsstellen umfassen, um mehrere zweite Verstärkungsfaktoren, z. B. 50, 75, 125 und 150, die zusammen eine zweite Gruppe von Analogausgangsspannungen 1920 generieren, bereitzustellen. Ein zweiter veränderbarer Widerstand 1914 kann mit der zweiten Widerstandskette 1914 in Reihe geschaltet sein, wobei eine Rückkopplungsstelle der Verbindung zum zweiten veränderbaren Widerstand 1915 basierend auf einem zweiten Ausgangsverstärkungsabgleichsignal (av2_tr[3:0]) der mehreren Verstärkungsabgleichbits 1331 ausgewählt werden kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein erstes Verstärkungsregelungssignal aus der ersten Menge von Verstärkungsauswahlbits 1323A (z. B. av_<#>[1:0]) über einen Multiplexer 1424A der ersten Menge von Multiplexern 1424 eine erste Analogausgangsspannung der ersten Gruppe von Analogausgangsspannungen 1910, die jeweils den vier über die erste Widerstandskette 1904 verfügbaren Verstärkungsfaktoren entsprechen können, auswählen. Ein zweites Verstärkungsregelungssignal aus der zweiten Menge von Verstärkungsauswahlbits 1323B (z. B. av_<#>[3:2]) kann über einen Multiplexer 1426A der zweiten Menge von Multiplexern 1426 eine zweite Analogausgangsspannung der zweiten Gruppe von Analogausgangsspannungen 1920, die jeweils den vier über die zweite Widerstandskette 1914 verfügbaren Verstärkungsfaktoren entsprechen können, auswählen. Ein Analogspannungsverstärkungsauswahlsignal aus den Verstärkungsauswahlbits 1327 (z. B. av>sel_<#>) kann daraufhin entweder die erste Analogausgangsspannung oder die zweite Analogausgangsspannung über einen Multiplexer 1436A der dritten Menge von Multiplexern 1436 wählen. Jeder dieser einzelnen Multiplexer kann für alle sechs der durch den CSA 260 ausgegebenen Analogausgangsspannungen doppelt vorhanden sein.
Der erste Verstärker 1304 kann weiter unter Bezugnahme auf 13-14 und 19 seine Eingangsoffsetspannung um einen Betrag, der auf einem ersten Eingangsoffsetabgleichsignal (os1_tr[4:0]) der mehreren Offsetabgleichbits 1333 basiert, weiter anpassen. Der zweite Verstärker kann seine Eingangsoffsetspannung um einen Betrag, der auf einem zweiten Eingangsoffsetabgleichsignal (os2_tr[4:0]) der mehreren Offsetabgleichbits 1333 basiert, weiter anpassen. Die Signale os1_en und os2_en dienen dazu, die automatisierten Offsetkompensationsmerkmale, die unter Bezugnahme auf 15 erörtert werden, freizugeben oder aufzuheben. Durch einen Bandbreitenabgleich (bw) (12) kann das Gleichstromverhalten des CSA 260 angepasst werden. Wenn für die CSP 240 keine hohen Bandbreiten erforderlich sind, kann diese Option zum Minimieren von Hochfrequenzrauschen, das vom Anschluss der CSP 420 ausgeht, verwendet werden.
Das av_<#>-Register kann eine Nennverstärkungseinstellungsregelung für jede von sechs unterschiedlichen Anwendungen bereitstellen. Tabelle 1 umfasst eine Ausführungsform der verfügbaren Verstärkungsfaktoren und der Registerprogrammierung, z. B. mit Steuerbits, zur Auswahl des entsprechenden Verstärkungsfaktors, woraus eine bestimmte Analogausgangsspannung resultiert. Tabelle 1

av_<#> [3:2] av_<#>[1:0] av_sel- <#> Verstärkungsfaktor

X 0 0 5

X 1 0 10

X 2 0 20

X 3 0 35

0 X 1 50

1 X 1 75

2 X 1 125

3 X 1 150

Der Verstärkungsfaktor, der für eine bestimmte V_SENSE verwendet werden kann, kann aufgrund des physischen Sättigungspunkts des CSA 260 Einschränkungen unterliegen. Tabelle 2 illustriert die maximale V_SENSE , die sowohl durch den Verstärker 1304 (Amp-1) als auch durch den Verstärker 1308 (Amp-2) korrekt verstärkt werden kann. Es bestehen Einschränkungen, wenn der kleinste Vddd-Wert vorliegt, der möglich ist, nämlich 2,6 V. Tabelle 2

Verstärkungsfaktor Amp-1	Verstärkungsfaktor Amp-1	Alle verfügbaren in Frage kommenden Verstärkungsfaktoren	Amp-1 max (mV) =2,6/35	Amp-2 max (mV) =2,6/150
35	-	35	74,29
20	-	20
10	-	10
5	-	5
-	50	50
-	75	75
-	125	125
-	150	150		17,3

