专利名称：用于识别随温度变化的电阻性器件的装置、系统和方法
技术领域：
本发明总的来说涉及随温度变化的电阻性器件，更具体地说涉及用于识别随温度变化的电阻性器件的装置、系统和方法。
背景技术：
很多系统和电路利用温度传感元件(TSE)来确定设备的温度。例如，如热敏电阻等典型的随温度变化的电阻性器件(TDRD)可具有与温度成反比的阻抗。通过测量热敏电阻的阻抗可以确定热敏电阻的温度。由此，也可确定或估计热敏电阻附近的元件和设备的温度。有时，电阻传感技术被用作识别技术以确定设备、模块或其它与主设备或主装配连接的外围组件的身份。例如，接受一种以上类型的模块化电池的便携式通信设备包括电池识别技术以确定与便携式通信设备相连的电池的类型。为了使元件与接点最小化，传统的设计通常结合了温度传感技术和识别技术。例如，一些接受一种以上类型的模块化电池的传统便携式通信设备包括连接到电池组内的电路的温度传感机构以确定温度并识别电池模块。每种类型的电池模块都包括具有不同性质的热敏电阻电路，这些性质允许便携式通信设备识别所连接的具体电池模块。通常，每个热敏电阻电路所具有的阻抗与温度的关系不同于其它类型的电池模块中的热敏电阻电路的阻抗与温度的关系。然而，传统的系统受到限制是因为不同电路的阻抗与温度关系通常是重叠的。例如，图1是两条曲线102、104，它们示出了表示两个传统电池模块的阻抗与温度的关系，其中这两条曲线是重叠的。因为重叠区域内的阻抗的测量是与两条曲线102、104都有关系的，因此重叠区域106产生了模糊数据。该测量可对应于低温时的一种类型的电池模块或高温时的另一种电池模块。例如， 如果使用一个电池模块，那么阻抗R可对应于温度Tl，而如果连接另一个电池，那么阻抗R 可对应于温度T2。这个误差可导致灾难性的结果。当错误地识别了电池模块并且应用了不正确的充电模式时，电池可能爆炸。此外，当识别设备的数目增加并且对于每个可能的曲线要求唯一的电压到温度的传递函数时，温度测量电路的动态范围和精度减小。此外，这些问题随着ID的增加而加剧。因此，需要一种用于识别随着温度变化的电阻性器件的装置、系统和方法。
发明内容
装置、系统和方法在设备内部为设备识别和设备的温度传感提供了温度传感电路 (TSC) 0该TSC包括与电平钳位网络(VCN)并联的温度传感元件(TSE)，当电压大于或等于识别电压范围的下限时，该电压将TSE的电压限制为识别电压范围内的识别电压。当低于下限的电压被应用于TSC时，VCN呈现为开路，并且TSC的阻抗对应于温度。由于成本和其它考虑，第一 TSC可省略VCN以提供最大识别电压，并且其它TSC可包括具有较低的识别电压范围的VCN。
图1是两个传统的识别与温度传感电路的阻抗与温度的关系的图；图2是根据示例性的实施方式与温度测量与识别设备(TMID设备)相连的温度传感电路(TSC)的结构图；图3是在测量、诊断和识别过程中检测端口处的电压(Vdp)的图；图4是温度测量与识别设备(TMID设备)的示例性的实施方式的示意图，其中电压源、电压传感器和控制器在处理器中实施。图5是连接到TSC的TMID设备的等效电路示意图，该TSC不包含VCN。图6是连接到TSC的TMID设备的等效电路示意图，该TSC具有只包含电平钳位设备的VCN。图7是连接到TSC的TMID设备的等效电路示意图，该TSC具有包含与识别电阻器 (RID)串联的电平钳位设备的VCN。图8是包含四个识别值(ID)的识别系统的多个温度传感电路(TSC)的结构图。
具体实施例方式图2是温度传感电路(TSC) 202的结构图，其连接到温度测量与识别(TMID)设备 204以形成温度测量与识别电路200。根据下面进一步详细地讨论，TSC 202是一组TSC中的一个TSC，其中TSC的性质允许TMID设备204区分不同组TSC。这些TSC可安装在不同的设备中，这些设备提供了用于监控设备的温度和识别该设备的机制。温度测量与识别电路 200的适合的应用的实施例包括在便携式设备所接受的每种类型的电池模块中安装不同的 TSC。TMID设备204可作为便携式设备的一部分实施，从而识别不同类型的电池模块并确定电池模块的温度。每个TSC 202包括至少一个温度传感元件(TSE) 208。TSC组中的至少一个TSC包括与TSE 208并联的电平钳位网络(VCN) 206。在示例性的实施方式中，线性电阻器(未在图2中示出)也并联到所有TSC中的TSE 208以使TSC 202的温度与阻抗曲线线性化。