優(yōu)選實施例涉及電子電路，并且更具體地涉及在其中執(zhí)行校準(zhǔn)測量的電路。

背景技術(shù)：

在某些電子電路中，電壓的測量是對結(jié)合電路感測到的或確定的一些因素的響應(yīng)。有時在各種傳感器中發(fā)生此種測量，并且用于此文檔中的一個常用示例是電阻溫度檢測器(RTD)。RTD傳感器/電路包含溫度依賴電阻器(temperature-dependent resistor)，由此測量溫度依賴電阻器兩端的電壓并且該電壓對應(yīng)于其電阻，使得電阻進(jìn)一步對應(yīng)于電阻器所暴露的當(dāng)時存在的溫度。RTD可以用于多種應(yīng)用中并且通常提供相當(dāng)精確、可重復(fù)且穩(wěn)定的溫度測量。

盡管已證實RTD傳感器在各種現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中有用且有成效，但是各種因素可能會影響傳感器的精確度。作為這些因素中的某些因素的背景，圖1說明結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)12實施的現(xiàn)有技術(shù)RTD系統(tǒng)10，其例如可作為ADS1120商購自Texas Instruments Incorporated(德州儀器公司)(然而還預(yù)期其它裝置，例如具有不同大小，包括ADS1248，24位裝置)。ADC 12包含各種引腳，如在圖中圍繞裝置的周邊所指示。ADC 12還包含連接在四個引腳(AIN0、AIN1、AIN2和AIN3)與兩個電流源IDAC1和IDAC2之間的開關(guān)多路復(fù)用器(MUX)14、可編程陣列放大器(PGA)16和低電壓引腳AVSS。在圖1的說明中并且如通過虛線所示，切換MUX 14以將來自源IDAC1的電流I₁連接到引腳AIN2(因此通過引腳處的圓括號(IDAC1)示出)并且將來自源IDAC2的電流I₂連接到引腳AIN3(因此通過引腳處的圓括號(IDAC2)示出)。將PGA 16的輸出端連接作為16位轉(zhuǎn)換塊18的輸入端。塊18輸出到濾波器塊20，該濾波器塊輸出表示相對于其相應(yīng)正參考輸入引腳REFP0與負(fù)參考輸入引腳REFN0之間的參考電壓差在引腳AIN0與AIN1處的模擬輸入電壓差的16位數(shù)據(jù)代碼。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，ADC 12的所說明的額外塊假定不需要對當(dāng)前背景進(jìn)行論述并且在上述可商購部件的現(xiàn)成數(shù)據(jù)表中進(jìn)一步進(jìn)行描述，并且此數(shù)據(jù)表在此以引用的方式并入本文中。

RTD系統(tǒng)10還包含連接到ADC 12的RTD傳感器22。在所說明的示例中，RTD傳感器22是3引線裝置，但是如本領(lǐng)域中已知，RTD傳感器可以包含不同數(shù)目的引線(例如，兩條或四條)。RTD傳感器22包含溫度依賴電阻R_RTD，該溫度依賴電阻通常由圍繞芯纏繞的一定長度的薄線圈線構(gòu)成，并且其中該線材料以及因此整個裝置在溫度與電阻之間具有高度可預(yù)測的相關(guān)性。傳感器22的三條引線中的每一者也具有相關(guān)聯(lián)的(并且通常假設(shè)相等的)電阻，其中此類電阻在圖1中示為R_LEAD1、R_LEAD2和R_LEAD3，其中此類線以及其對應(yīng)的電阻可以包括在傳感器中包含的線和電阻以及添加到傳感器(例如，通過終端用戶)的額外線(如果存在的話)。電阻R_LEAD1連接在電阻器R_TD的第一端子T1與第一傳感器節(jié)點22_N1之間，而電阻R_LEAD2連接在電阻器R_RTD的第二端子T2與第二傳感器節(jié)點22_N2之間，并且電阻R_LEAD3連接在電阻器R_RTD的第二端子T2與第三傳感器節(jié)點22_N3之間。節(jié)點22_N1連接到ADC 12的AIN2引腳(以從IDAC1接收電流I₁)，并且節(jié)點22_N2連接到ADC 12的AIN3引腳(以從IDAC2接收電流I₂)。節(jié)點22_N3連接到精密的低漂移參考電阻器R_REF的第一端子，并且參考電阻器R_REF的第二端子連接到地。

濾波器電路24和26也連接到RTD系統(tǒng)10中的ADC 12，其中通常推薦其中的電容器來衰減高頻噪聲分量并且電阻器提供濾波方面的部分。然而，除了此介紹之外，此類分量不是非常適用于本論述。另外，ADC 12使正模擬電源輸入引腳AVDD連接以連同連接在輸入端與地之間的解耦電容器DC1接收固定電壓(例如，3.3V)，并且類似地，ADC 12使正數(shù)字電源輸入引腳DVDD連接以連同連接在輸入端與地之間的解耦電容器DC2接收固定電壓(例如，3.3V)。