Der SCP-Verstärker 1320 weist möglicherweise den konstanten und nicht programmierbaren Verstärkungsfaktor 10 auf. Dieser Verstärker ist nicht für eine Verstärkung und einen Offset abgleichbar. Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, deckt der konstante Verstärkungsfaktor 10 Fälle mit hohen Lasten ab, die den SCP-Komparator 1321 triggern. Tabelle 3

Rsense (mΩ) Isense (A) Vsense (mV) Verstärkungsfaktor Vout (mV)

5 12 60 10 600

5 15 75 10 750

5 18 90 10 900

10 12 120 10 1200

10 15 150 10 1500

10 18 180 10 1800
Die Ausgangsverstärkungsabgleichsignale av1_tr[3:0] und av2_tr[3:0] regeln die Verstärkungsgenauigkeit des Verstärkers in der analogen Stufe 1360. In einer Ausführungsform macht der Abgleich-Schritt ungefähr 1 % für den ersten Verstärker 1304 und 1,5 % für den zweiten Verstärker 1308 aus. Die Abgleichfunktionalität für das erste Ausgangsverstärkungsabgleichsignal, av1_tr[3:0], wird beispielhaft in Tabelle 4 illustriert. Tabelle 4

Abgleich

av1_tr[3:0] Ergebnis

0 Standard (kein Abgleich)

N (-N*Abgleich-Schritt)

8 Standard (kein Abgleich)

N (+N*Abgleich-Schritt)
Die Offsetabgleichsignale os1_tr[4:0] und os2_tr[4:0] können den Eingangsoffsetabgleich des ersten Verstärkers 1304 und des zweiten Verstärkers 1308 regeln. In einer Ausführungsform macht der Abgleich-Schritt ungefähr 1 mV für beide Verstärker aus, wobei Tabelle 5 die Verstärkereingangsoffsetabgleichfunktionalität des ersten Verstärkers 1304 beispielhaft illustriert. Tabelle 5

Abgleich

os1_tr[2:0] Ergebnis

0 Standard (kein Abgleich)

N (-N*Abgleich-Schritt)