TMID设备204通过连接接口 210连接到TSC 202，该连接接口至少包括检测器端口 212。连接接口 210可包括很多类型的连接器、接点或电连接机制中的任意一个，以便在 TMID设备204与TSC 202之间提供电连接。示例性的连接接口 210还包括接地连接器。在某些环境下，附加的接点可用于其它信号。如下所述，多个TSC中的每组TSC包括不同的VCN，其中VCN可包括电阻器和/或电平钳位设备的任意组合，例如二极管。VCN可从TSC中被省略以产生非钳位电压的识别值(ID)。当TSC连接到TMID设备204时，检测端口 212处的电压取决于具体的VCN 206、 温度和TMID设备204中的电压源214的状态。VCN将检测器端口电压限制为ID电压范围内的电压。ID电压范围的数目取决于可连接到TMID设备204的TSC组的数目。TMID设备204包括通过限制电阻器216连接到检测端口 212的电压源214、连接到检测端口 212的电流源218和连接到检测端口 212的电压传感器220。控制器222被配置为控制电压源214并被配置为接收来自于电压传感器220的电压测量。根据电压测量和电压源214的状态，控制器222确定TSE 208的温度和来自于多个ID的TSC 200的ID。如下所述，在示例性的实施方式中，电压源214、电压传感器220和控制器222在处理器中实现。电流源218是任意配置的元件或设备，其给检测端口 212提供了已知的电流。在示例性的实施方式中，偏置电阻(图2未示出)连接到TMID设备204的电压供应端(Vdd)以形成电流源218。TMID设备204控制电压源214以对电压源214进行开启和关闭。在“开启”状态下，电压源214提供输出电压，而在“关闭”状态下，电压源214提供高阻抗(开路)。当电压源214是关闭的时，电流源218给检测端口 212提供唯一的电流。在这种状态下，由电压传感器220在检测端口 212处测量的电压(Vdp)由控制器222进行处理以确定TSE 208的温度或者确定错误情况的存在。当检测电压属于温度测量电压范围时，检测端口处的电压 (Vdp)对应于TSE 208的阻抗，并且控制器222根据检测电压计算温度。如果电压位于该范围之外，那么控制器222确定错误情况存在。当电压源214被开启时，检测端口(Vdp)处的电压是通过来自于电流源218的电流和来自于电压源214的电流建立的。如果电压超出温度测量电压范围，那么控制器222根据电压(Vdp)确定TSC的识别值(ID)。如果电压低于温度测量范围，那么控制器222确定错误情况存在。图3是在测量、诊断和识别过程中在检测端口 212处的电压(Vdp)的图解说明。图 3中示出的不同的值和范围不必按比例给出，并且提供它们是为了概括地说明在不同情况下不同电压与温度之间的关系。在温度测量过程中，电压源214被关闭，并且电压(Vdp)指示温度或错误情况。如果电压(Vdp)在温度测量电压范围(Vmk) 304的上限温度测量电压(Vutm) 302，那么控制器222 确定没有TSC 202连接到TMID设备204。如果例如电压(Vdp)位于或接近TMID设备204的供给电压(Vdd)，那么该电压指示没有电流流过检测端口 212并且没有电路连接到TMID设备204。如果电压低于温度测量电压范围(Vmk) 304的下限温度测量电压(Vm) 308，那么控制器222确定除了有效且正确地操作的TSC以外还有其它元件连接到TMID设备204。例如， 接近0的电压可指示短路的循环检测端口 212，这可能是由于失效的TSC或者无效的TSC设备不期望地连接到TMID设备204而引起的。如果电压在温度测量电压范围(VMK)304内，那么电压(Vdp)对应于其中测量的温度可位于最小温度(Tmin) 310与最大温度(Tmx)312之间时 TSE 202的温度。在示例性的实施方式中，当TSE是NTC热敏电阻时，最大电压(VIDl)对应于最小温度(Tmin)。检测器端口电压(Vdp)与温度之间的关系符合温度曲线301。曲线301 的形状取决于温度传感元件(TSE)208的特性以及电路中的其它元件。在示例性的实施方式中，线性的电阻器被并联到TSE 208以使曲线301比包含不具有线性电阻器的TSE的TSC 更加线性化。当电压源214被开启时，电压(Vdp)对应于TSC 202的识别值(ID)或者指示错误情况。如果电压超出上限温度测量电压(Vutm) 302，那么电压指示TSC 202的ID。否则，电压指示错误情况。