通过输入电压和输入电流感测来切换电压调节器的感测网络失配补偿的制作方法

本申请涉及通过输入电压和电流感测来切换电压调节器，特别地涉及用于通过输入电压和电流感测来切换电压调节器的感测网络失配补偿。

背景技术：

切换电压调节器从输入电压生成输出电压，并且是通过有源部件(诸如，脉宽调制控制器(pwm)、驱动器、功率mosfet)和无源部件(诸如，电感器、变压器或耦合电感器、电容器和电阻器)来实施的。控制器通常测量输出电流和输出电压，以便调节和监测输出电压。测量输入电流和输入电压允许控制器改进调节和监测，以及监测针对电压、电流和功率限制的输入功率。

一些控制器中需要了解调节器输入电流和电压，用于改进的调节算法和监测针对电压、电流和功率限制的输入功率。测量输入电流和电压需要控制器中的外部电路和内部电路。例如，一些调节器控制器差分地感测偏置有高dc共模电压的小信号(诸如，测量输入电感器两端的dcr降)。在该情况下，通常使用匹配的电阻器，以将高偏置电平移位到控制器可以容忍的水平的电压。然而，由于电压的大幅下降，电平移位电阻器之间的电阻的任何失配可以引起偏移问题。同样地，由于小的输入信号电平，需要高增益输入级。

然而，这限制了在输入级的adc(模拟-数字转换)转换范围饱和之前输入级可以容忍的偏移量。在使用偏置在12v处的感测电阻器测量2毫欧姆输入电流的通常应用中，需要比0.1％更好的电阻容限。同样地，在电阻器被放置在系统板上之前，不能确定失配的符号和大小。这意味着系统必须被设计为使得提供足够的adc范围以允许在两个极性中的电阻器失配。此外，高精度电阻器非常昂贵。例如，具有0.1％精度的电阻器的成本比具有1％精度的电阻器的成本多十倍。

因此，需要改进的输入电流和电压监测技术用于切换电压调节器，以最小化调节器复杂性和成本。

技术实现要素：

根据电压调节器的实施例，电压调节器包括：输入电压端子；功率级，被配置为从在输入电压端子处的输入电压产生输出电压；控制器，可操作以控制功率级的切换，以调节输出电压；分流电阻器，串联连接在输入电压端子和功率级之间；第一电平移位电阻器，串联连接在分流电阻器的第一端子和控制器的第一感测引脚之间；以及第二电平移位电阻器，串联连接在分流电阻器的第二端子和控制器的第二感测引脚之间。控制器包括感测电路，感测电路可操作以根据如在感测引脚两端所测量的、分流电阻器两端的电压来感测调节器的输入电流，以及根据在感测引脚中的一个感测引脚处所测量的电流来感测调节器的输入电压。控制器进一步包括校准电路，校准电路可操作以内部补偿第一电平移位电阻器和第二电平移位电阻器之间的电阻失配。校准电路提供了进行测量以确定由电阻失配所引起的偏移的符号和大小的装置，以及引入附加的补偿偏移以便最小化测量中的整体偏移的装置。

根据感测电压调节器的输入电流和输入电压的方法的实施例，电压调节器包括：输入电压端子；功率级，用于从在输入电压端子处的输入电压产生输出电压；分流电阻器，串联连接在输入电压端子和功率级之间；第一电平移位电阻器，串联连接在分流电阻器的第一端子和控制器的第一感测引脚之间；以及第二电平移位电阻器，串联连接在分流电阻器的第二端子和控制器的第二感测引脚之间，方法包括：根据如在感测引脚两端所测量的、分流电阻器两端的电压来感测调节器的输入电流；根据感测引脚中的一个感测引脚处所测量的电流来感测调节器的输入电压；以及在控制器内内部补偿第一电平移位电阻器和第二电平移位电阻器之间的电阻失配。

根据电压调节器控制器的实施例，控制器包括：第一感测引脚，被配置用于串联连接到第一电平移位电阻器，第一电平移位电阻器连接到分流电阻器的第一端子；第二感测引脚，被配置用于串联连接到第二电平移位电阻器，第二电平移位电阻器连接到分流电阻器的第二端子；感测电路，可操作以根据如在感测引脚两端所测量的、分流电阻器两端的电压来感测输入电流，以及根据在感测引脚中的一个感测引脚处所测量的电流来感测输入电压；以及校准电路，可操作以内部补偿第一电平移位电阻器和第二电平移位电阻器之间的电阻失配。

通过阅读以下详细说明，以及通过察看附图，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。

附图说明

附图的元件不必彼此相对成比例。类似的标号指定对应的相似的部分。各种说明的实施例的特征可以组合起来，除非它们相互排斥。实施例在附图中进行了描绘，并且在下面的描述中进行了详细描述。

