专利名称：电压源接口及其调整电流的方法
技术领域：
本发明涉及电压源接口，更具体地说，涉及一种具有更精确地控制和更小的串连电阻的电压源接口。
背景技术：
电压源接口自原电压源给下一级电路设备提供电压和电流。当下一级电路设备连接到原电压源时，电压源接口使用开关来慢慢地开启该下一级电路设备。
电压源接口监控提供给该下一级电路设备的电流以控制提供给该下一级电流设备的功率。传统电压源接口使用与下一级电路设备串联的感应电阻来监控电流。该感应电阻要求足够大才能提供精确的电流监控。但这导致经过该感应电阻的电压降很大，降低了提供给下一级电路设备的功率。另外，采用单个的不能调节的开关，很难提供可调电流。
因此，就需要一种能够对提供给下一级电路设备的电流进行精确控制并且减小或者消除所需要的感应电阻导致的功率损失的电压源接口。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述无法精确地调整电流、功率损失大缺陷，提供一种具有电流粗调和电流微调并具有减少的串连电阻的电压源接口。所述电压源接口具有分级开关，所述分级开关具有N个数字控制的元开关。所述电压源接口用校准电路替代传统的感应电阻，该校准电路包含仿形开关，该仿形开关是所述N个并联元开关的仿形。所述校准电路具有源于校准电路的参考电流IREF。电压比较器使所述仿形开关和所述N个元开关中被开启的n个元开关上具有共同电压降，以使流过分级开关的总电流为n·IREF。该电压源接口能够通过开启和切断元开关来粗调电流，也能通过调整所述参考电流来微调电流。由于取消了电流感应电阻，因此总的串连电阻更低。
在本发明的一个实施例中，提供一种电压源接口，包括分级开关、校准电路和数字控制器。所述分级开关包含N个并联元开关。所述校准电路与所述分级开关并联，用来提供参考电流IREF。所述数字控制器连接在所述校准电路和所述分级开关之间，用来开启所述N个并联元开关中的n个元开关。经过所述分级开关和所述仿形开关的共同电压降使得流过所述分级开关的总电流实质上等于n·IREF。所述数字控制器基于所述共同电压降开启或切断所述并联的元开关。所述校准电路包含电流源和由所述电流源施加偏压的仿形开关。通过调整所述电流源来提供总电流的微调。所述校准电路还包括电压比较器，用于提供经过所述分级开关和所述仿形开关的共同电压降。所述电压比较器的输出端连接到所述数字控制器。所述N个并联元开关和所述仿形开关实质上大小相同。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种对原电压源提供给一下级电路设备的电流进行调整的方法。仿形开关通过参考电流IREF施加偏压。仿形开关与含有N个并联元开关的分级开关具有共同电压降。基于所述共同电压降开启所述N个并联元开关中的n个元开关，从而使得流过所述分级开关的总电流实质上等于n·IREF。电压比较器促成所述共同电压降落并将所述共同电压降的示值提供给数字控制器。所述数字控制器基于所述共同电压降落开启或切断并联元开关以提供总电流的粗调。通过调整所述参考电流来对所述总电流进行微调。
在本发明的又一个实施例中，提供了一种电压源接口，包括仿形开关、分级开关、电压比较器和数字控制器。所述仿形开关由参考电流IREF施加偏压。所述分级开关包括多个并联元开关，并与所述仿形开关并联。所述数字控制器提供经过所述分级开关和所述仿形开关的共同电压降。所述数字控制器基于所述共同电压降落开启0个或更多所述并联元开关。流过所述分级开关的总电流实质上等于流过所开启的0个或多个并联元开关的单个电流的总和。
根据本发明的一方面，提供一种电压源接口，包括分级开关，所述分级开关包括N个并联元开关；校准电路，所述校准电路与所述分级开关并联以提供参考电流IREF；数字控制器，所述数字控制器连接在所述校准电路和所述分级开关之间以开启所述N个并联元开关中的n个元开关；其中，所述分级开关和所述校准电路具有共同电压降，使得所述n个开启的并联元开关中，每一个元开关传导的电流与IREF成比例，形成流过所述分级开关的总电流。
