精確電流感測的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開大體涉及電流感測，并且更特別地涉及使用電流鏡像的電流感測。
【背景技術(shù)】
[0002] 電流感測電路一般提供和/或測量電流并且可以用于諸如服務(wù)器和移動計(jì)算機(jī) 應(yīng)用的DC-DC變換器的應(yīng)用中。監(jiān)測電流(例如在電源中的電流)的一些原因包括故障保護(hù)、 電流限制、電流調(diào)節(jié)和應(yīng)用特定理由。電流感測可以幫助故障保護(hù)，因?yàn)殡娏鞲袦y可以檢測 何時(shí)存在可導(dǎo)致故障(例如短路）的電流過載。一些應(yīng)用可以使用恒定的最大電流限制，以 便是魯棒和可靠的。電流感測電路可以檢測由電流調(diào)節(jié)器提供的輸出電流并且將輸出電流 反饋回調(diào)節(jié)回路以實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)。常規(guī)跟蹤電流感測電路通常具有有限的精度，其可能由 于不可避免的容差和溫度改變。此外，利用在電流感測電路中使用的放大器或比較器引入 的偏移可能增加不精確的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 通常，本公開描述了具有改進(jìn)的精度和可編程性的跟蹤電流感測系統(tǒng)。本文描述 的一些示例裝置使用電流鏡感測電流并且包括對該裝置附加的電路以便添加電流鏡的鏡 比的可編程性。電流鏡可包括功率晶體管和感測晶體管。附加的示例裝置包括將功率晶體 管的集電極到發(fā)射極電勢維持在大體與感測晶體管的集電極到發(fā)射極電勢相同的水平處 的電壓調(diào)節(jié)回路。
[0004] 在下面的附圖和描述中陳述本公開的一個(gè)或多個(gè)示例和技術(shù)的細(xì)節(jié)。根據(jù)描述和 附圖以及根據(jù)權(quán)利要求，本公開的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的。
【附圖說明】
[0005] 圖1是根據(jù)在本公開中描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)，圖示示例電流感測系統(tǒng)的框圖。
[0006] 圖2是根據(jù)在本公開中描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)，圖示示例電流感測電路的示意 圖。
[0007] 圖3是根據(jù)在本公開中描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)，圖示在未修整的電流感測系統(tǒng)中 的示例電流流動的示意圖。
[0008] 圖4是根據(jù)在本公開中描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)，圖示在修整的電流感測系統(tǒng)中的 示例電流流動的示意圖。
[0009] 圖5是根據(jù)在本公開中描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)，圖示在修整的電流感測系統(tǒng)中的 另一示例電流流動的示意圖。
[0010] 圖6是根據(jù)在本公開中描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)，圖示用于操作電流感測電路的示 例方法的流程圖。
[0011]圖不一定是按照比例繪制的。同樣的附圖標(biāo)記指示同樣的特征，盡管在同樣的特 征之間的變化可存在于各個(gè)示例中。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 具有電流鏡像的電流跟蹤系統(tǒng)可具有已知為厄利效應(yīng)（Early effect)的錯誤。厄 利效應(yīng)是由于集電極到發(fā)射極電勢中的差異對雙極晶體管中的電流的調(diào)制所致的引入電 流鏡中的錯誤。本文描述的一些電流感測裝置和系統(tǒng)包括電壓調(diào)節(jié)回路，該回路通過將電 流鏡的功率晶體管的集電極到發(fā)射極電勢維持在大致與電流鏡的感測晶體管的集電極到 發(fā)射極電勢相同的水平處來減小厄利效應(yīng)。使用電流鏡像的常規(guī)電流感測電路被配置為僅 具有一個(gè)鏡比。本文描述的一些電流感測裝置和系統(tǒng)包括可用于設(shè)定選擇的鏡比的可編程 性子電路。此外，本文描述的電流感測裝置和系統(tǒng)可以利用低成本技術(shù)相對便宜地制造并 且具有相對小的大小。因此，本文描述的電流感測裝置和系統(tǒng)具有改進(jìn)的精度，可被配置為 以不同鏡比來工作，并且是成本高效的。