图1示出了具有控制器的电压调节器的实施例的框图，该控制器具有用于提供外部失配和内部偏移补偿的校准电路。

图2示出了在调节器控制器中所包括的校准电路的实施例的框图。

图3示出了用于电压调节器的外部失配和内部偏移补偿的方法的实施例的流程图。

图4示出了具有附加引脚的调节器控制器的实施例的框图，该附加引脚用于在校准过程期间将外部分流电阻器短路。

图5示出了用于在校准过程期间将外部分流电阻器短路的另一实施例的框图。

图6示出了在调节器控制器中所包括的校准电路的另一实施例的框图。

图7示出了由在图6中所示出的控制器校准电路所实施的电压梯的实施例的框图。

具体实施方式

本文所描述的实施例提供了用于通过输入电压和电流感测来切换电压调节器的感测网络失配补偿。pi感测网络在调节器控制器的外部，并且包括连接到调节器的输入功率轨的低欧姆高侧分流电阻器。分流电阻器两端的电压与调节器输入电流成比例。电平移位是通过连接到分流电阻器的端子的两个高欧姆串联电阻器来完成的。电平移位电阻器的其它端子连接到调节器控制器上的相应的感测(输入)引脚。调节器控制器迫使电流通过电平移位电阻器，以使控制器感测(输入)引脚两端的电压依赖于分流电阻器两端的电压，但是电平移位到较低电压，该较低电压不超过在感测引脚处所允许的最大电压。控制器包括感测电路，感测电路(1)根据流过两个感测(输入)引脚的电流来感测输入电压以及(2)根据两个感测(输入)引脚两端的电压来感测输入电流。控制器还包括校准电路，校准电路内部补偿外部电平移位电阻器之间的电阻失配以及内部补偿控制器感测电路的内部偏移。

图1示出了电压调节器的实施例。电压调节器包括输入电压端子100、功率级102和控制器104(诸如，微控制器、微处理器、asic(专用集成电路)等)，功率级102被配置为从输入电压端子100处的输入电压(vin)产生输出电压(vout)，控制器104被配置为控制功率级102的切换。在图1中，功率级102通过电感器(l)和电容器(c)连接到外部负载(未示出)。备选地，功率级102可以通过变压器或耦合电感器而被耦合到负载。在每种情况下，功率级102具有被耦合到负载的一个或多个相。在图1的实施例中，每个相包括高侧晶体管(q1)和低侧晶体管(q2)，高侧晶体管(q1)和低侧晶体管(q2)用于将功率级102耦合到负载。在不同时期，高侧晶体管q1将负载可切换地连接到电压调节器的输入电压轨(vin)，并且对应的低侧晶体管q2将负载可切换地连接到地。为了便于说明，功率级102在图1中被示出具有一个相。通常，功率级102可以包括任何期望数目的相，其包括一个相(单相实现)或者多于一个相(多相实现)。由电压调节器供电的负载可以是高性能集成电路(诸如，微处理器、图像处理器、网络处理器等)或者需要电压调节的其它类型的集成电路(诸如，pol(负载点))。

通过调整递送到负载的电流，调节器控制器104调节由功率级102递送到负载的电压(vout)。控制器104可以包括脉冲宽度调制器(pwm)单元106，用于经由对应的pwm控制信号(pwm)来切换功率级102的晶体管q1、q2，以使功率级102向负载提供或吸收电流。响应于由控制器104所提供的pwm控制信号，在功率级102中所包括的或者与功率级102相关联的驱动器电路108将相应的栅极驱动信号g1、g2提供到功率级102的高侧晶体管q1和低侧晶体管q2的栅极。每个功率级相的激活状态和对应的高侧晶体管q1和低侧晶体管q2的占空比至少部分地基于施加到负载的输出电压(vout)来确定，以使电压调节器可以尽可能快速和可靠地对改变的负载状态作出反应。

控制器104可以管理从一个参考电压到另一个参考电压的改变。控制器104还可以确定输出电压(vout)和参考电压之间的误差，以及将误差电压转换为提供到控制器104的pwm单元106的数字表示，以用于修改功率级晶体管q1、q2的切换周期(例如通过调整占空比)。在通常的数字控制切换电压调节器中，这种电压调节功能是标准的，因此在这方面不再进一步的解释。

除了调节递送到负载的电压之外，控制器104还内部感测输入电压和输入电流，而无需使用外部放大器，并且无需控制器104必须连接到超过其最大额定电压的电压，即使调节器输入电压轨vin(例如，12v)可能显著高于控制器104的内部电源轨(例如，3.3v)。为此，控制器104使用外部pi网络110来测量输入电压和输入电流两者。

外部pi网络110包括低欧姆分流电阻器(rsh)和一对高欧姆电平移位串联电阻器(rx1、rx2)。分流电阻器rsh两端的电压(vrsh)是输入电流(iin)的函数或表示。每个电平移位电阻器rx1、rx2将分流电阻器rsh中的一个端子连接到控制器104的感测(输入)引脚(iinsen、vinsen)，以允许控制器104的感测电路112测量输入电压和输入电流。在一个实施例中，感测电路112通过向感测引脚iinsen、vinsen提供偏置电流来测量输入电压和输入电流。电平移位电阻器rx1、rx2允许高电压输入电流被电平移位到控制器104的合适的输入电压。这样，即使调节器输入电压轨高于感测引脚的最大电压，也不会超过感测引脚iinsen、vinsen处所允许的最大电压。例如，输入电压可以是12v，并且感测引脚iinsen、vinsen处所允许的最大电压可以是1.5v到2v。电平移位电阻器rx1、rx2拉取电流，以将输入电压vin下降到不大于1.5v到2v的电压水平，但是仍然在控制器104的感测引脚iinsen、vinsen处提供分流电阻器rsh两端的电压vrsh。

