各種實施例的各方面是針對在補(bǔ)償由組件變化引起的電路組件中的變化的同時，在集成電路(ic)芯片中提供電流檢測。

背景技術(shù)：

總線接口協(xié)議可被設(shè)計成允許通過有線接口提供電力。在一些情況下，這種電力可用于為電池或類似的獨立電源充電、直接為電力接收(電力消耗)裝置供電，或既充電又直接供電。用于總線接口協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)有時可在不同的電力消耗裝置之間提供不同的供電能力。例如，不同的電力消耗裝置，使用相同的有線接口的每一電力消耗裝置可被配置成汲取不同的電流量。與本文中所論述的各種方面相一致，所述電力消耗裝置可被配置成在連接之后將它們的供電能力傳送到供電裝置。在一些情況下，這種傳送的至少一部分可發(fā)生在電力消耗裝置的電源已達(dá)到穩(wěn)定的內(nèi)部電壓之前。能夠具有不同電力供應(yīng)和來源能力可產(chǎn)生對電流檢測和限制能力的需要。

特定類型的總線接口協(xié)議為通用串行總線(usb)。在usb可用于將外部的外圍裝置附著到個人計算機(jī)的同時，它還可用于在外圍裝置之間介接、為其充電，以及大量其它的應(yīng)用和使用，例如汽車、相機(jī)、智能電話、電視和機(jī)頂盒。usb也可用作各種移動裝置充電方案中的電源。usb提供各種不同的數(shù)據(jù)傳送速度。例如，usb3.0提供高達(dá)5gbit/s的數(shù)據(jù)傳送速度，以及usb3.1提供高達(dá)10gbit/s的數(shù)據(jù)傳送速率。usb也提供各種不同的電力提供和耗散(sinking)能力。c型usb可利用500ma/900ma(用于usb2.0/usb3.1)、1.5a和3a模式支持5v。usb電力遞送(pd)支持電力協(xié)商和遞送方案，所述遞送方案支持高達(dá)100w(20vx5a)。

這些以及其它情況已經(jīng)呈現(xiàn)出對用于各種應(yīng)用的電力遞送集成電路(ic)和其實施方案的效率的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

各種實施例是針對一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于在補(bǔ)償由工藝、電壓源、溫度或其組合引起的電路組件中的變化的同時，在集成電路(ic)芯片中提供電流檢測。系統(tǒng)可包括具有電力開關(guān)電路的ic芯片，所述電力開關(guān)電路包括電力電路路徑，所述電力電路路徑包括第一晶體管，所述第一晶體管通過具有第一電阻值的第一導(dǎo)電跡線連接到電源，并且通過具有第二電阻值的第二導(dǎo)電跡線連接到負(fù)載。電流檢測電路被配置成補(bǔ)償電源開關(guān)電路中的變化。電流檢測電路可包括電流源電路和感測電路路徑，所述感測電路路徑被配置成匹配電力電路路徑中的工藝、電壓源和溫度變化。感測電路路徑可包括第二晶體管，所述第二晶體管通過具有第三電阻值的第三導(dǎo)電跡線連接到電源，并且通過具有第四電阻值的第四導(dǎo)電跡線連接到電流源電路。比較器電路可被配置成比較橫跨電力電路路徑的電壓降和橫跨感測電路路徑的電壓降，并且響應(yīng)于所述比較，提供數(shù)據(jù)信號到電流檢測電路的輸出端。

根據(jù)一些實施例，方法在補(bǔ)償由制造ic芯片引起的電路組件中的變化的同時，在集成電路(ic)芯片中提供電流檢測。所述方法包括從電源接收電力且通過電源開關(guān)電路投送所述電力，所述電源開關(guān)電路包括電力電路路徑，所述電力電路路徑包括第一晶體管，所述第一晶體管通過具有第一電阻值的第一導(dǎo)電跡線連接到電源，并且通過具有第二電阻值的第二導(dǎo)電跡線連接到負(fù)載。參考電壓可通過從電流源電路投送電流穿過感測電路路徑來產(chǎn)生，所述感測電路路徑被配置成匹配至少一個組件變化，所述變化從由以下組成的群組中選出：針對電力電路路徑中的組件的工藝變化、電源電壓變化和溫度變化。感測電路路徑還包括第二晶體管，所述第二晶體管通過具有第三電阻值的第三導(dǎo)電跡線連接到電源，并且通過具有第四電阻值的第四導(dǎo)電跡線連接到電流源電路。橫跨電力電路路徑的電壓降可與橫跨感測電路路徑的電壓降比較。響應(yīng)于所述比較，可提供指示通過電力電路路徑的電流電平的數(shù)據(jù)信號。

