本發(fā)明大體涉及電子電路，并且在具體的實施例中涉及用于同步驅(qū)動器電路的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

驅(qū)動器電路是用于控制諸如功率晶體管、發(fā)光二極管(led)或許多其他類型的電氣組件的另一電路或組件的電氣電路。驅(qū)動器電路通常用于調(diào)節(jié)流過電路的電流或者用于控制針對被連接到驅(qū)動器電路的其他組件或設(shè)備的其他因子。術(shù)語“驅(qū)動器電路”常常用于例如控制開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器或電源中的功率開關(guān)的專用集成電路。

在一些實例中，驅(qū)動器電路供應(yīng)功率開關(guān)以提供用于致動器(例如螺線管)的致動電流。例如，諸如車輛傳輸、燃料噴射系統(tǒng)和內(nèi)燃機閥控制的汽車系統(tǒng)一般包括被致動以控制那些系統(tǒng)的螺線管。在燃料噴射系統(tǒng)的情況下，驅(qū)動器電路基于驅(qū)動器輸入和發(fā)動機操作來致動螺線管以啟動燃料噴射?；趤碜则?qū)動器電路的控制信號，燃料噴射器將燃料釋放到內(nèi)燃機的汽缸中。

在各種實例中，如在汽車系統(tǒng)的情況下，對驅(qū)動器電路的計時控制可能是特別感興趣的。例如，在由通過驅(qū)動器ic驅(qū)動的功率開關(guān)供應(yīng)的燃料噴射器的情況下，燃料噴射的計時影響內(nèi)燃機的操作。出于這個原因，驅(qū)動器ic傳統(tǒng)上被供應(yīng)有具體計時信息以根據(jù)汽車系統(tǒng)的需要來適當(dāng)?shù)乜刂迫剂蠂娚?。將具體計時信息實時地傳達給驅(qū)動器ic可能在汽車系統(tǒng)中提出一些挑戰(zhàn)。一般地，控制驅(qū)動器ic的計時可能在包括驅(qū)動器ic的各種系統(tǒng)中提出一些挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)實施例，一種被配置為驅(qū)動功率開關(guān)的控制器系統(tǒng)包括驅(qū)動器集成電路(ic)，其包括接口電路、同步電路和驅(qū)動器電路。接口電路被配置為通過串行接口接收控制方案。同步電路被耦合到接口電路并且被配置為接收角度位置信號并將驅(qū)動信號與角度位置信號同步，其中驅(qū)動信號是基于控制方案的。驅(qū)動器電路被耦合到同步電路并且被配置為使用驅(qū)動信號來驅(qū)動功率開關(guān)。

附圖說明

為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，結(jié)合附圖對下面的描述進行參考，在附圖中：

圖1圖示了實施例致動器系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；

圖2圖示了實施例螺線管驅(qū)動器系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；

圖3圖示了實施例燃料噴射系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；

圖4圖示了在操作中的實施例燃料噴射系統(tǒng)的波形圖；

圖5圖示了實施例驅(qū)動器集成電路(ic)的示意圖；

圖6圖示了實施例內(nèi)燃機的功能示意圖；

圖7圖示了操作實施例控制器系統(tǒng)的方法的框圖；以及

圖8圖示了示例功率級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖；

在不同的附圖中的對應(yīng)的標(biāo)號和標(biāo)記總體上指代對應(yīng)的零件，除非另有指示。附圖被繪制以清楚地說明實施例的有關(guān)方面并且不一定是按比例繪制的。

具體實施方式

下面詳細(xì)討論對本發(fā)明的各種實施例的開發(fā)和使用。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本文中描述的各種實施例可適用在各種各樣的具體背景中。討論的具體實施例僅僅說明開發(fā)和使用各種實施例的具體方式，并且不應(yīng)當(dāng)被理解為在限制的范圍中。

參考在具體背景下的各種實施例來進行描述，具體背景即驅(qū)動器電路并且更具體地，用于螺線管致動器的同步驅(qū)動器電路。本文中描述的各種實施例中的一些包括汽車系統(tǒng)中的螺線管致動器、用于螺線管致動器的控制系統(tǒng)、用于與直接噴射系統(tǒng)一起使用的燃料噴射器驅(qū)動器集成電路(ic)、用于汽車系統(tǒng)中的螺線管的驅(qū)動器ic以及在汽車系統(tǒng)中的微控制器與驅(qū)動器ic之間的接口。在其他實施例中，方面還可以被應(yīng)用到涉及根據(jù)如本領(lǐng)域中已知的任何樣式的任何類型的驅(qū)動器電路的其他應(yīng)用。

如上文在背景技術(shù)中所描述的，由驅(qū)動器ic提供的控制信號的計時對于驅(qū)動致動器的實時控制系統(tǒng)可以是感興趣的。根據(jù)各種實施例，為了控制計時，通過將角度位置信號提供到驅(qū)動器ic來將用于控制具有諸如曲軸和內(nèi)燃機的凸輪軸的轉(zhuǎn)動組件的機械系統(tǒng)中的諸如螺線管致動器的致動器的驅(qū)動器ic與機械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動同步。在各種這樣的實施例中，微控制器通過高速串行接口將控制信息提供到驅(qū)動器ic。控制信息可以是基于與特定機械系統(tǒng)相關(guān)的許多特性的，包括例如用戶輸入、操作狀況、系統(tǒng)設(shè)計以及性能規(guī)范。在各種實施例中，無論控制信息的細(xì)節(jié)中的一些如何，通過驅(qū)動器ic將控制信息應(yīng)用到致動器取決于計時。因此，驅(qū)動器ic在這樣的實施例中應(yīng)用控制信號以基于與輸入角度位置信號同步來驅(qū)動致動器。在特定實施例中，在驅(qū)動器ic處的單個外部輸入管腳處從微控制器接收輸入角度位置信號。

在用于內(nèi)燃機的具體實施例中，例如在汽車系統(tǒng)中，驅(qū)動器ic基于從微控制器接收到的控制信息來致動燃料噴射器。在這樣的實施例中，驅(qū)動器ic接收與內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)動循環(huán)內(nèi)的內(nèi)燃機的角度位置相對應(yīng)的角度位置輸入信號。具體地，內(nèi)燃機可以以包括720°轉(zhuǎn)動的循環(huán)操作，并且因此，在驅(qū)動器ic處接收到的角度位置輸入信號指示內(nèi)燃機的循環(huán)內(nèi)的從0°到720°的范圍的角度位置。在這樣的實施例中，驅(qū)動器ic基于角度位置輸入信號在內(nèi)燃機循環(huán)中的精確的時刻處根據(jù)從微控制器接收到的控制信息致動燃料噴射器。在下文中參考諸如汽車系統(tǒng)或內(nèi)燃機的具體背景下的特定實施例呈現(xiàn)進一步描述；然而，本文中描述的各種特定實施例可以在另外的實施例中被應(yīng)用到在驅(qū)動器ic與任何類型的功率開關(guān)或致動器之間的同步。

圖1圖示了包括微控制器102、驅(qū)動器ic104、功率級106和致動器108的實施例致動器系統(tǒng)100的系統(tǒng)示意圖。根據(jù)各種實施例，微控制器102計算與何時啟用和停用功率級106有關(guān)的控制信息以便驅(qū)動致動器108?？刂菩畔⑹腔谙到y(tǒng)的具體特征和規(guī)范并且響應(yīng)于控制信號ctrl和測量信號m1來計算的。在各種實施例中，致動器108用于致動機械系統(tǒng)110中的組件。機械系統(tǒng)110包括角度位置信息。例如，機械系統(tǒng)110可以是內(nèi)燃機，并且控制信號ctrl可以是人類駕駛員對更多或更少扭矩的請求。微控制器102從機械系統(tǒng)110接收測量信號m1，測量信號m1包括角度位置信息。使用控制信號ctrl和測量信號m1，微控制器102計算控制信息并通過串行接口si將控制信息提供到驅(qū)動器ic104。

在各種實施例中，驅(qū)動器ic104從微控制器102接收角度位置信號θ并且在由控制信息指示的精確時間處執(zhí)行控制信息。在這樣的實施例中，角度位置信號θ是基于測量信號m1的。角度位置信號θ可以在微控制器102中被預(yù)處理。在特定實施例中，角度位置信號θ可以在微控制器102中被預(yù)測。驅(qū)動器ic104生成具有啟用和停用信號的功率驅(qū)動信號pd，其根據(jù)控制信息在操作循環(huán)期間被應(yīng)用并且與角度位置信號θ同步。因此，驅(qū)動器ic104通過使用角度位置信號θ與轉(zhuǎn)動循環(huán)同步并且應(yīng)用功率驅(qū)動信號pd。

根據(jù)各種實施例，功率級106接收功率驅(qū)動信號pd并且基于功率驅(qū)動信號pd來將致動電流ac供應(yīng)到致動器108。在各種實施例中，致動器108是被致動電流ac致動的螺線管致動器。例如，在具體實施例中，致動器108是燃料噴射器中的螺線管致動器。燃料噴射器基于由功率級106供應(yīng)的致動電流ac而被觸發(fā)以噴射燃料，由功率級106供應(yīng)的致動電流ac由驅(qū)動器ic基于從微控制器102接收到的控制信息并且基于角度位置信號θ來控制。如所示出的，致動器108可以是機械系統(tǒng)110的部分或者可以被耦合到機械系統(tǒng)110以便作用于機械系統(tǒng)110。例如，致動器108可以當(dāng)機械系統(tǒng)110為內(nèi)燃機時控制燃料噴射。

