相关申请本申请要求2013年11月19日提交的美国非临时申请号14/084,398的优先权，该申请的内容出于所有目的全部通过引用合并于此。
背景技术：
本公开涉及电池电量计，并且特别地涉及使用场效应晶体管(FET)或电阻器分段控制增加低电流测量精度的电池电量计。除非这里另有指明，该部分中所描述的方法不因包含在该部分中而承认是现有技术。电池操作的电子装置经常包括用于测量流出或流入电池的电流的电路。这样的电路有时称作“电池电量计”。典型的电池电量计电路100示出在图1中。电路100可以测量到和来自电池102的电流和在电池102上的电压以确定电池102的荷电状态(SOC)。电路100可以包括电池电压模拟至数字转换器(ADC)104和电池电流ADC106。电压ADC104可以将电池电压Vbatt转换成数字值，并且电流ADC106可以将作为横跨感测电阻器103的电压所感测到的电池电流转换成数字值。数字电池电压和电池电流测量由电池荷电状态计算块108使用以确定电池102的荷电状态。检测电池电流的一个现有方法是在如图2中所图示出的电池电量计电路200中测量横跨与电池102串联的高侧感测电阻器203的电压。另一方法、如图3中所图示出的电池电量计300使用了由栅极控制块326控制的场效应晶体管(FET)312的漏极-源极导通电阻(Rds(on))。又一方法、图4中所图示出的电池电量计400使用了利用相对于来自电池FET312的初级电流缩放的来自副本FET414的副本镜像电流的副本感测。感测电路416基于副本镜像电流和用于电流ADC的初级电流而生成电压。然而，这些技术是有问题的，因为电池电流可能横跨宽范围的值波动。例如，当系统正汲取高电流时(例如，在正常或高需求的系统操作模式期间)，特定电阻值可以用于满足电流ADC输入的范围。然而，当电流归因于系统进入睡眠或待机模式而下降时，可用于较高电流模式的串联电阻值将在电流ADC输入产生非常小的电压降。由ADC读取低电压很容易产生误差，并且针对这样的误差的解决方案可能是昂贵且复杂的。
技术实现要素：
本公开描述一种用于使用场效应晶体管(FET)分段控制来增加低电流测量精度的电路。在一个实施例中，一种电路包括具有被配置成被耦合至电池的第一端子和被配置成被耦合至电子系统的第二端子的场效应晶体管(FET)。来自电池的电流通过FET流动至电子系统。FET包括具有单独控制端子的多个并联的FET分段。逻辑块具有输入以接收系统状态输入并且具有输出以基于系统状态输入提供多个开关控制信号。开关电路具有被耦合至多个开关控制信号的第一端子，并且具有被独立地耦合至多个FET分段的单独控制端子的第二端子，以将多个FET分段的单独控制端子选择性地耦合至第一参考电压端子或第二参考电压端子中的一个以独立地接通或关断每个FET分段。模拟至数字转换器具有被耦合至FET的第一端子的第一输入端子、被耦合至FET的第二端子的第二输入端子和输出以响应于被施加至第一输入端子和第二输入端子的信号来提供数字值。在一个实施例中，开关电路包括多个开关。每个开关具有被耦合至多个开关控制信号中的一个的控制端子和被耦合至FET分段中的对应的一个的单独控制端子的第一端子。每个开关将多个FET分段中的一个的单独控制端子中的一个选择性地耦合至第一参考电压端子或第二参考电压端子中的一个以独立地接通或关断所述FET分段。在一个实施例中，当第一系统模式与第二系统模式中相比具有对应的较低电池电流时，在第一系统模式中被接通的第一数量的FET分段少于在第二系统模式中被接通的第二数量的FET分段。在一个实施例中，系统状态输入包括时钟操作的状态、电压调节器的状态、软件应用的状态、电流汲取的状态和系统模式中的至少一个。在一个实施例中，模拟至数字转换器具有第三端子以接收开关控制信号以基于开关控制信号使数字值缩放。在另一实施例中，一种电路包括具有被配置成被耦合至电池的第一端子和被配置成被耦合至电子系统的第二端子的电池场效应晶体管(FET)。来自电池的电流通过电池FET流动至电子系统。副本FET具有第二端子和被配置成被耦合至电池的第一端子。来自电池的电流通过副本FET从第一端子流动至第二端子。电池FET和副本FET中的一个包括具有单独控制端子的多个并联的FET分段。