具有用于分流测量的可调整箝位的无源输入滤波器制造技术

提供了一种具有用于分流测量的可调整箝位的无源输入滤波器。提供了用于分流测量的方法和装置。在一个实施例中，一种测量单元包括：用于源设备的输入，该源设备被配置用于提供要在源设备的第一操作模式中测量的第一模拟电压电平以及要在源设备的第二操作设备中测量的第二模拟电压电平；控制输入，被配置用于检测源设备的操作模式；以及输入级，被配置为最小化在源设备的操作模式中改变之后的测量单元的反应时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于分流测量单元和对诸如微控制器的控制设备的数字接口的系统和方法。更具体地，本专利技术涉及用于具有用于分流测量的可调整箝位的无源输入滤波器的方法和系统。
技术介绍
在一些应用中，诸如在电气AC电机的控制中，通过模拟到数字转换器(ADC)来测量多于一个的模拟输入电压并将其转换成数字值。在仅一个ADC可用的情况下，不同的模拟输入值必须一个接一个地被连接到ADC的输入。在AC电机控制应用中，这是经由独立的分流电阻器测量相电流的常见情形。在其他应用中，一个模拟输入值还能够用作对ADC的输入，但是在特定时间点改变该模拟输入值的操作模式(例如，不同的信号调节设置，诸如输入放大)。在AC电机控制应用中，这也是经由共享分流电阻器测量相电流的常见情形。此外，AC电机中的功率开关的切换还可能引入噪声，并且功率开关的不同切换模式限定了要经由公共分流电阻器测量的不同电流。例如，在第一开关模式(第一操作模式)的情况下，可以经由公共分流来测量第一相位的相电流，并且在第二开关模式(第二操作模式)的情况下，也可以经由公共分流来测量第二相位的相电流。在这样的情况下，模拟输入处的电压可以在不同的操作模式之间显著改变(这里，操作模式的限定还可以包括输入信号的改变以及信号调节参数的改变)。特别是在公共分流电阻器处测量多于一个电压的应用中，输入电压可能显著改变。在一些应用中，输入电压可以直接用作针对ADC的输入，而在其他应用中，需要通过比较器单元的附加放大或更快水平的检查。这些功能可以由与ADC相关联的输入级来处理。图1示出了要测量的典型电压。该电压在几百mV的范围内，并且被转换为数字值。在切换时间点(例如，输入信号的操作模式的改变)，过冲可能在几伏特的范围内发生。此夕卜，要测量的电压(例如，共模电压)还可能在不同的操作模式之间以几伏特进行变化。对输入级的输入信号中的改变的反应时间(即，在操作模式的改变和例如ADC可以输送正确的结果或比较器输出是有效的点之间的时间)应当被最小化，以允许更高水平的控制回路的快速反应或者避免在例如针对过电流事件而对阈值检查输入电压时的“盲窗口”。反应取决于当改变输入信号的操作模式时的噪声和不期望的过冲。该系统的反应时间在系统架构中起重要的作用并且应当被最小化。此外，测量单元的实施方式(S卩，诸如图2中以下示出的输入放大器的信号调节单元或ADC的输入)应当在标准技术中是可行的，而不需要特别高的速度或高电压设备。测量还应当带有过载限制的抗混叠滤波器(即，箝位属性)。图2是图示用于通过高电流分流器的标准分流测量的传统电路10的高级框图。传统分流电路10使得能够进行芯片外的分流电压的测量。传统分流电路10可以包括分流电阻器12，分流电流行进通过该分流电阻器12，前置放大器14耦合到分流电阻器12以及无源RC滤波器16、20。可以位于微控制器或其他控制设备上的模拟到数字转换器(ADC) 18被耦合到传统分流电路10。分流电流Is可以在几安培到100安培范围内，并且可以生成几百mV的电压Vmeasο该电压可以被馈送到前置放大器14，该前置放大器14生成具有通常3V到5V的满量程范围的输出电压。然后，该电压由无源一阶抗混叠滤波器16、20进行滤波，并且通过常规的模拟到数字转换器(ADC) 18被转换成数字值。传统分流电路10的放大器还具有将输出电压限制为最大3V到5V的输出电压(取决于ADC的最大输入电压)的钳位特性，从而避免了在分流时发生高过冲时的抗混叠滤波器的强过载。强过载导致了特定应用不可接受的长恢复时间。诸如图2中所示的传统分流电路具有若干缺点。图2的传统分流电路10需要非常快速并且准确的前置放大器、外部组件以及用于ADC的输入通道。