优选地，所述分级开关连接在原电压源和下一级电路设备之间。
优选地，所述数字控制器基于所述分级开关和所述校准电路的共同电压降开启所述N个并联元开关中的n个元开关。
优选地，所述n个开启的并联元开关中，每个元开关上流经的电流实质上等于IREF。
优选地，所述校准电路还包括电流源，用于提供参考电流IREF；仿形开关，由参考电流IREF施加偏压；电压比较器，提供所述仿形开关和所述分级开关的共同电压降。
优选地，所述仿形开关的输出结点连接到所述电压比较器的第一输入端上，所述分级开关的输出结点连接到所述电压比较器的第二输入端上。
优选地，所述仿形开关的输入结点与所述分级开关的输入节点相连。
优选地，所述N个并联元开关和所述仿形开关实质上大小相同。
优选地，所述N个并联元开关和所述仿形开关都是场效应晶体管。
优选地，所述电压比较器的输出端连接到所述数字控制器上。
优选地，调整所述电流源以微调所述参考电流IREF。
根据本发明的另一方面，提供一种调整电流的方法，包括(1)通过参考电流IREF给仿形开关施加偏压；(2)使所述仿形开关和分级开关具有共同电压降，其中，所述分级开关包含N个并联元开关；
(3)基于所述共同电压降开启所述N个并联元开关中的n个元开关，使得所述n个开启的并联元开关中，每一个元开关传导的电流与IREF成比例，从而形成流过所述分级开关的总电流。
优选地，所述步骤(3)还包括(a)确定经过所述仿形开关和所述分级开关的共同电压降。
优选地，所述步骤(3)还包括(b)使用数字控制器来开启所述N个并联元开关中的n个元开关。
优选地，所述方法还包括(4)监控经过所述仿形开关与所述分级开关的共同电压降。
优选地，所述步骤(4)还包括(a)开启更多的并联元开关以增加流过所述分级开关的总电流。
优选地，所述步骤(4)还包括(a)切断更多的并联元开关以减小流过所述分级开关的总电流。
优选地，所述步骤(4)还包括(a)调整所述参考电流IREF以对流过所述分级开关的总电流进行微调。
根据本发明的再一方面，提供一种电压源接口，包括仿形开关，由参考电流IREF施加偏压；分级开关，所述分级开关包含多个并联元开关，并与所述仿形开关并联；电压比较器，提供经过所述分级开关和所述仿形开关的共同电压降；数字控制器，基于所述共同电压降控制所述多个并联元开关，其中，流经每一个开启的元开关的电流实质上与IREF成比例；其中，经过所述分级开关的总电流，等于流过所开启的元开关的单个电流的总和。
优选地，所述N个并联元开关大小各异。
优选地，所述N个大小各异的并联元开关彼此间成二进制加权。
优选地，流过所述分级开关的总电流实质上等于n·IREF。
优选地，所述N个并联元开关大小各异。
优选地，所述N个大小各异的并联元开关彼此间成二进制加权。
优选地，所开启的并联元开关的各个电流彼此间成二进制加权。
优选地，所开启的并联元开关的各个电流彼此间相等，且实质上等于IREF。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是传统电压源接口的示意图；图2是数字电压源接口的示意图；图3是根据本发明的具有降低的串连电阻和电流粗调能力的校准数字电压源接口的示意图；图4是根据本发明的具有减少的串连电阻并同时具有电流粗调和微调能力的校准数字电压源接口的示意图；图5是根据本发明调整提供给下一级电路设备的电流的方法的流程图。
具体实施例方式
图1所示的是传统电压源接口100。传统电压源接口100连接到原电压源VPRIMARY。该传统电压源接口100给下一级电路设备提供电压源VSUPPLY。该传统电压源接口100通过使用模拟控制器102、感应电阻104和开关106给下一级电路设备提供电源供应。开关106通常用场效应晶体管(FET)实现，但本发明不局限于该种处理技术。本发明还可采用本领域的技术人员熟知的其他处理技术。