RTD系統(tǒng)10的操作如下。啟用電流源IDAC1和IDAC2以(例如，通過ADC配置寄存器中的可編程位)提供相等量的電流I₁＝I₂。兩個電流組合并且該組合電流(即，I₁+I₂)流過參考電阻器R_REF，并且所產(chǎn)生的電阻器R_REF兩端的電壓可用于ADC 12作為ADC參考電壓V_REF，如引腳REFP0與REFN0之間的參考電壓。因此，此種測量應(yīng)當(dāng)如下列等式1中所示地評估電壓：

V_REF＝(I₁+I₂)*R_REF 等式1

其中在等式1中，假設(shè)濾波器26電阻器中的任一者在相對意義上極小，并且因此它們兩端的壓降不限于測量精確度。在現(xiàn)有技術(shù)中，假設(shè)IDAC1和IDAC2(甚至跨越溫度)足夠匹配以提供相等量的電流，從而再次重申程序需求I₁＝I₂。因此，等式1可以被重寫為如下列等式2：

V_REF＝(2I₁)*R_REF 等式2

為了簡化以下論述，假設(shè)引線電阻值(R_LEADx)為零。在該假設(shè)的情況下，接下來僅響應(yīng)于用于提供I₁的IDAC1的激勵，測量電阻器R_RTD兩端的電壓V_RTD，如在輸入引腳AIN0和AIN1兩端檢測到。因此，此種測量應(yīng)當(dāng)如下列等式3中所示地評估電壓：

V_RTD＝(I₁)*R_RTD 等式3

假設(shè)開關(guān)S₁和S₂斷開，那么PGA 16通過增益A將測量電壓內(nèi)部放大，并且轉(zhuǎn)換塊18和濾波器塊20由此根據(jù)下列等式4至5產(chǎn)生對應(yīng)的數(shù)字(例如，16位)代碼，表示V_RTD與V_REF的關(guān)系：

將等式3中的V_RTD代入等式4的分子中，并且將等式2中的V_REF代入等式4的分母中，給出下列等式5：

等式5指示輸出代碼取決于電阻器R_RTD、PGA增益A以及參考電阻器R_REF的值，而不取決于I₁、I₂或V_REF。因此在所提供的假設(shè)的情況下，只要I₁＝I₂，激勵電流的絕對精確度和溫度漂移并不重要。在任何情況下，根據(jù)前述內(nèi)容并且假設(shè)A和R_REF以及常數(shù)，那么在V_RTD的任何測量下，所得代碼對應(yīng)于R_RTD的值(乘以某個常數(shù))并且因此可以處理該R_RTD的值以對應(yīng)于預(yù)期引起此電阻的溫度，由此提供精確的溫度感測功能。

盡管已證實上述方法可用于各種應(yīng)用，并且借助于分立裝置，某些過程可能引起更高的溫度漂移，在這種情況下，I₁＝I₂的假設(shè)無法提供足夠可靠的結(jié)果。

給定前述內(nèi)容，本發(fā)明人已認(rèn)識到現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和替代方案，如下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在優(yōu)選實施例中，提供校準(zhǔn)測量電路。該校準(zhǔn)測量電路包括第一節(jié)點、第二節(jié)點以及耦合在第一節(jié)點與第二節(jié)點之間的電路元件。該校準(zhǔn)測量電路還包括：(i)用于引導(dǎo)第一節(jié)點與第二節(jié)點之間的第一電流的電路系統(tǒng)；(ii)用于響應(yīng)于第一電流而測量電路元件兩端的第一電壓的電路系統(tǒng)；(iii)用于引導(dǎo)第一節(jié)點與第二節(jié)點之間的第二電流的電路系統(tǒng)；(iv)用于響應(yīng)于第二電流而測量電路元件兩端的第二電壓的電路系統(tǒng)；(v)參考電路元件；(vi)用于引導(dǎo)第一電流通過參考電路元件的電路系統(tǒng)；(vii)用于響應(yīng)于第一電流而測量參考電路元件兩端的第一電壓的電路系統(tǒng)；(viii)用于引導(dǎo)第二電流通過參考電路元件的電路系統(tǒng)；(ix)用于響應(yīng)于第二電流而測量參考電路元件兩端的第二電壓的電路系統(tǒng)；以及用于響應(yīng)于第一電壓、第二電壓以及參考電路元件之間的關(guān)系而確定用于校準(zhǔn)電路元件兩端的測量電壓的校準(zhǔn)因數(shù)的電路系統(tǒng)。

