JP2010519549A - 温度依存の抵抗性デバイスを用いた高分解能識別のための装置、システムおよび方法 - Google Patents

温度依存の抵抗性デバイスを用いた高分解能識別のための装置、システムおよび方法 Download PDF

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Abstract

温度測定および識別（ＴＭＩＤ）デバイスは、温度感知回路（ＴＳＣ）を有する接続されたデバイスの識別情報および温度情報を取得する。ＴＳＣは、電圧クランプネットワーク（ＶＣＮ）と並列に接続された温度感知要素（ＴＳＥ）を含み、該ＶＣＮは、電圧が識別電圧範囲の下限の電圧以上のときには、ＴＳＥをまたぐ電圧を識別電圧範囲内の識別電圧に制限する。範囲の下限を下回る電圧がＴＳＣに印加されるときには、ＶＣＮは開回路のようにふるまい、ＴＳＣの抵抗が温度に対応する。ＴＭＩＤ内の変換回路は、識別電圧範囲内のＴＳＣ電圧を正規化電圧範囲にシフトする。従って、温度に対応する電圧および識別に対応する電圧は、正規化電圧範囲内にある。その結果として、温度電圧および識別電圧を測定するために用いられる電圧感知デバイスの分解能が最大化される。さらに、変換回路は、休止状態の間、最小限の電流を維持する。

Description

（発明の分野）
本発明は、概して温度依存の抵抗性デバイスに関し、特に、温度依存の抵抗性デバイスを用いた高分解能識別のための装置、システム、および方法に関する。
（背景）
デバイスの温度を決定するために、多くのシステムおよび回路は温度感知要素（ＴＳＥ）を利用する。例えば、サーミスタなどの典型的な温度依存の抵抗性デバイス（ＴＤＲＤ）は、温度に反比例する抵抗を有し得る。サーミスタの抵抗を測定することによって、サーミスタの温度は決定され得る。その結果として、サーミスタの近傍の構成要素およびデバイスの温度もまた、決定されるかまたは推定され得る。抵抗を感知する技術は、主要デバイスまたは主要アセンブリに接続されるデバイス、モジュール、または他の周辺ユニットの識別情報を決定するための識別技術としてしばしば用いられる。例えば、２つ以上の種類のモジュール式バッテリを受容する携帯型の通信デバイスは、バッテリ識別技術を含むことにより、携帯型通信デバイスに接続されるバッテリの種類を判定する。構成要素と接触を最小化するために、従来の設計はしばしば、温度感知技術と識別技術とを組み合わせる。例えば、２つ以上の種類のモジュール式バッテリを受容するいくつかの従来の携帯型通信デバイスは、バッテリパック内の回路に接続する温度感知メカニズムを含むことにより、温度を決定し、かつバッテリモジュールを識別する。各種類のバッテリモジュールは、異なる特性を有するサーミスタ回路を含み、携帯型通信デバイスが、接続される特定のバッテリモジュールを識別することを可能にする。一般に、各サーミスタ回路は、抵抗対温度の関係を有し、それは、他の種類のバッテリモジュール内の他のサーミスタ回路の抵抗対温度の関係からオフセットされている。しかしながら、従来のシステムは、異なる回路の抵抗対温度の関係が、一般にオーバーラップするという制約を有する。例えば、図１は、２つの従来のバッテリモジュールに対する抵抗対温度の関係を表す２つの曲線１０２、１０４を示すグラフ図であり、それらの曲線はオーバーラップしている。オーバーラップ領域１０６は、不明瞭なデータを結果としてもたらす。なぜならば、オーバーラップ領域内の抵抗の測定が曲線１０２、１０４の両方と関連づけられるからである。測定値は、低温の一方の種類のバッテリモジュールか、またはより高い温度の他方の種類のバッテリモジュールに対応し得る。例えば、抵抗Ｒは、一方のバッテリモジュールが用いられる場合には、Ｔ１の温度に対応し、他方のバッテリが接続される場合には、Ｔ２の温度に対応し得る。この誤りは、破滅的な結果をもたらし得る。バッテリモジュールが不正確に識別されて、不適正な充電スキームが適用されると、バッテリは爆発し得る。さらに、温度測定回路のダイナミックレンジおよび精度は、識別デバイスの数が増加し、かつ可能性のある曲線のそれぞれに対する一意の電圧対温度変換の関数を必要とするときには、低下する。さらに、ＩＤの数が増加するときには、これらの問題は悪化する。
従って、温度依存の抵抗性デバイスを用いた高分解能識別のための装置、システムおよび方法に対するニーズが存在する。
（概要）
温度測定および識別（ＴＭＩＤ）デバイスは、温度感知回路（ＴＳＣ）を有する接続されたデバイスの識別情報および温度情報を取得する。該ＴＳＣは、電圧クランプネットワーク（ＶＣＮ）と並列に接続された温度感知要素（ＴＳＥ）を含み、該ＶＣＮは、電圧が識別電圧範囲の下限の電圧以上のときには、該ＴＳＥをまたぐ該電圧を該識別電圧範囲内の識別電圧に制限する。範囲の下限を下回る電圧が、該ＴＳＣに印加されるときには、該ＶＣＮは開回路のようにふるまい、該ＴＳＣの抵抗が温度に対応する。該ＴＭＩＤ内の変換回路は、該識別電圧範囲内のＴＳＣ電圧を正規化電圧範囲にシフトする。従って、温度に対応する電圧および識別に対応する電圧は、該正規化電圧範囲内にある。その結果として、該温度電圧および該識別電圧を測定するために用いられる電圧感知デバイスの分解能が最大化される。さらに、該変換回路は、休止状態の間、最小限の電流を維持する。コストまたは他の関心事のために、第一のＴＳＣは、最大限の識別電圧を提供するために、該ＶＣＮを省略し得、そして他のＴＳＣは、より低い識別電圧範囲を有するＶＣＮを含み得る。
