TW201325086A - 帶有嵌入式數位定序器的開關多工器裝置 - Google Patents

Abstract

一種開關多工器裝置包括多個類比開關以及與所述類比開關進行操作通信的嵌入式數位定序器。所述嵌入式數位定序器包括多個序列控制寄存器。所述嵌入式數位定序器配置為將控制資訊發送給類比開關，所述控制資訊包括單一控制資訊或擴展控制資訊。當進行單一控制操作時，所述擴展控制資訊用於預載入用於開關配置更新的操作資訊。在一個實施方案中，開關多工器裝置包括逐位元鍵控器和資料陣列記憶體，逐位元鍵控器和資料陣列記憶體與所述類比開關和一個或多個序列控制寄存器進行操作通信。

Description

帶有嵌入式數位定序器的開關多工器裝置 【相關申請的交叉引用】

本申請要求於2011年3月29日提交的美國臨時申請No.61/468,639的優先權的權益，該申請的內容通過引用併入。

本發明涉及涉及能夠用於信號處理的開關多工器裝置。

開關多工器裝置為混合信號半導體裝置，其通常用於資料獲取或混合信號系統中。這些裝置提供了類比信號路徑的數位控制。數位控制使得類比路徑能夠經由半導體開關或多工器在裝置的引腳之間連接或斷開。

常規的開關多工器裝置提供開關關斷和接通的基本數位控制，僅有賴於外部數位控制。當需要新的開關配置時，這種外部數位控制耗費時間。即使在典型的資料獲取系統中開關配置重複幾千次，完整的數位初始化發生在各配置變化之間。

開關多工器裝置包括多個類比開關和與所述類比開關操作通信的嵌入式數位定序器。嵌入式數位定序器包括多 個序列控制寄存器。嵌入式數位定序器配置為將控制資訊發送給類比開開關，所述控制資訊包括單一控制資訊或擴展控制資訊。當進行單一控制操作時，擴展控制資訊用於預載入用於開關配置更新的操作資訊。

在下面的詳細說明中，參考附圖，附圖構成說明的部分，並且在附圖中通過示例具體的示例性實施方案的方式顯示。應當理解的是，可以使用其他的實施方案，並且可以進行邏輯的、機械的、和電氣的改動。因此，不應在限制的意義上看待下面的詳細說明。

提供開關多工器裝置，所述開關多工器裝置包括多個可控類比開關和與類比開關操作通信的嵌入式數位定序器。數位定序器包括為開關多工器裝置提供各種功能操作的多個序列控制寄存器。當執行重複的資料獲取測量時，序列控制寄存器和開關多工器裝置內的相關電路結構提高了開關配置更新的速度。

本開關多工器裝置可用於各種電子系統中，諸如使用類比信號處理應用的電子系統。例如，在電子資料獲取系統中，多個開關多工器裝置可用於提供多個感測器和一個或多個類比-數位轉換器之間的連接。另外，開關多工器裝置可用於連接激勵源和被測試單元。

開關多工器裝置可由串列介面實施，但是提供平行介面技術的速度。開關多工器裝置中的嵌入式裝置電平數位 定序降低了資料收集和獲取迴圈期間的介面時間要求、功率消耗和雜訊。

嵌入式數位定序器配置為將控制資訊發送給類比開關，控制資訊包括單一控制資訊或擴展控制資訊。當進行單一控制操作時，擴展控制資訊用於預載入用於開關配置更新的操作資訊。

開關多工器裝置通過降低外部數位控制要求來提高多通道資料獲取系統的資訊通過量(速度)。這是通過將智慧/可編程開關控制定序器嵌入開關多工器裝置內來完成的，這在重複測試/資料獲取應用中加速了開關配置選擇。通過預載入序列參數，開關多工器裝置得知要執行的下個配置並且能夠在諸如1至3個時鐘週期的極短時間段內做出所需的改變。

本方法提供了在裝置級預載入預期重複開關配置序列資訊的機制。“預載入”資訊和支援數位結構使得更改在類比操作之間更快地更新開關配置。本方法還縮減了數位電路路徑。嵌入式序列資訊使得能夠利用串列匯流排互連(從而縮減數位電路路徑)，而滿足或超過平行介面電路的速度。本方法還提供這樣的機制：上游多工器可配置為在共用相同的介面機構且使用相同的半導體基板的同時與下游多工器的操作不同。

本方法在單個裝置中組合智慧數位控制和類比開關裝置。嵌入式序列能力大幅度地減少了開關配置開銷時間。此外，開關陣列的缺省狀態可配置為具有嵌入式模式生成 器。作為實施例，裝置可以經由寄存器設置從(16 x 1)變成(8 x 2)。因此，對於特定應用可以重新配置相同的基本矽基板。

設計可以為下游(N x 1)[例如，(8 x 1)]位置和上游(N x X)[例如，(4 x 2)]位置二者使用相同的矽晶片。這是經由計數寄存器和除寄存器編程來實現的。假定具體該能力，所有的開關可以共用相同的開關控制邏輯。開關多工器裝置具有不同的配置：4 x 2、1 x 8、1 x 16、2 x 16等。這些配置通過由從管芯到裝置封裝件的接合連接來設定。本數位定序器經由嵌入式寄存器的可編程性來支援這些配置(以及更多的配置)。

本開關多工器裝置降低了資料獲取活動的雜訊。單一操作控制在掃描多個通道的同時減少了數位活動，使得“預載入”數位活動在資料獲取開始之前發生。由於較少的數位活動降低了功率分配要求，本開關多工器裝置還減少了功率使用。而且，將嵌入式數位電路放置到裝置中減少了數位操作的寄生負荷。該降低的功率在可擕式系統中非常有利。

由於使用串列互連降低了印製電路板(PCB)不動產要求，開關多工器裝置還節省了空間。本方法還經由可編程嵌入資訊提供了用於改變基本開關配置的機制。這支援類比開關的單端、差接或其他“鏈結”操作。

