用于同步驱动器电路的系统和方法

摘要

根据实施例，一种被配置为驱动功率开关的控制器系统包括驱动器集成电路(IC)，其包括接口电路、同步电路和驱动器电路。接口电路被配置为通过串行接口接收控制方案。同步电路被耦合到接口电路并且被配置为接收角度位置信号并将驱动信号与角度位置信号同步，其中驱动信号是基于控制方案的。驱动器电路被耦合到同步电路并且被配置为使用驱动信号来驱动功率开关。

权利要求

1.一种控制器系统，被配置为驱动功率开关，所述控制器系统包括：驱动器集成电路，其包括：

接口电路，被配置为通过串行接口接收控制方案，

同步电路，被耦合到所述接口电路并且被配置为

接收角度位置信号，

将驱动信号与所述角度位置信号同步，其中所述驱动信号是基于所述控制方案的，以及基于所述角度位置信号生成插值角度位置信号，其中所述插值角度位置信号具有比所述角度位置信号更高的分辨率；以及驱动器电路，被耦合到所述同步电路并且被配置为使用所述驱动信号来驱动所述功率开关。

2.根据权利要求1所述的控制器系统，还包括微控制器，所述微控制器被耦合到所述驱动器集成电路，所述微控制器被配置为：通过所述串行接口将所述控制方案提供到所述驱动器集成电路；以及将所述角度位置信号提供到所述驱动器集成电路。

3.根据权利要求2所述的控制器系统，其中，所述微控制器还被配置为：接收初始角度位置信号；

基于所述初始角度位置信号来生成所述角度位置信号；

将所述角度位置信号提供到所述驱动器集成电路；以及基于所述角度位置信号来生成插值角度位置信号，其中所述插值角度位置信号具有比所述角度位置信号高的分辨率。

4.根据权利要求3所述的控制器系统，其中所述微控制器还被配置为基于所述插值角度位置信号和控制输入信号来生成预测角度位置信号。

5.根据权利要求3所述的控制器系统，其中所述同步电路包括位置确定电路，所述位置确定电路被耦合到所述接口电路并且被配置为还基于所述角度位置信号来生成所述插值角度位置信号，其中所述插值角度位置信号具有比所述角度位置信号高的分辨率。

6.根据权利要求5所述的控制器系统，其中所述位置确定电路还被配置为基于所述插值角度位置信号和控制输入信号来生成预测角度位置信号。

7.根据权利要求1所述的控制器系统，其中所述角度位置信号包括转动机器的角度位置信息。

8.根据权利要求7所述的控制器系统，其中所述转动机器以循环进行操作，每个循环包括720度转动。

9.根据权利要求7所述的控制器系统，其中所述转动机器包括内燃机并且所述功率开关将电流供应到用于所述内燃机的燃料喷射器中的螺线管。

10.根据权利要求1所述的控制器系统，其中所述驱动器集成电路还包括测量电路，所述测量电路被配置为接收来自所述功率开关的测量信号并生成反馈信号。

11.根据权利要求10所述的控制器系统，其中所述驱动器集成电路还包括时间戳电路，所述时间戳电路被耦合到所述测量电路以及所述接口电路，其中所述时间戳电路被配置为将所述反馈信号和对应的时间戳提供到所述接口电路。

12.根据权利要求1所述的控制器系统，其中所述同步电路包括位置确定电路，所述位置确定电路被耦合到所述接口电路，其中所述位置确定电路被配置为生成所述插值角度位置信号。

13.根据权利要求1所述的控制器系统，其中所述接口电路被配置为使用双向高速同步串行通信接口协议来操作。

14.根据权利要求13所述的控制器系统，其中所述接口电路包括高速串行链路(HSSL)接口电路，所述高速串行链路接口电路被配置用于通过所述驱动器集成电路的六个外部管脚进行串行通信。

15.根据权利要求1所述的控制器系统，其中所述驱动器集成电路还包括锁相环(PLL)电路，所述锁相环电路被耦合到所述接口电路。

16.根据权利要求1所述的控制器系统，其中所述驱动器集成电路还包括存储器电路，所述存储器电路包括易失性存储器电路。

17.一种操作控制器系统的方法，所述方法包括：

在驱动器集成电路处，通过串行接口接收控制方案；

在所述驱动器集成电路处接收角度位置信号；

基于所述角度位置信号生成插值角度位置信号，其中所述插值角度位置信号具有比所述角度位置信号更高的分辨率；

将驱动信号与所述角度位置信号同步，其中所述驱动信号是基于所述控制方案的；以及由所述驱动器集成电路使用所述驱动信号来驱动功率开关。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

将所述控制方案从微控制器通过所述串行接口提供到所述驱动器集成电路；以及将所述角度位置信号从所述微控制器提供到所述驱动器集成电路。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

在所述微控制器处接收初始角度位置信号；

在所述微控制器中基于所述初始角度位置信号来生成所述角度位置信号；

将所述角度位置信号从所述微控制器提供到所述驱动器集成电路，其中所述插值角度位置信号在所述微控制器中被生成。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括在所述微控制器中基于所述插值角度位置信号和控制输入信号来生成预测角度位置信号。

21.根据权利要求17所述的方法，其中所述插值角度位置信号在所述驱动器集成电路中被生成。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括在所述驱动器集成电路中基于所述插值角度位置信号和控制输入信号来生成预测角度位置信号。

23.根据权利要求18所述的方法，还包括：

接收来自所述功率开关的测量信号；

基于所述测量信号来生成反馈信号；以及

将所述反馈信号提供到所述微控制器。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：

针对所述反馈信号生成对应的时间戳信号；以及

将所述对应的时间戳信号与所述反馈信号提供到所述微控制器。

25.根据权利要求17所述的方法，其中所述角度位置信号是从转动机器接收的，所述转动机器以循环进行操作，每个循环包括720度转动。

26.一种控制器系统，被配置为利用角度位置信息驱动机械系统中的功率开关，所述控制器系统包括：微控制器电路，包括第一角度位置输入管脚、角度位置输出管脚、控制输入管脚以及第一多个串行接口管脚，其中所述微控制器电路被配置为：基于在所述第一角度位置输入管脚处接收到的角度位置信息来生成插值角度位置信号，通过所述角度位置输出管脚提供角度位置信号，其中所述角度位置信号是基于在所述第一角度位置输入管脚处接收到的角度位置信息并且具有比所述插值角度位置信号低的分辨率，以及通过所述第一多个串行接口管脚提供用于所述功率开关的控制方案；以及驱动器集成电路，包括第二角度位置输入管脚、第二多个串行接口管脚以及驱动管脚，所述第二角度位置输入管脚被耦合到所述角度位置输出管脚，所述第二多个串行接口管脚被耦合到所述第一多个串行接口管脚，所述驱动管脚被配置为被耦合到所述功率开关，所述驱动器集成电路被配置为：基于在所述第二角度位置输入管脚处接收到的信息来生成所述插值角度位置信号，在所述第二多个串行接口管脚处接收所述控制方案，基于所述控制方案和所述插值角度位置信号来生成开关控制信号，以及在所述驱动管脚处基于所述开关控制信号来将驱动信号提供到所述功率开关。

27.根据权利要求26所述的控制器系统，其中：

所述微控制器电路还被配置为基于所述插值角度位置信号和从所述控制输入管脚接收到的控制输入信号来生成预测角度位置信号；以及所述驱动器集成电路还被配置为基于所述插值角度位置信号以及在所述第二多个串行接口管脚处接收到的另外的控制信息来生成所述预测角度位置信号。

28.根据权利要求26所述的控制器系统，其中所述驱动器集成电路还被配置为通过所述第二多个串行接口管脚提供反馈信号和时间戳。

29.根据权利要求28所述的控制器系统，其中所述反馈信号和所述时间戳是基于所述功率开关的状况的。

30.根据权利要求26所述的控制器系统，其中所述机械系统包括转动发动机。

31.根据权利要求30所述的控制器系统，其中所述转动发动机以发动机循环进行操作，每个循环包括720度转动。

32.根据权利要求31所述的控制器系统，其中所述功率开关在所述转动发动机的每个循环期间驱动螺线管致动器。

33.根据权利要求30所述的控制器系统，其中所述角度位置信息包括：来自所述转动发动机中的曲轴传感器的第一感测角度信号；以及来自所述转动发动机中的曲轴传感器的第二感测角度信号。

34.一种驱动器集成电路，被配置为利用角度位置信息驱动机械系统中的功率开关，所述驱动器集成电路包括：位置确定电路，被耦合到所述驱动器集成电路的角度位置输入端子并且被配置为基于从所述角度位置输入端子接收到的角度位置信号来生成插值角度位置信号，其中所述插值角度位置信号具有比所述角度位置信号高的分辨率；

接口电路，被耦合到所述驱动器集成电路的多个串行接口输入端子；

控制电路，被耦合到所述接口电路和所述位置确定电路，其中所述控制电路被配置为生成开关控制信号；

驱动器电路，被耦合到所述控制电路并且被配置为基于所述开关控制信号来驱动所述功率开关；以及时间戳电路，被耦合到所述控制电路并且被配置为被耦合到所述功率开关，其中所述时间戳电路被配置为将具有对应的时间戳的反馈测量信号提供到所述控制电路。

35.根据权利要求34所述的驱动器集成电路，其中所述位置确定电路还被配置为基于所述插值角度位置信号和控制输入信号来生成预测角度位置信号。

36.根据权利要求34所述的驱动器集成电路，其中所述时间戳电路包括测量和诊断电路，所述测量和诊断电路被配置为：生成包括诊断信息和来自所述功率开关的测量信息的所述反馈测量信号；以及生成对应的时间戳。

37.根据权利要求34所述的驱动器集成电路，还包括存储器电路，所述存储器电路包括易失性SRAM和非易失性查找表。

38.根据权利要求34所述的驱动器集成电路，其中：所述角度位置输入端子被耦合到所述驱动器集成电路的一个外部管脚；以及所述驱动器集成电路的所述多个串行接口输入端子被耦合到所述驱动器集成电路的六个外部管脚。

39.根据权利要求34所述的驱动器集成电路，其中所述角度位置信号具有6度的分辨率并且所述插值角度位置信号具有0.5度或更精细的分辨率。

说明书

用于同步驱动器电路的系统和方法

技术领域

[0001] 本发明大体涉及电子电路，并且在具体的实施例中涉及用于同步驱动器电路的系统和方法。

背景技术

[0002] 驱动器电路是用于控制诸如功率晶体管、发光二极管(LED)或许多其他类型的电气组件的另一电路或组件的电气电路。驱动器电路通常用于调节流过电路的电流或者用于控制针对被连接到驱动器电路的其他组件或设备的其他因子。术语“驱动器电路”常常用于例如控制开关功率转换器或电源中的功率开关的专用集成电路。

[0003] 在一些实例中，驱动器电路供应功率开关以提供用于致动器(例如螺线管)的致动电流。例如，诸如车辆传输、燃料喷射系统和内燃机阀控制的汽车系统一般包括被致动以控制那些系统的螺线管。在燃料喷射系统的情况下，驱动器电路基于驱动器输入和发动机操作来致动螺线管以启动燃料喷射。基于来自驱动器电路的控制信号，燃料喷射器将燃料释放到内燃机的汽缸中。

[0004] 在各种实例中，如在汽车系统的情况下，对驱动器电路的计时控制可能是特别感兴趣的。例如，在由通过驱动器IC驱动的功率开关供应的燃料喷射器的情况下，燃料喷射的计时影响内燃机的操作。出于这个原因，驱动器IC传统上被供应有具体计时信息以根据汽车系统的需要来适当地控制燃料喷射。将具体计时信息实时地传达给驱动器IC可能在汽车系统中提出一些挑战。一般地，控制驱动器IC的计时可能在包括驱动器IC的各种系统中提出一些挑战。

发明内容

[0005] 根据实施例，一种被配置为驱动功率开关的控制器系统包括驱动器集成电路(IC)，其包括接口电路、同步电路和驱动器电路。接口电路被配置为通过串行接口接收控制方案。同步电路被耦合到接口电路并且被配置为接收角度位置信号并将驱动信号与角度位置信号同步，其中驱动信号是基于控制方案的。驱动器电路被耦合到同步电路并且被配置为使用驱动信号来驱动功率开关。

附图说明

[0006] 为了更完整地理解本发明及其优点，结合附图对下面的描述进行参考，在附图中：

[0007] 图1图示了实施例致动器系统的系统示意图；

[0008] 图2图示了实施例螺线管驱动器系统的系统框图；

[0009] 图3图示了实施例燃料喷射系统的系统框图；

[0010] 图4图示了在操作中的实施例燃料喷射系统的波形图；

[0011] 图5图示了实施例驱动器集成电路(IC)的示意图；

[0012] 图6图示了实施例内燃机的功能示意图；

[0013] 图7图示了操作实施例控制器系统的方法的框图；以及

[0014] 图8图示了示例功率级拓扑结构的示意图；

[0015] 在不同的附图中的对应的标号和标记总体上指代对应的零件，除非另有指示。附图被绘制以清楚地说明实施例的有关方面并且不一定是按比例绘制的。

具体实施方式

[0016] 下面详细讨论对本发明的各种实施例的开发和使用。然而，应当认识到，本文中描述的各种实施例可适用在各种各样的具体背景中。讨论的具体实施例仅仅说明开发和使用各种实施例的具体方式，并且不应当被理解为在限制的范围中。

[0017] 参考在具体背景下的各种实施例来进行描述，具体背景即驱动器电路并且更具体地，用于螺线管致动器的同步驱动器电路。本文中描述的各种实施例中的一些包括汽车系统中的螺线管致动器、用于螺线管致动器的控制系统、用于与直接喷射系统一起使用的燃料喷射器驱动器集成电路(IC)、用于汽车系统中的螺线管的驱动器IC以及在汽车系统中的微控制器与驱动器IC之间的接口。在其他实施例中，方面还可以被应用到涉及根据如本领域中已知的任何样式的任何类型的驱动器电路的其他应用。

[0018] 如上文在背景技术中所描述的，由驱动器IC提供的控制信号的计时对于驱动致动器的实时控制系统可以是感兴趣的。根据各种实施例，为了控制计时，通过将角度位置信号提供到驱动器IC来将用于控制具有诸如曲轴和内燃机的凸轮轴的转动组件的机械系统中的诸如螺线管致动器的致动器的驱动器IC与机械系统的转动同步。在各种这样的实施例中，微控制器通过高速串行接口将控制信息提供到驱动器IC。控制信息可以是基于与特定机械系统相关的许多特性的，包括例如用户输入、操作状况、系统设计以及性能规范。在各种实施例中，无论控制信息的细节中的一些如何，通过驱动器IC将控制信息应用到致动器取决于计时。因此，驱动器IC在这样的实施例中应用控制信号以基于与输入角度位置信号同步来驱动致动器。在特定实施例中，在驱动器IC处的单个外部输入管脚处从微控制器接收输入角度位置信号。

[0019] 在用于内燃机的具体实施例中，例如在汽车系统中，驱动器IC基于从微控制器接收到的控制信息来致动燃料喷射器。在这样的实施例中，驱动器IC接收与内燃机的转动循环内的内燃机的角度位置相对应的角度位置输入信号。具体地，内燃机可以以包括720°转动的循环操作，并且因此，在驱动器IC处接收到的角度位置输入信号指示内燃机的循环内的从0°到720°的范围的角度位置。在这样的实施例中，驱动器IC基于角度位置输入信号在内燃机循环中的精确的时刻处根据从微控制器接收到的控制信息致动燃料喷射器。在下文中参考诸如汽车系统或内燃机的具体背景下的特定实施例呈现进一步描述；然而，本文中描述的各种特定实施例可以在另外的实施例中被应用到在驱动器IC与任何类型的功率开关或致动器之间的同步。

[0020] 图1图示了包括微控制器102、驱动器IC 104、功率级106和致动器108的实施例致动器系统100的系统示意图。根据各种实施例，微控制器102计算与何时启用和停用功率级106有关的控制信息以便驱动致动器108。控制信息是基于系统的具体特征和规范并且响应于控制信号CTRL和测量信号M1来计算的。在各种实施例中，致动器108用于致动机械系统
110中的组件。机械系统110包括角度位置信息。例如，机械系统110可以是内燃机，并且控制信号CTRL可以是人类驾驶员对更多或更少扭矩的请求。微控制器102从机械系统110接收测量信号M1，测量信号M1包括角度位置信息。使用控制信号CTRL和测量信号M1，微控制器102计算控制信息并通过串行接口SI将控制信息提供到驱动器IC 104。

[0021] 在各种实施例中，驱动器IC 104从微控制器102接收角度位置信号θ并且在由控制信息指示的精确时间处执行控制信息。在这样的实施例中，角度位置信号θ是基于测量信号M1的。角度位置信号θ可以在微控制器102中被预处理。在特定实施例中，角度位置信号θ可以在微控制器102中被预测。驱动器IC 104生成具有启用和停用信号的功率驱动信号PD，其根据控制信息在操作循环期间被应用并且与角度位置信号θ同步。因此，驱动器IC 104通过使用角度位置信号θ与转动循环同步并且应用功率驱动信号PD。

[0022] 根据各种实施例，功率级106接收功率驱动信号PD并且基于功率驱动信号PD来将致动电流AC供应到致动器108。在各种实施例中，致动器108是被致动电流AC致动的螺线管致动器。例如，在具体实施例中，致动器108是燃料喷射器中的螺线管致动器。燃料喷射器基于由功率级106供应的致动电流AC而被触发以喷射燃料，由功率级106供应的致动电流AC由驱动器IC基于从微控制器102接收到的控制信息并且基于角度位置信号θ来控制。如所示出的，致动器108可以是机械系统110的部分或者可以被耦合到机械系统110以便作用于机械系统110。例如，致动器108可以当机械系统110为内燃机时控制燃料喷射。