図１は、２つの従来の識別および温度感知回路の抵抗対温度の関係のグラフ図である。 図２Ａは、例示的な実施形態に従った、温度測定および識別デバイス（ＴＭＩＤデバイス）に接続された温度感知回路（ＴＳＣ）のブロック図である。 図２Ｂは、例示的な実施形態に従った、変換回路のブロック図である。 図３Ａは、例示的な実施形態に従った、測定、診断、および識別の手順の間の検出ポートにおける電圧（ＶＤＰ）のグラフ図である。 図３Ｂは、例示的な実施形態に従った、４つの識別値を有するシステムのための電圧（ＶＤＰ）および変換された電圧範囲のグラフ図である。 図４は、変換回路が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、温度測定および識別デバイス（ＴＭＩＤデバイス）の例示的な実装の概略図である。 図５は、例示的な実施形態に従った、変換回路内の電流と電圧との間の関係のグラフ図である。 図６は、例示的な実施形態に従った、４つの識別値（ＩＤ）を含む、識別システムの複数の温度感知回路（ＴＳＣ）のブロック図である。
（詳細な説明）
図２Ａは、温度測定および識別回路２００を形成するために、温度測定および識別（ＴＭＩＤ）デバイス２０４に接続された温度感知回路（ＴＳＣ）２０２のブロック図である。以下でさらに詳しく論じられるように、ＴＳＣ２０２は、ＴＳＣの組のうちの１つのＴＳＣであり、それらのＴＳＣの特性は、ＴＭＩＤデバイス２０４が異なるＴＳＣの組を区別することを可能にする。ＴＳＣは、様々なデバイス内に取り付けられ得、デバイスの温度を監視し、そしてデバイスを識別するためのメカニズムを提供する。温度測定および識別回路２００の適切な用途の例は、携帯型デバイスによって受容される各々の種類のバッテリモジュール内に異なるＴＳＣを取り付けることを含んでいる。ＴＭＩＤデバイス２０４は、様々な種類のバッテリモジュールを識別し、そしてバッテリモジュールの温度を決定するために、携帯型デバイスの一部分として実装され得る。
各ＴＳＣ２０２は、少なくとも温度感知要素（ＴＳＥ）２０８を含む。ＴＳＣの組のうちの少なくとも１つのＴＳＣは、ＴＳＥ２０８と並列に接続された電圧クランプネットワーク（ＶＣＮ）２０６を含む。例示的な実施形態において、線形化抵抗器（図２に示されない）がまた、ＴＳＣのすべてにおいてＴＳＥ２０８と並列に接続されて、ＴＳＣ２０２の温度対抵抗曲線を線形化する。
ＴＭＩＤデバイス２０４は、少なくとも１つの検出器ポート２１２を含む接続インターフェイス２１０を介して、ＴＳＣ２０２に接続する。接続インターフェイス２１０は、ＴＭＩＤデバイス２０４とＴＳＣ２０２との間の電気的接続を提供するコネクタ、接触、または電気的接続メカニズムの数多くの種類のうちのいずれかを含み得る。例示的な接続インターフェイス２１０はまた接地コネクタを含む。追加の接触が、いくつかの状況において他の信号のために用いられ得る。
下記のように、複数のＴＳＣの各々のＴＳＣの組は、異なるＶＣＮを含み、該ＶＣＮは、抵抗器および／またはダイオードなどの電圧クランプデバイスの任意の組み合わせを含み得る。ＶＣＮは、クランプされた電圧ではない識別値（ＩＤ）を作り出すために、ＴＳＣの一組から省略され得る。ＴＳＣがＴＭＩＤデバイス２０４に接続されるときには、検出ポート２１２の電圧は、特定のＶＣＮ２０６、温度、およびＴＭＩＤデバイス２０４内の電圧供給源２１４のステータスに依存する。ＶＣＮは、検出器ポート電圧をＩＤ電圧範囲内の電圧に制限する。ＩＤ電圧範囲の数は、ＴＭＩＤデバイス２０４に接続され得るＴＳＣの組の数に依存する。
ＴＭＩＤデバイス２０４は、変換回路２１６を介して検出ポート２１０に接続された電圧供給源２１４を含む。基準電圧スケーラ（ｓｃａｌｅｒ）２１８は、基準電圧を電圧センサ２２０に提供するために、供給電圧を供給電圧未満の電圧に調整する。コントローラ２２２は、変換回路２１６を制御するように、かつ電圧測定値を電圧センサ２２０から受信するように構成される。制御信号に応答して、変換回路２１６は、デバイス識別状態の間に識別電圧バイアスを、そして温度測定状態の間に温度電圧バイアスをＴＳＣ２０２に提供する。識別状態の間に、変換回路２１６は、ＴＳＣの電圧を正規化電圧範囲にシフトする。電圧測定値と制御信号のステータスとに基づいて、コントローラ２２２は、ＴＳＥ２０８の温度と、複数のＩＤからＴＳＣ２００のＩＤとを判定する。以下で論じられるように、例示的な実施形態において、電圧センサ２２０とコントローラ２２２とは、プロセッサ内に実装される。
ＴＭＩＤデバイス２０４は、変換回路２１６内のトランジスタを切り換えることによって、検出ポート（ＶＤＰ）における電圧を制御する。識別状態の間、十分な高い電流が、ＶＣＮ２０６の電圧クランプ機能を呼び起こすために、検出ポートに印加され、その一方で、スケーリングネットワークが、クランプされた電圧を正規化電圧範囲内の対応する値に調整する。温度測定状態の間、検出ポートへの電流は、電圧クランプ機能を防止するために十分に低減され、電圧センサ２１８が、温度を決定するために用いられるＴＳＥの抵抗を測定することを可能にする。この温度測定状態において、電圧センサ２２０によって測定される検出ポート２１２の電圧（ＶＤＰ）は、ＴＳＥ２０８の温度を決定するためかまたはエラー状態の存在を判定するために、コントローラ２２２によって処理される。検出された電圧が温度測定電圧範囲内である場合には、検出ポートの電圧（ＶＤＰ）は、ＴＳＥ２０８の抵抗に対応しており、コントローラ２２２は、検出された電圧に基づいて温度を計算する。電圧が範囲の外にある場合には、コントローラ２２２は、エラー状態が存在すると判定する。
