專利名稱：一種電流檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種電流檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
電流檢測電路廣泛應(yīng)用于直流/直流轉(zhuǎn)換(DC/DC)技術(shù)中，用作環(huán)路控制或者過 流保護。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中電流檢測電路的一種方法，開關(guān)管Ml為DC/DC中的開關(guān)管，晶 體管M2為與之成比例的匹配管，設(shè)開關(guān)管Ml與晶體管M2的比例為η 1(Μ1與Μ2的比例 一般小于1000 1)。將被檢測的電流轉(zhuǎn)為Vsense電壓，即Vsense電壓等于流過開關(guān)管 Ml的電流IMl乘以開關(guān)管Ml的導(dǎo)通電阻Ron。然后將Vsense電壓與基準電壓Vref比較， 其中基準電壓Vref等于基準電流Iref乘以晶體管M2的導(dǎo)通電阻。
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V _r η v _T R Ronm _ ^oM/L)m(Vgs -VJ — (WIL)ui _- i
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MC0M/L)M2(Vgs-Vth)Vsense電壓隨著開關(guān)管Ml上電流IMl的增大而增大，當(dāng)Vsense大于等于Vref 時，比較器COMP輸出一個高電平信號，該高電平控制開關(guān)管Ml關(guān)斷。
ηVveme = Vref =>IMI=Iref --^ = Iref ·η
KonMl從上面的式子可以看出，當(dāng)開關(guān)管Ml上的電流IMl大于等于基準電流Iref的η 倍時，Vsense大于等于Vref，比較器輸出一個高電平信號。該種電流檢測方法的好處是，因為開關(guān)管Ml與晶體管M2匹配，當(dāng)工藝溫度等發(fā)生 變化時，開關(guān)管Ml和晶體管M2的導(dǎo)通電阻Ron同向變化，所以Ml和M2的Ron比值不變， 檢測精度較高?，F(xiàn)有技術(shù)中，例如美國專利US5917319，描述了一種采樣開關(guān)管漏源兩端電壓的電 流檢測電路，如圖2所示，利用兩個串聯(lián)的匹配MOS管(604和606)采樣開關(guān)管漏源兩端的 電壓，然后串聯(lián)的匹配MOS管再將采樣的電壓按照604和606的尺寸比例分壓，將分壓后的 電壓與基準電壓比較。其中基準電壓由一個電流基準612流過一個與開關(guān)管相匹配的MOS 管608得到，MOS管608 —直處于導(dǎo)通狀態(tài)并工作在線性區(qū)。但是上述現(xiàn)有技術(shù)為了提高 檢測精度，用于提供比較門限值的MOS管608 —直導(dǎo)通，這樣在DC/DC開關(guān)不動作的時候， MOS管608仍然導(dǎo)通，導(dǎo)致靜態(tài)功耗較大，使系統(tǒng)效率下降。另一個現(xiàn)有技術(shù)，美國專利US6479975描述了一種直接采樣開關(guān)管漏源兩端電壓 的電流檢測電路，如圖3所示，將開關(guān)管104漏源兩端電壓直接與一個電壓基準(Vref)比 較，該電源基準由一個電流基準112流過一個與開關(guān)管相匹配的MOS管108產(chǎn)生，MOS管108 的柵極與開關(guān)管的柵極連在一起。當(dāng)DC/DC開關(guān)管關(guān)斷時，MOS管108也關(guān)斷。開關(guān)管104導(dǎo)通時，MOS管108也導(dǎo)通，提供比較需要的電壓基準。上述現(xiàn)有技術(shù)為了減小靜態(tài)功耗， 在DC/DC開關(guān)不動作的時候，將MOS管108關(guān)斷，使靜態(tài)功耗變小，但是因為MOS管108從 關(guān)斷到導(dǎo)通，基準電壓從高電平到低電平快速變化，通過提供電流基準的MOS管的寄生電 容影響該MOS管的柵極電壓，而該MOS管柵極電壓的變化會使基準電流變化，該變化的恢復(fù) 需要一個時間，這就限制了開關(guān)管的開關(guān)頻率。如果將該電路應(yīng)用于比較快速的DC/DC轉(zhuǎn) 換器，系統(tǒng)要求的檢測時間較短，則會影響電流檢測的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種電流檢測裝置及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中電流檢測能耗 大、精確度和速度不夠高的問題。