通過預載入嵌入式模式生成器/定序器，可以快速地執行重複開關配置。這使得經由單一操作能夠改變多個開關/ 裝置的狀態。指令設置可以包括但不限於帶進位/不帶進位元的內部迴圈以及裝置對裝置的菊鏈式迴圈/移位操作。

為了接通和關斷所需的多工器開關，必須發生重複數位通信，通常稱為迴圈。系統軟體測量通道1至XXX上的資料。在完成最後的通道上的測量之後，軟體重定至通道1並且再次重複該過程。這種重複使得顯著減少了開關配置開銷。在裝置級添加上述數位能力大幅度地減少了推進系統的開關配置所需的開銷。

除了正常的串列控制能力之外，提供嵌入式模式定序器。例如，在ROR(迴圈右移)移位元模式下，內部位元定序器模式被移位元以使得能夠控制裝置中的下個開關。因此，通過一次操作，當前關斷的開關被接通，並且關斷了序列中的下個開關。其他實現可以包括算術邏輯單元(ALU)類型的移位元/增加/迴圈選項。

軟體/寄存器初始化

在準備嵌入操作時，內部裝置寄存器載入有預設資料模式。例如，可以採用經由相同的串列路徑控制的三個8開關裝置(24開關)。第一操作是將資料預載入到預設缺省模式寄存器中。這是通過需要48個時鐘週期的標準“串列”處理完成的，如表1所示。

然後，所有的裝置被置於“右移位元”模式下，寫入序列指令寄存器。在該模式下，通過每次操作，資料向右移動一個單元。在完成“移位元週期”時，新的開關接通關斷資訊被鎖存，並且類比開關被相應地重新配置。

通過如表2所示預載入的資料序列，可以通過單次操作來更新整個開關陣列，大幅度地減少了“通道對通道”的配置開銷。

根據指令，資料在串列流中從一個裝置脈動到下一個，或者裝置可將模式從LSB轉回到MSB。在測量樹中，下游多工器能夠迴圈而通過整個系列的開關，而上游裝置在重複之前迴圈而通過四個8通道配置。

結構

開關多工器裝置可以採用各種寄存器、逐位鍵控器和/ 或預載入的模式陣列。這種數位電路與用於寄存器/陣列/裝置初始化和短序列/執行介面能力的數位介面耦合。這種配置提供了控制類比開關狀態的快速、低功率機制。

圖1示出了在開關多工器裝置的寄存器初始化已發生之後的序列執行介面100。介面100向用戶顯示與多個序列控制寄存器有關的資訊，多個序列控制寄存器包括缺省模式寄存器110、計數寄存器112、除寄存器114和指令寄存器116。介面100還顯示了用於嵌入式工作寄存器的資訊，嵌入式工作寄存器例如活躍缺省模式寄存器120、活躍計數寄存器122和活躍除寄存器124。另外，介面100顯示了可顯示于接通或關斷位置的多個類比開關的圖形表示130。介面100還顯示了“輸出”指示器134和“輸入”指示器136。

“串列初始化”按鈕140和“SEQ”按鈕144也顯示在介面100上。這些按鈕與這樣的事實相關：即，圖1和圖2均為用於設計和驗證本開關多工器裝置的程式的修改的螢幕截圖。按鈕140和144使得用戶能夠在裝置級交互地載入主寄存器(通過按鈕140)並且執行序列(SEQ)單次操作(通過按鈕144)。如下文討論的，圖2顯示了使得能夠進行系統級(所有裝置)載入和重複序列演示的類似按鈕(260)。

由序列執行介面100表示的開關多工器裝置能夠在1個時鐘週期至3個時鐘週期的時間段內執行下個SEQ步驟。在圖1所示的示例性實施方案中，開關多工器裝置能 夠在兩個時鐘週期150期間內執行下個SEQ步驟。在其他的實施方案中，開關多工器裝置能夠在一個時鐘脈衝或三個時鐘週期內執行下個SEQ步驟。

圖2描繪了用戶介面200，所述用戶介面200包括用於第一開關多工器裝置的第一序列執行介面210、用於第二開關多工器裝置的第二序列執行介面220、用於第三開關多工器裝置的第三序列執行介面230和用於第四開關多工器裝置的第四序列執行介面240。序列執行介面中的每個包括多個類比開關的圖形表示，以及在諸如圖1所示的開關多工器裝置中多個序列控制寄存器的資訊顯示。第一開關多工器裝置為上游裝置，其作為雙2 x 3開關工作且饋送兩個單獨的類比-數位(AD)轉換器250和252。其他三個開關多工器裝置在帶進位元的右移位元模式下工作，為共同工作的三個開關裝置提供1 x 24輸入。圖2還包括用於初始化和重複序列執行演示的用戶介面按鈕260。

圖3為開關多工器裝置300的框圖，多工器裝置300通常包括嵌入式數位定序器301和提供逐位元(ALU)和存儲陣列(顯式資料)功能的開關控制定序器303。逐位元和存儲陣列功能提供單獨的方法來確定SEQ執行操作。相應地，開關控制定序器303包括逐位鍵控器304和資料陣列記憶體305，逐位鍵控器304和資料陣列記憶體305用於實現單獨方法。外部輸入306和外部輸出308與逐位鍵控器304耦合以向逐位鍵控器304提供外部連接。來自指令寄存器316的資訊在開關多工器裝置300進行解碼以確定當前 哪種方法是活躍的(逐位鍵控器304或資料陣列記憶體305)。

嵌入式數位定序器301包括提供數位定序功能的電路的組合。這些電路一起工作提供當下個“SEQ”發生時控制操作的能力。主寄存器、工作寄存器、支援電路和預載入狀態檢測器為設計的產生嵌入式數位定序功能的部分。下文中進一步詳細地討論這些部件。

嵌入式數位定序器301具有多個序列控制寄存器302，序列控制寄存器302包括主寄存器和工作寄存器。在“預載入”或部分初始化過程中，主寄存器被載入一次。工作寄存器具有在SEQ操作期間內更新的修改內容。