传统分流电路10的前置放大器难以被实现为标准控制设备(例如，微控制器)并且需要大量的面积和电流，由此显著增加了与该控制设备相关联的成本。前置放大器的另一严格要求是在几伏特的范围内变化的大共模输入电压范围(这里，“大”是指由于电流流动通过分流电阻器而导致所需要的共模范围远大于测量电压的输入信号范围)。这意味着，共模输入电压可以是测量电压的10倍。此外，图2中的实施方式示出了用于消耗大量面积和功率的ADC和前置放大器的两个不同的集成电路。最后，用于分流测量的传统ADC通常直接位于控制设备(如微控制器)上，而分流电阻器通常位于功率开关附近。结果，模拟输入信号“看到了 ”具有所有已知缺点(诸如，感生噪声)的从分流器到控制设备的输入的长路径。因此，存在对克服这些缺点的用于分流测量的系统和方法的需要。更具体地，需要要求更少面积和更少功率但是提高准确性、速度和效率的用于具有用于分流测量的可调整箝位的无源输入滤波器的方法和系统。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，一种用于执行分流测量的系统，包括:用于源设备的输入，该源设备提供要在源设备的第一操作模式中测量的第一模拟电压电平以及要在源设备的第二操作设备中测量的第二模拟电压电平；控制输入，用于检测源设备的操作模式；以及输入级，被配置为最小化在源设备的操作模式中改变之后的测量单元的反应时间。根据本专利技术的实施例，该系统还包括用于根据源设备的操作模式来至少部分地改变输入级的参数的装置。在另一实施例中，系统的输入级还包括能够根据源设备的操作模式进行配置的输入电压的箝位结构。该系统的输入级还可以包括能够根据源设备的操作模式进行配置的输入电压的滤波器结构。在又一实施例中，输入结构的参数被配置用于源设备的不同操作模式，并且可以被动态地改变。此外，输入可以被配置为使得其可以连接到用于功率开关的至少一个控制信号，其中，功率开关的控制信号的逻辑状态限定了输入级的参数的至少一部分。替代地，该系统还可以包括模拟到数字转换器(ADC)，其中ADC被配置为转换由源设备输送的至少一个模拟电压电平，并且可以至少部分地基于ADC的先前转换结果来改变输入级的参数。根据本专利技术的另一实施例，一种用于配置分流测量单元的输入级的参数的方法包括下述步骤:接收限定源设备的操作模式的控制信号，并且根据控制信号来配置输入结构的参数的至少一部分。在一个实施例中，该方法进一步包括下述步骤:根据模拟到数字转换器的先前转换结果来配置输入级的参数的至少一部分。在另一实施例中，该方法进一步包括下述步骤:经由模拟到数字转换器来测量测量单元的输入信号。从参考附图进行的本专利技术的实施例的以下具体描述中，本专利技术的实施例的其他特征、方面和优点将变得显而易见。【附图说明】附图被包括以提供对本专利技术的实施例的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图图示了本专利技术的实施例，并且与说明书一起用于解释本原理。因为通过参考下面的具体描述将变得更好理解，所以本专利技术的其他实施例和本专利技术的实施例的许多期望优点将更容易理解。图1示出了要测量的典型分流电压的波形；图2示出了用于分流测量的传统电路的示意图；图3示出了根据本专利技术的一个实施例的分流测量单元的输入级的示例性示意图；图4示出了根据本专利技术的另一实施例的分流测量单元的输入级的示例性示意图；图5示出了根据本专利技术的另一实施例的分流测量单元的输入级的示例性示意图；图6示出了根据本专利技术的一个实施例中的用于抗混叠滤波器的箝位电路的示例性不意图；图7示出了根据本专利技术的一个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量单元包括：用于源设备的输入，所述源设备被配置为提供要在所述源设备的第一操作模式中测量的第一模拟电压电平以及要在所述源设备的第二操作模式中测量的第二模拟电压电平；控制输入，所述控制输入被配置为检测所述源设备的操作模式；以及输入级，所述输入级被配置为最小化在所述源设备的所述操作模式改变之后的所述测量单元的反应时间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P·伯格纳，J·巴伦舍恩，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE