跨電壓域通信的方法與流程

2023-06-04 06:01:01

背景技術：

本文所述實施方案涉及集成電路領域，並且更具體地涉及用於在集成電路之間通信的通信電路。

相關領域的描述

計算系統可包括一個或多個片上系統(soc)，該一個或多個片上系統可將諸如應用執行、圖形處理和音頻處理等多個不同功能集成到單個集成電路上。利用單個集成電路中所包括的多個功能，移動計算系統(諸如平板電腦)中的晶片數量可保持很低，這就例如可降低裝配成本並減小用於此類移動計算系統的形狀因數。

各種計算系統可包括多個電壓域，即由不同電源供電的不同電路，這些電源可具有不同電源電壓電平和/或不同共模電壓電平(通常被稱之為「地參考」、「電壓地端」或簡稱為「地」)。在一些系統中，為了從一個電壓域中的soc或其他類型的集成電路(ic)傳送到另一電壓域中的ic，通信信號必須通過電平位移器，即設計用於將來自第一電壓域的信號轉換成其他電壓域中的等效信號的電路。在各種實施方案中，電平位移器的一些缺點在於消耗附加電力，佔用電路板或ic上的空間以及增加被電平移位的信號的延時。

技術實現要素：

本發明公開了通信電路的各種實施方案。廣義地講，本公開設想了一種系統、一種裝置和一種方法，其中該系統可包括多個單元，其中多個單元中的每個單元具有相應的共模電壓端子、相應的通信上部端子和相應的通信下部端子。多個單元中的第一單元可被配置為在第一單元的相應的通信上部端子上生成第一多個電流，其中所述第一多個電流中的每個電流對應於第一多個位中的相應位。多個單元中的第二單元可被配置為在第二單元的相應的通信下部端子上接收第一多個電流並且在接收第一多個電流期間保持第二單元的相應的通信下部端子處的電壓電平。電壓電平可等於第二單元的相應共模電壓端子的共模電壓。

在另一個實施方案中，第一單元的相應供電電壓端子可耦合到第一電源的正極端子，並且第二單元的相應的共模電壓端子可耦合到第一電源的負極端子。在另一個實施方案中，第二單元可被進一步配置為在第二單元的相應的通信下部端子上生成第二多個電流，其中第二多個電流中的每個電流對應於第二多個位中的相應位。

在一個實施方案中，第一單元可被進一步配置為在第一單元的相應的通信上部端子上接收第二多個電流並且在接收第二多個電流期間保持第一單元的相應的通信上部端子的相應電壓電平。相應電壓電平可等於第一單元的相應供電電壓端子的供電電壓電平。

在另一個實施方案中，第二單元的相應的通信上部端子耦合到多個單元中的第三單元的相應的通信下部端子。第三單元可被配置為在第三單元的相應的通信下部端子上接收第一多個電流並且在接收第一多個電流期間保持第三單元的相應的通信下部端子的相應電壓電平。相應的通信下部端子的相應電壓電平可等於第三單元的相應共模電壓端子的共模電壓。

在另一個實施方案中，第一多個位可包括針對第二單元的至少一個命令。在另一個實施方案中，第一多個位中的每個位可對應於時鐘信號的相應邏輯狀態。

附圖說明

下面的具體實施方式將參照附圖進行描述，現在對附圖進行簡要說明。

圖1示出了具有單個電池單元的電池管理系統的實施方案。

圖2示出了電池管理電路的框圖的實施方案。

圖3示出了具有多個電池單元的電池管理系統的實施方案。

圖4示出了用於通信電路的實施方案的時鐘電路。

圖5示出了用於通信電路的實施方案的數據收發器電路。

圖6示出了用於跨電壓域傳輸命令的方法的實施方案的流程圖。

圖7示出了用於跨電壓域傳輸對命令的響應的方法的實施方案的流程圖。

儘管本公開容易作出各種修改形式和替代形式，但附圖中以舉例的方式示出並將在本文中詳細描述其具體實施方案。然而，應當理解，附圖及具體實施方式並非旨在將本公開限制於例示的特定形式，而正相反，其目的在於覆蓋落在由所附權利要求書限定的本公開的實質和範圍內的所有修改形式、等同形式和替代形式。本文所使用的標題僅用於組織的目的，並非意在用於限制說明書的範圍。如在整個專利申請中所使用的那樣，以允許的意義(即，意味著具有可能性)而不是強制的意義(即，意味著必須)來使用字詞「可能」。類似地，字詞「包括」和「包含」意味著包括但不限於。

各種單元、電路或其他部件可被描述為「被配置為」執行一項或多項任務。在此類上下文中，「被配置為」是一般表示「具有」在操作期間執行一個或多個任務的「電路」的結構的寬泛表述。因此，單元/電路/部件可被配置為即使在單元/電路/部件當前未接通時也執行所述任務。通常，形成與「被配置為」對應的結構的電路可包括硬體電路。類似地，為了描述中方便，可將各種單元/電路/部件描述為執行一項或多項任務。此類描述應當被解釋成包括短語「被配置為」。表述被配置為執行一項或多項任務的單元/電路/部件明確地旨在對該單元/電路/部件不援引對35u.s.c.§112第f段的解釋。更一般地，對任何元件的表述都明確旨在不調用35u.s.c.§112第f段針對該元件的解釋，除非特別表述了「用於……的裝置」或「用於……的步驟」的語言。