[0023] 在各种实施例中，控制信号CTRL可以包括各种类型的控制信息。例如，在具体实施例中，控制信号CTRL可以对应于使用油门来启动汽车系统中的加速的人类驾驶员。在这样的实施例中，测量信号M1包括来自内燃机的从用于内燃机的内燃循环的0°到720°的范围的角度位置信息。在下文中参考其他附图提供对实施例系统的进一步描述。

[0024] 根据各种实施例，微控制器102通过串行接口SI和角度位置信号θ被耦合到驱动器IC 104。在特定实施例中，串行接口SI和利用具有用于微控制器102和驱动器IC 104的专用外部管脚的高速串行接口来实施。类似地，角度位置信号θ可以使用在微控制器102和驱动器IC 104中的每个上的单个外部管脚来在微控制器102和驱动器IC104之间传递。在特定实施例中，高速串行接口可以被实施为高速串行链路(HSSL)。在备选实施例中，高速串行接口可以被实施为微秒总线(MSB)或串行外围接口(SPI)。

[0025] 在各种实施例中，功率级106可以包括具有大于28V或具体地大于60V的击穿电压的功率晶体管。在特定实施例中，功率级106还可以包括用于将致动电流AC提供到致动器108的各种开关转换器或开关供应拓扑结构。在备选实施例中，功率级106还可以包括具有小于60V、小于28V或具体地小于10V的阻塞电压的正常功率晶体管或低功率晶体管。根据各种实施例，驱动器IC 104可以被配置为生成多个功率驱动信号并且功率级106可以包括用于驱动多个致动器的任何数量的开关或开关转换器电路。

[0026] 在各种实施例中，功率级106将测量信号M2提供到驱动器IC 104作为反馈测量。在一些实施例中，测量信号M2可以包括来自功率级106的电流测量。在一些实施例中，测量信号M2包括来自功率级106的电压测量。在额外的实施例中，测量信号M2包括指示功率级106中的电流值的电压测量。在一些实施例中，测量信号M2包括来自功率级106的电流测量和电压测量两者。

[0027] 根据各种实施例，在驱动器IC处接收测量信号M2。基于测量信号M2，驱动器IC 104通过串行接口SI将反馈信号和对应的时间戳提供到微控制器102。

[0028] 图2图示了包括微控制器102、驱动器IC 104、功率级106和螺线管109的实施例螺线管驱动器系统101的系统框图。根据各种实施例，螺线管驱动器系统101可以是致动器系统100的实施方式的实施例。参考具有内燃机的汽车系统的特定实施例来描述螺线管驱动器系统101。在其他实施例中，螺线管驱动器系统101还可以被应用到包括具有角度位置信息的机械系统的任何类型的系统。在各种实施例中，螺线管109是致动器108的实施方式。

[0029] 根据各种实施例，驱动器IC 104包括双向高速同步串行通信接口(SSCI)电路112、存储器电路114、位置确定电路116、控制电路118、驱动电路120、测量电路122、时间戳电路124以及锁相环(PLL)电路126。微控制器102将串行接口SI上的接口信号IS(包括控制信息CI和时钟信号CLK)提供到驱动器IC 104并且将角度位置信号θ提供到驱动器IC 104。驱动器IC 104在双向高速SSCI电路112处接收接口信号IS，其控制用于发送和接收任何数量的双向高速通信协议(例如，高速串行链路(HSSL))的接口协议。在特定实施例中，外部管脚
134b和外部管脚128b均包括专用发送和接收管脚、时钟管脚和重置管脚。因此，在一些实施例中，双向高速SSCI电路112接收时钟信号CLK并将时钟信号CLK提供到PLL电路126。在一些实施例中，使用HSSL协议来接收来自微控制器102的控制信息CI。在其他实施例中，可以使用其他双向高速串行和同步协议。控制信息CI被提供到存储器电路114和控制电路118。在这样的实施例中，控制信息可以包括被提供到控制电路118的存储在存储器电路114中的控制方案以及电流触发信号，例如与用于功率级106的具体计时相关联的接通/断开信号。

[0030] 在各种实施例中，控制电路118还从位置确定电路116接收同步信号SS。在这样的实施例中，位置确定电路116从微控制器102接收角度位置信号θ并且从PLL电路126接收生成的时钟信号GCLK。基于角度位置信号θ和生成的时钟信号GCLK，位置确定电路116生成同步信号SS。位置确定电路116还从存储器电路114接收控制方案CS。在这样的实施例中，控制方案CS可以包括与螺线管驱动器系统101的操作相关的各种特性。

[0031] 在各种实施例中，同步信号SS可以包括具有相较于角度位置信号θ增大的分辨率的插值角度位置分量。例如，角度位置信号θ可以具有针对内燃机的6°的分辨率并且同步信号SS的插值角度位置分量可以具有0.5°或更好的分辨率。在特定实施例中，同步信号SS的插值角度位置分量可以具有0.1°的分辨率。同步信号SS还可以包括具有用于预测系统操作的变化的校正或预测的插值角度位置分量。具体地，位置确定电路116可以基于能够存储器电路114接收到的控制方案CS来生成具有校正和预测的同步信号SS。在各种实施例中，位置确定电路116使用插值角度位置分量来预测未来角度位置。在这样的实施例中，插值角度位置分量还可以被外推。例如，未来角度位置的预测和控制可以部分地基于在微控制器102处接收到的控制方案CS和用户控制UC。因此，在各种实施例中，同步信号SS可以包括外推的角度位置分量。

[0032] 根据各种实施例，控制电路118接收同步信号SS和控制信息CI，并且基于这些输入，控制电路118生成并提供用于驱动电路120的驱动控制DC。在这样的实施例中，驱动控制DC包括与内燃机的操作同步以便在合适的时间将启用电流AC应用到螺线管109的驱动控制信号。基于驱动控制DC，驱动电路120生成驱动信号DS并将其提供到功率级106，功率级106继而使用启用电流AC来驱动螺线管109。

[0033] 在各种实施例中，测量电路122从功率级106接收测量信号MS，测量信号MS可以是一个或多个电流测量或电压测量。使用测量信号MS，测量电路122生成并提供针对驱动电路120的本地反馈信号FBL1、针对控制电路118的本地反馈信号FBL2以及针对时间戳电路124的系统反馈信号FBS。本地反馈信号FBL1可以由驱动电路120用于保护功能，例如过流保护，并且本地反馈信号FBL2可以由控制电路118用于调节和控制功能，例如电流调节。时间戳电路124生成针对系统反馈信号FBS的对应的时间戳并且将时间戳和系统反馈信号FBST提供到双向高速SSCI电路112，其之后通过串行接口SI将反馈和对应的时间戳信息提供到微控制器102。

[0034] 根据各种实施例，螺线管驱动器系统101被划分成许多单独的组件。在具体实施例中，驱动器IC 104是具有用于与微控制器102接口连接的外部管脚128a和外部管脚128b和用于与功率级106接口连接的外部管脚130a和外部管脚130b的单独的半导体组件。类似地，微控制器102是具有用于与驱动器IC 104接口连接的外部管脚134a和外部管脚134b和用于与各种其他系统组件接口连接的外部管脚132a、外部管脚132b、外部管脚132c和外部管脚132d的单独的半导体组件。在这样的实施例中，微控制器102和驱动器IC 104可以被附接到相同的印刷电路板(PCB；未示出)。在另外的实施例中，功率级106还是单独的半导体组件，其可以被附接到相同的PCB或者被附接在汽车系统中的其他地方。在其中螺线管109致动内燃机中的不同的机械组件(例如燃料喷射器或发动机阀)的实施例中，螺线管109被布置在具体组件的位置处并且未被附接到相同的PCB。

[0035] 在各种实施例中，螺线管109可以包括用于汽车系统的任何数量的螺线管或其他致动器。例如，螺线管109可以包括内燃机的每个汽缸中的燃料喷射器的致动器、用于内燃机的每个汽缸中的发动机阀的致动器、用于被附接到燃料线路的高压泵的致动器、用于自动传输中的离合器的致动器或用于其他组件的致动器。在这样的实施例中，功率级106可以包括许多功率开关以便驱动每个螺线管或螺线管109的其他致动器。在各种实施例中，驱动电路120和功率级106可以包括具有多个功率开关配置的各种功率拓扑结构。在下文中描述的图8图示了功率拓扑结构的一个示例。本领域技术人员将容易认识到本文中描述的实施例到各种其他开关拓扑结构的应用。

[0036] 根据如上文中所描述的各种实施例，驱动器IC 104基于从微控制器102接收到的控制信息CI来驱动功率级106。在这样的实施例中，微控制器102基于包括例如系统特性和性能规范、用户输入控制和传感器信息的多个参数来生成控制信息CI。在各种实施例中，控制信息CI包括用于螺线管109的电流分布。电流分布的生成被执行在微控制器102内的应用软件中。每个电流分布具体地取决于电流分布被使用在其中的系统。例如，在用于汽车系统中的内燃机的燃料喷射器的情况下，电流分布可以基于发动机输出功率、发动机结构和特性、燃料含量、进气温度、发动机输出气体成分、燃料喷射器特性以及其他参数来计算。用于电流喷射器和电子离合器的一些示例电流分布被呈现在于2014年1月9日提交的题为“Universal solenoid Driver”的美国专利申请No.14/151,484中，将其通过引用整体并入本文中。本领域技术人员将容易认识到电流分布的生成是本领域中已知的并且紧密地对应于具体应用。因此，为了简洁起见未包含额外的描述。