例示的な実施形態において、電圧センサ２２０は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）である。基準電圧スケーラ２１８は、正規化電圧範囲の最大値かまたはその近傍である基準電圧を提供する。従って、電圧を測定するために用いられるＡＤＣの量子化レベルの数が増加される。増加した分解能は、測定値の精度を改善する。例えば、供給電圧がＶｄｄに等しく、ＡＤＣへの基準電圧がＶｄｄ／２である場合には、正規化電圧範囲が、０からＶｄｄ／２までに設定され得、ＡＤＣの量子化レベルのすべてが、０とＶｄｄ／２との間に分配される。ＶＤＰ電圧を正規化電圧範囲にシフトしないシステムと比較して、ＡＤＣの分解能および精度は、ほぼ倍になる。
図２Ｂは、例示的な実施形態に従った、変換回路２１６のブロック図である。例示的な実施形態において、図２Ｂにおいて示された機能ブロックは、ファームウェア、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの任意の組み合わせを用いて実装され得るけれども、変換回路２１６は、トランジスタおよび抵抗器ならびに他の電気的構成要素の配列を含む。変換回路２１６は、ＩＤバイアス回路２２４と、温度測定バイアス回路２２６と、スケーリングネットワーク２２８とを備える。識別状態の間に、制御信号は、ＩＤバイアス回路２２４と、温度測定バイアス回路２２６とを作動させて、検出ポート２１２において十分な高い電圧を提供することにより、ＶＣＮ２０６を作動させる。さらに詳しく以下で説明されるように、供給電圧２１４に接続されたトランジスタと抵抗器とのネットワークは、検出ポート２１２にバイアス電圧を確立する。結果としてもたらされる検出ポートの電圧（ＶＤＰ）は、特定のＶＣＮ２０６に依存する。スケーリングネットワーク２２８は、電圧を正規化電圧範囲内の対応する値に調整する。
温度測定状態において、制御信号は、ＩＤバイアス回路２２４が作動しないレベルに変更される。しかしながら、温度測定バイアス回路２２６は、アクティブのままであり、ＶＣＮ２０６のＩＤ電圧範囲を下回る電圧を提供する。例示的な実施形態において、コンデンサなどの電荷蓄積要素は、検出ポート電圧の測定を可能にする十分に長い時間の間、適切な制御電圧を温度測定バイアス回路２２６において維持する。スケーリングネットワークは、検出ポート電圧のダイナミックレンジを最大化するために、少なくとも部分的に非作動にされる。
図３Ａは、測定、診断、および識別の手順の間の検出ポート２１２における電圧（ＶＤＰ）のグラフ図である。図３Ｂは、電圧センサ２２０への入力２２１における電圧（ＶＶＳ）、および検出ポート電圧（ＶＤＰ）と電圧センサ入力電圧（ＶＶＳ）との間の関係３３４のグラフ図である。図３Ａおよび図３Ｂにおいて描かれた様々な値および範囲は、必ずしも縮尺通りではなく、概して様々な条件の間の様々な電圧と温度との間の関係を例示するために提供される。グラフ図は、検出ポート電圧と、変換回路がＶＤＰ電圧を正規化電圧範囲３０３にシフトする、電圧センサ２２０への入力の電圧との間の関係３３４の例を示す。簡潔さおよび明瞭さのために、図３Ａおよび図３Ｂに示された値は、実際にＴＭＩＤの構成要素の特性に起因して観測された実際の値の近似であり得る。例えば、示された例は、変換回路が検出ポート電圧を温度測定状態の間にシフトしないことを示しており、検出ポート電圧は、電圧センサ２２０の入力において現われる。しかしながら、電圧センサ入力２２１の実際の電圧は、電圧センサ２２０に流入する電流に起因する電圧降下の結果として、検出ポート電圧と異なり得る。
温度測定状態の間、温度測定バイアス回路だけがアクティブであり、電圧（ＶＤＰ）は、温度またはエラー状態を示す。電圧（ＶＤＰ）が、温度測定電圧範囲（ＶＭＲ）３０４の上限の温度測定電圧（ＶＵＴＭ）３０２を上回る場合には、電圧センサ２２０は、最大限の量子化レベルにある電圧（ＶＶＳ）を検出し、そしてコントローラ２２２は、ＴＳＣ２０２がＴＭＩＤデバイス２０４に接続されていないと判定する。例えば、電圧（ＶＤＰ）がＴＭＩＤデバイス２０４の供給電圧（Ｖｄｄ）かまたはその近傍である場合には、該電圧は、電流が検出ポート２１２を通って流れておらず、回路がＴＭＩＤデバイス２０４に接続されていないことを示す。電圧センサ入力２２１における対応する電圧（ＶＶＳ）は、基準電圧（ＶＲＥＦ）３３６を上回り、ＡＤＣは高く「レールされる（ｒａｉｌｅｄ）」。該電圧が、温度測定電圧範囲（ＶＭＲ）３０４の下限の温度測定電圧（ＶＴＬＭ）３０８を下回る場合には、コントローラ２２２は、有効かつ適切に動作するＴＳＣ以外の何らかのものが、ＴＭＩＤデバイス２０４に接続されていると判定する。例えば、ゼロ近傍の電圧は、ＴＭＩＤデバイス２０４に接続されることを意図されない故障したＴＳＣデバイスまたは無効なＴＳＣデバイスに起因し得る検出ポート２１２の短絡を示し得る。温度測定状態の間に、電圧（ＶＤＰ）が、温度測定電圧範囲（ＶＭＲ）３０４内にある場合には、電圧（ＶＤＰ）および入力電圧（ＶＶＳ）は、ＴＳＥ２０２の温度に対応し、この場合には、温度が最低温度（ＴＭＩＮ）３１０と最高温度（ＴＭＡＸ）３１２との間で測定され得る。ＴＳＥがＮＴＣサーミスタである例示的な実施形態において、最大電圧（ＶＵＴＭ）は、最低温度（ＴＭＩＮ）に対応する。検出器ポート電圧（ＶＤＰ）と温度との間の関係は、温度曲線３０１をたどる。曲線３０１の形状は、温度感知要素（ＴＳＥ）２０８の特性および回路内の他の構成要素に依存する。例示的な実施形態において、線形化抵抗器は、線形化抵抗器を有しないＴＳＥを含むＴＳＣと比較して、曲線３０１をより線形にするために、ＴＳＥ２０８と並列に接続される。