具體實施方式

可攜式設備可利用一個或多個電池單元來向該設備的電路提供電力。每個電池單元包括能夠向一個或多個電路提供電壓和電流的正端子和負端子。在一些設備中，電池管理電路可用於監測和管理電池單元的性能。一些此類設備可使用單個管理電路來管理電池單元，而其他設備可針對每個電池單元使用一個管理電路。在使用多個電池管理電路的情況下，每個電路可僅從其正在監測的電池單元接收電力。向每個電池單元提供專用管理電路可提供優勢，諸如允許電路鄰近單元的封裝或甚至在單元的封裝內放置。然而，專用管理電路可使管理電路之間的通信成為問題，這是因為在任何給定時間電池單元可具有不同電壓電平。此外，串聯布置的電池單元將導致每個耦合的管理電路具有與其他管理電路不同的共模電壓電平。此類問題可能需要在兩個電池管理電路之間針對電平位移信號的附加電路。

本文公開了一種通信電路，其可使得信號在無需附加電路進行中間電平位移的情況下在兩個或更多個管理電路之間行進，從而允許每個管理電路在其相應電壓域內處理信號。本發明所公開的通信電路可提供一種用於啟用在多個電壓域中電路之間的雙向通信的方法。

需注意，儘管本文使用電池管理電路來例示本文公開的概念，但這些概念也可適用於其他類型的電路。例如，這些概念可適用於諸如處理器和存儲器、傳感器和控制單元、輸入設備和計算系統等的電路，或需要通信信道的任何兩個或更多個電路。

本公開中使用參考ic設計通用的許多術語。為了清晰起見，除非另行指出，這些術語中的一些術語的預期定義如下。

金屬氧化物半導體場效應電晶體(mosfet)描述了一種可用於現代數字邏輯設計的電晶體。mosfet被設計為兩個基本類型的n溝道和p溝道之一。當大於電晶體閾值電壓的正電壓施加於柵極和源極之間時，n溝道mosfet在源極和漏極之間打開導電路徑。當大於電晶體閾值電壓的電壓施加於漏極和柵極之間時，p溝道mosfet打開導電路徑。

互補mosfet(cmos)描述了一種利用n溝道和p溝道mosfet混合設計而成的電路。在cmos設計中，n溝道和p溝道mosfet可被布置成使得mosfet柵極上的高電平將n溝道晶體接通，即打開導電路徑，並使p溝道mosfet關斷，即關閉導電路徑。相反地，mosfet柵極上的低電平使p溝道接通並使n溝道關斷。儘管在本文所述示例中使用cmos邏輯部件，但需注意，任何適當邏輯過程可用於本文所述實施方案中描述的電路。

需注意，「邏輯1」、「高」、「高狀態」或「高電平」涉及大到足以接通n溝道mosfet並關斷p溝道mosfet的電壓，而「邏輯0」、「低」、「低狀態」或「低電平」涉及小到足以關斷n溝道mosfet並接通p溝道mosfet的電壓。在其它實施方案中，不同技術可帶來「低」和「高」的不同電壓電平。

還需注意，如本文所用，術語「共模電壓」涉及施加於接地節點或給定電路的端子的電壓。「共模電壓」也可稱為「接地參考」、「電壓地」或相對於給定電路簡稱為「地」。具有不同共模電壓的兩個電路可包括另外的電路，諸如電平位移電路，以便共享典型電壓驅動信號。

在本文舉例說明和描述的實施方案中，可採用cmos電路。然而，在各種其他實施方案中，可採用其他適當技術。

圖1中示出包括電池和電池管理電路的系統的框圖。系統100包括電池(batt)101、電池管理電路(bmc)102、傳感器元件(sense)103和負載105。系統100可對應於諸如膝上型計算機、智慧型電話、平板電腦或可穿戴設備等可攜式計算系統的一部分。

電池101可為單個電池單元或耦合在一起以產生單個輸出電壓的多個電池單元。在各種實施方案中，電池101可為可再充電的或一次性的。在本實施方案中，電池101向負載105和bmc102提供電力。

bmc102通過測量並跟蹤由電池101向負載105所供給的電流來管理電池101的性能。如果電池101為可再充電的，則bmc也可測量並跟蹤充電電流到電池101中。bmc101可保持關於電池101的可操作或統計信息，諸如使用/剩餘電量、供給的平均電流、供給的峰值電流、電池101已經歷的充電循環數量，以及當前充電循環所經過時間。bmc102可通信耦接至系統100中的處理器(未示出)以接收來自處理器的命令並向處理器提供保持的電池信息。

bmc102利用傳感器元件103來測量電流。傳感器元件103可為電阻器、電感器或能夠感測在供電線路中從電池101流到負載105的電流的方向和大小的其他元件或電路。bmc102可測量傳感器元件103任一側上的電壓並將電壓測量值轉換為電流的對應大小和方向。

bmc102還使fet104接通和關斷。fet104可用作電源開關以允許電流從電池101傳送到負載105或禁用負載105中所包括的電路。在可再充電系統中，bmc102還可使fet104接通以允許電池101再充電。來自電池101的電流可流過傳感器元件103，無論fet104是否接通，以便從電池101供電或對電池101進行充電。儘管將fet104舉例說明並描述為場效應電晶體，但在其他實施方案中，fet104可被實現為雙極結型電晶體(bjt)、結型柵極場效應管電晶體(jfet)或任何其他適當類型的電晶體。在一些實施方案中，fet104可對應於多個電晶體。

負載105表示從電池101接收電力的任何一個或多個電路。在各種實施方案中，負載105可為單個ic、整個可攜式計算設備或計算設備的一部分。在電池105可再充電的實施方案中，負載105包括用於將再充電電流中繼至電池101的電路。

