相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)涉及于2014年1月17日提交為美國(guó)專利申請(qǐng)no.14/158,416、共同待決的申請(qǐng)“controlcircuitforusewithafourterminalsensor，andmeasurementsystemincludingsuchacontrolcircuit”，作為2012年9月25日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)13/626,630的分申請(qǐng)，現(xiàn)已發(fā)行為美國(guó)專利no.8,659,349。

本公開(kāi)涉及一種與傳感器一起使用的控制電路，其中伏特電流特性響應(yīng)于測(cè)量而改變；傳感器和控制電路的組合；以及當(dāng)與傳感器一起使用時(shí)提高測(cè)量系統(tǒng)的精度的方法。傳感器可以例如是諸如葡萄糖傳感器的生物傳感器。傳感器可以是激勵(lì)和測(cè)量端子彼此分離的傳感器。這種傳感器的一個(gè)例子是四端子傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開(kāi)的第一方面，提供了一種與傳感器一起使用的控制電路。傳感器可以具有第一和第二驅(qū)動(dòng)端子以及第一和第二測(cè)量端子?？刂齐娐繁徊贾贸捎眉?lì)信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一和第二驅(qū)動(dòng)端子中的至少一個(gè)，并且控制激勵(lì)信號(hào)，使得在第一測(cè)量端子和第二測(cè)量端子在目標(biāo)電壓范圍內(nèi)?？刂齐娐愤€包括一個(gè)或多個(gè)電壓電平移位器，用于調(diào)整一個(gè)或兩個(gè)驅(qū)動(dòng)端子處的電壓，或用于調(diào)節(jié)從一個(gè)或兩個(gè)測(cè)量端子接收的電壓。

因此，可以使用具有廣泛傳感器的控制電路?？刂齐娐房梢园ㄓ糜谒p第一和第二測(cè)量端子之間的電壓差，dc或ac或兩者的一個(gè)或多個(gè)衰減器。衰減器可以包括電平轉(zhuǎn)換功能。此外，還可以使控制電路與一定范圍的輸入電壓一起使用。這在控制電路可以用于一系列產(chǎn)品中是有利的。例如，如果將控制電路設(shè)置在葡萄糖傳感器中，那么一些傳感器產(chǎn)品可以被設(shè)計(jì)用于對(duì)致密性進(jìn)行估價(jià)的市場(chǎng)，因此可以限制電池尺寸或可用電壓，以便產(chǎn)品設(shè)計(jì)者滿足產(chǎn)品所需的尺寸或形式。產(chǎn)品的其他版本可能設(shè)計(jì)用于較少時(shí)尚意識(shí)的市場(chǎng)，但電池更換或成本之間長(zhǎng)時(shí)間是主要因素。在這種情況下，產(chǎn)品可能被設(shè)計(jì)為使用更龐大和更便宜的電池。這可能意味著對(duì)于該設(shè)備項(xiàng)目，電池或電池提供的電壓可不同。

控制電路可已經(jīng)被優(yōu)化為以相對(duì)較低的電壓(例如約1v)工作，以便最大限度地延長(zhǎng)使用壽命或使用給定的電池類型。例如，nicd和nimh電池每個(gè)電池產(chǎn)生約1.2v，每個(gè)電池的鋰離子電池約為3.6v，而堿性電池的端電壓可以在1.6v至1v之間，具體取決于它們的排放。

盡管在絕對(duì)值上，這些變化只是伏特的分?jǐn)?shù)，按百分比表示它們是大的變化，并且可以顯著影響控制電路的內(nèi)部電壓。

有利地，可以提供驅(qū)動(dòng)器電路，并且可以具有與提供給控制電路的其它部分的電源電壓不同的電源電壓。這可以用于在電池供電時(shí)降低功耗。

有利地，控制電路具有用于接受差分參考電壓的第一和第二參考電壓輸入端子。差分參考電壓設(shè)置第一和第二測(cè)量端子之間的電壓差的目標(biāo)電壓。

傳感器可以包括兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)端子。對(duì)于具有兩個(gè)或三個(gè)端子的傳感器，分別在驅(qū)動(dòng)端子和測(cè)量端子上的兩個(gè)或一個(gè)在物理節(jié)點(diǎn)處共享。傳感器最好是四端傳感器。