[0037] 根据各种实施例，驱动器IC 104接收任何类型的电流分布并且执行这样的电流分布的控制以便根据电流分布来驱动功率级106。在这样的实施例中，驱动器IC 104使用角度位置信号θ来使电流分布的执行同步。在特定实施例中，精确同步是使用位置确定电路116来实时地实施的，位置确定电路116对具有角度位置的机器的角度位置进行插值、校正和预测(例如通过外推)并且在机器的精确同步的角度位置处应用电流分布。

[0038] 在各种实施例中，电流分布被存储或多个电流分布被存储在存储器电路114中。在一些特定实施例中，存储器电路114是在启动时初始化的易失性存储器，例如SRAM。例如，在汽车系统中，存储器电路114可以在接通序列期间被初始化。初始化包括将一个电流分布或多个电流分布加载到存储器电路114中。存储器电路114还可以在操作期间被更新，例如在每个发动机循环期间被更新。另外，微控制器102生成包含于控制信息CI中的额外的实时信息。在具体实施例中，微控制器102分别在外部管脚132a和外部管脚132b处接收传感器测量信号SMS1和传感器测量信号SMS2，并且在外部管脚132d处接收用户控制UC。如上文中参考时间戳电路124所描述的，微控制器102还可以(基于时间戳和系统反馈信号FBST)从驱动器IC 104接收反馈和相应的时间戳信息。基于反馈信息、用户控制UC、传感器测量信号SMS1和传感器测量信号SMS2，微控制器102生成用于机械系统的具体计时的具体开关启用和持续时间信息。

[0039] 在各种实施例中，微控制器102还可以具有耦合到多个额外的传感器的多个额外的输入(未示出)和控制输入。例如，主节气门位置以及包括气温、气团、排气中的氧气浓度、等等的全局数据可以被测量并被提供到微控制器102。这些额外的输入还可以在确定用于机械系统的具体计时的开关启用和持续时间信息中被使用。本领域技术人员将容易认识到在各种实施例中由微控制器102使用的这些额外的信号和输入的存在和功能，但是为简洁起见将其从本文中的描述中排除。

[0040] 具体开关启用和持续时间信息被包含于控制信息CI中，控制信息IC被提供到驱动器IC 104。为了使驱动器IC 104中的具体开关启用和持续时间信息同步，具体开关启用和持续时间信息与相应的角度位置信息一起被提供到驱动器IC 104。基于具体开关启用和持续时间信息同步以及相应的角度位置信息，驱动器IC 104能够将具体开关启用和持续时间信息的应用与角度位置信号θ同步。

[0041] 在具体示例实施例中，螺线管驱动器系统101被包含于具有内燃机的汽车系统内。内燃机以包括发动机曲轴的两个转动的内燃循环操作。在这样的实施例中，微控制器102分别从曲轴传感器和凸轮轴传感器接收传感器测量信号SMS1和传感器测量信号SMS2，其向微控制器102提供与发动机曲轴的两个完整转动相对应的720°角度位置信息。另外，用户控制UC对应于由汽车操作员(例如人类或自主驾驶员)加速度计(例如油门)的致动。使用从0°到
720°的范围的发动机的角度位置和由汽车操作员提供的请求的扭矩连同例如来自驱动器IC 104的反馈信息，微控制器102计算用于由螺线管109控制的燃料喷射器的具体开关启用和持续时间信息。在这样的实施例中，微控制器102还基于传感器测量信号SMS1和传感器测量信号SMS2来提供角度位置信号θ。

[0042] 根据各种实施例，微控制器102还执行如上文中参考位置确定电路116所描述的对发动机的角度位置的插值。具体地，传感器测量信号SMS1、传感器测量信号SMS2和角度位置信号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装在曲轴上的并且由传感器SMS1(或由下文中参考图3描述的传感器218)检测到的惯性轮的机械设置。如上文中参考位置确定电路116类似地描述的，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。在特定实施例中，插值角度位置分量可以具有0.1°的分辨率。在这样的各种实施例中，驱动器IC 104和微控制器102两者执行对角度位置信号θ的插值并且使用经插值的角度位置来预测或外推角度位置以便在发动机的每两个转动内燃循环期间精确地将螺线管109的控制与发动机的角度位置同步。

[0043] 在各种实施例中，微控制器102可以被耦合到任何数量的传感器或控制输入。微控制器102还在外部管脚132c处接收振荡信号OSC。振荡信号OSC可以由例如振荡器晶体(未示出)提供。

[0044] 如上文中所描述的，双向高速SSCI电路112被耦合到外部管脚128b并且使用诸如HSSL协议的双向高速SSCI通信协议通过串行接口SI与微控制器102进行通信。在备选实施例中，双向高速SSCI电路112以及对应地微控制器102可以实施用于通过串行接口SI的通信的任何类型的总线协议，例如微秒总线(MSB)协议、串行外围接口(SPI)协议或其他总线协议。在一些具体实施例中，总线协议是能够实现大于1Mbit/s的例如在一些实施例中从1Mbit/s到25Mbit/秒的范围的数据速率的高速总线。其他实施例可以包括具有比25Mbit/s甚至更高的数据速率的总线协议。

[0045] 根据各种实施例，存储器电路114包括易失性存储器。在具体实施例中，存储器电路114包括SRAM电路查找表(LUT)。在其他实施例中，存储器电路114可以包括除了或代替易失性存储器的非易失性存储器。在各种实施例中，PLL电路126生成具有比时钟信号CLK高的频率的生成的时钟信号GCLK。例如，时钟信号CLK可以具有20MHz的频率并且生成的时钟信号GCLK可以具有120MHz的频率。

[0046] 图3图示了包括微控制器202、驱动器IC 204、功率级206、燃料喷射器208、曲轴210、凸轮轴212、晶体振荡器(XTAL)214、油门216、磁性位置传感器218和磁性位置传感器
220的实施例燃料喷射系统200的系统框图。为了改进图示，如所示出的，图3被分成两个图，图3A和图3B。根据各种实施例，燃料喷射系统200是如上文中所描述的致动系统100或螺线管驱动器系统101的具体实施方式的实施例。

[0047] 根据各种实施例，微控制器202从磁性位置传感器218接收曲轴角度位置信号CRANK，磁性位置传感器218被配置为测量曲轴210的角度位置。在一些实施例中，磁性位置传感器218包括如所示出的放大器。微控制器202还从磁性位置传感器220接收凸轮轴角度位置信号CAM，磁性位置传感器220被配置为测量凸轮轴212的角度位置。在一些实施例中，磁性位置传感器220包括如所示出的放大器。磁性位置传感器218和磁性位置传感器220在一些实施例中是霍尔传感器。

[0048] 在各种实施例中，曲轴210和凸轮轴212是内燃机(未示出)的部分。在这样的实施例中，内燃机以包括曲轴210的两个转动的内燃循环操作。对凸轮轴角度位置信号CAM的监测允许对曲轴210的两个转动循环中的特定转动的识别。因此，用于每个循环的曲轴210的角度位置在从0°到720°的范围，并且可以通过监测曲轴角度位置信号CRANK和凸轮轴角度位置信号CAM两者来确定。

[0049] 根据各种实施例，微控制器202从XTAL 214接收晶体振荡信号XOSC。具体晶体振荡器和振荡的频率可以包括许多类型的时钟信号发生器。

[0050] 在各种实施例中，油门216提供针对微控制器202的用户输入或用户控制。具体地，微控制器202接收由油门216生成的油门控制信号GPC。在这样的实施例中，用户(例如人类驾驶员)可以压或松油门216以便从内燃机请求更多或更少的扭矩。微控制器202接收油门控制信号GPC，其指示期望的扭矩的量。在各种备选实施例中，微控制器202可以接收其他类型的控制输入并且油门216是一个示例实施例。例如，在自主车辆的情况下，油门控制信号GPC可以由操作车辆的人工智能(AI)作为直接控制信号提供到微控制器202而不使用任何油门216。

[0051] 基于曲轴角度位置信号CRANK、凸轮轴角度位置信号CAM、晶体振荡信号XOSC以及油门控制信号GPC，微控制器202用于将控制信息提供到驱动器IC 204以便通过功率级206致动燃料喷射器208。在各种实施例中，微控制器202可以接收额外的控制输入并且将各种其他控制输出或测量提供到另外的系统组件(未示出)。

[0052] 根据各种实施例，微控制器202包括在下文中描述的多个子组件。主要地示出并描述了与用于燃料喷射器208的控制路径相关的组件，但是微控制器202可以包括任何数量的额外的功能和等效实施框。在各种实施例中，噪声滤波器222从磁性位置传感器218接收曲轴角度位置信号CRANK。在这样的实施例中，噪声滤波器222将噪声从曲轴角度位置信号CRANK移除。