以上論述/總結(jié)并非意圖描述本發(fā)明的每一實施例或每一實施方案。圖式和以下詳細(xì)描述還舉例說明了各種實施例。

附圖說明

考慮以下詳細(xì)描述并結(jié)合附圖可以更全面地理解各種示例實施例，附圖中：

圖1描繪符合本發(fā)明的實施例的包括用于檢測電流電平的ic芯片的系統(tǒng)的框圖；

圖2描繪符合本發(fā)明的實施例的用于檢測電流電平的ic芯片的電路圖；以及

圖3描繪符合本發(fā)明的實施例的用于檢測電流電平的ic芯片的流程圖。

雖然本文中所論述的各種實施例能夠經(jīng)受各種修改和替代形式，但在附圖中已借助于例子示出了實施例的各方面，且將詳細(xì)描述實施例的各方面。然而，應(yīng)理解，并不意圖將本發(fā)明限于所描述的具體實施例。相反，意圖涵蓋落入本發(fā)明的范疇內(nèi)的包括權(quán)利要求書中限定的各方面的所有修改、等效物和替代方案。另外，如在本申請案通篇中使用的術(shù)語“例子”僅借助于說明，并且不加限制。

具體實施方式

本發(fā)明的各方面被認(rèn)為適用于涉及匹配ic中的組件變化的多種不同類型的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。在某些實施方案中，當(dāng)在電流檢測和限制的情況中使用時，本發(fā)明的各方面示出為有益的。在一些實施例中，電流檢測和限制有關(guān)于使用usb接口提供的電力。可實施這些和其它方面以解決包括上面在背景技術(shù)中所論述的那些的挑戰(zhàn)。雖然未必受到如此限制，但是通過使用此類示例性情況對例子的論述可理解各種方面。

本發(fā)明的各種實施例是針對在補(bǔ)償電路組件中的變化的同時，在集成電路(ic)芯片中提供電流檢測。具體實施例是針對c型通用串行總線(usb)應(yīng)用，但是本文所論述的各種實施例不必受到如此限制。在一些情況下，組件變化可包括片上互連件的工藝、電壓和溫度(pvt)變化效應(yīng)，以及其它變化。在某些實施例中，ic芯片可被配置成控制從電源到負(fù)載的電力流。借助于比較通過已匹配pvt變化效應(yīng)的兩個不同電流路徑的電流，ic可用于檢測通過ic的電流。舉例來說，供電路徑可包括數(shù)個組件，包括具有電阻值的多個導(dǎo)電跡線和具有電力晶體管的電力開關(guān)。電力感測路徑可包括與供電路徑類似的組件集合，所述組件集合經(jīng)受類似的pvt變化效應(yīng)。電流感測電路可被配置成對每一路徑進(jìn)行測量，以使得路徑中的每一者的pvt變化效應(yīng)彼此抵消。

具體實施例是針對包括第一晶體管的第一供電路徑，所述第一晶體管通過第一導(dǎo)電跡線連接到電源，并通過第二導(dǎo)電跡線連接到負(fù)載。電流感測電路路徑配置有匹配電力電路路徑中的pvt變化效應(yīng)的組件。舉例來說，感測電路路徑包括第二晶體管，所述第二晶體管通過第三導(dǎo)電跡線連接到電源，并通過具有第四電阻值的第四導(dǎo)電跡線連接到電流源電路。通過取得在電流感測路徑和供電路徑中的每一者上所檢測的電壓比值，電流檢測電路可被配置成補(bǔ)償電力開關(guān)電路中的變化。

在具體實施例中，電流檢測電路可包括比較器電路，所述比較器電路被配置成比較橫跨電力電路路徑的電壓降與橫跨感測電路路徑的電壓降，并且響應(yīng)于所述比較，提供數(shù)據(jù)信號到電流檢測電路的輸出端。