例如，接近0的电压指示短路的电路检测端口 212，这是由于失效的TSC 或者无效的TSC设备不期望地连接到TMID设备204引起的。超出上限温度测量电压(Vutm) 302的被测电压是与至少两个ID电压或者ID电压范围中的一个相关联的。电压ID的数目取决于可与TMID设备204相连的一组TSC中的TSC 的数目。当电压源214被开启时，控制器222根据检测端口 212处的电压(Vdp)确定TSC202的ID。电压源214、电流源218和限制电阻器216被配置为当电压源214被开启时提供超出上限温度测量电压温度(Vutm) 302的电压。适合方案的实施例包括具有这样的一个 TSC,该TSC不包括VCN并产生第一 ID电压(VIDl)，该电压在最大电压306附近并且对应于第一(IDl)；第二 TSC，其包括将电压限制在Vutm 302附近以定义第二 ID(ID2)；以及附加的 TSC，其包括VCN，这些VCN产生的ID电压范围在ID电压(VIDl)与第二 ID电压(VID2)之间。ID电压范围的最大数目取决于Vutm与最大电压306之间的可利用电压范围以及ID电压范围的大小。因为热敏电阻在最小温度时具有最大阻抗，因此最大电压306是对应于最小温度的电压。如下所述，选择不同的元件以使热敏电阻在最坏情况下的最大电压小于最高操作温度时产生的TSE的正向电压。图3示出了支持四个ID的示例性的系统，尽管ID电压的任何组合和数目可用于将TSC划分到ID分类中。当不包含VCN的第一类型的TSC连接到TMID设备204并且电压源214被开启时，第一 ID电压306产生。当不包含VCN的第二类型的TSC连接到TMID设备204并且电压源214被开启时，在电压范围314内产生第二 ID电压。当第三类型的TSC 和第四类型的TSC分别连接到TMID设备204时，在第三电压范围316和第四电压范围318 内产生ID电压。当电压传感器220指示检测端口 212处的电压在ID电压范围内时，控制器222确定连接到TMID设备的TSC具有与ID电压范围相对应的ID。因此，控制器222确定TSC具有图3所示的方案的四个ID中的一个。如下所讨论，与ID电压范围相关联的ID 对应于包含VCN的TSC。因为如二极管等VCN中的电平钳位设备具有在设备之间变化并且超过温度的正向电压门限，因此由特殊的TSC产生的ID电压可从相应的ID电压范围的下限电压变化到上限电压。因此，第二 ID电压范围314包括下限电压(VIDJ320和上限电压 (VIDu2) 322，第三ID电压范围316包括下限电压(VIDl3) 324和上限电压(VIDu3) 326，并且第四ID电压范围318包括下限电压(VIDl4) 328和上限电压(VIDu4) 330。图4是温度测量与识别电路100的示例性实施方式300的示意图，其中电压源 214、电压传感器220和控制器222在处理器402中实施。通过使用硬件、软件和/或固件的其它组合，可实现在上面参照图1所述的各种元件和功能。在示例性的实施方式中，电压源 214是处理器402的通用输入/输出(GPIO)端口 404。该处理器可为任意类型的通用处理器、专用集成电路(ASIC)或者其它可执行本文所述的功能的微处理器或处理器配置。在处理器402上运行的代码可促进控制器222的功能以及TMID设备204的其它功能。控制器 222控制GPIO端口 404以使GPIO端口处于输出状态和输入状态。在输出状态时，GPIO端口 404提供了 Vdd或接近Vdd的电压。在输入状态时，GPIO端口通过限制电阻器(Rum)216 为检测端口 212提供开路。通过给控制器222提供检测端口 212处的电压(Vdp)的数字表示，模数转换器(ADC)406测量电压(Vdp)。连接到电压供应源(Vdd)的偏置电阻器(Rbias)407 为温度测量提供电流源218。至少两个TSC中的任意一个可连接到TMID设备204。图4示出了 TSC，其包括线性的电阻器(Rlin) 408, TSE 208和VCN 206，其中TSE 208是热敏电阻208并且VCN 206包括与电平钳位设备412串联的识别电阻器(Rid)410。在示例性的实施方式中，电平钳位设备 412是二极管配置412，其包括具有正向电压范围内的正向电压的一个或多个二极管。电压范围取决于二极管的数目和类型。例如，典型的PN结具有接近0.7伏特的正向电压。两个串联的硅二极管将具有约1.4伏特的组合正向电压。