在各種實施例中，控制信號ctrl可以包括各種類型的控制信息。例如，在具體實施例中，控制信號ctrl可以對應(yīng)于使用油門來啟動汽車系統(tǒng)中的加速的人類駕駛員。在這樣的實施例中，測量信號m1包括來自內(nèi)燃機的從用于內(nèi)燃機的內(nèi)燃循環(huán)的0°到720°的范圍的角度位置信息。在下文中參考其他附圖提供對實施例系統(tǒng)的進一步描述。

根據(jù)各種實施例，微控制器102通過串行接口si和角度位置信號θ被耦合到驅(qū)動器ic104。在特定實施例中，串行接口si和利用具有用于微控制器102和驅(qū)動器ic104的專用外部管腳的高速串行接口來實施。類似地，角度位置信號θ可以使用在微控制器102和驅(qū)動器ic104中的每個上的單個外部管腳來在微控制器102和驅(qū)動器ic104之間傳遞。在特定實施例中，高速串行接口可以被實施為高速串行鏈路(hssl)。在備選實施例中，高速串行接口可以被實施為微秒總線(msb)或串行外圍接口(spi)。

在各種實施例中，功率級106可以包括具有大于28v或具體地大于60v的擊穿電壓的功率晶體管。在特定實施例中，功率級106還可以包括用于將致動電流ac提供到致動器108的各種開關(guān)轉(zhuǎn)換器或開關(guān)供應(yīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在備選實施例中，功率級106還可以包括具有小于60v、小于28v或具體地小于10v的阻塞電壓的正常功率晶體管或低功率晶體管。根據(jù)各種實施例，驅(qū)動器ic104可以被配置為生成多個功率驅(qū)動信號并且功率級106可以包括用于驅(qū)動多個致動器的任何數(shù)量的開關(guān)或開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路。

在各種實施例中，功率級106將測量信號m2提供到驅(qū)動器ic104作為反饋測量。在一些實施例中，測量信號m2可以包括來自功率級106的電流測量。在一些實施例中，測量信號m2包括來自功率級106的電壓測量。在額外的實施例中，測量信號m2包括指示功率級106中的電流值的電壓測量。在一些實施例中，測量信號m2包括來自功率級106的電流測量和電壓測量兩者。

根據(jù)各種實施例，在驅(qū)動器ic處接收測量信號m2?；跍y量信號m2，驅(qū)動器ic104通過串行接口si將反饋信號和對應(yīng)的時間戳提供到微控制器102。

圖2圖示了包括微控制器102、驅(qū)動器ic104、功率級106和螺線管109的實施例螺線管驅(qū)動器系統(tǒng)101的系統(tǒng)框圖。根據(jù)各種實施例，螺線管驅(qū)動器系統(tǒng)101可以是致動器系統(tǒng)100的實施方式的實施例。參考具有內(nèi)燃機的汽車系統(tǒng)的特定實施例來描述螺線管驅(qū)動器系統(tǒng)101。在其他實施例中，螺線管驅(qū)動器系統(tǒng)101還可以被應(yīng)用到包括具有角度位置信息的機械系統(tǒng)的任何類型的系統(tǒng)。在各種實施例中，螺線管109是致動器108的實施方式。

根據(jù)各種實施例，驅(qū)動器ic104包括雙向高速同步串行通信接口(ssci)電路112、存儲器電路114、位置確定電路116、控制電路118、驅(qū)動電路120、測量電路122、時間戳電路124以及鎖相環(huán)(pll)電路126。微控制器102將串行接口si上的接口信號is(包括控制信息ci和時鐘信號clk)提供到驅(qū)動器ic104并且將角度位置信號θ提供到驅(qū)動器ic104。驅(qū)動器ic104在雙向高速ssci電路112處接收接口信號is，其控制用于發(fā)送和接收任何數(shù)量的雙向高速通信協(xié)議(例如，高速串行鏈路(hssl))的接口協(xié)議。在特定實施例中，外部管腳134b和外部管腳128b均包括專用發(fā)送和接收管腳、時鐘管腳和重置管腳。因此，在一些實施例中，雙向高速ssci電路112接收時鐘信號clk并將時鐘信號clk提供到pll電路126。在一些實施例中，使用hssl協(xié)議來接收來自微控制器102的控制信息ci。在其他實施例中，可以使用其他雙向高速串行和同步協(xié)議?？刂菩畔i被提供到存儲器電路114和控制電路118。在這樣的實施例中，控制信息可以包括被提供到控制電路118的存儲在存儲器電路114中的控制方案以及電流觸發(fā)信號，例如與用于功率級106的具體計時相關(guān)聯(lián)的接通/斷開信號。

在各種實施例中，控制電路118還從位置確定電路116接收同步信號ss。在這樣的實施例中，位置確定電路116從微控制器102接收角度位置信號θ并且從pll電路126接收生成的時鐘信號gclk?；诮嵌任恢眯盘枽群蜕傻臅r鐘信號gclk，位置確定電路116生成同步信號ss。位置確定電路116還從存儲器電路114接收控制方案cs。在這樣的實施例中，控制方案cs可以包括與螺線管驅(qū)動器系統(tǒng)101的操作相關(guān)的各種特性。

在各種實施例中，同步信號ss可以包括具有相較于角度位置信號θ增大的分辨率的插值角度位置分量。例如，角度位置信號θ可以具有針對內(nèi)燃機的6°的分辨率并且同步信號ss的插值角度位置分量可以具有0.5°或更好的分辨率。在特定實施例中，同步信號ss的插值角度位置分量可以具有0.1°的分辨率。同步信號ss還可以包括具有用于預(yù)測系統(tǒng)操作的變化的校正或預(yù)測的插值角度位置分量。具體地，位置確定電路116可以基于能夠存儲器電路114接收到的控制方案cs來生成具有校正和預(yù)測的同步信號ss。在各種實施例中，位置確定電路116使用插值角度位置分量來預(yù)測未來角度位置。在這樣的實施例中，插值角度位置分量還可以被外推。例如，未來角度位置的預(yù)測和控制可以部分地基于在微控制器102處接收到的控制方案cs和用戶控制uc。因此，在各種實施例中，同步信號ss可以包括外推的角度位置分量。

根據(jù)各種實施例，控制電路118接收同步信號ss和控制信息ci，并且基于這些輸入，控制電路118生成并提供用于驅(qū)動電路120的驅(qū)動控制dc。在這樣的實施例中，驅(qū)動控制dc包括與內(nèi)燃機的操作同步以便在合適的時間將啟用電流ac應(yīng)用到螺線管109的驅(qū)動控制信號。基于驅(qū)動控制dc，驅(qū)動電路120生成驅(qū)動信號ds并將其提供到功率級106，功率級106繼而使用啟用電流ac來驅(qū)動螺線管109。

在各種實施例中，測量電路122從功率級106接收測量信號ms，測量信號ms可以是一個或多個電流測量或電壓測量。使用測量信號ms，測量電路122生成并提供針對驅(qū)動電路120的本地反饋信號fbl1、針對控制電路118的本地反饋信號fbl2以及針對時間戳電路124的系統(tǒng)反饋信號fbs。本地反饋信號fbl1可以由驅(qū)動電路120用于保護功能，例如過流保護，并且本地反饋信號fbl2可以由控制電路118用于調(diào)節(jié)和控制功能，例如電流調(diào)節(jié)。時間戳電路124生成針對系統(tǒng)反饋信號fbs的對應(yīng)的時間戳并且將時間戳和系統(tǒng)反饋信號fbst提供到雙向高速ssci電路112，其之后通過串行接口si將反饋和對應(yīng)的時間戳信息提供到微控制器102。

根據(jù)各種實施例，螺線管驅(qū)動器系統(tǒng)101被劃分成許多單獨的組件。在具體實施例中，驅(qū)動器ic104是具有用于與微控制器102接口連接的外部管腳128a和外部管腳128b和用于與功率級106接口連接的外部管腳130a和外部管腳130b的單獨的半導(dǎo)體組件。類似地，微控制器102是具有用于與驅(qū)動器ic104接口連接的外部管腳134a和外部管腳134b和用于與各種其他系統(tǒng)組件接口連接的外部管腳132a、外部管腳132b、外部管腳132c和外部管腳132d的單獨的半導(dǎo)體組件。在這樣的實施例中，微控制器102和驅(qū)動器ic104可以被附接到相同的印刷電路板(pcb；未示出)。在另外的實施例中，功率級106還是單獨的半導(dǎo)體組件，其可以被附接到相同的pcb或者被附接在汽車系統(tǒng)中的其他地方。在其中螺線管109致動內(nèi)燃機中的不同的機械組件(例如燃料噴射器或發(fā)動機閥)的實施例中，螺線管109被布置在具體組件的位置處并且未被附接到相同的pcb。

