TWI451701B - 電動機控制設備中的類比至數位轉換器 - Google Patents

電動機控制設備中的類比至數位轉換器 Download PDF

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Description

電動機控制設備中的類比至數位轉換器
本發明一般涉及類比至數位轉換器(ADC)的新穎實現，並在一些實施方案中涉及ADC，其配置用於例如可在諸如硬碟驅動電動機、冷卻扇、用於裝置的驅動電動機等的各種應用中使用的直流(DC)電動機。
電動機使用電能來產生機械能。電動機被用於大量的應用中，包括多種不同家用電器、泵、冷卻扇等。電動機一般能夠被分類為交流(AC)電動機或直流(DC)電動機。
電動機一般包括轉子和定子，轉子是電動機的非固定(移動)部分，定子是電動機的固定部分。定子一般作為場磁體(例如電磁體)運行，與電樞相互作用來在轉子中引發運動。電動機的電線和磁場(通常在定子中)被佈置，使得轉矩關於轉子軸產生，引起轉子的旋轉。電動機通常也包括換向器，該換向器是在電動機中週期性地將電流方向反向的電開關，幫助在轉子中引發運動。電樞在電動機中運送電流且一般垂直於磁場而定向，且轉矩被生成。電樞的目的是運送電流越過磁場，因此在電動機中產生軸扭矩並生成電動勢(「EMF」)。
在典型的有刷直流電動機，轉子包括旋繞在軸上的一個或多個線圈。電刷被用於在轉子上與一組電觸點(稱為換向器)做機械接觸，在直流電源和電樞線圈繞組之間形成電路。當電樞在軸上旋轉時，固定電刷與旋轉換向器的不同部分接觸。換向器和電刷系統形成一組電開關，每個依次打開，使得電功率總是流過最靠近固定定子(永磁體)的電樞線圈。因此電功率源連接到轉子線圈，引起電流流動且產生電磁。電刷被用於擠壓轉子上的換向器且給旋轉軸提供電流。當轉子轉動時，換向器引起線圈中的電流轉向，阻止轉子的磁極與定子場的磁極總是完全對齊，因此保持轉子的旋轉。電刷的用處是在電動機中產生摩擦且導致維護問題且降低效率。
在無刷直流電動機設計中，換向器/電刷裝置元件(實際上是機械的「旋轉開關」)被與轉子位置同步的電子開關代替。無刷直流電動機因此具有電子控制的換向系統，而不是基於電刷的機械換向系統。在無刷直流電動機中，電磁體不移動，而是永磁體旋轉而電樞保持靜止。這避免了必須將電流傳送到移動電樞的問題。無刷直流電動機給予了一些勝過有刷直流電動機的優點，包括更高的效率和可靠性、降低的雜訊、更長的壽命(無電刷腐蝕)、來自換向器的電離火花的消除、以及電磁干擾(EMI)的總體減少。
在一些應用中用於減少功率的一個技術是三相無刷電動機的引入。用於這些電動機的驅動電子器件通常依靠霍爾元件(霍爾效應感測器)來隨時檢測轉子的絕對位置，而且開關驅動電晶體來保持電動機旋轉。霍爾效應感測器是改變其輸出電壓以回應磁場中變化的換能器。電動機經常以「Y」配置而電連接，如此命名是由於與字母「Y」相似。三個線圈的共同點連接到電源，而且驅動電子器件開關驅動電晶體，以保持轉動電動機所需要的旋轉電磁場。
第二種方法要求使用六(6)個驅動電晶體。在這個配置中，一高側和低側對及時地在任何點上處於工作狀態，完成電路穿過電動機三條支線中的兩條。利用未通電線圈作為磁感測器來確定轉子位置被稱為反電動勢檢測。本技術的積極性是消除相對昂貴的霍爾元件和相關電子器件。BEMF換向技術成功地應用於大範圍的電動機。
為了控制電動機對於給定命令(電壓或PWM占空比)的速度，通常產生誤差信號。理論方法是當轉子經過定子線圈時測量BEMF信號的斜率，且使用那個資訊來確定轉子的位置。想法是如果BEMF信號如偏離它的中點，這表明轉子脫離電換向。如果BEMF信號是過高且早，這表明轉子旋轉快於電換向。同樣，過低且晚的BEMF信號表明轉子旋轉慢於電換向。
過去數位電路中開發這種類型的誤差信號需要微控制器或微處理器和高速類比至數位轉換器(ADC)。可選擇的是開發類比電路來生成參考脈衝序列，而且使用類比部件來將BEMF信號鎖相。所有這些解決辦法通常涉及重大成本、複雜性、以及相對大或多的晶片和外部部件。實現ADC的更簡單、簡潔方式，例如使得微控制器、鎖相環、和/或前面解決辦法所需要的複雜比例-積分-微分(PID)控制不一定是必要的，其會是期望的。特別是，能夠檢測無刷電動機控制所需要的BEMF信號的正和負斜率的這種ADC是所期望的。