需注意，圖1的系統100僅僅為示例。其他實施方案可包括更多部件。例如，bmc102可測量多於一個傳感器元件，以便監測從電池101到多個負載的多個電源線路。

移向圖2，其示出了電池管理電路(bmc)的實施方案的框圖。在例示的實施方案中，bmc200包括處理器201，其耦接至存儲塊202、電池管理單元204、通信塊205、時鐘管理單元206，所有這些部件通過總線210耦接。另外，時鐘發生器207可耦接至時鐘管理單元206並將一個或多個時鐘信號212提供至bmc200中的功能塊。在一些實施方案中，bmc200對應於圖1中的bmc102。

在各種實施方案中，處理器201可表示執行計算操作的通用處理器。例如，處理器201可為諸如嵌入式處理器的中央處理單元(cpu)、微控制器、專用集成電路(asic)或現場可編程門陣列(fpga)。在一些實施方案中，處理器201可包括多個cpu內核並且可包括一個或多個寄存器文件和存儲器。

在各種實施方案中，處理器201可實現任何適當指令集架構(isa)，諸如armcortex、powerpctm、x86isa或它們的組合。處理器201可包括允許處理器201經由總線210向其他功能塊(例如存儲塊202)傳送的一個或多個總線收發器單元。

存儲塊202可包括任何適當類型的存儲器，諸如動態隨機存取存儲器(dram)、靜態隨機存取存儲器(sram)、只讀存儲器(rom)、電可擦可編程只讀存儲器(eeprom)、快閃記憶體存儲器、鐵電隨機存取存儲器(feram)、電阻式隨機存取存儲器(rram或reram)或磁阻式隨機存取存儲器(mram)。一些實施方案可包括單個存儲器，諸如存儲塊202，並且其他實施方案可包括多於兩個存儲塊(未示出)。在各種實施方案中，存儲塊202可被配置為存儲可由處理器201執行的程序指令，存儲待處理的數據諸如圖形數據，或它們的組合。

電池管理單元204包括用於管理耦接至bmc200的電池的性能的電路。電池管理單元204可包括用於測量傳感器(例如圖1中的傳感器元件103)的電壓電平的一個或多個模數轉換器(adc)。電池管理單元204可包括用於測量溫度、測量電荷/庫侖，並控制耦合電池充電的附加電路。

通信塊205包括用於與其他ic通信的電路。通信塊可包括用於支持多個通信協議的電路，例如內部集成電路(i2c)、通用異步接收器/發送器(uart)和串行外圍接口(spi)。此外，通信塊205包括對允許信號跨兩個或更多個電壓域被傳輸和接收的通信協議的支持。附加協議可提供兩個或更多個bmc之間的通信支持，每個bmc耦合至獨立電池並由獨立電池進行供電。下文將進一步詳細解釋附加通信協議。

時鐘管理單元206可被配置為啟用、配置並監測一個或多個時鐘源的輸出。在各種實施方案中，時鐘源可位於時鐘發生器207、通信塊205中，位於時鐘管理單元206內，位於bmc200內的其他塊中，或來自通過一個或多個輸入/輸出(i/o)引腳耦合的外部信號。在一些實施方案中，時鐘管理206在其分布在整個bmc200之前能夠配置所選時鐘源。時鐘管理單元206可包括用於使內部時鐘源同步於外部時鐘信號的電路。

時鐘發生器207可為bmc200內的獨立模塊或者可為時鐘管理單元206的子模塊。一個或多個時鐘源可包括在時鐘發生器207中。在一些實施方案中，時鐘發生器207可包括pll、fll、dll、內部振蕩器、用於外部晶體的振蕩器電路等。一個或多個時鐘信號輸出212可向bmc200的各種功能塊提供時鐘信號。

系統總線210可被配置作為一個或多個總線，以將處理器201耦接至bmc200內的其他功能塊，例如存儲塊202和i/o塊203。在一些實施方案中，系統總線210可包括耦接至一個或多個功能塊的接口，這些接口使得特定功能塊通過總線進行通信。在一些實施方案中，系統總線210可允許功能塊之間的數據移動和交易(即，請求和響應)，而無需處理器201的幹預。例如，通過i/o塊203接收的數據可直接存儲到存儲塊202。

需注意，圖2所示的mbc僅僅為示例。在其它實施方案中，根據旨在用於bmc的特定應用，不同功能塊和功能塊的不同配置是可能的。

轉到圖3，其示出了具有多個電池單元的電池管理系統的框圖的實施方案。系統300的例示的實施方案包括電池301a-c、電池管理電路(bmc)302a-c、傳感器元件(sense)303、場效應電晶體(fet)304、負載305和主機320。每個bmc302包括對應的時鐘電路310和數據電路312。系統300還包括信號主機時鐘325、主機數據327、晶片對晶片通信(comms)時鐘330ab和330bc、晶片對晶片通信數據332ab和332bc。類似於圖1的系統100，系統300可對應於諸如膝上型計算機、智慧型電話、平板電腦或可穿戴設備的可攜式計算系統的一部分。

電池301a-c向負載305中所包括的電路提供電力。在本實施方案中，電池301a-c是可再充電的，而在其它實施方案中，它們是一次性的。電池301a-c串聯布置並且電池301a在本文中可被稱為「底部單元」，電池301b被稱為「中間單元」，並且電池301c被稱為「頂部單元」。在一些實施方案中，如圖所示，每個單元可直接向負載305的至少一部分提供電力，而在其它實施方案中，到負載305的電力可經由串聯的所有電池301a-c提供至負載。負載305表示從電池301a-c接收電力的任何電路並且可對應於用於可攜式計算系統的任何數量的電路和設備。

bmc302a-c管理每個對應電池301a-c的性能。換句話講，bmc302a管理電池301a，bmc302b管理電池301b，並且bmc302c管理電池301c。每個bmc302a-c從bmc正監測的相應電池301a-c接收電力。由於電池301a-c串聯布置，因此每個bmc302a-c可以不同供電電壓電平以及不同的共模電壓電平操作。例如，用於bmc302b的共模電壓電平與用於bmc302a的供電電壓電平相同。同樣，用於bmc302b的供電電壓電平與bmc302c的共模電壓電平相同。

bmc302a-c可管理它們相應電池的類似於圖1中bmc102描述的性能，即通過測量並跟蹤提供給負載305的電流和/或電荷。每個bmc302a-c還可測量並跟蹤進入到電池301a-c中的再充電電流。bmc302c利用傳感器元件303來測量電流/電荷。就傳感器元件103而言，傳感器元件303可為能夠感測電流的方向和大小的部件或電路。