有利地，四端子傳感器包括其阻抗隨著化學(xué)，酶或生物材料的濃度變化而變化的負(fù)載?；蛘?，負(fù)載的阻抗可以作為反應(yīng)的函數(shù)而變化。已知可以生產(chǎn)用于電檢測(cè)生物參數(shù)的傳感器。廣泛使用的這種電可讀生物傳感器的實(shí)例包括用于治療糖尿病的血糖測(cè)量條。

根據(jù)本公開(kāi)的第二方面，提供了一種與四端子傳感器組合的構(gòu)成本發(fā)明第一方面的實(shí)施例的控制電路。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將通過(guò)非限制性示例來(lái)描述本公開(kāi)的實(shí)施例，參考附圖，其中：

圖1是已知測(cè)量電路的電路圖；

圖2是已知電流測(cè)量電路的電路圖；

圖3是另一已知電流測(cè)量電路的電路圖；

圖4是表示可以在電化學(xué)分析中應(yīng)用于合適的測(cè)量池的激發(fā)信號(hào)的曲線圖；

圖5是電化學(xué)葡萄糖測(cè)量單元的電流相對(duì)于時(shí)間的理想化演化的曲線圖；

圖6是血糖測(cè)試傳感器的阻抗與頻率的曲線圖；

圖7是測(cè)量電路的另一實(shí)施例的示意圖；

圖8是根據(jù)本公開(kāi)的教導(dǎo)的另一實(shí)施例的示意圖；

圖9示出了用于互連測(cè)量單元和電流測(cè)量電路的變型；

圖10是另一實(shí)施例的示意圖，其包括用于在工作輸入范圍內(nèi)維護(hù)控制器的輸入的裝置；

圖11是允許用單極驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)的電化學(xué)電池增加的電流測(cè)量靈敏度的修改示意圖；

圖12是允許通過(guò)雙極性驅(qū)動(dòng)信號(hào)通電的電化學(xué)電池增加的電流測(cè)量靈敏度的修改示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1是由標(biāo)號(hào)為4的控制電路和指定為8的電流測(cè)量電路組合的由四端子傳感器(通常標(biāo)示為2)組成的測(cè)量電路的電路圖。這種布置在us8,659,349中進(jìn)行了描述。四端子傳感器2包括其阻抗根據(jù)被測(cè)量的函數(shù)而變化的負(fù)載10。因此，例如，負(fù)載10可以是用于生物測(cè)量的電池，其阻抗作為分析物濃度的函數(shù)而變化。分析物可以例如是血糖。電池可以附接到襯底并且連接到襯底上的端子，使得電池10可以被電激勵(lì)，并且電流流過(guò)被監(jiān)測(cè)的電池。作為該測(cè)量的一部分，期望以高精度知道電池10上的電壓以及通過(guò)其的電流。然而，與單元10的連接可能受到制造變化的影響，并且可能表現(xiàn)出阻抗，實(shí)際上阻抗的變化，這將影響壓測(cè)量精度。為了克服這種阻抗問(wèn)題，電池被提供為四端子傳感器的一部分。四端子傳感器包括名義上連接到電池的一端的第一驅(qū)動(dòng)端子20和名義上連接到電池的相對(duì)端的第二驅(qū)動(dòng)端子22。由電阻器24表示的阻抗可以存在于第一驅(qū)動(dòng)端子20和電池單元10的第一端之間。該第一阻抗24可以是故意的，或者它可以簡(jiǎn)單地是電池10的特性和與其形成的連接的函數(shù)，并且因此可以被認(rèn)為是寄生分量。類似地，第二電阻26可以存在于電池單元10的第二側(cè)和第二驅(qū)動(dòng)端子22之間的路徑中。四端子傳感器通過(guò)使第一和第二測(cè)量端子30和32連接到第二電阻26和26來(lái)克服這些電阻24和26的問(wèn)題。電池10的第一和第二端。這些連接也可以分別表現(xiàn)出由電阻器34和36表示的故意或寄生阻抗。盡管這里已經(jīng)使用了“終端”一詞，但是應(yīng)該理解，它可以被術(shù)語(yǔ)“節(jié)點(diǎn)”所取代。