在外部pi网络110中所包括的分流电阻器rsh优选地具有在毫欧姆到微欧姆范围内的电阻。分流电阻器rsh是有损耗的，因为通过稍微减小功率级102的输入电压轨，分流电阻器rsh降低了系统效率，如由powerloss＝iin²*rsh所给出。然而，通过使用具有在毫欧姆到微欧姆范围内的电阻的分流电阻器rsh，调节器的输入电压轨vin两端的电压降(vrsh)被最小化，并且因此功率损耗(powerloss)也被最小化。例如，对于在微欧姆范围内的分流电阻器，分流电阻器rsh两端的电压降vrsh为大约5mv。

与分流电阻器rsh相对比，电平移位电阻器rx1、rx2应当是高欧姆，以最小化来自输入电压轨vin的功率损耗，如由powerloss＝(vin-vinsense)²/rx所给出，其中，vinsense是在控制器感测引脚iinsen、vinsen中的一个控制器感测引脚处所测量的电压，并且rx是将该感测引脚连接到分流电阻器rsh的端子的电平移位电阻器。电压vinsense可以经由电平移位电阻器rx1、rx2中的任何一个来测量。电平移位电阻器rx1、rx2可以具有高精度(例如，0.1％)或者较低精度(例如，1％)。电平移位电阻器rx1、rx2通常具有比分流电阻器rsh的电阻大小高数个数量级的电阻，例如，优选地在兆欧姆范围内。在外部pi网络110中所包括的电阻器rsh、rx1、rx2中的每个电阻器可以包括一个或多个个体电阻器。例如，每个电平移位电阻器rx1、rx2可以实现为单个物理电阻器、串联连接的多个高欧姆分立电阻器或者并联连接的多个低欧姆分立电阻器。

利用以上所描述的以及图1中所示出的外部pi网络110，在控制器104中所包括的感测电路112根据分流电阻器两端的电压vrsh(如由电平移位电阻器rx1、rx2向下移位以及根据vinsense＝vx1-vx2在控制器104的感测引脚iinsen、vinsen两端所测量的)来感测调节器的输入电流(iin)，如由iin＝f(vrsh)所给出。感测电路112还可以根据流过电平移位电阻器rx1、rx2中的任何一个电平移位电阻器的电流(irx1、irx2)(如在控制器104的对应的感测引脚iinsen、vinsen处所测量的)来感测调节器的输入电压vin，如由vin＝f(irxn)所给出。

控制器104还包括校准电路114，校准电路114内部补偿电平移位电阻器rx1、rx2之间的电阻失配以及内部补偿感测电路112的内部偏移。这样，在没有不利地影响控制器感测电路112的整体感测能力的情况下，可以使用具有较低精度(例如，1％)的低成本电阻器。在实施例中，感测电路112包括adc电路，用于对感测输入电流和电压进行数字化。adc电路具有受限的范围。电平移位电阻器rx1、rx2之间的失配将可用的adc范围减少了相应的量。校准电路114例如通过改变感测电路112中所包括的放大器的感测点来补偿该失配，使得感测电路112的adc范围稍微减小(如果有的话)。校准电路114还可以内部补偿adc电路以及感测电路112的其它部件(诸如，放大电路)的内部偏移。

图2示出了调节器控制器104中所包括的感测电路112和校准电流114的实施例。根据该实施例，感测电路112包括匹配电流镜像202、204，匹配电流镜像202、204中的每个电流镜像吸收经过对应的电平移位电阻器rx1、rx2的电流(ix1、ix2)，使得电平移位电阻器rx1、rx2两端的电压降(vx1、vx2)基本上相同，并且感测引脚两端的电压(vinsense＝vx1-vx2)与分流电阻器rsh两端的电压(vrsh)基本上相匹配。控制器104可以通过使用在两个输入引脚iinsen、vinsen处的匹配电流源202、204以使ix1＝ix2来感测输入电流。外部的电平移位电阻器rx1、rx2两者两端的电压降是相同的，使得控制器感测引脚iinsen、vinsen两端的电压等于分流电阻器两端的电压降，如由vrsh＝vx1-vx2所给出。