識別状態の間、検出ポート電圧（ＶＤＰ）は、ＴＳＣ２０２の識別値（ＩＤ）に対応する。スケーリングネットワーク２２８は、検出ポート電圧（ＶＤＰ）を正規化電圧範囲３０３内にシフトする。検出ポート電圧に対応する電圧センサ入力電圧（ＶＶＳ）は、ＴＳＣ２０２のＩＤを示す。例示的な実施形態において、スケーリングネットワーク２２８は、検出ポートのＩＤ電圧範囲をわずかに圧縮する。以下でさらに詳しく説明されるように、例示的な実施形態において、スケーリングネットワークは、分圧器を含み、シフトされた電圧センサ入力電圧のゼロでない最低値を結果としてもたらす。上限の温度測定電圧（ＶＵＴＭ）３０２を上回る検出ポート電圧は、少なくとも２つのＩＤ電圧またはＩＤ電圧範囲のうちの１つと関連づけられる。ＩＤ電圧の数は、ＴＭＩＤデバイス２０４に接続され得るＴＳＣの組におけるＴＳＣの数に依存する。バイアス回路２２４、２２６の両方がアクティブなときに、コントローラ２２２は、検出ポート２１２の電圧（ＶＤＰ）に対応する電圧センサの電圧（ＶＶＳ）に基づいて、ＴＳＣ２０２のＩＤを判定する。バイアス回路２２４、２２６、および電圧供給源２１４は、電圧供給源２１４がオンであるときには、上限の温度測定電圧（ＶＵＴＭ）３０２を上回る検出ポート電圧を提供するように構成される。適切なスキームの例は、ＶＣＮを含まず、最大電圧３０６の近傍にあり、かつ第一のＩＤ（ＩＤ１）に対応する第一のＩＤ電圧（ＶＩＤ１）を結果としてもたらす１つのＴＳＣと、第二のＩＤ（ＩＤ２）を規定するために、電圧をＶＵＴＭ３０２の近傍に制限するＶＣＮを含む第二のＴＳＣと、ＩＤ電圧（ＶＩＤ１）と第二のＩＤ電圧（ＶＩＤ２）との間にあるＩＤ電圧範囲を結果としてもたらすＶＣＮを含む追加のＴＣＳとを有することを含んでいる。ＩＤ電圧範囲の最大限の数は、ＶＵＴＭと最大電圧３０６との間の利用可能な電圧範囲、およびＩＤ電圧範囲のサイズに依存する。最大電圧３０６は、最低温度に対応する電圧である。なぜならば、サーミスタが最低温度において最大の抵抗を有するからである。以下で説明されるように、様々な構成要素は、サーミスタの最悪のケースの最大電圧が、最低の動作温度で発生するＶＣＮの伝導電圧を下回るように選択される。
図３Ａおよび図３Ｂは、４つのＩＤをサポートする例示的なシステムを示すけれども、ＩＤ電圧の任意の組み合わせおよび数が、ＴＳＣをＩＤのカテゴリに分類するために用いられ得る。第一のＩＤ電圧３０６は、ＶＣＮを含まない第一の種類のＴＳＣがＴＭＩＤデバイス２０４に接続され、そして電圧供給源２１４がオンであるときに、結果としてもたらされる。第二のＩＤ電圧は、ＶＣＮを含む第二の種類のＴＳＣがＴＭＩＤデバイス２０４に接続され、そして電圧供給源２１４がオンであるときに、電圧範囲３１４内に結果としてもたらされる。第三の種類のＴＳＣと、第四の種類のＴＳＣとがそれぞれＴＭＩＤデバイス２０４に接続されるときには、ＩＤ電圧は、第三の電圧範囲３１６内と、第四の電圧範囲３１８内とに結果としてもたらされる。
変換回路２１６は、検出ポートのＩＤ電圧範囲を電圧センサ入力２２１の正規化されたＩＤ電圧範囲にシフトする。従って、各ＩＤ電圧範囲３１４、３１６、３１８の、各上限のＩＤ電圧３２２、３２６、３３０と、各下限のＩＤ電圧３２０、３２４、３２８とは、それぞれの対応する正規化ＩＤ電圧範囲３５０、３５２、３５４の、対応する下限の正規化ＩＤ電圧３３８、３４０、３４２と、上限の正規化ＩＤ電圧３４４、３４６、３４８とにシフトされる。電圧センサ２２０が正規化ＩＤ電圧範囲内である入力２２１の電圧（ＶＶＳ）を示すときには、コントローラ２２２は、ＴＭＩＤデバイスに接続されたＴＳＣが、正規化ＩＤ電圧範囲に対応するＩＤを有すると判定する。従って、コントローラ２２２は、該ＴＳＣが、図３Ａおよび図３Ｂにおいて例示されたスキームに対する４つのＩＤのうちの１つを有すると判定する。以下で論じられるように、ＩＤ電圧範囲と関連づけられるＩＤは、ＶＣＮを含んでいるＴＳＣに対応する。ダイオードなどのＶＣＮ内の電圧クランプデバイスが、デバイスの間および温度にわたって変化する順方向電圧しきい値を有するので、特定のＴＳＣに起因するＩＤ電圧は、対応するＩＤ電圧範囲の下限の電圧から上限の電圧まで変化し得る。従って、第二のＩＤ電圧範囲３１４は、下限の電圧（ＶＩＤＬ２）３２０と上限の電圧（ＶＩＤＵ２）３２２とを含み、第三のＩＤ電圧範囲３１６は、下限の電圧（ＶＩＤＬ３）３２４と上限の電圧（ＶＩＤＵ３）３２６とを含み、第四のＩＤ電圧範囲３１８は、下限の電圧（ＶＩＤＬ４）３２８と上限の電圧（ＶＩＤＵ４）３３０とを含む。
図４は、温度測定および識別回路１００の例示的な実装４００の概略図であり、そこでは、電圧センサ２２０およびコントローラ２２２が、プロセッサ４０２内に実装される。図１に関して上記された様々な構成要素および機能が、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの他の組み合わせを用いて実装され得る。例示的な実装において、コントローラ２２２は、制御信号を生成するために、プロセッサ４０２の汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）ポート４０４を制御する。プロセッサ４０２は、本明細書中に記載される機能を実行し得る任意の種類の汎用プロセッサ、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、または他のマイクロプロセッサまたはプロセッサの配列であり得る。プロセッサ４０２上で動作するコードは、コントローラ２２２の機能、およびＴＭＩＤデバイス２０４の他の機能を助長する。図４を参照して論じられる例においては、トランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。他の種類のトランジスタまたはスイッチング要素が、記載される機能を実行するために一部の状況において用いられ得る。