[0053] 循环测量电路224接收曲轴角度位置信号CRANK的经滤波的版本并且测量经滤波的曲轴角度位置信号CRANK的循环。在循环测量之后，间隙检测电路226监测曲轴角度位置信号CRANK，检测指示曲轴210的完整转动的间隙。在这样的实施例中，曲轴210可以包括被分布在曲轴210周围的并且由磁性位置传感器218使用的物理齿以产生曲轴角度位置信号CRANK。物理齿可以被分布在曲轴210周围以便容纳60个齿，但是齿中的两个齿被移除以形成可以被检测到的间隙以便针对曲轴210的每个转动被检测到。间隙检测电路226检测该间隙并且识别曲轴210的每个转动。在各种实施例中，模360°电路228从间隙检测电路226接收曲轴角度位置信号CRANK和对间隙的识别。基于这些信号，模360°电路228生成为模360°的曲轴角度位置信号CRANK的版本，即该信号重复曲轴210的每个转动。

[0054] 根据各种实施例，噪声滤波器232从磁性位置传感器220接收凸轮轴角度位置信号CAM。在这样的实施例中，噪声滤波器232将噪声从凸轮轴角度位置信号CAM移除。循环测量电路234接收凸轮轴角度位置信号CAM的经滤波的版本并且测量经滤波的凸轮轴角度位置信号CAM的循环。一般地，曲轴210和凸轮轴212被机械地耦合在一起使得凸轮轴212针对曲轴210的每两个转动而转动一次。例如，曲轴210和凸轮轴212可以通过链被机械地耦合在一起。在各种实施例中，凸轮轴212包括单齿，该单齿每次转动被磁性位置传感器220检测一次。

[0055] 根据各种实施例，模(modulo)720°电路230接收为模360°的曲轴角度位置信号CRANK的版本和凸轮轴角度位置信号CAM的经滤波的和测量的版本。基于这些输入，模720°电路230生成为模720°的角度位置信号并且指示每两个转动循环内的曲轴210的位置。

[0056] 在各种实施例中，PLL电路236从XTAL 214接收晶体振荡信号XOSC并将内部时钟信号提供到预测电路242和应用软件240。在特定实施例中，应用软件240可以运行在微控制器202的内核上并且PLL电路236将内部时钟信号提供到内核并且提供到微控制器202内的所有其他组件。预测电路242从PLL电路236接收内部时钟信号并且从模720°电路230接收为模
720°的角度位置信号。基于这些信号，预测电路242具有用于曲轴210上的每个齿的角度位置模720°和时间循环。为了控制内燃机，燃料喷射系统200非常精确地控制燃料喷射器208的喷射的计时。在这样的实施例中，在预测电路242处可用的角度位置模720°可能不够精确以恰当地控制燃料喷射器208，因为加速和减速改变内燃机的角度位置和变化速率，从而导致被提供到预测电路242的角度位置模720°的准确性的降低。在这样的实施例中，预测电路
242与被供应有来自传感器接口电路238的输入的加速/减速一致性电路250进行通信，以便预测在角度位置模720°上的加速或减速的效果。预测电路242生成预测的角度位置模720°，其通过与加速/减速一致性电路250的通信维持在角度位置与对应于曲轴210上的每个齿的时间循环之间的一致性。预测的角度位置模720°被提供到微拍发生器电路244。

[0057] 在各种实施例中，被提供到微拍发生器电路244的预测的角度位置模720°还作为角度位置信号θ被提供到驱动器IC 204中的微拍发生器电路244。如上文中所描述的，曲轴210上的每个齿可以被分开6°，其导致在微拍发生器电路244处的具有6°的分辨率的角度位置信号θ。在各种实施例中，为了精确地控制燃料喷射器208，较高的分辨率的角度位置信号是必要的。在这样的实施例中，微拍发生器电路244(以及微拍发生器电路264)生成具有
0.5°或更好的分辨率的插值角度位置信号。在特定实施例中，由微拍发生器电路244生成的插值角度位置信号具有0.1°或更好的分辨率。为了生成具有高分辨率的插值角度位置信号，微拍发生器电路244与加速/减速校正电路252进行通信以校正内燃机的加速和加速。在各种实施例中，微拍发生器电路244可以被实施为数字PLL电路。

[0058] 根据各种实施例，具有高分辨率的经校正的和预测的插值角度位置信号被提供到事件预测电路246，事件预测电路246还从应用软件240接收喷射控制计时信息。使用来自应用软件240的喷射控制计时信息和来自微拍发生器电路244的经校正的和预测的插值角度位置信号，事件预测电路246和计时器248一起预测角度位置连同即将到来的燃料喷射事件并且将具体角度位置信息提供回到应用软件240或执行其他功能的额外的驱动器IC(未示出)。

[0059] 在各种实施例中，微控制器202中的HSSL接口电路256与驱动器IC 204中的HSSL接口电路258进行通信。在这样的实施例中，串行接口SI是HSSL，并且HSSL接口电路256通过串行接口SI与HSSL接口电路258进行通信。在各种实施例中，串行接口SI是另一类型的双向高速SSCI，并且HSSL接口电路256和HSSL接口电路258是用于特定接口总线的相应的接口电路。在备选实施例中，串行接口SI是另一类型的接口总线，例如MSB或SPI，并且HSSL接口电路256和HSSL接口电路258是用于特定接口总线的相应的接口电路。

[0060] 在各种实施例中，在Patrick Leteinturier和Joseph Benning的并且题为“Enhanced Engine Position Acquisition&Treatment”(Leteinturier和Benning)的SAE技术文章1999-01-0203中进一步详细地描述引用微控制器202对经校正的和预测的插值角度位置信号的生成，将其通过引用整体并入本文中。另外，对经校正的和预测的插值角度位置信号的生成在驱动器IC 204中由微拍发生器电路264、加速/减速校正电路268以及事件预测电路266重复。

[0061] 在各种实施例中，应用软件240从传感器接口电路238接收用户控制信息，传感器接口电路238从油门216接收油门控制信号GPC。应用软件240还从PLL电路236接收内部时钟信号，通过HSSL接口电路256从驱动器IC 204接收反馈信息，并且从采集和比较电路254接收比较信息。基于接收到的输入和反馈信息，应用软件240计算包括具有开始喷射时间和停止喷射时间的喷射控制计时的触发器包络，开始喷射时间和停止喷射时间两者都与内燃机的具体角度位置同步。另外，在一些实施例中，在初始化或启动阶段期间，应用软件240可以通过HSSL接口电路256提供要被存储在驱动器IC 204中的查找表(LUT)260中的一个电流分布或多个电流分布。例如，初始化或启动阶段可以是汽车系统中的接通启动。

[0062] 根据各种实施例，LUT 260存储用于控制燃料喷射器208的一个电流分布或多个电流分布。在各种实施例中，LUT 260可以包括用于存储在操作期间通过串行接口SI实时通信的电流分布和信息的易失性存储器(例如SRAM)。在备选实施例中，LUT 260可以包括除了或代替易失性存储器的非易失性存储器。LUT 260经由HSSL接口电路258通过串行接口SI进行通信并且由控制电路262控制。HSSL接口电路258还接收发送的时钟信号，其将发送的时钟信号供应到PLL电路280以便生成内部驱动器时钟信号。

[0063] 根据各种实施例，微拍发生器电路264(其接收内部驱动器时钟和角度位置信号θ)、加速/减速校正电路268以及事件预测电路266如在上文中参考微拍发生器电路244、加速/减速校正电路252以及事件预测电路246类似地描述的并且在Leteinturier和Benning中进一步详细描述的操作。在特定实施例中，事件预测246的确跨串行接口SI发送信息。具体地，事件预测电路246和事件预测电路266两者可以单独地生成精确的角度位置信息。事件预测电路266可以根据LUT260中的并且来自控制电路262的控制信息来精确地确定用于每个燃料喷射的计时和相应的角度位置。

[0064] 在各种实施例中，LUT 260和控制电路262经由串行接口SI和各自的HSSL接口电路(256和258)接收触发器包络(其包括具有开始喷射时间和停止喷射时间的喷射控制计时，开始喷射时间和停止喷射时间两者都与内燃机的具体角度位置重新同步)。事件预测电路266从LUT 260和控制电路262接收由应用软件240生成的触发器包络。基于触发器包络、所存储的电流分布以及经校正和预测的插值角度位置信号，事件预测电路266将开关控制信号供应到驱动器电路270。基于开关控制信号，驱动器电路270控制功率级206以致动燃料喷射器208以便精确地控制内燃机的汽缸中的燃料喷射。

[0065] 根据各种实施例，测量电路272从功率级206接收电压测量信号或电流测量信号MS。在这样的实施例中，测量电路272通过保护电路274将过压保护信号或过流保护信号提供到驱动器电路270，驱动器电路270在检测到的过压条件或过流条件的情况下禁用或限制驱动器电路270。另外，测量电路272和诊断电路276分别将电压测量信号或电流测量信号MS和诊断信息提供到时间戳电路278，时间戳电路278在通过串行接口SI将电压测量信号或电流测量信号MS和诊断信息提供回到微控制器202之前将相应的时间戳信息提供到电压测量信号或电流测量信号MS和诊断信息。