發(fā)生在第一測(cè)量端子30和第二測(cè)量端子32處的單元輸出電壓將準(zhǔn)確地表示電池10上的電壓差，如果沒(méi)有電流或基本上沒(méi)有電流被連接到第一測(cè)量端子30和第二測(cè)量端子30的測(cè)量電路所采用，這種條件可以通過(guò)使用高阻抗前端的運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)所有目的和目的。這種高阻抗前端通常使用絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為輸入裝置。因此，這些電路基本上沒(méi)有從測(cè)量終端中抽出電流。

us8,659,349中的控制電路6被示意性地表示為運(yùn)算放大器。這是基本正確的，因?yàn)楸M管它具有第一至第四輸入端41至44，但是其在圖1所示的閉環(huán)內(nèi)的動(dòng)作是驅(qū)動(dòng)其輸出節(jié)點(diǎn)50處的電壓，以便最小化發(fā)生電壓之間的電壓差之和在輸入端41處相對(duì)于在輸入端42出現(xiàn)的電壓以及在信號(hào)輸入端44發(fā)生的信號(hào)之間的電壓差相對(duì)于在參考電壓輸入端43出現(xiàn)的信號(hào)而言，這些差值可由運(yùn)算放大器形成，即運(yùn)算放大器輸入端41和42處的信號(hào)以及輸入端43和44之間的信號(hào)之間的差值，然后這些差值中的每一個(gè)可以作為另一運(yùn)算放大器的輸入。

為了控制電池10兩端的電壓，電流必須流過(guò)電池，例如從第一驅(qū)動(dòng)端子20流到第二驅(qū)動(dòng)端子22。作為電池響應(yīng)的生物材料的測(cè)量的一部分，有必要知道通過(guò)電池的電流的大小。為此，提供了電流測(cè)量電路8。在圖1所示的示例中，測(cè)量電路8已經(jīng)位于第二驅(qū)動(dòng)端子22和小信號(hào)地60之間。然而，電流測(cè)量電路8也可以設(shè)置在控制電路的輸出節(jié)點(diǎn)50之間的反饋環(huán)路中6和四端子傳感器2的第一驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)20。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在某種程度上自由地進(jìn)行這種選擇，這在某種程度上取決于他發(fā)現(xiàn)最方便實(shí)施的當(dāng)前測(cè)量技術(shù)或電路。

電壓基準(zhǔn)52可以被布置成產(chǎn)生dc電壓脈沖，在這種情況下，期望測(cè)量電流相對(duì)于時(shí)間的演變。然而，為了檢查和校準(zhǔn)目的，也可能期望電壓基準(zhǔn)52產(chǎn)生變化的信號(hào)，例如交替的正弦波，在這種情況下，測(cè)量電路8需要了解正弦曲線的相位信號(hào)，使得可以測(cè)量電流的幅度和相位變化，例如以推斷單元10的復(fù)阻抗。復(fù)阻抗可以通過(guò)比較第一和第二測(cè)量之間的電壓差的幅度和相位來(lái)確定具有通過(guò)傳感器的電流的大小和相位的端子。

因此，也可以在開(kāi)環(huán)模式中產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，并測(cè)量所得到的電流和電壓。

圖2示意性地示出了第一電流測(cè)量電路，其包括串聯(lián)設(shè)置在第二驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)22和小信號(hào)地60之間的檢測(cè)電阻器70。電阻器70兩端產(chǎn)生的電壓可以由模數(shù)轉(zhuǎn)換器80測(cè)量。模數(shù)轉(zhuǎn)換器80可以根據(jù)電路設(shè)計(jì)者所要求的速度和精度要求，以任何合適的轉(zhuǎn)換器技術(shù)實(shí)現(xiàn)，例如∑-δ，逐次逼近或閃存技術(shù)。

圖3示出了圖2的變型，其中電流檢測(cè)電阻器被放置在運(yùn)算放大器90的反饋回路中，運(yùn)算放大器90的反相輸入端連接到第二驅(qū)動(dòng)端子22，其同相輸入端連接到小信號(hào)地60。這種配置可能是有利的，因?yàn)檫@意味著借助于形成虛擬接地的放大器90來(lái)保持第二驅(qū)動(dòng)端子22處的電壓基本上恒定，并且可以選擇電阻器70的阻抗以便產(chǎn)生更大的輸出電壓范圍在放大器90的輸出端。再次，輸出電壓可以被模數(shù)轉(zhuǎn)換器80數(shù)字化。

負(fù)載10可以例如是電子測(cè)量的電化學(xué)條，其中葡萄糖條是常見(jiàn)的例子。在圖4中示出了用于這種條帶的安培計(jì)測(cè)量協(xié)議。在安培計(jì)測(cè)量期間，在時(shí)間t0跨越條帶施加dc電壓并保持恒定直到時(shí)間t1。時(shí)間t1和t0之間的差異大致為1秒，電壓的大小可能在500mv左右。在測(cè)量協(xié)議期間，跨單元的電流基本上變化，如圖5所示。因此，電流快速上升到初始值i0并衰減到值i1。彎曲的形狀是一個(gè)cottrellian曲線(它遵循cottrell方程式)，其形狀基本上隨變化。參數(shù)k的值隨分析物濃度的變化而變化。然而，k的值也可以作為其他參數(shù)的函數(shù)而變化，常見(jiàn)的一個(gè)是溫度，但是它也可以在存在污染物的情況下變化。在cottrell方程的一個(gè)更復(fù)雜的形式中，k的值隨著被測(cè)物種的擴(kuò)散系數(shù)的平方根而變化，而作為溫度函數(shù)的擴(kuò)散系數(shù)是理想的。因此，需要進(jìn)行一些校正測(cè)量在主要測(cè)試之前或之后，推斷可用于修改k值的因素，例如，葡萄糖測(cè)試變得更準(zhǔn)確。

現(xiàn)場(chǎng)工作人員觀察到，這些錯(cuò)誤來(lái)源中的一些，如溫度和一些干擾化學(xué)物質(zhì)可以通過(guò)測(cè)量電池10的復(fù)阻抗來(lái)推斷。因此，例如，已經(jīng)觀察到葡萄糖測(cè)量電池如圖6所示的阻抗相對(duì)于頻率的變化具有轉(zhuǎn)動(dòng)如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，可以使用轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置來(lái)導(dǎo)出校正因子，例如用于測(cè)量溫度。因此，測(cè)量作為頻率的函數(shù)的阻抗使得可以推導(dǎo)出電池10的溫度。預(yù)期這種方法可以擴(kuò)展到響應(yīng)于各自分析物的許多生物傳感器。

us8,659,349公開(kāi)了對(duì)控制電路的修改，使得其能夠在運(yùn)算放大器中使用更高的增益來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的精度，同時(shí)保持反饋回路的穩(wěn)定性。

為了完整性，圖7示出了圖1所示的電路的變型，其中提供了兩個(gè)控制電路。上控制電路120從第一參考電壓發(fā)生器122接收第一參考電壓并控制第一測(cè)量端30處的電壓以匹配由第一參考電壓發(fā)生器122提供的參考電壓。第二控制電路130接收第二參考電壓來(lái)自第二參考電壓發(fā)生器132的電壓并且將第二測(cè)量端子32處的電壓控制為等于來(lái)自第二參考電壓發(fā)生器132的電壓。因此，傳感器的上肢和下肢以雙端方式被驅(qū)動(dòng)到相應(yīng)的電壓。電流測(cè)量電阻70可以插入任一個(gè)控制回路中(根據(jù)定義，每個(gè)控制回路中的電流必須相同)，并且電阻70上出現(xiàn)的電壓可以由差分輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器80數(shù)字化。

在使用中，傳感器10的制造可能存在競(jìng)爭(zhēng)性或商業(yè)價(jià)格壓力。這可能導(dǎo)致傳感器或傳感器制造過(guò)程的改變，導(dǎo)致電阻器的阻抗變化，如電阻器24、26、34和36在圖1中所示。電阻的降低通常不是問(wèn)題，因?yàn)殡姵?0將更接近于理想電池。然而，更可能的是，如果傳感器單元10以較低成本制造，則阻抗的阻抗和/或可變性將增加。對(duì)于制造大量葡萄糖監(jiān)測(cè)電池的企業(yè)，制造成本的降低非常適度，可能產(chǎn)生大量的額外收入。