類似於圖1中fet104的描述，bmc302c使fet304接通和關斷。fet304可用作電源開關，以允許電流從電池301a-c傳送到負載305。在fet304打開時，來自電池301a-c的電流可流過傳感器元件303，以便從電池301a-c供電或對電池301a-c充電。儘管將fet304舉例說明並描述為場效應電晶體，但在其他實施方案中，可使用任何其他適當類型的電晶體，並且在一些實施方案中，fet304可對應於多個電晶體。

每個bmc302a-c保持有關相應電池301a-c的操作的信息，例如平均和峰值供電電流、平均和峰值充電電流、當前電荷水平、再充電循環次數、距最後充電循環的時間、或有關相應電池301a-c的任何其他相關信息。bmc302a-c可與主機320共享部分或全部信息。主機320可為計算系統中的主處理器，或用於監測並控制計算系統中的硬體的系統管理單元的一部分。主機320還可為負載305的一部分，即可由一個或多個電池301a-c供電。在例示的實施方案中，主機320被耦接以與監測底部單元的bmc(即bmc302a)通信。bmc302a被耦接以與bmc302b通信並且隨後bmc302b被耦接以與bmc302c通信。這些串行連接使得主機320與bmc302a-c中的每個bmc通信。

為了促成每個bmc302a-c與主機320之間的通信，每個bmc302a-c包括相應的時鐘電路310和數據電路312。時鐘電路310a-c和數據電路312a-c是通信塊(諸如圖2中的通信塊205)的一部分。由於每個bmc302a-c利用不同供電電壓電平和共模電壓電平來操作，如前所述，因此在每個時鐘電路310a-c和每個數據電路312a-c之間沒有電平位移電路的情況下，bmc之間的標準通信協議可能不正常運行。在沒有電平位移電路的情況下，諸如i2c、spi和uart等通信協議通常至少依賴於單個共模電壓來在收發器之間發送和接收信號。

為了在每個bmc302a-c之間通信，時鐘電路310a-c和數據電路312a-c支持利用電流電平而非電壓電平的通信協議以指示數據位的值。時鐘電路310a-c和數據電路312a-c被設計用於通過提供或吸收預先確定的量的電流來傳輸數據以指示數據值。由於電流從較高電壓電平流至較低電壓電平，因此給定bmc302a-c的通信塊提供電流還是吸收電流取決於給定bmc302a-c從電池301a-c中的哪個電池接收電力。例如，對於用於傳送至bmc302a的bmc302b，bmc302b將經由通信時鐘330ab和通信數據332ab提供各種電流電平。相反地，bmc302b將經由通信時鐘330bc和通信數據332bc吸收電流以傳送至bmc302c。通過利用電流電平而非電壓電平來指示數據值，儘管缺少單個供電電壓電平或共模電壓電平，bmc302a-c也可在彼此之間通信。

需注意，如本文所用，將電流限定為從具有較高電壓電平的節點流向具有較低電壓電平的節點，即在與電子流向相反的方向上。因此，如本文所用，「提供電流」指的是啟用從給定節點到具有較高電壓電平的另一節點的路徑，並且「吸收電流」指的是啟用從給定節點到具有較低電壓電平的另一節點的路徑。

為了與主機320通信，bmc302a的通信塊使用標準通信協議，諸如i2c、spi或uart。在bmc302a從底部單元供電時，雖然主機320和bmc302a可共享單個共模電壓電平，但各自仍可具有不同的供電電壓電平。甚至在具有不同供電電壓電平的實施方案中，bmc302a和主機320可利用開漏信號經由標準通信協議通信(諸如i2c)，而無需電平位移電路。在其它實施方案中，主機320還能夠通過提供或吸收電流來傳輸數據以指示數據值。

為了與每個bmc302a-c通信，主機320經由同步於主機時鐘325的主機數據327來向bmc302a發送命令。bmc302a的通信塊能夠識別分配給每個bmc302a-c的唯一地址或標識值。主機320可包括命令旨在用於的目標bmc302a-c的地址。在bmc302a不是針對命令的目標的情況下，bmc302a可將命令向上傳播至bmc302b，或者在bmc302a是針對命令的目標的情況下，阻止命令的傳播。bmc302b可以類似方式傳播命令，使得用於頂部單元的bmc、bmc302c僅接收為其目標的命令。

在本實施方案中，bmc302a經由晶片對晶片通信數據332ab將數據傳輸至bmc302b，其與晶片對晶片通信時鐘330ab上的時鐘信號同步。時鐘信號可在bmc302a內獨立地生成或可同步到來自主機320的時鐘信號，諸如主機時鐘325。由於bmc302a耦合至主機320，時鐘電路310a可提供用於bmc302a-c之間所有通信的主時鐘。時鐘電路310a通過在兩個灌電流值之間周期性地觸發通信時鐘330ab來生成時鐘信號。在一些實施方案中，「低」或「0」位值可由零或近零的吸收電流來表示，並且「高」位值或「1」位值可由較高吸收電流值來表示，諸如1ma。在其它實施方案中，可利用任何適當電流，包括針對低位值的電流，其大於針對高位值的電流。在各種實施方案中，時鐘信號可連續工作，從而向所有bmc302a-c提供同步定時信號，或者可僅在bmc302a傳輸數據時或在bmc302a期望來自bmc302b或bmc302c的數據時傳輸。