用於將類比電壓信號數位化的系統和方法的各種實施方案被呈現。該系統可包括斜波發生器、一個或多個比較器和邏輯電路。斜波發生器能夠以如此方式耦合到一個或多個比較器，以便提供斜波信號作為一個或多個比較器的輸入信號。一個或多個比較器的每個也可被配置成接收第一電壓信號。斜波發生器也可耦合到邏輯電路來從邏輯電路接收控制資訊。一個或多個比較器可耦合到邏輯電路來從一個或多個比較器中的每個提供輸出到邏輯電路。
在一些實施方案中，系統也可包括採樣和保持電路，這在一些實施方案中可以是差分採樣和保持電路。採樣和保持電路可被配置成接收第一電壓信號且將第一電壓信號輸送到一個或多個比較器。在一些實施方案中(例如，如果採樣和保持電路是差分採樣和保持電路)，採樣和保持電路可被配置成接收被採樣的電壓信號和第一參考電壓信號，而且產生第一電壓信號。在一些實施方案中，斜波發生器也可配置成接收參考電壓信號(例如，第二參考電壓信號)。第一參考電壓信號和第二參考電壓信號可在一些實施方案中基於共同的基準參考電壓信號。應注意到，以上段落中提到的電壓信號可以是類比電壓信號。在一些實施方案中，採樣和保持電路和/或一個或多個比較器中的任何一個可被配置成減少它們的偏移電壓，例如，可具有「自動調零」的能力。
系統可被配置成實現用於將類比電壓信號數位化的方法。例如，方法可如下述被實現。第一電壓信號可在比較器接收。斜波信號可在比較器接收。斜波信號可以已由斜波發生器生成。根據一些實施方案，斜波信號能是三角斜波信號。比較器可生成輸出信號。輸出信號可表明是類比電壓信號還是斜波信號更大。在一些實施方案中，輸出信號可包括數位脈衝序列。比較器可將輸出信號輸送到邏輯電路。邏輯電路也可將控制資訊輸送到斜波發生器，該斜波發生器可使用該控制資訊生成斜波信號。邏輯電路可基於來自比較器的輸出信號和邏輯電路輸送到斜波發生器的控制資訊來確定第一電壓信號的數位表示。
在一些實施方案中，方法也包括在採樣和保持電路接收第一電壓，和從採樣和保持電路將第一電壓信號輸送到比較器。在一些實施方案中(例如，如果採樣和保持電路是差分採樣和保持電路)，方法可包括在採樣和保持電路接收被採樣的電壓信號和接收第一參考電壓信號。採樣和保持電路可然後將第一電壓信號輸送到比較器。第一電壓信號可以是基於被採樣的電壓信號和第一參考電壓信號之間的差值的差分電壓信號。
在一些實施方案中，一個或多個比較器可包括兩個比較器。採樣和保持電路可因此被耦合到每個比較器，而且可被配置成基於第一電壓信號的標記而將第一電壓信號輸送到兩個比較器中的一個。
在一些實施方案中，方法也可包括斜波發生器接收第二參考電壓信號。第二參考電壓信號可由斜波發生器使用(例如，除了來自邏輯電路的控制資訊)來生成斜波信號。第二參考電壓信號和第一參考電壓信號可以都與基準參考電壓信號成比例。
在一些實施方案中，從邏輯電路輸送到斜波發生器的控制資訊可以是時鐘信號。因此，在一些實施方案中，通過斜波發生器的斜波信號的生成可基於時鐘信號和參考電壓。類似地，在一些實施方案中，第一電壓信號的數位表示的確定可基於時鐘信號和一個或多個比較器的輸出。
雖然本發明允許各種修改和可選擇形式，其具體實施方案通過實施例的方式在圖中顯示而且在此詳細描述。然而，應理解，繪圖和其詳述不旨在將本發明限制到公開的特定形式，但相反，本發明覆蓋屬於所附申請專利範圍所限定的本發明的精神和範圍的所有修改、等效物和可選擇形式。
本公開內容涉及類比至數位轉換器(ADC)的新穎實現。以下描述大部分指向ADC的一組特定實現，例如，用於電動機驅動控制中。相信很多在此描述的實施方案特別適合用於這種應用中。然而，應容易認識到，很多在此描述的實施方案和在此描述的實施方案的變化也可以或可選擇地適合於使用ADC的各種其他應用中的任何一種。
圖1-　具有驅動控制邏輯的電動機的電路圖