各種實施例是針對兩個不同電流路徑的使用，所述兩個不同電流路徑具有各自被制造成匹配所述兩個不同電流路徑之間的pvt變化效應(yīng)的相應(yīng)的組件集合。此外，路徑可使用不同的但仍匹配pvt變化效應(yīng)的組件值。這可通過仔細(xì)選擇組件值以使組件值之間具有所需比值，以及通過基于這個比值設(shè)置比較點來實現(xiàn)。

現(xiàn)轉(zhuǎn)而參看圖式，圖1描繪符合本發(fā)明的實施例的包括用于檢測電流電平的ic芯片的系統(tǒng)的框圖。ic芯片102可被配置成從外部電源104接收電力。根據(jù)各種實施例，此電源104可為通用串行總線(usb)兼容電源，包括(但不限于)c型usb兼容電源。為了易于論述，圖1中所描繪的系統(tǒng)相對于c型usb論述；然而，在各種實施例中，ic芯片可被設(shè)計成用于其它協(xié)議。

與本發(fā)明的實施例相一致，ic芯片102可被配置成充當(dāng)用于usb電力遞送(pd)、電池充電(bc)和c型usb產(chǎn)品的電力開關(guān)。為了防止通過電力開關(guān)電路106的過度電流損害電力負(fù)載108、電源104或電力開關(guān)電路106，電流檢測電路110可用于幫助控制由電力開關(guān)106提供的電力量?？商峁┧袦y的電流數(shù)據(jù)到處理邏輯電路112。在一些實施例中，處理邏輯電路112可被配置成通過二級通信鏈路或總線(例如，通過集成電路間(i2c)總線)與外部裝置通信。處理邏輯還可控制電力開關(guān)電路106的操作，并且配置和校準(zhǔn)電流檢測電路110，如本文中更詳細(xì)地論述。

各種實施例是針對電流檢測電路110和對應(yīng)的ic芯片102的低成本、高度集成水平和高度精確的設(shè)計。舉例來說，電流檢測電路可被配置成提供精確的電流檢測，而不需使用具有高精度且可能需要ic芯片102的額外輸入引腳的外部電阻元件。本發(fā)明的實施例是針對電流檢測電路110，所述電流檢測電路110被配置成檢測通過電力開關(guān)106的電流，而不需使用此類外部電阻元件。在具體實施例中，可產(chǎn)生ic芯片102，而不需使用成本高的半導(dǎo)體制造工藝，所述工藝可用于提高組件容限，并降低組件pvt變化效應(yīng)。舉例來說，電流檢測電路可利用感測電流路徑，作為用于檢測通過電力電流路徑的電流的參照點。感測電流路徑可被配置成匹配電力電流路徑的pvt變化效應(yīng)。以此方式，由電流檢測電路110使用的參照點將自然地隨著pvt變化效應(yīng)而偏移，并且可有效地抵消對應(yīng)于電力電流路徑的pvt變化效應(yīng)。

根據(jù)具體實施例，在感測電流路徑和電力電流路徑兩者中的組件可在半導(dǎo)體制造工藝的相同步驟期間制造，并且可位于彼此物理地接近的位置。相同處理步驟和類似物理位置的使用可幫助緊密匹配每一路徑中的組件的pvt變化效應(yīng)。

在各種實施例中，電力開關(guān)電路可包括電力晶體管，當(dāng)啟動所述電力晶體管時，其供應(yīng)有可通過電壓偏置產(chǎn)生器電路114(例如，帶隙或其它類型的電路)產(chǎn)生的偏置電壓(vbias)?？紤]到與電力晶體管有關(guān)的pvt變化效應(yīng)，電流感測路徑還可包括以類似方式偏置的晶體管。電流檢測電路110可檢測通過電流路徑中的每一者的電壓降，并且比較電壓降作為檢測通過電力電流路徑的電流的部分。當(dāng)路徑中的每一者預(yù)期具有類似的pvt變化效應(yīng)，所述比較提供對pvt變化效應(yīng)的補(bǔ)償。