為了傳輸數據至bmc302b，數據電路312a可使用與時鐘電路310a類似的灌電流值來指示高位值和低位值。在其它實施方案中，數據電路312a每次可使用多於兩個的灌電流值，以便指示多於單個位值。例如，可使用四個灌電流值來傳輸兩個數據位，例如近零電流表示為「00」，1ma表示為「01」，2ma表示為「02」，並且3ma來指示「11」。通過響應於時鐘信號的上升躍遷來驅動通信數據332ab上的下一數據位值，數據電路312a使數據同步到時鐘信號周期。在其它實施方案中，可響應於下降躍遷來驅動下一數據。響應於通信時鐘330ab上的下降躍遷(或上升躍遷，在數據響應於下降躍遷被驅動的情況下)，數據電路312b讀取通信數據332ab上的數據位值。

需注意，本文所述「時鐘躍遷」(其也可被稱為「時鐘邊沿」)指的是從第一邏輯值變為第二邏輯值的時鐘信號。如果時鐘信號從低值變為高值，則時鐘躍遷可為「上升的」，如果時鐘信號從高值變為低值，則時鐘躍遷可為「下降的」。

在接收到命令時，可期望bmc302b或bmc302c以一個或多個數據值應答。例如，bmc302c可接收源於主機320的命令以返回對應於電池301c中剩餘的當前電荷的值。在通過bmc302a和302b發送命令之後，bmc302c可確定用於響應的值並通過bmc302b和bmc302a傳輸回數據值。一旦準備好傳輸數據值，數據312c提供預先確定的電流，該預先確定的電流對應於響應於通信時鐘330bc上的上升躍遷發送的數據位值。如上所述，對於數據電路312a，數據電路312c每次可提供兩個電流中的一個電流以指示單個數據位的值，或者每次可提供多於兩個電流中的一個電流以指示多於一個數據位的值。

由於時鐘電路310a為用於bmc通信的主時鐘源，因此時鐘電路310a可在命令已被發送之後保持時鐘信號活動。時鐘電路310a可響應於例如通過接收預先確定的「命令完成」數據值而確定已接收到應答數據，使時鐘信號禁用。在其它實施方案中，時鐘電路310a可根據傳輸命令在預先確定時間量內保持時鐘信號活動。由數據312a通過數據312b接收應答數據。在接收到應答數據時，bmc302a中的通信塊利用標準通信協議向主體320傳輸應答。

需注意，圖3的框圖僅為用於例示本發明所公開的概念的實施例。任何適當數量的電池可包括在對應數量的電池管理電路中，在其它實施方案中，每個電池301可以任何適當布置包括多於一個的電池單元。儘管將數據位的值描述為對應於多個預先確定電流中的一個電流，但需注意，諸如操作電壓、溫度、ic製造工藝等各種參數可使得實際電流值偏離它們的預先確定值。可選擇預定義值以說明此類偏離。

現移向圖4，其示出了通信電路的一種實施方案的時鐘電路。時鐘電路400可對應於圖3中的每個時鐘電路310a-c，因此作為諸如每個bmc302a-c等電池管理電路的子系統。時鐘電路400包括電晶體q401到q412、可變電流源(source)420、反相器(inv)422和電阻器r424。時鐘電路400還包括內部信號接收使能(rx_en)430、時鐘輸入(clock_in)446和時鐘輸出(clock_out)448，以及外部信號供電電壓440、共模電壓441、通信(comms)時鐘上部442和通信(comms)時鐘下部443。

在該實施方案中，時鐘電路400包括用於在圖3所述通信協議下同時接收和傳輸時鐘信號的電路。為了啟用時鐘電路400的傳輸部分，rx_en430可以很低，關斷n溝道q403並允許n溝道電晶體q401和q402的柵極上電壓根據來自電流源420的電流值來確定。rx_en430的低值還可使p溝道q406接通，從而將p溝道電晶體q404和q405的柵極拉高，從而使它們關斷。inv422響應於rx_en430的低狀態而輸出高值，從而使n溝道q409接通，從而將n溝道電晶體q407和q408拉低，從而使它們也關斷。在q404、q405、q407和q408關斷的情況下，時鐘電路400的接收部分被禁用。

在例示的實施方案中，在rx_en430為高值而不是低值的情況下，執行對時鐘電路400的接收部分的啟用。rx_en430的高值使q403接通，以便將柵極q401和q402拉低，從而使q401和q402關斷。在q401和q402關斷的情況下，時鐘電路400的傳輸部分被禁用。此外，rx_en的高狀態使q406關斷並且(在反相成低信號之後)q409關斷。因此，通過q404、q405、q407和q408的電流由它們相應的柵源電壓來確定，以啟用時鐘電路400的接收部分。

在本實施方案中，為了傳輸時鐘信號(諸如上文針對bmc302a所描述的)，電晶體q401、q402和q403與可變電流源420一起使用。通過bmc302a中的控制電路使rx_en430進入低狀態。時鐘信號作為clock_in446被接收。clock_in446可從諸如主機320之類外部源接收，或者可在bmc302a內生成。clock_in446耦合至電流源420的電壓控制輸入，使得在clock_in446較低的情況下提供第一電流值並且在clock_in較高的情況下提供第二電流值。q401充分接通以允許近似等於來自電流源420的電流值的電流通過。由於q402的柵極連接至q401的柵極並且兩個電晶體的源極耦合至共模電壓441，因此q402也充分接通以允許近似等於來自電流源420的電流值的電流通過。q402的漏極耦合至通信時鐘上部442，該通信時鐘上部是bmc302a外部的信號。參考圖3，bmc302a的通信時鐘上部442對應於節點通信時鐘330ab。因此，對應於clock_in446當前狀態的電流值來自bmc302b中的時鐘電路310b。