主寄存器包括缺省模式寄存器310、計數寄存器312、除寄存器314、指令寄存器316和模式寄存器318。嵌入式數位定序器301通過前述各個主寄存器提供下述指令： 缺省：起始模式(逐位元)或模式的位址(資料陣列)。

指令：逐位元操作、資料陣列操作或源選擇的選擇。

計數：在裝置返回到缺省模式之前操作的次數。

除：在裝置啟動下個模式之前操作的次數。

模式：單一操作或差接操作-這判定開關控制釋放為在序列操作中串列出現的觸排中各開關觸排的鏡像。

工作寄存器包括回應於來自計數寄存器312的信號的活躍計數寄存器322和響應於來自除寄存器314的信號的活躍除寄存器324。

序列控制寄存器302與具有各種標準輸入的裝置介面 320進行操作通信。在開關多工器裝置300操作期間採用兩種類型的介面方法。裝置介面302上的標準串列介面(STD I/O)用於為主寄存器“預載入”序列/控制資訊。預載入在資料獲取之前進行。在資料獲取期間採用短序列介面(SEQ DET)以將工作寄存器推進到下個配置。SEQ DET從裝置介面320輸出信號以啟動除寄存器324，除寄存器324輸出信號以啟動計數寄存器322，計數寄存器322依次輸出信號到預載入檢測寄存器326。活躍計數寄存器322也輸出信號到執行塊328，執行塊328與逐位鍵控器304可操作地耦合。

裝置介面320也與邏輯模組330進行操作通信用於加電、介面控制和狀態更新。邏輯模組330與源選擇塊332進行操作通信，源選擇塊332提供用於從串列介面直接載入活躍模式寄存器334的信號。邏輯模組330還包括與通電/斷電檢測和裝置狀態報告相關的通用裝置內務操作電路。來自指令寄存器316的輸出與源選擇模組322和逐位元鍵控器304可操作地耦合。這使得指令寄存器316能夠選擇哪個源與活躍模式寄存器334耦合並且也確定逐位鍵控器304要執行的逐位元指令。

模式寄存器318的輸出與活躍模式寄存器334可操作地耦合，活躍模式寄存器334與源選擇塊332進行操作通信。源選擇塊332配置為選擇用於發送給活躍模式寄存器334的來自逐位鍵控器304或資料陣列記憶體305的信號。活躍模式寄存器334及閘驅動器模組336可操作地耦合，門驅動器模組336輸出用於控制多個開關340的信號。

指令寄存器316進行功能的組合。載入的資訊確定源選擇塊332使能哪個路徑、和逐位元鍵控器304執行哪個指令，以及逐位元或存儲資料陣列操作的選擇。

源選擇塊332使能輸入到活躍模式寄存器334的多工。可選擇的路徑可以包括但不限於從串列匯流排直接載入(邏輯模組330)、在SEQ活躍期間從逐位鍵控器304載入、或也是在SEQ活躍期間從資料陣列記憶體305載入。

活躍模式寄存器334直接控制門驅動器336。也就是，無論該寄存器的內容如何，實際的開關裝置狀態將被鏡像。該活躍模式寄存器334也分成兩個寄存器類型。在SEQ操作期間，活躍模式寄存器334為“工作”寄存器，其內容由SEQ操作進行修改。然而，由於其內容可經由擴展串列通路直接載入，活躍模式寄存器334還可用作“主”寄存器。

此外，來自模式控制寄存器318的資訊可以改變活躍模式操作。也就是，一種模式控制操作功能是拆分/未拆分活躍模式寄存器330。這使得可以實現單端和差接操作。

資料陣列記憶體305配置為在預載入操作期間存儲一個或多個資料模式，諸如N x N模式陣列或N x M模式陣列。資料模式可以存儲在離散寄存器、記憶體陣列或其他記憶體裝置中的資料陣列記憶體305中，其他記憶體裝置諸如電可擦除可編程唯讀記憶體(EEPROM)等。

增量塊338與資料存儲陣列305耦合以使得在資料陣列操作期間(如指令寄存器316所示)增量塊338檢測使 得資料位址指標指向資料陣列中的下個模式的邏輯狀態並且發出信號。這樣更新了要發送給源選擇塊332的模式資料。

執行塊328與逐位鍵控器304耦合以使得在逐位元操作期間(如指令寄存器316所示)執行塊328檢測使得逐位鍵控器302執行由指令寄存器316指示的操作的邏輯狀態並且發出信號。

嵌入式數位定序器301提供來自缺省模式寄存器310的缺省模式，缺省模式被載入到逐位元鍵控器304中以提供起始開關配置，並且當計數寄存器322減到零時，所述缺省模式預載入有缺省模式值。缺省模式寄存器310還為資料陣列記憶體305提供起始位置位址。

如果指令記憶體316載入有逐位操作，則逐位鍵控器304在SEQ操作期間執行下個資料模式操作。指令316設置可以包括但不限於帶進位/不帶進位的內部迴圈位元(裝置對裝置菊鏈式迴圈/移位操作)。在逐位操作期間，逐位鍵控器304的輸出輸入源選擇塊332以啟動模式寄存器334。

如果指令寄存器316載入有資料陣列操作，則資料陣列記憶體305提供控制開關的資料模式。在SEQ操作期間，模式的位址由增量塊338增加。在資料陣列操作期間，資料陣列記憶體305的輸出輸入源選擇塊332以啟動模式寄存器334。

逐位鍵控器304使用逐位運算器。用於逐位元運算器 的實施例指令包括迴圈右移(帶進位和不帶進位)、互補、增加和其他。活躍逐位元操作的選擇由指令寄存器316提供。在該實施例中，當SEQ執行情況被解碼時，指令限定從當前開關配置到下個開關配置的轉換操作。在完整的序列設置(通過除和計數值設置)結束時，通過來自缺省模式寄存器310的信號將逐位元鍵控器304復位至“缺省”值。