圖1說明電動機和可能需要ADC的其驅動控制邏輯100的簡化電路圖。在一個實施方案中，電動機可以是無刷、三相電動機。因此，電動機可以包括可包含三對電磁體的定子102。每對電磁體可具有相應一對電晶體104A-B、106A-B、108A-B，例如，場效應電晶體(FET)。用於各對電磁體的電晶體可由驅動控制邏輯100控制。驅動控制邏輯100可以是配置成執行用於控制電動機的各種操作的電子邏輯。
驅動控制邏輯100可需要來執行以便控制電動機的操作中的一個可包括採樣電壓和將那些電壓轉換到數位值。例如，為了精確地控制電動機，獲得轉子位置的指示是必要的。例如，電動機可包括用於感應電動機位置的霍爾感測器，或可使用跨越電磁體感生的BEMF電壓。無論哪種情況，被採樣的電壓可能需要被轉換成數位值，由驅動控制邏輯100用於控制電動機。因此，至少在一些實施方案中，驅動控制邏輯100可包括ADC，例如，根據關於圖2和3的以下描述的實施方案中的任何一個的ADC，用於確定類比電壓信號的數位表示。
圖2-　類比至數位轉換器的電路圖
圖2是根據一個實施方案的顯示類比至數位轉換器(ADC)的高階電路圖。ADC可配置成確定類比輸入電壓的數位表示，也就是說，將類比信號轉換成數位信號。ADC可包括比較器202、斜波發生器204和邏輯電路206，以這種方式耦合在一起，以便提供圖2所示的信號流。在各種實施方案中，ADC在需要時可另外配置有一個或多個其他電路元件。例如，圖3的ADC可以是具有幾個可能的附加電路部件的圖2的ADC的示例性實現。因此應認識到，根據各種實施方案，任意數量的除圖2所示的那些之外的其他電路部件也是可能的。也可仔細考慮實施方案，其中在此描述的ADC在更大電路中形成電路部分；例如，ADC可被實現為用於在一些實施方案中控制圖1所示的電動機的驅動控制邏輯100中的積體電路的一部分。另外，應注意到，在此描述和顯示的電路元件中的每個(例如，比較器、斜波發生器、信號和保持電路等)可在任意多種方式中實現，而且這些術語的使用不應考慮限制到任何具體實現，而應考慮為任何電路元件的表示，其配置成提供關於其所描述的功能。
根據一些實施方案，ADC的信號流可概述如下。比較器202可配置成接收輸入電壓和斜波信號。斜波信號可通過從斜波發生器204的耦合被輸送到比較器；斜波發生器204也可耦合到邏輯電路206。邏輯電路206和斜波發生器204之間的耦合可被用來從邏輯電路206輸送控制資訊(例如，斜波發生器生成斜波信號所使用的資訊)到斜波發生器204。邏輯電路也可以這種方式耦合到比較器202，以便從比較器202接收輸出信號。來自比較器202的輸出信號可指示是輸入電壓還是斜波信號更大。
如上述，邏輯電路206可給斜波發生器提供控制資訊。在一些實施方案中，邏輯電路206可包括產生時鐘信號的系統時鐘。從邏輯電路輸送到斜波發生器的控制資訊可包括時鐘信號。斜波發生器204可因此接收時鐘信號，而且可基於時鐘信號生成斜波信號。例如，斜波信號的頻率和/或振幅可基於時鐘信號。因為斜波信號可基於系統時鐘，所以邏輯電路206可能能夠確定在任何給定時間處的斜波信號的電壓的數位表示。
比較器202，如上註釋，可配置成比較輸入電壓和斜波信號的電壓。因此，在斜波信號的波谷，比較器的輸出可指示輸入電壓更大。當斜波信號增加(即斜波向上)，斜波信號的電壓將最終變得比輸入電壓大。這時，比較器將轉換輸出，指示斜波信號更大。因此，在一些實施方案中，當比較器的輸出轉換時，邏輯電路206可確定斜波信號的電壓的相應數位表示(例如，利用與斜波發生器校準的計數器)，這將潛在地使輸入電壓與高精確度搭配。
也仔細考慮利用斜波發生器和比較器來確定類比輸入電壓的數位表示的其他方式。例如，在一些實施方案中，斜波發生器204可生成三角斜波信號，例如，該三角斜波信號的最大電壓是可編程的，且該三角斜波信號與系統時鐘頻率同步。如果這樣，當斜波信號在斜波信號的上升沿和斜波信號的下降沿越過輸入電壓信號時，比較器可轉換它的輸出，產生數位串列脈衝序列。因為邏輯電路知道斜波信號的頻率和振幅(例如，基於邏輯電路給斜波發生器提供的控制資訊)，所以這個脈衝序列可由邏輯電路使用來確定類比輸入電壓的數位表示。