逻辑块具有输入以接收系统状态输入和输出以基于系统状态输入提供多个开关控制信号。开关电路具有被耦合至多个开关控制信号的第一端子，和被独立地耦合至多个FET分段的单独控制端子的第二端子，以将多个FET分段的单独控制端子选择性地耦合至第一参考电压端子或第二参考电压端子中的一个以独立地接通或关断每个FET分段。电流感测电路具有被耦合至电池FET的第二端子的第一端子、被耦合至副本FET的第二端子的第二端子和输出端子以提供指示出流过副本FET的电流的电压。模拟至数字转换器具有被耦合至电流感测电路的输出端子的输入端子，以响应于被施加至输入端子的信号提供数字值。在一个实施例中，电池FET包括多个并联的FET分段。在一个实施例中，副本FET包括多个并联的FET分段。在一个实施例中，开关电路包括多个开关。每个开关具有被耦合至多个开关控制信号中的一个的控制端子和被耦合至FET分段中的对应的一个的单独控制端子的第一端子。每个开关将多个FET分段中的一个的单独控制端子中的一个选择性地耦合至第一参考电压端子或第二参考电压端子中的一个以独立地接通或关断所述FET分段。在一个实施例中，当第一系统模式与第二系统模式中相比具有对应的较低电池电流时，在第一系统模式中被接通的第一数量的FET分段少于在第二系统模式中被接通的第二数量的FET分段。在一个实施例中，系统状态输入包括时钟操作的状态、电压调节器的状态、软件应用的状态、电流汲取的状态和系统模式中的至少一个。在一个实施例中，模拟至数字转换器具有第二端子以接收开关控制信号以基于开关控制信号使数字值缩放。在另一实施例中，一种电路包括具有被配置成被耦合至电池的第一端子和被配置成被耦合至电子系统的第二端子的电池场效应晶体管(FET)。来自电池的电流通过FET流动至电子系统。副本FET具有被配置成被耦合至电池的第一端子，和第二端子。来自电池的电流通过副本FET从第一端子流动至第二端子。电流感测电路具有被耦合至电池FET的第二端子的第一端子、被耦合至副本FET的第二端子的第二端子和输出端子以提供指示出流过副本FET的电流的电压。电流感测电路包括具有单独控制端子的多个电阻器分段。逻辑块具有输入以接收系统状态输入和输出以基于系统状态输入提供多个开关控制信号以独立地禁用或启用每个电阻器分段。模拟至数字转换器具有被耦合至电流感测电路的输出端子的输入端子，以响应于被施加至输入端子的信号提供数字值。在一个实施例中，电流感测电路包括与多个电阻器分段并联耦合的第一电阻器。每个电阻器分段包括第二电阻器和与第二电阻器并联耦合的开关。开关被耦合至电阻器分段的控制端子。在一个实施例中，电流感测电路包括与多个电阻器分段串联耦合的第一电阻器。每个电阻器分段包括第二电阻器和与第二电阻器并联耦合的开关。开关被耦合至电阻器分段的控制端子。在一个实施例中，系统状态输入包括时钟操作的状态、电压调节器的状态、软件应用的状态、电流汲取的状态和系统模式中的至少一个。在一个实施例中，模拟至数字转换器具有第二端子以接收开关控制信号以基于开关控制信号使数字值缩放。在另一实施例中，方法包括将电池电流通过场效应晶体管(FET)耦合在电子系统与电池之间，其中FET包括具有单独控制端子的多个并联分段。方法进一步包括在逻辑块中接收系统状态输入并且基于系统状态输入产生多个开关控制信号；使用开关控制信号选择性地激活多个开关，其中多个开关将多个FET分段的单独控制端子选择性地耦合至第一参考电压或第二参考电压中的一个以独立地接通或关断每个FET分段；和将横跨FET分段中的一个或多个的电压转换成数字值。在一个实施例中，方法进一步包括在第一系统模式中接通第一数量的FET分段，和在第二系统模式中接通第二数量的FET分段。当第一系统模式与第二系统模式中的电池电流中相比具有对应的较低电池电流时，第一数量的FET分段少于第二数量的FET分段。在一个实施例中，系统状态输入包括时钟操作的状态、电压调节器的状态、软件应用的状态、电流汲取的状态和系统模式中的至少一个。下面的详细描述和附图提供了本公开的本质和优点的更好的理解。附图说明关于以下讨论并且特别地关于附图，需要强调的是所示出的细节代表用于说明性讨论的目的的示例，并且为提供本公开的原理和概念方面的描述而呈现。在这点上，没有试图显示超出本公开的基础理解所需要的实施细节。