資料陣列記憶體305配置為將模式資料發送給源選擇塊332(最終給活躍模式寄存器334)。在資料獲取期間，通過來自增量塊338的信號使資料陣列記憶體305中的活躍位置增加。例如，如果位置N是活躍的，當檢測到下個SEQ執行時，位置N+1變得活躍。與逐位操控類似，在整個序列結束時，通過來自缺省模式寄存器310的信號將活躍模式重定至由“缺省”值所指向的值。

開關多工器裝置300經由嵌入式數位能力改進了開關控制。通過預載入主寄存器，可以快速地執行重複的開關配置。這使得能夠經由單次操作改變多個開關狀態。另外，開關多工器裝置300的配置使得在測量樹中可在上游、中游和下游的位置上使用相同的半導體(例如，矽)基板。僅初始化軟體基於位置改變。

在另一實施方案中，本開關多工器裝置可以通過逐位元鍵控器來實現，而不是通過資料陣列記憶體。圖4為該實施方案的框圖，其中，開關多工器裝置400包括嵌入式數位定序器401和提供逐位(ALU)功能的逐位鍵控器404。 開關多工器裝置400包括以與上文討論的裝置300類似的方式運作的類似部件，但是不通過資料陣列記憶體來實施。

因此，嵌入式數位定序器401具有多個序列控制寄存器402，序列控制寄存器402包括主寄存器和工作寄存器。主寄存器包括缺省模式寄存器410、計數寄存器412、除寄存器414、指令寄存器416和模式寄存器418。工作寄存器包括活躍計數寄存器422和活躍除寄存器424。逐位鍵控器404與外部輸入406和外部輸出408耦合。

序列控制寄存器402與具有各種標準輸入的裝置介面420進行操作通信。裝置介面420也與邏輯模組430進行操作通信用於加電、介面控制和狀態更新。邏輯模組430與源選擇塊432進行操作通信。來自指令寄存器416的輸出與源選擇塊432和逐位鍵控器404可操作地耦合。這使得指令寄存器416能夠選擇哪個源與活躍模式寄存器434耦合並且還確定逐位鍵控器404要執行的逐位元指令。

模式寄存器418的輸出與活躍模式寄存器434可操作地耦合，活躍模式寄存器434與源選擇塊432進行操作通信。源選擇塊432配置為接收來自逐位元鍵控器404的用於發送給活躍模式寄存器434的信號。活躍模式寄存器434及閘驅動器436可操作地耦合，門驅動器436輸出用於控制多個開關440的信號。

短序列介面(SEQ DET)將來自裝置介面420的信號輸出給活躍除寄存器424，活躍除寄存器424輸出信號給活躍計數寄存器422，活躍計數寄存器422依次輸出信號給預載 入檢測寄存器426。活躍計數寄存器422也輸出信號給執行塊428，執行塊428與逐位鍵控器304可操作地耦合。執行塊428檢測使得逐位鍵控器404執行由指令寄存器416指示的操作的邏輯狀態並且發出信號。

源選擇塊432使能輸入到活躍模式寄存器434的多工。可選擇的路徑可以包括但不限於從串列匯流排直接載入(邏輯模組430)、在SEQ活躍期間從逐位鍵控器404載入。活躍模式寄存器434直接控制門驅動器436。也就是，無論該寄存器的內容如何，實際的開關裝置狀態將被鏡像。

在又一實施方案中，本開關多工器裝置可以通過資料陣列存儲裝置來實施，而不使用逐位鍵控器。圖5為該實施方案的框圖，其中，開關多工器裝置500包括嵌入式數位定序器501和提供存儲陣列(顯式資料)功能的資料陣列記憶體504。開關多工器裝置500包括以與上文討論的裝置300類似的方式運作的類似部件，但是不通過逐位鍵控器來實施。

嵌入式數位定序器501包括多個序列控制寄存器502，序列控制寄存器502包括主寄存器和工作寄存器。主寄存器包括缺省模式寄存器510、計數寄存器512、除寄存器514、指令寄存器516和模式寄存器518。工作寄存器包括活躍計數寄存器522和活躍除寄存器524。

主寄存器與具有各種標準輸入的裝置介面520進行操作通信。活躍計數寄存器522輸出信號給增量塊538，增量塊538與資料陣列記憶體504可操作地耦合。裝置介面520 也與邏輯模組530進行操作通信用於加電、介面、控制和狀態。邏輯模組530與源選擇塊532進行操作通信。來自指令寄存器516的輸出與源選擇塊532可操作地耦合。資料陣列記憶體504的輸出發送信號給源選擇塊532。

短序列介面(SEQ DET)將來自裝置介面520的信號輸出給活躍除寄存器524，活躍除寄存器524輸出信號給活躍計數寄存器522，活躍計數寄存器522依次輸出信號給預載入檢測寄存器526。模式寄存器518與活躍模式寄存器534可操作地耦合，活躍模式寄存器534與源選擇塊532進行操作通信。活躍模式寄存器534及閘驅動器模組536可操作地耦合，門驅動器模組536輸出用於控制多個開關540的信號。

資料陣列記憶體504配置為在預載入操作期間存儲一個或多個資料模式，諸如N x N模式陣列或N x M模式陣列。增量塊538與資料存儲陣列504耦合，以使得在資料陣列操作期間增量塊538檢測使得資料位址指標指向資料陣列中的下個模式的邏輯狀態並且發出信號。這樣更新了要發送給源選擇塊532的模式資料。

在可選的實施方案中，開關多工器裝置可不通過存儲資料陣列或逐位元鍵控器來實施。圖6圖示了以這樣的方式實施的開關多工器裝置600。開關多工器裝置600適用於僅需要最簡單的定序選項的那些應用。

開關多工器裝置600包括嵌入式數位定序器610，嵌入式數位定序器610包括多個模式控制寄存器612和位元定 序器614。位定序器614實質上為在圖3-圖5中所示的前述實施方案中使用的位元定序電路的子集。也就是，位定序器614使用極少(如果有)的指令。該設計減少了數位內容並且適用於模式選項限於特定需要的裝置。