传统电压源接口100通常具有静电释放(ESD)保护功能。如图1所示，传统电压源接口100包括ESD电路108，该ESD电路108接地(GND)并且与原电压源VPRIMARY相连。该ESD电路108保护模拟控制器102和开关106。传统电压源接口100还包括ESD电路110，该ESD电路110接地(GND)并且与电压源VSUPPLY相连。该ESD电路110保护与VSUPPLY相连的下一级电路设备。
感应电阻104与开关106串联。模拟控制器102监控经过感应电阻104的电压降。感应电阻104阻值是已知的，使得模拟控制器102能够精确地测量经过开关106的电流。模拟控制器102基于所测得的经过感应电阻104的电压降来调整开关106的传导性，从而调VSUPPLY供应的电流。
当下一级电路设备连接到VSUPPLY时，模拟控制器102慢慢地开启开关106。模拟控制器102通过慢慢地开启开关106来慢慢地开启该下一级电路设备。该下一级电路设备启动后，一旦完全开启，模拟控制器102和开关106就充当保险丝的作用。即，模拟控制器102监控提供给该下一级电路设备的电流，如果该电流超过了最大级，模拟控制器102切断开关106。
通常，通过感应电阻104的电流是微小的，因此，要模拟控制器102能够精确地测量电流，必须要求感应电阻104的阻值足够大。VPRIMARY和VSUPPLY之间的总阻值通过感应电阻104的电阻与开关106的导通电阻的总和来确定。该组合的串连电阻减少了VSUPPLY提供给下一级电路设备的电压。基本上，穿过开关106和感应电阻104的电压降变成浪费掉的功率。因此，期望感应电阻104的电阻与开关106的导通电阻的总阻值尽可能地小。
要保持感应电阻104的电阻与开关106的导通电阻的总阻值尽可能地小，就要求开关106的导通电阻尽可能地小。开关106的导通电阻必须尽可能地小，因为感应电阻104的电阻必须相应地大以达到精确地测量电流的目的。可以通过增大FET来减少开关106的导通电阻。但是，这增加了封装尺寸(die size)，并会增加开关106的寄生电容。
图2所示的是数字电压源接口200。数字电压源接口200包括数字控制器202、模数转换器(ADC)204、感应电阻204和分级开关206。分级开关206由N个并联元开关(所示的206-1，206-2……206-N)组成。每个并联元开关都可以用大小相同的FETs来实现。在另一个实施例中，该N个并联元开关的FETs是大小各异的。例如，构成N个并联元开关的FETs可以彼此间呈二进加权，也可以采用其他的大小设计方案。也就是说，这N个并联元开关的大小比率不同并不脱离本发明的范围(如二进制加权的开关大小设计)。
ADC 204测量经过感应电阻104的电压降并为数字控制器202提供该电压降的数字示值。数字控制器202基于该电压降开启和切断一部分所述的N个并联FETs以调整流向VSUPPLY的电流。更具体地，数字控制器202通过发出N位宽的控制字208来驱动该N个并联FETs的门来调整电流。
数字控制器202开启的FETs的导通电阻的并联组合，决定了分级开关206的导通电阻。这些FETs开启得越多，经过分级开关206的电流就越大；这些FETs开启得越少，经过分级开关206的电流就越小。因此，构成分级开关206的N个FETs的并联组合，与传统的电压源接口100的开关106相比，能够更加精确的控制和调节提供给下一级电路设备的电流。
图3所示的是根据本发明的校准数字电压源接口300。校准数字电压源接口300包括由N个并联FETs组成的分级开关206。分级开关206与数字控制器302相连。校准数字电压源接口300还包括校准电路304。校准电路304包括仿形开关306。仿形开关306用与组成分级开关206的N个并联FET的每一个FET大小相同的FET实现。仿形开关306由低偏压VL进行偏压(因此该仿形开关被开启)。在结点312处，仿形开关306连接到VSUPPLY和分级开关206。