本發(fā)明實施例提出了 一種電流檢測裝置，包括電流采樣單元，用于將被檢測電流 轉(zhuǎn)變?yōu)楸粰z測電壓；控制單元，用于根據(jù)所述控制信號將被檢測電壓輸入到比較器；基準 產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生基準電壓；快速恢復(fù)單元，用于根據(jù)所述控制信號產(chǎn) 生使所述基準電壓加快恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流；比較器，用于比較所述恢復(fù)到所述預(yù)設(shè) 門限值的基準電壓和所述被檢測電壓，輸出比較結(jié)果的邏輯信號。根據(jù)本發(fā)明實施例所述裝置的一個進一步的方面，所述電流采樣單元中包括第一 開關(guān)管Ml，被檢測電流流過所述第一開關(guān)管Ml，該第一開關(guān)管Ml根據(jù)控制信號將所述被檢 測電流轉(zhuǎn)變?yōu)楸粰z測電壓，并將所述被檢測電壓輸送到所述控制單元。根據(jù)本發(fā)明實施例所述裝置的再一個進一步的方面，所述控制單元中還包括延遲 單元，用于當(dāng)所述控制信號變化時，延遲一預(yù)定時間將所述被檢測電壓輸入到比較器。根據(jù)本發(fā)明實施例所述裝置的另一個進一步的方面，所述延遲單元，還用于當(dāng)所 述控制信號變化時，將所述控制信號延遲一預(yù)定時間；所述控制單元還包括第二開關(guān)管 M3，其漏極(或者源極)連接第一開關(guān)管Ml的漏極，其源極(或者漏極)連接下拉管M4的 漏極，其柵極連接所述經(jīng)過延遲的控制信號，根據(jù)所述經(jīng)過延遲的控制信號關(guān)斷或者導(dǎo)通， 導(dǎo)通時將所述被檢測電壓輸入所述比較器；第一反相器，其輸入連接第二開關(guān)管M3的柵 極，其輸出連接下拉管M4的柵極，用于將所述經(jīng)過延遲的控制信號反相；下拉管M4，其漏極 連接M3源極(或者漏極)，其源極接地(或者電源)，用于根據(jù)所述反相的控制信號導(dǎo)通或 者關(guān)斷，當(dāng)導(dǎo)通時，將所述輸入到所述比較器的被檢測電壓下拉到低電平。根據(jù)本發(fā)明實施例所述裝置的另一個進一步的方面，所述基準產(chǎn)生單元還包括 基準電流單元，用于產(chǎn)生基準電流；一對電流鏡像管，用于鏡像基準電流；一個與所述第一 開關(guān)管匹配的匹配晶體管M2，其漏極連接鏡像管M6的漏極，其源極接地，其柵極連接所述 的控制信號，根據(jù)所述的控制信號導(dǎo)通或者關(guān)斷，關(guān)斷時，M2阻值無窮大，導(dǎo)通時，提供一個 和所述開關(guān)管的導(dǎo)通電阻成比例的一個導(dǎo)通電阻；所述電流鏡像管鏡像所述基準電流，并 使該基準電流流過所述匹配晶體管M2產(chǎn)生所述基準電壓，并將該基準電壓傳送到所述比 較器。根據(jù)本發(fā)明實施例所述裝置的另一個進一步的方面，快速恢復(fù)單元包括脈沖產(chǎn)生 單元，用于根據(jù)所述的控制信號產(chǎn)生脈沖信號，所述該快速恢復(fù)單元在該脈沖信號的有效 時間內(nèi)產(chǎn)生所述使所述基準電壓加快恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流。根據(jù)本發(fā)明實施例所述裝置的另一個進一步的方面，快速恢復(fù)單元還可以包括計時單元，用于根據(jù)所述的控制信號產(chǎn)生一預(yù)定時間，所述該快速恢復(fù)單元在該預(yù)定時間內(nèi) 產(chǎn)生所述使所述基準電壓加快恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流。根據(jù)本發(fā)明實施例所述裝置的另一個進一步的方面，所述快速恢復(fù)單元還包括 第二反相器，將所述脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的脈沖反相，輸入到第三開關(guān)管M7的柵極；所述第 三開關(guān)管M7，在所述脈沖信號的有效時間內(nèi)(或者計時單元產(chǎn)生的預(yù)設(shè)時間內(nèi))控制電流 源對所述基準產(chǎn)生單元的電流鏡像管的柵極進行充電或者放電；電流源，用于提供充電電 流或者放電電流。根據(jù)本發(fā)明實施例所述裝置的另一個進一步的方面，所述延遲單元和脈沖產(chǎn)生單 元，或所述延遲單元和計時單元均在所述控制信號的上升沿或者下降沿使能。本發(fā)明實施例還提供了一種電流檢測方法，包括根據(jù)所述控制信號將被檢測電 流轉(zhuǎn)變?yōu)楸粰z測電壓；根據(jù)所述控制信號將所述被檢測電壓輸入到比較器；根據(jù)所述控制 信號產(chǎn)生基準電壓；根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生使所述基準電壓加快恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電 流；比較所述達到所述預(yù)設(shè)門限值的基準電壓和所述被檢測電壓，輸出比較結(jié)果的邏輯信 號。上述根據(jù)所述控制信號將被檢測電流轉(zhuǎn)變?yōu)楸粰z測電壓，根據(jù)所述控制信號將所 述被檢測電壓輸入到比較器；根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生基準電壓；根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生使 所述基準電壓加快恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流，這幾個動作都受所述控制信號的控制，并行工作。根據(jù)本發(fā)明實施例所述方法的一個進一步的方面，根據(jù)所述控制信號將被檢測電 壓輸入到比較器中包括，將所述控制信號延遲一預(yù)定時間后將所述被檢測電壓輸入到比較
ο根據(jù)本發(fā)明實施例所述方法的再一個進一步的方面，根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生使所 述基準電壓加快恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流中包括，當(dāng)接收到所述控制信號后，生成一脈沖 信號，在該脈沖信號的有效時間內(nèi)(或在所述預(yù)定時間內(nèi))產(chǎn)生所述使所述基準電壓加快 恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流。本發(fā)明實施例可以通過加入快速恢復(fù)單元，使得基準電壓快速的恢復(fù)到預(yù)設(shè)的門 限值，以提高整個電流檢測裝置的檢測速度和準確度。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中電流檢測電路；圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中另一種電流檢測電路；圖3所示為現(xiàn)有技術(shù)中另一種電流檢測電路；圖4所示為本發(fā)明實施例一種電流檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5所示為本發(fā)明實施例電流檢測裝置的進一步結(jié)構(gòu)示意圖；圖6所示為本發(fā)明實施例電流檢測裝置的詳細結(jié)構(gòu)示意圖7a所示為本發(fā)明實施例上升沿延遲單元的結(jié)構(gòu)圖；圖7b所示為圖7a上升沿延遲單元的時序圖；圖8所示為本發(fā)明實施例中延遲模塊的電路圖；圖9a所示為本發(fā)明實施例的窄脈沖產(chǎn)生模塊結(jié)構(gòu)圖；圖9b為圖9a中窄脈沖產(chǎn)生模塊的時序圖；圖10所示為本發(fā)明實施例另一電流檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖11所示為本發(fā)明實施例一種電流檢測方法的流程圖；圖12所示為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)相比較的有益效果圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。如圖4所示為本發(fā)明實施例一種電流檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。包括電流采樣單元401，控制單元402，基準產(chǎn)生單元403，快速恢復(fù)單元404，比較 器 405。電流采樣單元401，用于根據(jù)控制信號將被檢測電流轉(zhuǎn)變?yōu)楸粰z測電壓?？刂茊卧?02，用于根據(jù)所述控制信號將所述被檢測電壓輸入到比較器405。基準產(chǎn)生單元403，用于根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生基準電壓?？焖倩謴?fù)單元404，用于根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生使所述基準電壓加快恢復(fù)到預(yù)設(shè) 門限值的電流。比較器405，用于比較所述達到所述預(yù)設(shè)門限值的基準電壓和所述被檢測電壓，輸 出比較結(jié)果的邏輯信號。作為本發(fā)明的一個實施例，所述控制單元402中還包括延遲單元，用于當(dāng)所述控 制信號變化時，延遲一預(yù)定時間將所述被檢測電壓輸入到比較器。