发明名称 电流侦测的系统与方法
摘要 本发明提出一种跨越环境温度、制程、以及元件特性等变异而能保持一致性的电流侦测系统及方法。本发明提供与负载电流成一定比例的感测电流,以达到侦测负载电流的目的。在实施例中,电流侦测器包含一第一开关以及一第二开关。该第一开关耦合到一个或数个电阻性元件,这些电阻性元件是用来将第一开关的压降以一定比例缩小,并输出至一放大器的输入端。该放大器耦接于该电阻性元件以及该第二开关之间,以侦测缩小后的第一开关压降,并使第二开关压降与等比例缩小后的第一开关压降相同,然后在放大器的输出端输出与欲侦测电流成已知比例的较小电流。在电流侦测电路关闭的期间,为了避免放大器在第二开关与接地端之间输出太大的电流,本发明可提供了一驱动时序电路。当放大器的输入端电压较低时(例如:当第一开关并未被驱动时),驱动时序电路会将该输入端的电阻性开关移开。基于以上的设计,本电流侦测电路可以采用低电压元件与高电压元件并用的方式,达到同时满足高速、高精确性侦测电流的目的。
申请公布号 TW531647 申请公布日期 2003.05.11
申请号 TW090125403 申请日期 2001.10.15
申请人 普马利恩股份有限公司 发明人 顾飞乐 莱恩;苏沙克 戴夫
分类号 G01R19/00 主分类号 G01R19/00
代理机构 代理人 蔡玉玲 台北市大安区敦化南路二段二一八号五楼A区
主权项 1.一种电流侦测系统,包含:一电流镜电路,包含一个内含复数个单元的功率开关,以及一个耦接至该功率开关的感测开关,该感测开关是该功率开关的一定比例缩小;一电阻性分压电路,耦接于该功率开关以及该感测开关之间,以分压该功率开关两侧的压降;以及一放大器,用来接收该分压后的压降,并使感测开关的压降相当于该分压后的压降,以输出一个与流经该功率开关电流成一定比例的感测电流。2.如申请专利范围第1项的电流侦测系统,其中更包含一驱动时序电路,该驱动时序电路耦接至该功率开关以及该电阻性分压电路,以改善该放大器的电流回转率。3.如申请专利范围第1项的电流侦测系统,其中更包含一时序逻辑,该时序逻辑耦接于该功率开关及该电阻性分压电路之间,以监视该功率开关及该电阻性分压电路之间一端点的电压。4.如申请专利范围第1项的电流侦测系统,其中该电流镜电路以及该放大器系采用实质上相同的制程。5.如申请专利范围第1项的电流侦测系统,其中该电流镜电路、该电阻性分压电路、以及该放大器系采用实质上相同的制程。6.如申请专利范围第1项的电流侦测系统,其中该功率开关以及该感测开关分别包含复数个单元。7.如申请专利范围第1项的电流侦测系统,其中该功率开关以及该感测开关均运作在深三极区(deep triode region)。8.一种电流侦测系统,包含:一第一开关,以接收欲提供给一负载元件的电流;一第一电阻性元件以及一第二电阻性元件,用以分压该第一开关两侧的压降;一第二开关,耦接至该第一开关,并镜射(mirror)来自于该第一开关的电流,其中该第一开关以及该第二开关系采用实质上相同的制程;以及一放大器,偶接于该第一电阻性元件、该第二电阻性元件以及该第一开关之间,以接收分压后的该第一开关两侧压降,并迫使该第二开关两侧的压降相等于该分压后的该第一开关两侧压降,以在该放大器输出端提供一个与负载电流成一定比例的感测电流。9.如申请专利范围第8项的电流侦测系统,其中该第一开关、该第二开关、该第一电阻性元件、该第二电阻性元件以及该放大器系采用实质上相同的制程。10.如申请专利范围第8项的电流侦测系统,系采用互补式金氧半导体(CMOS)制程。