如图3所示，校准电路304包括电流源308。电流源308提供参考电流IREF。校准电路304还包括电压比较器310。电压比较器310起微分放大器的作用。电压比较器310的第一输入端与电流源308、仿形开关306连接；电压比较器310的第二输入端与结点314连接。电压比较器310的输出端与数字控制器302连接。
在运行时，流过仿形开关306的电流等于IREF。电压比较器306使经过仿形开关306的电压降等于经过分级开关206的电压降。在任何时刻，分级开关206中的N个并联FETs有n个是开启的。因此，组成仿形开关306的该一个FET的电压降等于分级开关206中开启的n个并联FETs的电压降。这样，当该n个FET以及仿形开关306中的FET大小都相同时，流过分级开关206的总电流是n·IREF。选择地，如上所述，当这些并联元开关大小各异时，可得到不同的流过分级开关206的总电流值。例如，这些并联元开关的大小可以是互相间二进加权的，从而产生二进加权的电流增量。这样，每个分级开关都能生成相应的与IREF成比例的单个电流(包括IREF的倍数和分数)，因此，IREF的改变会导致对应的分级开关206中各个并联元开关电流的改变。这样，较大的电流可提供给连接到校准数字电压源接口300的下一级电路设备。
数字控制器302能够粗略地控制流过分级开关206的电流。即，为了减小和增大提供给下一级电路设备的电流，数字控制器302能够成功地开启和切断分级开关206中的各个FETs。提供给下一级电路设备的电流范围在0到N·IREF之间变化。该范围可以再分为或者量化成N个等于IREF的电流增量。
图4所示的是根据本发明的同时具有电流粗调和微调能力的校准数字电压源接口400。校准数字电压源接口400包括可调电流源408。例如，该可调电流源408可以是可编程电流源。可调电流源408能调整提供给仿形开关306从而提供给分级开关206的电流。更具体地，能够通过系数α来调整可调整电流源408提供的参考电流IREF。
通过系数α来调整参考电流IREF，从而能够对提供给下一级电路设备的电流进行微调。因此，校准数字电压源接口400通过开启和切断分级开关206中的各个FETs来提供电流粗调，还通过调整可调电流源408提供的参考电流IREF来提供电流微调。总之，流过分级开关206的总电流等于α·n·IREF。
图3所示的校准数字电压源接口300和图4所示的校准数字电压源接口400都提供了更低的串连电阻值。特别是去除了为监控电流需要的大的感应电阻。移除了感应电阻，校准数字电压源接口300和校准数字电压源接口400都能够忍受来自分级开关206的各个FETs的更大的导通电阻。而且，各个FETs尺寸可以更小，从而减少了空间需求和寄生电容。传统的电压源接口的精确度受限于大的感应电阻。在校准数字电压源接口300和校准数字电压源接口400中，该局限性得到了解决，并且，通过匹配分级开关206中的各个FETs与仿形开关306中的FET，可以确定精确度。
图5所示的是流程图500，该流程图对应于图4中的根据本发明的校准数字电压源接口通过电压源接口调整流过下一个电路设备的电流的操作步骤。但本发明不局限于本操作描述。根据本文所讲述的内容，本领域的技术人员显然可知道其他操作控制流程不脱离本发明的范围和实质。下面将对图5所示的步骤进行阐述。
步骤502中，由可调电流源产生大小为IREF的参考电流。
步骤504中，通过参考电源IREF给仿形开关施加偏压。
步骤506中，使经过分级开关的电压降等于经过仿形开关的电压降。
步骤508中，确定经过分级开关和仿形开关的共同电压降。
步骤510中，开启组成分级开关的N个并联元开关中的n个元开关。
步骤512中，把总大小为n·IREF的电流提供给下一级电路设备。
步骤514中，监控经过分级开关和仿形开关的共同电压降。