因為基於斜波的與輸入電壓的比較可不提供暫態結果，所以在一些實施方案中，ADC還包括採樣和保持電路，例如，以便當被採樣的輸入電壓被轉換時，將被採樣的輸入電壓大體上保持在定值。當ADC功能被執行時，採樣和保持電路因此可接收被採樣的電壓且將它保持為對比較器的穩定輸入。在一些實施方案中，採樣和保持電路給比較器僅提供大體上與被採樣的電壓相同的輸入電壓；可選擇地，採樣和保持電路可給被採樣的電壓提供放大和/或其他修改。例如，在圖3所示的實施方案中(如用另外的方面進一步描述的)，採樣和保持電路可以是差分採樣和保持電路。
如本領域中已知的，諸如比較器與採樣和保持電路的電路元件通常具有與固有溫度和/或過程相關的偏移電壓。因為這些偏移電壓可能在類比至數位轉換的精確度上具有顯著效果，所以在一些實施方案中使用具有「自動調零」能力的這種電路部件是需要的。換句話說，一個或多個比較器和/或採樣和保持電路可配置成減少(例如，通過估計和消除)它們的偏移電壓。
圖3-　類比至數位轉換器的電路圖
圖3是根據一個實施方案的顯示ADC的高階電路圖。在一些實施方案中，諸如圖3所示的ADC可用於電動機驅動控制電路中；例如，圖3所示ADC的檢測正斜率和負斜率(如下所述)兩者的潛在能力可使ADC在許多情況下適用於電動機控制所需要的BEMF電壓。
像圖2所示的ADC，圖3所示的ADC可配置成確定類比輸入電壓的數位表示；圖3所示的ADC包括圖2所示的電路元件，而且可因此真正地被考慮為圖2所示ADC的一個可能擴大實現的實施例。因此，與圖2所示的ADC一樣，在各種實施方案中，ADC在需要時可另外用一個或多個其他電路元件配置；可選擇地，或另外，圖3所示電路元件的一個或多個在一些實施方案中不需要。也仔細考慮實施方案，其中ADC形成更大電路的電路部分。與圖2所示的電路一樣，應注意到，在此描述和顯示的電路元件中的每個(例如，比較器、斜波發生器、信號和保持電路等)可在任意多種方式中實現，而且這些術語的使用不應被認為限制到任何具體實現，而應被認為是配置成提供關於其所描述的功能的任何電路元件的表示。
雖然根據圖2描述，ADC可包括邏輯電路206和斜波發生器204。根據一些實施方案，邏輯電路206可因此給用於生成斜波信號(例如，三角斜波信號)的斜波發生器提供控制資訊(例如，時鐘信號)。ADC可包括兩個比較器202A、202B，它們每個可接收斜波信號且它們每個可給邏輯電路206提供輸出。儘管斜波信號顯示為被提供到比較器202A的反相輸入和比較器202B的非反相輸入，但是在一些實施方案中，斜波信號可被提供到非反相輸入(或反相輸入)用於兩個比較器；比較器輸入的配置可聯合採樣和保持電路208和/或邏輯電路206而被配置。
以這種方式耦合到比較器中的每個以便給每個比較器提供輸入的採樣和保持電路208，可以是差分採樣和保持電路208。差分採樣和保持電路可配置成接收兩個(或多個)輸入電壓，例如，被採樣的輸入電壓和第一參考輸入電壓。差分採樣和保持電路208可因此提供差分電壓作為比較器202A、202B的輸入電壓。應注意到，儘管比較器202A的輸入電壓顯示為被提供到比較器202A的非反相輸入，而比較器202B的輸入電壓顯示為被提供到比較器202B的反相輸入，但在一些實施方案中(例如，如果斜波信號被提供到兩個比較器的反相(或非反相)輸入)，來自差分採樣和保持208的輸入信號可被提供到兩個比較器的非反相(或反相)輸入。此外，在一些實施方案中，差分採樣和保持208可配置成提供兩個不同的輸出；例如，差分採樣和保持可配置成提供正差分電壓作為一個比較器的輸入電壓且提供負差分電壓作為另一個比較器的輸入電壓。因此，在這種情況下，一個比較器可接收第一(例如正)輸入電壓，而另一個比較器可接收第二(例如負)輸入電壓。
然後，考慮一個實施方案，其中比較器202A從差分採樣和保持208接收正差分輸入電壓，而比較器202B從差分採樣和保持208接收負差分輸入電壓。比較器每個也可從斜波發生器204接收斜波信號。對於這個實施例，考慮三角斜波信號，其頻率和振幅由來自邏輯電路206的控制資訊(例如，時鐘信號)確定。每個比較器然後將產生數位脈衝序列作為它的輸出。基於脈衝的寬度(和用來生成斜波信號的控制資訊)，邏輯電路可能能夠精確地確定輸入電壓的數位表示。另外，在一些實施方案中，比較器的輸出可耦合到XOR門(例如，在邏輯電路前或內)，以便需要時形成到邏輯電路的數位脈衝序列。