输入电压可以根据在控制器感测引脚iinsen、vinsen中的一个控制器感测引脚处的输入电流ix1、ix2来感测。根据一个实施例，感测电路112包括电路206(诸如，反馈放大器)，用于调节在感测节点处的电压(vx1、vx2)，使得在感测节点处的电压在输入电压端子100处的电压水平范围内保持恒定，并且经过该感测引脚的电流(ix1、ix2)是输入电压vin的函数。更详细地，电平移位电阻器rx1、rx2两端的电压应当匹配，并且因此在该实施例中使用匹配良好的电流镜像202、204。同样地，输入电压vin应当被电平移位正确的量，使得不超过控制器感测引脚iinsen、vinsen的最大电压。这样，反馈放大器206迫使电流(ix1、ix2)通过电平移位电阻器rx1、rx2中的一个电平移位电阻器，使得在对应的感测引脚处的电压(vx1、vx2)等于反馈放大器206的参考vr。反馈放大器206可以包括电流镜像208，并且在控制器感测引脚iinsen、vinsen中的一个控制器感测引脚处通过电流-电压转换来提供所感测的输入电压(pi_vinsen_out)。

反馈放大器206可以感测iinsen引脚、vinsen引脚处的电压或者两个电压的组合，使得电流202、204被调整，以使在iinsen、vinsen处的电压实际上是虚拟接地，并且与参考(目标)电压vr相匹配。例如，根据第一反馈连接配置，反馈放大器206将在感测引脚vinsen处的电压(vx2)调节为参考电压vr，如由av(vr-vx2)所给出，如在图2中所示。备选地，差分放大器212的共模回路可以用来设置iinsen和vinsen的共模，使得共模等于目标vr。例如，根据第二反馈连接配置，反馈放大器206可以将差分放大器212的一个输出处的电压(pi_iinsen_outn)调节为参考电压vr，如由av(vr-pi_iinsen_outn)所给出。这样，差分放大器212可以放置在反馈放大器206的反馈节点之前或者之后，使得反馈节点可以被连接到或者vx1或vx2、或者pi_iinsen_outp或pi_iinsen_outn。

根据图1和图2中所示出的实施例，分流电阻器rsh的第一端子被连接到调节器的输入电压端子100，分流电阻器rsh的第二端子被连接到功率级102，并且控制器感测电路112调节在感测引脚vinsen处的电压，使得在该感测引脚处的电压vx2在输入电压端子100处的电压水平范围内保持恒定，并且经过感测引脚vinsen的电流ix2是输入电压vin的函数。即，反馈放大器206迫使电流ix2通过第二电平移位电阻器rx2，使得在控制器感测引脚vinsen处的电压vx2等于反馈放大器206的参考vr。在感测引脚vinsen处所拉取的以迫使vx2＝vr的电流ix2表示调节器的输入电压，并且反馈放大器206在控制器感测引脚vinsen处通过电流-电压转换来提供所感测的输入电压(pi_vinsen_out)。

在另一实施例中，控制器感测电路112调节在感测引脚iinsen而不是感测引脚vinsen处的电压，使得在该感测引脚处的电压vx1在输入电压端子100处的电压水平范围内保持恒定，并且经过感测引脚iinsen的电流ix1是输入电压vin的函数。反馈放大器206迫使电流ix1通过第一电平移位电阻器rx1，使得在控制器感测引脚iinsen处的电压vx1等于反馈放大器206的参考vr。在该情况下，在感测引脚iinsen处所拉取的以迫使vx1＝vr的电流ix1表示调节器的输入电压(pi_vinsen_out)。

在每种情况下，调节器控制器104内部的感测电路112还可以包括模拟-数字转换器(adc)210，用于对经过感测引脚vinsen、iinsen的电流的表示进行数字化，反馈放大器206将感测引脚vinsen、iinsen的电压(vx2、vx1)调节在恒定水平(vr)，如上所述。该相同或者不同的adc210可以用于对在控制器104的感测引脚iinsen、vinsen两者处的电压的表示进行数字化。如本文中前面所描述的，感测引脚电压之间的差值(vx1-vx2)表示输入电流。控制器104可以进一步包括差分放大器212，差分放大器212被配置为放大在感测引脚iinsen、vinsen处的电压之间的差值。根据该实施例，adc210对放大器212的差分输出(pi_iinsen_outp、pi_iinsen_outn)进行数字化，以产出所测量的输入电流的数字表示。

在又一实施例中，adc210对在感测引脚iinsen、vinsen处的电压的函数的表示进行数字化，感测引脚iinsen、vinsen的电压(vx1、vx2)由反馈放大器206进行调节。函数可以是平均值、求和或者加权求和。例如，函数可以是电压之和，如由av(f(vx1+vx2)-vr)所给出。作为备选，差分放大器212的输出电压的函数可以由反馈放大器208进行调节，使得差分放大器212的输出电压的共模由反馈放大器206进行调节，如由av(f(pi_iinsen_outp+pi_iinsen_outn)-vr)所给出。根据该备选实施例，反馈放大器206调节差分放大器212的输出电压pi_iinsen_outp、pi_iinsen_outn的某个函数(例如，平均值、求和或者加权求和)。