根據(jù)某些實施例，處理邏輯可被配置成調(diào)節(jié)由電流感測路徑提供的參照點。例如，電流感測路徑可包括可變電流源。處理邏輯112可接收指定所需電流電平的命令(例如，通過i2c接口)。響應(yīng)于命令，處理邏輯112可調(diào)節(jié)由電流源提供的電流量，由此改變橫跨電流感測路徑中的組件所見的電壓降。

圖2描繪符合本發(fā)明的實施例的用于檢測電流電平的ic芯片的電路圖。電流(電力)源202可通過由204所指示的連接引腳、墊或類似的芯片i/o接口而連接到ic芯片。所接收的電力(pin)可通過包括基于晶體管的電力開關(guān)208的電力電流路徑發(fā)送，并且充當(dāng)用于提供到如212所指示的輸出端的電力的開關(guān)控制。接著，輸出電力(pout)可從電流負(fù)載214獲得。電力電流路徑可包括導(dǎo)電(金屬)跡線，所述跡線分別連接電力開關(guān)208到輸入引腳204和輸出引腳212中的每一者。被識別為206和210的電阻符號表示在引腳204、212和電力開關(guān)208之間提供電阻的組件(例如，導(dǎo)電跡線)。

電流感測路徑可包括基于晶體管的感測開關(guān)218。導(dǎo)電跡線216和220可分別連接感測開關(guān)218、輸入引腳204和電流源224。比較器222可被配置成比較在節(jié)點b和c處的電壓，以提供電流檢測輸出。

如本文所論述，使用相同技術(shù)(例如，互補(bǔ)式金屬-氧化物半導(dǎo)體(cmos)技術(shù))，電流感測路徑和電力電流路徑中的組件可被設(shè)計在相同的基板上。如隨后圖中所示，當(dāng)打開電力開關(guān)208時，電力電流(i_power)從電流源穿過電力開關(guān)到負(fù)載。當(dāng)從節(jié)點a傳遞到節(jié)點b時，電流穿過電阻組件(例如，導(dǎo)電跡線)206和210，并穿過電力開關(guān)208。在一些實施方案中，電阻組件206和208可具有類似的電阻值(r_metal)。電力開關(guān)208的導(dǎo)通電阻可由ron表示。從節(jié)點a到b的電壓降(v_ab)可由以下等式表示：

v_ab＝i_power*(r_metal+ron+r_metal)

在電流檢測電路中，獲自相同芯片的另一部分的所校準(zhǔn)的電流i_cal穿過匹配電阻組件(例如，導(dǎo)電跡線)216、218和感測晶體管218。使用術(shù)語“匹配”以表示用于感測電流路徑的值，從節(jié)點a到c的電壓降由以下等式表示：

v_ac＝i_cal*(r_metal_match+ron_match+r_metal_match)

電壓比較器222可被設(shè)計成比較v_ab與v_ac。在比較器的跳變點，v_ab＝v_ac。因此，在比較器被設(shè)置成跳變的電流由以下等式表示：

i_power＝i_cal*(r_metal_match+ron_match+r_metal_match)/(r_metal+ron+r_metal)

在各種設(shè)計中，遍及pvt的匹配金屬電阻的變化遵循電力開關(guān)寄生金屬電阻的變化。類似地，匹配晶體管開啟電阻的變化可遵循電力開關(guān)的晶體管開啟電阻的變化。因此，根據(jù)先前的等式，電流和感測路徑電阻值之間的比值(r_metal_match+ron_match+r_metal_match)/(r_metal+ron+r_metal)通過pvt變化效應(yīng)變得恒定。

根據(jù)各種實施例，應(yīng)認(rèn)識到，電流源224可被配置成提供相對較高的精確性，而不需相應(yīng)的高成本(例如，相對于使用精度電阻器)。舉例來說，可易于將i_cal的精確性控制在所需水平的3％內(nèi)。因此，可相對較高精確地檢測i_power。

本發(fā)明的各方面基于以下認(rèn)識：金屬電阻的變化可不遵循晶體管開啟電阻的變化。因此，為了使(r_metal_match+ron_match+r_metal_match)/(r_metal+ron+r_metal)具有定值，首先需要滿足以下等式：