作為本發(fā)明的一個實施例，快速恢復(fù)單元404還包括脈沖產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所 述的控制信號產(chǎn)生脈沖信號，所述該快速恢復(fù)單元404在該脈沖信號的有效時間內(nèi)產(chǎn)生使 所述基準電壓加快恢復(fù)穩(wěn)定的電流。其中脈沖信號的有效時間內(nèi)是指脈沖信號的高有效電 平部分或者低有效電平部分。作為本發(fā)明的一個實施例，快速恢復(fù)單元404還可以包括計時單元，用于產(chǎn)生一 個預(yù)設(shè)時間，所述該快速恢復(fù)單元404在該預(yù)設(shè)時間內(nèi)產(chǎn)生使所述基準電壓加快恢復(fù)穩(wěn)定 的電流。通過上述的實施例，所述電流檢測裝置可以在啟動檢測的時候快速建立基準電 壓，并且所述基準產(chǎn)生電路不用一直工作，從而減少了整個電流檢測裝置的功耗。如圖5所示為本發(fā)明實施例電流檢測裝置的進一步結(jié)構(gòu)示意圖。其中控制信號為NGATE ；開關(guān)管Ml為N型MOS管，用于將被檢測電流轉(zhuǎn)變?yōu)楸粰z測電壓；電感Ll與開關(guān)管 Ml串聯(lián)，被檢測電流流過電感和開關(guān)管Ml。
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控制單元100，用于根據(jù)所述控制信號導(dǎo)通或者關(guān)斷所述被檢測電壓與比較器 400的連接?；鶞十a(chǎn)生單元300，用于根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生基準電壓，并輸入到所述比較器 400?？焖倩謴?fù)單元200，用于根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生加快穩(wěn)定所述基準電壓的電流，并 將所述加快穩(wěn)定基準電壓的電流輸入所述基準產(chǎn)生單元300。比較器400，將所述基準電壓和所述被檢測電壓進行比較，并輸出比較結(jié)果的邏輯信號?？刂菩盘朜GATE連接開關(guān)管Ml的柵極，NGATE為高電平時，電感Ll上的電流流過 開關(guān)管Ml。開關(guān)管Ml工作在線性區(qū)，所以開關(guān)管Ml漏源兩端的電壓與電感Ll上電流成正 比。開關(guān)管Ml的漏極電壓和NGATE信號作為控制單元100的輸入信號，控制單元100的輸 出連接到比較器400的正向輸入端。NGATE信號作為基準產(chǎn)生單元300的輸入，基準產(chǎn)生單 元300產(chǎn)生一個基準電壓，送給比較器400的反向輸入端。比較器400比較采樣得到的開 關(guān)管Ml漏極電壓和基準電壓。NGATE信號連接快速恢復(fù)單元200，該快速恢復(fù)單元200的 輸出連接到基準產(chǎn)生單元300。在NGATE為低電平時，控制單元100將比較器400的正向端(Vsense)與開關(guān)管Ml 的漏極斷開，并把Vsense拉到低電平?；鶞十a(chǎn)生單元300由于所述NGATE為低電平所以關(guān) 斷，不產(chǎn)生基準電壓，其輸出Vref為高電平參考電源(VDD)，所以比較器400輸出為低電平。在NGATE變?yōu)楦唠娖胶螅刂茊卧?00控制延遲一段時間后，接收所述開關(guān)管Ml 的漏極電壓作為被檢測電壓，并將該被檢測電壓(Vsense)送到比較器400的正向輸入端。 上述延遲是通過控制單元100中的一個延遲模塊來實現(xiàn)的，該延遲模塊僅僅對NGATE的上 升沿起延遲作用，對于NGATE的下降沿不起作用。這個延遲模塊的作用是在NGATE變高的 最初時刻，開關(guān)管Ml的漏極電壓帶有噪聲信號，這個時候不做電流檢測，通過增加一延遲 單元，等漏極電壓穩(wěn)定后再做電流檢測。當(dāng)NGATE變高后，基準產(chǎn)生單元300開始工作，基準電壓(Vref)突然從VDD變化 到一個較低的電平，該變化會引起Vref電壓的波動，Vref有一個突變到穩(wěn)定的恢復(fù)過程， 而Vref的恢復(fù)需要一個較長的時間。Vref恢復(fù)速度慢，就會影響電流檢測的速度和精度， 因此需要Vref快速恢復(fù)到穩(wěn)定值?？焖倩謴?fù)單元200的作用就是加快基準電壓Vref恢復(fù)到穩(wěn)定值的速度，用于提高 比較器400對電壓比較的精度和速度。比較器400正向輸入端接Vsense，反相輸入端接Vref，當(dāng)Vsense的值大于Vref 時，比較器的輸出端輸出為高電平，送給DC/DC中的邏輯控制電路，以表示當(dāng)前檢測的電流 達到了設(shè)定的門限值，該DC/DC中的邏輯控制電路使NGATE變低，控制開關(guān)管Ml關(guān)斷，電感 結(jié)束充電。如圖6所示為本發(fā)明實施例電流檢測裝置的詳細結(jié)構(gòu)示意圖。包括電流采樣單元開關(guān)管Ml，控制單元100，基準產(chǎn)生單元300，快速恢復(fù)單元200 和比較器400。所述控制單元100包括一個上升沿延遲單元，一個反相器，一個開關(guān)管M3 (N型MOS 管)，一個下拉晶體管M4 (N型MOS管)。開關(guān)管M3的漏極(或者為源極)連接開關(guān)管Ml的