16 Standard (kein Abgleich)

N (+N*Abgleich-Schritt)
20 ist ein Kurvendiagramm 2000, das eine Sprungantwort des offenbarten Stromerfassungsverstärkers (CSA) 260, aus der mehrere Analogausgangsspannungen resultieren, gemäß einigen Ausführungsformen illustriert. Die Datenkurven im Kurvendiagramm 2000 illustrieren acht Verstärkungswerte, die möglich sind, wenn die Eingangsspannung (Vsense) stufenweise von 2 mV auf 12 mV erhöht wird. Die Ausgabe ist eine lineare Kurve, deren Steigung wieder die Verstärkung wählt.
21A ist ein Kurvendiagramm, das eine Sprungeingangsspannung im offenbarten Stromerfassungsverstärker gemäß einer Ausführungsform illustriert. 21B ist ein Kurvendiagramm, das eine Analogausgangsspannung des Stromerfassungsverstärkers als Reaktion auf die Sprungeingangsspannung von 21A gemäß einer Ausführungsform illustriert. 21C ist ein Kurvendiagramm, das eine Ausgabe eines Komparators für einen Überstromschutz als Reaktion auf die Analogausgangsspannung von 21B gemäß einer Ausführungsform illustriert. 21D ist ein Kurvendiagramm, das eine Referenzspannungseingabe in den Komparator von 21C gemäß einer Ausführungsform illustriert. Es ist zu beachten, dass die Analogausgangsspannung für den Verstärkungsfaktor 150 (21B) im ungünstigsten Fall mit einer Verzögerung von etwa 45 Mikrosekunden einhergeht, was durch die durchgezogene senkrechte Linie kenntlich gemacht wird.
22A und 22B sind Schaltpläne des programmierbaren Referenzgenerators 230 für die Programmierbarkeit der programmierbaren Stromerfassungsschaltung 1100 von 11 gemäß einigen Ausführungsformen. Der programmierbare Referenzgenerator 230 erzeugt in verschiedenen Ausführungsformen diverse Spannungsreferenzausgaben und stellt etliche Merkmale bereit. Ein Merkmal umfasst eine gemeinsame Auswahl des Quellen-Vref-Signals entweder als Bandgap-Referenz (1,2 V) oder als Beta-Multiplier-Referenz (0,74 V). Ein weiteres Merkmal besteht darin, dass zwei Spannungsreferenzen bereitgestellt werden, eine für eine Überwachungsschaltungsanordnung und eine für eine Regelschaltungsanordnung. Die Überwachungsschaltungsanordnung erfordert möglicherweise eine geringere Genauigkeit und verwendet die Beta-Multiplier-Deep-Sleep-Referenz (0,74 V), während die Regelschaltungen möglicherweise eine höhere Genauigkeit erfordern und die Bandgap-Referenz (1,2 V) verwenden. Ein weiteres Merkmal besteht darin, dass zwischen einem internen Oszillator und einem externen Peripherie-Taktgeber zur Weiterleitung an den CSA 260 für eine Verwendung als Eingabe in den Taktteiler 1312 gewählt wird. Der geteilte Taktgeber kann die mit dem programmierbaren Taktgeber 1505 (15) assoziierten Taktschalter ausführen.
22A illustriert eine Taktgenerierung und eine Auswahl zum Generieren eines Ausgangstakts (clk_out), z. B. basierend auf einem internen Oszillator oder einem externen Peripherie-Taktgeber. 22B illustriert fünfzehn Spannungsreferenzen (vref_out<14:0), die durch den programmierbaren Referenzgenerator 230 generiert wurden. Die mehreren Komparatoren 250k-f, die an die Ausgänge des CSA 260 gekoppelt sind, verwenden möglicherweise wächterseitige Referenzen, die in Schritten von ungefähr 10 Millivolt (mV) von ungefähr 0,13 V bis 2,12 V verändert werden können. Die digitale Ausgabe jedes Komparators kann von der CPU 220 (2) als Trigger interpretiert werden.
23 ist ein Schaltplan für in Frage kommende Verstärkungsfaktoren zur dynamischen Ausschaltung als Alternative für die Multiplexer der programmierbaren Stromerfassungsschaltung von 14 gemäß einigen Ausführungsformen. Die in Frage kommenden Verstärkungsfaktoren können dynamisch ausgeschaltet (statt statisch ausgewählt) werden, damit höhere V_SENSE-Spannungen erfasst werden können und Flexibilität beim Wählen des Verstärkungsfaktors für geeignete V_SENSE-Bereiche gewährleistet wird. Die Schaltung in 23 kann implementiert werden, wenn dafür in Kauf genommen wird, dass Schalter, die zu Leckverlusten führen und Platz einnehmen, hinzugefügt werden und auch dass ein großer Verstärkungsfaktorbereich nicht simultan programmierbar ist. Kaskadierte Stufen mit Widerständen bei geringerer Verstärkung können eine ähnliche Reihe von in Frage kommenden Verstärkungsfaktoren bereitstellen. Für jeden der Wächterausgänge können unabhängige Verstärker genutzt werden.
24 ist ein Schaltplan für eine Offsetkompensation unter Verwendung einer Chopper-Stabilisierungsarchitektur gemäß einigen Ausführungsformen. Die Präzision eines geringeren Offsets kann durch alternative Techniken für eine kontinuierliche Kompensation wie das Chopper-Stabilisierungsverfahren erhalten werden. Bei dieser Implementierung wird parallel zum Haupt-Breitbandverstärker ein Hilfsverstärker verwendet, um effektiv die Signalgrößenordnungen um mehr als den Offset (V_osm oder V_osn ) zu verstärken, wodurch sichergestellt wird, dass der Offset ein kleinerer Prozentanteil der verstärkten Ausgabe ist. Dieses Verfahren kann jedoch zu einem Rest-Offset führen. Jeder der unabhängigen Wächter kann eine durch eine separate Referenzgeneratorschaltung generierte Referenz verwenden.
Genauer umfasst die Ausführungsform von 24 möglicherweise einen ersten Verstärker 2404 und einen zweiten Verstärker 2408. Der erste Verstärker 2404 kann einen ersten Eingangsoffset, V_osm , aufweisen. Die Funktion des zweiten Verstärkers 2408 kann darin bestehen, dass er den ersten Eingangsoffset kompensiert, jedoch einen eigenen, zweiten Eingangsoffset, V_osn , aufweist. Die Kondensatoren können Mitkopplungssignale halten, und die Kondensatoren C3 und C4 können abgeglichen werden.