數字定序器610與中間寄存器616可操作地耦合。模式控制寄存器612包括指令寄存器620、計數寄存器622、除寄存器624、缺省模式寄存器626和模式寄存器628。這些各種寄存器分別與位定序器614和中間寄存器616可操作地耦合。

具有標準輸入的串列介面630與邏輯模組632進行操作通信以用於加電、介面控制和狀態更新。串列介面630也與模組控制寄存器612的各個寄存器和中間寄存器616進行操作通信。中間寄存器616與活躍模式寄存器634可操作地耦合，活躍模式寄存器634及閘驅動器模組636可操作地耦合，門驅動器模組636依次輸出用於控制多個開關640的信號。模式寄存器628輸出信號給活躍模式寄存器634。

任選的SEL輸入641與嵌入式模式控制功能610耦合。任選的外部輸入642和任選的外部輸出644與中間寄存器616耦合以便為開關多工器裝置600提供外部連接。

操作

在根據前述實施方案的開關多工器裝置的操作期間，控制資訊從數位定序器提供給類比開關以控制類比開關的裝置配置(接通/關斷)狀態。控制資訊可以為單一控制資 訊事務和擴展控制資訊事務。“擴展控制”為標準的串列通信，其中主寄存器和/或活躍模式寄存器載入有由多個時鐘/資料週期構成的長串列資料流程。擴展控制用於預載入主寄存器。“單一控制”被鑒別為SEQ操作。作為一個至三個時鐘週期的SEQ用信號通知裝置利用嵌入式數位電路來更新開關配置。

擴展控制資訊用於在主寄存器中預載入操作資訊，當進行單一控制操作時支援快速配置更新。控制資訊可以包括指定在序列中要設置的起始配置的缺省狀態，以及要應用於序列的先前的開關多工器配置和新的開關多工器配置之間的逐位元運算器。在缺省配置被再次應用之前，開關多工器裝置接收與總序列計數有關的控制資訊。在下個序列被應用之前，開關多工器裝置還接收與除和計數資訊有關的控制資訊。

開關多工器裝置還可接收用於將外部進位元逐位元資訊提供給外部裝置的控制資訊。開關多工器裝置還可以接收與從外部裝置接收外部逐位元資訊有關的控制資訊。開關多工器裝置接收與支援單端、差接或多串聯操作的類比開關的模式控制有關的控制資訊。開關多工器裝置可以存儲與之前嵌入單個裝置內的任何組合有關的控制資訊。

開關多工器裝置基於單一控制操作(SEQ)來啟動和執行存儲的資訊。開關多工器裝置還可以基於擴展控制操作來啟動和執行最近期的配置資訊。這添加了“透明”模式，即，由擴展控制操作寫入的資料直接寫入活躍模式寄 存器中。開關多工器裝置可以返回到“序列”執行(同時保持“下個序列執行”的能力)。裝置還可以基於擴展控制操作來返回存儲的配置資訊(讀取操作)。

圖7描繪了用於第一開關多工器裝置710、第二開關多工器裝置720和第三開關多工器裝置730的一系列序列執行介面700。開關多工器裝置在串列結構中實施為“智慧”切換裝置，但是提供並行結構的速度。在操作期間，開關多工器裝置分別被告知同時執行它們的下個SEQ步驟。在圖7所示的示例性實施方案中，開關多工器裝置可以分別在兩個時鐘週期740內執行它們的下個SEQ步驟。在其他的實施方案中，開關多工器裝置可以在一個時鐘脈衝或在三個時鐘週期內執行它們的下個SEQ步驟。

圖8為示例性電子資料獲取系統800的框圖，電子資料獲取系統800能夠實施用於測量切換的開關多工器裝置的前述實施方案中的任一個。資料獲取系統800包括一個或多個感測器810，感測器810能夠從測試下單元812接收資料。至少一個開關多工器裝置830與感測器810進行信號通信。至少一個類比-數位轉換器(ADC)820與開關多工器裝置830進行信號通信。開關多工器裝置830提供感測器810和ADC 820之間的連接。開關多工器裝置830可以為之前圖3-圖6中描述的開關多工器裝置中的任一個。

開關多工器裝置830接收來自感測器810的感測器信號並且將所選的類比信號發送給ADC 820，ADC 820將轉換後信號輸出給進一步信號處理的處理器。開關多工器裝 置830還可以用於其他獲取功能，諸如可選濾波、增益或資料獲取系統800的其他類比子系統。

當開關多工器裝置用於提供用於測試電子單元的激勵時，可以應用各種激勵，諸如電壓、電流、波形等。圖9為示例性電子測試系統900的框圖，電子測試系統900可實施用於激勵切換的開關多工器裝置的前述實施方案中的任一個。測試系統900包括至少一個電子激勵源910，電子激勵源910配置為接收來自處理器的控制信號。至少一個開關多工器裝置920與激勵源910進行信號通信。開關多工器裝置920可以為之前圖3-圖6中描述的開關多工器裝置中的任一個。測試下單元930配置為從開關多工器裝置920接收與用於測試單元的所選激勵對應的信號。

通常，資料獲取系統和測試系統採用附加的開關/多工連接裝置。一般地，這些附加的開關/多工連接裝置包括機械繼電器和/或數位驅動器。數位驅動器還可用於電平轉換。儘管不可以使用固態切換，機械繼電器或數位驅動器的“控制”能夠通過本切換方案來解決。這使得可以相同的基本數位控制格式來控制整個開關裝置。因此，除了標準的固態類比開關之外，本類比開關的快速序列能力可用於驅動外部機械繼電器或數位驅動器和/或電平轉換器。