為了接收時鐘信號，如上文針對bmc302b所述的，bmc302b中的控制電路使rx_en430進入高狀態。通信時鐘下部443也對應於圖3中的節點通信時鐘ab，即bmc302b的通信時鐘下部443連接至bmc302a的通信時鐘上部442。在bmc302a經由通信時鐘330ab傳輸時鐘信號的情況下，對應於時鐘信號狀態的灌電流牽引q408源極處的電壓電平，在q408上創建柵源電壓並從q408引出等於來自bmc302a的灌電流的電流。來自q408的電流通過q405鏡像並將從通信時鐘上部442引出。q408和q407的柵極上的電壓使得q407接通。由於q407和q408的源節點未耦合，通過q407的電流量可以不等於通過q408的電流。然而，通過q407的電流取決於通過q408的電流，從而取決於通過通信時鐘330ab的灌電流值。通過q405的灌電流在其柵極類似地創建電壓，該電壓以類似於q407的方式使q404接通，使得兩個電晶體通過相等電流。由於q412的柵極節點和源節點分別耦接至q407的柵極節點和源節點，因此q412通過q407產生鏡像電流。

需注意，如本文所涉及的「電流鏡像」或「電流鏡」指的是電路，該電路被設計為感測通過電路的第一部分的電流並且在電路的第二部分中重新產生類似的電流量。再生電流在與所感測電流基本上相同的時間出現。再生電流可在不向感測電流添加阻抗的情況下耦接至其他電路。

同時，p溝道電晶體q411和電阻器r424的耦合創建通過q411的電流。該電流用作參考電流並且在q410中被鏡像，因為q410的柵極節點和漏極節點分別耦合至q411的柵極節點和漏極節點。可選擇電阻器424的電阻值以生成預先確定的參考電流值。由於q412的漏極節點耦合至q410的源節點，因此在通過q412的電流低於參考電流的情況下接收時鐘信號clock_out448的狀態為高狀態，並且在通過q412的電流高於參考電流的情況下該接收時鐘信號的狀態為低狀態。

時鐘電路400傳播在通信時鐘下部處和通信時鐘上部442處接收到的時鐘信號。由於q405對通過q408的電流進行鏡像，因此從通信時鐘下部443引出的灌電流量等於從通信時鐘上部442拉入的電流。再次參見圖3，bmc302b的通信時鐘上部442連接至與bmc302c的通信時鐘下部443相同的節點。因此，bmc302c接收來自bmc302a的時鐘信號，相比於bmc302b無延遲。由於bmc302c耦合至頂部單元，因此無法耦合附加的bmc並且bmc442的通信時鐘上部可連接至bmc302c的供電電壓440。

需注意，圖4的時鐘電路400僅示出時鐘電路的示例性實施方案。僅示出了例示本發明所公開概念必要的部件。在其它實施方案中，可包括附加部件。圖4所示部件旨在示出實際電路中所使用部件的物理位置或尺寸。

現轉向圖5，其示出了通信電路的一種實施方案的數據收發器電路。數據電路500可對應於圖3中每個數據電路312a-c，因此作為諸如每個bmc302a-c等電池管理電路的子系統。數據電路500包括電晶體q501到q515、可變電流源(source)520和521、反相器(inv)522和523以及電阻器r424。時鐘電路500還包括內部信號接收使能(rx_en)530、時鐘輸入(clock_in)546和時鐘輸出(clock_out)548，以及外部信號供電電壓540、共模電壓541、通信(comms)時鐘上部542和通信(comms)時鐘下部543。數據電路500在構成和功能上與圖4中的時鐘電路400類似。因此，數據電路500的操作如上文關於圖4所描述的，但也存在下文所指出的例外。

數據電路500以與時鐘電路400傳輸時鐘信號幾乎相同的方式來傳輸數據。然而，一個區別在於，在前述公開的實施方案中，時鐘信號是單向的。即，時鐘電路400僅從通信時鐘上部節點而非通信時鐘下部節點向外傳輸時鐘信號，這是因為(參見圖3)bmc302a向bmc302b和bmc302c中的時鐘電路提供主時鐘信號。然而，數據信號為雙向的，從而附加電路用於允許數據信號從通信數據上部542和通信數據下部543向外傳輸。

將bmc302b用作示例，為了傳輸數據，302b中的控制電路bmc將rx_en530(在一些實施方案中其可對應於rx_en430)設定為低狀態，從而啟用傳輸電路並禁用接收電路。可變電流源520、q501和q502如上文針對電流源420、q401和q402所描述的進行操作並經由通信數據上部542輸出數據。與經由通信數據上部542發送的數據並行的進行，可變電流源521、q513和q514通過通信數據下部543輸出相同數據。rx_en530的低狀態由使q515關斷的inv523反相為高狀態。數據信號tx_data546驅動電流源521的壓控輸入，繼而迫使電流通過q513。在例示的實施方案中，數據每次使用兩個電流值發送一個位。然而，如前所述，在其它實施方案中，可使用多於兩個電流值來並行地發送多個數據位。通過q513的電流在q514中被鏡像，該q514將電流提供至通信數據下部543。