25 ist ein Ablaufschema eines Verfahrens 2500 zum Erfassen einer Spannung zum Erzeugen mehrerer Analogausgangsspannungen für einen gleichzeitigen Vergleich gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 2500 kann durch eine Verarbeitungslogik, die Hardware (z. B. eine Schaltungsanordnung, eine dedizierte Logik, eine programmierbare Logik, Mikrocode etc.) beinhaltet, durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 2500 ganz oder teilweise durch das SBPD-Gerät 110, 200 durchgeführt. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 500 durch das Leistungssteuerungsanalogsubsystem 160 bzw. 300 durchgeführt. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 2500 durch die programmierbare Stromerfassungsschaltung 1100, den Stromerfassungsverstärker 260 und die Komparatoren 250f-k durchgeführt.
Das Verfahren 2500 kann unter Bezug auf 25 beginnen, indem die Verarbeitungslogik eine Spannung über einen Stromerfassungswiderstand, der an ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem eines mit Universal Serial Bus (USB) kompatiblen Stromversorgungsgeräts und an einen VBUS-Anschluss oder einen Masseanschluss gekoppelt ist, erfasst (2510). Das Verfahren 2500 kann fortgesetzt werden, indem die Verarbeitungslogik die Spannung in mindestens drei unterschiedliche Analogausgangsspannungen, die einen Strompegel in einem Versorgungsspannungsbus(VBUS)-Signal eines VBUS des mit USB kompatiblen Stromversorgungsgeräts anzeigen, umsetzt (2520). Das Verfahren 2500 kann fortgesetzt werden, indem die Verarbeitungslogik jede der mindestens drei unterschiedlichen Analogausgangsspannungen mit einer von mindestens drei unterschiedlichen Referenzspannungen gleichzeitig vergleicht (2530). Das Verfahren 2500 kann fortgesetzt werden, indem die Verarbeitungslogik mindestens drei unterschiedliche digitale Signale jeweils als Reaktion auf den Vergleich in Block 2530 generiert, wobei die digitalen Signale System-Interrupts sein können. Die Vergleichsergebnisse können zum Beispiel jeweils System-Interrupts, die Zustände wie OCP, SCP, PFC und SR anzeigen, triggern.
In der obigen Beschreibung werden zahlreiche Details dargelegt. Für den Durchschnittsfachmann, dem diese Offenbarung vorliegt, versteht es sich jedoch, dass Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung auch ohne diese speziellen Details praktisch umsetzbar sind. In einigen Fällen werden hinlänglich bekannte Konstruktionen und Geräte nicht im Detail, sondern in Blockschemaform gezeigt, um die Verständlichkeit der Beschreibung nicht zu erschweren.
Einige Abschnitte der ausführlichen Beschreibung werden in Form von Algorithmen und symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers erklärt. Bei diesen algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen handelt es sich um diejenigen Mittel, die vom Fachmann auf dem Gebiet der Datenverarbeitung verwendet werden, um den Inhalt seiner Arbeit anderen Personen, die mit diesem Gebiet vertraut sind, am effektivsten zu vermitteln. Unter einem Algorithmus wird hierin sowie allgemein eine selbstkonsistente Abfolge von Schritten verstanden, die zu einem gewünschten Ergebnis führen. Diese Schritte erfordern physische Manipulationen physikalischer Größen. Diese Größen haben normalerweise, auch wenn dies nicht zwangsläufig der Fall sein muss, die Form elektrischer oder magnetischer Signale, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und auf andere Weise manipuliert werden können. Es hat sich bisweilen als zweckmäßig erwiesen, vor allem auch weil es sich hierbei um gängige Ausdrücke handelt, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Terme, Zahlen oder mit ähnlichen Begriffen zu bezeichnen.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass all diese sowie ähnliche Begriffe mit den jeweiligen physikalischen Größen zu assoziieren sind und es sich hierbei lediglich um zweckmäßige Bezeichnungen handelt, die auf diese Größen angewendet werden. Sofern nicht, wenn dies aus der obigen Erörterung hervorgeht, ausdrücklich anders angegeben, versteht es sich, dass Erörterungen, in denen von Begriffen wie „empfangen“, „anpassen“ oder dergleichen Gebrauch gemacht wird, sich überall in der Beschreibung jeweils auf die Vorgänge und Prozesse eines Computersystems oder ähnlichen elektronischen Computergeräts beziehen, das Daten, die als physikalische (z. B. elektronische) Größen innerhalb der Register und Speicher des Computersystems dargestellt werden, manipuliert und in andere Daten umwandelt, die in ähnlicher Weise als physikalische Größen innerhalb der Computersystemspeicher oder -register oder anderer solcher Elemente zum Speichern, Übertragen oder Anzeigen von Informationen dargestellt werden.
Die hierin verwendeten Wörter „Beispiel“ und „beispielhaft“ sind so zu verstehen, dass sie zur Beschreibung eines Beispiels oder Beispielsfalls oder zur Veranschaulichung dienen. Jegliche Ausführungen oder Ausgestaltungen, die hierin als „Beispiel“ oder „beispielhaft“ beschrieben werden, sind nicht zwangsläufig so auszulegen, dass sie gegenüber anderen Ausführungen oder Ausgestaltungen bevorzugt werden oder vorteilhaft sind. Vielmehr sollen die Wörter „Beispiel“ und „beispielhaft“, wenn sie verwendet werden, Konzepte konkret erklären. Das Wort „oder“, wie in dieser Anmeldung verwendet, hat die Bedeutung eines inklusiven „oder“ und nicht eines exklusiven „oder“. Das heißt, „X umfasst A oder B“ schließt, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang nicht etwas anderes hervorgeht, auch jegliche natürlichen inklusiven Abwandlungen ein. Das heißt, „X umfasst A oder B“ drückt alle der folgenden Fälle aus: X umfasst A; X umfasst B; oder X umfasst sowohl A als auch B. Darüber hinaus sind die Artikel „ein“ und „eine“, wie in dieser Anmeldung und den beigefügten Ansprüchen verwendet, allgemein so auszulegen, dass sie „ein/eine oder mehrere“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang nicht eine Singularbedeutung hervorgeht. Des Weiteren bezieht sich der Begriff „eine Ausführungsform“, wenn er hierin verwendet wird, nicht immer zwangsläufig auf dieselbe Ausführungsform, es sei denn, in der Beschreibung ist dies so angegeben.