[發明專利]一種用于集成電路的電流檢測裝置

在審

• 申請號: 201710737543.5
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107478890A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 李大利;王武軍;康磊
• 申請（專利權）人: 鄭州云海信息技術有限公司
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 劉曉政

技術領域

本發明涉及的是集成電路領域，尤其是一種用于集成電路的電流檢測裝置。

背景技術

在現有技術中，公知的技術是在高速超大規模集成電路中，負載具有工作電壓較低、電流較大、各種工作狀態相互轉換時對應的電流變化率較高等特點，所以電流檢測電路在高效率電流模式電源管理芯片或者其他功率電子等模擬應用中有著無法比擬的作用。當前學術界、工業界都投入了大量的精力研究電流檢測方法以及相對應的高性能電流檢測電路。其中有些電路雖然檢測精度比較高，但是存在外加電路過于復雜以及功耗大、速度慢和穩定性不夠等多種問題，使用效果并不是很理想。

現在采用的技術大致分為三類：1、傳統的SENSE電阻技術，2、R_DS檢測技術，3、電感電流檢測技術，

傳統的SENSE電阻技術是放置一個已知阻值的sense電阻耦合在電感末端，如圖1，這樣只需要設計一個基本的電流檢測電路檢測出電阻兩端的電壓就能間接的檢測出電感上流過的電流，技術雖然簡單，但是電阻上流過的電流相當大消耗的功耗也大，影響了電源轉換器的轉換效率。

R_DS檢測技術，利用MOS管處于線性區可以作為電阻的特點，如圖2，檢測功率管兩端的電壓從而檢測出功率管的電流。但是這種技術的精度不高，功率管的RDS是非線性的，其值隨工藝的變化而變化，隨溫度的變化也會導致50%的浮動，所以電流檢測出來并不精確。

電感電流檢測技術，如圖3，這種技術使用低通濾波電路過濾電感上的電壓，再檢測流過電感等效串聯電阻的電流。電感電流檢測技術必須事先知道電感的電感值和ESR值，然后相應地選擇R和C的大小，分立元件較多。對于集成電路來說，因為要集成電容電阻，這種技術并不特別適用。這種技術檢測精度取決于電感的大小通常比較高，但是使用技術相對復雜的多。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種用于集成電路的電流檢測裝置，該裝置將低損耗、高精度的電流檢測和共源共柵的場效應管進行結合，實現了電流偵測的精確高效快捷，實用價值高。

本方案是通過如下技術措施來實現的：一種用于集成電路的電流檢測裝置，包括電流檢測模塊、反饋模塊、電流復制模塊；電流檢測模塊，用于檢測負載電流，并將檢測到的負載電流轉換為避負載電流小的參考電流，將參考電流提供給電流復制模塊；反饋模塊，用于對電流檢測模塊的電壓進行反饋，使電流檢測模塊輸出的參考電流與負載電流保持同步變化；電流復制模塊，對電流檢測模塊檢測大的參考電流進行復制，并輸出電流信號。

所述的電流檢測模塊包括第一場效應管M1和第二場效應管M2,第一場效應管 M1的源極S接地，第一場效應管M1的漏極D與負載電流Iload連接，第一場效應管的柵極G與第二場效應管M2的柵極G連接，第二場效應管M2的源極S接地。第二場效應管M2比第一場效應管M1尺寸小10⁵倍。

所述反饋模塊包括運算放大器1C1，運算放大器1C1的同相輸入端與第一場效應管M1的漏極D連接，運算放大器1C1的反相輸入端與第二場效應管M2的漏極D連接，運算放大器1C1的輸出端與第三場效應管M3的柵極G連接，第三場效應管M3的源極S與第二場效應管M2的漏極D連接。用于對構成電流檢測電路的第一場效應管M1（PowerFET）和第二場效應管M2（Sense FET）的漏極電壓進行鉗位，應用其正輸入端和負輸入端電壓相等的特性，確保兩個MOS管的漏極電壓相等。運算放大器的輸出端接到第三場效應管M3的柵極，負反饋特性使得放大器輸出電壓信號會自動調整，以保證運算放大器正輸入端和負輸入端的電壓相等，M3的柵極電壓恰好使M3維持電流I_S。第一場效應管M1（功率管）和第二場效應管M2（電流偵測管）的源極都接地，所以功率管和電流偵測管對應的漏極和源極電壓是相等的，且它們的柵極互連，驅動電壓也相等。功率管和偵測管相匹配，且偵測管比功率管尺寸小10⁵倍，可知流過偵測管的電流為Is=Iload/10⁵。