高压自举采样电路制造技术

本发明专利技术提供了一种自举采样开关，所述自举采样开关由于其高线性度可以在较低电源电压下使用，其中所述采样电压可以显著高于所述电源电压。该采样开关可以与2.7伏或更低的直流电源一起使用来对更高的电压进行采样。这些高压传输门开关中的多个可以直接连接在一起，从而消除沟道间失配的主要来源(有源缓冲器/电压降低电路)，并且能够实现以前不可能的新的误差补偿方法。所述采样开关电路不消耗正在被测量的DC电流。可能存在小的开关电容器电压电荷并且可能存在一些电压泄漏，但是不从正在被测量的所述电压输入汲取DC电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高压自举采样电路相关专利申请本申请要求于2016年10月11日提交的共同拥有的美国临时专利申请No.62/406,881的优先权；该临时专利申请据此以引用方式并入本文以用于所有目的。
本公开涉及采样电路，并且具体地，涉及用于较高电压电路的采样电路。
技术介绍
为了测量电压和电流，例如，在电源电路中，分流电阻器与测量装置耦接，例如感测(测量)电阻器和耦接到该感测电阻器的读出放大器。感测电阻器的较高电压节点可以被称为“VBUS”，并且感测电阻器的负载侧上的电压节点可以被称为“VSENSE”。读出放大器还可以包括模拟前端电路中的采样电路。此类装置可以与具有模数转换器(ADC)的微控制器组合。微控制器通常在低电压下工作，因此，其大多数周围的支持电路也设计用于此类低电压，例如3.3或5VDC。然而，电源电路通常生成更高的电压，并且测量高侧的电流会引入高共模电压。因此，使用此类测量电路来确定高压电路中的电流可能需要特殊的采样电路。通常需要采用具有多路复用器的采样架构对高压信号进行采样，同时不消耗来自输入源的大量功率并且不需要高压电源。在这种情况下的高电压可以是高达约40VDC的电压，但预计在不久的将来将高达约70VDC。
技术实现思路
因此，需要一种改进的采样电路。根据一个实施方案，一种用于利用低压控制信号控制高压开关电路的方法可包括以下步骤：提供耦接到至少一个低压控制信号的低压逆变器；提供耦接到低压逆变器并由其控制的第一高压晶体管；提供耦接到第一高压晶体管并由其控制的第二高压晶体管；并且提供主输入/输出信号路径，其可包括耦接到第二高压晶体管并由其控制的背靠背第三高压晶体管和第四高压晶体管；其中低压逆变器使第一高压晶体管导通，第一高压晶体管使第二高压晶体管导通，并且第二高压晶体管通过使第三高压晶体管和第四高压晶体管导通来启用主输入/输出信号路径。根据该方法的另一实施方案，可包括仅使用低电压控制信号利用浮动电容器使第二高压晶体管的源极升压的步骤。根据该方法的另一实施方案，可包括提供次级路径以从主要输入/输出信号路径移除漏电流和开关电流的步骤。根据该方法的另一实施方案，可包括提供从次级路径驱动高压晶体管所需的控制电流的步骤。根据该方法的另一实施方案，可包括从次级路径为高压晶体管提供漏电流的步骤。根据该方法的另一实施方案，可包括从主要路径或次级路径驱动浮动电容器的步骤。根据该方法的另一实施方案，高压开关电路可以用作高压信号的传输门开关，而不需要高压电源或高压控制信号，并且不会消耗来自高压输入信号的大电流。根据另一实施方案，一种用于以高共模电压切换信号的高压切换电路，所述切换电路可包括由低压控制信号控制的高压输入和输出晶体管。根据另一实施方案，高压开关电路可以适于作为传输门开关，用于耦接到高压信号，而不需要高压电源、高压控制信号，并且不从高压信号汲取电流。根据又一实施方案，一种用于以高共模电压切换信号的高压切换电路，可包括由低压控制信号控制的高压输入和输出晶体管；以及主要电流路径，其中所有电流都流过该主要电流路径。根据另一实施方案，第二输入电流路径可用于提供驱动主要电流路径高压输入和输出晶体管所需的电流。根据另一实施方案，第二输入电流路径可基本上提供将由主要电流路径提供的所有漏电流。根据另一实施方案，浮动电容器可由主要输入电流路径或次级输入电流路径驱动。根据又一实施方案，采样电路和多路复用器可包括：具有公共连接的第一采样开关和第二采样开关，此外，第一采样开关可以耦接到VBUS节点，并且第二采样开关可以耦接到VSENSE节点；第一采样电容器，其一个节点耦接到公共连接；第二采样电容器，其一个节点耦接到第一采样电容器的另一节点；与第二采样电容器并联的短路开关；以及运算放大器，其输入端耦接到第一采样电容器和第二采样电容器之间的结，并且其输出端耦接到第二采样电容器的另一节点；其中第一采样器开关和第二采样器开关可包括由低压控制信号控制的高压输入和输出晶体管。根据另一实施方案，采样电路和多路复用器可包括：多个高压开关电路，可包括高压输入和高压输出，以及低压控制输入；采样和保持电容器，其第一节点耦接到一些高压输出，并且其第二节点耦接到一些其他高压输出；以及一个双极开关，其一极耦接到第一节点，并且另一极耦接到第二节点。根据另一实施方案，模数转换器(ADC)可具有耦接到双极开关的差分输入。根据另一实施方案，可包括：感测电阻器，适于在电源和负载之间耦接；多个高压开关电路中的一些高压输入可以耦接到感测电阻器的电源侧；并且多个高压开关电路中的一些其他高压输入可以耦接到感测电阻器的负载侧；附图说明通过参考以下结合附图的描述，可以获得对本公开的更完整的理解，其中：图1示出了根据本公开的特定示例性实施方案的高压自举采样电路的示意图；图2示出了根据本公开的另一特定示例性实施方案的高压自举采样电路的示意图；图3示出了具有单通道差分输入多路复用器的采样电路的示意图，该单通道差分输入多路复用器包括两个高压开关；图4示出了在类似应用中使用的现有采样电路的示意性框图。