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können sich auch auf eine Vorrichtung zum Durchführen der Operationen hierin beziehen. Diese Vorrichtung kann speziell zu den erforderlichen Zwecken ausgelegt sein, oder sie kann einen Universalcomputer, der durch ein im Computer gespeichertes Computerprogramm selektiv aktiviert oder umkonfiguriert wird, beinhalten. Ein solches Computerprogramm kann in einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Speichermedium wie unter anderem beliebigen Typen von Platten wie Disketten, optischen Speicherplatten, CD-ROMs und magneto-optischen Platten, Festwertspeichern (ROMs), Arbeitsspeichern (RAMs), EPROMs, EEPROMs, Magnet- oder optischen Speicherkarten, Flashspeichern oder jeglichen Typen von zum Speichern elektronischer Befehle geeigneten Medien gespeichert sein. Der Begriff „computerlesbares Speichermedium“ ist so aufzufassen, dass er entweder ein einzelnes Medium oder mehrere Medien (z. B. eine zentrale Datenbank oder eine verteilte Datenbank und/oder zugehörige Cachespeicher und Server) zum Speichern eines oder mehrerer Befehlssätze umfasst. Der Begriff „computerlesbares Medium“ ist auch so aufzufassen, dass er beliebige Medien umfasst, die zum Speichern, Codieren oder Übertragen von Befehlssätzen zur Ausführung durch die Maschine fähig sind und bewirken, dass die Maschine eine beliebige oder mehrere beliebige der Methodiken gemäß den vorliegenden Ausführungsformen durchführt. Der Begriff „computerlesbares Speichermedium“ ist dementsprechend so aufzufassen, dass er unter anderem Halbleiterspeicher, optische Medien, magnetische Medien und sonstige Medien umfasst, die zum Speichern eines Befehlssatzes zur Ausführung durch die Maschine fähig sind und bewirken, dass die Maschine eine beliebige oder mehrere beliebige der Methodiken gemäß den vorliegenden Ausführungsformen durchführt.
Die hierin erwähnten Algorithmen und Displays beziehen sich nicht zwangsläufig auf einen bestimmten Computer oder eine bestimmte andere Vorrichtung. Denn es können verschiedene Universalsysteme mit Programmen gemäß den Lehren hierin verwendet werden, oder es kann sich als zweckmäßig erweisen, eine speziellere Vorrichtung zum Durchführen der erforderlichen Verfahrensschritte zu entwickeln. Die erforderliche Konstruktion für diverse solche Systeme ergibt sich aus der Beschreibung unten. Darüber hinaus werden die vorliegenden Ausführungsformen nicht unter Bezug auf eine bestimmte Programmiersprache beschrieben. Es versteht sich, dass zum Implementieren der Lehren der Ausführungsformen, wie hierin beschrieben, verschiedene Programmiersprachen verwendet werden können.
In der obigen Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details wie Beispiele für spezielle Systeme, Bauteile, Verfahren und so weiter dargelegt, um ein eingehendes Verständnis diverser Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Für den Fachmann versteht es sich jedoch, dass mindestens einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch ohne diese speziellen Details praktisch umsetzbar sind. In anderen Fällen werden hinlänglich bekannte Bauteile und Verfahren nicht im Detail beschrieben oder werden in einer einfachen Blockschemaform präsentiert, um die Verständlichkeit der vorliegenden Offenbarung nicht unnötig zu erschweren. Daher sind die speziellen Details, die oben dargelegt werden, lediglich beispielhaft. Bestimmte Ausführungsformen können von diesen beispielhaften Details abweichen, können aber dennoch als im Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung liegend angesehen werden.
Es versteht sich, dass die obige Beschreibung beispielhaft sein und nicht einschränken soll. Für den Fachmann, der die obige Beschreibung gelesen und verstanden hat, ergeben sich viele weitere Ausführungsformen. Der Schutzbereich der Offenbarung sowie der gesamte Schutzbereich von Äquivalenten, unter den diese Ansprüche fallen, sind daher unter Bezug auf die beigefügten Ansprüche zu ermitteln.
In der obigen Beschreibung wird zu Erläuterungszwecken auf zahlreiche spezielle Details eingegangen, um ein eingehendes Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung auch ohne diese speziellen Details praktisch umsetzbar ist. In anderen Fällen werden hinlänglich bekannte Schaltungen, Konstruktionen und Techniken nicht im Detail, sondern in Blockschemaform gezeigt, um die Verständlichkeit dieser Beschreibung nicht unnötig zu erschweren. Wird in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“ Bezug genommen, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Konstruktion oder eine bestimmte Eigenschaft, das/die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst ist. Die Phrase „in einer Ausführungsform“, die an verschiedenen Stellen in dieser Beschreibung vorkommt, bezieht sie sich nicht immer zwangsläufig auf dieselbe Ausführungsform.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 15924689 [0001]
US 62508141 [0001]