结合附图的以下讨论使得可以如何实践依照本公开的实施例对于本领域技术人员是显而易见的。在附图中：图1图示出采用低侧感测的传统电池电量计的方块图。图2图示出采用高侧感测的传统电池电量计的方块图。图3图示出采用FET感测元件的传统电池电量计的方块图。图4图示出采用副本电流感测的电池电量计的方块图。图5图示出根据实施例的包括多分段电池FET配置的电池电量计的方块图。图6图示出根据实施例的包括具有副本FET的多分段电池FET配置的电池电量计的方块图。图7图示出根据实施例的包括具有副本FET分段控制的多分段电池FET配置的电池电量计的方块图。图8图示出根据实施例的包括可变电阻以对控制缩放的电池电量计的方块图。图9图示出根据实施例的电流感测电路的方块图。图10图示出说明根据实施例的用于测量电池电流的处理流程的简化图。图11图示出根据实施例的FET控制电路的方块图。具体实施方式在以下描述中，为了说明的目的，阐述了许多示例和具体细节以便提供本公开的全面理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，如权利要求中所表达的本公开可以单独或与下面所描述的其他特征组合地包括这些实施例中的特征中的一些或所有，并且可以进一步包括这里所描述的特征和概念的修改和等效物。图5图示出根据实施例的包括多分段电池FET配置的电池电量计500的方块图。这里所描述的电池电量计可以在电源管理集成电路(“PMIC”)中实施。电池电量计500包括电池502、电压模拟至数字转换器(ADC)504、电流ADC506、电池荷电状态计算块508、分段控制器510和电池FET电路512。电池502将电池电压Vbatt施加至电压ADC504，其将电池电压Vbatt转换成数字值。电池FET电路512对响应于系统状态或模式来自栅极控制器510的控制信号或多个控制信号做出响应将电池电压Vbatt经由节点518耦合至外部电子系统。栅极控制器510控制电池FET电路512以控制经由节点518在电池502与外部电子系统之间的电流路径上的电阻。可控电阻可以基于来自栅极控制器510的控制信号或多个控制信号来设定。在一个实施例中，系统模式是睡眠模式(或待机模式)和活动模式。系统状态和模式的各种实施例结合图11进行描述。分段控制器510包括栅极控制电压块526、FET控制块528和形成开关电路的多个开关542-1至542-n。响应于系统输入548(例如，系统状态或模式)，FET控制块528分别将开关控制信号544-1至544-n提供至开关542-1至542-n，以使来自栅极控制电压块526的第一参考电压或者诸如接地等的第二参考电压选择性地且独立地耦合至电池FET电路512，用于控制电池FET电路512的总体导通电阻Rds(on)。开关544可以被实施为一个或多个晶体管。电池FET电路512包括多个分段522-1至522-n，每个可以独立地接通。在一些实施例中，分段522-1至522n是各由一个或多个FET形成的分段，它们在下文中也称作FET522或电池FET分段522。分段控制器510可以基于系统的状态接通不同的FET522，这可以对应于从电池502汲取的功率的量。栅极电压控制功能块526通过“n”个开关542选择性地耦合以选择性地将每个电池FET分段522接通或关断。于是，不同的系统输入548(例如，系统状态)可以引起不同的电池FET分段522接通和关断。在一个示例中，在低电池电流睡眠模式中，低数量的电池FET分段522可以被接通。这产生FET522的导通电阻Rds(on)的较高值和进入电流ADC506内的较大电压。可替代地，在高电池电流操作模式中，较大数量的电池FET分段522可以被接通。这产生FET522的导通电阻Rds(on)的较低值和最小功率损耗。开关控制信号544也可以被耦合至电流ADC506使得可以执行数字电流值的适当的缩放。电流ADC506将横跨FET分段522的电压转换成数字值。电池荷电状态计算块508由来自电压ADC504的数字电池电压和来自电流ADC506的电池电流测量来确定电池502的荷电状态520。图6图示出根据实施例的电池电量计600的方块图。