用于模数转换器的宽范围输入的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及模数转换器领域，尤其涉及被安排成接收宽范围电流的模数转换器的输入电路。
【背景技术】
[0002]在许多应用中，提供电子芯片以执行一种或多种功能，包括对提供给外部设备或负载的电流的控制。为了确保对外部设备或负载的恰当供电，所提供的电流应当被测量。例如，根据IEEE 802.3af-2003和IEEE 802.3at_2009 (各自由纽约的电气电子工程师协会团体发布，其每一者的全部内容通过引用结合于此)的以太网供电(PoE)定义了在不干扰数据通信的情况下通过一组2对双绞线来递送功率。前述标准尤其规定了功率发源装备(PSE)以及一个或多个被供电设备(PD)。在操作的第一阶段，PSE被安排成向每个H)输出类别电流(范围通常从O - 50mA)以确定H)的类别。在操作的工作阶段，PSE被安排成输出工作电流(对于目前考虑的较高功率应用，范围通常从350mA直到1A)。在这两个阶段，由PSE输出的电流应当被测量以确定是否存在用于所有H)的足够功率。
[0003]遗憾的是，能够恰当地转换此类宽范围电流的模数转换器(ADC)增加了附加成本。因此，长期以来深感需要允许将宽范围的输入电流通过不被安排成处置此类宽范围输入的标准ADC进行转换的安排。
【发明内容】
[0004]相应地，本发明的主要目标是克服现有技术中ADC输入电路的缺点。在一个实施例中，提供了一种用于模数转换器(ADC)的宽范围输入电流电路，所述宽范围输入电流电路包括:親合至ADC的输入的第一电阻器；親合至第一电阻器的第一电子控制式开关；第二电阻器，其耦合至ADC的输入并被安排成为输入电流提供电流路径；控制电路，其与第一电子控制式开关通信并被安排成交替地断开和闭合第一电子控制式开关，其中该控制电路被安排成在输入电流展现出在第一预定范围内的强度的情况下在高电流模式中工作，并被安排成在输入电流展现出在低于第一预定范围的第二预定范围内的强度的情况下在低电流模式中工作，其中在高电流模式中，该控制电路被安排成闭合第一电子控制式开关，第一电子控制式开关被安排成在闭合时为输入电流提供通过第一电阻器的电流路径，并且其中在低电流模式中，该控制电路被安排成断开第一电子控制式开关，第一电子控制式开关被安排成在断开时阻止输入电流流经第一电阻器。
[0005]在一个进一步的实施例中，该电路还包括耦合至第二电阻器的第二电子控制式开关，其中响应于该控制电路的高电流模式和低电流模式两者，第二电子控制式开关被安排成闭合，并且其中第一电子控制式开关的面积与第二电子控制式开关的面积的比值等于第二电阻器的电阻与第一电阻器的电阻的比值。
[0006]根据以下附图和描述，本发明的附加特征和优点将变得明显。
【附图说明】
[0007]为了更好地理解本发明并示出本发明可如何发挥作用，现在将纯粹作为示例地参考附图，其中相同的附图标记贯穿始终指示相应的元件或部件。
[0008]现在具体详细地参考附图，要强调的是，所示的细节是作为示例且只是出于对本发明的优选实施例的说明性讨论的目的，并且是为了提供什么被认为是对本发明的原理和概念方面最有用和容易理解的描述而呈现的。在这一点上，未尝试比基本理解本发明所必需的更详细地示出本发明的结构细节，参考附图的描述使得在实践中可如何实施本发明的若干形式对本领域技术人员而言是明显的。在附图中:
[0009]图1A图解了利用可变电流源的片上端口电流控制安排的高级示意图；
[0010]图1B图解了利用可选参考电阻器的片上端口电流控制安排的高级示意图；
[0011]图2A图解了进一步包括端口电流确定电路的图1的片上端口电流控制安排的高级示意图；
[0012]图2B图解了图2A的端口电流确定电路的操作方法的高级流程图；
[0013]图3图解了利用图1的片上端口电流控制安排的PoE系统的高级框图；
[0014]图4A图解了片上端口电流控制安排的高级框图，其中单个A/D被安排成处置宽范围的电流控制电平；
[0015]图4B图解了图4A的片上端口电流控制安排的操作方法的高级流程图；
[0016]图5A图解了用于单个A/D的输入电路的高级框图，以使得该单个A/D被安排成利用多个感测电阻器来处置宽范围的电流控制电平；
[0017]图5B图解了图5A的A/D输入电路的操作方法的高级流程图；
[0018]图6A图解了用于模数转换器的利用感测FET的宽范围输入装置的第一示例性实施例的尚级不意图；
[0019]图6B图解了图6A的宽范围输入装置的操作方法的高级流程图；
[0020]图7图解了用于模数转换器的利用感测FET的宽范围输入装置的第二示例性实施例的高级示意图，其中感测FET以贯穿主开关分布模式的模式分布；
[0021]图8图解了用于模数转换器的利用感测FET及电流控制电路的宽范围输入装置的第三示例性实施例的高级示意图；以及
[0022]图9图解了根据某些实施例的为模数转换器提供宽范围输入电流的方法的高级流程图。
【具体实施方式】
[0023]在详细地解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解本发明的应用不限于在以下描述中阐述或者在附图中示出的组件的构造和安排的细节。本发明适用于其他实施例或者适用于以各种方式实践或实现。同样，应当理解本文中所采用的词组和术语是出于描述目的，而不应被视为限制。如本文所使用的术语电阻器是指集成电路中定义的被安排成对流过的电流呈现电阻的元件。