更高的阻抗可能需要使用較大的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)將電池10上的電壓設(shè)置為期望的值。然而，增加的阻抗26也可能導(dǎo)致電壓在操作期間被偏移，使得其可能不再落入處理電路的期望輸入范圍，例如處理電池輸出端子處的電壓的運(yùn)算放大器。當(dāng)測(cè)量細(xì)胞對(duì)分析物或樣品的響應(yīng)時(shí)，以及當(dāng)通過(guò)測(cè)量細(xì)胞10的復(fù)阻抗來(lái)校準(zhǔn)或校正結(jié)果時(shí)，可能發(fā)生這種情況。

通常，諸如葡萄糖監(jiān)測(cè)器(或其他監(jiān)測(cè)器)的裝置可以作為便攜式顯示器提供。消費(fèi)者希望這種設(shè)備緊湊，輕便，并具有長(zhǎng)的電池壽命。延長(zhǎng)電池壽命通常與降低電路中的工作電壓相關(guān)聯(lián)，而處理具有較大阻抗或更多可變阻抗的測(cè)量單元通常需要增加工作電壓。因此，期望提供可以可靠地處理具有增加的內(nèi)阻或其他寄生阻抗的傳感器的輸出的電路。

在監(jiān)控電路的變化中，可以減少控制電路6處的電源電壓余量。這可能是由于增加的傳感器阻抗將電池從電池移動(dòng)到更接近電源軌之一。傳感器內(nèi)增加的阻抗可以以不同的方式表現(xiàn)出來(lái)。例如，如果在某些未來(lái)的制造過(guò)程中，與其它電阻器相比，第二電阻的值增加，那么節(jié)點(diǎn)30和32處的電壓都向上漂移，這可能將輸入端41和44的電壓從控制電路在輸入相關(guān)偏移或線性方面提供最佳性能的方案。類似地，與第二電阻器26相比，第一電阻器24的電阻的增加將傾向于在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中將節(jié)點(diǎn)30和32處的電壓推向地面，或者需要對(duì)節(jié)點(diǎn)20的更大的驅(qū)動(dòng)電壓。

在節(jié)點(diǎn)30和32處的電壓由反饋回路控制的布置中，與第二驅(qū)動(dòng)端子22相比，電阻器24和26的任何增加增加了需要施加到第一驅(qū)動(dòng)端子20的驅(qū)動(dòng)電壓。如果以固定或預(yù)定的電壓分布來(lái)驅(qū)動(dòng)傳感器2，則電阻的增加用來(lái)衰減信號(hào)，因?yàn)殡娏鞅惶峁┙o電池。這可能是一些細(xì)胞設(shè)計(jì)而不是其他設(shè)計(jì)的?？刂齐娐房梢园ㄓ呻娏麋R驅(qū)動(dòng)的差分輸入級(jí)(例如長(zhǎng)尾對(duì))，因此當(dāng)輸入電壓不如此靠近輸入電壓的電源軌尋求降低電壓余量要求時(shí)，控制電路將工作最佳電流鏡或控制電路6內(nèi)的有效負(fù)載，使得它們停止正常工作。這反過(guò)來(lái)可能意味著在電池供電的設(shè)備中，控制電路6、120、130可以具有相對(duì)窄的輸入電壓范圍，其中其工作正常，并且可變或增加的電池阻抗24和26可以采取節(jié)點(diǎn)30和32處的電壓在控制電路6、120或130的理想工作范圍之外。例如，信號(hào)43和44的輸入級(jí)可以由電路設(shè)計(jì)者調(diào)整為以信號(hào)32的預(yù)期輸入范圍為中心，這可能是非常接近0v值，而與輸入41和42相關(guān)的電路可能被設(shè)計(jì)為以不同的較高電壓為中心，或者至少應(yīng)對(duì)較高的峰值。

圖8示出了對(duì)圖1的布置的修改。在廣泛術(shù)語(yǔ)第一和第二衰減器中，緩沖器或增益級(jí)200和210被插入在第一和第二輸出節(jié)點(diǎn)30和32之間，以及控制器6的其余部分。此外，衰減器，緩沖器或增益級(jí)可參考第一參考電壓vref1以提供電平轉(zhuǎn)換操作。第一參考電壓vref1可以被設(shè)置為基本上控制器6的輸入電壓范圍的中點(diǎn)?？梢钥闯觯勺?cè)鲆娣糯笃骺梢栽试S提供大于等于或小于單位的增益。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將假設(shè)提供衰減器。