[0066] 应用软件240接收具有相应的时间戳的电压测量信号或电流测量信号MS和诊断信息作为控制反馈。在这样的实施例中，采集和比较电路254还接收电压测量信号或电流测量信号MS以便执行与期望值的比较。比较的结果也被提供到应用软件240作为比较反馈。基于接收到的比较和控制反馈，应用软件240可以修改用于即将到来的燃料喷射的触发器包络以便例如校正在触发器包络与由测量电路272测量的并且由采集和比较电路254分析的燃料喷射器208的检测到的实际打开和关闭之间的检测到的不匹配。

[0067] 图4图示了在操作中的实施例燃料喷射系统的波形图300-340。根据实施例，波形图300-340图示了参照微控制器202以及应用软件240和驱动器IC 204的操作的燃料喷射系统200的操作。在这样的实施例中，波形图300描绘了被提供到微拍发生器电路244和微拍发生器电路264的预测的角度位置模720°。波形图305描绘了从模360°电路228提供的角度位置模360°。波形图310描绘了例如在噪声滤波器222和循环测量电路224中的滤波之后的对应于用于曲轴210上的每个齿的信号的磁性位置传感器218的输出。波形图315描绘了由微拍发生器电路244和微拍发生器电路264两者生成的微拍信号。微拍信号指示内燃机的插值角度位置。

[0068] 根据各种实施例，应用软件240生成包括具有开始喷射时间和停止喷射时间的喷射控制计时的触发器包络，开始喷射时间和停止喷射时间两者都与内燃机的具体角度位置同步。触发器包络被提供到驱动器IC 204。使用该触发器包络，驱动器IC 204计算具有用于燃料喷射的停止时间和开始时间的局部触发信号。波形图320描绘了局部触发信号。在这样的实施例中，驱动器IC 204使用如在波形图325中描绘的电流分布以控制由功率级206供应到燃料喷射器208的电流。电流分布以在波形图320中描绘的局部触发信号的开始触发开始应用，并且以在波形图320中描绘的局部触发信号的结束触发结束。例如，开始触发是局部触发信号的上升沿并且结束触发是局部触发信号的下降沿。

[0069] 如所示出的，波形图325中描绘的电流分布可以在期望的电流应用的范围。在这样的实施例中，功率级206由驱动器电路270控制以便提供或紧密地近似由燃料喷射系统200使用的电流分布。为了提供期望的电流分布，驱动器电路270提供如波形图330中描绘的高电压侧(HS)喷射器驱动信号和如波形图335中描绘的低电压侧(LS)喷射器驱动信号。在各种实施例中，功率级206包括分别接收在波形图330和波形图335中描绘的HS喷射器驱动信号和LS喷射器驱动信号的高电压侧开关和低电压侧开关。

[0070] 在各种实施例中，波形图330和波形图335一方面包括由HS开关和LS开关的开关模式引起的电压信息并且另一方面包括燃料喷射器中的螺线管致动器的反馈。该后向EMF信号包含螺线管的活塞何时打开和关闭的信息，其指示通过燃料喷射器到内燃腔中的燃料流动的实际开始和实际结束。在这样的实施例中，后向EMF信号由测量电路272间接地测量。因为可以在波形图320中的控制信号与燃料喷射器中的螺线管的真实打开和真实关闭之间存在不可预测的延迟，所以可能发生在预测的燃料量与输送的燃料量之间的不匹配。在这样的实施例中，这些不匹配误差在下一喷射循环内被校正。来自测量电路272的用于确定不匹配误差的测量信息与已经在驱动器IC 204中本地重建(或确定)的在时间戳电路278处被提供具有时间戳并且被供应到微控制器202的波形图320的控制信号直接相关，其中在应用软件240中执行对用于下一循环的不匹配误差的校正的计算。

[0071] 根据这样的各种实施例，测量电路272和时间戳电路278生成经由串行接口SI被提供到微控制器202的反馈信息。例如，实际喷射开始和实际喷射结束的具体计时信息和相应的角度位置被提供作为反馈。如由波形图320和波形图325和330所示，在(波形图320中的)局部触发信号的启动与对应于在燃料喷射器208处的(波形图330中的)电流喷射的开始的(波形图325中的)HS喷射器驱动信号的接通之间存在延迟(例如德尔塔时间或德尔塔角度)。因此，波形图340描绘了具有电流喷射的实际开始和实际结束的计时和角度的反馈信息，其在具体实施例中对应于燃料喷射的实际开始和实际结束。

[0072] 如在上文中参考其他附图所描述的，具体电流分布取决于多种因素。另外，为了提供具体电流分布的开关信号取决于为了提供该电流分布的使用的功率级拓扑结构和组件。本领域技术人员将容易认识到用于实施针对具有角度位置信息的许多机械系统的各种电流分布和用于实施针对各种具体功率级拓扑结构的开关信号的必要的步骤和修改。根据各种实施例，使用角度位置信息来执行微控制器与针对具有角度位置信息的机械系统的驱动器IC的同步。这样的实施例可以利用驱动具有角度位置信息的机械系统的任何类型的电流分布来实施。

[0073] 图5图示了通过微控制器401和角度位置信号θ耦合到微控制器401的实施例驱动器集成电路(IC)400的示意图。根据各种实施例，驱动器IC 400可以是如在上文中参考其他附图描述的驱动器IC 104或驱动器IC 204的实施方式的实施例。在具体实施例中，串行接口SI被实施为包括总线时钟BCLK、发送线路tx_p和tx_n以及接收线路rx_p和rx_n的HSSL总线。微控制器401还可以向驱动器IC 400供应重置信号RST。在这样的实施例中，微控制器401和驱动器IC 400两者包括用于信号RST、总线时钟BCLK、发送线路tx_p和tx_n(两个管脚)、接收线路rx_p和rx_n(两个管脚)以及角度位置信号θ的HSSL总线。

[0074] 根据各种实施例，驱动器IC 400利用从微控制器401通过HSSL接口协议(IP)电路402、SRAM电路406、LUT定序器408以及调节器电路410到模拟前置驱动器电路412的主控制路径进行操作。驱动器IC 400还利用从模拟前置驱动器电路412通过包括计时控制电路
414、模数转换器(ADC)电路416、数字滤波器电路418、锁存电路426、时间戳和识别(ID)电路
422以及SRAM先进先出(FIFO)电路424的诊断元件到微控制器401的诊断返回路径进行操作。

[0075] 根据各种实施例，驱动器IC 400被耦合到例如用于多个螺线管的多个通道。在特定实施例中，驱动器IC 400生成用于驱动四个螺线管的四个并行通道的开关控制信号。在各种实施例中，主控制路径和诊断返回路径每个通道被执行一次。用于具有四个并行操作通道的驱动器IC，每个通道可以通过可编程开关矩阵411被映射到可选择的驱动器。在各种实施例中，驱动器IC 400可以使用多个并行操作通道来驱动多个开关功率级。在这样的实施例中，诸如调节器电路410、模拟前置驱动器电路412数字滤波器电路418、ADC电路416、计时控制电路414、时间戳和ID电路422和锁存电路426的元件可以包括多个实例，其中每个功率级和操作通道一个实例。例如，可以在各种实施方式中使用三个操作通道、四个操作通道或六个操作通道。

[0076] 在各种实施例中，可编程开关矩阵411是与模拟前置驱动器电路412分开的单元，并且被连接到模拟前置驱动器电路412的一个或多个实例，例如四个实例。类似地，调节器电路410的一个或多个实例可以通过可编程开关矩阵411被分配给到一个或多个模拟前置驱动器电路412的不同的操作通道。在这样的实施例中，该布置实现用于驱动不同的功率配置的更高的灵活性。

[0077] 在各种实施例中，HSSL IP电路402支持用于将诊断数据高速上传到微控制器401的第一流传输通道和用于将电流分布下载到定序器的查找表(LUT定序器408)中以用于控制调节器电路410的第二较低速通道。LUT定序器408可由微控制器401编程并且可以利用包括时间发生(时间戳)、调节器电路410的电流值和通道数量以及定义的事件的各种元件来编程。在这样的实施例中，LUT定序器408可以将这些元件存储在易失性查找表中。另外，LUT定序器408处理用于每个通道的这些元件以控制调节器电路410。

[0078] 根据各种实施例，调节器电路410是通过将包含于调节器电路410中的数字比较器的阈值thre_hi和thre_lo进行调谐来实施的2点滞后调节电路。针对每个通道，到调节器电路410的输入是针对各自的通道的功率开关的模拟电流反馈信号CFB_x的数字表示。调节器电路410的输出是控制每个各自的通道的相同的驱动开关的接通/断开状态的经脉宽调制(PWM)的控制信号。

[0079] 根据各种实施例，角度校正和预测(ACP)电路420基于角度位置信号θ例如通过对角度位置信号进行插值来计算高分辨率。如在上文中参考图3描述的，角度位置信号θ是直接来自曲轴的传感器的或来自微控制器401的相关的输入信号。由ACP电路420生成的高分辨率角度位置信号用于根据角度信息对整个系统的精确同步。在这样的实施例中，ACP电路420包括框内的高分辨率计时器单元。