在电平移位电阻器rx1、rx2之间、在电流镜像202、204之间存在失配的情况下，以及在放大器212、adc210等中存在内部偏移的情况下，上述输入电压和输入电流测量技术的准确度受到影响。外部失配和内部偏移减小了控制器感测电路112的可用范围，并且因此如果不加以减轻，将对输入电流和输入电压测量的准确度产生不利影响。例如由于元件漂移、可靠性降低等，随着时间的推移，影响会变得更加明显。控制器104减小了外部失配和内部偏移的影响。

例如，控制器104可以包括斩波电路214，用于平均由电流镜像202、204所吸收的电流ix1、ix2之间的偏移。输入电流iin等于(vx1-vx2)/rsh。电流镜像失配引入误差δix，误差δix与通过失配镜像202、204的电流成比例。误差δix导致如由ierr＝δix*rx/rsh所给出的测量误差。由于使用小欧姆分流电阻器rsh导致输入电压范围很小，因此小的失配可以导致大的误差。为了减小该误差，斩波电路214包括时钟开关，用于交替地将电流镜像202、204耦合到电平移位电阻器rx1、rx2中的每一个，使得电平移位电阻器rx1、rx2的有效电流测量值对由电流镜像202、204所吸收的电流ix1、ix2之间的偏移进行平均。附加的斩波电路可以被提供为对调节器控制器104内部的感测电路112的其它部分中的失配偏移进行平均。

附加地并且备选地，控制器104中所包括的校准电路114内部补偿电平移位电阻器rx1、rx2之间的电阻失配，以及内部补偿差分放大器212和adc210中存在的内部偏移。根据图2中所示出的实施例，校准电路114包括第一电阻器梯216和第二电阻器梯218。感测电路112的电流源电路(电流镜像202、204)迫使相应的电流ix1、ix2通过对应的电平移位电阻器rx1、rx2，使得控制器104的感测引脚iinsen、vinsen两端的电压与向下电平移位到较低电压的分流电阻器rsh两端的电压相对应。第一电阻器梯216电连接在感测引脚iinsen和电流源电路的第一节点(例如，电流镜像202)之间。第二电阻器梯218电连接在感测引脚vinsen和电流源电路的第二节点(例如，电流镜像204)之间。控制器104经由第一多路复用器220选择第一电阻器梯216的抽头点，以及经由第二多路复用器222选择第二电阻器梯218的抽头点，用于将感测电路1112的电流源电路(例如，电流镜像202、204)连接到电阻器梯216、218。经由多路复用器220、222来选择电阻器梯抽头点，以便补偿第一电平移位电阻器rx1和第二电平移位电阻器rx2之间的电阻失配，以及可选择地补偿差分放大器212和adc210的内部偏移。

电阻器梯抽头点提供了在相应的电阻器梯多路复用器220、222的输出处引入附加的偏移的装置。该附加的偏移用于补偿第一电平移位电阻器rx1和第二电平移位电阻器rx2之间的电阻失配，使得对应的电阻器梯多路复用器220/222的输出具有减小的偏移。用于生成偏移的其它实施例包括具有可编程的电流抽头以改变电阻器中的电流、或者不在梯形结构中的可变电阻器元件、或者具有可调整输入偏移的放大器。校准电路114可以使用所描述的实施例或者其它等同实施例，以提供补偿偏移，以便执行校准。

感测电路112的差分放大器212具有第一(+)输入和第二(-)输入，第一(+)输入经由第一多路复用器220电连接到第一电阻器梯216，第二(-)输入经由第二多路复用器222电连接到第二电阻器梯218。通过差分放大器212感测调节器输入电流，以放大分流电阻器rsh两端的电压，并且adc210将放大器212的输出处的放大电压转换为数字值adc_out。然而，外部电平移位电阻器rx1、rx2引入了由于失配导致的偏移。连接到感测电路112的电流镜像202、204的电阻器梯216、218允许控制器104引入内部偏移，通过经由相应的多路复用器220、222来选择最优电阻器梯抽头点，该内部偏移补偿了由于电平移位电阻器rx1、rx2之间的失配而出现的外部偏移。

校准电路114的每个多路复用器220、222能够以一个lsb(最低有效位)的增量进行调整。每个多路复用器220、222的lsb与由连接到该多路复用器220、222的电阻器梯216、218所提供的最佳电阻调整(在图2中为r/4)成比例，并且每个多路复用器220、222的lsb表示由校准电路114所提供的最小(最佳)补偿量。在校准过程期间，控制器104改变多路复用器220、222的选择设置(tmuxa_sel<3:0>、tmuxb_sel<3:0>)，直到由adc210输出的数字值在零的+/-一个lsb内，或者直到校准过程终止。当adc输出在零的+/-一个lsb内时，电平移位电阻器失配将adc210的可用范围最多减少1lsb，并且因此大多数(如果不是所有)的adc范围仍然可用于输入电流和电压测量。

在校准期间，控制器104对输入网络进行测量，使得由第一电平移位电阻器rx1和第二电平移位电阻器rx2之间的电阻失配所引入的偏移可以通过测量来确定。然后，测量可以用于在校准电路114中引入附加的补偿偏移(诸如由校准电路114或者备选实施例所提供的)，使得补偿偏移最小化测量中的整体偏移。在一些情况中，所有需要的是偏移量的符号，以便使用搜索算法或者伺服回路，以最小化偏移。在其它实施例中，大小可以用于确定所需要的补偿偏移。

