專利名稱：快速響應(yīng)電流測量系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及快速響應(yīng)測量系統(tǒng)和方法，并且涉及使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 來測量對電流電平變化的快速響應(yīng)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電流測量系統(tǒng)一般必須測量很寬的電流電平范圍。例如在汽車電 池系統(tǒng)中，從電池提供的凈電流可以從引擎發(fā)動時的數(shù)百或數(shù)千安培 變化到汽車熄火時的數(shù)十毫安。為了精確地確定電池容量的狀態(tài)，有 必要盡可能精確地測量此電流。來自電池的電流一般首先被轉(zhuǎn)換為電 壓，例如通過在電流方向串聯(lián)一個小值電阻來實現(xiàn)，然后使用模數(shù)轉(zhuǎn) 換器(ADC)將此電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。 一般首先以可編程增益放大 器(PGA)放大該電壓信號，使得當(dāng)該電流電平低時，以大增益放大 電壓信號以利用ADC的全部動態(tài)范圍。另外，為了對從低電流產(chǎn)生的 小電壓進(jìn)行高精度測量， 一般必須以相對慢的速率進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最 小化被測量信號和測量系統(tǒng)中噪聲的影響。 一般由處理器根據(jù)先前的 ADC結(jié)果決定使用什么級別的放大率和轉(zhuǎn)換速率。由于電流低時轉(zhuǎn)換 速率慢，所以從電池汲取的電流的突然增加會花費(fèi)較長時間才能反映 到ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果中。這對于測量電池狀態(tài)可能是一個問題，因為確定 電池容量的計算需要在汲取大電流之后盡快開始的高速測量。因此如 果當(dāng)電流處于低電平時電流測量系統(tǒng)可以執(zhí)行高精度測量，同時能夠 快速對電流的大幅增加作出反應(yīng)則是有利的。美國專利No. 577791 l描述了一種數(shù)字濾波系統(tǒng)，包括選擇器部分，用于根據(jù)饋送到該濾波系 統(tǒng)的輸入信號的電平變化的時間速率，選擇性地從相對窄或低頻寬濾 波器或者相對寬或高頻寬濾波器產(chǎn)生輸出信號。此濾波系統(tǒng)可能在電流測量系統(tǒng)中的ADC之后被使用。但是，此方案有賴于輸入信號總是 在數(shù)字濾波系統(tǒng)的范圍內(nèi)，以及隱含地，輸入到ADC的信號總是在 ADC的范圍內(nèi)。當(dāng)電流電平低時，電流測量系統(tǒng)一般需要在ADC之前 使用高增益放大器。因此，跟隨電流的突然增加，到ADC的放大輸入 一般將在ADC的范圍之外，并且從ADC產(chǎn)生的任何結(jié)果一般將被箝位 至正滿刻度或負(fù)滿刻度。即使該數(shù)字濾波系統(tǒng)切換到寬帶寬濾波器， 結(jié)果仍將是錯誤的，因為到濾波系統(tǒng)的輸入超范圍。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)和方法。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供迅速響應(yīng)電流電平變化的這樣一種 改進(jìn)的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)和方法。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器并且快速響應(yīng)時間 快于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出速率的這樣一種改進(jìn)的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)和方法。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供可以自動改變增益和/或輸出速率并 且能夠復(fù)位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的這樣一種改進(jìn)的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)和方法。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供超范圍檢測器電路可以使用模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的一部分的這樣一種改進(jìn)的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)和方法。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供可以對超范圍檢測進(jìn)行濾波或平均 以減少假觸發(fā)并且提供抗瞬發(fā)波動性的這樣一種改進(jìn)的快速響應(yīng)測量 系統(tǒng)和方法。