11.如申请专利范围第8项的电流侦测系统,其中该第一开关以及该第二开关均包含复数个电晶体元件。12.如申请专利范围第8项的电流侦测系统,其中更包含一第三开关耦接至该放大器的非反相输入端,而且该放大器包含一共闸极(common gate)电晶体。13.如申请专利范围第8项的电流侦测系统,其中该放大器包含:一增益级(gain stage)包含一第四开关以及一第五开关,该第四开关以及该第五开关均为具有高跨导(transconductance)的低电压元件、并且采用共闸极方式连接,该第五开关作为一二极体元件,该第四开关的源极作为一非反相输入端,该第五开关的源极作为一反相输入端;一并接级(cascode stage)包含一第六开关以及一第七开关,该第六开关以及该第七开关均为具有低跨导(transconductance)的高电压元件、并且采用共闸极方式连接,该第六开关作为一二极体元件,该第七开关的源极连接至该第四开关的汲极,该第七开关的源极连接至该第五开关的汲极;一第一电流源耦接于该第六开关的汲极以及接地之间,以及一第二电流源耦接于该第七开关的汲极以及接地之间;一第八开关,其源极耦接至该反相输入端,其闸极耦接至该第五开关的汲极;以及一第九开关,其源极耦接至该第八开关的汲极,其闸极耦接至该第六开关的汲极,其汲极作为该放大器的输出端,其中当该反相输入端的电压上升时,该第九开关的闸极-源极电压也将随之上升,以加速该反相输入端电压去追随该非反相输入端的电压。14.一种电流侦测系统,包含:一功率电晶体,其源极耦接至一电压源,以经由该功率电晶体提供一电流,其闸极耦接至一负载;一感测电晶体,其源极耦接至一电压源,其闸极耦接至地;一放大器,其反相输入端耦接至该感测电晶体的汲极以及该放大器的输出端,该放大器是用来提供一输出感测电流,该输出感测电流与该功率电晶体电流之间成一定比例;一第三电晶体,其源极耦接至一电压源,其汲极耦接至该放大器的非反相输入端;一第四电晶体,其源极耦接至该功率电晶体的汲极,其汲极耦接至该放大器的非反相输入端,该第四电晶体是用来使该放大器无法再从该功率电晶体的汲极接收电压;一驱动电路以控制该放大器,该驱动电路耦接至该功率电晶体的闸极;以及一时序逻辑元件耦接至该第三电晶体以及该第四电晶体,该时序逻辑元件控制该第三电晶体以及该第四电晶体,同时监视该功率电晶体汲极电压,以决定是否允许该第四电晶体将该功率电晶体的汲极电压传送给该放大器。15.如申请专利范围第14项的电流侦测系统,其中该第三电晶体是作为一个电阻性元件,以在当功率电晶体不运作时,仍可维持该放大器在适当的偏压状况。16.如申请专利范围第14项的电流侦测系统,其中该功率电晶体、该感测电晶体、该第三电晶体、以及该第四电晶体均采用实质上相同的制程。17.如申请专利范围第14项的电流侦测系统,其中该功率电晶体以及该感测电晶体均包含复数个单元元件。18.如申请专利范围第14项的电流侦测系统,其中更包含一追随电晶体,该追随电晶体的源极耦接至该感测电晶体的汲极,该追随电晶体的闸极耦接至该放大器的该输出端,该追随电晶体的汲极则用来提供该输出感测电流。19.如申请专利范围第14项的电流侦测系统,其中该放大器包含:一第一开关耦接至该放大器的该反相输入端;一第二开关耦接至该放大器的该非反相输入端,该第一开关及该第二开关采用共闸极架构,该第二开关是以二极体方式连接;一第三开关耦接至该第一开关及该放大器的该非反相输入端;一第一电流源耦接至该第一开关及该第三开关;一第二电流源耦接至该第二开关;以及一输出端提供该输出感测电流。