還公開和主張許多其它發(fā)明性方面和優(yōu)選實施例。

附圖說明

圖1說明現(xiàn)有技術(shù)電阻溫度檢測器(RTD)系統(tǒng)。

圖2A說明優(yōu)選實施例RTD系統(tǒng)的組合電氣塊和示意圖。

圖2B說明第一開關(guān)配置中的圖2A的RTD系統(tǒng)30。

圖2C說明第二開關(guān)配置中的圖2A的RTD系統(tǒng)30。

圖2D說明第三開關(guān)配置中的圖2A的RTD系統(tǒng)30。

圖2E說明第四開關(guān)配置中的圖2A的RTD系統(tǒng)30。

具體實施方式

圖1在本文檔的發(fā)明的背景技術(shù)部分中進(jìn)行了描述并且假設(shè)讀者熟悉此論述。

圖2A說明優(yōu)選實施例溫度檢測器(RTD)系統(tǒng)30的組合電氣塊和示意圖，其中每一個塊可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本文檔的已知原理和教導(dǎo)諸如通過電路系統(tǒng)和編程(軟件、固件等)的各種組合來實施。系統(tǒng)30作為示例被提供作為測量和校準(zhǔn)的優(yōu)選實施例方法，并且其可以被實施到如稍后還將論述的其它電路中。在優(yōu)選實施例中，系統(tǒng)30包含集成電路32，該集成電路在某些方面類似于先前描述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)12并且也連接到RTD傳感器22，該集成電路同樣包含溫度依賴電阻R_RTD以及三個相關(guān)聯(lián)(以及通常假設(shè)相等)的引線電阻，在圖2A中被示為R_L1、R_L2和R_L3。此外，集成電路32可以包含ADC12的其它方面，但未示出此類方面以便簡化論述。然而，與現(xiàn)有技術(shù)不同，ADC的參考電壓不是來源于I₁和I₂以及R_REF的組合，而是其可以在芯片上產(chǎn)生或在外部提供。此外，在優(yōu)選實施例中，將一個參考電阻器R_r添加到系統(tǒng)中(類似于現(xiàn)有技術(shù)中的R_REF，但不用于產(chǎn)生ADC參考電壓)。然而，此外，包含附加的電流開關(guān)功能，以便促進(jìn)優(yōu)選實施例方法，如下文進(jìn)一步論述的。

電路32包含輸入多路復(fù)用器(MUX)34，其具有兩個輸入端34_I1和34_I2以及兩個輸出端34_O1和34_O2。如圖2A中示意性地示出的，輸入MUX 34可以將輸入端34_I1和34_I2中的每一者分別傳送到輸出端34_O1和34_O2中的每一者。或者，輸入端可以相對于輸出端被交換，在這種情況下，輸入端34_I1連接到輸出端34_O2并且輸入端34_I2連接到輸出端34_O1。在任何情況下，為了便于參考，在輸出端34_O1處提供的電壓被識別為V₁并且在輸出端34_O2處提供的電壓被識別為V₂。

輸出端34_O1和34_O2將其相應(yīng)電壓V₁和V₂連接作為到可編程陣列放大器(PGA)36的差分輸入，該可編程陣列放大器可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知或可確定的原理來構(gòu)造。PGA 36將增益A應(yīng)用于其輸入端處的差分信號并且由此產(chǎn)生輸出電壓V_a，如在下列等式6中所示：

V_a＝A(V₁-V₂) 等式6

此外，如可以由諸如制造過程、裝置失配等引起的偏移電壓V_OS與PGA 36相關(guān)聯(lián)。為了表示此方面，圖2A進(jìn)一步說明添加到PGA 36輸出V_a的偏移電壓V_OS，其中和隨后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)塊38。ADC塊38也可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知或可確定的原理來構(gòu)造，以便接收參考電壓V_REF并且隨后輸出表示其輸入除以參考電壓V_REF的數(shù)字值V_d，如圖2A中所示以及也如下列等式7中所示：

集成電路32還包含兩個電流源IDAC1和IDAC2，其中每一者將相應(yīng)電流I₁和I₂提供到IDAC多路復(fù)用器(MUX)40的相應(yīng)輸入端40_I1和40_I2。如圖2A中示意性地示出，IDAC MUX 40可以將輸入端40_I1和40_I2中的每一者分別傳送到輸出端40_O1和40_O2中的每一者。可替換地，輸入端可以相對于輸出端被交換，在這種情況下，輸入端40_I1連接到輸出端40_O2并且輸入端40_I2連接到輸出端40_O1。另外并且對實現(xiàn)稍后描述的優(yōu)選實施例方法重要的是，還要注意，IDAC MUX 40包含第三開關(guān)設(shè)備，由此每次可以選擇其輸入端40_I1和40_I2中的任一者并且將其連接到附加的輸出端40_O3。

如上所介紹的，電路32連接到3引線RTD傳感器22，其細(xì)節(jié)現(xiàn)在將被描述。第一節(jié)點22_N1連接到IDAC MUX 40的輸出端40_O1，在該第一節(jié)點22_N1與溫度依賴電阻R_RTD的第一端子T1之間具有電阻R_L1。第二節(jié)點22_N2連接到IDAC MUX 40的輸出端40_O2，在該第二節(jié)點22_N2與溫度依賴電阻R_RTD的第二端子T2之間具有電阻R_LEAD2。第三節(jié)點22_N3連接到地，在該第三節(jié)點22_N3與溫度依賴電阻R_RTD的第二端子T2之間具有電阻R_LEAD3。最后并且相對于稍后描述的優(yōu)選實施例方法也重要的是，節(jié)點22_N1也連接到已知的溫度不敏感參考電阻器R_r的第一端子，并且參考電阻器R_r的第二端子連接到IDAC MUX 40的輸出節(jié)點40_O3。在優(yōu)選實施例中，溫度不敏感參考電阻器R_r可以是精密電阻器，或者對于隨溫度變化的系統(tǒng)，該溫度不敏感參考電阻器R_r可以是相對穩(wěn)定并且對溫度變化無響應(yīng)的某種類型的電阻。