在一些實施方案中，斜波發生器與差分採樣和保持電路也可利用參考電壓，例如，基於能帶隙電壓參考源所提供的參考電壓。例如，考慮到實施方案，其中差分電壓(基於被採樣的電壓和第一參考電壓)在差分採樣和保持208通過第二參考電壓而偏移，而斜波信號在斜波發生器通過第三參考電壓而偏移。第二和第三參考電壓可基於相同的基準參考電壓(例如，由能帶隙電壓參考源提供)；例如，每個可與基準參考電壓成比例─在一些實施方案中，第二和第三參考電壓可以甚至是相同的。第二和第三參考電壓在圖3中各自顯示為Vz1 和Vz2 。也應注意到，信號和保持與斜波發生器的共同基於的參考電壓Vz1 和Vz2 甚至能用於不使用「第一參考電壓」的實施方案中。
如圖3所示，在一些實施方案中，ADC也可包括多工器210和濾波器212。例如，如果ADC用於驅動控制邏輯，例如在被採樣的BEMF電壓上執行類比至數位轉換，則有多於一個的被採樣的電壓源。在三相電動機中，通常有被用來在不同時間採樣BEMF電壓的三組線圈。多工器210因此被用來選定電壓可被採樣的電壓通道(例如，Vu 、Vv 或Vw ，各自用於線圈組U、V和W)。被採樣的電壓可被輸送通過濾波器212(該濾波器212需要時可在被採樣的電壓上執行一個或多個過濾操作)到達差分採樣和保持208。上面提到的第一參考電壓(例如，Vy )，也可通過多工器210和212來輸送到差分採樣和保持208。如上註釋，差分採樣和保持208所產生的差分電壓可以是被採樣的電壓(例如，Vu 、Vv 或Vw )和第一參考電壓(例如，Vy )之間的差分電壓。在各種實施方案中，邏輯電路也可耦合到多工器210、濾波器212和差分採樣和保持208中的一個或多個，以提供命令和/或控制資訊(例如，選定電壓通道Vu 、Vv 或Vw ，從該電壓通道來採樣電壓)。
在一些實施方案中(例如，電動機控制)，多個電壓採樣有時可從給定的電壓通道取得，例如在不同的時間。例如，在電動機實現中採樣BEMF，可能期望確定BEMF電壓的斜率。因此，考慮到一些實施方案，其中三個電壓採樣在電動機的換向週期的相位內的特定時間從電壓通道取得。通過採樣三個電壓且將它們轉換成數位表示，BEMF電壓的(正或負)斜率可被確定。
斜波發生器與時鐘信號的頻率的同步可給ADC提供顯著的靈活性。例如調節時鐘頻率(例如，利用時鐘分頻器或可編程振盪器)可有效地修改ADC的範圍。因此，當轉換的解析度相對ADC的範圍大體上恆定時，ADC的範圍能夠按比例縮小以獲得高解析度轉換用於很小的電壓信號，而不失去按比例增加和縮小且仍然獲得好的轉換用於相對大的電壓信號的能力。
除了(或代替)提供類比電壓信號至類比電壓信號的數位表示的精確轉換，比較器所提供的數位脈衝序列需要時可用於一個或多個其他功能。例如，因為脈衝序列可有效地與系統時鐘同步，所以某些脈衝信號可被認為是表示諧波的多個時鐘信號；因此，在一些實施方案中，除其他可能性，諸如在此描述的電路能夠用來檢測鎖相環。
圖4-　說明用於將類比電壓信號數位化的方法的流程圖
圖4是根據一個實施方案的說明用於將類比電壓信號數位化的方法的流程圖。根據一些實施方案，方法可由ADC實現，像圖2和3所示的ADC中的一個。儘管方法被顯示為以特定順序執行，但應注意到，根據不同的實施方案，步驟中的一個或多個可同時執行和/或以不同於所示的順序被執行。另外，需要時，一個或多個所示步驟可被省略，和/或一個或多個附加步驟可被執行。
在402，被採樣的電壓信號可在採樣和保持電路處被接收。被採樣的電壓信號可以是需要數位表示的電壓信號。可選擇地，(例如，如果被採樣的電壓信號已經歷信號調整和/或其他操作)，被採樣的電壓信號可基於需要數位表示的電壓信號。在一些實施方案中，採樣和保持電路僅保持被採樣的電壓信號大體上穩定作為比較器的輸入(第一電壓信號)。
可選擇地，採樣和保持電路在一些實施方案中可以是差分採樣和保持電路。採樣和保持電路可以例如也接收參考電壓信號，而且可產生第一電壓信號，該第一電壓信號例如是基於被採樣的電壓信號和參考電壓信號之間差值的差分信號。在一些實施方案中，採樣和保持電路可產生第一電壓信號的正和負的形式。另外，在一些實施方案中，採樣和保持電路也可接收第二參考電壓，其在產生第一電壓信號時可用作偏移。例如，代替僅產生正差分信號和負差分信號，在一些實施方案中，正差分信號可以是添加到第二參考電壓信號的差分信號，而負差分信號可以是從第二參考電壓信號減去的差分信號。也應注意到，在上面實施方案中的任何一個中，採樣和保持所產生的信號在需要時可以被放大。