20.如申请专利范围第19项的电流侦测系统,其中该放大器更进一步包含:一第四开关耦接于该第一开关及该第一电流源之间以作为缓冲;一第五开关耦接于该第二开关及该第二电流源之间以作为缓冲;以及一第六开关耦接于该放大器的该非反相输入端、该第二开关、以及该第三开关之间,以提供电压给该第三开关。21.一种电流侦测系统,包含:一第一开关,拥有第一端点、第二端点、以及第三端点,其中该第一端点耦接至一输入电压,该第二端点耦接至一驱动器以控制该第一端点,该第三端点偶接至一负载装置;一第二开关,拥有第四端点、第五端点、以及第六端点,其中该第四端点耦接至一输入电压,该第五端点耦接至地,其中该第二开关的电阻値与该第一开关的电阻値成一定比例;一放大器,拥有一反相输入端、一非反相输入端以及一放大器输出端,其中该反相输入端耦接至该第六端点以及该放大器输出端;以及一分压电路,包含一第三电晶体以及一第四电晶体,其中该第三电晶体以及该第四电晶体均包含电阻性元件,该第三电晶体的源极耦接至该输入电压,其闸极耦接至地,其汲极耦接至该放大器的非反相输入端,该第四电晶体的源极耦接至该第三电晶体的汲极,其闸极耦接至该驱动器以控制该第四端点,其汲极耦接至该负载装置,其中该分压电路是用来分压该第一开关两侧的压降,以使该放大器输出端提供一与流经该第一开关之电流成一定比例的电流。22.如申请专利范围第21项的电流侦测系统,其中该放大器更包含一共闸极放大器,该电流侦测系统更包含一电流共模电晶体(current common-modetransistor),其源极耦接至该第四电晶体的源极,其闸极耦接至地,其汲极耦接至该放大器的该非反相输入端,以使该放大器获得适当偏压。23.如申请专利范围第21项的电流侦测系统,其中该第一开关、该第二开关、该分压电路、以及该放大器均采用实质上相同的制程。24.一种侦测电流的方法,包含下列步骤:驱动一第一开关提供一第一电流;藉由一耦接至该第一开关的一第二开关,镜射(mirro)该第一电流以产生一第二电流,其中该第二电流与该第一电流成一定比例,该第一开关及该第二开关系采用实质上相同的制程;藉由一分压电路来分解该第二电流,以产生一第三电流,其中该第三电流与该第二电流成一定比例;以及藉由一放大器来侦测该第一开关两侧的压降,该放大器产生一个与该第一开关两侧的压降成一定比例的输出电压。25.一种侦测电流的方法,包含下列步骤:驱动一第一开关以产生流经该第一开关的一第一电流,并在该第一开关两侧产生一压降;分压该第一开关两侧的压降,并输出至一放大器的输入端;迫使一第二开关两侧的压降相等于该分压后的该第一开关两侧压降,该第二开关耦接至该放大器的另一输入端以及该放大器的输出端;以及在该放大器的输出端产生一输出感测电流,该输出感测电流与该第一电流成一已知比例。26.如申请专利范围第25项的电流侦测方法,其中该第二开关以及该放大器系采用电流镜架构。27.如申请专利范围第25项的电流侦测方法,其中该第二开关以及该第一开关包含成W/L比例的电晶体。28.如申请专利范围第25项的电流侦测方法,其中该第一开关以及该第二开关均采用低电压元件;以及该放大器采用一高速放大器。29.一种制作电流侦测系统的方法,包含:在同一积体电路上使用实质上相同制程制作一第一开关以及一第二开关,其中该积体电路系用来:驱动一第一开关提供一第一电流;藉由一耦接至该第一开关的一第二开关,镜射(mirror)该第一电流以产生一第二电流,其中该第二电流与该第一电流成一定比例;藉由一分压电路来分解该第二电流,以产生一第三电流,其中该第三电流与该第二电流成一定比例;以及藉由一放大器来侦测该第一开关两侧的压降,该放大器产生一个与该第一开关两侧的压降成一定比例的输出电压。