[0080] 在各种实施例中，时钟管理单元(CMU)电路430包括系统重置和时钟功能。CMU电路430从PLL电路404接收例如具有160MHz的频率的较高频率的内部时钟信号并且从微控制器
401接收重置信号RST并且生成例如具有80MHz的频率的sys_clk。在具体实施例中，测试模式控制器(TMC)电路432启动测试并且由外部设备经由具有I/O端口TDI、TDO、TCK和TMS的JTAG接口编程。在另外的具体实施例中，电压监测单元(VMON)电路428监测用于驱动器IC 
400的供应电压(例如VCCP和电池电压VBAT)以及增高电压(例如增高电压BOOST)。

[0081] 根据各种实施例，模拟前置驱动器电路412提供用于功率级的驱动信号。在这样的实施例中，模拟前置驱动器电路412提供关于电池电压、增高电压或接地的信号。模拟前置驱动器电路412的输出端子(外部管脚)被直接连接到功率级的外部功率开关。具体地，外部管脚D_HSx、G_HSx和B_HSx被耦合到用于每个各自的通道的HS功率开关，并且外部管脚D_LSx和G_LSx被耦合到用于每个各自的通道的LS功率开关LS。在各种实施例中，通过功率开关的电流可以通过检测低阻抗串联分流电阻器上的电压降来测量。测量由模拟前置驱动器电路412通过外部管脚VsenseP_x和VsenseN_x来执行。

[0082] 根据各种实施例，诊断元件包括计时控制电路414、模数转换器(ADC)电路416、数字滤波器电路418、锁存电路426、时间戳和ID电路422以及SRAM先进先出(FIFO)电路424。在这样的实施例中，来自模拟前置驱动器电路412的电压和电流由ADC电路416转换成数字值。经转换的数字值可以由信号路径中的数字滤波器电路418滤波。在一些实施例中，原数据以及还有经滤波的数据被发送到微控制器401。用于诊断的数据采集可以在循环性测量间隔期间被启用。在具体实施例中，数据采集的计时可由微控制器401编程并且与由ACP电路420提供的高分辨率角度位置同步。在各种实施例中，来自测量框的数字样本与在时间戳和ID电路422处的时间戳和通道ID进行组合。在这样的实施例中，数字样本在传输之后由SRAM FIFO电路424和HSSL IP电路402将参考信息保持到微控制器401中的存储器中。

[0083] 在各种实施例中，耦合到驱动器IC 400的通道的数量和相应的功率开关可以变化。例如，驱动器IC可以被耦合到1、2、3或4个单独的开关功率级。在各种实施例中，图5中描绘的以字符‘x’结束的驱动器IC 400的信号将针对每个通道被重复。因此，针对驱动四个通道的驱动器IC 400，信号将包括四个实例‘1’、‘2’、‘3’和‘4’，针对每个通道一个。

[0084] 图6图示了包括用于燃料喷射器504的控制器系统502的实施例内燃机500的功能示意图。各种元件出于图示的目的被包含于图6中，但是为简洁起见未进行描述。根据各种实施例，如在上文中参考其他附图所描述的，控制器系统502包括用于控制燃料喷射器504的微控制器、驱动器IC以及功率级。控制器系统502确定用于内燃机500的燃料喷射并且因此致动燃料喷射器504。

[0085] 在各种实施例中，曲轴传感器506感测曲轴508的角度位置并且可以将角度位置提供到控制器系统502。类似地，凸轮轴参考510基于输出阀512(或进气阀514)的打开和关闭来检测凸轮轴处于两个转动(720°)循环中的哪个循环。当允许燃料和空气进入到内燃腔中在活塞518之上时，火花塞516启动驱动活塞518的爆炸并继续使曲轴508转动。

[0086] 在这样的实施例中，燃料泵522将来自燃料罐520的燃料提供到燃料喷射器504。在一些实施例中，高压泵524在操作期间维持到燃料喷射器504的稳定的压力燃料供应。

[0087] 根据各种实施例，控制器系统502将与活塞518的位置和曲轴508的角度位置同步的控制信号提供到燃料喷射器504。在其他实施例中，控制器系统502可以控制许多其他致动器与活塞518的位置和曲轴508的角度位置的同步。例如，控制器系统502可以控制输出阀512、进气阀514或高压泵524。在另外的其他实施例中，控制器系统502可以用于在与活塞
518的位置和曲轴508的角度位置同步的传输中控制离合器。

[0088] 图7图示了操作实施例控制器系统的方法600的框图。根据各种实施例，方法600包括步骤605、610、615和620。在各种实施例中，步骤605包括在驱动器IC处通过串行接口接收控制方案。控制方案可以包括诸如触发器包络的控制信息和电流分布两者。在特定实施例中，在初始化阶段期间单独地接收电流分布并且在操作期间实时地接收触发器包络。在步骤605之后，步骤610包括在驱动器IC处接收角度位置信号。在各种实施例中，角度位置信号可以在从0°到720°的范围并且对应于机械系统的角度位置，机械系统例如为内燃机。

[0089] 根据各种实施例，步骤615包括将驱动信号与角度位置信号同步。在这样的实施例中，驱动信号是基于控制方案的。在具体实施例中，基于触发器包络、电流分布和插值角度位置信号来生成驱动器信号。在步骤615之后，步骤620包括从驱动器IC使用驱动信号来驱动功率开关。功率开关可以是单个功率开关或多个功率开关。在一些实施例中，功率开关被耦合以将致动电流供应到机械系统中的螺线管致动器。例如，功率开关供应内燃机系统中的阀的燃料喷射器、泵。在其他实施例中，许多额外的步骤可以被包含于方法600中并且方法600的步骤可以在备选实施例中被重新安排。

[0090] 图8图示了包括模拟驱动器前端702、高压侧开关HSA、高压侧开关HSB、低压侧开关LSA和低压侧开关LSB的示例功率级拓扑结构700的示意图。根据各种实施例，模拟驱动器前端70包括示例性元件，例如HS前置驱动器1、2、3、4、5和6、LS前置驱动器1、2、3、4、5和6、电流监控电路1、2、3和4以及VDS监控电路。模拟驱动器前端702可以对应于上文中分别参考图2、图3和图5描述的驱动电路120、驱动器电路270或前置驱动器电路412。如所示出的，可以包括多个实例和相应的开关。功率级拓扑结构700示出了由HS/LS前置驱动器1和HS/LS前置驱动器2驱动的两个开关集合，其中例如每个开关集合可以被耦合到用于内燃机的不同的汽缸的燃料喷射器。类似地，HS/LS前置驱动器3和HS/LS前置驱动器4可以被耦合到用于两个额外的汽缸的每个额外的燃料喷射器的各自的开关集合(未示出)。因此，在一个示例中，具有四个燃料喷射器的四个汽缸每个包括由HS前置驱动器1、2、3和4和LS前置驱动器1、2、3和4驱动的相应的开关集合(具有高电压侧开关和低电压侧开关)。在示出的具体示例中，电流监控电路1被耦合到分流电阻器RSHUNT以便测量流过高电压侧开关HSA、高电压侧开关HSB、低电压侧开关LSA和低电压侧开关LSB的电流。

[0091] HS/LS前置驱动器5和HS/LS前置驱动器6可以被耦合到汽车系统中的其他组件，例如阀。类似地，电流监控电路2、3和4可以被耦合到由模拟驱动器前端702驱动的其他开关集合或其他组件。在各种实施例中，电流监控电路2、3和4对应于上文中分别参考图2和图3描述的测量电路122或测量电路272。

[0092] 高电压侧开关HSA和低电压侧开关LSA被耦合到感应元件LA的顶部端子和底部端子。在各种实施例中，感应元件LA是致动器，例如用于直接喷射系统的燃料喷射器。高电压侧开关HSA还被耦合到增高电压VBOOST，并且低电压侧开关LSA还被耦合到分流电阻器RSHUNT。高电压侧开关HSB和低电压侧开关LSB被耦合到感应元件LB的顶部端子和底部端子。在各种实施例中，感应元件LB是致动器，例如用于直接喷射系统的燃料喷射器。高电压侧开关HSB还被耦合到电池电压VBAT，并且低电压侧开关LSB还被耦合到分流电阻器RSHUNT。功率级拓扑结构700还包括被耦合到高电压侧开关HSA的栅极端子的电容器CA、被耦合到高电压侧开关HSB的栅极端子的电容器CB以及二极管D1、D2、D3和D4。

[0093] 功率级拓扑结构700图示了一种类型的示例性功率级拓扑结构。根据各种实施例，如将由本领域技术人员容易认识到的，如本文中所描述的实施例驱动器IC可以被耦合到任何类型的开关拓扑结构。