下文提供電路30的操作的詳細(xì)論述，并且為了介紹該論述中的一些論述，首先提供一些介紹性方面。一般來說，電路30的總體功能(其再次說明優(yōu)選實施例的示例)是精確地確定電阻器R_RTD兩端的電壓。當(dāng)然，在此示例中，該確定隨后產(chǎn)生測量的數(shù)字對應(yīng)部分(即，V_d)，該數(shù)字對應(yīng)部分隨后也與電阻器R_RTD所暴露的溫度相關(guān)。在優(yōu)選實施例中，注意此方法的精確度通過包含電阻器R_r以及由IDAC MUX 40中的開關(guān)提供的功能性得到改進(jìn)，以便能夠選擇性地將電流I₁(并且在一些情況下，也將I₂)引導(dǎo)到輸出端40_O3，使得此電流被引導(dǎo)通過電阻器R_r。因此，這些方面有利于優(yōu)選實施例多步驟方法，由此在不同步驟中，對應(yīng)于通過電路30的不同電流路徑獲得V_d的不同的相應(yīng)測量。此外，此類測量之間的優(yōu)選實施例關(guān)系被限定，從而產(chǎn)生校準(zhǔn)因數(shù)，該校準(zhǔn)因數(shù)通過基本上減少或消除可能以其他方式減小該確定的精確度的因數(shù)的影響來促進(jìn)電阻器R_RTD所暴露的溫度的改進(jìn)的最終確定。下文在功能上和數(shù)學(xué)上論述這些方面。

圖2B說明在MUX開關(guān)的第一開關(guān)配置中的圖2A的RTD系統(tǒng)30，以便在時間t₁處執(zhí)行V_d的第一測量，為了時間參考，該第一測量在下文稱為V_d1。在圖2B配置中，切換輸入MUX 34以將輸入端34_I1連接到輸出端34_O1并且將輸入端34_I2連接到輸出端34_O2，并且切換IDAC MUX 40以將輸入端40_I1連接到輸出端40_O1并且將輸入端40_I2連接到輸出端40_O2。關(guān)于電流路徑I₁并且給定PGA 36的高輸入阻抗，注意的是，在圖2B的配置中電流I₁不流過參考電阻器R_r。因此，在所說明的圖2B配置中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以確認(rèn)V₁和V₂如下列等式8和9中所示：

V₁＝I₁(R_L1+R_RTD+R_L3)+I₂R_L3 等式8

V₂＝I₁R_L3+I₂(R_L2+R_L3) 等式9

將等式8和9代入等式6中給出相同時間t₁的V_a值，在下列等式6.1中示為V_a1：

V_a1＝A(V₁V₂)＝A[I₁R_L1+I₁R_RTD+I₁R_L3+I₂R_L3-I₁R_L3-I₂R_L2-I₂R_L3]＝

A[I₁R_RTD+(I₁-I₂)R_L] 等式6.1

其中，在等式6.1中，假設(shè)引線電阻R_Lx相等，使得R_L1＝R_L2并且因此表達(dá)為R_L。將等式6.1代入等式7中給出下列等式7.1中的V_d1：

在等式7.1中，θ是偏移誤差，定義為在這方面，優(yōu)選實施例系統(tǒng)30包含用于執(zhí)行偏移消除以便將此誤差減少至可忽略的量或零的足夠結(jié)構(gòu)和方法。例如，一種方法是輸入縮短法(input short method)，由此一起縮短到PGA 36的輸入(即，不提供到PGA 36的外部輸入)并且測量V_d，其中存儲所測量的值并且稍后(例如，在校準(zhǔn)循環(huán)中)用于將其減去以便消除偏移。作為另一示例，替代方法是輸入端交換方法，由此在系統(tǒng)30中，輸入MUX 34首先如圖2B中所示地切換，以便將輸入端34_I1連接到輸出端34_O1并且將輸入端34_I2連接到輸出端34_O2并且獲得第一測量V_as1，并且此后交換輸入端，以便將輸入端34_I1連接到輸出端4_O2并且將輸入端34_I2連接到輸出端34_O1并且獲得第二測量V_as2，以及隨后V_as1和V_as2的平均值變成值V_in，以便消除偏移。這可以在下列等式10至12中在數(shù)學(xué)上被確認(rèn)：