30.一种电流侦测系统,包含:一第一开关耦接至一第一电阻性元件以及一第二电阻性元件,该第一电阻性元件以及该第二电阻性元件分解来自于该第一开关的电流;一第二开关耦接至该第一开关,以镜射(mirror)该第一开关的电流;以及一放大器耦接于该第一电阻性元件、该第二电阻性元件以及该第二开关之间,其中该放大器包含:一第三开关耦接至该放大器的反相输入端;一第四开关耦接至该放大器的非反相输入端,其中该第三开关以及该第四开关系采用共闸极架构,而且该第四开关是以二极体方式连接;一第五开关耦接至该第三开关以及该放大器的非反相输入端;一第一电流源,耦接至该第三开关以及该第五开关;一第二电流源,耦接至该第四开关;以及一输出端以提供一输出电压。31.一种电流侦测系统,包含:一第一开关,拥有第一端点、第二端点、以及第三端点,其中该第一端点耦接至一输入电压,该第二端点耦接至一驱动器;一第二开关,拥有第四端点、第五端点、以及第六端点,其中该第四端点耦接至一输入电压,该第五端点耦接至一放大器,该第三端点耦接至地,其中流经该第二开关的电流値与流经该第一开关的电流値成一定比例;一放大器,拥有一反相输入端、一非反相输入端以及一放大器输出端,其中该反相输入端耦接至该第五端点以及该放大器输出端,而且该放大器包含:一第三开关耦接至该放大器的反相输入端;一第四开关耦接至该放大器的非反相输入端,其中该第三开关以及该第四开关系采用共闸极架构,而且该第四开关是以二极体方式连接;一第五开关耦接至该第三开关以及该放大器的非反相输入端;一第一电流源,耦接至该第三开关以及该第五开关;一第二电流源,耦接至该第四开关;以及一输出端以提供一输出电压;以及一分压电路耦接于该第三端点以及该放大器的非反相输入端之间,以提供一与流经该第一开关电流成一定比例的电流。32.一种电流侦测系统,包含:一功率电晶体,其源极耦接至一电压源,以经由该功率电晶体提供一电流,其闸极耦接至一负载;一感测电晶体,其源极耦接至一电压源,其闸极耦接至地;一放大器,其反相输入端耦接至该感测电晶体的汲极以及该放大器的输出端,该放大器是用来提供一输出感测电流,该输出感测电流与该功率电晶体电流之间成一定比例;一第三电晶体,其源极耦接至一电压源,其汲极耦接至该放大器的非反相输入端;一第四电晶体耦接于该负载以及该放大器之间,该第四电晶体是用来使该放大器无法再从该功率电晶体的汲极接收电压;一驱动时序电路以控制该放大器,该驱动时序电路耦接至该功率电晶体的闸极以及该第四电晶体的闸极,以监视该功率电晶体汲极电压,以决定是否允许该第四电晶体将该功率电晶体的汲极电压传送给该放大器。图式简单说明:第一A图说明一种习知的模式切换电路如何提供电流给负载装置。第一B图说明第一A图中,模式切换电路运作状况的时序图。第二图说明另一种习知技艺中的电流侦测器。此种电流侦测器系采用电流镜架构。第三图说明本发明电流侦测系统的一种实施例。第四图说明本发明电流侦测系统的另一种实施例,其中更包含时序逻辑电路。第五图说明本发明电流侦测系统之一种实施例中的放大器。第六图说明本发明电流侦测系统之另一种实施例中的放大器。第七图说明本发明电流侦测系统之另一种实施例。第八A图说明了本发明电流侦测方法的一个实施例的流程图。第八B图说明了本发明电流侦测方法的另一个实施例的流程图。第九A图说明本发明电流侦测系统之另一种实施例。第九B图说明第九A图中,模式切换电路运作状况的时序图。
地址 美国