在404，第一電壓信號可從採樣和保持電路輸送到比較器。根據上述實施方案中的任何一個，第一電壓信號可由採樣和保持電路產生。例如，如果僅有一個比較器，第一電壓信號僅是被採樣的電壓信號，或是被採樣的電壓信號的放大形式。如果有兩個比較器，例如，根據上述實施方案中的任何一個，第一電壓信號可能是差分信號。比較器可接收第一電壓信號，而第二比較器可接收第二電壓信號(例如，該第二電壓信號可以與第一電壓信號相同，可以是第一電壓信號的負的形式，或可以相對第一電壓信號用別的方法修改)。
在406，控制資訊可由邏輯電路輸送到斜波發生器。控制資訊可包括時鐘信號，例如來自系統時鐘。在一些實施方案中，時鐘信號可以是可變的；例如，時鐘分頻器或可編程振盪器可用來控制時鐘信號的頻率。
在408，斜波信號可由斜波發生器生成且輸送到比較器。斜波信號可基於例如來自系統時鐘的時鐘信號生成。例如，斜波信號的頻率和/或振幅(例如，最大和/或最小電壓)可基於時鐘信號。在一些實施方案中，斜波信號也可基於參考電壓(「第三參考電壓」)生成。第三參考電壓可用來偏移斜波信號。第三參考電壓可基於基準參考電壓，這在一些實施方案中是第二參考電壓所基於的相同基準參考電壓(例如，可由能隙電壓參考源所產生)。因此，在一些實施方案中，第一電壓信號和斜波信號可由相關的和基於相同基準參考電壓的參考電壓偏移。在一些實施方案中，斜波信號是三角斜波信號。
在410，輸出信號由比較器生成且輸送到邏輯電路。比較器可比較斜波信號和第一電壓信號，而且可生成輸出信號，表明是斜波信號還是第一電壓信號更大。如果斜波信號是三角斜波信號，輸出可採取數位脈衝序列的形式，該數位脈衝序列的寬度可有效地數字地表示(或至少提供數位表示)第一電壓信號。在一些實施方案中，例如其中有兩個比較器，第二比較器也可接收斜波信號，而且也可基於它所接收的第二電壓信號和斜波信號產生數位脈衝序列。在一些實施方案中，第一和第二比較器的數字脈衝序列利用XOR門可在邏輯電路前或內結合。
在412，被採樣的電壓信號的數位表示可由邏輯電路確定。如上註釋，來自比較器的數位脈衝序列可提供第一電壓信號的數位指示，或甚至被考慮為第一電壓信號的數位表示。例如，基於源自邏輯電路的和斜波信號所基於的控制資訊(例如，時鐘信號)，邏輯電路能夠將數位脈衝解釋為指示特定的電壓，而且因此確定且產生那個電壓的數位表示。
儘管上面的實施方案已被十分詳細地描述，可一旦上述內容被完全理解，許多變化和修改將對本領域技術人員變得明顯。意圖是以下申請專利範圍被理解為包含所有的這樣的變化和修改。
100．．．驅動控制邏輯
102．．．定子
104A．．．電晶體
104B．．．電晶體
106A．．．電晶體
106B．．．電晶體
108A．．．電晶體
108B．．．電晶體
202．．．比較器
202A．．．比較器
202B．．．比較器
204．．．斜波發生器
206．．．邏輯電路
208．．．差分採樣和保持
210．．．多工器
212．．．濾波器
402．．．在採樣和保持電路接收被採樣的電壓信號
404．．．從採樣和保持電路將第一電壓信號輸送到比較器
406．．．由邏輯電路將控制資訊輸送到斜波發生器
408．．．由斜波發生器生成斜波信號，而且從斜波發生器將斜波信號輸送到比較器
410．．．由比較器生成輸出信號而且從比較器將輸出信號輸送到邏輯電路
412．．．由邏輯電路確定被採樣的電壓信號的數位表示
圖1是根據一個實施方案的具有驅動控制邏輯的電動機的電路圖；
圖2和3是說明類比至數位轉換器的示例性實施方案的電路圖；以及
圖4是根據一個實施方案的描述用於將類比電壓信號數位化的方法的流程圖。
402．．．在採樣和保持電路接收被採樣的電壓信號
404．．．從採樣和保持電路將第一電壓信號輸送到比較器
406．．．由邏輯電路將控制資訊輸送到斜波發生器
408．．．由斜波發生器生成斜波信號，而且從斜波發生器將斜波信號輸送到比較器