由于加工的偏差和其它因素，特殊二极管的正向电压可大于或小于期望的压降(drop)。进一步，正向电压随温度变化。因此，为二极管配置412定义电压范围，其中任意特殊的二极管配置将具有该范围内的正向电压。 其它合适的二极管配置的实施例包括使用齐纳二极管和有源齐纳二极管的配置。齐纳二极管可使用反向偏置以维持终端设备上的固定电压。此外，齐纳二极管的电平钳位变化通常小于PN结硅二极管正向电压关于温度的变化、偏置电流和加工偏差。因为也被称作“分流稳压器”的有源齐纳二极管具有的钳位电压的变化小于正常的齐纳二极管的钳位电压的变化，因此在一些情况下有源齐纳二极管是优选的。为了进行温度测量，GPIO端口 404被设置为“关闭”状态以使电流不会流入或流出Rlim 216。在这种情况下，电流可只有Rbias 407提供到TSC 202中。Rbias 407、Rlin 408 和Rthekm 208的值被选择为使得在最小温度时，即Rtheem将呈现出其最大阻抗时，由于在Vdd 405与地面403之间形成有分压器，因而ADC 220所感测的电压小于二极管配置412的正向电压。由此产生的电压将只作为由ADC 406感测的温度测量元件Rbias 407、Run 408和 Rtheem 208的决定因素。ADC 406将模拟电压测量转化为数字值，该数字值由控制器222处理为温度测量值。为了进行识别，当TSC 202连接到TMID设备204时，处理器402将GPIO 端口 404设置为输出状态，在示例性的实施方式中，它由与1 _电阻器406相同的供电电压 Vdd 405加电。因此，限制电阻器216和Rbias电阻器407形成了与TSC 202的电阻器串联的等效并联的组合电阻器。检测端口 212处的电压(Vdp)是供应源Vdd 405与地面403之间的由此产生分压网络的输出，并且由ADC 406感测。ADC 406将模拟电压转换为数字值， 该数字值由控制器222处理为ID值。图5是连接到TSC 202的TMID设备204的等效电路500的示意图，该TSC 202不包含VCN。如上所述，当GPIO端口 404被设置为输出状态时，限制电阻器Rum 216和偏置电阻器Rbias 407形成了被连接到供应源Vdd 405的等效并联组合电阻器(Rseq)。限制电阻器 RUN408和热敏电阻器RTHEKM208形成了等效并联组合电阻器Rteq。电阻器Rum 216,Rbias 407、 Rlin 408和Rtheem 208的值被选择为使得Rseq 502的值远小于Rteq 504的值，从而Vdd 405中的大部分通过Rteq504而降低。随后，ADC 406将感测ID电压306，ID电压306为ID电压组中的最大ID电压。图6是连接到TSC 202的TMID设备204的等效电路600的示意图，该TSC 202具有只包含钳位配置412的VCN。如上所述，当GPIO端口 404被设置为输出状态时，限制电阻器Rum 216和偏置电阻器Rbias 407形成被连接到Vdd 405的等效并联组合电阻器RSEQ。由于钳位配置412，进入ADC 406的电压不是像前面的实施例一样上升到Vdd405，而是被钳位到钳位配置412的正向电压，从而产生ID电压组的最低ID电压范围314。如上面详细描述的，由此产生的电压由ADC 406转换。图7是连接到TSC 202的TMID设备204的等效电路的示意图，该TSC 202具有包含与识别电阻器(Rid) 410串联的钳位配置412的VCN。如上所述，当GPIO端口 404被设置为输出状态时，Rum 216*Rbias 407形成了与Vdd 405相连接的等效的并联组合阻抗器RSEQ。 由于钳位配置412，ADC 406处的电压不会上升到Vdd 405，并且由于识别电阻器Rid 410的存在，ADC 406处的电压大于二极管配置412的正向电压。识别电阻器Rid 410被选择为当其与Rseq 502串联时，它在Vdd 405与二极管配置412的正向电压之间形成了分压器。如上面详细描述的，由此产生的电压由ADC 406转换。因此，TSC的ID可通过调整Rid 410的值而改变，以使第三ID电压范围316对应于具有一个Rid 410值的TSC 202并且第四ID电压范围318具有另一个Rid 410值。图8是包含四个识别值(ID)802、804、806和808的识别系统的多个温度传感电路 (TSC)800的结构图。