因此，如果第一輸出端30處的電壓為v30并且第二輸出端的電壓為v32，第一衰減器形成輸出電壓

va1＝(v30-vref1)a1

其中a1是衰減因子。

第二衰減器的工作方式相同。

va2＝(v32-vref1)a1

衰減系數(shù)a1可以是固定的，也可以是可變的。例如，多個(gè)電阻器可以與電(或機(jī)械)控制的開(kāi)關(guān)相關(guān)聯(lián)，以將衰減因子設(shè)置為期望值，以正確地操作電路6。

類似地，第二參考電壓vref2可以是可變的，使得電流測(cè)量電路可以正常工作和/或移動(dòng)四端子傳感器2的輸出端30和32處的電壓。

在使用中，也可能需要添加dc偏移，使得電路中的所有電壓相對(duì)于本地參考(例如為電子電路供電的電池的-ve端子)具有相同的極性，即使ac信號(hào)被施加到傳感器2內(nèi)的單元10，以測(cè)量單元10的復(fù)阻抗。

這可以通過(guò)提供單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器電路220來(lái)驅(qū)動(dòng)傳感器2的第一驅(qū)動(dòng)端子20來(lái)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)器電路220可以在與控制器6的其余部分不同的電壓范圍下操作，以便能夠驅(qū)動(dòng)傳感器2具有較大的阻抗。如果需要或期望的話，由dc-dc升壓轉(zhuǎn)換器形成驅(qū)動(dòng)器電路220的電源，以便增加電池的電源電壓。用于產(chǎn)生增加的電壓的基于電感器的升壓轉(zhuǎn)換器和基于電容器的電荷泵是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的?；蛘撸?qū)動(dòng)器電路可以由電池電壓供電，并且電路的其他部分可以從降壓轉(zhuǎn)換器接收降低的電壓，或者電路的所有部分可以接收相同的電源電壓，但是每個(gè)部件可以被設(shè)計(jì)或優(yōu)化為執(zhí)行具體任務(wù)。dc偏移可以由驅(qū)動(dòng)器電路220加到來(lái)自控制器6的交流電壓中。dc偏移可以表示為可以是固定的或可以是可變的的vref3，例如可以由dac230響應(yīng)來(lái)提供vref3到系統(tǒng)控制器240的控制字。vref3可以受到增益。類似地，vref4可由dac342通過(guò)其自身的dac(未示出)響應(yīng)于系統(tǒng)控制器350如vref1提供。控制器240還可以監(jiān)視衰減器200和210中的一個(gè)或兩個(gè)的輸出電壓，以便調(diào)整參考電壓vref1和/或vref2和/或vref3以優(yōu)化控制器6的性能。類似地，系統(tǒng)控制器也可以改變衰減器200和210的衰減因子a1。

迄今為止，電池單元10和電流測(cè)量電路8被描述為通過(guò)串聯(lián)連接進(jìn)行電流流動(dòng)通信。這不一定是這種情況，因?yàn)槿鐖D9中示意性所示，通過(guò)電池的電流可以通過(guò)電流鏡傳送到電流測(cè)量電路。由晶體管270和272形成的電流鏡減少了余量要求通過(guò)使電流測(cè)量電路放置在電源軌之間。晶體管270和272已經(jīng)被示為fet，但是可以是雙極晶體管。類似地，在驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí)中流動(dòng)的電流可以由電流鏡反射。

圖10示出了圖8的電路的實(shí)現(xiàn)的示例，并且使用如關(guān)于圖3描述的電流測(cè)量電路。然而，衰減器200和210已經(jīng)以略微不同的方式實(shí)現(xiàn)，并且輸入之一控制器6現(xiàn)在與vref1相連。

第一和第二衰減器現(xiàn)在耦合。來(lái)自第二輸出節(jié)點(diǎn)32的電壓被提供給用作緩沖器和電壓跟隨器的差分放大器400。第二輸出節(jié)點(diǎn)連接到差分放大器400的非反相輸入，放大器的輸出端連接到放大器400的反相輸入端。兩個(gè)電阻器402和404串聯(lián)連接在放大器的輸出端400和vref1。電阻器402和404形成分壓器，使得電阻器之間的節(jié)點(diǎn)處的電壓并且連接到第二差分放大器410的非反相輸入端是