[0094] 根据实施例，一种被配置为驱动功率开关的控制器系统包括驱动器集成电路(IC)，其包括接口电路、同步电路和驱动器电路。接口电路被配置为通过串行接口接收控制方案。同步电路被耦合到接口电路并且被配置为接收角度位置信号并将驱动信号与角度位置信号同步，其中驱动信号是基于控制方案的。驱动器电路被耦合到同步电路并且被配置为使用驱动信号来驱动功率开关。其他实施例包括相应的系统和装置，每个被配置为执行各种实施例方法。

[0095] 在各种实施例中，控制器系统还包括耦合到驱动器IC的微控制器。微控制器被配置为通过串行接口将控制方案提供到驱动器IC并且将角度位置信号提供到驱动器IC。在一些实施例中，微控制器还被配置为接收初始角度位置信号，基于初始角度位置信号来生成角度位置信号，将角度位置信号提供到驱动器IC，并且基于角度位置信号来生成插值角度位置信号。插值角度位置信号具有比角度位置信号高的分辨率。

[0096] 在一些另外的实施例中，微控制器还被配置为基于插值角度位置信号和控制输入来生成预测角度位置信号。在另外的实施例中，同步电路包括位置确定电路，位置确定电路被耦合到接口电路并且被配置为还基于角度位置信号来生成插值角度位置信号，其中插值角度位置信号具有比角度位置信号高的分辨率。在这样的实施例中，位置确定电路还可以被配置为基于插值角度位置信号和控制输入来生成预测角度位置信号。

[0097] 在各种实施例中，角度位置信号包括转动机器的角度位置信息。在这样的实施例中，转动机器可以以循环进行操作，每个循环包括720度转动。在一些实施例中，转动机器包括内燃机并且功率开关将电流供应到用于内燃机的燃料喷射器中的螺线管。

[0098] 在各种实施例中，驱动器IC还包括测量电路，其被配置为接收来自功率开关的测量信号并生成反馈信号。在这样的实施例中，驱动器IC还可以包括被耦合到测量电路并且被耦合到集成电路的时间戳电路，其中时间戳电路被配置为将反馈信号和相应的时间戳提供到接口电路。在一些实施例中，同步电路包括位置确定电路，位置确定电路被耦合到接口电路并且被配置为基于角度位置信号来生成插值角度位置信号，其中插值角度位置信号具有比角度位置信号高的分辨率。

[0099] 在各种实施例中，接口电路被配置为使用双向高速同步串行通信接口协议来操作。在这样的实施例中，接口电路可以包括被配置用于通过驱动器IC的六个外部管脚进行串行通信的高速串行链路(HSSL)接口电路。在一些实施例中，驱动器IC还包括被耦合到接口电路的锁相环(PLL)电路。在另外的实施例中，驱动器IC还包括存储器电路，存储器电路包括易失性存储器电路。在其他实施例中，存储器电路可以包括代替或除了易失性存储器电路的非易失性查找表存储器。

[0100] 根据实施例，一种操作控制器系统的方法包括在驱动器IC处通过串行接口接收控制方案，在驱动器IC处接收角度位置信号，将驱动信号与角度位置信号同步，并且使用驱动信号来驱动来自驱动器IC的功率开关。驱动信号是基于控制方案的。其他实施例包括相应的系统和装置，每个被配置为执行各种实施例方法。

[0101] 在各种实施例中，该方法还包括由微控制器通过串行接口将控制方案提供到驱动器IC并且将角度位置信号从微控制器提供到驱动器IC。在这样的实施例中，该方法还可以包括在微控制器处接收初始角度位置信号，在微控制器中基于初始角度位置信号来生成角度位置信号，将角度位置信号从微控制器提供到驱动器IC，并且在微控制器中基于角度位置信号来生成插值角度位置信号。在这样的实施例中，插值角度位置信号具有比角度位置信号高的分辨率。

[0102] 在另外的实施例中，该方法还包括在微控制器中基于插值角度位置信号并且基于控制输入来生成预测角度位置信号。在其他实施例中，将驱动信号与角度位置信号同步包括在驱动器IC中基于角度位置信号来生成插值角度位置信号，并且将驱动信号与插值角度位置信号同步。在这样的实施例中，该方法还可以包括在驱动器IC中基于插值角度位置信号并且基于控制输入来生成预测角度位置信号。

[0103] 在各种实施例中，该方法还包括接收来自功率开关的测量信号，基于测量信号来生成反馈信号，并且将反馈信号提供到微控制器。在这样的实施例中，该方法还可以包括针对反馈信号生成对应的时间戳信号并且将反馈信号和对应的时间戳信号提供到微控制器。在一些实施例中，角度位置信号是从转动机器接收的，转动机器以循环进行操作，每个循环包括720度转动。

[0104] 根据实施例，控制器系统被配置为驱动具有角度位置信息的机械系统中的功率开关。控制器系统包括微控制器电路和驱动器IC。微控制器电路包括第一角度位置输入管脚、角度位置输出管脚、控制输入管脚以及第一多个串行接口管脚。另外，微控制器电路被配置为基于在第一角度位置输入管脚处接收到的角度位置信息来生成插值角度位置信号，通过角度位置输出管脚提供角度位置信号，并且通过第一多个串行接口管脚提供用于功率开关的控制方案。角度位置信号是基于在第一角度位置输入管脚处接收到的角度位置信息的并且具有比插值角度位置信号低的分辨率。驱动器IC包括被耦合到角度位置输出管脚的第二角度位置输入管脚、被耦合到第一多个串行接口管脚的第二多个串行接口管脚以及被配置为被耦合到功率开关的驱动管脚。另外，驱动器IC被配置为基于在第二角度位置输入管脚处接收到的信息来生成插值角度位置信号，在第二角度位置输入管脚处接收控制方案，基于控制方案和插值角度位置信号来生成开关控制信号，并且在驱动管脚处基于开关控制信号来将驱动信号提供到功率开关。其他实施例包括相应的系统和装置，每个被配置为执行各种实施例方法。

[0105] 在各种实施例中，微控制器电路还被配置为基于插值角度位置信号和从控制输入管脚接收到的控制输入来生成预测角度位置信号。在这样的实施例中，驱动器IC还被配置为基于插值角度位置信号以及在第二多个串行接口管脚处接收到的另外的控制信息来生成预测角度位置信号。

[0106] 在各种实施例中，驱动器IC还被配置为通过第二多个串行接口管脚提供反馈信号和时间戳。在这样的实施例中，反馈信号和时间戳可以是基于功率开关的状况的。在一些实施例中，机械系统包括转动发动机。在各种这样的实施例中，转动发动机可以以循环进行操作，每个循环包括720度转动。在这样的实施例中，功率开关可以在转动发动机的每个循环期间驱动螺线管致动器。在另外的实施例中，角度位置信息包括来自转动发动机中的曲轴位置传感器的第一感测角度信号和来自转动发动机中的曲轴位置传感器的第二感测角度信号。

[0107] 根据实施例，驱动器IC被配置为驱动具有角度位置信息的机械系统中的功率开关。驱动器IC包括被耦合到驱动器IC的角度位置输入的位置确定电路、被耦合到驱动器IC的多个串行接口输入的接口电路、被耦合到接口电路和位置确定电路的控制器电路、被耦合到控制电路的驱动器电路以及被耦合到控制器电路并且被配置为被耦合到功率开关的时间戳电路。位置确定电路被配置为基于从角度位置输入接收到的角度位置信号来生成插值角度位置信号，其中插值角度位置信号具有比角度位置信号高的分辨率。控制电路被配置为生成开关控制信号。驱动器电路被配置为基于开关控制信号来驱动功率开关。时间戳电路被配置为将反馈测量和对应的时间戳提供到控制电路。其他实施例包括相应的系统和装置，每个被配置为执行各种实施例方法。

[0108] 在各种实施例中，位置确定电路还被配置为基于插值角度位置信号和控制输入来生成预测角度位置信号。在一些实施例中，时间戳电路包括测量和诊断电路，其被配置为生成包括来自功率开关的测量信息和诊断信息的反馈测量并生成相应的时间戳。

[0109] 在各种实施例中，驱动器IC还包括存储器电路，存储器电路包括易失性SRAM。在一些实施例中，存储器电路还可以包括非易失性查找表。在一些实施例中，角度位置输入被耦合到驱动器IC的一个外部管脚，并且驱动器IC的多个串行接口输入被耦合到驱动器IC的六个外部管脚。在另外的实施例中，角度位置信号具有6度的分辨率并且插值角度位置信号具有0.5度或更精细的分辨率。

[0110] 一些实施例的优点可以包括基于在含有具有角度位置信息的组件的机械系统中的微控制器与驱动器IC之间的角度位置的精确同步控制。一些实施例可以具有减小的延时、驱动器IC的更精确的控制或在微控制器与驱动器IC之间的减少的外部管脚连接的优点。一些实施例的特定优点可以提供燃料喷射器的精确控制，从而使得能够更好地燃烧并且得到来自燃烧过程的更低的发射。具体优点还可以包括在微控制器与驱动器IC之间的减少的管脚数量，其允许每个组件的成本降低。

[0111] 尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述不旨在在限制的意义上被解释。本领域技术人员在参考说明书之后将显而易见对说明性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合。因此旨在将权利要求涵盖任何这样的修改或实施例。