电池电量计600根据实施例包括多分段电池FET电路512、副本FET电路614、电流感测电路616和电流ADC506。电池电量计600进一步包括电压ADC504和电池荷电状态计算块508，它们以与电池电量计500中类似的方式布置并且为了简单和清楚未示出在图6中。如结合图5所描述的，分段控制器510和电池FET电路512选择性地且独立地接通电池FET分段522以控制通过电池FET电路512经由节点518流到外部电子系统和流到电流感测电路616的电流。副本FET电路614将电池502耦合至电流感测电路616以提供与来自电池FET电路512的初级电流成镜像并且相对于该初级电流缩放的电流。副本FET电路614包括FET624。在一个实施例中，副本FET电路614的导通电阻Rds(on)是一个FET分段522的导通电阻Rds(on)的10,000倍。电流感测电路616检测流过副本FET电路614和电池FET电路512的电流并且将电池电流信号提供至电流ADC506。在一些实施例中，电流感测电路616包括运算放大器632、FET634和电阻器636。图7图示出根据实施例的电池电量计700的方块图。电池电量计700包括电池FET电路712、分段控制器510、副本FET电路714、电流感测电路516和电流ADC506。电池电量计700进一步包括电压ADC504和电池荷电状态计算块508，它们以与电池电量计500中类似的方式布置，并且为了简单和清楚未图示在图7中。电池FET电路712包括FET722。响应于系统输入548(例如，系统状态或模式)，FET控制块528分别将开关控制信号544-1至544-n提供至开关542-1至542-n，以选择性地且独立地将来自栅极控制电压块526的第一参考电压或者诸如接地等的第二参考电压耦合至副本FET电路714，用于控制副本FET电路714的总体导通电阻Rds(on)。副本FET电路714包括多个分段722-1至722-n，每个可以独立地接通。在一些实施例中，分段722-1至722-n是各由一个或多个FET形成的分段，它们在下文中也称作FET722或副本FET分段722。分段控制器510可以基于外部电子系统的状态接通不同的FET722，这可以对应于从电池502汲取的功率的量。栅极电压控制块526通过“n”个开关542选择性地耦合以将每个副本FET分段722选择性地接通或关断。于是，不同的系统输入548(例如，系统状态)可以引起不同的FET分段722被接通和关断。在一个示例中，在低电池电流睡眠模式中，大量的副本FET分段722可以被接通以增加副本电流增益。这产生了FET722的导通电阻Rds(on)的较低值、馈送至感测电路616的较高电流和进入电流ADC506中的较大电压。可替代地，在高电池电流操作模式中，低数量的副本FET分段722可以被接通以降低副本电流增益。这产生了FET722的漏极-源极电阻Rds(on)的较高值和最小功率损耗。开关控制信号544也可以被耦合至电流ADC506使得可以执行数字电流值的适当的缩放。电流感测电路616检测流过副本FET电路614和电池FET电路512的电流并且将电池电流信号提供至电流ADC506。在一些实施例中，电池电量计700可以包括代替电池FET电路712的电池FET电路512和用于控制电池FET电路512的另一分段控制器510。这样的电池电量计700包括用于电池FET电路512和副本FET电路714两者的FET分段，用于控制导通电阻Rds(on)。图8图示出根据实施例的使用可变电阻以对控制缩放的电池电量计800的方块图。电池电量计800包括电池FET电路712、副本FET电路614、电流ADC506、分段控制器810和电流感测电路816。电池电量计800进一步包括电压ADC504和电池荷电状态计算块508，它们以与电池电量计500中相同的方式布置，并且为了简单和清楚未示出在图8中。在使用副本电流的第三技术中，提供电压至电流ADC506的电压生成电阻被修改。更特别地，电池FET电路512和副本FET电路614是固定的，并且电流感测电路816的电阻被修改。分段控制器810包括栅极控制块526和响应于系统输入548生成控制信号844的开关控制块828。电流感测电路816包括运算放大器832、FET834和电阻器电路835。