Claims

Ein Gerät, das Folgendes beinhaltet: ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem eines mit Universal Serial Bus-Power Delivery (USB-PD) kompatiblen Geräts, wobei das Leistungssteuerungsanalogsubsystem eine programmierbare Stromerfassungsschaltung beinhaltet; und einen an das Leistungssteuerungsanalogsubsystem gekoppelten Stromerfassungswiderstand, wobei das Leistungssteuerungsanalogsubsystem konfiguriert ist, um einen Stromfluss durch den Stromerfassungswiderstand mit mindestens drei unterschiedlichen Referenzwerten gleichzeitig zu vergleichen.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der Stromerfassungswiderstand zwischen das Leistungssteuerungsanalogsubsystem und entweder einen VBUS-Anschluss oder einen Masseanschluss gekoppelt ist, wobei der Masseanschluss an eine Masserückleitung eines VBUS-Signals gekoppelt ist.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die programmierbare Stromerfassungsschaltung Folgendes beinhaltet: einen an den Stromerfassungswiderstand gekoppelten Anschluss; einen an den Anschluss gekoppelten Stromerfassungsverstärker für Folgendes: Erfassen einer Spannung über den Stromerfassungswiderstand; und gleichzeitiges Verstärken der Spannung zu einer Vielzahl von Analogausgangsspannungen jeweils basierend auf einem anderen Verstärkungsfaktor und zum Anzeigen eines Strompegels eines Versorgungsspannungsbus(VBUS)-Signals; und mindestens drei an den Stromerfassungsverstärker gekoppelte Komparatoren.
Gerät gemäß Anspruch 3, wobei der Stromerfassungsverstärker ferner Folgendes beinhaltet: einen ersten Verstärker zum gleichzeitigen Verstärken der Spannung zu einer ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen; einen an den ersten Verstärker gekoppelten ersten Multiplexer zum Auswählen einer der ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen als Reaktion auf ein erstes Verstärkungsregelungssignal; einen zweiten Verstärker zum gleichzeitigen Verstärken der Spannung zu einer zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen, die die erste Vielzahl von Analogausgangsspannungen überschreiten; einen an den zweiten Verstärker gekoppelten zweiten Multiplexer zum Auswählen einer der zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen als Reaktion auf ein zweites Verstärkungsregelungssignal; und einen an den ersten Multiplexer und den zweiten Multiplexer gekoppelten dritten Multiplexer zum Auswählen der ersten Analogausgangsspannung unter der einen der ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen und der einen der zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen als Reaktion auf ein Analogspannungsverstärkungsauswahlsignal.
Gerät gemäß Anspruch 4, wobei der erste Verstärker Folgendes beinhaltet: eine erste Widerstandskette zum Bereitstellen einer Vielzahl erster Verstärkungsfaktoren, die zusammen die erste Vielzahl von Analogausgangsspannungen generieren; und einen ersten veränderbaren Widerstand, der mit der ersten Widerstandskette in Reihe geschaltet ist, wobei eine Rückkopplungsstelle der Verbindung zum ersten veränderbaren Widerstand basierend auf einem ersten Ausgangsverstärkungsabgleichsignal ausgewählt wird; und wobei der zweite Verstärker Folgendes beinhaltet: eine zweite Widerstandskette zum Bereitstellen einer Vielzahl zweiter Verstärkungsfaktoren, die zusammen die zweite Vielzahl von Analogausgangsspannungen generieren, wobei die Vielzahl zweiter Verstärkungsfaktoren größer als die Vielzahl erster Verstärkungsfaktoren ist; und einen zweiten veränderbaren Widerstand, der mit der zweiten Widerstandskette in Reihe geschaltet ist, wobei eine Rückkopplungsstelle der Verbindung zum zweiten veränderbaren Widerstand basierend auf einem zweiten Ausgangsverstärkungsabgleichsignal ausgewählt wird.
Gerät gemäß Anspruch 4, das ferner eine innere Offsetkompensationsschaltungsanordnung des ersten Verstärkers für Folgendes beinhaltet: Umsetzen einer Eingangsoffsetspannung des ersten Verstärkers in ein Hochfrequenzoffsetsignal um eine Gleichspannung; und Filtern der Vielzahl von Analogausgangsspannungen mit einem Tiefpassfilter, um das Offsetsignal mit einer höheren Frequenz kontinuierlich herauszufiltern.
Gerät gemäß Anspruch 3, wobei der Stromerfassungsverstärker ferner einen Kurzschlussschutz(SCP)-Verstärker zum Verstärken der Spannung, um eine SCP-Analogausgangsspannung zu generieren, beinhaltet und wobei das Gerät ferner mindestens einen vierten Komparator für Folgendes beinhaltet: Vergleichen der SCP-Analogausgangsspannung mit einer SCP-Spannungsreferenz; und Triggern eines SCP-System-Interrupts als Reaktion darauf, dass die SCP-Analogausgangsspannung die SCP-Spannungsreferenz überschreitet.