通過通信數據下部543接收數據如上文關於圖4所描述的。通過通信數據上部542接收數據以類似方式進行。當bmc302c傳輸數據時，bmc302b中的控制邏輯部件將rx_en530設定為高狀態，從而使q503和q515同時關斷，從而禁用發送電路。此外，rx_en530的高狀態使q506和q509關斷，從而啟用接收電路。bmc302c的傳輸電路提供對應於所發送數據位的電流。所提供電流迫使電流通過q505和q508並從通信數據下部543輸出。通過q505的該電流在其柵極處生成電壓，其還耦合至q504的柵極。由於q505和q504的漏極未耦合至同一節點，因此q504通過電流，該電流可以不同於通過q505的電流，但其取決於q505電流。通過q504的電流使得相同電流通過q507。q512使通過q504的電流鏡像。如針對圖4中q410、q411和電阻器r424所描述的，q510、q511和電阻器r524生成通過q510的參考電流。如果通過q512的電流小於參考電流，則rx_data548變為高狀態，相反地，如果通過q512的電流大於參考電流，則rx_data548變為低狀態。

在其它實施方案中，rx_en530可與另一控制信號結合，使得經由通信數據上部542和通信數據下部543的數據傳輸可單個地啟用。例如，在將命令從bmc302a傳輸到bmc302c期間，bmc302a可啟用發送電路來將數據從其相應的通信數據上部542節點發送出來。bmc302b在其相應的通信數據下部543節點處接收數據，並同時在其相應的通信數據上部542節點處發送數據。bmc302c在其相應的通信數據下部543節點處接收數據。在此場景下，bmc302a無需經由其通信數據下部543節點發送數據，因為沒有bmc與該節點耦合，從而可禁用從該節點向外發送數據的電路。相反地，為了響應所接收命令，bmc302c經由其通信數據下部543節點向bmc302b發送數據，bmc302b將數據傳送至bmc302a。由於bmc302c沒有與其通信數據上部542節點耦合的bmc，因此bmc302c中的控制電路可禁用相關聯的傳輸電路。

需注意，圖5的數據電路500僅為數據收發器電路的示例。圖5的電路圖經簡化以突出與本公開相關的特徵結構。在其它實施方案中，可包括附加部件，諸如用於將rx_en530與一個或多個附加使能信號相結合的電路。圖5所示部件旨在示出實際電路中所使用部件的物理位置或尺寸。

移向圖6，其示出了用於在電壓域上傳輸命令的方法的實施方案的流程圖。該方法可適用於電池管理電路，例如圖3中的bmcs302a。共同參考圖3的系統300和圖6的流程圖，該方法開始於框601。

bmc302a接收時鐘信號和數據信號用於轉發至bmc302b(框602)。可從系統300中的另一處理器(例如主機320)接收時鐘信號和數據信號。數據可包括用於一個電池管理電路(諸如bmc302c)或所有bmcs302a-c的命令。

bmc302a吸收具有對應於第一數據位的數據的值的電流(框604)。時鐘電路，如時鐘電路310a，吸收對應於時鐘信號的第一相的第一時鐘電流。響應於時鐘電路310a吸收第一時鐘電流，數據電路(諸如數據電路312a)吸收對應於第一數據位的第一數據電流。在本實施方案中，時鐘電路310a和數據電路312a吸收類似的電流來表示邏輯高或邏輯低。在其它實施方案中，時鐘電路310a和數據電路312a可吸收針對每個邏輯狀態的不同電流值。在另一個實施方案，數據電路312a可吸收多於兩個電流值中的一者來表示單個時鐘周期中的多於一個的數據位。在數據電路312a開始吸收第一數據電流之後，時鐘電路310a吸收對應於時鐘信號的第二相的第二時鐘電流。

bmc302b感測來自bmc302a的電流(框606)。時鐘電路310b可感測來自時鐘電路310a的第一時鐘電流和第二時鐘電流，並且數據電路312b可感測來自數據電路312a的第一數據電流。數據電路312b可響應於檢測到從第一時鐘電流轉變到第二時鐘電流，感測第一數據電流。

需注意，bmc302c可與bmc302b並行地利用相同方法感測由bmc302a吸收的電流。換句話講，能夠通過bmc302b和bmc302c來觀察由bmc302a所吸收的時鐘電流和數據電流，兩者之間幾乎無延遲。如本文所用，「並行」指的是操作或動作在重疊時間段處發生。「並行」進行的操作不一定在完全相同時間開始和結束。

該方法的進一步操作可取決於吸收電流與參考電流的比較(框608)。時鐘電路310b感測通過一個或多個電晶體的第一時鐘電流，該一個或多個電晶體通過共同節點耦合至時鐘電路310a。電流可利用上文關於圖4和圖5所描述的電流鏡電路進行再生。將再生電流與參考電流進行比較以確定時鐘信號的對應邏輯狀態。數據電路312b可利用類似技術來確定從數據電路312a接收的數據位的對應值。如果感測電流的量值大於參考電流的量值，則該方法移至框612。否則，該方法移至框610。

如果感測電流小於參考電流，則確定接收信號處於邏輯高狀態(框610)。響應於接收電流小於參考電流，時鐘電路310b中的電晶體驅動高電壓電平。數據電路312b中類似的電晶體執行同樣的功能。高電壓電平表示邏輯高值。此時，接收時鐘信號和數據位能夠由bmc302b內的cmos邏輯部件來使用。

如果感測電流大於參考電流，則確定接收信號處於邏輯低狀態(框612)。響應於接收電流小於參考電流，如框610中所述，驅動高電壓電平的相同電晶體對低電壓電平進行驅動。低電壓電平表示邏輯低值並且接收數據位現可由bmc302b內的cmos邏輯部件來使用。