电阻器电路835包括电阻器836、多个电阻器838-1至838-n和多个开关840-1至840-n。电阻器838和开关840被串联耦合在FET834与接地之间以形成彼此并联耦合并且与电阻器836并联耦合的可选择的电阻器分段。开关840响应于来自分段控制器810的开关控制信号844被启用(例如，被断开)或禁用(例如，被闭合)以分别包括或去除电阻器分段。开关840可以被实施为一个或多个晶体管。当外部系统电流是高的(例如，通过电池FET电路512的电流是高的)时，开关控制块828通过将开关840闭合以包括并联的电阻器分段来减小电阻器电路838的电阻。当外部系统电流是低的(例如，通过电池FET电路512的电流是低的)时，开关控制块828通过断开开关840以去除并联的电阻器分段来增加电阻器电路835的电阻。在一些实施例中，电池电量计800可以包括代替电池FET电路712的电池FET电路512和用于控制电池FET电路512的分段控制器510，或者可以包括代替副本FET电路614的副本FET电路714和用于控制副本FET电路614的分段控制器510，或者具有相关联的分段控制器510的电池FET电路512和副本FET电路714两者。这样的电池电量计800包括电池FET电路512和副本FET电路714任一个或两者的FET分段，用于除了控制电阻器分段之外控制导通电阻Rds(on)。图9图示出根据实施例的电流感测电路916的方块图。电流感测电路916可以被用作电池电量计800的电流感测电路816的可替代方案。电流感测电路916包括以与电池电量计800的电流感测电路816类似地布置的运算放大器832、FET834和电阻器电路935。电阻器电路935包括电阻器936、多个电阻器938-1至938-n和多个开关940-1至940-n。电阻器938和开关940并联耦合以形成串联耦合在电阻器936与接地之间的可选择的电阻器分段。开关940响应于来自分段控制器810的开关控制信号844被启用(例如，被断开)或禁用(例如，被闭合)以分别包括或去除(通过使电阻器938短路)电阻器分段。开关940可以被实施为一个或多个晶体管。当外部系统电流是高的(例如，通过电池FET电路512的电流是高的)时，开关控制块828通过使开关940闭合以去除串联的电阻器分段来减小电阻器电路935的电阻。当外部系统电流是低的(例如，通过电池FET电路512的电流是低的)时，开关控制块828通过断开开关940以包括串联的电阻器分段来增加电阻器电路935的电阻。图10图示出说明根据实施例的用于测量电池电流的处理流程1000的简化图。处理流程1000被描述用于电池电量计500，但可以理解的是处理流程1000可以在在副本FET分段或电阻器分段的适当修改下应用于电池电量计600、700和800。在1002处，电池FET电路512将电池电流经由节点518耦合在外部电子系统与电池502之间。在1004处，FET控制块528接收系统输入548。在1006处，FET控制块528基于系统输入548生成开关控制信号544，并且在1008处使用开关控制信号544选择性地激活开关542。响应于开关控制信号544，开关542将多个电池FET分段522中的单独的控制端子耦合至栅极控制块526的第一参考电压或第二参考电压(例如，接地)中的一个，以将每个电池FET分段522独立地接通或关断。在1010处，电流感测电路516基于通过接通的电池FET分段522的电流生成电压。电流ADC506将横跨电池FET分段522中的一个或多个的电压转换成数字值。图11图示出根据实施例的FET控制电路1100的方块图。FET控制电路1100响应于系统输入信号1120提供分段控制信号1122。在各种实施例中，FET控制电路1100可以是FET控制块528或开关控制块828，系统输入信号1120可以是系统输入548，并且控制信号1122可以是开关控制信号544或开关控制信号844。FET控制电路1100可以是硬件状态机器或处理器中执行的软件或两者的组合。FET控制电路1100包括系统模式块1102、电压调节器块1104、时钟操作块1106、软件应用块1108、电流汲取块1110、电流汲取与软件应用改变块1112和开关信号生成块1114。