8漏極，其源極(或者為漏極)連接下拉晶體管M4的漏極，開關(guān)管M3的柵極連接所述經(jīng)過延 遲的控制信號；所述反相器輸入連接開關(guān)管M3的柵極，其輸出連接下拉晶體管M4的柵極； 所述下拉晶體管M4的漏極連接開關(guān)管M3的源極(或者為漏極)，所述下拉晶體管M4的源 極接地。所述基準產(chǎn)生單元300包括一個與開關(guān)管Ml匹配的匹配晶體管M2(N型MOS管)、 電流鏡像管對M5和M6 (均為P型MOS管)、還有一個基準電流單元，其中基準電流單元用于 產(chǎn)生基準電流Iref，M5和M6將Iref鏡像并使其流過晶體管M2，在匹配晶體管M2的漏極 得到需要的基準電壓。其中，所述匹配晶體管M2的漏極連接鏡像管M6的漏極，該匹配晶體 管M2的源極接地，柵極連接所述的控制信號。所述快速恢復(fù)單元200包括上升沿窄脈沖產(chǎn)生電路，一個反相器，開關(guān)管M7 (P型 MOS管)和電流源II。當(dāng)NGATE為低電平時，Nl為低電平，開關(guān)管M3關(guān)斷，N2為高電平，下拉晶體管M4 導(dǎo)通，Vsense變?yōu)榈碗娖?；匹配晶體管M2關(guān)斷，電流鏡像管M6和M5導(dǎo)通，但是沒有電流流 過電流鏡像管M6，Vref為高電平VDD，比較器400輸出低電平。當(dāng)NGATE變高后，控制單元100延遲一預(yù)定時間之后，將開關(guān)管Ml的漏極電壓 (Vsense)送到比較器400的正向輸入端。該延遲可以通過延遲單元來實現(xiàn)，也可以通過其 它計時器來實現(xiàn)，如圖7a所示為本發(fā)明實施例上升沿延遲單元的結(jié)構(gòu)圖，如圖7b所示為圖 7a上升沿延遲單元的時序圖，信號si經(jīng)過一個延遲模塊得到信號s2，然后將si和s2作為 一個二輸入與門的輸入，二輸入與門的輸出得到信號s3，信號s3只延遲了 si的上升沿，其 下降沿的時刻與si相同，未作延遲。上述控制單元100、基準產(chǎn)生單元300與比較器400正、負輸入端連接關(guān)系在其他 實施例中可以顛倒，比較器400最終輸出的比較結(jié)果信號與上述實施例相反，而后繼的邏 輯控制電路的判斷邏輯和控制邏輯可以與上述實施例相反。并且，上述實施例NGATE信號的高或低控制所述開關(guān)管Ml、控制單元100、快速 恢復(fù)單元200、基準產(chǎn)生單元300導(dǎo)通或者關(guān)斷，下拉晶體管M 4也可以為上拉晶體管，將 Vsense變?yōu)楦唠娖剑谄渌麑嵤├锌梢韵喾?，本發(fā)明實施例只是說明典型示例，并未能逐 一贅述所有可能的組合方式，但是所有符合本發(fā)明方案的組合、變化都在本發(fā)明的公開范 圍之內(nèi)。如圖8所示為本發(fā)明實施例中延遲模塊的電路圖，在兩個反相器中間插入一個RC 延遲網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)電阻電容(RC)的大小決定充放電時間，進而決定延遲時間的大小。同樣，本 實施例只是實現(xiàn)延遲功能的一個實施例，現(xiàn)有技術(shù)中的其它具有上升沿或者下降沿延遲功 能的模塊都可以應(yīng)用于本發(fā)明實施例中。在NGATE變?yōu)楦唠娖降耐瑫r經(jīng)過延遲后，附變?yōu)楦唠娖?，N2變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管 M3導(dǎo)通，下拉晶體管M4關(guān)斷，比較器400的正向輸入端電壓(Vsense)等于開關(guān)管Ml漏極 的電壓。控制單元100中的延遲模塊僅僅對NGATE的上升沿起延遲作用，對于NGATE的下 降沿不起作用，在NGATE變高的最初時刻，晶體管Ml的漏極電壓帶有噪聲信號，這個時候不 做電流檢測，通過增加一延遲單元，等漏極電壓穩(wěn)定后再做電流檢測。當(dāng)NGATE變高后，匹配晶體管M2導(dǎo)通，Vref突然從VDD變化到一個較低的電平。 由于電流鏡像管M6的漏和柵之間有一個寄生電容(通常電流鏡像管M6的尺寸較大，所以