例如，圖10圖示了通過將繼電器950與類比開關340可操作地耦合而與多個外部機械繼電器950介面的一個實施方案，類比開關340及閘驅動器模組336(上文參考圖3描述)可操作地耦合。圖11圖示了通過將數位驅動器/電平 轉換器960與類比開關340可操作地耦合而與多個數位驅動器/電平轉換器960介面的示例性實施方案，類比開關340及閘驅動器模組336可操作地耦合。

可獲得多種其他的技術利用本類比開關來實現外部裝置的控制。例如，圖12圖示了控制/監測應用1010的示例性實施方案。第一多個類比開關340及閘驅動器模組336可操作地耦合，並且第二多個類比開關350也及閘驅動器模組336可操作地耦合。類比開關340與各個介面控制模組342形式的電路連接，從而控制諸如電動機或功率繼電器的多個外部裝置344。類比開關350與各個介面感測器模組353形式的電路連接，用於監測多個外部感測器測量通道354。

圖12的實施方案圖示了通過本方法如何能夠減少處理器開銷。通過以例如4 x 2配置操作控制/監測應用1010，處理器可以發出一個SEQ信號，SEQ信號不僅關閉/使能外部裝置344，而且連接相關聯的測量點354。由於相同的SEQ信號接合外部裝置344並且還將感測器測量通道354與系統類比-數位轉換器(ADC)360連接，從而減少了處理器開銷。儘管圖12示出了4 x 2配置的控制/監測應用，本方法允許裝置的多種配置用於通道/開關的任意組合中，以滿足系統的控制和監測要求。

儘管本文已經闡述且描述了特定實施方案，所屬領域技術人員應當理解的是，預計實現相同目的的任何佈置可以替代所示的特定實施方案。因此，明確地表明本發明僅 受請求項及其等同佈置的限制。