第一组TSC 810的TSC具有第一识别值(IDl)802，第二组TSC 812的 TSC具有第二识别值(ID2)804，第三组TSC 814的TSC具有第三识别值(ID3)806，以及第四组TSC 816的TSC具有第四识别值(ID4)808。在示例性的系统中，第一组TSC 810只包括温度传感元件208和线性电阻器408，而不包含VCN。因此，IDl对应于图3所示的第一电压 ID 306。第二组TSC 812包括温度传感元件208、线性电阻器408和包含电平钳位器件412 的VCN 818。VCN 818不包含识别电阻器410。因此，第二 ID对应于第二电压范围314。第三组TSC 814包括温度传感元件208、线性电阻器408和VCN818，该VCN 818包含电平钳位器件412和具有第一 ID阻抗822的识别电阻器410。第三ID对应于第三ID电压范围316。第四组TSC816包含温度传感元件208、线性电阻器408和VCN824，该VCN 824包含电压钳位器件412和具有第一 ID阻抗826的识别电阻器410。第四ID对应于第四ID电压范围318。根据ID的数目、期望的温度测量范围、供给电压和其它决定因素选择TSC 202和 TMID设备204的组件的值。通常，最坏情况下的电压上限对应于负温度系数(NTC)热敏电阻的最小温度。因此，这些组件的值被选择为使最坏情况下的电压上限小于电压钳位器件 412 ( 二极管配置)的最小正向电压极限，由于二极管具有负温度系数，因此这种情况通常出现在最高温度时。温度测量的最大动态范围可通过在温度转换期间使用适当低的基准电压源而实现。明显地，当查看了这些教导之后，本领域的相关技术人员将会想到本发明的其它实施方式和修改。上面的描述是示例性的而非限制性的。本发明将只由下面的权利要求来限定，当结合以上说明书和附图查看时，本发明包括所有这些实施方式和修改。因此，本发明的范围不应参照上面的描述来确定，而是应参照所附的权利要求书及其等价物的全部范围来确定。
权利要求
1.一种温度测量与识别(TMID)设备，包括电压源，其通过限制电阻器与检测端口相连；与所述检测端口相连的电流源；以及控制器，所述控制器被配置为当所述电压源提供输出电压导致第一被测电压超出温度测量电压范围的上限电压时，基于所述检测端口处的第一被测电压，从多个温度测量电路中识别与所述检测端口相连的温度测量电路，并且被配置为当所述电压源被关闭时，基于所述检测端口处的第二被测电压确定所述温度传感电路的温度。
2.根据权利要求1所述的TMID设备，其中所述电流源包括与供给电压相连的偏置电阻器，当所述识别设备与所述检测端口相连时，所述偏置电阻器与所述温度传感元件串联。
3.根据权利要求1所述的TMID设备，其中所述电压源包括处理器的通用输入/输出 (GPIO)端口，所述GPIO端口在输出状态下提供所述输出电压，而所述GPIO在关闭状态下提供开路。
4.根据权利要求3所述的TMID，进一步包括模数转换器(ADC)，所述模数转换器与所述检测端口相连并被配置为提供与所述第一被测电压相对应的第一数字值和与所述第二被测电压对应的第二数字值。
5.根据权利要求4所述的TMID，所述控制器被配置为当所述第一被测电压在第一识别电压范围内时确定所述温度测量电路具有第一识别值，以及当所述第一被测温度在第二识别电压范围内时确定所述温度测量电路具有第二识别值。
6.根据权利要求4所述的TMID，其中所述第一被测电压等于与所述温度测量电路中的温度传感元件并联的电平钳位电路的钳位电压范围内的电压钳位电压。
全文摘要
温度传感电路“TSC”(202)连接到温度测量与识别“TMID”设备(204)以形成温度测量与识别电路(200)。该TSC(202)包括与电平钳位网络“VCN”(206)并联的温度传感元件“TSE”(208)，其将TSE的电压限制到识别电压范围内的识别电压。TMID设备(204)包括通过限制电阻器(216)与检测端口(212)相连的电压源(214)和与检测端口(212)相连的电流源(218)和电压传感器(220)。控制器(222)被配置为控制电压源(214)并接收来自于电压传感器(220)的电压测量结果。根据电压测量结果和电压源(214)的状态，控制器(222)确定TSE(208)的温度和TSC(200)的ID，或者确定错误情况存在。
文档编号G01K1/02GK102183310SQ20101062041
公开日2011年9月14日 申请日期2007年9月5日 优先权日2006年9月7日
发明者约翰·飞利浦·泰勒 申请人:京瓷公司