コントローラ２２２は、ＧＰＩＯポート４０４を出力（オン）状態およびオフ状態にするために、ＧＰＩＯポート４０４を制御する。出力状態において、ＧＰＩＯポート４０４は、供給電圧（Ｖｄｄ）かまたはその近傍の電圧を提供する。オフ状態において、ＧＰＩＯポート４０４は、接地（０Ｖ）かまたはその近傍の電圧を提示する。さらに詳しく下記されるように、電圧（ＶＣＯＮＴ）４０６を有する制御信号は、回路２１６を休止状態または識別（ＩＤ）状態にするために、変換回路２１６内のトランジスタを作動させる。変換回路２１６内の回路要素は、変換回路２１６がＩＤ状態から休止状態に遷移するときには、ある期間の間、温度測定状態を可能にする。アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）４０８は、コントローラ２２２に電圧（ＶＡＤＣ）のデジタル表現を提供することによって、変換回路２１６の出力４１０における電圧（ＶＡＤＣ）を測定する。ＴＳＣ２０２の要素は、変換回路２１６によって回路を形成し、そこでは、検出ポート電圧（ＶＤＰ）が、ＡＤＣ測定電圧（ＶＡＤＣ）に対応し、温度測定状態における温度測定を可能にし、そして変換回路２１６がＩＤ状態であるときには、識別値（ＩＤ）を可能にする。
少なくとも２つのＴＳＣ２０２のうちの任意の１つが、ＴＭＩＤデバイス２０４に接続され得る。図４は、線形化抵抗器（ＲＬＩＮ）４１２と、ＴＳＥ２０８と、ＶＣＮ２０６とを含むＴＳＣ２０２を例示し、そこでは、ＴＳＥ２０８がサーミスタ２０８であり、ＶＣＮ２０６は、電圧クランプデバイス４１６と直列に識別抵抗器（ＲＩＤ）４１４を含んでいる。例示的な実装において、電圧クランプデバイス４１６は、順方向電圧の範囲内の順方向電圧を有する１つ以上のダイオードを含むダイオード配列４１６である。電圧範囲は、ダイオードの数および種類に依存する。例えば、典型的なＰＮ接合のシリコンダイオードは、約０．７ボルトの順方向電圧を有する。直列の２つのシリコンダイオードは、約１．４ボルトの合算された順方向電圧を有する。製造上のばらつきおよび他の因子に起因して、特定のダイオードの順方向電圧は、予期される電圧降下を上回るかまたは下回り得る。さらに、順方向電圧は温度によって変化する。従って、電圧範囲は、任意の特定のダイオード配列が範囲内の順方向電圧を有するように、ダイオード配列４１６に対して規定される。他の適切なダイオード配列の例は、単一のツェナーダイオードおよびアクティブなツェナーダイオードを用いる配列を含む。ツェナーダイオードは、それらの端子間で一定の電圧を維持するために、逆バイアスで用いられ得る。さらに、ツェナーダイオードのクランプ電圧の変動は、温度、バイアス電流、および製造上のばらつきに関して、一般にＰＮ接合シリコンダイオードの順方向電圧の変動を下回る。アクティブなツェナーダイオードは、一部の状況において好適であり得る。なぜならば、「シャントレギュレータ」としても公知のアクティブなツェナーダイオードは、通常のツェナーダイオードよりも小さいクランプ電圧における変動を有するからである。
ＴＭＩＤ２０４の休止状態の間に、ＧＰＩＯポート４０４は、供給電圧（Ｖｄｄ）かまたはその近傍の制御電圧（ＶＣＯＮＴ）４０６に設定される。例示的な実施形態において、第一の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ１）４１８および第二の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ２）４２０はＰチャネルＦＥＴである。従って、ＧＰＩＯポート４０４がＶｄｄ近傍の論理レベル「ハイ（ｈｉｇｈ）」に設定されるときには、２つのＦＥＴ４１８、４２０はオフであり、電流は、変換回路２１６を通って流れない。従って、ＴＭＩＤ２０４の休止状態は、最小限の電流の引き出し（ｄｒａｗ）を提供する。
ＩＤ状態の間に、ＧＰＩＯポート４０４は、ＧＰＩＯポート４０４の電圧がゼロボルトかまたはその近傍であるオフ状態に設定される。ＦＥＴ４１８、４２０のゲートの低い電圧の結果として、第一のＦＥＴ（ＦＥＴ１）４１８および第二のＦＥＴ（ＦＥＴ２）４２０はオンにされる。この議論に対して、ＦＥＴ１ ４１８およびＦＥＴ２ ４２０の抵抗は、第一の抵抗器（Ｒ１）４２２および第二の抵抗器（Ｒ２）４２４の抵抗よりもかなり小さいものとして考えられる。第二の抵抗器（Ｒ２）４２４は、第一のＦＥＴ（ＦＥＴ１）４１８がオフの場合には、検出ポート２１２の電圧がＶＣＣ２０６のクランプ機能を作動させることに関して十分でないような抵抗値を有する。しかしながら、第一の抵抗器（Ｒ１）４２２の抵抗値は、ＶＣＣ２０６のクランプ機能を作動させることに関して十分である。従って、検出ポート２１２の電圧（ＶＤＰ）は、ＧＰＩＯポートが論理レベルのロー（ｌｏｗ）にあり、そしてＦＥＴがオンであるときには、ＶＣＣ２０６によって確立されたＩＤ電圧にクランプされる。この状態において、検出ポート電圧は、ＡＤＣ４０８に正規化電圧を提供するために、変換回路２１６によってシフトされる。第三の抵抗器（Ｒ３）４２６と第四の抵抗器（Ｒ４）４２８とによって形成された分圧器は、検出ポート２１２のＩＤ電圧をＡＤＣ４０８の正規化ＩＤ電圧に低減する。第一のＦＥＴ（ＦＥＴ１）４１８がオンであるときには、第五の抵抗器（Ｒ５）４３０と第六の抵抗器（Ｒ６）４３２とによって形成された分圧器を通って電流が流れる。第六の抵抗器（Ｒ６）４３２をまたぐ、結果としてもたらされる電圧は、第三のＦＥＴ（ＦＥＴ３）４３４をオンにすることに関して十分である。その結果として、第四の抵抗器（Ｒ４）４２８は、第三の抵抗器（Ｒ３）４２６と分圧器を形成する。ＡＤＣ４０８は、変換回路２１６の出力４１０におけるアナログ電圧の測定値をデジタル値に変換し、該デジタル値は、ＴＳＣ２０２の識別値を判定するために、コントローラ２２２によって処理される。