(r_metal_match+r_metal_match)/ron_match＝(r_metal+r_metal)/ron

另外認(rèn)識到，數(shù)個額外的因素可對電流檢測的精確性產(chǎn)生影響。這些因素可包括(但不必限于)匹配金屬和電力開關(guān)的寄生金屬電阻之間的不匹配、匹配晶體管和電力開關(guān)晶體管之間的不匹配，以及比較器的偏移。數(shù)個因素可有助于降低這些不匹配的影響，包括(但不必限于)電力開關(guān)和電流檢測放置在相同芯片、相同基板上，并且在芯片上非常接近于彼此，以及電力開關(guān)的相對較大的尺寸。并且，在仔細(xì)設(shè)計比較器和提供i_cal的電流源電路的情況下，可提高電流檢測的精確性。

圖3描繪符合本發(fā)明的實施例的用于檢測電流電平的ic芯片的流程圖。在各種實施例中，ic芯片可包括處理邏輯，所述處理邏輯可允許感測路徑的電流值通過校準(zhǔn)過程調(diào)節(jié)，如判定框302所描繪。電流的校準(zhǔn)可發(fā)生在啟動ic芯片時，或響應(yīng)于之后的校準(zhǔn)請求(例如，通過i2c接口從soc裝置的處理器接收到的)。根據(jù)框304，如果存在校準(zhǔn)輸入，那么用于感測路徑的電流源的電流值可進(jìn)行修改。

根據(jù)判定框306，各種實施例允許響應(yīng)于啟用信號或命令，選擇性地啟用和禁用電力開關(guān)。如果未接收到啟用信號，那么幾乎不存在電力，并且分別根據(jù)框302和306，方法可繼續(xù)監(jiān)測校準(zhǔn)輸入或電力開關(guān)的啟用。根據(jù)框308，如果接收到電力開關(guān)啟用信號，那么ic芯片可啟用電力開關(guān)，以使得它可從電源接收電力。根據(jù)框310，可通過電力路徑將接收電力投送到負(fù)載。

如本文所論述，參考電壓可由通過感測電流路徑投送電流產(chǎn)生，如框312所示。在一些實施例中，電流可在任何時間(例如，不是正當(dāng)啟用電力開關(guān)的時間)進(jìn)行投送，因為電流汲取相對較低。各種實施例還允許當(dāng)禁用電力開關(guān)時，禁用電流的晶體管開關(guān)。

根據(jù)框314，比較器電路可用于比較橫跨電力電流路徑和感測電流路徑的電壓降。根據(jù)框316，可隨后將比較結(jié)果提供為電流檢測電路的輸出。例如，電流檢測和電力開關(guān)電路可為soc的部分。比較器的輸出可指示過電流情況，并且它可被提供到soc的處理器電路，所述處理器電路可采適當(dāng)?shù)膭幼?例如，減少負(fù)載的電流汲取，或禁用電力開關(guān))。

盡管在一些情況下可以單獨的圖式描述方面和特征，但應(yīng)了解，來自一個圖式的特征可與另一圖式的特征組合，即使所述組合未明確地示出或明確地描述為組合。

可以實施各種塊、模塊或其它電路以執(zhí)行本文中描述和/或圖式中所示的操作和活動中的一個或多個操作和活動。在這些情形中，可以使用執(zhí)行這些或相關(guān)的操作/活動中的一個或多個的電路來實現(xiàn)“塊”(有時也稱為“電路”、“邏輯電路”、或“模塊”)。在各種實施例中，在有限的可撓性足夠的情況下，硬連線控制塊可用于最小化用于此類實施方案的面積?？商鎿Q的是和/或此外，在以上論述的實施例中的某些中，一個或多個模塊為被配置且被布置成用于實施這些操作/活動的精密的邏輯電路或可編程邏輯電路。

基于以上論述和說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于認(rèn)識到可以對各種實施例作出各種修改和改變，而無需嚴(yán)格地遵循在本文中所說明的且描述的示例性實施例和應(yīng)用。例如，設(shè)備可被設(shè)計成用于與除c型usb以外的不同接口、協(xié)議和配置一起使用。此類修改不脫離本發(fā)明的各個方面的真實精神和范疇，包括在權(quán)利要求書中闡述的各方面。