其中r402是電阻器402的值，r404是電阻器404的值，v32是傳感器2的第二輸出端32處的電壓。如果r402＝r404，則信號(hào)電壓被衰減到其原始值的一半值。如果r402和r404非常大，則可以省略放大器400。

傳感器的第一輸出30也可以被提供給緩沖器，并且緩沖器的輸出可以被提供給圍繞另外的差分放大器構(gòu)建的衰減器和電平移位器。然而，假設(shè)內(nèi)部電阻r34與電阻器412相比非常小，也可以避免形成第二緩沖器，如圖10所示。輸出端30通過(guò)電阻412連接到放大器410的反相輸入端。反饋電阻器414連接在輸出端30和反相輸入端之間。這形成了增益為-r414/r412的反相放大器。因此，如果電阻器412是電阻器414的尺寸的兩倍，則將獲得0.5的增益，由此匹配由電阻器402和404提供的衰減。如果電阻器412和414與內(nèi)部電阻34相比較大，那么就會(huì)發(fā)生很小的增益或衰減誤差。然而，即使不是這種情況，電路仍將充分發(fā)揮作用。

還可以看出，在沒(méi)有緩沖器的情況下，一些電流將在內(nèi)部電阻器24中流到形成在放大器410的反相端處的虛擬地球。

然而，該電流由驅(qū)動(dòng)電路提供，并且基本上不影響電池單元10中的電流的估計(jì)，因?yàn)殡娮杵?4布置成接收電池單元10的“高邊”處的標(biāo)稱電壓。

第二放大器410的輸出被提供給控制器6的第一輸入端?？刂破?可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的“斬波放大器”配置。控制器的第二個(gè)輸入與vref1相連。

如圖10所示，電流測(cè)量可以由由差分放大器90和電阻70組成的跨阻抗放大器來(lái)執(zhí)行。電阻器兩端的電壓可以由adc80轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。增益可以由中間放大器430。

adc可能是如圖所示的差分adc，或者它可能是單端的，因?yàn)榉糯笃鞯姆聪噍斎攵说碾妷簯?yīng)該是穩(wěn)定的，并且已知為與非反相輸入端的電壓相匹配，反相輸入又與vref1相關(guān)。

跨導(dǎo)放大器可以如圖11所示進(jìn)行修改。圖11電路的電路省略了衰減器(雖然它們可能被包括在內(nèi))，并且允許實(shí)現(xiàn)增加的電流測(cè)量分辨率。另一電阻器440連接在諸如0v或負(fù)電源軌之一的低阻抗節(jié)點(diǎn)和放大器90的反相輸入端之間。這形成圍繞運(yùn)算放大器90的增益級(jí)配置。

當(dāng)激發(fā)信號(hào)為雙極時(shí)，可以采用類似的技術(shù)。然而，現(xiàn)在額外的電阻需要根據(jù)激勵(lì)信號(hào)的極性交替連接到vref1或接地。用于這樣做的電路在圖12中示出，其中電阻器440已經(jīng)被相應(yīng)的開(kāi)關(guān)sw1和sw2相關(guān)聯(lián)的電阻器440a和440b代替?？梢允褂秒娮杵?40a和開(kāi)關(guān)sw1將放大器90的反相輸入端連接到地，而電阻器440b和開(kāi)關(guān)sw2可用于將反相輸入端連接到vref1或適當(dāng)?shù)囊恍┢渌妷?。開(kāi)關(guān)以反相運(yùn)行。

因此，可以提供電平移位器、衰減器和驅(qū)動(dòng)電路，以將輸入電壓縮放和移位到合適的工作范圍，以允許處理電路處理較寬范圍的輸入電壓。

這里提出的權(quán)利要求是以單一依賴格式編寫(xiě)的，以適合在美國(guó)專利商標(biāo)局備案。然而，為了在經(jīng)常使用多個(gè)從屬權(quán)利要求的其他司法管轄區(qū)中使用，除非在技術(shù)上顯然不可行，否則每個(gè)從屬權(quán)利要求將被假定為依賴于共享相同的獨(dú)立權(quán)利要求的所有先前的從屬權(quán)利要求。