在各種實施例中，螺線管109可以包括用于汽車系統(tǒng)的任何數(shù)量的螺線管或其他致動器。例如，螺線管109可以包括內(nèi)燃機的每個汽缸中的燃料噴射器的致動器、用于內(nèi)燃機的每個汽缸中的發(fā)動機閥的致動器、用于被附接到燃料線路的高壓泵的致動器、用于自動傳輸中的離合器的致動器或用于其他組件的致動器。在這樣的實施例中，功率級106可以包括許多功率開關(guān)以便驅(qū)動每個螺線管或螺線管109的其他致動器。在各種實施例中，驅(qū)動電路120和功率級106可以包括具有多個功率開關(guān)配置的各種功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在下文中描述的圖8圖示了功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識到本文中描述的實施例到各種其他開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

根據(jù)如上文中所描述的各種實施例，驅(qū)動器ic104基于從微控制器102接收到的控制信息ci來驅(qū)動功率級106。在這樣的實施例中，微控制器102基于包括例如系統(tǒng)特性和性能規(guī)范、用戶輸入控制和傳感器信息的多個參數(shù)來生成控制信息ci。在各種實施例中，控制信息ci包括用于螺線管109的電流分布。電流分布的生成被執(zhí)行在微控制器102內(nèi)的應(yīng)用軟件中。每個電流分布具體地取決于電流分布被使用在其中的系統(tǒng)。例如，在用于汽車系統(tǒng)中的內(nèi)燃機的燃料噴射器的情況下，電流分布可以基于發(fā)動機輸出功率、發(fā)動機結(jié)構(gòu)和特性、燃料含量、進氣溫度、發(fā)動機輸出氣體成分、燃料噴射器特性以及其他參數(shù)來計算。用于電流噴射器和電子離合器的一些示例電流分布被呈現(xiàn)在于2014年1月9日提交的題為“universalsolenoiddriver”的美國專利申請no.14/151,484中，將其通過引用整體并入本文中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識到電流分布的生成是本領(lǐng)域中已知的并且緊密地對應(yīng)于具體應(yīng)用。因此，為了簡潔起見未包含額外的描述。

根據(jù)各種實施例，驅(qū)動器ic104接收任何類型的電流分布并且執(zhí)行這樣的電流分布的控制以便根據(jù)電流分布來驅(qū)動功率級106。在這樣的實施例中，驅(qū)動器ic104使用角度位置信號θ來使電流分布的執(zhí)行同步。在特定實施例中，精確同步是使用位置確定電路116來實時地實施的，位置確定電路116對具有角度位置的機器的角度位置進行插值、校正和預(yù)測(例如通過外推)并且在機器的精確同步的角度位置處應(yīng)用電流分布。

在各種實施例中，電流分布被存儲或多個電流分布被存儲在存儲器電路114中。在一些特定實施例中，存儲器電路114是在啟動時初始化的易失性存儲器，例如sram。例如，在汽車系統(tǒng)中，存儲器電路114可以在接通序列期間被初始化。初始化包括將一個電流分布或多個電流分布加載到存儲器電路114中。存儲器電路114還可以在操作期間被更新，例如在每個發(fā)動機循環(huán)期間被更新。另外，微控制器102生成包含于控制信息ci中的額外的實時信息。在具體實施例中，微控制器102分別在外部管腳132a和外部管腳132b處接收傳感器測量信號sms1和傳感器測量信號sms2，并且在外部管腳132d處接收用戶控制uc。如上文中參考時間戳電路124所描述的，微控制器102還可以(基于時間戳和系統(tǒng)反饋信號fbst)從驅(qū)動器ic104接收反饋和相應(yīng)的時間戳信息?；诜答佇畔?、用戶控制uc、傳感器測量信號sms1和傳感器測量信號sms2，微控制器102生成用于機械系統(tǒng)的具體計時的具體開關(guān)啟用和持續(xù)時間信息。

在各種實施例中，微控制器102還可以具有耦合到多個額外的傳感器的多個額外的輸入(未示出)和控制輸入。例如，主節(jié)氣門位置以及包括氣溫、氣團、排氣中的氧氣濃度、等等的全局?jǐn)?shù)據(jù)可以被測量并被提供到微控制器102。這些額外的輸入還可以在確定用于機械系統(tǒng)的具體計時的開關(guān)啟用和持續(xù)時間信息中被使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識到在各種實施例中由微控制器102使用的這些額外的信號和輸入的存在和功能，但是為簡潔起見將其從本文中的描述中排除。

具體開關(guān)啟用和持續(xù)時間信息被包含于控制信息ci中，控制信息ic被提供到驅(qū)動器ic104。為了使驅(qū)動器ic104中的具體開關(guān)啟用和持續(xù)時間信息同步，具體開關(guān)啟用和持續(xù)時間信息與相應(yīng)的角度位置信息一起被提供到驅(qū)動器ic104。基于具體開關(guān)啟用和持續(xù)時間信息同步以及相應(yīng)的角度位置信息，驅(qū)動器ic104能夠?qū)⒕唧w開關(guān)啟用和持續(xù)時間信息的應(yīng)用與角度位置信號θ同步。

在具體示例實施例中，螺線管驅(qū)動器系統(tǒng)101被包含于具有內(nèi)燃機的汽車系統(tǒng)內(nèi)。內(nèi)燃機以包括發(fā)動機曲軸的兩個轉(zhuǎn)動的內(nèi)燃循環(huán)操作。在這樣的實施例中，微控制器102分別從曲軸傳感器和凸輪軸傳感器接收傳感器測量信號sms1和傳感器測量信號sms2，其向微控制器102提供與發(fā)動機曲軸的兩個完整轉(zhuǎn)動相對應(yīng)的720°角度位置信息。另外，用戶控制uc對應(yīng)于由汽車操作員(例如人類或自主駕駛員)加速度計(例如油門)的致動。使用從0°到720°的范圍的發(fā)動機的角度位置和由汽車操作員提供的請求的扭矩連同例如來自驅(qū)動器ic104的反饋信息，微控制器102計算用于由螺線管109控制的燃料噴射器的具體開關(guān)啟用和持續(xù)時間信息。在這樣的實施例中，微控制器102還基于傳感器測量信號sms1和傳感器測量信號sms2來提供角度位置信號θ。

根據(jù)各種實施例，微控制器102還執(zhí)行如上文中參考位置確定電路116所描述的對發(fā)動機的角度位置的插值。具體地，傳感器測量信號sms1、傳感器測量信號sms2和角度位置信號θ可以均提供6°的最大分辨率。例如，6°的最大分辨率可以基于安裝在曲軸上的并且由傳感器sms1(或由下文中參考圖3描述的傳感器218)檢測到的慣性輪的機械設(shè)置。如上文中參考位置確定電路116類似地描述的，微控制器102可以生成具有0.5°或更好的分辨率的插值角度位置分量。在特定實施例中，插值角度位置分量可以具有0.1°的分辨率。在這樣的各種實施例中，驅(qū)動器ic104和微控制器102兩者執(zhí)行對角度位置信號θ的插值并且使用經(jīng)插值的角度位置來預(yù)測或外推角度位置以便在發(fā)動機的每兩個轉(zhuǎn)動內(nèi)燃循環(huán)期間精確地將螺線管109的控制與發(fā)動機的角度位置同步。

在各種實施例中，微控制器102可以被耦合到任何數(shù)量的傳感器或控制輸入。微控制器102還在外部管腳132c處接收振蕩信號osc。振蕩信號osc可以由例如振蕩器晶體(未示出)提供。

如上文中所描述的，雙向高速ssci電路112被耦合到外部管腳128b并且使用諸如hssl協(xié)議的雙向高速ssci通信協(xié)議通過串行接口si與微控制器102進行通信。在備選實施例中，雙向高速ssci電路112以及對應(yīng)地微控制器102可以實施用于通過串行接口si的通信的任何類型的總線協(xié)議，例如微秒總線(msb)協(xié)議、串行外圍接口(spi)協(xié)議或其他總線協(xié)議。在一些具體實施例中，總線協(xié)議是能夠?qū)崿F(xiàn)大于1mbit/s的例如在一些實施例中從1mbit/s到25mbit/秒的范圍的數(shù)據(jù)速率的高速總線。其他實施例可以包括具有比25mbit/s甚至更高的數(shù)據(jù)速率的總線協(xié)議。

根據(jù)各種實施例，存儲器電路114包括易失性存儲器。在具體實施例中，存儲器電路114包括sram電路查找表(lut)。在其他實施例中，存儲器電路114可以包括除了或代替易失性存儲器的非易失性存儲器。在各種實施例中，pll電路126生成具有比時鐘信號clk高的頻率的生成的時鐘信號gclk。例如，時鐘信號clk可以具有20mhz的頻率并且生成的時鐘信號gclk可以具有120mhz的頻率。

圖3圖示了包括微控制器202、驅(qū)動器ic204、功率級206、燃料噴射器208、曲軸210、凸輪軸212、晶體振蕩器(xtal)214、油門216、磁性位置傳感器218和磁性位置傳感器220的實施例燃料噴射系統(tǒng)200的系統(tǒng)框圖。為了改進圖示，如所示出的，圖3被分成兩個圖，圖3a和圖3b。根據(jù)各種實施例，燃料噴射系統(tǒng)200是如上文中所描述的致動系統(tǒng)100或螺線管驅(qū)動器系統(tǒng)101的具體實施方式的實施例。

