[發(fā)明專利]一種工作在亞閾區(qū)的高精度電流檢測(cè)電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810407553.7
• 申請(qǐng)日: 2018-05-02
• 公開（公告）號(hào): CN108845175B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方健;羅云鐘;張波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R19/00
• 分類號(hào): G01R19/00
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種工作在亞閾區(qū)的高精度電流檢測(cè)電路，屬于模擬集成電路技術(shù)領(lǐng)域。包括采樣單元、檢測(cè)單元和動(dòng)態(tài)偏置單元，采樣單元用于采樣待檢測(cè)電流，待檢測(cè)電流流過第二PMOS管引起第二PMOS管漏端電壓的改變；檢測(cè)單元利用第一PMOS管將第二PMOS管的電流復(fù)制，再通過將待檢測(cè)電流反應(yīng)到第一電阻兩端電壓上實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)，動(dòng)態(tài)偏置單元將待檢測(cè)電流無損耗的傳送到檢測(cè)單元，通過引入電壓反饋和電流反饋，保證A點(diǎn)電壓隨B點(diǎn)電壓動(dòng)態(tài)變化，并控制MOS管工作在亞閾區(qū)，一方面降低了功耗，另一方面減少了電流流失，提高了檢測(cè)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模擬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種高精度電流檢測(cè)電路，主要用于檢測(cè)電源芯片的電流。

背景技術(shù)

如何對(duì)電源芯片的電流進(jìn)行簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)，關(guān)系到整個(gè)開關(guān)電源芯片性能的好壞，目前，芯片中常用的電流檢測(cè)方法有串聯(lián)電阻檢測(cè)、功率管R_DS檢測(cè)技術(shù)、濾波器檢測(cè)法、SenseFET電流檢測(cè)技術(shù)等。采用外部電阻或內(nèi)部集成電阻來檢測(cè)電感電流的方法，電阻太大會(huì)增加功耗，降低變換器的效率，檢測(cè)電阻太小就需要后級(jí)放大器來放大檢測(cè)的信號(hào)，精度和實(shí)用性兩方面都不適合；通過檢測(cè)功率管導(dǎo)通電阻R_DS兩端電壓的方法，雖然消除了額外的功率損耗，但功率管的遷移率和閾值電壓都隨溫度變化，因此功率管的導(dǎo)通電阻R_DS就會(huì)產(chǎn)生非線性的變化，導(dǎo)致檢測(cè)精度較差；采用RC濾波器檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是無損耗，缺點(diǎn)是必須要知道片外電感和電感中寄生電阻的大小，這樣才能控制外加電阻和電容的大小，這種檢測(cè)方式非常不利于集成。

基于SenseFET的電流檢測(cè)技術(shù)在電源轉(zhuǎn)換芯片中各方面性能比較均衡，目前被工業(yè)界大量使用。在介紹電流檢測(cè)電路前，先對(duì)采樣和復(fù)制的PMOS管的漏極電流進(jìn)行說明：若工作在線性區(qū)則PMOS漏極電流為其中μ_p為空穴的遷移率，C_ox為單位面積的柵氧化層電容，W為柵的寬度，L為柵的長(zhǎng)度，V_GS為柵源兩極之間的電壓，V_TH為PMOS管的閾值電壓，V_DS為漏源兩極之間的電壓，此時(shí)被檢測(cè)電流的變化就可以反映到檢測(cè)管的V_DS的變化。

若工作在飽和區(qū)則PMOS漏極電流為其中λ為溝道長(zhǎng)度調(diào)質(zhì)因子，此時(shí)，被檢測(cè)電流的變化無法反映到V_DS，所以一般用工作在線性區(qū)的PMOS管進(jìn)行電流采樣和復(fù)制。

工作在亞閾區(qū)的MOS管漏極電流為其中，μ為電子或空穴的遷移率，C_ox為單位面積的柵氧化層電容，C_D為溝道下的耗盡層電容，k為波耳茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，q為電子電荷，W為柵的寬度，L為柵的長(zhǎng)度，V_GS為柵源兩極之間的電壓，V_T為MOS管的閾值電壓，V_DS為漏源兩極之間的電壓。

基于SenseFET的電流檢測(cè)技術(shù)在電源轉(zhuǎn)換芯片中主要分為有運(yùn)放和無運(yùn)放兩種。目前已被提出的無運(yùn)放的基于SenseFET技術(shù)的電流檢測(cè)電路主要采用如下兩種：

第一種是最基礎(chǔ)的基于SenseFET技術(shù)的電流檢測(cè)電路，如圖1所示，在此電路中，由于NM1、NM2、NM3構(gòu)成電流鏡，因此NM1、NM2鏡像了流過NM3的電流，所以I_NM1＝I_NM2。同時(shí)，該電流分別流過PM3、PM4，所以A、B兩點(diǎn)電壓相等即V_A＝V_B。又因?yàn)镻M1、PM2工作在線性區(qū)且源-漏電壓相等，假設(shè)PM1的尺寸是PM2的k倍即那么流過PM2的電流是PM1的k倍。同樣，流過電阻R的電流為：I_R＝I_PM1-I_PM3。由于I_PM1＞＞I_PM3，所以這樣被檢測(cè)電流I就被轉(zhuǎn)化為R兩端的電壓，從而被檢測(cè)出來。該電路的局限性在于：