100‧‧‧序列執行介面

110‧‧‧缺省模式寄存器

112‧‧‧計數寄存器

114‧‧‧除寄存器

116‧‧‧指令寄存器

120‧‧‧缺省模式寄存器

122‧‧‧活躍計數寄存器

124‧‧‧活躍除寄存器

130‧‧‧圖形表示

134‧‧‧“輸出”指示器

136‧‧‧“輸入”指示器

140‧‧‧“串列初始化”按鈕

144‧‧‧“SEQ”按鈕

150‧‧‧兩個時鐘週期

200‧‧‧用戶介面

210‧‧‧第一序列執行介面

220‧‧‧第二序列執行介面

230‧‧‧第三序列執行介面

240‧‧‧第四序列執行介面

250‧‧‧類比-數位轉換器

252‧‧‧類比-數位轉換器

260‧‧‧用戶介面按鈕

300‧‧‧開關多工器裝置

301‧‧‧嵌入式數字定序器

302‧‧‧序列控制寄存器

303‧‧‧開關控制定序器

304‧‧‧逐位鍵控器

305‧‧‧資料陣列記憶體

306‧‧‧外部輸入

308‧‧‧外部輸出

316‧‧‧指令寄存器

318‧‧‧模式寄存器

320‧‧‧裝置介面

322‧‧‧活躍計數寄存器

324‧‧‧活躍除寄存器

326‧‧‧預載入檢測寄存器

328‧‧‧執行塊

330‧‧‧邏輯模組

332‧‧‧源選擇塊

334‧‧‧活躍模式寄存器

336‧‧‧門驅動器模組

338‧‧‧增量塊

340‧‧‧開關

400‧‧‧開關多工器裝置

401‧‧‧嵌入式數字定序器

402‧‧‧序列控制寄存器

404‧‧‧逐位鍵控器

406‧‧‧外部輸入

408‧‧‧外部輸出

410‧‧‧缺省模式寄存器

412‧‧‧計數寄存器

414‧‧‧除寄存器

416‧‧‧指令寄存器

418‧‧‧模式寄存器

420‧‧‧裝置介面

422‧‧‧活躍計數寄存器

424‧‧‧活躍除寄存器

426‧‧‧預載入檢測寄存器

428‧‧‧執行塊

430‧‧‧邏輯模組

432‧‧‧源選擇塊

434‧‧‧活躍模式寄存器

436‧‧‧門驅動器

500‧‧‧開關多工器裝置

501‧‧‧嵌入式數字定序器

502‧‧‧序列控制寄存器

504‧‧‧資料陣列記憶體

510‧‧‧缺省模式寄存器

512‧‧‧計數寄存器

514‧‧‧除寄存器

516‧‧‧指令寄存器

518‧‧‧模式寄存器

520‧‧‧裝置介面

522‧‧‧活躍計數寄存器

524‧‧‧活躍除寄存器

526‧‧‧預載入檢測寄存器

530‧‧‧邏輯模組

532‧‧‧源選擇塊

534‧‧‧活躍模式寄存器

536‧‧‧門驅動器模組

538‧‧‧增量塊

540‧‧‧開關

600‧‧‧開關多工器裝置

610‧‧‧嵌入式數字定序器

612‧‧‧模式控制寄存器

614‧‧‧位定序器

616‧‧‧中間寄存器

620‧‧‧指令寄存器

622‧‧‧計數寄存器

624‧‧‧除寄存器

626‧‧‧缺省模式寄存器

628‧‧‧模式寄存器

630‧‧‧串列介面

632‧‧‧邏輯模組

634‧‧‧活躍模式寄存器

636‧‧‧門驅動器模組

640‧‧‧開關

641‧‧‧SEL輸入

642‧‧‧外部輸入

644‧‧‧外部輸出

700‧‧‧序列執行介面

710‧‧‧第一開關多工器裝置

720‧‧‧第二開關多工器裝置

730‧‧‧第三開關多工器裝置

740‧‧‧兩個時鐘週期

800‧‧‧資料獲取系統

810‧‧‧感測器

812‧‧‧測試下單元

820‧‧‧模組-數位轉換器

830‧‧‧開關多工器裝置

900‧‧‧測試系統

910‧‧‧電子激勵源

920‧‧‧開關多工器裝置

930‧‧‧測試下單元

950‧‧‧外部機械繼電器

960‧‧‧數位驅動器/電平轉換器

1010‧‧‧控制/監測應用

理解附圖僅描述了示例性實施方案且因此不視為對範圍的限制，通過使用附圖將另外具體地、詳細地描述示例性實施方案，在附圖中：圖1描繪了開關多工器裝置的寄存器初始已發生之後的序列執行介面；圖2描繪了用於與其他開關多工器裝置多工的第一開關多工器裝置的序列執行介面；圖3為根據一個實施方案的開關多工器裝置的框圖；圖4為根據另一實施方案的開關多工器裝置的框圖；圖5為根據又一實施方案的開關多工器裝置的框圖；圖6為根據可選實施方案的開關多工器裝置的框圖；圖7描繪了用於在串列結構中實施的多個開關多工器裝置的序列執行介面；圖8為包括根據一個實施方案的開關多工器裝置的電子資料獲取系統的框圖；圖9為包括根據一個實施方案的開關多工器裝置的示例性測試系統的框圖；圖10示出了使用根據一個實施方案的開關多工器裝置與多個外部機械繼電器的介面；圖11示出了使用根據另一實施方案的開關多工器裝置與多個數位驅動器或電平轉換器的介面；以及 圖12示出了使用根據一個實施方案的開關多工器裝置的控制/監測應用。

300‧‧‧開關多工器裝置

301‧‧‧嵌入式數字定序器

302‧‧‧序列控制寄存器

303‧‧‧開關控制定序器

304‧‧‧逐位鍵控器

305‧‧‧資料陣列記憶體

306‧‧‧外部輸入

308‧‧‧外部輸出

310‧‧‧缺省模式寄存器

312‧‧‧計數寄存器

314‧‧‧除寄存器

316‧‧‧指令寄存器

318‧‧‧模式寄存器

320‧‧‧裝置介面

322‧‧‧活躍計數寄存器

324‧‧‧活躍除寄存器

326‧‧‧預載入檢測寄存器

328‧‧‧執行塊

330‧‧‧邏輯模組

332‧‧‧源選擇塊

334‧‧‧活躍模式寄存器

336‧‧‧門驅動器模組

338‧‧‧增量塊

340‧‧‧開關

Claims (39)