本發(fā)明由以下實現(xiàn)產(chǎn)生可以利用超范圍檢測器實現(xiàn)對于精確電 壓或電流測量的真正快速響應(yīng)測量，該超范圍檢測器的輸出速率快于 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使得可以迅速檢測到進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號的變化超出滿刻度，并且可以相應(yīng)地調(diào)整可編程增益放大器的增益和/或模數(shù)轉(zhuǎn)換 器的輸出速率，以在比模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出速率的時期短的間隔內(nèi)使信 號回到范圍內(nèi)。本發(fā)明的特征在于一種快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，包括可編程增益放 大器，其響應(yīng)于待測量的輸入信號而產(chǎn)生輸出信號；和模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 其具有預(yù)定輸出速率并且響應(yīng)于該輸出信號。超范圍檢測器的輸出速 率快于該預(yù)定輸出速率并且響應(yīng)于該輸出信號而在比該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 預(yù)定輸出速率的時期短的間隔內(nèi)指示何時該輸出信號大于模數(shù)轉(zhuǎn)換器 的滿刻度?？刂破黜憫?yīng)于該超范圍檢測器而調(diào)整可編程增益放大器， 以將輸出信號降低到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度以下。在一個優(yōu)選實施例中，超范圍檢測器可以在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入處 直接響應(yīng)于輸出信號。該輸入信號可以是電壓信號。電壓信號可以跨 過位于要被測量電流的負(fù)載電路中的一個感測電路而形成。模數(shù)轉(zhuǎn)換 器可以包括2A調(diào)制器。超范圍檢測器可以響應(yīng)于該i:A調(diào)制器的輸出。 控制器可以響應(yīng)于超范圍檢測器而增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出速率?？刂?器可以響應(yīng)于超范圍檢測器而復(fù)位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。超范圍檢測器可以包 括計數(shù)器電路，用于計數(shù)序列狀的調(diào)制器輸出的數(shù)量。超范圍檢測器 可以包括比較器，用于當(dāng)該序列狀的調(diào)制器輸出的數(shù)量超出預(yù)定閾值 時指示超范圍。控制器可以包括處理器，該處理器可以包括在模數(shù)轉(zhuǎn) 換器中。本發(fā)明的特征還在于一種快速響應(yīng)測量方法，包括向可編程增益 放大器提供待測量的輸入。來自該可編程增益放大器的輸出被提供至 具有預(yù)定輸出速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在短于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的預(yù)定輸出速率 的時期的間隔內(nèi)確定何時輸出大于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度輸入范圍。以 快于ADC的預(yù)定輸出速率的速率調(diào)整可編程增益放大器的增益從而 將該輸出降低到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度以下。本發(fā)明的特征還在于一種快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，包括可編程增益放 大器，其響應(yīng)于待測量的輸入信號而產(chǎn)生輸出信號。存在模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 其具有預(yù)定輸出速率并且響應(yīng)于該輸出信號，和超范圍檢測器，其輸出速率快于該預(yù)定輸出速率并且響應(yīng)于該輸出信號而在比該模數(shù)轉(zhuǎn)換 器的預(yù)定輸出速率的時期短的間隔內(nèi)指示何時該輸出信號大于模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的滿刻度?？刂破黜憫?yīng)于該超范圍檢測器而調(diào)整可編程增益放大 器的增益，以將輸出降低到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度以下。本發(fā)明的特征還在于一種快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，包括可編程增益放 大器，其響應(yīng)于待測量的輸入而產(chǎn)生輸出。具有預(yù)定輸出速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于該輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括SA調(diào)制器。