V_as1＝A(V₁-V₂)+V_OS 等式10

V_as2＝A(V₂-V₁)+V_OS 等式11

V_in＝(V_as1-V_as2)/2 等式12

應(yīng)注意，在等式12中所產(chǎn)生的平均值表明V_OS已經(jīng)不對V_in產(chǎn)生影響，由此確認(rèn)已經(jīng)從測量確定中消除偏移。因此，無論怎樣，上述方法或本領(lǐng)域技術(shù)人員可確定的另一方法由此從等式7.1中移除θ，從而得到下列等式7.1.1中的V_d1：

圖2C說明在MUX開關(guān)的第二開關(guān)配置中的圖2A的RTD系統(tǒng)30，以便在時間t₂處執(zhí)行V_d的第二測量，為了時間參考，該第二測量在下文稱為V_d2。在圖2C配置中，以與圖2B相同的配置切換輸入MUX 34(即，輸入端34_I1到輸出端34_O1；輸入端34_I2到輸出端34_O2)并且再次切換IDAC MUX 40以將輸入端40_I2連接到輸出端40_O2。然而，要注意，關(guān)于圖2B可替換地，IDAC MUX 40被連接以將輸入端40_I1切換到輸出端40_O3。因此，在此配置中，后者的連接也引導(dǎo)電流I₁通過電阻器R_r。因此，在所說明的圖2C配置中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以確認(rèn)V₂與先前等式9中所示的相同，而V₁如下列等式13中所示：

V₁＝I₁(R_L1+R_RTD+R_L3+R_r)+I₂R_L3 等式13

將等式9和13代入等式6中得到相同時間t₂的V_a值，在下列等式6.2中示為V_a2：

V_a2＝A(V₁-V₂)＝A[I₁R_L+I₁R_RTD+I₁R_L3+I₁R_r+I₂R_L3-I₁R_L3-I₂R_L-I₂R_L3]＝

A[(I₁-I₂)R_L+I₁R_RTD+I₁R_r] 等式6.2

其中，在等式6.2中，再次假設(shè)引線電阻R_Lx相等，因此R_L1＝R_L2并且因此表達(dá)為R_L。將等式6.2代入等式7中并且假設(shè)所有引線電阻相等得到下列等式7.2中的V_d2：

同樣在等式7.2中，如等式7.1的情況一樣，θ是定義為的偏移誤差，并且回想起優(yōu)選實施例實施用于減少或消除此類誤差的結(jié)構(gòu)和方法，在這種情況下，等式7.2可以重寫為下列等式7.2.1：

給定前述內(nèi)容，R_RTD的值可以確定為V_d2和V_d1的關(guān)系，以便包含電壓測量V_d2的精確度，該電壓測量V_d2包含精密電阻器R_r以校準(zhǔn)在沒有精密電阻器的情況下通過未知電阻器R_RTD獲得的測量V_d1。在一個優(yōu)選實施例中，該確定是在假設(shè)IDAC1和IDAC2足夠匹配和控制使得I₁＝I₂的情況下做出的。在這方面，隨后等式7.1.1中的V_d1如下列等式7.1.2中所示，并且等式7.2.1中的V_d2如下列等式7.2.2中所示：

給定V_d1和V_d2的測量以及等式7.1.2和7.2.2，接下來通過那些電壓的差來理解電阻器R_RTD的優(yōu)選實施例解決方案，如在下列等式14中所示：

可以如下列等式15中所示地重新布置等式14，量的定義在本文中表示為β：

因此，等式15表明β可以用兩種形式中的任一者表達(dá)，即，表達(dá)為第一形式或第二形式如下，這些形式允許確定R_RTD的測量的解決方案。首先，回想在I₁＝I₂的假設(shè)下，V_d1如等式7.1.2中所示，并且下列等式16表明將V_d1的值除以來自等式15的β的第一形式的結(jié)果：

因此，等式16表明V_d1與β的比得到R_RTD，即，一旦β被確定用于確定R_RTD的解決方案就被提供，因此在這種意義上并且在優(yōu)選實施例的背景下，β表示用于調(diào)整V_d1以便確定R_RTD的校準(zhǔn)因數(shù)。要注意，此校準(zhǔn)因數(shù)以及本文中描述的其它因數(shù)因此是每優(yōu)選實施例可計算的，包含通過由某一類型的電路系統(tǒng)執(zhí)行的軟件可計算，因此對于本文檔，對用于確定或應(yīng)用此類校準(zhǔn)因數(shù)的電路系統(tǒng)的任何參考旨在進(jìn)一步包含如通過與等式16一致的軟件或涉及本文中的校準(zhǔn)因數(shù)的其它軟件編程或?qū)ζ渥鞒鲰憫?yīng)的此種電路系統(tǒng)。因此，在任何情況下，R_RTD可以通過兩種方式表達(dá)，如下列等式17中所示：