[0024]图1A图解了片上端口电流控制安排10的尚级不意图。安排10包括:集成电路15 ;参考电流源20 ;包括差分放大器40和电子控制式开关50的电流控制电路30 ;片上参考电阻器(标示为RREF);以及片上感测电阻器(标示为RSENSE)。参考电流源20优选地可响应于控制输入(标示为ISELECT)而在多个预定值上变化。在一个实施例中，参考电流源20、电流控制电路30、片上参考电阻器RREF和片上感测电阻器RSENSE皆定义在集成电路15上。在另一实施例中，参考电流源20在集成电路15外部。在一个实施例中，差分放大器40包括运算放大器。电子控制式开关50被安排成响应于差分放大器40的输出来调节流过的电流强度。电子控制式开关50在以下被描述成实现为η沟道金属氧化物场效应晶体管(NMOSFET)，然而这并不意味着以任何方式进行限制，并且可以提供被安排成调节流过的电流强度的其他电子控制式开关。如上所述，片上电阻器(诸如感测电阻器RSENSE和参考电阻器RREF)展现大致已知电阻，其由于制造局限性而具有较大容差。然而，单个电子芯片上的不同电阻器的电阻之比是以足够准确度已知的，并且是与温度无关的，因为电阻器中的任何温度相关改变都是同步的。感测电阻器RSENSE的电阻标示为R，而参考电阻器RREF的电阻标示为A*R，其中A是准确已知的预定常数，从而参考电阻器RREF的电阻是作为感测电阻器RSENSE的电阻的因子来给出的。不要求A的值大于1，且由此RREF可具有比RSENSE更大的电阻、比RSENSE更小的电阻、或者与RSENSE基本相等的电阻而不超出本发明范围。这些电阻由此展现出预定关系，优选地是预定的与温度无关的固定数学关系。
[0025]参考电阻器RREF被图示为与可变参考电流源20串联的单个电阻器，然而这并不意味着以任何方式进行限制。在另一实施例中，如以下将关于图1B进一步描述的，参考电流源20是固定的，且参考电阻器RREF由多个串联电阻器构成。
[0026]参考电流源20的输入耦合至集成电路15的端口 25，且端口 25耦合至外部源电压(标示为V)。由参考电流源20生成的电流量优选地通过输入ISELECT来控制。参考电流源20的输出(标不为ILIMIT)親合至参考电阻器RREF的第一端和差分放大器40的非反相输入，且参考电阻器RREF的第二端耦合至共用电位。差分放大器40的反相输入耦合至感测电阻器RSENSE的第一端和电子控制式开关50的源极，且感测电阻器RSENSE的第二端親合至共用电位。差分放大器40的输出親合至电子控制式开关50的栅极，且电子控制式开关50的漏极耦合至集成电路15的端口 55。端口 55携带端口电流，即，要测量和/或控制的电流。
[0027]在一个非限制性实施例中，端口 55是如以上关于IEEE 802.3af或IEEE 802.3at所描述的PoE系统的负支路。在此类实施例中，共用电位是至DC功率源的返程，其通常相对于接地电位为约-48V DCo
[0028]在操作中，参考电流源20被安排成生成预定值的极限参考电流ILIMIT。极限参考电流IUMIT流经参考电阻器RREF并跨其产生极限电压，该电压被标示为VUMIT，其在差分放大器40的非反相输入处被接收。端口 55被安排成接收端口电流(标示为IP0RT)。电流IPORT流经电子控制式开关50和感测电阻器RSENSE至共用电位并跨感测电阻器RSENSE产生感测电压，该感测电压被标示为VSENSE。极限电压VUMIT和感测电压VSENSE之差由差分放大器40放大，且电流IPORT响应于差分放大器40的输出而被限制。具体而言，在感测电压VSENSE大于极限电压VLMIT的情况下，电子控制式开关50的电阻(S卩，电子控制式开关50的RDStJ增大，由此减小端口电流IP0RT。在感测电压VSENSE小于极限电压VUMIT的情况下，电子控制式开关50的RDS。,小，由此允许端口电流IPORT增大。电流控制电路30的操作由此被安排成致使感测电压VSENSE小于或等于极限电压VLIMIT，如本领域已知的。在某些实施例中，感测电压VSENSE可小于VUMIT，诸如在附连至端口 55的电路仅传递小于A*ILMIT的电流时。在这种情形中，电子控制式开关50完全导通，即1?5?响应于差分放大器40的输出而处于其最小值，然而IPORT由连接至端口 55的负载电路限制。由此，电流控制电路30充当电流监管器，其中IPORT不能超过A*IUMIT，但在某些环境中可小于A*ILIMITo
[0029]如以下将描述的，通过选择恰当的极限参考电流IUMIT，端口电流IPORT可由此被准确地控制成不超过预定极限。具体而言，式I针对其中正由电流控制电路30限制电流的情形示出了端口电流IPORT与感测电压VSENSE之间的关系:
[0030]IPORT = VSENSE/R式 I
[0031]其中R是感测电阻器RSENSE的电阻，其如上所述是未知的。
[0032]如上所述，电流控制电路30被安排成致使感测电压VSENSE等于参考电压VLMIT。因此，式I可被重写为:
[0033]IPORT = VLIMIT/R式 2
[0034