Gerät gemäß Anspruch 3, wobei mindestens drei Komparatoren dafür vorgesehen sind, jeweilige der Vielzahl von Analogausgangsspannungen mit entsprechenden einer Vielzahl von Referenzspannungen gleichzeitig zu vergleichen, wobei das Gerät ferner einen an den Stromerfassungsverstärker gekoppelten Referenzgenerator beinhaltet, wobei der Referenzgenerator so programmierbar ist, dass er die Vielzahl von Referenzspannungen in Schritten von ungefähr 10 Millivolt zwischen ungefähr 0,13 Volt und 2,12 Volt generiert.
Gerät gemäß Anspruch 3, wobei die mindestens drei Komparatoren dafür vorgesehen sind, jeweilige der Vielzahl von Analogausgangsspannungen mit entsprechenden einer Vielzahl von Referenzspannungen gleichzeitig zu vergleichen, wobei das Gerät ferner einen an den Stromerfassungsverstärker gekoppelten Korrekturverstärker beinhaltet, wobei der Korrekturverstärker für Folgendes vorgesehen ist: Bestimmen einer Differenz zwischen einer zweiten Analogausgangsspannung der Vielzahl von Analogausgangsspannungen und einer zweiten Referenzspannung der Vielzahl von Referenzspannungen; und Verstärken der Differenz durch eine Steilheit des Korrekturverstärkers, um ein analoges Rückkopplungssignal in einer Rückkopplungsleitung, die an einen Mittelpunkt eines Spannungsteilers gekoppelt ist, der an einen das VBUS-Signal übermittelnden Stromversorgungsbus gekoppelt ist, zu generieren.
Eine Schaltung, die ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem eines mit Universal Serial Bus-Power Delivery (USBPD) kompatiblen Geräts beinhaltet, wobei das Leistungssteuerungsanalogsubsystem eine programmierbare Stromerfassungsschaltung beinhaltet, die für Folgendes konfiguriert ist: Erfassen einer Spannung über einen an das Leistungssteuerungsanalogsubsystem gekoppelten Stromerfassungswiderstand; Umsetzen der Spannung in mindestens drei unterschiedliche Analogausgangsspannungen, die einen Strompegel in einem VBUS-Signal eines VBUS des mit USB-PD kompatiblen Geräts anzeigen; und gleichzeitiges Vergleichen jeder der mindestens drei unterschiedlichen Analogausgangsspannungen mit jeweiligen von mindestens drei unterschiedlichen Referenzspannungen.
Schaltung gemäß Anspruch 10, wobei der Stromerfassungswiderstand zwischen das Leistungssteuerungsanalogsubsystem und entweder einen VBUS-Anschluss oder einen Masseanschluss gekoppelt ist, wobei der Masseanschluss an eine Masserückleitung des VBUS-Signals gekoppelt ist.
Schaltung gemäß Anspruch 10, wobei die programmierbare Stromerfassungsschaltung Folgendes beinhaltet: einen an den Stromerfassungswiderstand gekoppelten Anschluss; und einen an den Anschluss gekoppelten Stromerfassungsverstärker für Folgendes: Erfassen der Spannung über den Stromerfassungswiderstand; und gleichzeitiges Verstärken der Spannung zu den mindestens drei unterschiedlichen Analogausgangsspannungen jeweils basierend auf einem anderen Verstärkungsfaktor.
Schaltung gemäß Anspruch 12, die ferner einen an den Stromerfassungsverstärker gekoppelten Korrekturverstärker beinhaltet, wobei der Korrekturverstärker für Folgendes vorgesehen ist: Bestimmen einer Differenz zwischen einer ersten Analogausgangsspannung der mindestens drei unterschiedlichen Analogausgangsspannungen und einer ersten Referenzspannung der mindestens drei Referenzspannungen; Verstärken der Differenz, um ein analoges Rückkopplungssignal zu generieren; und Umsetzen des analogen Rückkopplungssignals in einen Strom, der eine Spannung des VBUS indirekt anpasst, um ungefähr einen konstanten Strom im VBUS beizubehalten.
Schaltung gemäß Anspruch 12, wobei die programmierbare Stromerfassungsschaltung ferner eine Vielzahl von an den Stromerfassungsverstärker gekoppelten Komparatoren beinhaltet, wobei die Vielzahl von Komparatoren dafür vorgesehen ist, jeweilige der mindestens drei unterschiedlichen Analogausgangsspannungen mit entsprechenden der mindestens drei unterschiedlichen Referenzspannungen gleichzeitig zu vergleichen, wobei ein erster Komparator der Vielzahl von Komparatoren dafür vorgesehen ist, als Reaktion auf die Erkennung einer ersten Analogausgangsspannung der mindestens drei unterschiedlichen Analogausgangsspannungen, die eine entsprechende erste Referenzspannung der mindestens drei unterschiedlichen Referenzspannungen überschreitet, ein digitales Signal, das ein System-Interrupt beinhaltet, zu generieren.