根據(jù)各種實施例，微控制器202從磁性位置傳感器218接收曲軸角度位置信號crank，磁性位置傳感器218被配置為測量曲軸210的角度位置。在一些實施例中，磁性位置傳感器218包括如所示出的放大器。微控制器202還從磁性位置傳感器220接收凸輪軸角度位置信號cam，磁性位置傳感器220被配置為測量凸輪軸212的角度位置。在一些實施例中，磁性位置傳感器220包括如所示出的放大器。磁性位置傳感器218和磁性位置傳感器220在一些實施例中是霍爾傳感器。

在各種實施例中，曲軸210和凸輪軸212是內(nèi)燃機(未示出)的部分。在這樣的實施例中，內(nèi)燃機以包括曲軸210的兩個轉(zhuǎn)動的內(nèi)燃循環(huán)操作。對凸輪軸角度位置信號cam的監(jiān)測允許對曲軸210的兩個轉(zhuǎn)動循環(huán)中的特定轉(zhuǎn)動的識別。因此，用于每個循環(huán)的曲軸210的角度位置在從0°到720°的范圍，并且可以通過監(jiān)測曲軸角度位置信號crank和凸輪軸角度位置信號cam兩者來確定。

根據(jù)各種實施例，微控制器202從xtal214接收晶體振蕩信號xosc。具體晶體振蕩器和振蕩的頻率可以包括許多類型的時鐘信號發(fā)生器。

在各種實施例中，油門216提供針對微控制器202的用戶輸入或用戶控制。具體地，微控制器202接收由油門216生成的油門控制信號gpc。在這樣的實施例中，用戶(例如人類駕駛員)可以壓或松油門216以便從內(nèi)燃機請求更多或更少的扭矩。微控制器202接收油門控制信號gpc，其指示期望的扭矩的量。在各種備選實施例中，微控制器202可以接收其他類型的控制輸入并且油門216是一個示例實施例。例如，在自主車輛的情況下，油門控制信號gpc可以由操作車輛的人工智能(ai)作為直接控制信號提供到微控制器202而不使用任何油門216。

基于曲軸角度位置信號crank、凸輪軸角度位置信號cam、晶體振蕩信號xosc以及油門控制信號gpc，微控制器202用于將控制信息提供到驅(qū)動器ic204以便通過功率級206致動燃料噴射器208。在各種實施例中，微控制器202可以接收額外的控制輸入并且將各種其他控制輸出或測量提供到另外的系統(tǒng)組件(未示出)。

根據(jù)各種實施例，微控制器202包括在下文中描述的多個子組件。主要地示出并描述了與用于燃料噴射器208的控制路徑相關(guān)的組件，但是微控制器202可以包括任何數(shù)量的額外的功能和等效實施框。在各種實施例中，噪聲濾波器222從磁性位置傳感器218接收曲軸角度位置信號crank。在這樣的實施例中，噪聲濾波器222將噪聲從曲軸角度位置信號crank移除。

循環(huán)測量電路224接收曲軸角度位置信號crank的經(jīng)濾波的版本并且測量經(jīng)濾波的曲軸角度位置信號crank的循環(huán)。在循環(huán)測量之后，間隙檢測電路226監(jiān)測曲軸角度位置信號crank，檢測指示曲軸210的完整轉(zhuǎn)動的間隙。在這樣的實施例中，曲軸210可以包括被分布在曲軸210周圍的并且由磁性位置傳感器218使用的物理齒以產(chǎn)生曲軸角度位置信號crank。物理齒可以被分布在曲軸210周圍以便容納60個齒，但是齒中的兩個齒被移除以形成可以被檢測到的間隙以便針對曲軸210的每個轉(zhuǎn)動被檢測到。間隙檢測電路226檢測該間隙并且識別曲軸210的每個轉(zhuǎn)動。在各種實施例中，模360°電路228從間隙檢測電路226接收曲軸角度位置信號crank和對間隙的識別?；谶@些信號，模360°電路228生成為模360°的曲軸角度位置信號crank的版本，即該信號重復(fù)曲軸210的每個轉(zhuǎn)動。

根據(jù)各種實施例，噪聲濾波器232從磁性位置傳感器220接收凸輪軸角度位置信號cam。在這樣的實施例中，噪聲濾波器232將噪聲從凸輪軸角度位置信號cam移除。循環(huán)測量電路234接收凸輪軸角度位置信號cam的經(jīng)濾波的版本并且測量經(jīng)濾波的凸輪軸角度位置信號cam的循環(huán)。一般地，曲軸210和凸輪軸212被機械地耦合在一起使得凸輪軸212針對曲軸210的每兩個轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動一次。例如，曲軸210和凸輪軸212可以通過鏈被機械地耦合在一起。在各種實施例中，凸輪軸212包括單齒，該單齒每次轉(zhuǎn)動被磁性位置傳感器220檢測一次。

根據(jù)各種實施例，模(modulo)720°電路230接收為模360°的曲軸角度位置信號crank的版本和凸輪軸角度位置信號cam的經(jīng)濾波的和測量的版本。基于這些輸入，模720°電路230生成為模720°的角度位置信號并且指示每兩個轉(zhuǎn)動循環(huán)內(nèi)的曲軸210的位置。

在各種實施例中，pll電路236從xtal214接收晶體振蕩信號xosc并將內(nèi)部時鐘信號提供到預(yù)測電路242和應(yīng)用軟件240。在特定實施例中，應(yīng)用軟件240可以運行在微控制器202的內(nèi)核上并且pll電路236將內(nèi)部時鐘信號提供到內(nèi)核并且提供到微控制器202內(nèi)的所有其他組件。預(yù)測電路242從pll電路236接收內(nèi)部時鐘信號并且從模720°電路230接收為模720°的角度位置信號。基于這些信號，預(yù)測電路242具有用于曲軸210上的每個齒的角度位置模720°和時間循環(huán)。為了控制內(nèi)燃機，燃料噴射系統(tǒng)200非常精確地控制燃料噴射器208的噴射的計時。在這樣的實施例中，在預(yù)測電路242處可用的角度位置模720°可能不夠精確以恰當(dāng)?shù)乜刂迫剂蠂娚淦?08，因為加速和減速改變內(nèi)燃機的角度位置和變化速率，從而導(dǎo)致被提供到預(yù)測電路242的角度位置模720°的準(zhǔn)確性的降低。在這樣的實施例中，預(yù)測電路242與被供應(yīng)有來自傳感器接口電路238的輸入的加速/減速一致性電路250進行通信，以便預(yù)測在角度位置模720°上的加速或減速的效果。預(yù)測電路242生成預(yù)測的角度位置模720°，其通過與加速/減速一致性電路250的通信維持在角度位置與對應(yīng)于曲軸210上的每個齒的時間循環(huán)之間的一致性。預(yù)測的角度位置模720°被提供到微拍發(fā)生器電路244。

在各種實施例中，被提供到微拍發(fā)生器電路244的預(yù)測的角度位置模720°還作為角度位置信號θ被提供到驅(qū)動器ic204中的微拍發(fā)生器電路244。如上文中所描述的，曲軸210上的每個齒可以被分開6°，其導(dǎo)致在微拍發(fā)生器電路244處的具有6°的分辨率的角度位置信號θ。在各種實施例中，為了精確地控制燃料噴射器208，較高的分辨率的角度位置信號是必要的。在這樣的實施例中，微拍發(fā)生器電路244(以及微拍發(fā)生器電路264)生成具有0.5°或更好的分辨率的插值角度位置信號。在特定實施例中，由微拍發(fā)生器電路244生成的插值角度位置信號具有0.1°或更好的分辨率。為了生成具有高分辨率的插值角度位置信號，微拍發(fā)生器電路244與加速/減速校正電路252進行通信以校正內(nèi)燃機的加速和加速。在各種實施例中，微拍發(fā)生器電路244可以被實施為數(shù)字pll電路。

根據(jù)各種實施例，具有高分辨率的經(jīng)校正的和預(yù)測的插值角度位置信號被提供到事件預(yù)測電路246，事件預(yù)測電路246還從應(yīng)用軟件240接收噴射控制計時信息。使用來自應(yīng)用軟件240的噴射控制計時信息和來自微拍發(fā)生器電路244的經(jīng)校正的和預(yù)測的插值角度位置信號，事件預(yù)測電路246和計時器248一起預(yù)測角度位置連同即將到來的燃料噴射事件并且將具體角度位置信息提供回到應(yīng)用軟件240或執(zhí)行其他功能的額外的驅(qū)動器ic(未示出)。

在各種實施例中，微控制器202中的hssl接口電路256與驅(qū)動器ic204中的hssl接口電路258進行通信。在這樣的實施例中，串行接口si是hssl，并且hssl接口電路256通過串行接口si與hssl接口電路258進行通信。在各種實施例中，串行接口si是另一類型的雙向高速ssci，并且hssl接口電路256和hssl接口電路258是用于特定接口總線的相應(yīng)的接口電路。在備選實施例中，串行接口si是另一類型的接口總線，例如msb或spi，并且hssl接口電路256和hssl接口電路258是用于特定接口總線的相應(yīng)的接口電路。