以及图5示出了根据本公开教导内容的图1和图2中所示的高压自举采样电路的简化示例性应用的示意性框图，并且适于将电源的电流和电压测量耦接到采样电路模数转换器(ADC)。虽然本公开易受各种修改形式和替代形式的影响，但是其特定示例性实施方案已经在附图中示出并且在本文中详细描述。然而，应当理解，本文对特定示例性实施方案的描述并非旨在将本公开限于本文所公开的形式。具体实施方式根据各种实施方案，经典的自举采样开关可与高线性度模数转换器(ADC)一起使用，该模数转换器使用采样和保持电路来促使金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)采样开关的固定Vgs(栅极和源极之间的电压)。传统上，由于其高线性度(因为Vgs是恒定的并且不依赖于输入电压)，所以类似于本文公开的电路(下文中称为“该电路”)的电路可以在较低的电压下使用。在该修改的电路中，根据各种实施方案，如下结合了许多重要的变化：(1)采样电压可基本上高于电源电压。其他现有电路可在文献中找到，但电压差必须相对较小。根据本专利技术的教导内容，可使用2.7伏或更低电压的直流(VDC)电源来对40VDC或更高，例如70VDC的共模(CM)输入进行采样。(2)由于高电压要求，必须使用特殊器件，使漏极电压远高于电源电压，但始终对栅极-源极电压有非常明确的限制。根据本专利技术的教导内容，采样电路在所有装置上维持可允许的Vgs(<5VDC)，同时仍能够对高电压，例如70VDCCM输入信号进行采样。(3)许多此类现有电路不支持多路复用输入。例如，每个输入用于驱动单独的有源电路，该有源电路生成低压信号，然后可被多路复用。该电路允许多个高压传输门开关的输出直接连接在一起，从而消除沟道间失配的主要来源(有源缓冲器/电压降低电路)，并且能够实现以前不可能的新的误差补偿方法。并且(4)该电路不消耗正在被测量的直流电流；可能存在小的开关电容器充电电流并且可能存在一些漏电流，但是不从正在被测量的电压输入汲取DC电流(这是该电路与现有技术的显著区别)。现在参见附图，示意性地示出了示例性实施方案的细节。附图中的相同元件将由相同的数字表示，并且类似的元件将由具有不同的小写字母后缀的相同数字表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用低压控制信号控制高压开关电路的方法，所述方法包括：提供耦接到至少一个低压控制信号的低压逆变器；提供耦接到所述低压逆变器并由其控制的第一高压晶体管；提供耦接到所述第一高压晶体管并由其控制的第二高压晶体管；以及提供主要输入/输出信号路径，所述主要输入/输出信号路径包括耦接到所述第二高压晶体管并由其控制的背靠背第三高压晶体管和第四高压晶体管；其中所述低压逆变器使所述第一高压晶体管导通，所述第一高压晶体管使所述第二高压晶体管导通，并且所述第二高压晶体管通过使所述第三高压晶体管和第四高压晶体管导通来启用所述主要输入/输出信号路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.11 US 62/406,881;2017.10.10 US 15/729,2941.一种用低压控制信号控制高压开关电路的方法，所述方法包括：提供耦接到至少一个低压控制信号的低压逆变器；提供耦接到所述低压逆变器并由其控制的第一高压晶体管；提供耦接到所述第一高压晶体管并由其控制的第二高压晶体管；以及提供主要输入/输出信号路径，所述主要输入/输出信号路径包括耦接到所述第二高压晶体管并由其控制的背靠背第三高压晶体管和第四高压晶体管；其中所述低压逆变器使所述第一高压晶体管导通，所述第一高压晶体管使所述第二高压晶体管导通，并且所述第二高压晶体管通过使所述第三高压晶体管和第四高压晶体管导通来启用所述主要输入/输出信号路径。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：仅使用低压控制信号，利用浮动电容器使所述第二高压晶体管的源极升压。3.根据权利要求2所述的方法，还包括提供次级路径以从所述主要输入/输出信号路径中移除漏电流和开关电流。4.根据权利要求3或5至6中任一项所述的方法，还包括提供从所述次级路径驱动所述高压晶体管所需的控制电流。5.根据权利要求3、4或6中任一项所述的方法，还包括从所述次级路径为所述高压晶体管提供漏电流。6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，还包括从所述主要路径或所述次级路径驱动所述浮动电容器。7.根据权利要求1至6或8中任一项所述的方法，其中所述高压开关电路用作高压信号的传输门开关，而不需要高压电源或高压控制信号。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述高压切换电路用作高压信号的传输门开关，而不消耗来自高压输入信号的大电流。9.一种高压开关电路，用于以高共模电压切换信号，所述开关电路包括由低压控制信号控制的高压输入和输出晶体管。10.根据权利要求9或11至14中任一项所述的高压开关电路，适于作为传输门开关，用于耦接到高压信号，而不需要高压电源、高压控制信号，并且不从所述高压信号中汲取电流。11.根据权利要求9至10中任一项所述的高压开关电路，还包括主...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹·米查姆，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US