存在超范圍檢測器，其輸出速率快于該預(yù)定輸出速率，并且響應(yīng)于該i:A調(diào)制器的輸出而在比該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的預(yù)定輸出速率的時期短的間隔內(nèi)指示何時該輸出大 于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度?？刂破黜憫?yīng)于超范圍檢測器而調(diào)整可編程增 益放大器的增益，以將輸出降低到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度以下。超范圍 檢測器包括計數(shù)器電路，用于計數(shù)序列狀的調(diào)制器輸出的數(shù)量。本發(fā)明的特征還在于一種快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，包括可編程增益放 大器，其響應(yīng)于待測量的輸入而產(chǎn)生輸出。具有預(yù)定輸出速率的模數(shù) 轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于該輸出。超范圍檢測器的輸出速率快于該預(yù)定輸出速率， 并且響應(yīng)于該輸出而在比該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的預(yù)定輸出速率的時期短的間 隔內(nèi)指示何時該輸出大于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度?？刂破黜憫?yīng)于該超范 圍檢測器而調(diào)整可編程增益放大器的增益，以將輸出降低到模數(shù)轉(zhuǎn)換 器的滿刻度以下。超范圍檢測器包括比較器電路，用于當(dāng)序列狀的調(diào) 制器輸出的數(shù)量超出預(yù)定閾值時指示超范圍。


對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，從以下優(yōu)選實施例的描述和附圖中可見其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖l是現(xiàn)有技術(shù)的電流測量系統(tǒng)的示意性框圖；圖2示出圖l的系統(tǒng)的負(fù)載電流和ADC結(jié)果；圖3是根據(jù)本發(fā)明的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)的示意性框圖；圖4示出圖3的系統(tǒng)的負(fù)載電流、ADC結(jié)果和超范圍信號；圖5是根據(jù)本發(fā)明的以 一 階ZA模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的圖3所示模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及超范圍檢測器的更詳細(xì)示意性框圖； 圖6示出正常操作時圖5的i:A調(diào)制器的輸出；圖7示出超范圍操作時圖5的i:A調(diào)制器的輸出和超范圍檢測器的并行輸出；圖8是以計數(shù)器實現(xiàn)的超范圍檢測器的示意性框圖； 圖9是示出圖8的超范圍檢測器的操作的流程圖；以及圖10示出本發(fā)明的方法。
具體實施方式
除以下所公開的優(yōu)選實施例以外，本發(fā)明還可以有其它實施例并 且能以各種方式實踐或執(zhí)行。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明的應(yīng)用不限于以下描述中闡述的或在附圖中示出的構(gòu)造細(xì)節(jié)和元件布置。圖1中示出了現(xiàn)有技術(shù)的測量系統(tǒng)10，其用于測量例如電池12(比 如汽車電池)提供到負(fù)載14的電流I。測量系統(tǒng)10包括串聯(lián)電阻16以將電流I轉(zhuǎn)換為包括Vin(+)和Vin(-)的差分輸入18， Vin(+)和Vin(-)輸入到具有增益G的可編程增益放大器(PGA) 20。來自可編程增益放大器 20的輸出也是到具有參考電壓Vref的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 24的輸入22。 在線路26上以輸出速率fADc將模數(shù)轉(zhuǎn)換器24的輸出"ADC結(jié)果"提供 到控制器/數(shù)字處理器28。當(dāng)數(shù)字處理器28感測到正測量的電流I變化 例如突然增加時，它可以在線路30上反饋一個命令以降低可編程增益 放大器20的增益和/或增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器24的輸出速率fADc，并且它可以 復(fù)位模數(shù)轉(zhuǎn)換器24。這種情況在圖2中示出，其中電流I具有一般恒定的低電平值32 ， 直到它以34突然上升到高電平36的時刻T。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的操作，該系統(tǒng)跟隨此電流變化但只是慢。在指示為l/fADC、 2/fADC、 3/fADC的前三個輸出時刻中每個處，電流保持恒定在42。實際上它在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過3/fADC和電流改變的時刻T時仍然保持恒定。實際上直到在4/fADC處模數(shù)轉(zhuǎn)換器24的下一個輸出，ADC才顯出電流以44增加的跡象，此時電 流突然上升到新的更高電平46。