在各種實施例中，在patrickleteinturier和josephbenning的并且題為“enhancedenginepositionacquisition&treatment”(leteinturier和benning)的sae技術(shù)文章1999-01-0203中進一步詳細(xì)地描述引用微控制器202對經(jīng)校正的和預(yù)測的插值角度位置信號的生成，將其通過引用整體并入本文中。另外，對經(jīng)校正的和預(yù)測的插值角度位置信號的生成在驅(qū)動器ic204中由微拍發(fā)生器電路264、加速/減速校正電路268以及事件預(yù)測電路266重復(fù)。

在各種實施例中，應(yīng)用軟件240從傳感器接口電路238接收用戶控制信息，傳感器接口電路238從油門216接收油門控制信號gpc。應(yīng)用軟件240還從pll電路236接收內(nèi)部時鐘信號，通過hssl接口電路256從驅(qū)動器ic204接收反饋信息，并且從采集和比較電路254接收比較信息?；诮邮盏降妮斎牒头答佇畔?，應(yīng)用軟件240計算包括具有開始噴射時間和停止噴射時間的噴射控制計時的觸發(fā)器包絡(luò)，開始噴射時間和停止噴射時間兩者都與內(nèi)燃機的具體角度位置同步。另外，在一些實施例中，在初始化或啟動階段期間，應(yīng)用軟件240可以通過hssl接口電路256提供要被存儲在驅(qū)動器ic204中的查找表(lut)260中的一個電流分布或多個電流分布。例如，初始化或啟動階段可以是汽車系統(tǒng)中的接通啟動。

根據(jù)各種實施例，lut260存儲用于控制燃料噴射器208的一個電流分布或多個電流分布。在各種實施例中，lut260可以包括用于存儲在操作期間通過串行接口si實時通信的電流分布和信息的易失性存儲器(例如sram)。在備選實施例中，lut260可以包括除了或代替易失性存儲器的非易失性存儲器。lut260經(jīng)由hssl接口電路258通過串行接口si進行通信并且由控制電路262控制。hssl接口電路258還接收發(fā)送的時鐘信號，其將發(fā)送的時鐘信號供應(yīng)到pll電路280以便生成內(nèi)部驅(qū)動器時鐘信號。

根據(jù)各種實施例，微拍發(fā)生器電路264(其接收內(nèi)部驅(qū)動器時鐘和角度位置信號θ)、加速/減速校正電路268以及事件預(yù)測電路266如在上文中參考微拍發(fā)生器電路244、加速/減速校正電路252以及事件預(yù)測電路246類似地描述的并且在leteinturier和benning中進一步詳細(xì)描述的操作。在特定實施例中，事件預(yù)測246的確跨串行接口si發(fā)送信息。具體地，事件預(yù)測電路246和事件預(yù)測電路266兩者可以單獨地生成精確的角度位置信息。事件預(yù)測電路266可以根據(jù)lut260中的并且來自控制電路262的控制信息來精確地確定用于每個燃料噴射的計時和相應(yīng)的角度位置。

在各種實施例中，lut260和控制電路262經(jīng)由串行接口si和各自的hssl接口電路(256和258)接收觸發(fā)器包絡(luò)(其包括具有開始噴射時間和停止噴射時間的噴射控制計時，開始噴射時間和停止噴射時間兩者都與內(nèi)燃機的具體角度位置重新同步)。事件預(yù)測電路266從lut260和控制電路262接收由應(yīng)用軟件240生成的觸發(fā)器包絡(luò)。基于觸發(fā)器包絡(luò)、所存儲的電流分布以及經(jīng)校正和預(yù)測的插值角度位置信號，事件預(yù)測電路266將開關(guān)控制信號供應(yīng)到驅(qū)動器電路270?；陂_關(guān)控制信號，驅(qū)動器電路270控制功率級206以致動燃料噴射器208以便精確地控制內(nèi)燃機的汽缸中的燃料噴射。

根據(jù)各種實施例，測量電路272從功率級206接收電壓測量信號或電流測量信號ms。在這樣的實施例中，測量電路272通過保護電路274將過壓保護信號或過流保護信號提供到驅(qū)動器電路270，驅(qū)動器電路270在檢測到的過壓條件或過流條件的情況下禁用或限制驅(qū)動器電路270。另外，測量電路272和診斷電路276分別將電壓測量信號或電流測量信號ms和診斷信息提供到時間戳電路278，時間戳電路278在通過串行接口si將電壓測量信號或電流測量信號ms和診斷信息提供回到微控制器202之前將相應(yīng)的時間戳信息提供到電壓測量信號或電流測量信號ms和診斷信息。

應(yīng)用軟件240接收具有相應(yīng)的時間戳的電壓測量信號或電流測量信號ms和診斷信息作為控制反饋。在這樣的實施例中，采集和比較電路254還接收電壓測量信號或電流測量信號ms以便執(zhí)行與期望值的比較。比較的結(jié)果也被提供到應(yīng)用軟件240作為比較反饋。基于接收到的比較和控制反饋，應(yīng)用軟件240可以修改用于即將到來的燃料噴射的觸發(fā)器包絡(luò)以便例如校正在觸發(fā)器包絡(luò)與由測量電路272測量的并且由采集和比較電路254分析的燃料噴射器208的檢測到的實際打開和關(guān)閉之間的檢測到的不匹配。

圖4圖示了在操作中的實施例燃料噴射系統(tǒng)的波形圖300-340。根據(jù)實施例，波形圖300-340圖示了參照微控制器202以及應(yīng)用軟件240和驅(qū)動器ic204的操作的燃料噴射系統(tǒng)200的操作。在這樣的實施例中，波形圖300描繪了被提供到微拍發(fā)生器電路244和微拍發(fā)生器電路264的預(yù)測的角度位置模720°。波形圖305描繪了從模360°電路228提供的角度位置模360°。波形圖310描繪了例如在噪聲濾波器222和循環(huán)測量電路224中的濾波之后的對應(yīng)于用于曲軸210上的每個齒的信號的磁性位置傳感器218的輸出。波形圖315描繪了由微拍發(fā)生器電路244和微拍發(fā)生器電路264兩者生成的微拍信號。微拍信號指示內(nèi)燃機的插值角度位置。

根據(jù)各種實施例，應(yīng)用軟件240生成包括具有開始噴射時間和停止噴射時間的噴射控制計時的觸發(fā)器包絡(luò)，開始噴射時間和停止噴射時間兩者都與內(nèi)燃機的具體角度位置同步。觸發(fā)器包絡(luò)被提供到驅(qū)動器ic204。使用該觸發(fā)器包絡(luò)，驅(qū)動器ic204計算具有用于燃料噴射的停止時間和開始時間的局部觸發(fā)信號。波形圖320描繪了局部觸發(fā)信號。在這樣的實施例中，驅(qū)動器ic204使用如在波形圖325中描繪的電流分布以控制由功率級206供應(yīng)到燃料噴射器208的電流。電流分布以在波形圖320中描繪的局部觸發(fā)信號的開始觸發(fā)開始應(yīng)用，并且以在波形圖320中描繪的局部觸發(fā)信號的結(jié)束觸發(fā)結(jié)束。例如，開始觸發(fā)是局部觸發(fā)信號的上升沿并且結(jié)束觸發(fā)是局部觸發(fā)信號的下降沿。

如所示出的，波形圖325中描繪的電流分布可以在期望的電流應(yīng)用的范圍。在這樣的實施例中，功率級206由驅(qū)動器電路270控制以便提供或緊密地近似由燃料噴射系統(tǒng)200使用的電流分布。為了提供期望的電流分布，驅(qū)動器電路270提供如波形圖330中描繪的高電壓側(cè)(hs)噴射器驅(qū)動信號和如波形圖335中描繪的低電壓側(cè)(ls)噴射器驅(qū)動信號。在各種實施例中，功率級206包括分別接收在波形圖330和波形圖335中描繪的hs噴射器驅(qū)動信號和ls噴射器驅(qū)動信號的高電壓側(cè)開關(guān)和低電壓側(cè)開關(guān)。

在各種實施例中，波形圖330和波形圖335一方面包括由hs開關(guān)和ls開關(guān)的開關(guān)模式引起的電壓信息并且另一方面包括燃料噴射器中的螺線管致動器的反饋。該后向emf信號包含螺線管的活塞何時打開和關(guān)閉的信息，其指示通過燃料噴射器到內(nèi)燃腔中的燃料流動的實際開始和實際結(jié)束。在這樣的實施例中，后向emf信號由測量電路272間接地測量。因為可以在波形圖320中的控制信號與燃料噴射器中的螺線管的真實打開和真實關(guān)閉之間存在不可預(yù)測的延遲，所以可能發(fā)生在預(yù)測的燃料量與輸送的燃料量之間的不匹配。在這樣的實施例中，這些不匹配誤差在下一噴射循環(huán)內(nèi)被校正。來自測量電路272的用于確定不匹配誤差的測量信息與已經(jīng)在驅(qū)動器ic204中本地重建(或確定)的在時間戳電路278處被提供具有時間戳并且被供應(yīng)到微控制器202的波形圖320的控制信號直接相關(guān)，其中在應(yīng)用軟件240中執(zhí)行對用于下一循環(huán)的不匹配誤差的校正的計算。