410．．．由比較器生成輸出信號而且從比較器將輸出信號輸送到邏輯電路
412．．．由邏輯電路確定被採樣的電壓信號的數位表示

Claims (18)

  1. 一種用於將類比電壓信號數位化的系統，所述系統包括：差分採樣和保持電路，其配置成接收被採樣的電壓信號和第一參考電壓信號；斜波發生器，其配置成輸送三角斜波信號；第一比較器，其耦合於所述斜波發生器；其中所述差分採樣和保持電路配置成將第一電壓信號輸送到所述第一比較器及第二比較器中之一或多者，其中所述第一電壓信號是基於所述被採樣的電壓信號和所述第一參考電壓信號之間的差值的差分電壓信號，其中所述差分採樣和保持電路配置成基於所述第一電壓信號的標記而將所述第一電壓信號輸送到所述第一比較器及所述第二比較器中之一或多者；其中所述第一比較器被配置成基於是所述第一電壓信號還是所述三角斜波信號更大而接收所述第一電壓信號和所述三角斜波信號且產生第一輸出，其中所述第一比較器之所述第一輸出在所述三角斜波信號之上升沿及下降沿二者上切換，從而產生第一數位脈衝序列；邏輯電路，其耦合到所述斜波發生器和所述第一比較器，其中所述邏輯電路配置成給所述斜波發生器提供控制資訊，其中所述邏輯電路也配置成接收所述第一數位脈衝序列，其中所述邏輯電路進一步配置成使用所述第一數位脈衝序列和所述控制資訊來確定所述第一電壓信 號的數位表示。
  2. 如請求項1之系統，其中所述採樣和保持電路或所述第一比較器中的一個或多個配置成減少偏移電壓。
  3. 如請求項1之系統，其中所述斜波發生器配置成接收第二參考電壓信號，其中所述第二參考電壓信號被用於生成所述三角斜波信號，其中所述第一參考電壓信號和所述第二參考電壓信號與基準參考電壓信號成比例。
  4. 如請求項1之系統，其中所述控制資訊包括時鐘信號，其中所述斜波發生器配置成基於所述時鐘信號生成所述三角斜波信號。
  5. 如請求項1之系統，其中所述斜波發生器配置成接收參考電壓，其中所述控制資訊包括時鐘信號，其中所述三角斜波信號基於所述時鐘信號和所述參考電壓。
  6. 如請求項1之系統，其中所述三角斜波信號和所述第一電壓信號是類比電壓信號。
  7. 如請求項4之系統，其中所述斜波發生器配置成基於所述時鐘信號之頻率而生成所述三角斜波信號，其中所述邏輯電路配置成調整所述時鐘信號之所述頻率以修改所述系統之範圍。
  8. 一種用於將類比電壓信號數位化的方法，包括： 在差分採樣和保持電路接收被採樣的電壓信號，其中所述差分採樣和保持電路也接收第一參考電壓信號；由所述採樣和保持電路將所述第一電壓信號輸送到所述第一比較器，其中所述第一電壓信號是基於所述被採樣的電壓信號和所述第一參考電壓信號之間的差值的差分電壓信號，其中所述第一比較器是耦合到所述採樣和保持電路的兩個比較器中的一個，其中所述第一電壓信號到所述第一比較器的所述輸送是基於所述第一電壓信號的標記；在所述第一比較器接收所述第一電壓信號；在所述第一比較器接收三角斜波信號，其中所述三角斜波信號由斜波發生器生成；由所述第一比較器生成第一數位脈衝序列，其中所述第一比較器基於是所述第一電壓信號還是所述三角斜波信號更大而產生一第一輸出，其中所述第一比較器之所述第一輸出在所述三角斜波信號之上升沿及下降沿二者上切換，從而產生所述第一數位脈衝序列；由所述第一比較器將所述第一數位脈衝序列輸送到邏輯電路；由所述邏輯電路將控制資訊輸送到所述斜波發生器，其中所述斜波發生器基於所述控制資訊生成所述三角斜波信號；由所述邏輯電路確定所述第一電壓信號的數位表示，其中所述確定基於來自所述比較器的所述第一數位脈衝 序列和所述控制資訊。
  9. 如請求項8之方法，其中所述採樣和保持電路或所述第一比較器中的一個或多個被配置成減少偏移電壓。
  10. 如請求項8之方法，還包括：由所述斜波發生器接收第二參考電壓信號，其中所述第二參考電壓用於生成所述三角斜波信號，其中所述第一參考電壓信號和所述第二參考電壓信號與基準參考電壓信號成比例。
  11. 如請求項8之方法，其中所述控制資訊包括時鐘信號，其中所述三角斜波信號由所述斜波發生器基於所述時鐘信號生成。