因此，鑒于前述內(nèi)容，在一個優(yōu)選實施例中并且在假設(shè)I₁＝I₂的情況下，隨后根據(jù)等式15，給定時間t₁處的測量V_d1、時間t₂處的測量V_d2以及精密電阻器R_r的已知值，可以確定校準(zhǔn)因數(shù)β(即，)的值。通過此β值，隨后可以獲取V_d1的任何測量并且將該測量除以β值(即，校準(zhǔn))，由此提供R_RTD的更精確測量。因此，在此方面中，優(yōu)選實施例能夠通過兩個步驟精確地測量未知電阻(或該電阻兩端的電壓)：

(1)在第一步驟中，引導(dǎo)兩個節(jié)點之間的已知電流并且測量那兩個節(jié)點之間的電壓(即，V_d1)，其中待確定的電壓在那兩個節(jié)點之間的元件(例如，電阻器R_RTD)兩端，以及

(2)在第二步驟中，添加與所述元件串聯(lián)并且在那兩個節(jié)點之間的已知的一致電阻(例如，電阻器R_r)，并且再次引導(dǎo)兩個節(jié)點之間的已知電流并測量那兩個節(jié)點之間的電壓(即，V_d2)。假設(shè)所添加的一致電阻是已知的，在第二步驟中產(chǎn)生兩個節(jié)點之間的所得電壓(即，添加的一致電阻兩端的電壓)提供確定校準(zhǔn)因數(shù)的方式，例如，關(guān)于一致電阻兩端的電壓和未知電阻兩端的電壓的比率或預(yù)期關(guān)系。此后，校準(zhǔn)因數(shù)可以用于稍后的在沒有添加電阻的情況下兩個節(jié)點之間的電壓測量，以便更精確地確定那些節(jié)點之間的測量電壓。因此，確定R_RTD的精確確定，由此允許溫度的對應(yīng)確定。此外，要注意，通過從先前的等式中消除公共因數(shù)來實現(xiàn)等式17，則等式17獨立于PGA 36的增益A的誤差、獨立于參考電壓V_REF的任何誤差(只要增益A和V_REF對于V_d1和V_d2的測量保持相同)并且獨立于IDAC電流的任何漂移，只要后者不改變I₁＝I₂的假設(shè)。最后，還要注意，在一個優(yōu)選實施例中，每次期望確定R_RTD時，就可以確定β值。然而，在可替換的優(yōu)選實施例中并且為了減小開銷，可以確定校準(zhǔn)因數(shù)β的值一次并且該校準(zhǔn)因數(shù)β的值可以被存儲并且在測量V_d1值的多個不同時間被重新使用，以便確定那些不同時間中的每個時間的R_RTD，并且其中新的β值僅在增益A和V_REF出于一些原因發(fā)生變化的情況下被周期性地確定，例如在特定溫度變化已經(jīng)發(fā)生之后-該后者變化可以例如通過在系統(tǒng)30內(nèi)包含附加的粗糙溫度測量裝置來檢測，由此提供除R_RTD之外的溫度的附加表示。

雖然圖2B和2C中的優(yōu)選實施例在假設(shè)I₁＝I₂的情況下確定R_RTD，然而附加的優(yōu)選實施例執(zhí)行兩種附加的方法步驟來消除該假設(shè)，由此進(jìn)一步改進(jìn)R_RTD的性能測量，如當(dāng)前關(guān)于圖2D和圖2E所探討的。作為介紹，要注意，圖2D和圖2E通常分別重復(fù)圖2B和圖2C的步驟，然而，IDAC MUX 40被切換以便交換I₁和I₂的電流路徑，其中在第一步驟中，I₂被引導(dǎo)從而繞過電阻器R_r并且在第二步驟中，I₂被引導(dǎo)從而流過包含電阻器R_r的串聯(lián)路徑，其中在每一個此類步驟中進(jìn)行相應(yīng)的電壓測量，如下文進(jìn)一步論述的。

圖2D說明在MUX開關(guān)的第三開關(guān)配置中的圖2A的RTD系統(tǒng)30，以便在時間t₃處執(zhí)行V_d的第三測量，為了時間參考，該第一測量在下文稱為V_d3。在圖2D配置中，與圖2B中的情況相同的方式切換輸入MUX 34，即，將輸入端34_I1連接到輸出端34_O1并且將輸入端34_I2連接到輸出端34_O2；然而，IDAC MUX 40被切換以相對于圖2B交換其連接，使得在圖2D中，MUX 40將輸入端40_I1連接到輸出端40_O2并且將輸入端40_I2連接到輸出端40_O1。要注意，相對于I₂的電流路徑并且給定PGA 36的高輸入阻抗，電流I₂不流過圖2D的配置中的參考電阻器R_r。因此，在所說明的圖2D配置中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以確認(rèn)V₁和V₂如下列等式18和19中所示：

V₁＝I₂(R_L1+R_RTD+R_L3)+I₁R_L3 等式18

V₂＝I₂R_L3+I₁(R_L2+R_L3) 等式19

將等式18和19代入等式6中得到相同時間t₃的V_a值，在下列等式6.3中被示為V_a3：

V_a3＝A(V₁-V₂)＝A[I₂R_L1+I₂R_RTD+I₂R_L3+I₁R_L3-I₂R_L3-I₁R_L2-I₁R_L3]＝

A[(I₂-I₁)R_L+I₂R_RTD] 等式6.3

其中在等式6.3中，假設(shè)引線電阻R_Lx相等，使得R_L1＝R_L2并且因此表達(dá)為R_L。將等式6.3代入等式7中得到下列等式7.3中的V_d3：