根據(jù)這樣的各種實施例，測量電路272和時間戳電路278生成經(jīng)由串行接口si被提供到微控制器202的反饋信息。例如，實際噴射開始和實際噴射結(jié)束的具體計時信息和相應(yīng)的角度位置被提供作為反饋。如由波形圖320和波形圖325和330所示，在(波形圖320中的)局部觸發(fā)信號的啟動與對應(yīng)于在燃料噴射器208處的(波形圖330中的)電流噴射的開始的(波形圖325中的)hs噴射器驅(qū)動信號的接通之間存在延遲(例如德爾塔時間或德爾塔角度)。因此，波形圖340描繪了具有電流噴射的實際開始和實際結(jié)束的計時和角度的反饋信息，其在具體實施例中對應(yīng)于燃料噴射的實際開始和實際結(jié)束。

如在上文中參考其他附圖所描述的，具體電流分布取決于多種因素。另外，為了提供具體電流分布的開關(guān)信號取決于為了提供該電流分布的使用的功率級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識到用于實施針對具有角度位置信息的許多機械系統(tǒng)的各種電流分布和用于實施針對各種具體功率級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)信號的必要的步驟和修改。根據(jù)各種實施例，使用角度位置信息來執(zhí)行微控制器與針對具有角度位置信息的機械系統(tǒng)的驅(qū)動器ic的同步。這樣的實施例可以利用驅(qū)動具有角度位置信息的機械系統(tǒng)的任何類型的電流分布來實施。

圖5圖示了通過微控制器401和角度位置信號θ耦合到微控制器401的實施例驅(qū)動器集成電路(ic)400的示意圖。根據(jù)各種實施例，驅(qū)動器ic400可以是如在上文中參考其他附圖描述的驅(qū)動器ic104或驅(qū)動器ic204的實施方式的實施例。在具體實施例中，串行接口si被實施為包括總線時鐘bclk、發(fā)送線路tx_p和tx_n以及接收線路rx_p和rx_n的hssl總線。微控制器401還可以向驅(qū)動器ic400供應(yīng)重置信號rst。在這樣的實施例中，微控制器401和驅(qū)動器ic400兩者包括用于信號rst、總線時鐘bclk、發(fā)送線路tx_p和tx_n(兩個管腳)、接收線路rx_p和rx_n(兩個管腳)以及角度位置信號θ的hssl總線。

根據(jù)各種實施例，驅(qū)動器ic400利用從微控制器401通過hssl接口協(xié)議(ip)電路402、sram電路406、lut定序器408以及調(diào)節(jié)器電路410到模擬前置驅(qū)動器電路412的主控制路徑進行操作。驅(qū)動器ic400還利用從模擬前置驅(qū)動器電路412通過包括計時控制電路414、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)電路416、數(shù)字濾波器電路418、鎖存電路426、時間戳和識別(id)電路422以及sram先進先出(fifo)電路424的診斷元件到微控制器401的診斷返回路徑進行操作。

根據(jù)各種實施例，驅(qū)動器ic400被耦合到例如用于多個螺線管的多個通道。在特定實施例中，驅(qū)動器ic400生成用于驅(qū)動四個螺線管的四個并行通道的開關(guān)控制信號。在各種實施例中，主控制路徑和診斷返回路徑每個通道被執(zhí)行一次。用于具有四個并行操作通道的驅(qū)動器ic，每個通道可以通過可編程開關(guān)矩陣411被映射到可選擇的驅(qū)動器。在各種實施例中，驅(qū)動器ic400可以使用多個并行操作通道來驅(qū)動多個開關(guān)功率級。在這樣的實施例中，諸如調(diào)節(jié)器電路410、模擬前置驅(qū)動器電路412數(shù)字濾波器電路418、adc電路416、計時控制電路414、時間戳和id電路422和鎖存電路426的元件可以包括多個實例，其中每個功率級和操作通道一個實例。例如，可以在各種實施方式中使用三個操作通道、四個操作通道或六個操作通道。

在各種實施例中，可編程開關(guān)矩陣411是與模擬前置驅(qū)動器電路412分開的單元，并且被連接到模擬前置驅(qū)動器電路412的一個或多個實例，例如四個實例。類似地，調(diào)節(jié)器電路410的一個或多個實例可以通過可編程開關(guān)矩陣411被分配給到一個或多個模擬前置驅(qū)動器電路412的不同的操作通道。在這樣的實施例中，該布置實現(xiàn)用于驅(qū)動不同的功率配置的更高的靈活性。

在各種實施例中，hsslip電路402支持用于將診斷數(shù)據(jù)高速上傳到微控制器401的第一流傳輸通道和用于將電流分布下載到定序器的查找表(lut定序器408)中以用于控制調(diào)節(jié)器電路410的第二較低速通道。lut定序器408可由微控制器401編程并且可以利用包括時間發(fā)生(時間戳)、調(diào)節(jié)器電路410的電流值和通道數(shù)量以及定義的事件的各種元件來編程。在這樣的實施例中，lut定序器408可以將這些元件存儲在易失性查找表中。另外，lut定序器408處理用于每個通道的這些元件以控制調(diào)節(jié)器電路410。

根據(jù)各種實施例，調(diào)節(jié)器電路410是通過將包含于調(diào)節(jié)器電路410中的數(shù)字比較器的閾值thre_hi和thre_lo進行調(diào)諧來實施的2點滯后調(diào)節(jié)電路。針對每個通道，到調(diào)節(jié)器電路410的輸入是針對各自的通道的功率開關(guān)的模擬電流反饋信號cfb_x的數(shù)字表示。調(diào)節(jié)器電路410的輸出是控制每個各自的通道的相同的驅(qū)動開關(guān)的接通/斷開狀態(tài)的經(jīng)脈寬調(diào)制(pwm)的控制信號。

根據(jù)各種實施例，角度校正和預(yù)測(acp)電路420基于角度位置信號θ例如通過對角度位置信號進行插值來計算高分辨率。如在上文中參考圖3描述的，角度位置信號θ是直接來自曲軸的傳感器的或來自微控制器401的相關(guān)的輸入信號。由acp電路420生成的高分辨率角度位置信號用于根據(jù)角度信息對整個系統(tǒng)的精確同步。在這樣的實施例中，acp電路420包括框內(nèi)的高分辨率計時器單元。

在各種實施例中，時鐘管理單元(cmu)電路430包括系統(tǒng)重置和時鐘功能。cmu電路430從pll電路404接收例如具有160mhz的頻率的較高頻率的內(nèi)部時鐘信號并且從微控制器401接收重置信號rst并且生成例如具有80mhz的頻率的sys_clk。在具體實施例中，測試模式控制器(tmc)電路432啟動測試并且由外部設(shè)備經(jīng)由具有i/o端口tdi、tdo、tck和tms的jtag接口編程。在另外的具體實施例中，電壓監(jiān)測單元(vmon)電路428監(jiān)測用于驅(qū)動器ic400的供應(yīng)電壓(例如vccp和電池電壓vbat)以及增高電壓(例如增高電壓boost)。

根據(jù)各種實施例，模擬前置驅(qū)動器電路412提供用于功率級的驅(qū)動信號。在這樣的實施例中，模擬前置驅(qū)動器電路412提供關(guān)于電池電壓、增高電壓或接地的信號。模擬前置驅(qū)動器電路412的輸出端子(外部管腳)被直接連接到功率級的外部功率開關(guān)。具體地，外部管腳d_hsx、g_hsx和b_hsx被耦合到用于每個各自的通道的hs功率開關(guān)，并且外部管腳d_lsx和g_lsx被耦合到用于每個各自的通道的ls功率開關(guān)ls。在各種實施例中，通過功率開關(guān)的電流可以通過檢測低阻抗串聯(lián)分流電阻器上的電壓降來測量。測量由模擬前置驅(qū)動器電路412通過外部管腳vsensep_x和vsensen_x來執(zhí)行。

根據(jù)各種實施例，診斷元件包括計時控制電路414、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)電路416、數(shù)字濾波器電路418、鎖存電路426、時間戳和id電路422以及sram先進先出(fifo)電路424。在這樣的實施例中，來自模擬前置驅(qū)動器電路412的電壓和電流由adc電路416轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字值可以由信號路徑中的數(shù)字濾波器電路418濾波。在一些實施例中，原數(shù)據(jù)以及還有經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)被發(fā)送到微控制器401。用于診斷的數(shù)據(jù)采集可以在循環(huán)性測量間隔期間被啟用。在具體實施例中，數(shù)據(jù)采集的計時可由微控制器401編程并且與由acp電路420提供的高分辨率角度位置同步。在各種實施例中，來自測量框的數(shù)字樣本與在時間戳和id電路422處的時間戳和通道id進行組合。在這樣的實施例中，數(shù)字樣本在傳輸之后由sramfifo電路424和hsslip電路402將參考信息保持到微控制器401中的存儲器中。

在各種實施例中，耦合到驅(qū)動器ic400的通道的數(shù)量和相應(yīng)的功率開關(guān)可以變化。例如，驅(qū)動器ic可以被耦合到1、2、3或4個單獨的開關(guān)功率級。在各種實施例中，圖5中描繪的以字符‘x’結(jié)束的驅(qū)動器ic400的信號將針對每個通道被重復(fù)。因此，針對驅(qū)動四個通道的驅(qū)動器ic400，信號將包括四個實例‘1’、‘2’、‘3’和‘4’，針對每個通道一個。