  12. 如請求項8之方法，還包括：由所述斜波發生器接收參考電壓信號；其中所述控制資訊包括時鐘信號；其中所述斜波發生器基於所述時鐘信號和所述參考電壓生成所述三角斜波信號。
  13. 如請求項8之方法，其中所述三角斜波信號和所述第一電壓信號是類比電壓信號。
  14. 如請求項11之方法，還包括：基於所述時鐘信號之頻率而藉由所述斜波發生器生成所述三角斜波信號，所述方法進一步包括：藉由所述邏輯電路而調整所述 時鐘信號之所述頻率以修改系統之範圍。
  15. 一種用於將類比電壓信號數位化的系統，所述系統包括：斜波發生器，其配置成輸送三角斜波信號；第一比較器，其耦合於所述斜波發生器，其中所述第一比較器被配置成基於是第一電壓信號還是所述三角斜波信號更大而接收所述第一電壓信號和所述三角斜波信號且產生第一輸出，其中所述第一比較器之所述第一輸出在所述三角斜波信號之上升沿及下降沿二者上切換，從而產生第一數位脈衝序列；第二比較器，其耦合於所述斜波發生器，其中所述第二比較器被配置成基於是所述第一電壓信號還是所述三角斜波信號更大而接收所述第一電壓信號和所述三角斜波信號且產生第二輸出，其中所述第二比較器之所述第二輸出在所述三角斜波信號之上升沿及下降沿二者上切換，從而產生第二數位脈衝序列；其中所述第二比較器被配置成接收所述第一電壓信號及所述三角斜波信號中之一或多者之反相形式，其中所述第二數位脈衝序列包含所述第一數位脈衝序列之反相形式；邏輯電路，其耦合於所述斜波發生器、所述第一比較器和所述第二比較器，其中所述邏輯電路配置成給所述斜波發生器提供控制資訊，其中所述邏輯電路也配置成接收所述第一和第二數位脈衝序列，其中所述邏輯電路 進一步配置成使用所述第一和第二數位脈衝序列和所述控制資訊來確定所述第一電壓信號的數位表示。
  16. 如請求項15之系統，其中所述系統進一步包含：XOR電路，其耦合於所述第一比較器之所述第一輸出及所述第二比較器之所述第二輸出，其中所述XOR電路被配置成於所述第一數位脈衝序列和所述第二數位脈衝序列上執行XOR操作以產生第三數位脈衝序列；其中所述邏輯電路被配置成自所述XOR電路接收所述第三數位脈衝序列且使用所述第三數位脈衝序列及所述控制資訊來確定所述第一電壓信號的數位表示。
  17. 一種用於將類比電壓信號數位化的方法，包括：在第一比較器接收第一電壓信號；在第二比較器接收所述第一電壓信號；在所述第一比較器接收三角斜波信號，其中所述三角斜波信號由斜波發生器生成；在所述第二比較器接收所述三角斜波信號；由所述第一比較器生成第一數位脈衝序列，其中所述第一比較器基於是所述第一電壓信號還是所述三角斜波信號更大而產生一第一輸出，其中所述第一比較器之所述第一輸出在所述三角斜波信號之上升沿及下降沿二者上切換，從而產生第一數位脈衝序列；由所述第二比較器生成第二數位脈衝序列，其中所述第二比較器基於是所述第一電壓信號還是所述三角斜波信號更大而產生一第二輸出，其中所述第二比較器之所 述第二輸出在所述三角斜波信號之上升沿及下降沿二者上切換，從而產生第二數位脈衝序列；其中所述第二比較器被配置成接收所述第一電壓信號及所述三角斜波信號中之一或多者之反相形式，其中所述第二數位脈衝序列包含所述第一數位脈衝序列之反相形式；由所述第一比較器將所述第一數位脈衝序列輸送到邏輯電路；由所述第二比較器將所述第二數位脈衝序列輸送到所述邏輯電路；由所述邏輯電路將控制資訊輸送到所述斜波發生器，其中所述斜波發生器基於所述控制資訊生成所述三角斜波信號；由所述邏輯電路確定所述第一電壓信號的數位表示，其中所述確定基於來自所述第一比較器的所述第一數位脈衝序列、所述第二比較器的所述第二數位脈衝序列和所述控制資訊。
  18. 如請求項17之方法，其中所述方法進一步包含：由XOR電路接收所述第一數位脈衝序列和所述第二數位脈衝序列，由所述XOR電路生成第三數位脈衝序列，其中所述第三數位脈衝序列之所述生成步驟包含於所述第一數位脈衝序列和所述第二數位脈衝序列上執行XOR操作；將所述第三數位脈衝序列輸送到所述邏輯電路； 其中由所述邏輯電路確定所述第一電壓信號的數位表示係基於所述第三數位脈衝序列及所述控制資訊。
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