即，系統(tǒng)不知道T處的電流突然上升，直到很久該上升在下一個正常輸出期4/fADc發(fā)生之后。ADC的整個穩(wěn)定時間可能長于l/fADC，在該種情況下系統(tǒng)會花甚至更長的時間了解電流電平的改變。在該延遲期內(nèi)，數(shù)字處理器28不知道電流的變化，實 際上即使在它被通知電流變化之后，它也不知道電流變化的程度，因 為新電平46以滿刻度+ FS為頂點(diǎn)，而真正的電流增加可能高得多。雖 然數(shù)字處理器28被示為圖1中的單獨(dú)元件，但這不是必須的，因為很容 易理解，它可以作為一部分被包括在模數(shù)轉(zhuǎn)換器24中。模數(shù)轉(zhuǎn)換器24具有+/-￥^的容許滿刻度輸入范圍，這意味著到可 編程增益放大器的輸入[Vin(+)-Vin( -)1必須在+/-0^"0)的范圍內(nèi)以產(chǎn) 生有效的模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)果。測量系統(tǒng)一般在增益G盡可能高時產(chǎn)生最 高精確度或者等效地具有最小測量噪聲。數(shù)字處理器28可以根據(jù)先前 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器24的結(jié)果26決定可編程增益放大器20中要使用的增益設(shè) 置G和模數(shù)轉(zhuǎn)換器24要使用的轉(zhuǎn)換速率fADc，以最大化轉(zhuǎn)換精度。在選擇G的一種算法中，如果模數(shù)轉(zhuǎn)換器24產(chǎn)生的結(jié)果指示輸入 大于或等于+A滿刻度則處理器28降低增益G，如果輸入小于滿刻度的 一半則處理器28增加增益G。這確保了信號總是以最大可能的增益設(shè) 置被處理。另一種算法使用關(guān)于系統(tǒng)其余部件例如負(fù)載的狀態(tài)的情報 來確定要使用的增益設(shè)置。例如如果處理器知道負(fù)栽處于高活動狀態(tài)， 則一般情況是將汲取大電流并且選擇低增益G。反之，如果系統(tǒng)處于 低活動狀態(tài)則可以選擇高增益G?？梢允褂妙愃频姆椒ㄟx擇模數(shù)轉(zhuǎn)換 器24的轉(zhuǎn)換速率fADC。這里，當(dāng)被測電壓位于低電平時一般需要使用 低轉(zhuǎn)換速率以最小化測量噪聲的量，而當(dāng)電流大時使用高轉(zhuǎn)換速率。 可以根據(jù)26處的單個ADC結(jié)果或者根據(jù)26處的先前多個ADC結(jié)果和 26處的當(dāng)前ADC結(jié)果的組合，決定要使用的增益G和更新速率fADc。 數(shù)字處理器28因此可以通過檢查26處的ADC結(jié)果來確定對于可編程增 益放大器20的當(dāng)前增益設(shè)置G來說電流過高。但是，如現(xiàn)有技術(shù)所教導(dǎo)的，它只能以模數(shù)轉(zhuǎn)換器24提供數(shù)據(jù)的速率即以fADC處理此信息，這在高精度轉(zhuǎn)換期間可能具有相對慢的速率。這一般來說太慢而不能響應(yīng)需要快速降低增益G和增大輸出速率fADC的電流大幅增加。根據(jù)本發(fā)明的快速響應(yīng)電流測量系統(tǒng)10a如圖3所示，如同圖l的 系統(tǒng)一樣，類似的概念可以用于電壓測量系統(tǒng)(或者任何其它測量系 統(tǒng)，例如電容測量系統(tǒng))中，本發(fā)明的系統(tǒng)10a使用附加的電路元件"超 范圍檢測器50"來檢測在22處的到ADC 24的輸入何時在其滿刻度或操 作范圍之外。兩個虛線的線路對52和54指示到超范圍檢測器50的輸入 可以直接在輸入線路22處從到ADC 24的輸入獲取，或者可以從模數(shù)轉(zhuǎn) 換器24轉(zhuǎn)換的中間級獲取，取決于所使用的實現(xiàn)方案。當(dāng)超范圍檢測 器50檢測到超范圍時，其在線路56上提供信號"超范圍"給控制器/數(shù)字 處理器28，數(shù)字處理器28然后可以在線路30上調(diào)整或改變例如降低可 編程增益放大器20的增益和/或調(diào)整或改變例如增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器24的 輸出速率。它也可以復(fù)位模數(shù)轉(zhuǎn)換器24和復(fù)位超范圍檢測器50。當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器24以低速運(yùn)行時"超范圍"以foR的速率輸出，其中foi^〉fADC。在56處的該輸出指示22處的輸入信號是否在模數(shù)轉(zhuǎn)換器24的有效結(jié)果 的范圍之外。線路56上的該信號被數(shù)字處理器28用來將模數(shù)轉(zhuǎn)換器24 的輸出速度改變?yōu)榱硪凰俣萬ADc2，例如為一個更快的速度，并且將可 編程增益放大器20的增益改變?yōu)榱硪辉鲆鍳2，例如為一個更低的增 益。模數(shù)轉(zhuǎn)換器24然后以這些設(shè)置執(zhí)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果在l/fAoc2 (或 者，如果模數(shù)轉(zhuǎn)換器24需要N個周期以在配置改變之后穩(wěn)定，則是，1/fADc2)之后可用。