ＧＰＩＯポート４０４は、温度測定を実行するために、ローからハイに切り換えられる。ＧＰＩＯが論理ハイに切り換えられた後、直ちに第一のＦＥＴ（ＦＥＴ１）４１８のゲート電圧が十分に高い電圧に到達して、第一のＦＥＴ（ＦＥＴ１）４１８をオフにする。しかしながら、バイアス蓄積回路４３５は、第二のＦＥＴ（ＦＥＴ２）４２０のゲートを、第二のＦＥＴをオンに保持することに関して十分な電圧に保持する。例としては、バイアス蓄積回路４３５は、ダイオード４３６と、コンデンサ４３８と、抵抗器４４０とを含む。第二のＦＥＴ（ＦＥＴ２）４２０のゲートと、ＧＰＩＯポート４０４との間のダイオード４３６に起因して、第二のＦＥＴ（ＦＥＴ２）４２０は、ある期間の間オンのままである。コンデンサ４３８と第七の抵抗器（Ｒ７）４４０とによって形成されたＲＣネットワークは、コンデンサ４３８が、第二のＦＥＴ（ＦＥＴ２）４２０のしきい値のＶｇｓを下回るゲート−ソース電圧（Ｖｇｓ）を確立するように十分に放電するまで、第二のＦＥＴ（ＦＥＴ２）４２０をオンに保持する。第二のＦＥＴ（ＦＥＴ２）４２０は、Ｖｇｓ電圧がＶｇｓのしきい値を下回って降下するときに、オフにされる。温度測定は、第一のＦＥＴ（ＦＥＴ１）４１８がオフで、かつ第二のＦＥＴ（ＦＥＴ２）４２０がオンであるときの期間の間に取得される。この期間の間、第三のＦＥＴ（ＦＥＴ３）４３４はオフであり、そして第四の抵抗器（Ｒ４）４２８は、第三の抵抗器（Ｒ３）４２６と分圧器を形成しない。従って、検出ポート２１２の電圧（ＶＤＰ）は、検出ポート２１２の電圧（ＶＤＰ）に本質的に等しいＡＤＣ４０４の電圧を提供するために、温度測定状態の間に調整されたりシフトされたりしない。第二の抵抗器（Ｒ２）４２４は、検出ポート２１２においてあり得る最高の電圧が供給電圧の半分（Ｖｄｄ／２）であるように選択されるので、ＡＤＣ４０４における電圧は、０とＶｄｄ／２との間に及ぶ。以上で論じられたように、基準電圧２１８は、Ｖｄｄ／２に設定され、ＡＤＣ４０４の全部の分解能が、温度測定のために用いられることを可能にする。
特定の実装に依存する例示的な実施形態の構成要素の値は、以下の全体的な基準に従うべきであり、そして従っている。
Ｉ２ ＜ Ｉ１ （１）
ＩＡＤＣ ＜＜ Ｉ２ （２）
ＩＡＤＣ ＜＜ ＩＲ３＋Ｒ４ （３）
ＩＲ５＋Ｒ６ ＜＜ Ｉ２ （４）
ＩＲ３＋Ｒ４ ＜＜ Ｉ１＋Ｉ２ （５）
ＩＧＦＥＴ３＠Ｉ２ ＜ ＶＧＳＴＨＦＥＴ３ ＜ Ｖｄｄ （６）
ＩＲＴＨ ＜＜ Ｉ１ （７）
ここで、Ｉ１は、第一のＦＥＴ（ＦＥＴ１）４１８を通る電流４４２であり、Ｉ２は、第二のＦＥＴ（ＦＥＴ２）４２０を通る電流４４４であり、ＩＡＤＣは、ＡＤＣ４０８内への電流４４６であり、ＩＲ３＋Ｒ４は、第四の抵抗器（Ｒ４）４２８を通る電流４４８であり、そしてＩＲ５＋Ｒ６は、第六の抵抗器（Ｒ６）４３２を通る電流４５０である。変換回路内の電流フローは、Ｉ１が、ＶＣＣ２０６を通って流れる電流成分（ＩＩＤ）４５２と、サーミスタ２０８および線形化抵抗器４１２の並列の組み合わせを通って流れる電流成分（ＩＲＴＨ）と、第六の抵抗器（Ｒ６）４３２を通って流れる電流成分（ＩＲ５＋Ｒ６）４５０と、第四の抵抗器（Ｒ４）４２８を通って流れる電流成分（ＩＲ３＋Ｒ４）とを有するようにモデル化され得る。
図５は、変換回路２１６内の電流と電圧との間の関係５００のグラフ図である。第一のグラフ５０２は、ＧＰＩＯポートが論理ハイから論理ローに切り換えられ、そして論理ハイに戻るような制御電圧４０６を例示する。第二のグラフ５０４は、第一のＦＥＴ４１８を通る電流（Ｉ１）４４２を示す。例示されるように、電流（Ｉ１）４４２は、制御電圧が低レベルに切り換えられるときに、ゼロアンペアからＶＣＣ２０６を通る電流（ＩＩＤ）４５２へと遷移する。第三のグラフ５０６は、第二のＦＥＴ４２０を通る電流（Ｉ２）４４４の、制御電圧が高レベルから低レベルに切り換わるときの、ゼロアンペアからサーミスタ−抵抗器の組み合わせを通る電流（ＩＲＴＨ）への遷移を示す。第四のグラフ５０８は、ＦＥＴ電流（Ｉ１およびＩ２）の合計の、制御電圧が高レベルから低レベルに切り換えられるときの、ゼロからＴＳＣ２０２を通る全部の電流（ＩＩＤ＋ＩＲＴＨ）への遷移を示す。制御電圧が高レベルに切り換えられるときに、第二のＦＥＴを通る電流は、第五のグラフ５１０に示されるように、第二のＦＥＴのゲート電圧が第二のＦＥＴのＶｇｓのしきい値（Ｖｇｓｔｈ（−））を下回って降下するまで、流れ続ける。この期間の間、第四のグラフ内の電流は、サーミスタおよび線形化抵抗器の組み合わせを通る電流に等しく、従って、ＴＳＣ２０２の温度を示す。第六のグラフ５１２は、制御電圧が低レベルのときに、Ｖｄｄ／２とＶｄｄとの間にある検出ポート２１２の電圧（ＶＤＰ）を示す。温度測定状態の間、ＶＤＰは、０ＶとＶｄｄ／２との間にある。変換回路２１６は、ＶＤＰを第七のグラフ５１４に示されるＶＡＤＣ４１０に変換し、そこでは、ＩＤ電圧がＶｄｄ／４からＶｄｄ／２までに及び、温度電圧が０からＶｄｄ／２までに及ぶ。
図６は、４つの識別値（ＩＤ）６０２、６０４、６０６、６０８を含む識別システムの複数の温度感知回路（ＴＳＣ）６００のブロック図である。第一のＴＳＣの組６１０のＴＳＣは、第一の識別値（ＩＤ１）６０２を有し、第二のＴＳＣの組６１２のＴＳＣは、第二の識別値（ＩＤ２）６０４を有し、第三のＴＳＣの組６１４のＴＳＣは、第三の識別値（ＩＤ３）６０６を有し、そして、第四のＴＳＣの組６１６のＴＳＣは、第四の識別値（ＩＤ４）６０８を有する。例示的なシステムにおいて、第一の組６１０のＴＳＣは、温度感知要素２０８および線形化抵抗器４０８だけを含み、ＶＣＮを含まない。従って、ＩＤ１は、図３に示された第一の電圧ＩＤ３０６に対応する。