在一个实施例中，控制器104包括计数器，如果校准过程期间由adc210输出的数字值在零的+/-一个lsb之外，则例如经由伺服回路来增加或减小计数器，以改变多路复用器220、222的选择设置(tmuxa_sel<3:0>、tmuxb_sel<3:0>)。控制器104继续增加和/或减小计数器，直到由adc210输出的数字值在零的+/-一个lsb之内或者直到校准过程终止。在实施例中，控制器104包括比较器，用于将adc输出与lsb进行比较。控制器继续改变多路复用器设置，直到adc输出在零的+/-1lsb之内。产出在零的+/-1lsb之内的adc输出的多路复用器设置最好地补偿rx失配以及差分放大器212和adc210的内部偏移。在另一实施例中，控制器104直接计算多路复用器设置(tmuxa_sel<3:0>、tmuxb_sel<3:0>)，该多路复用器设置产出在零的+/-一个lsb之内的在adc210的输出处的数字值。

图3示出了由调节器控制器104所实施的校准过程的一个实施例。多路复用器设置(tmuxa_sel<3:0>、tmuxb_sel<3:0>)被设置为初始(基准)值(例如，零)(框300)。然后将控制器感测电路112的差分放大器212的输入iinn、iinp短路，并且在adc的输出处测量差分放大器212和adc210的内部偏移(框302)。通过将放大器输入iinn、iinp短路，adc输出仅表示差分放大器212和adc210的偏移。内部偏移可以在多个样本(例如，图3中的64个样本)上进行平均，并且由控制器104存储为代码x(框302)。在测量内部偏移之后，放大器输入iinn、iinp不被短路，并且外部分流电阻器rsh被短路(框304)。控制器104在校准时不知道输入电流iin的值，因此在校准过程期间通过将分流电阻器rsh短路来移除rsh*iin路径。

图4示出了控制器104的实施例，其中控制器104包括附加的引脚(i/o)，在校准过程期间附加的引脚(i/o)变高。当该引脚为高时，nfetn1接通，并且将nfetn1和电阻器rcal2之间的节点拉低，这继而接通pfetp1，以经由电阻器rcal1连接rx1和rx2，从而从外部pi网络100中移除rsh*iin。该配置有效地将第一电平移位电阻器rx1和第二电平移位电阻器rx2两者连接到相同节点，提供输入归零能力，使得由于电阻失配导致的电压偏移被看作控制器104的感测引脚iinsen、vinsen两端的电压差值，其独立于在传感器中流动的电流。这允许通过校准电路114来测量偏移，使得偏移可以被消除或者最小化。

图5示出了用于提供输入归零能力的外部电路的备选实施例。根据该实施例，开关n2被配置为将传感器输入iinsen、vinsen短路。为了提供短路能力，电平移位电阻中的一些电平移位电阻没有被短路。电阻器rxx1和rxx2通常比电阻器rx1和rx2小超过100x。这样，在校准期间，大部分输入电流iin流过分流电阻器rsh。由于在测量中包括大部分电阻，因此该配置仍然有效。电阻器rxx1和rxx2的失配应该很小，并且可以忽略。其它实施例是可能的，包括nmos和pmos开关的备选布置，使得由电平移位电阻器rx1和rx2的失配所引入的偏移可以在控制器输入iinsen、vinsen两端看到。

返回到图3中的方法，总偏移包括由电平移位电阻器失配所引起的外部偏移以及差分放大器212和adc210的内部偏移，总偏移在adc210的输出处进行测量，并且由控制器104存储为代码y(框306)。由电平移位电阻器失配所引起的外部偏移通过从代码y(总偏移)减去代码x(内部偏移)来计算为代码z(框306)。

如果外部偏移(代码z)在零的+/-1lsb(例如，在图3中为+/-6.25mv)内，在对z个样本的代码z计算求平均值(框308、310、312)之后，已经确定了最好地补偿外部电平移位器rx1、rx2之间的失配的最优多路复用器设置，并且校准过程终止(框314)。然而，如果代码z在零的+/-1lsb之外(框308：“否”)，那么控制器104改变多路复用器选择设置。如果代码z在+/-1lsb之外并且大于零，那么第一多路复用器220的设置(tmuxa_sel<3:0>)增加，直到代码z落入零的+/-1lsb内或者已经尝试第一多路复用器220的所有设置(y)(框316、318、320、322)。如果代码z在+/-1lsb之外并且小于零，那么第二多路复用器222的设置(tmuxb_sel<3:0>)减小，直到代码z落入零的+/-1lsb内或者已经尝试第二多路复用器222的所有设置(框316、324、326、328)。校准过程收敛于理想的多路复用器设置，即导致代码z在零的+/-1lsb内的多路复用器设置，或者例如通过控制器104或者外部干预可以终止校准过程。通过图3中所示出的方法，控制器104可以选择电阻器梯216、218的抽头点，以便补偿第一电平移位电阻器rx1和第二电平移位电阻器rx2之间的电阻失配，以及可选地补偿放大器212和adc210的内部偏移。