由于時間l/foR遠(yuǎn)小于l/fADC,可以比在僅根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器24在26處的輸出而決定改變配置的情況下快得多地重新配置才莫 數(shù)轉(zhuǎn)換器24并將其切換到較快輸出速率(fADC2)。圖4示出系統(tǒng)對于在時刻T處的電流增加的響應(yīng)。在時刻T之后短 時間即間隔1/ f冊后，線路56上的"超范圍"信號中斷處理器28并且處理 器28立刻改變可編程增益放大器20的增益G并且將模數(shù)轉(zhuǎn)換器24的輸 出速率的速度從較低的fadc改變?yōu)檩^快的fADC2 。當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器24的輸 出速率和可編程增益放大器20的增益G被線路58上的信號改變時，超 范圍檢測器50由線路58上的信號自動清零。在另一個時期即間隔1/ fADc2之后，具有新的可編程增益放大器20配置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)果可 用。時刻T之后到ADC結(jié)果可用的總時間因此是l/foR+l/fADc2，顯著小于先前系統(tǒng)，如果l/foR^/fADC的話。因此在圖4中，可見在時刻T之后增益G被降低的點(diǎn)即時刻T+l/foR60,立即發(fā)生"超范圍"信號。輸 出速率增加至fAoc2，使得完全輸出電流ADC結(jié)果46a在T+l/foR+l/ fADc2處可用，并且如樣本62和64所指示的，下一個ADC輸出發(fā)生在 T+l/fOR+2/fADC2。超范圍檢測器59可以實現(xiàn)為比較器或者可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器24 的一部分以實現(xiàn)快速比較。在本發(fā)明的一個實施例中，圖5所示的模數(shù) 轉(zhuǎn)換器24a包括SA調(diào)制器70和數(shù)字濾波器與抽取級72。 2A調(diào)制器70包 括采樣網(wǎng)絡(luò)74、積分器電路78和比較器84，積分器電路78包括積分放 大器80、積分電容器82。該調(diào)制器的輸出去往數(shù)字濾波器+抽取級。 盡管模數(shù)轉(zhuǎn)換器24在此所示為2:A模數(shù)轉(zhuǎn)換器，EA調(diào)制器70僅作為一階 調(diào)制器示出，并且比較器84被示為單比特比較器，但是這些都不是本 發(fā)明的必要限制。SA模數(shù)轉(zhuǎn)換器24a的轉(zhuǎn)換時間由可編程數(shù)字濾波器的配置確定，其中該x:A模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間確定它對輸入變化的響應(yīng)時間。在本實施例中，通過額外將i:A調(diào)制器70的輸出88施加到簡單 的數(shù)字濾波器例如計數(shù)器，來實現(xiàn)超范圍檢測器50。存在某類可編程 增益放大器(PGA),該P(yáng)GA可以被嵌入為EA調(diào)制器采樣網(wǎng)絡(luò)的一部分。例如，在圖5中通過改變Cin與Cref的比來實現(xiàn)不同的增益。在此情況下，沒有唯一可識別的PGA的"輸出信號"，它實際上是"電荷"而不 是"信號"。在正常操作中，即，其中系統(tǒng)不超范圍|Vin|<|VREF|，比較器84 具有輸出88a，如圖6所示，輸出88a是在時刻l/fMOD， 2/fMOD， 3/fMOD…… 出現(xiàn)的1和0的與信號相關(guān)的時變分布。在超范圍條件下，如圖7所示， 其中IVin—HVREFl，比較器84輸出88b可能全是l，即，例如十個或更多 l的序列，或者十個或更多0的序列。在此情況下，超范圍檢測器50提 供輸出56，其初始是0，如在90處所示，然后當(dāng)達(dá)到所需數(shù)量的連續(xù)l (或0)時，它切換到高狀態(tài)92，提供"超范圍"信號給數(shù)字處理器28。采樣網(wǎng)絡(luò)74中的電容Cin和Cref—般不相等。這些電容的比對于到調(diào)制器的輸入信號在哪個點(diǎn)使得調(diào)制器的輸出成為全1或全0有影響。在一個實施例中，圖8所示的超范圍檢測器50a包括具有輸入104 和輸出IOI的定時存儲元件IOO，輸出IOI為比較器102提供一個輸入， 比較器102的另一個輸入是線路104上的輸入。比較器102提供是或否遞 增或者復(fù)位信號給計數(shù)器106，計數(shù)器106的輸出由比較器108監(jiān)控。在 操作中，比較器102將線路104上的新輸入與101上的最后的先前輸入相 比較。如果它們相同，則信號出現(xiàn)在線路110上以遞增計數(shù)器106。如 果它們不同，則信號出現(xiàn)在線路112上以復(fù)位計數(shù)器106。比較器108 針對一個預(yù)定的計數(shù)例如十監(jiān)控計數(shù)器106。如果十個連續(xù)輸入都相 同，即全1或全0，則比較器108在線路56上提供"超范圍"輸出。 一個好 處是，ADC輸入中的瞬間"尖峰"不引起超范圍檢測器走高僅當(dāng)輸入 保持為高達(dá)一段時間時，超范圍檢測器才將被置位。在操作中，如圖9所示，系統(tǒng)等待輸入(步驟120)，然后在步驟 122中查詢新輸入是否等于舊輸入？如果不是，則計數(shù)器在步驟124中 復(fù)位。如果相同，則計數(shù)器在步驟126中加1。接下來在步驟128中查詢 計數(shù)器是否已經(jīng)達(dá)到最大。