圖6圖示了包括用于燃料噴射器504的控制器系統(tǒng)502的實施例內(nèi)燃機500的功能示意圖。各種元件出于圖示的目的被包含于圖6中，但是為簡潔起見未進行描述。根據(jù)各種實施例，如在上文中參考其他附圖所描述的，控制器系統(tǒng)502包括用于控制燃料噴射器504的微控制器、驅(qū)動器ic以及功率級?？刂破飨到y(tǒng)502確定用于內(nèi)燃機500的燃料噴射并且因此致動燃料噴射器504。

在各種實施例中，曲軸傳感器506感測曲軸508的角度位置并且可以將角度位置提供到控制器系統(tǒng)502。類似地，凸輪軸參考510基于輸出閥512(或進氣閥514)的打開和關(guān)閉來檢測凸輪軸處于兩個轉(zhuǎn)動(720°)循環(huán)中的哪個循環(huán)。當(dāng)允許燃料和空氣進入到內(nèi)燃腔中在活塞518之上時，火花塞516啟動驅(qū)動活塞518的爆炸并繼續(xù)使曲軸508轉(zhuǎn)動。

在這樣的實施例中，燃料泵522將來自燃料罐520的燃料提供到燃料噴射器504。在一些實施例中，高壓泵524在操作期間維持到燃料噴射器504的穩(wěn)定的壓力燃料供應(yīng)。

根據(jù)各種實施例，控制器系統(tǒng)502將與活塞518的位置和曲軸508的角度位置同步的控制信號提供到燃料噴射器504。在其他實施例中，控制器系統(tǒng)502可以控制許多其他致動器與活塞518的位置和曲軸508的角度位置的同步。例如，控制器系統(tǒng)502可以控制輸出閥512、進氣閥514或高壓泵524。在另外的其他實施例中，控制器系統(tǒng)502可以用于在與活塞518的位置和曲軸508的角度位置同步的傳輸中控制離合器。

圖7圖示了操作實施例控制器系統(tǒng)的方法600的框圖。根據(jù)各種實施例，方法600包括步驟605、610、615和620。在各種實施例中，步驟605包括在驅(qū)動器ic處通過串行接口接收控制方案?？刂品桨缚梢园ㄖT如觸發(fā)器包絡(luò)的控制信息和電流分布兩者。在特定實施例中，在初始化階段期間單獨地接收電流分布并且在操作期間實時地接收觸發(fā)器包絡(luò)。在步驟605之后，步驟610包括在驅(qū)動器ic處接收角度位置信號。在各種實施例中，角度位置信號可以在從0°到720°的范圍并且對應(yīng)于機械系統(tǒng)的角度位置，機械系統(tǒng)例如為內(nèi)燃機。

根據(jù)各種實施例，步驟615包括將驅(qū)動信號與角度位置信號同步。在這樣的實施例中，驅(qū)動信號是基于控制方案的。在具體實施例中，基于觸發(fā)器包絡(luò)、電流分布和插值角度位置信號來生成驅(qū)動器信號。在步驟615之后，步驟620包括從驅(qū)動器ic使用驅(qū)動信號來驅(qū)動功率開關(guān)。功率開關(guān)可以是單個功率開關(guān)或多個功率開關(guān)。在一些實施例中，功率開關(guān)被耦合以將致動電流供應(yīng)到機械系統(tǒng)中的螺線管致動器。例如，功率開關(guān)供應(yīng)內(nèi)燃機系統(tǒng)中的閥的燃料噴射器、泵。在其他實施例中，許多額外的步驟可以被包含于方法600中并且方法600的步驟可以在備選實施例中被重新安排。

圖8圖示了包括模擬驅(qū)動器前端702、高壓側(cè)開關(guān)hsa、高壓側(cè)開關(guān)hsb、低壓側(cè)開關(guān)lsa和低壓側(cè)開關(guān)lsb的示例功率級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)700的示意圖。根據(jù)各種實施例，模擬驅(qū)動器前端70包括示例性元件，例如hs前置驅(qū)動器1、2、3、4、5和6、ls前置驅(qū)動器1、2、3、4、5和6、電流監(jiān)控電路1、2、3和4以及vds監(jiān)控電路。模擬驅(qū)動器前端702可以對應(yīng)于上文中分別參考圖2、圖3和圖5描述的驅(qū)動電路120、驅(qū)動器電路270或前置驅(qū)動器電路412。如所示出的，可以包括多個實例和相應(yīng)的開關(guān)。功率級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)700示出了由hs/ls前置驅(qū)動器1和hs/ls前置驅(qū)動器2驅(qū)動的兩個開關(guān)集合，其中例如每個開關(guān)集合可以被耦合到用于內(nèi)燃機的不同的汽缸的燃料噴射器。類似地，hs/ls前置驅(qū)動器3和hs/ls前置驅(qū)動器4可以被耦合到用于兩個額外的汽缸的每個額外的燃料噴射器的各自的開關(guān)集合(未示出)。因此，在一個示例中，具有四個燃料噴射器的四個汽缸每個包括由hs前置驅(qū)動器1、2、3和4和ls前置驅(qū)動器1、2、3和4驅(qū)動的相應(yīng)的開關(guān)集合(具有高電壓側(cè)開關(guān)和低電壓側(cè)開關(guān))。在示出的具體示例中，電流監(jiān)控電路1被耦合到分流電阻器rshunt以便測量流過高電壓側(cè)開關(guān)hsa、高電壓側(cè)開關(guān)hsb、低電壓側(cè)開關(guān)lsa和低電壓側(cè)開關(guān)lsb的電流。

hs/ls前置驅(qū)動器5和hs/ls前置驅(qū)動器6可以被耦合到汽車系統(tǒng)中的其他組件，例如閥。類似地，電流監(jiān)控電路2、3和4可以被耦合到由模擬驅(qū)動器前端702驅(qū)動的其他開關(guān)集合或其他組件。在各種實施例中，電流監(jiān)控電路2、3和4對應(yīng)于上文中分別參考圖2和圖3描述的測量電路122或測量電路272。

高電壓側(cè)開關(guān)hsa和低電壓側(cè)開關(guān)lsa被耦合到感應(yīng)元件la的頂部端子和底部端子。在各種實施例中，感應(yīng)元件la是致動器，例如用于直接噴射系統(tǒng)的燃料噴射器。高電壓側(cè)開關(guān)hsa還被耦合到增高電壓vboost，并且低電壓側(cè)開關(guān)lsa還被耦合到分流電阻器rshunt。高電壓側(cè)開關(guān)hsb和低電壓側(cè)開關(guān)lsb被耦合到感應(yīng)元件lb的頂部端子和底部端子。在各種實施例中，感應(yīng)元件lb是致動器，例如用于直接噴射系統(tǒng)的燃料噴射器。高電壓側(cè)開關(guān)hsb還被耦合到電池電壓vbat，并且低電壓側(cè)開關(guān)lsb還被耦合到分流電阻器rshunt。功率級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)700還包括被耦合到高電壓側(cè)開關(guān)hsa的柵極端子的電容器ca、被耦合到高電壓側(cè)開關(guān)hsb的柵極端子的電容器cb以及二極管d1、d2、d3和d4。

功率級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)700圖示了一種類型的示例性功率級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)各種實施例，如將由本領(lǐng)域技術(shù)人員容易認(rèn)識到的，如本文中所描述的實施例驅(qū)動器ic可以被耦合到任何類型的開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

根據(jù)實施例，一種被配置為驅(qū)動功率開關(guān)的控制器系統(tǒng)包括驅(qū)動器集成電路(ic)，其包括接口電路、同步電路和驅(qū)動器電路。接口電路被配置為通過串行接口接收控制方案。同步電路被耦合到接口電路并且被配置為接收角度位置信號并將驅(qū)動信號與角度位置信號同步，其中驅(qū)動信號是基于控制方案的。驅(qū)動器電路被耦合到同步電路并且被配置為使用驅(qū)動信號來驅(qū)動功率開關(guān)。其他實施例包括相應(yīng)的系統(tǒng)和裝置，每個被配置為執(zhí)行各種實施例方法。

在各種實施例中，控制器系統(tǒng)還包括耦合到驅(qū)動器ic的微控制器。微控制器被配置為通過串行接口將控制方案提供到驅(qū)動器ic并且將角度位置信號提供到驅(qū)動器ic。在一些實施例中，微控制器還被配置為接收初始角度位置信號，基于初始角度位置信號來生成角度位置信號，將角度位置信號提供到驅(qū)動器ic，并且基于角度位置信號來生成插值角度位置信號。插值角度位置信號具有比角度位置信號高的分辨率。

在一些另外的實施例中，微控制器還被配置為基于插值角度位置信號和控制輸入來生成預(yù)測角度位置信號。在另外的實施例中，同步電路包括位置確定電路，位置確定電路被耦合到接口電路并且被配置為還基于角度位置信號來生成插值角度位置信號，其中插值角度位置信號具有比角度位置信號高的分辨率。在這樣的實施例中，位置確定電路還可以被配置為基于插值角度位置信號和控制輸入來生成預(yù)測角度位置信號。