第二の組６１２のＴＳＣは、温度感知要素２０８と、線形化抵抗器４１２と、電圧クランプデバイス４１６を含むＶＣＮ４１４とを含む。ＶＣＮ６１８は、識別抵抗器４１０を含まない。従って、第二のＩＤは、第二のＩＤ電圧の範囲３１４に対応する。
第三の組６１４のＴＳＣは、温度感知要素２０８と、線形化抵抗器４０８と、ＶＣＮ６２０とを含み、該ＶＣＮ６２０は、電圧クランプデバイス４１６と、第一のＩＤ抵抗６２２を有する識別抵抗器４１４とを含む。第三のＩＤは、第三のＩＤ電圧の範囲３１６に対応する。
第四の組６１６のＴＳＣは、温度感知要素２０８と、線形化抵抗器４１２と、ＶＣＮ６２４とを含み、該ＶＣＮ６２４は、電圧クランプデバイス４１６と、第二のＩＤ抵抗６２６を有する識別抵抗器４１４とを含む。第四のＩＤは、第四のＩＤ電圧の範囲３１８に対応する。
ＴＳＣ２０２およびＴＭＩＤデバイス２０４の構成要素の値は、ＩＤの数、所望の温度測定範囲、供給電圧および他の因子に基づいて選択される。一般的に、最悪のケースの電圧の上限は、負の温度係数（ＮＴＣ）サーミスタの最低温度に対応する。従って、構成要素の値は、最悪のケースの電圧の上限が、ダイオードの負の温度係数に起因して最高の温度で一般に発生する電圧クランプデバイス４１６（ダイオード配列）の順方向電圧の最低の限界を下回るように選択される。温度測定のための最大のダイナミックレンジは、温度変換の間に適切に低い基準を用いて達成され得る。
明らかに、本発明の他の実施形態および修正は、これらの教示を考察する当業者に容易に想起される。上記の説明は、例示であり、限定ではない。本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限され、該特許請求の範囲は、上記の明細書および添付の図面とともに考察されるときには、すべてのそのような実施形態および修正を含んでいる。従って、本発明の範囲は、上記の説明に関してではなく、その代わりに、添付の特許請求の範囲と、その均等物の全部の範囲とに関して決定されるべきである。

Claims (18)

  1. 温度感知要素と並列に接続された電圧クランプネットワークを備える、複数の識別デバイスのうちの１つの識別デバイスに接続するように構成された検出ポートを備える電圧変換回路であって、
    該識別デバイスが該検出ポートに接続されるときに、該変換回路は、
    該検出ポートにおいて、そして第一の制御信号レベルに応答して、クランプ回路のクランプ機能を呼び起こすための十分に高い識別測定電圧を提示し、
    該検出ポートにおいて、そして第二の制御信号レベルに応答して、該電圧クランプ機能を呼び起こすことを避けるための十分に低い温度測定電圧を提示し、
    出力において、そして該第一の制御信号レベルに応答して、該検出ポートにおける該クランプされた電圧に対応し、かつ正規化電圧範囲内の正規化電圧を提示し、
    該出力において、そして該第二の制御信号レベルに応答して、該正規化電圧範囲内の、かつ該識別デバイスの温度に対応する温度測定電圧を提示するように
    さらに構成されている、電圧変換回路。
  2. 前記第一の制御信号レベルに応答して、前記識別デバイスを通る第一の電流を提供し、かつ前記第二の制御信号レベルに応答して、電流を提供しないように構成された第一のトランジスタと、
    該第一の制御信号レベルに応答して、該識別デバイスを通る第二の電流を提供するように構成された第二のトランジスタと、
    制御信号が、該第一の制御信号レベルから該第二の制御信号レベルに変更された後のある期間の間、該第二のトランジスタが、該第二の電流を該期間の間に提供することを可能にするために、適切な第二のトランジスタバイアス電圧を維持するように構成されたバイアス蓄積回路と
    をさらに備える、請求項１に記載の電圧変換回路。
  3. ２つの抵抗器と、
    前記第一の制御信号レベルに応答して、該２つの抵抗器とともに分圧器を形成するように構成された第三のトランジスタであって、該分圧器は、前記クランプされた電圧を前記正規化電圧に調整するように構成されている、第三のトランジスタと
    をさらに備える、請求項２に記載の変換回路。
  4. 前記第一のトランジスタのソースと前記検出ポートとの間に接続された第一の抵抗器であって、該第一のトランジスタのゲートは、前記制御信号を受信するように構成されている、第一の抵抗器と、
    前記第二のトランジスタのソースと該検出ポートとの間に接続された第二の抵抗器であって、該第二のトランジスタのゲートは、前記バイアス蓄積回路に接続されている、第二の抵抗器と
    をさらに備える、請求項２に記載の変換回路。
  5. 前記バイアス蓄積回路は、
    前記第二のトランジスタのゲートと電圧供給源との間に接続されたコンデンサと、
    該第二のトランジスタのゲートと前記第一のトランジスタのゲートとの間に接続されたダイオードと
    を備える、
    請求項４に記載の変換回路。
  6. 複数の識別デバイスのうちの１つの識別デバイスに接続するように構成された検出ポートであって、該識別デバイスは、電圧クランプネットワークを温度感知要素と並列に備える、検出ポートと、
    変換回路であって、
    識別状態の間の、変換回路出力の正規化電圧範囲内の正規化電圧であって、該検出ポートにおけるクランプされた電圧に対応する、正規化電圧と、
