[发明专利]快速响应电流测量系统和方法

说明书

相关申请

本申请要求2005年6月17日提交的美国临时申请No.60/691364的利益。通过引用将该申请包括在此。

技术领域

本发明涉及快速响应测量系统和方法，并且涉及使用模数转换器来测量对电流电平变化的快速响应的系统和方法。

背景技术

电流测量系统一般必须测量很宽的电流电平范围。例如在汽车电池系统中，从电池提供的净电流可以从引擎发动时的数百或数千安培变化到汽车熄火时的数十毫安。为了精确地确定电池容量的状态，有必要尽可能精确地测量此电流。来自电池的电流一般首先被转换为电压，例如通过在电流方向串联一个小值电阻来实现，然后使用模数转换器(ADC)将此电压转换为数字形式。一般首先以可编程增益放大器(PGA)放大该电压信号，使得当该电流电平低时，以大增益放大电压信号以利用ADC的全部动态范围。另外，为了对从低电流产生的小电压进行高精度测量，一般必须以相对慢的速率进行模数转换，最小化被测量信号和测量系统中噪声的影响。一般由处理器根据先前的ADC结果决定使用什么级别的放大率和转换速率。由于电流低时转换速率慢，所以从电池汲取的电流的突然增加会花费较长时间才能反映到ADC转换结果中。这对于测量电池状态可能是一个问题，因为确定电池容量的计算需要在汲取大电流之后尽快开始的高速测量。因此如果当电流处于低电平时电流测量系统可以执行高精度测量，同时能够快速对电流的大幅增加作出反应则是有利的。美国专利No.5777911描述了一种数字滤波系统，包括选择器部分，用于根据馈送到该滤波系统的输入信号的电平变化的时间速率，选择性地从相对窄或低频宽滤波器或者相对宽或高频宽滤波器产生输出信号。此滤波系统可能在电流测量系统中的ADC之后被使用。但是，此方案有赖于输入信号总是在数字滤波系统的范围内，以及隐含地，输入到ADC的信号总是在ADC的范围内。当电流电平低时，电流测量系统一般需要在ADC之前使用高增益放大器。因此，跟随电流的突然增加，到ADC的放大输入一般将在ADC的范围之外，并且从ADC产生的任何结果一般将被箝位至正满刻度或负满刻度。即使该数字滤波系统切换到宽带宽滤波器，结果仍将是错误的，因为到滤波系统的输入超范围。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种改进的快速响应测量系统和方法。

本发明进一步的目的是提供迅速响应电流电平变化的这样一种改进的快速响应测量系统和方法。

本发明进一步的目的是提供包括模数转换器并且快速响应时间快于模数转换器的输出速率的这样一种改进的快速响应测量系统和方法。

本发明进一步的目的是提供可以自动改变增益和/或输出速率并且能够复位模数转换器的这样一种改进的快速响应测量系统和方法。

本发明进一步的目的是提供超范围检测器电路可以使用模数转换器的一部分的这样一种改进的快速响应测量系统和方法。

本发明进一步的目的是提供可以对超范围检测进行滤波或平均以减少假触发并且提供抗瞬发波动性的这样一种改进的快速响应测量系统和方法。

本发明由以下实现产生：可以利用超范围检测器实现对于精确电压或电流测量的真正快速响应测量，该超范围检测器的输出速率快于模数转换器，使得可以迅速检测到进入模数转换器的信号的变化超出满刻度，并且可以相应地调整可编程增益放大器的增益和/或模数转换器的输出速率，以在比模数转换器的输出速率的时期短的间隔内使信号回到范围内。

本发明的特征在于一种快速响应测量系统，包括：可编程增益放大器，其响应于待测量的输入信号而产生输出信号；和模数转换器，其具有预定输出速率并且响应于该输出信号。超范围检测器的输出速率快于该预定输出速率并且响应于该输出信号而在比该模数转换器的预定输出速率的时期短的间隔内指示何时该输出信号大于模数转换器的满刻度。控制器响应于该超范围检测器而调整可编程增益放大器，以将输出信号降低到模数转换器的满刻度以下。

在一个优选实施例中，超范围检测器可以在模数转换器的输入处直接响应于输出信号。该输入信号可以是电压信号。电压信号可以跨过位于要被测量电流的负载电路中的一个感测电路而形成。模数转换器可以包括∑Δ调制器。超范围检测器可以响应于该∑Δ调制器的输出。控制器可以响应于超范围检测器而增加模数转换器的输出速率。控制器可以响应于超范围检测器而复位模数转换器。超范围检测器可以包括计数器电路，用于计数序列状的调制器输出的数量。超范围检测器可以包括比较器，用于当该序列状的调制器输出的数量超出预定阈值时指示超范围。控制器可以包括处理器，该处理器可以包括在模数转换器中。