Schaltung gemäß Anspruch 12, wobei der Stromerfassungsverstärker ferner Folgendes beinhaltet: einen ersten Verstärker zum gleichzeitigen Verstärken der Spannung zu einer ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen; einen an den ersten Verstärker gekoppelten ersten Multiplexer zum Auswählen einer der ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen als Reaktion auf ein erstes Verstärkungsregelungssignal; einen zweiten Verstärker zum gleichzeitigen Verstärken der Spannung zu einer zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen, die die erste Vielzahl von Analogausgangsspannungen überschreiten; einen an den zweiten Verstärker gekoppelten zweiten Multiplexer zum Auswählen einer der zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen als Reaktion auf ein zweites Verstärkungsregelungssignal; und einen an den ersten Multiplexer und den zweiten Multiplexer gekoppelten dritten Multiplexer zum Auswählen der ersten Analogausgangsspannung unter der einen der ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen und der einen der zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen als Reaktion auf ein Analogspannungsverstärkungsauswahlsignal.
Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Erfassen einer Spannung über einen Stromerfassungswiderstand, der an ein Leistungssteuerungsanalogsubsystem eines mit Universal Serial Bus-Power Delivery (USB-PD) kompatiblen Geräts und an einen VBUS-Anschluss oder einen Masseanschluss gekoppelt ist; und gleichzeitiges Vergleichen jeder der mindestens drei unterschiedlichen Analogausgangsspannungen, die auf der Spannung basieren, mit jeweiligen von mindestens drei unterschiedlichen Referenzspannungen durch eine programmierbare Stromerfassungsschaltung.
Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner Umsetzen der Spannung in die mindestens drei unterschiedlichen Analogausgangsspannungen, die einen Strompegel in einem VBUS-Signal eines VBUS des mit USB-PD kompatiblen Stromversorgungsgeräts anzeigen, durch die programmierbare Stromerfassungsschaltung des Leistungssteuerungsanalogsubsystems beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Umsetzen gleichzeitiges Verstärken der über einen Stromerfassungswiderstand erfassten Spannung durch einen Stromerfassungsverstärker zu den mindestens drei unterschiedlichen Analogausgangsspannungen jeweils basierend auf einem anderen Verstärkungsfaktor beinhaltet, wobei das Verfahren ferner Folgendes beinhaltet: Generieren einer Vielzahl von Referenzspannungen, die die mindestens drei unterschiedlichen Referenzspannungen umfassen, unter Verwendung eines programmierbaren Referenzgenerators, der an den Stromerfassungsverstärker gekoppelt ist; Vergleichen betreffender der mindestens drei unterschiedlichen Analogausgangsspannungen mit jeweiligen der Vielzahl von Referenzspannungen durch eine Vielzahl von an den Stromerfassungsverstärker gekoppelten Komparatoren; und Ausgeben eines digitalen Signals, das ein System-Interrupt beinhaltet, durch einen ersten Komparator der Vielzahl von Komparatoren als Reaktion darauf, dass erkannt wird, dass eine erste Analogausgangsspannung der mindestens drei unterschiedlichen Analogausgangsspannungen eine entsprechende erste Referenzspannung der Vielzahl von Referenzspannungen überschreitet.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die Vielzahl von Referenzspannungen in Schritten von ungefähr 10 Millivolt, die von ungefähr 0,13 Volt bis 2,12 Volt reichen, generiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Verstärken Folgendes beinhaltet: gleichzeitiges Verstärken der Spannung zu einer ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen unter Verwendung eines ersten Verstärkers; Auswählen einer der ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen als Reaktion auf ein erstes Verstärkungsregelungssignal unter Verwendung eines an den ersten Verstärker gekoppelten ersten Multiplexers; gleichzeitiges Verstärken der Spannung zu einer zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen, die die erste Vielzahl von Analogausgangsspannungen überschreiten, unter Verwendung eines zweiten Verstärkers; Auswählen einer der zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen als Reaktion auf ein zweites Verstärkungsregelungssignal unter Verwendung eines an den zweiten Verstärker gekoppelten zweiten Multiplexers; und Auswählen der ersten Analogausgangsspannung unter der einen der ersten Vielzahl von Analogausgangsspannungen und der einen der zweiten Vielzahl von Analogausgangsspannungen als Reaktion auf ein Analogspannungsverstärkungsauswahlsignal unter Verwendung eines an den ersten Multiplexer und den zweiten Multiplexer gekoppelten dritten Multiplexers.