9寄生電容大)，Vref的電壓瞬間變低，通過電流鏡像管M6的漏極和柵極之間的寄生電容耦 合使電流鏡像管M6的柵極電壓也變低，使流過電流鏡像管M6的電流變大，偏離了設(shè)定的門 限值(即設(shè)定的基準電流)。電流鏡像管M6的柵極電位通過流過電流鏡像管M5的漏極電 流與Iref電流的差值緩慢的充電恢復(fù)，由于流過電流鏡像管M5電流比較小，電流鏡像管M6 的柵電壓恢復(fù)的比較慢，導(dǎo)致電流鏡像管M6提供的基準電流也恢復(fù)較慢(指恢復(fù)到設(shè)定的 門限值)。NGATE變高后，匹配晶體管M2工作在線性區(qū)，流過電流鏡像管M6的電流乘以匹 配晶體管M2的導(dǎo)通電阻等于基準電壓(Vref)。因為流過電流鏡像管M6的電流有一個突變 到穩(wěn)定的恢復(fù)過程，所以Vref電壓也有一個突變到穩(wěn)定的恢復(fù)過程?？焖倩謴?fù)單元200的作用就是加快基準電壓恢復(fù)到設(shè)定門限值的速度，用于提高 比較器400比較Vref和Vsense電壓的精度和速度。所述快速恢復(fù)單元可以在控制信號NGATE變化的一個短時間內(nèi)產(chǎn)生一個輔助基 準電壓Vref恢復(fù)到設(shè)定門限值的電流，該短時間可以通過計時器等方式實現(xiàn)，也可以通過 窄脈沖產(chǎn)生模塊實現(xiàn)，其中計時器可以直接與開關(guān)管M7相連接，接受控制信號NGATE控制 產(chǎn)生一預(yù)定時間，開關(guān)管M7在該預(yù)定時間內(nèi)導(dǎo)通，如圖9a所示為本發(fā)明實施例的窄脈沖產(chǎn) 生模塊結(jié)構(gòu)圖，其中的延遲模塊可以采用圖8中的延遲模塊實現(xiàn)，也可以使用現(xiàn)有技術(shù)中 的其它延遲模塊實現(xiàn)，圖9b為圖9a中窄脈沖產(chǎn)生模塊的時序圖，信號si經(jīng)過一個反相器 得到信號s2，再對s2做一個延遲得到信號s3，然后將si和s3作為一個二輸入與門的輸入， 二輸入與門的輸出得到信號s4，信號s4的上升沿與si的上升沿同時刻，s4脈寬的大小由 延遲模塊決定，作為本發(fā)明的另一個實施例，反相器和延遲模塊可以調(diào)換前后順序。在該窄脈沖的時間內(nèi)產(chǎn)生輔助Vref恢復(fù)到設(shè)定門限值的電流。例如，在控制信號 NGATE的上升沿，上升沿窄脈沖產(chǎn)生模塊輸出一個窄脈沖，窄脈沖經(jīng)過反相器反相后控制開 關(guān)管M7的柵極。該窄脈沖控制開關(guān)管M7導(dǎo)通一段時間，在該時間內(nèi)，電流源Il通過開關(guān) 管M7對電流鏡像管M6的柵極充電，加快電流鏡像管M6柵極電位的恢復(fù)速度，使流過電流 鏡像管M6的電流快速恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)，最終加快基準電壓恢復(fù)到設(shè)定門限值的速度。如圖10所示為本發(fā)明實施例另一電流檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。在本例中與圖6所示實施例的不同之處在于，在圖6中的開關(guān)管由N型MOS管改 用為P型MOS管，并且由于MOS管的改變造成控制信號高、低電平控制的反向，因此在控制 單元100中的上升沿延遲單元變?yōu)橄陆笛匮舆t單元，在快速恢復(fù)單元200中的上升沿窄脈 沖產(chǎn)生單元變?yōu)橄陆笛卣}沖產(chǎn)生單元，比較器400的正、反向輸入端顛倒，正向輸入端輸 入的是基準電壓，反向輸入端輸入的是被檢測電壓。其中，開關(guān)管M7導(dǎo)通一段時間，在該時 間內(nèi)，電流源Il通過開關(guān)管M7對電流鏡像管M6的柵極放電，加快電流鏡像管M6柵極電位 的恢復(fù)速度，使流過電流鏡像管M6的電流快速恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)，最終加快基準電壓恢復(fù)到設(shè)定 門限值的速度。如圖11所示為本發(fā)明實施例一種電流檢測方法的流程圖。包括步驟1101，根據(jù)所述控制信號將被檢測電流轉(zhuǎn)變?yōu)楸粰z測電壓并將其輸入到 比較器。步驟1102，根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生基準電壓。步驟1103，根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生使所述基準電壓加快恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流。