表1示出了针对第一(a)多路复用器220和第二(b)多路复用器222的示例性多路复用器设置。每个电阻器梯216、218具有9个电阻设置点(a0-a8、b0-b8)，并且针对多路复用器设置的每个组合示出了电阻德尔塔(δr)。lsb与vin*r/4成比例，其中r/4是由电阻器梯216、218提供的最佳电阻调整。在表1中所示出的示例中，r＝240ω，rx1＝100kω，rx2＝100kω，vin＝12v，vr＝25mv并且lsb＝6.25mv。因此，在该纯粹说明性的示例中，在多路复用器设置中的每个增量的改变表示+/-6.25mv的改变，并且总的调整范围从+143.75mv变化到-143.75mv。其它多路复用器设置粒度和范围被设想，并且在本文所描述的实施例的范围内。

表1：示例性多路复用器设置和电压调整选项

在表1中，根据该示例，adc210的范围可以递增偏移+/-6.25mv，并且递增偏移总共+/-143.75mv，以补偿外部电平移位电阻器rx1、rx2中的失配，以及可选择地补偿差分放大器212和adc210中的偏移。由校准电路114提供的增量偏移量取决于若干因素，这些因素包括由电阻器梯216、218提供的最佳电阻调整和输入电压vin的值。每个梯216、218的电阻器在控制器104的内部，即在与控制器104相同的裸片上制造。相应地，梯电阻器具有良好的温度系数以及比外部电平移位电阻器rx1、rx2更好的匹配，特别是在较低精度(例如，1％)的分立外部电阻器的情况下。

表2提供了在补偿外部电平移位电阻器rx1和rx2之间的失配以及没有补偿外部电平移位电阻器rx1和rx2之间的失配的情况下的比较说明。外部电平移位电阻器rx1和rx2中的失配引入电压偏移项voffset＝ix*drx，其中“d”表示电阻失配。电压偏移可以是正的或者是负的。表2示出对于从0.1％精度(容限)外部电平移位电阻器到1％精度外部电平移位电阻器的不同失配度的3σvoffset值。同样在该示例中，adc范围是60mv。即使对于匹配良好的外部电阻器，项ix*drx也可以导致较大的偏移。对于更高精度0.1％100k欧姆(ohm)电阻器，失配可以是100欧姆。该失配产出10mv的偏移，从控制器104的整体adc范围减去10mv的偏移。在没有补偿rx失配的情况下，外部电平移位电阻器rx1、rx2必须是0.1％匹配的，以具有良好的adc范围。由校准电路114来补偿由rx失配所引起的偏移。在校准过程期间，外部偏移被感测，并且通过相等且相反的内部偏移来补偿。例如，多路复用器设置(tmuxa_sel<3:0>、tmuxb_sel<3:0>)可以以1lsb(图2和图3中为r/4或者～6mv)的增量来调整，直到所测量的偏移在零的+/-1lsb内。

表2：在有rx失配校准和没有rx失配校准的情况下的示例说明

当输入电压vin改变时，电流ix与(vin-vr)/(rx+nr)成比例，并且外部偏移和内部偏移都与δvin(vin德尔塔)成比例。即，voffset随vin的改变如下：

以及

因此，新的voffset’可以由前面的voffset来导出，如下式所给出：

差分放大器212和adc210的内部偏移相似地与vin成比例，如下式所给出：

以及

其中“n”是多路复用器220、222的lsb，并且vmux是内部偏移。这样，校准过程不必立即重新进行。

如果rx1/rx2失配没有减轻，那么在表2的示例中全部可用的60mv范围将被具有0.4％精度的电阻器的失配消耗。通过选择电阻器梯216、218的抽头点，以补偿电平移位电阻器rx1、rx2之间的电阻失配，并且可选择地补偿放大器212和adc210的内部偏移，全部60mv范围被保留用于具有0.7％精度的电平移位电阻器。即使对于具有1％精度的电平移位电阻器，原始60mv范围中的54.75mv也保持可用于输入电流和电压测量。

如上所述，代替使用计数器来寻找最优多路复用器设置，控制器104可以直接计算多路复用器设置(tmuxa_sel<3:0>、tmuxb_sel<3:0>)，其产出在零的+/-一个lsb之内的在adc210的输出处的数字值。例如，如果由外部电平移位电阻器rx1和rx2中的失配所引起的电压偏移大于零，则控制器104可以如下计算多路复用器设置：