在各種實施例中，角度位置信號包括轉(zhuǎn)動機器的角度位置信息。在這樣的實施例中，轉(zhuǎn)動機器可以以循環(huán)進行操作，每個循環(huán)包括720度轉(zhuǎn)動。在一些實施例中，轉(zhuǎn)動機器包括內(nèi)燃機并且功率開關(guān)將電流供應(yīng)到用于內(nèi)燃機的燃料噴射器中的螺線管。

在各種實施例中，驅(qū)動器ic還包括測量電路，其被配置為接收來自功率開關(guān)的測量信號并生成反饋信號。在這樣的實施例中，驅(qū)動器ic還可以包括被耦合到測量電路并且被耦合到集成電路的時間戳電路，其中時間戳電路被配置為將反饋信號和相應(yīng)的時間戳提供到接口電路。在一些實施例中，同步電路包括位置確定電路，位置確定電路被耦合到接口電路并且被配置為基于角度位置信號來生成插值角度位置信號，其中插值角度位置信號具有比角度位置信號高的分辨率。

在各種實施例中，接口電路被配置為使用雙向高速同步串行通信接口協(xié)議來操作。在這樣的實施例中，接口電路可以包括被配置用于通過驅(qū)動器ic的六個外部管腳進行串行通信的高速串行鏈路(hssl)接口電路。在一些實施例中，驅(qū)動器ic還包括被耦合到接口電路的鎖相環(huán)(pll)電路。在另外的實施例中，驅(qū)動器ic還包括存儲器電路，存儲器電路包括易失性存儲器電路。在其他實施例中，存儲器電路可以包括代替或除了易失性存儲器電路的非易失性查找表存儲器。

根據(jù)實施例，一種操作控制器系統(tǒng)的方法包括在驅(qū)動器ic處通過串行接口接收控制方案，在驅(qū)動器ic處接收角度位置信號，將驅(qū)動信號與角度位置信號同步，并且使用驅(qū)動信號來驅(qū)動來自驅(qū)動器ic的功率開關(guān)。驅(qū)動信號是基于控制方案的。其他實施例包括相應(yīng)的系統(tǒng)和裝置，每個被配置為執(zhí)行各種實施例方法。

在各種實施例中，該方法還包括由微控制器通過串行接口將控制方案提供到驅(qū)動器ic并且將角度位置信號從微控制器提供到驅(qū)動器ic。在這樣的實施例中，該方法還可以包括在微控制器處接收初始角度位置信號，在微控制器中基于初始角度位置信號來生成角度位置信號，將角度位置信號從微控制器提供到驅(qū)動器ic，并且在微控制器中基于角度位置信號來生成插值角度位置信號。在這樣的實施例中，插值角度位置信號具有比角度位置信號高的分辨率。

在另外的實施例中，該方法還包括在微控制器中基于插值角度位置信號并且基于控制輸入來生成預(yù)測角度位置信號。在其他實施例中，將驅(qū)動信號與角度位置信號同步包括在驅(qū)動器ic中基于角度位置信號來生成插值角度位置信號，并且將驅(qū)動信號與插值角度位置信號同步。在這樣的實施例中，該方法還可以包括在驅(qū)動器ic中基于插值角度位置信號并且基于控制輸入來生成預(yù)測角度位置信號。

在各種實施例中，該方法還包括接收來自功率開關(guān)的測量信號，基于測量信號來生成反饋信號，并且將反饋信號提供到微控制器。在這樣的實施例中，該方法還可以包括針對反饋信號生成對應(yīng)的時間戳信號并且將反饋信號和對應(yīng)的時間戳信號提供到微控制器。在一些實施例中，角度位置信號是從轉(zhuǎn)動機器接收的，轉(zhuǎn)動機器以循環(huán)進行操作，每個循環(huán)包括720度轉(zhuǎn)動。

根據(jù)實施例，控制器系統(tǒng)被配置為驅(qū)動具有角度位置信息的機械系統(tǒng)中的功率開關(guān)?？刂破飨到y(tǒng)包括微控制器電路和驅(qū)動器ic。微控制器電路包括第一角度位置輸入管腳、角度位置輸出管腳、控制輸入管腳以及第一多個串行接口管腳。另外，微控制器電路被配置為基于在第一角度位置輸入管腳處接收到的角度位置信息來生成插值角度位置信號，通過角度位置輸出管腳提供角度位置信號，并且通過第一多個串行接口管腳提供用于功率開關(guān)的控制方案。角度位置信號是基于在第一角度位置輸入管腳處接收到的角度位置信息的并且具有比插值角度位置信號低的分辨率。驅(qū)動器ic包括被耦合到角度位置輸出管腳的第二角度位置輸入管腳、被耦合到第一多個串行接口管腳的第二多個串行接口管腳以及被配置為被耦合到功率開關(guān)的驅(qū)動管腳。另外，驅(qū)動器ic被配置為基于在第二角度位置輸入管腳處接收到的信息來生成插值角度位置信號，在第二角度位置輸入管腳處接收控制方案，基于控制方案和插值角度位置信號來生成開關(guān)控制信號，并且在驅(qū)動管腳處基于開關(guān)控制信號來將驅(qū)動信號提供到功率開關(guān)。其他實施例包括相應(yīng)的系統(tǒng)和裝置，每個被配置為執(zhí)行各種實施例方法。

在各種實施例中，微控制器電路還被配置為基于插值角度位置信號和從控制輸入管腳接收到的控制輸入來生成預(yù)測角度位置信號。在這樣的實施例中，驅(qū)動器ic還被配置為基于插值角度位置信號以及在第二多個串行接口管腳處接收到的另外的控制信息來生成預(yù)測角度位置信號。

在各種實施例中，驅(qū)動器ic還被配置為通過第二多個串行接口管腳提供反饋信號和時間戳。在這樣的實施例中，反饋信號和時間戳可以是基于功率開關(guān)的狀況的。在一些實施例中，機械系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動發(fā)動機。在各種這樣的實施例中，轉(zhuǎn)動發(fā)動機可以以循環(huán)進行操作，每個循環(huán)包括720度轉(zhuǎn)動。在這樣的實施例中，功率開關(guān)可以在轉(zhuǎn)動發(fā)動機的每個循環(huán)期間驅(qū)動螺線管致動器。在另外的實施例中，角度位置信息包括來自轉(zhuǎn)動發(fā)動機中的曲軸位置傳感器的第一感測角度信號和來自轉(zhuǎn)動發(fā)動機中的曲軸位置傳感器的第二感測角度信號。

根據(jù)實施例，驅(qū)動器ic被配置為驅(qū)動具有角度位置信息的機械系統(tǒng)中的功率開關(guān)。驅(qū)動器ic包括被耦合到驅(qū)動器ic的角度位置輸入的位置確定電路、被耦合到驅(qū)動器ic的多個串行接口輸入的接口電路、被耦合到接口電路和位置確定電路的控制器電路、被耦合到控制電路的驅(qū)動器電路以及被耦合到控制器電路并且被配置為被耦合到功率開關(guān)的時間戳電路。位置確定電路被配置為基于從角度位置輸入接收到的角度位置信號來生成插值角度位置信號，其中插值角度位置信號具有比角度位置信號高的分辨率?？刂齐娐繁慌渲脼樯砷_關(guān)控制信號。驅(qū)動器電路被配置為基于開關(guān)控制信號來驅(qū)動功率開關(guān)。時間戳電路被配置為將反饋測量和對應(yīng)的時間戳提供到控制電路。其他實施例包括相應(yīng)的系統(tǒng)和裝置，每個被配置為執(zhí)行各種實施例方法。

在各種實施例中，位置確定電路還被配置為基于插值角度位置信號和控制輸入來生成預(yù)測角度位置信號。在一些實施例中，時間戳電路包括測量和診斷電路，其被配置為生成包括來自功率開關(guān)的測量信息和診斷信息的反饋測量并生成相應(yīng)的時間戳。

在各種實施例中，驅(qū)動器ic還包括存儲器電路，存儲器電路包括易失性sram。在一些實施例中，存儲器電路還可以包括非易失性查找表。在一些實施例中，角度位置輸入被耦合到驅(qū)動器ic的一個外部管腳，并且驅(qū)動器ic的多個串行接口輸入被耦合到驅(qū)動器ic的六個外部管腳。在另外的實施例中，角度位置信號具有6度的分辨率并且插值角度位置信號具有0.5度或更精細(xì)的分辨率。

一些實施例的優(yōu)點可以包括基于在含有具有角度位置信息的組件的機械系統(tǒng)中的微控制器與驅(qū)動器ic之間的角度位置的精確同步控制。一些實施例可以具有減小的延時、驅(qū)動器ic的更精確的控制或在微控制器與驅(qū)動器ic之間的減少的外部管腳連接的優(yōu)點。一些實施例的特定優(yōu)點可以提供燃料噴射器的精確控制，從而使得能夠更好地燃燒并且得到來自燃燒過程的更低的發(fā)射。具體優(yōu)點還可以包括在微控制器與驅(qū)動器ic之間的減少的管腳數(shù)量，其允許每個組件的成本降低。

盡管已經(jīng)參考說明性實施例描述了本發(fā)明，但是該描述不旨在在限制的意義上被解釋。本領(lǐng)域技術(shù)人員在參考說明書之后將顯而易見對說明性實施例以及本發(fā)明的其他實施例的各種修改和組合。因此旨在將權(quán)利要求涵蓋任何這樣的修改或?qū)嵤├?/p>