步驟1104，比較所述恢復(fù)到所述預(yù)設(shè)門限值的基準電壓和所述被檢測電壓，輸出 比較結(jié)果的邏輯信號。上述方法的步驟1101至1104并行進行，并都受所述控制信號控制。作為本發(fā)明的一個實施例，步驟1101中包括，將所述控制信號延遲一預(yù)定時間后 將所述被檢測電壓輸入到比較器。作為本發(fā)明的一個實施例，步驟1103中包括，當(dāng)接收到所述控制信號后，生成一 脈沖信號(或計時單元開始計時)，在該脈沖信號的有效時間內(nèi)(或計時單元產(chǎn)生的一預(yù)定 時間內(nèi))產(chǎn)生所述使所述基準電壓加快恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流。通過上述實施例，所述電流檢測裝置可以在啟動檢測的時候快速建立基準電壓， 并且所述基準產(chǎn)生電路不用一直工作，從而減少了整個電流檢測裝置的功耗。如圖12所示為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)相比較的有益效果圖。如圖中所示，應(yīng)用本發(fā)明實施例可以使得Vref更加快速的恢復(fù)到設(shè)定的門限值。本發(fā)明的有益效果在于，通過加入快速恢復(fù)單元，使得基準產(chǎn)生單元產(chǎn)生的基準 電壓能夠更加快速的恢復(fù)到設(shè)定的門限值，從而加快電流檢測的速度和提高電流檢測的準 確性，并且對現(xiàn)有的電流檢測裝置改動小，成本低，效果明顯。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，可以通 過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì) 中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁 碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read-On Iy Memory, ROM)或隨機存儲記憶體(Random Access Memory, RAM)等。以上所述的具體實施方式
，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步 詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式
而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
1權(quán)利要求
一種電流檢測裝置，其特征在于包括電流采樣單元，用于根據(jù)控制信號將被檢測電流轉(zhuǎn)變?yōu)楸粰z測電壓；控制單元，用于根據(jù)所述控制信號將所述被檢測電壓輸入到比較器；基準產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生基準電壓；快速恢復(fù)單元，用于根據(jù)所述控制信號加快所述基準電壓恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的速度；比較器，用于比較所述恢復(fù)到所述預(yù)設(shè)門限值的基準電壓和所述被檢測電壓，輸出比較結(jié)果的邏輯信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電流采樣單元包括第一開關(guān)管M1，所 述被檢測電流流過第一開關(guān)管Ml，該第一開關(guān)管Ml根據(jù)所述控制信號將所述被檢測電流 轉(zhuǎn)變?yōu)樗霰粰z測電壓并輸送到所述控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制單元中包括 延遲單元，用于當(dāng)所述控制信號變化時，將所述控制信號延遲一預(yù)定時間；第二開關(guān)管M3，根據(jù)所述經(jīng)過延遲的控制信號來控制第二開關(guān)管M3的柵極，使第二開 關(guān)管M3關(guān)斷或者導(dǎo)通，導(dǎo)通時將所述被檢測電壓輸入所述比較器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述控制單元還包括第一反相器，輸入連接所述經(jīng)過延遲的控制信號，輸出連接下拉管M4的柵極，用于將 所述經(jīng)過延遲的控制信號反相；下拉管M4，用于根據(jù)所述第一反相器的輸出導(dǎo)通或者關(guān)斷，當(dāng)導(dǎo)通時，將所述輸入到所 述比較器的被檢測電壓下拉到低電平或者上拉到高電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述基準產(chǎn)生單元包括 基準電流單元，用于產(chǎn)生基準電流；一對電流鏡像管，用于基準電流的鏡像；一個與所述第一開關(guān)管匹配的匹配晶體管M2，用于根據(jù)所述的控制信號控制匹配晶體 