系统模式块1102接收指示出系统是处于活动模式还是睡眠/待机模式的系统信号。在活动模式中，电流可以是高的，并且开关信号生成块1114可以将大多数或所有分段设定为接通。在睡眠/待机模式中，电流是低的，并且开关信号生成块1114可以将最少或几个分段设定为接通。外部电子系统知道每个电压调节器的状态。电压调节器块1104使用外部电子系统中的每个电压调节器的状态确定系统电流和相关联的分段或电阻配置。外部电子系统提供电压调节器的包括通/断状态和正常功率或低功率状态的状态信息。基于每个电压调节器的每个电流容量和状态，电压调节器块1104选择适当数量的分段。时钟操作块1106使用系统时钟分配和设定来确定系统中的电流汲取并确定分段的数量或电阻。时钟分配控制信号(例如，PMIC内部的)可以被提供至时钟操作块1106以控制FET分段或电阻器分段。在一些实施例中，时钟操作块1106接收处理器时钟锁相环(PLL)设定以细调分段的数量。在一个实施例中，时钟PLL设定经由系统电源管理接口(SPMI)命令由PMIC接收。软件应用块1108基于外部电子系统的软件的在操作中的特征或功能的数量和类型来控制激活的FET分段或电阻器分段的数量。软件应用块1108跟踪使用中的软件特征，将每个特征映射至电流的水平，将电流求和并且决定待激活的适当数量的分段。在一些实施例中，软件应用块1108在外部电子系统中的应用处理器上运行，经由系统电源管理接口(SPMI)控制FET分段或电阻器分段。电流汲取块1110使用系统电流测量来确定分段或电阻的操作数量。在各种实施例中，电流汲取块1110使用电流带与分段的数量的分配来确定何时从操作分段的一个数量切换至下一数量。在一些实施例中，电流带配置有一些重叠和一些滞后以清楚地且以合适速率覆盖过渡。在一些实施例中，电流汲取块1110在外部电子系统中的应用处理器上运行，经由系统电源管理接口(SPMI)控制FET分段或电阻器分段。电流汲取与软件应用改变块1112使用系统电流的水平和软件特征或者被接通或者被关断时的软件知识来确定FET分段或电阻器分段的操作数量。电流汲取与软件应用改变块1112维持针对各种软件特征的期望电流的表。基于测量出的系统电流和针对被接通或关断的新特征的期望电流改变，电流汲取与软件应用改变块1112计算出预期电流并基于预期电流来设定分段的数量。在外部电子系统中的应用处理器上运行的软件周期性地读取电流，并且知道或者使得知道用户接口上的改变以起动或停止软件应用。电流汲取与软件应用改变块1112使用当前的和将发生的特征改变来确定分段的操作数量。在一些实施例中，电流汲取与软件应用改变块1112在外部电子系统中的应用处理器上运行，经由系统电源管理接口(SPMI)来控制FET分段或电阻器分段。开关信号生成块1114基于系统电流的状态和由系统模式块1102、电压调节器块1104、时钟操作块1106、软件应用块1108、电流汲取块1110和电流汲取与软件应用改变块1112中的一个或多个所确定的系统状态而生成分段控制信号1122。在一些实施例中，FET控制电路1100基于操作的模式设定FET分段的导通电阻Rds(on)。例如，在两个模式操作中，当系统处于活动模式时，FET控制电路1100接通所有分段以维持例如10mΩ电阻值。当系统处于睡眠/待机时，关断分段的例如90％以将导通电阻Rds(on)增加至例如100mΩ。这产生了在睡眠电流信噪比(SNR)上的10倍增加。在典型系统中，处于或者激活或者待机的操作的模式的系统由单个信号状态来确定。在一些实施例中，FET控制电路1100基于在前测量中所读取的电流将横跨操作的整个范围的FET分段的导通电阻Rds(on)动态地缩放。FET控制电路1100可以包括用于各种电流范围的直条(bin)以提供开关点。由活动FET分段产生的导通电阻Rds(on)可以被用于使电流ADC506的输出缩放以生成合适的电流值。以上描述说明了本公开的各种实施例连同可以如何实施特定实施例的多个方面的示例。以上示例不应该被认为是仅有的实施例，并且被呈现以说明如由以下权利要求所限定的特定实施例的灵活性和优点。基于以上公开和以下权利要求，在不脱离如由权利要求所限定的本公开的范围的情况下可以采用其它布置、实施例、实施和等效物。