在等式7.3中，θ是相同的偏移誤差，先前被定義為回想起，在優(yōu)選實施例系統(tǒng)30中包含執(zhí)行偏移消除以便將該誤差減少至可忽略的量或零的足夠結(jié)構(gòu)和方法，由此從等式7.3移除θ得到下列等式7.3.1中V_d3：

圖2E說明在MUX開關(guān)的第四開關(guān)配置的圖2A的RTD系統(tǒng)30，從而在時間t₄處執(zhí)行V_d的第四測量，為了時間參考，該第一測量在下文稱為V_d4。在圖2E配置中，與圖2D相同的配置來切換輸入MUX 34(即，輸入端34_I1到輸出端34_O1；輸入端34_I2到輸出端34_O2)并且再次切換IDAC MUX 40以將輸入端40_I1連接到輸出端40_O2。然而，要注意，IDAC MUX 40可替代地關(guān)于圖2D被連接以將輸入端40_I2切換到輸出端40_O3。因此，在此配置中，后者連接也引導(dǎo)電流I₂通過電阻器R_r。因此，在所說明的圖2E配置中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以確認(rèn)V₂與先前等式19中所示的相同，而V₁如下列等式20中所示：

V₁＝I₂(R_L1+R_RTD+R_L3+R_r)+I₁R_L3 等式20

將等式19和20代入等式6得到相同時間t₄的V_a值，在下列等式6.4中被示為V_a4：

V_a4＝A(V₁-V₂)＝A[I₂R_L1+I₂R_RTD+I₂R_L3+I₂R_r+I₁R_L3-I₂R_L3-I₁R_L2-I₁R_L3]＝

A[(I₂-I₁)R_L+I₂R_RTD+I₂R_r] 等式6.4

其中在等式6.4中，假設(shè)引線電阻R_Lx相等，因此R_L1＝R_L2并且因此表達(dá)為R_L。

在下列等式7.4中，將等式6.4代入等式7中得到V_d4：0

同樣，在等式7.4中，與等式7.1中的情況一樣，θ是定義為的偏移誤差；回想起，優(yōu)選實施例實施用于減小或消除此種誤差的結(jié)構(gòu)和方法，但是要注意，也可以通過從V_d4中減去V_d3來消除此種誤差，如在下列等式21中所示：

可以如下列等式22中所示地重新布置等式21，另一校準(zhǔn)因數(shù)的定義在本文中表示為α：

因此，等式22表明第二校準(zhǔn)因數(shù)α可以用兩種形式中的任一種表達(dá)，即作為第一形式或作為第二形式因此，第二形式同樣通過兩個步驟以與β如何通過第一電流(即，I₁)被確定相類似的方式在優(yōu)選實施例系統(tǒng)30中是可測量的，但是這里通過第二電流(即，I₂)：

(1)在第一步驟中，引導(dǎo)兩個節(jié)點之間的第二已知電流并且測量那兩個節(jié)點之間的電壓(即，V_d3)，其中待確定的電壓在那兩個節(jié)點之間的元件(例如，電阻器R_RTD)兩端，以及

(2)在第二步驟中，添加與所述元件串聯(lián)并且在那兩個節(jié)點之間的已知的一致電阻(例如，電阻器R_r)，并且再次引導(dǎo)兩個節(jié)點之間的第二已知電流并測量那兩個節(jié)點之間的電壓(即，V_d4)。此后，第二校準(zhǔn)因數(shù)遵循等式22的第二形式的關(guān)系。

還要注意，等式22的形式允許等式7.3按照下列等式23寫出：

V_d3＝αR_TD(α-β)R_L+θ 等式23

其中在等式23中：第一項被看作等式22中的α的第一形式，如等式7.3的第一被加數(shù)中所示，并且(α-β)在下列等式24中得到確認(rèn)，其從等式22的第一形式中減去等式15的第一形式：

以類似方式，回想起之前的任何假設(shè)I₁＝I₂，以上形式也允許等式7.1的V_d1被重寫為下列等式25：

V_d1＝βR_RTD+(β-α)R_L+θ 等式25

其中在等式25中：第一項被看作等式15中的β的第一形式，如等式7.1的第一被加數(shù)中所示，并且(β-α)是等式24的負(fù)數(shù)，其在乘以倍數(shù)R_L時表示等式7.1的第二被加數(shù)。

接下來，可以添加等式23和25，如在下列等式26中所示：

V_d1+V_d3＝αR_RTD+αR_L-βR_L+θ+βR_RTD+βR_L-αR_L+θ＝αR_RTD+βR_RTD+2θ

＝(α+β)R_RTD+2θ 等式26

回想起，優(yōu)選實施包含用于使θ可忽略并且因此在等式26中等于零的結(jié)構(gòu)和方法，在這種情況下，該等式可以依據(jù)R_RTD重寫，如在下列等式27中所示：