管M2的柵極，使匹配晶體管M2導(dǎo)通或者關(guān)斷，關(guān)斷時，M2阻值無窮大，導(dǎo)通時，提供一個和 所述第一開關(guān)管的導(dǎo)通電阻成比例的導(dǎo)通電阻；所述電流鏡像管鏡像所述基準電流，并使該基準電流流過所述匹配晶體管M2產(chǎn)生所 述基準電壓，并將該基準電壓傳送到所述比較器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，快速恢復(fù)單元包括脈沖產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述的控制信號產(chǎn)生脈沖信號，所述該快速恢復(fù)單元在該脈 沖信號的有效時間內(nèi)產(chǎn)生用于加快使所述基準電壓恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流；第二反相器，將所述脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的脈沖反相，輸入到第三開關(guān)管M7的柵極； 所述第三開關(guān)管M7，在所述脈沖的有效時間內(nèi)控制電流源對所述基準產(chǎn)生單元的電流 鏡像管的柵極進行充電或放電；電流源，用于提供充電電流或放電電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，快速恢復(fù)單元包括 計時單元，用于根據(jù)所述的控制信號產(chǎn)生一預(yù)定時間；第三開關(guān)管M7，在所述計時單元產(chǎn)生的預(yù)定時間內(nèi)控制電流源對所述基準產(chǎn)生單元的 電流鏡像管的柵極進行充電或放電；電流源，用于提供充電電流或放電電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或6或7所述的裝置，其特征在于，所述延遲單元和脈沖產(chǎn)生單元， 或所述延遲單元和計時單元均在所述控制信號的上升沿或者下降沿使能。
9.一種電流檢測方法，其特征在于包括根據(jù)所述控制信號將被檢測電流轉(zhuǎn)變?yōu)楸粰z測電壓； 根據(jù)所述控制信號將被檢測電壓輸入到比較器； 根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生基準電壓；根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生使所述基準電壓加快恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流； 比較所述恢復(fù)到所述預(yù)設(shè)門限值的基準電壓和所述被檢測電壓，輸出比較結(jié)果的邏輯信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述控制信號將被檢測電壓輸入到 比較器中包括，將所述控制信號延遲一預(yù)定時間后將所述被檢測電壓輸入到比較器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生使所述基準電壓 加快恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流中包括，當(dāng)接收到所述控制信號后，生成一脈沖信號或者一 預(yù)定時間，在該脈沖信號的有效時間內(nèi)或者在所述預(yù)定時間內(nèi)產(chǎn)生所述使所述基準電壓加 快恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中電流檢測能耗大、精確度和速度不夠高的問題，提供了一種電流檢測裝置及方法，其中裝置包括電流采樣單元，用于根據(jù)控制信號將被檢測電流轉(zhuǎn)變?yōu)楸粰z測電壓；控制單元，用于根據(jù)所述控制信號將所述被檢測電壓輸入到比較器；基準產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生基準電壓；快速恢復(fù)單元，用于根據(jù)所述控制信號加快所述基準電壓恢復(fù)到預(yù)設(shè)門限值的速度；比較器，用于比較所述恢復(fù)到所述預(yù)設(shè)門限值的基準電壓和所述被檢測電壓，輸出比較結(jié)果的邏輯信號。本發(fā)明的有益效果在于，在電路功耗小的前提下，通過加入快速恢復(fù)單元，使得基準電壓快速的恢復(fù)到預(yù)設(shè)的門限值，以提高整個電流檢測裝置的檢測速度和準確度。
文檔編號H02M3/00GK101963629SQ200910089789
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者成俊 申請人:瑞薩電子(中國)有限公司