1. 一種開關多工器裝置，包括：多個類比開關；以及嵌入式數位定序器，其與所述類比開關進行操作通信，所述嵌入式數位定序器包括多個序列控制寄存器；其中，所述嵌入式數位定序器配置為將控制資訊發送給所述類比開關，所述控制資訊包括單一控制資訊或擴展控制資訊；其中，當進行單一控制操作時，所述擴展控制資訊用於預載入用於開關配置更新之操作資訊。
2. 如請求項1所述之裝置，進一步包括逐位元鍵控器，所述逐位鍵控器與一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信並且配置為限定從當前開關配置到下個開關配置之轉換操作。
3. 如請求項2所述之裝置，其中，所述逐位鍵控器提供起始開關配置並且當計數減至零時被重新載入。
4. 如請求項1所述之裝置，進一步包括資料陣列記憶體，所述資料陣列記憶體與一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述資料陣列記憶體配置為在預載入操作期間存儲一個或多個資料模式。
5. 如請求項4所述之裝置，其中，所述資料陣列記憶體提供存儲之資料模式之起始位置。
6. 如請求項1所述之裝置，其中，所述序列控制寄存器包括缺省模式寄存器、計數寄存器、除寄存器、指令寄 存器和模式寄存器。
7. 如請求項6所述之裝置，進一步包括介面，所述介面與所述序列控制寄存器進行操作通信並且配置為將序列和控制資訊預載入到所述序列控制寄存器中。
8. 如請求項7所述之裝置，進一步包括邏輯模組，所述邏輯模組與所述介面進行操作通信並且配置為提供用於加電、介面控制和狀態更新之信號。
9. 如請求項7所述之裝置，進一步包括中間寄存器，所述中間寄存器與所述介面和所述嵌入式數位定序器進行操作通信。
10. 如請求項9所述之裝置，進一步包括回應於來自所述中間寄存器和所述模式寄存器之信號之活躍模式寄存器。
11. 如請求項10所述之裝置，進一步包括門驅動器模組，所述門驅動器模組與所述類比開關可操作地耦合並且配置為接收來自所述活躍模式寄存器之信號以啟動所述開關。
12. 一種開關多工器裝置，包括：多個類比開關；嵌入式數位定序器，其與所述類比開關進行操作通信，所述嵌入式數位定序器包括多個序列控制寄存器；逐位鍵控器，其與所述類比開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述逐位元鍵控器配置為限定從當前開關配置到下個開關配置之轉換操作；以及 資料陣列記憶體，其與所述類比開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述資料陣列記憶體配置為在預載入操作期間存儲一個或多個資料模式並且在資料獲取期間增加所述資料陣列記憶體中之活躍位置；其中，所述嵌入式數位定序器配置為通過所述逐位鍵控器或所述資料陣列記憶體將控制信號發送給所述類比開關以接通或關斷所述類比開關。
13. 如請求項12所述之裝置，進一步介面，所述介面與所述數位定序器進行操作通信並且配置為將序列和控制資訊預載入到所述序列控制寄存器中。
14. 如請求項13所述之裝置，其中，所述序列控制寄存器包括缺省模式寄存器、計數寄存器、除寄存器、指令寄存器和模式寄存器。
15. 如請求項14所述之裝置，其中，所述逐位元鍵控器配置為接收來自所述缺省模式寄存器和所述指令寄存器之信號。
16. 如請求項14所述之裝置，其中，所述資料陣列記憶體配置為接收來自所述缺省模式寄存器和所述計數寄存器之信號。
17. 如請求項14所述之裝置，進一步包括與所述裝置介面進行操作通信之邏輯模組，以及與所述邏輯模組進行操作通信之源選擇塊。
18. 如請求項17所述之裝置，進一步包括與所述源選擇塊進行操作通信之活躍模式寄存器，所述源選擇塊配置 為提供用於從串列介面直接載入所述活躍模式寄存器之信號。
19. 如請求項18所述之裝置，其中，所述源選擇塊配置為從所述逐位鍵控器或所述資料陣列記憶體中選擇用於發送給所述活躍模式寄存器之信號。
20. 如請求項19所述之裝置，進一步包括門驅動器模組，所述門驅動器模組與所述類比開關可操作地耦合並且配置為接收來自所述活躍模式寄存器之信號以啟動所述開關。
21. 如請求項20所述之裝置，進一步包括增量塊，所述增量塊與所述資料存儲陣列耦合，以使得在資料陣列操作期間所述增量塊檢測使得資料位址指標指向所述資料存儲陣列中之下個模式之邏輯狀態並且發出信號，從而更新要發送給所述源選擇塊之模式資料。
22. 如請求項20所述之裝置，進一步包括執行塊，所述執行塊與所述逐位鍵控器耦合，以使得在逐位操作期間所述執行塊檢測使得所述逐位鍵控器執行由所述指令寄存器指示之操作之邏輯狀態並且發出信號。
23. 一種電子資料獲取系統，包括：一個或多個感測器；與所述一個或多個感測器進行信號通信之至少一個開關多工器裝置，所述開關多工器裝置包括：多個類比開關；以及嵌入式數位定序器，其與所述類比開關進行操作通 信，所述嵌入式數位定序器包括多個序列控制寄存器；以及至少一個類比-數位轉換器，其與所述至少一個開關多工器裝置進行信號通信。
24. 如請求項23所述之系統，進一步包括逐位元鍵控器，所述逐位鍵控器與一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信。
25. 如請求項23所述之系統，進一步包括資料陣列記憶體，所述資料陣列記憶體與一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信。
26. 如請求項23所述之系統，進一步包括：逐位鍵控器，其與所述類比開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述逐位元鍵控器配置為限定從當前開關配置到下個開關配置之轉換操作；以及資料陣列記憶體，其與所述類比開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述資料陣列記憶體配置為在預載入操作期間存儲一個或多個資料模式並且在資料獲取期間增加所述資料陣列記憶體中之活躍位置。
27. 如請求項23所述之系統，進一步包括與所述類比開關可操作地耦合之多個外部機械繼電器。
28. 如請求項23所述之系統，進一步包括與所述類比開關可操作地耦合之多個數位驅動器或電平轉換器。
29. 一種電子測試系統，包括：至少一個電子激勵源； 至少一個開關多工器裝置，其與所述激勵源進行信號通信，所述開關多工器裝置包括：多個類比開關；以及數位定序器，其與所述類比開關進行操作通信，所述數位定序器包括多個序列控制寄存器；其中，所述數位定序器配置為將控制資訊發送給所述類比開關以使得所述開關將所選之激勵發送給測試下單元。
30. 如請求項29所述之系統，進一步包括逐位元鍵控器，所述逐位鍵控器與一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信。
31. 如請求項29所述之系統，進一步包括資料陣列記憶體，所述資料陣列記憶體與一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信。
32. 如請求項29所述之系統，進一步包括：逐位鍵控器，其與所述類比開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述逐位元鍵控器配置為限定從當前開關配置到下個開關配置之轉換操作；以及資料陣列記憶體，其與所述類比開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述資料陣列記憶體配置為在預載入操作期間存儲一個或多個資料模式並且在資料獲取期間增加所述資料陣列記憶體中之活躍位置。
33. 如請求項29所述之系統，進一步包括與所述類比開關可操作地耦合之多個外部機械繼電器。
34. 如請求項29所述之系統，進一步包括與所述類比開關可操作地耦合之數位驅動器或電平轉換器。
35. 一種控制和監測系統，包括：至少一個開關多工器裝置，其包括：第一多個類比開關；第二多個類比開關；以及嵌入式數位定序器，其與所述類比開關進行操作通信，所述嵌入式數位定序器包括多個序列控制寄存器；多個介面控制模組，其與所述第一多個類比開關可操作地耦合以控制多個外部裝置；多個介面感測器模組，其與所述第二多個類比開關可操作地耦合以監測多個外部感測器測量通道。
36. 一種用於開關多工器裝置之序列執行介面，所述序列執行介面包括：多個類比開關之圖形表示，其配置為描繪處於接通或關斷位置之所述類比開關；以及用於所述開關多工器裝置中之多個序列控制寄存器之資訊顯示。
37. 一種用於多個開關多工器裝置之用戶介面，所述用戶介面包括：用於第一開關多工器裝置之序列執行介面，所述序列執行介面包括：多個類比開關之圖形表示，其配置為描繪處於接通或關斷位置之所述類比開關；以及 用於所述第一開關多工器裝置中之多個序列控制寄存器之資訊顯示；以及用於與所述第一開關多工器裝置可操作地耦合之兩個或多個開關多工器裝置中之每個之兩個或多個附加序列執行介面，所述兩個或多個附加序列執行介面各自包括：多個類比開關之圖形表示；以及用於多個序列控制寄存器之資訊顯示。
38. 一種操作開關多工器裝置之方法，所述方法包括：將控制資訊預載入到所述開關多工器裝置中之多個序列控制寄存器中；將所述控制資訊發送給所述開關多工器裝置中之多個類比開關；以及基於所述控制資訊來啟動所述類比開關以接通或關斷。
39. 如請求項38所述之方法，其中，所述開關多工器裝置包括：逐位鍵控器，其與所述類比開關和一個或多個所述序列控制寄存器可操作地通信，所述逐位鍵控器限定從當前開關配置到下個開關配置之轉換操作；以及資料陣列記憶體，其與所述類比開關和一個或多個所述序列控制寄存器可操作地通信，所述資料陣列記憶體在所述預載入期間存儲一個或多個資料模式並且在資料獲取期間增加所述資料陣列記憶體中之活躍位置。