以及

如果由外部电平移位电阻器rx1和rx2中的失配所引起的电压偏移小于零，则控制器104可以如下计算多路复用器设置：

以及

可以重复由调节器控制器所实施的校准过程。例如，每次由电压调节器使能输出电压时，都可以执行校准过程。附加地或备选地，校准过程可以在一定量的工作温度改变后执行。根据外部电平移位电阻器rx1、rx2的温度系数，失配可以随温度漂移。重新校准解决了漂移问题。温度遥测数据可以容易地由控制器104获得，例如通常感测外部裸片温度和内部裸片温度。在一个实施例中，如果温度遥测数据超过阈值，那么控制器104重新启动校准过程，以重新补偿电平移位电阻器rx1、rx2之间的电阻失配。附加地或者备选地，在预定时间量流逝之后，控制器104可以重新启动校准过程，以重新补偿电平移位电阻器rx1、rx2之间的电阻失配。根据用于制造控制器的半导体技术，在控制器裸片内所包括的器件(晶体管、二极管、半导体等)可能对应力(诸如，机械应力、电应力等)高度敏感。因此，器件可能随时间移位。针对这种内部移位的重新校准解决了随着时间推移发生的内部应力导致的移位问题。

用于实施校准过程的控制器104中所包括的校准电路114在图2中被图示为电阻器梯网络216、218以及对应的多路复用器220、222，对应的多路复用器220、222用于选择相应的梯216、218的设置点。在另一实施例中，内部电阻器(r/4、r/4、r/4、r、r…)可以实施为其栅极直接由控制器104而不是使用多路复用器来控制的晶体管，以调整在差分放大器212的输入iinn、iinp处的偏移，以及补偿如本文中前述的外部电阻器失配和内部偏移。根据该实施例，控制器104直接设置校准电路的114的第一电阻器梯216的电阻以及第二电阻器梯218的电阻，以便补偿电平移位电阻器rx1、rx2之间的电阻失配，以及可选择地补偿差分放大器212和adc210的内部偏移。

图6示出了在调节器控制器104中所包括的校准电路114的又一实施例。根据该实施例，校准电路114包括多路复用器400，多路复用器400具有多个可选电压输入(vr+/-ymv)以及输出，该输出电连接到差分放大器212的一个输入。差分放大器212的另一输入电连接到控制器104的感测引脚iinsen。在校准过程期间，控制器104改变多路复用器400的选择设置(tmux1_sel<y:0>)，直到由adc210(为了便于说明，在图6中未示出)所输出的数字值在adc范围的最小值处或者直到校准过程终止。

如果调节器输入电压vin改变，那么在该实施例中，校准将被关断。因此，如果输入电压vin改变，那么控制器104重新启动校准过程，以将由adc210所输出的数字值重新设置在adc范围的最小值处(即，零的+/-1lsb)，其中在该实施例中，lsb是由通过调整多路复用器400的选择设置(tmux1_sel<y:0>)可获得的最小(最佳)电压偏移。附加地或者备选地，如果由控制器104所感测的温度超过阈值和/或在预定时间量流逝之后，则控制器104可以重新启动校准过程，以将由adc210所输出的数字值重新设置在adc范围的最小值处。

更详细地，每个镜像电流ix是(vin-vr)/rx的函数。由控制器104的感测电路112所实施的回路试图迫使感测输入电压vinsense为vr，并且设置每个镜像电流ix，使得ix等于(vin-vinsense)/rx。因此，如果输入电压vin改变，那么回路改变ix，以满足该条件。即，ix与vin成比例，并且rx两端的对应的电压降也与vin成比例。在图6中所示出的校准电路实施例直接将电压偏移引入到差分放大器212，以补偿外部rx失配偏移以及放大器212和adc210中的内部偏移。通过由改变多路复用器400的设置来向上或向下移位放大器范围，控制器104实施伺服回路，以寻找最优电压偏移(voffset)并且然后将该偏移添加到差分放大器212。如本文中前述的，电压vr是参考电压，参考电压将所感测的输入电压vinsense设置为vr。多路复用器400的输入是基于相同的参考电压vr所生成的电压偏移梯402。电压梯402的步进值是基于调节器能够支持的可能的输入电压范围来选择的，并且具有足够精细的步进差(δmv)，以有意义地减小来自rx电阻器失配和内部偏移的影响。

图7示出了由控制器校准电路114所实施的电压梯402的实施例。根据该实施例，电压vr是从带隙电压500以及放大器502生成的，放大器502在其输出具有电阻器网络504。可以从电阻器梯504来分接多个电压，以提供不同的步进值(vr+/-xmv)，通过选择多路复用器400的对应的选择设置(tmux1_sel<y:0>)，不同的步进值(vr+/-xmv)是可选的。

如本文中所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括”、“包括有”等是开放式术语，其指示存在所述元件和特征，但是不排除附加的元件和特征。除非上下文清楚地指示，否则冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括复数和单数。

应当理解，除非特别注明，否则本文中所描述的各种实施例的特征可以互相结合。

尽管本文中以及说明和描述具体的实施例，但是本领域普通技术人员将理解，各种备选的和/或等同的实现可以替代所示出和描述的具体实施例，而不偏离本发明的范围。本申请旨在覆盖本文中所讨论的具体实施例的任何适配和变化。因此，本发明旨在仅受限于权利要求及其等同。