給定前述內(nèi)容，R_RTD的值可以確認(rèn)為V_d1、V_d2、V_d3和V_d4的關(guān)系，而不要求假設(shè)IDAC1和IDAC2被充分匹配和控制(即，不要求I₁＝I₂)。此確認(rèn)可以通過借助與電阻R_RTD串聯(lián)的已知電阻Rr周期性確定α和β來實施，并且如等式27中所示，其此后可以被用于調(diào)整在沒有該串聯(lián)電阻的情況下獲取的測量電壓(即，V_d3和V_d1，或如所示，V_d3+V_d1)。因此，等式27確認(rèn)R_RTD的精確測量/確定獨立于IDAC中的誤差(或甚至絕對值)、參考、偏移和PGA增益中的偏移被提供。另外，要注意，不需要針對每個不同傳感器或溫度確定測量α和β的值，而是他們可以被測量一次并且被用于多個不同的輸入(傳感器)或多個測量，直到溫度再次顯著漂移，其中后者可以經(jīng)由輔助和不那么精確的(例如，粗略的)溫度測量裝置來評估。因此，如果用戶在執(zhí)行偶數(shù)次測量或平均化，則優(yōu)選實施例可以有效地校準(zhǔn)系統(tǒng)，而不需要任何額外的時間或測量開銷。

前述內(nèi)容通過結(jié)合RTD系統(tǒng)30的校準(zhǔn)的簡潔實施方案的一個示例來展示發(fā)明性范圍，以便使用與以其他方式用于溫度依賴電阻R_RTD的測量相同的輸入引腳來提供此校準(zhǔn)。來自所述示例的各種發(fā)明性教導(dǎo)還可以應(yīng)用于其它背景和裝置，其中不同電流源可替代地向電路元件提供電流并且期望該元件兩端的電壓測量。因此，在以上示例提供電路元件作為電阻器(即，電阻R_RTD)的情況下，替代優(yōu)選實施例測量不同電路元件(例如，電容器)兩端的電壓，并且優(yōu)選地使用與電路元件具有相同性質(zhì)的參考元件(例如，所測量的電路元件和參考元件兩者均作為電容器)。此外，在以上示例將不同電流源(例如，IDAC1、IDAC2)可替代地連接到討論中的電路元件和參考電阻器R_r或其它參考電路元件的串聯(lián)連接的情況下，替代優(yōu)選實施例提供連接到參考電阻器R_r或其它參考電路元件的獨立的(例如，專用的)輸入信道或引腳，其中不同電流源可替代地經(jīng)由其相應(yīng)的輸入信道將電流提供到討論中的電路元件和參考元件(例如，電阻器R_r)，由此當(dāng)引導(dǎo)第一電流源通過參考元件(例如，電阻器R_r)時獲取該參考元件兩端的第一電壓測量，當(dāng)引導(dǎo)第二電流源通過參考元件(例如，電阻器R_r)時獲該參考元件兩端的第二電壓測量，并且建立這些測量以及相應(yīng)測量與討論中的電路元件的之間的關(guān)系，以便消除測量中的任何公共誤差(例如，放大器增益、輸入偏移、電流源失配)，從而留下隨后用于調(diào)整測量電路元件兩端的測量電壓的校準(zhǔn)因數(shù)。實際上，此種方法可以通過將參考電阻器R_r單獨連接在兩個輸出端(例如，40_O1和40_O2)之間同時將電阻器R_RTD連接在放大器36的差分輸入端之間來結(jié)合系統(tǒng)30實施。作為最后的示例，以上優(yōu)選實施例方面中的任一者不限于電阻溫度檢測器，而是可以與其它傳感器、檢測器或電路一起使用。

根據(jù)以上內(nèi)容，各種實施例提供對電子電路并且更具體地提供對其中執(zhí)行校準(zhǔn)測量的電路的各種改進(jìn)。所描述的一個示例性電路是RTD傳感器，但是優(yōu)選實施例可以應(yīng)用于各種不同電子電路，其中電壓的測量是對結(jié)合電路感測到的或確定的一些因素的響應(yīng)。因此，優(yōu)選實施例方面可以實施例于獨立裝置中或可以并入到較大處理器電路(例如，微控制器或微處理器)中。優(yōu)選實施例提供具有最小模擬和數(shù)字開銷的自校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和方法。此外，優(yōu)選實施例可以提供顯著的性能提升并且可以顯著減小測試成本。優(yōu)選實施例電路可以自校準(zhǔn)并克服工藝和電路限制，其中漂移可以以其他方式減小電壓測量的精確性。此外，已描述了各個方面并且還有其它方面將由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本教示可確定。因此，給定前述內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步理解，盡管已詳細(xì)描述一些實施例，但是在不脫離如由所附權(quán)利要求限定的發(fā)明性范圍的情況下可以對上文闡述的描述作出各種替換、修改或改變。