如果它還沒有達(dá)到最大，則系統(tǒng)返回到步 驟120處等待輸入。如果它已經(jīng)達(dá)到最大，則在步驟130將超范圍標(biāo)志 置為有效并且在線路56上提供"超范圍"輸出。本發(fā)明也包括一種快速響應(yīng)測量方法，如圖10所示，其為可編程 增益放大器(PGA)提供要被測量的輸入(步驟120)并且將PGA的 輸出提供到具有預(yù)定輸出速率的ADC(步驟122)。確定何時該輸出大 于ADC的預(yù)定的滿刻度輸入范圍(步驟124),并且以快于ADC的預(yù) 定輸出速率的速率調(diào)整PGA的增益(步驟126)，以將該輸出降低到低 于ADC的滿刻度。盡管本發(fā)明的具體特征在某些附圖中示出而在其它附圖中未示 出，這僅是為了方便，因為根據(jù)本發(fā)明每個特征可以與任何其它特征 或全部其它特征相組合。在此所使用的詞"包括"、"包含"、"具有"和"帶 有"應(yīng)被廣泛并全面地解釋并且不限制為任何物理互聯(lián)。此外，本申請 中公開的任何實施例不應(yīng)作為僅有的可能實施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，容易想到其它實施例也可以在以下的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，包括可編程增益放大器，其響應(yīng)于待測量的輸入而產(chǎn)生輸出；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其具有預(yù)定輸出速率并且響應(yīng)于所述輸出；超范圍檢測器，其輸出速率快于所述預(yù)定輸出速率，并且響應(yīng)于所述輸出而在比所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的所述預(yù)定輸出速率的時期短的間隔內(nèi)指示何時所述輸出大于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度；和控制器，響應(yīng)于所述超范圍檢測器而調(diào)整所述可編程增益放大器的增益，以將所述輸出降低到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度以下。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述超范圍檢 測器在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入處直接響應(yīng)于所述輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述輸入是電 壓信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述電壓信號 跨過在要被測量電流的負(fù)載電路中的一個感測電路而形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 器包括SA調(diào)制器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述超范圍檢測器響應(yīng)于所述i: A調(diào)制器的輸出。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述控制器響 應(yīng)于所述超范圍檢測器而改變所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出速率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述控制器響 應(yīng)于所述超范圍檢測器而增加所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出速率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述控制器響 應(yīng)于所述超范圍檢測器而復(fù)位所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述超范圍檢 測器包括計數(shù)器電路，用于計數(shù)序列狀的所述調(diào)制器輸出的數(shù)量。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述超范圍檢測器包括比較器電路，用于當(dāng)該序列狀的所述調(diào)制器輸出的數(shù)量超 出預(yù)定閾值時指示超范圍。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述控制器包 括處理器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，其中，所述處理器 包括在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。