    該変換回路出力の該正規化電圧範囲内の温度測定電圧であって、温度測定状態の間に該温度感知要素を通って流れる電流に起因する、温度測定電圧と
    を提供するように構成されている、変換回路と、
    該識別状態の間にデジタルの識別電圧を生成し、そして該温度測定状態の間にデジタルの温度測定電圧を生成するために、該変換回路出力の出力電圧を変換するように構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
    デジタルの識別状態に基づいて、該識別デバイスの識別値を判定し、かつ該デジタルの温度測定電圧に基づいて、該識別デバイスの温度を判定するように構成されたコントローラと
    を備える、温度測定および識別（ＴＭＩＤ）デバイス。
  7. 前記識別デバイスが前記検出ポートに接続されるときに、前記変換回路は、
    該検出ポートにおいて、そして第一の制御信号レベルに応答して、前記クランプされた電圧を該検出ポートにおいて作り出すために、クランプ回路のクランプ機能を呼び起こすための十分に高い識別測定電圧を提示し、
    該検出ポートにおいて、そして第二の制御信号レベルに応答して、該電圧クランプ機能を呼び起こすことを避けるための十分に低い温度測定電圧を提示し、
    前記変換回路出力において、そして該第一の制御信号レベルに応答して、該検出ポートにおける該クランプされた電圧に対応し、かつ正規化電圧範囲内の前記正規化電圧を提示し、
    該変換回路出力において、そして該第二の制御信号レベルに応答して、該正規化電圧範囲内の、かつ該識別デバイスの温度に対応する該温度測定電圧を提示するように
    さらに構成される、
    請求項６に記載のＴＭＩＤデバイス。
  8. 前記第一の制御信号レベルに応答して、前記識別デバイスを通る第一の電流を提供し、かつ前記第二の制御信号レベルに応答して、電流を提供しないように構成された第一のトランジスタと、
    該第一の制御信号レベルに応答して、該識別デバイスを通る第二の電流を提供するように構成された第二のトランジスタと、
    制御信号が、該第一の制御信号レベルから該第二の制御信号レベルに変更された後のある期間の間、該第二のトランジスタが、該第二の電流を該期間の間に提供することを可能にするために、適切な第二のトランジスタバイアス電圧を維持するように構成されたバイアス蓄積回路と
    をさらに備える、請求項７に記載のＴＭＩＤデバイス。
  9. ２つの抵抗器と、
    前記第一の制御信号レベルに応答して、該２つの抵抗器とともに分圧器を形成するように構成された第三のトランジスタであって、該分圧器は、前記クランプされた電圧を前記正規化電圧に調整するように構成されている、第三のトランジスタと
    をさらに備える、請求項８に記載のＴＭＩＤデバイス。
  10. 前記第一のトランジスタのソースと前記検出ポートとの間に接続された第一の抵抗器であって、該第一のトランジスタのゲートは、前記制御信号を受信するように構成されている、第一の抵抗器と、
    前記第二のトランジスタのソースと該検出ポートとの間に接続された第二の抵抗器であって、該第二のトランジスタのゲートは、前記バイアス蓄積回路に接続されている、第二の抵抗器と
    をさらに備える、請求項８に記載のＴＭＩＤデバイス。
  11. 前記バイアス蓄積回路は、
    前記第二のトランジスタのゲートと電圧供給源との間に接続されたコンデンサと、
    該第二のトランジスタのゲートと前記第一のトランジスタのゲートとの間に接続されたダイオードと
    を備える、
    請求項１０に記載のＴＭＩＤデバイス。
  12. 前記コントローラに応答して前記制御信号を生成するように構成された、汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）ポートをさらに備える、請求項８に記載のＴＭＩＤデバイス。
  13. 前記ＡＤＣのための基準値は、前記クランプされた電圧を下回る、請求項６に記載のＴＭＩＤデバイス。
  14. 前記基準値は、前記正規化電圧範囲の上限の値に等しい、請求項１３に記載のＴＭＩＤデバイス。
  15. 前記クランプされた電圧は、前記温度測定電圧を上回り、かつ前記正規化電圧範囲の最大のレベルを上回る、請求項６に記載のＴＭＩＤデバイス。
  16. 電圧クランプネットワークを温度感知要素と並列に備える識別デバイスの、識別値および温度を判定する温度測定および識別（ＴＭＩＤ）デバイスであって、該電圧クランプネットワークは、電圧が識別電圧範囲の下限の電圧以上のときには、コネクタにおける該電圧を該識別電圧範囲に制限するように構成され、該ＴＭＩＤデバイスは、
    識別状態の間に該電圧を温度測定電圧範囲内の正規化識別電圧にシフトするように構成された変換回路であって、該温度測定電圧範囲は、クランプされた電圧を下回る上限の温度測定電圧を有する、変換回路と、
    該正規化識別電圧に基づいて、該識別値を判定するコントローラと
    を備える、ＴＭＩＤデバイス。
  17. 前記変換回路は、前記識別状態の間に前記検出ポートにおいて、前記クランプされた電圧を該検出ポートにおいて作り出すために、クランプ回路のクランプ機能を呼び起こすための十分に高い識別測定電圧を提示するようにさらに構成される、請求項１６に記載のＴＭＩＤデバイス。
  18. 前記変換回路は、温度測定状態の間に前記検出ポートにおいて、前記電圧クランプ機能を呼び起こすことを避けるための十分に低い温度測定電圧を提示するようにさらに構成される、請求項１７に記載のＴＭＩＤデバイス。
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