該方法的後續操作可取決於對更多待發送數據的確定(框614)。bmc302a中的邏輯部件確定更多數據位是否準備好被發送。如果更多數據準備就緒，則時鐘電路310a再次吸收第一時鐘電流以便開始下一時鐘周期並且數據電路312a吸收對應於下一數據位的值的第二數據電流。如果沒有更多數據準備好傳輸，則該方法保持在框614中等待需發送的更多數據。

需注意，圖6所示的方法僅僅為示例性實施方案。對該方法的變型是可能的並且可設想的，例如可以不同順序執行一些操作和/或可包括附加操作。

現轉向圖7，其示出了用於在電壓域上發送對命令的響應的方法的實施方案的流程圖。該方法可適用於電池管理電路，例如圖3中的bmcs302c。共同參考圖3的系統300和圖7的流程圖，該方法開始於框701。

bmc302c準備對先前所接收命令進行響應(框702)。bmc302c可通過bcm302a和bmc302b從主機320接收命令。該命令可對應於用於初始化對來自bmc302c的數據的設置或請求的指令。可期望響應，諸如對設置已被初始化的確認或請求數據的傳輸。

bmc302c提供對應於數據位的響應的電流(框704)。bmc302c通過向bmc302a發送數據來傳送給主機320。bmc302a繼而可利用不同通信接口(諸如i2c)傳送至主機320。在將命令發送至bmc302b或bmc302c之後，bmc302a可繼續傳輸時鐘信號供bmc302b或bmc302c用來傳輸響應。響應於確定出時鐘信號已從第二時鐘電流轉變到第一時鐘電流(如上文針對圖6所述)，從而指示下一時鐘周期的開始，數據電路312c提供對應於響應的數據位值的第一數據電流。數據電路312c所提供的第一數據電流可類似於圖6所述的由數據電路312a吸收的第一數據電流。在其它實施方案中，由給定數據電路所提供的電流可具有與所吸收電流不同的值。

需注意，儘管電流可被描述為類似的，但多種參數可引起相應電流值上的偏差。例如，操作電壓、溫度、ic製造工藝等可使得兩個類似電路產生不同電流，但可設計電路來產生類似電流值。可設計系統以容許電流上的預先確定偏差量並保持正確操作。此類容差被稱為「設計餘量」。

bmc302a感測來自bmc302c的第一數據電流(框706)。由數據電路312c所提供的電流可通過並行的數據電路312b和數據電路312a來感測。在一些實施方案中，數據電路312b可確定出由bmc302c所接收的命令並非旨在用於bmc302b並且對該命令的對應響應並非旨在用於bmc302b。在此類實施方案中，數據電路312b可以不感測從數據電路312c所提供的電流。bmc302a經由數據電路312a利用其吸收電流以傳輸數據的同一節點來接收所提供電流。換句話講，在例示的實施方案中，經由雙向節點來耦合數據電路312a-c。

該方法的進一步操作可取決於提供電流與參考電流的比較(框708)。數據電路312a通過經由公共節點耦合到數據電路312c(經由數據電路312b)的一個或多個電晶體來感測所提供電流。可在數據電路312a中利用前述電流鏡像電路來再生所提供電流。將再生電流與參考電流進行比較以確定時鐘信號的對應邏輯狀態。在一些實施方案中，與源電流相比較的參考電流可類似於與上文關於圖6的框608所述的吸收電流相比較的參考電流。在其它實施方案中，可根據所感測電流是拉電流還是灌電流來調節參考電流以供比較。如果感測電流的量值大於參考電流的量值，則該方法移至框712。否則，該方法移至框710。

如果感測電流小於參考電流，則確定所提供電流為邏輯高值(框710)。響應於接收電流小於參考電流，時鐘電路310a中的電晶體驅動高電壓電平。高電壓電平表示邏輯高值。此時，接收時鐘信號和數據位能夠由bmc302a內的cmos邏輯部件來使用。

如果感測電流大於參考電流，則確定接收信號處於邏輯低狀態(框712)。響應於接收電流小於參考電流，如框710中所述，驅動高電壓電平的相同電晶體對低電壓電平進行驅動。低電壓電平表示邏輯低值並且接收數據位現可由bmc302a內的cmos邏輯部件來使用。

該方法的後續操作可取決於確定出響應包括更多待發送數據(框714)。bmc302c中的邏輯部件確定響應是否包括下一數據位。如果另一數據位準備就緒，則bmc302c確定在從第二時鐘電流到第一時鐘電流的下一轉變發生的情況下，指示下一時鐘周期的開始。作為響應，數據電路312c提供對應於下一數據位值的第二數據電流。如果沒有更多數據準備好傳輸，則該方法保持在框714中等待需發送的更多數據。

需注意，圖7所示的方法為用於例示本發明所公開的概念的實施例。在各種實施方案中，可以不同順序執行一些操作和/或可包括附加操作。

儘管上文已經描述了具體實施方案，但這些實施方案並非要限制本公開的範圍，即使僅相對於特定特徵描述單個實施方案的情況下也是如此。本公開中提供的特徵示例意在進行例示，而非限制，除非做出不同表述。上述說明書意在涵蓋此類替代形式、修改形式和等價形式，這對知曉本公開有效效果的本領域技術人員將是顯而易見的。

本公開的範圍包括本文(明確或暗示)公開的任意特徵或特徵組合，或其任意推廣，無論其是否減輕了本文解決的任何或所有問題。因此，在本申請(或要求享有其優先權的申請)進行期間可以針對特徵的任何此類組合做出新的權利要求。具體地，參考所附權利要求，可以將從屬權利要求的特徵與獨立權利要求的特徵組合，並可以通過任何適當方式而不是僅僅通過所附權利要求中列舉的具體組合來組合來自相應獨立權利要求的特徵。