14. 一種快速響應(yīng)測量方法，包括 向可編程增益放大器提供待測量的輸入；將來自所述可編程增益放大器的輸出提供至具有預(yù)定輸出速率 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；在比所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的所述預(yù)定輸出速率的時期短的間隔內(nèi)確 定何時所述輸出大于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度輸入范圍；以及以快于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的預(yù)定輸出速率的速率調(diào)整所述可編程 增益放大器的增益，以將所述輸出降低到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度以 下。
15. —種快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，包括可編程增益放大器，其響應(yīng)于待測量的輸入信號而產(chǎn)生輸出信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其具有預(yù)定輸出速率并且響應(yīng)于所述輸出信號； 超范圍檢測器，其輸出速率快于所述預(yù)定輸出速率，并且響應(yīng)于 所述輸出信號而在比所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的所述預(yù)定輸出速率的時期短的 間隔內(nèi)指示何時所述輸出信號大于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度；以及控制器，其響應(yīng)于所述超范圍檢測器而調(diào)整所述可編程增益放大 器的增益，以將所述輸出信號降低到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度以下。
16. —種快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，包括 可編程增益放大器，其響應(yīng)于待測量的輸入而產(chǎn)生輸出； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其具有預(yù)定輸出速率并且響應(yīng)于所述輸出，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括2A調(diào)制器；超范圍檢測器，其輸出速率快于所述預(yù)定輸出速率，并且響應(yīng)于所述2A調(diào)制器的輸出而在比所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的所述預(yù)定輸出速率的 時期短的間隔內(nèi)指示何時所述輸出大于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度；以 及控制器，其響應(yīng)于所述超范圍檢測器而調(diào)整所述可編程增益放大 器的增益，以將所述輸出降低到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度以下，其中，所述超范圍檢測器包括計數(shù)器電路，用于計數(shù)序列狀的所 述調(diào)制器輸出的數(shù)量。
17. —種快速響應(yīng)測量系統(tǒng)，包括可編程增益放大器，其響應(yīng)于待測量的輸入而產(chǎn)生輸出；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其具有預(yù)定輸出速率并且響應(yīng)于所述輸出，所述才莫 數(shù)轉(zhuǎn)換器包括i:A調(diào)制器；超范圍檢測器，其輸出速率快于所述預(yù)定輸出速率，并且響應(yīng)于 所述SA調(diào)制器的輸出而在比所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的所述預(yù)定輸出速率的 時期短的間隔內(nèi)指示何時所述輸出大于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度；以 及控制器，其響應(yīng)于所述超范圍檢測器而調(diào)整所述可編程增益放大 器的增益，以將所述輸出降低到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度以下，其中，所述超范圍檢測器包括比較器電路，用于當(dāng)序列狀的所述 調(diào)制器輸出的數(shù)量超出預(yù)定閾值時指示超范圍。
全文摘要
通過將待測量的輸入提供到可編程增益放大器，將來自可編程增益放大器的輸出提供到具有預(yù)定輸出速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在比該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的預(yù)定輸出速率的時期短的間隔內(nèi)確定何時該輸出大于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度輸入范圍，并且以快于ADC的預(yù)定輸出速率的速率調(diào)整可編程增益放大器的增益以將輸出降低到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度以下，來實現(xiàn)快速響應(yīng)測量。
文檔編號H03M1/12GK101223698SQ200680026040
公開日2008年7月16日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者阿德里安·謝里 申請人:阿納洛格裝置公司