步骤516中，调整提供给该下一级电路设备的总电流。电流粗调是通过开启和切断分级开关中的并联元开关来实现的。开启更多的并联元开关能粗略地增大流过分级开关的总电流；切断更多的并联元开关能粗略地减小流过分级开关的总电流。电流微调是通过调整可调电流源提供的参考电流IREF来实现的。更具体地，是通过系数α来调整电流IREF，从而流过分级开关206的总电流等于α·n·IREF。
根据流程图500运行的电压源接口把调整后的总电流提供给下一级电路设备，并继续监控和调整该总电流。如图中步骤518的所示。
上面已经对本发明的若干实施例进行了阐述，但本发明不局限于所列举的实施例。本领域的技术人员显然知道，形式上和细节上的各种改变并不脱离本发明的范围和实质。因此，本发明的范围仅根据权利要求和其等效替换来定义。
本发明要求申请日为2005年1月28日的美国临时专利申请No.60/647,458的优先权。
权利要求
1.一种电压源接口，包括分级开关，所述分级开关包括N个并联元开关；校准电路，所述校准电路与所述分级开关并联以提供参考电流IREF；数字控制器，所述数字控制器连接在所述校准电路和所述分级开关之间以开启所述N个并联元开关中的n个元开关；其中，所述分级开关和所述校准电路具有共同电压降，使得所述n个开启的并联元开关中，每一个元开关传导的电流与IREF成比例，形成流过所述分级开关的总电流。
2.根据权利要求1所述的电压源接口，其特征在于，所述分级开关连接在原电压源和下一级电路设备之间。
3.根据权利要求1所述的电压源接口，其特征在于，所述数字控制器基于所述分级开关和所述校准电路的共同电压降开启所述N个并联元开关中的n个元开关。
4.根据权利要求3所述的电压源接口，其特征在于，所述n个开启的并联元开关中，每个元开关上流经的电流实质上等于IREF。
5.根据权利要求1所述的电压源接口，其特征在于，所述校准电路还包括电流源，用于提供参考电流IREF；仿形开关，由参考电流IREF施加偏压；电压比较器，提供所述仿形开关和所述分级开关的共同电压降。
6.一种调整电流的方法，包括(1)通过参考电流IREF给仿形开关施加偏压；(2)使所述仿形开关和分级开关具有共同电压降，其中，所述分级开关包含N个并联元开关；(3)基于所述共同电压降开启所述N个并联元开关中的n个元开关，使得所述n个开启的并联元开关中，每一个元开关传导的电流与IREF成比例，从而形成流过所述分级开关的总电流。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括(a)确定经过所述仿形开关和所述分级开关的共同电压降。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括(b)使用数字控制器来开启所述N个并联元开关中的n个元开关。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括(4)监控经过所述仿形开关与所述分级开关的共同电压降。
10.一种电压源接口，包括仿形开关，由参考电流IREF施加偏压；分级开关，所述分级开关包含多个并联元开关，并与所述仿形开关并联；电压比较器，提供经过所述分级开关和所述仿形开关的共同电压降；数字控制器，基于所述共同电压降控制所述多个并联元开关，其中，流经每一个开启的元开关的电流实质上与IREF成比例；其中，经过所述分级开关的总电流，等于流过所开启的元开关的单个电流的总和。
全文摘要
本发明涉及一种具有减少的串连电阻并具有粗调控制和微调控制的电压源接口。该电压源接口包含分级开关，该分级开关具有N个数字控制的并联元开关。该电压源接口用校准电路替代传统的感应电阻。该校准电路包含仿形开关，该仿形开关是所述N个并联元开关的仿形。所述校准电路具有源于所述仿形开关的参考电流I
文档编号G05F1/00GK1828466SQ20061000688
公开日2006年9月6日 申请日期2006年1月25日 优先权日2005年1月28日
发明者皮特·沃恩坎普 申请人:美国博通公司