[0013] 圖1是根據(jù)本公開中描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)，圖示示例電流感測系統(tǒng)2的框圖。電 流感測系統(tǒng)2被配置為精確確定電流感測系統(tǒng)2中流動的電流。跟蹤電流系統(tǒng)2包括功率 級4、可編程子電路6、電壓調(diào)節(jié)回路8和控制器10。
[0014] 功率級4接收功率信號和來自控制器10的信號作為輸入。耦合到功率級4的是 可編程子電路6和電壓調(diào)節(jié)回路8。功率級4可包括PNP雙極結(jié)型晶體管（"BJT"）功率級 (例如功率晶體管)。PNP功率級可具有包括低下降、反極性和魯棒性的特征(例如電磁干擾 ("EMI ")，靜電放電("ESD")，短路等)。功率級4可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)電流鏡。例如，功 率級4包括PNP鏡作為電流感測(例如感測晶體管)。作為電流感測的PNP鏡允許沒有由于 電流感測所致的附加電流下降并且提供對溫度改變的低敏感度。在其它示例中，功率級4 可包括其它類型的晶體管。功率級4提供兩個(gè)輸出，包括電流輸出I wt和電流感測的輸出 I sense 0
[0015] 可編程子電路6可被編程為修整功率級4中的電流鏡中的一個(gè)或多個(gè)的特定電流 鏡比。可編程子電路6包括一個(gè)或多個(gè)可編程元件，即一個(gè)或多個(gè)可編程元件能夠被配置 為使得實(shí)現(xiàn)所選擇的電流鏡比。在一些示例中，可編程子電路6可僅被配置一次。即，一 旦一個(gè)或多個(gè)元件已被配置一次，則它們不能夠被再配置。在其它示例中，可編程子電路6 可被配置多次。即，一個(gè)或多個(gè)元件能夠在已經(jīng)被配置之后被再配置?？山?jīng)由二極管擊穿 (diode zapping)、激光恪斷或使用串行外圍接口（"SPI"）來編程一個(gè)或多個(gè)可編程元件。 SPI是允許數(shù)據(jù)(例如修整字）從微控制器到裝置(例如諸如可編程子電路6)的傳輸?shù)拇?數(shù)據(jù)鏈路。由于可編程子電路6,功率級4的電流鏡具有寬范圍的電勢鏡比。此外，將電流 從感測I smsJM立到輸出I _，以便將鏡比調(diào)整到目標(biāo)值。因此，沒有將電流移位到地。
[0016] 電壓調(diào)節(jié)回路8可以充當(dāng)功率級4的反饋回路。電壓調(diào)節(jié)回路8接收來自功率級 4的信號(例如功率晶體管和感測晶體管的集電極輸出電壓)作為輸入。電壓調(diào)節(jié)回路8的 輸出被反饋到功率級4的感測晶體管，并且因此充當(dāng)功率級4的集電極到發(fā)射極電勢電壓 調(diào)節(jié)器。以該方式調(diào)節(jié)集電極電壓降低了在鏡比上的厄利效應(yīng)，因此降低電流感測系統(tǒng)2 的誤差。
[0017] 電流感測系統(tǒng)2可包括可以使用低成本技術(shù)(例如使用雙極晶體管)生產(chǎn)的精確電 流感測系統(tǒng)，具有可被修整到一定程度的精度。可以在設(shè)計(jì)階段期間控制精度?？梢允褂?低成本硅（Si)技術(shù)將電流感測系統(tǒng)2集成在芯片上。
[0018] 圖2是根據(jù)本公開描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)，圖示示例電流感測電路20的示意圖。 電流感測電路20是圖1的電流感測系統(tǒng)2的示例實(shí)施方式。電流感測電路20包括功率級 4、可編程子電路6和電壓調(diào)節(jié)回路8。
[0019] 功率級4包括功率晶體管12和感測晶體管14。電源控制信號控制功率晶體管12 的基極或棚極。在一些不例中，感測晶體管14的基極親合到功率晶體管12的基極。在其 它示例中，感測晶體管14的基極直接接收電源控制信號。電源輸入信號連接到功率晶體管 12和感測晶體管14的端子。例如，功率輸入信號可以連接到功率晶體管12和感測晶體管 14兩者的集電極。在功率晶體管12和感測晶體管14都是PNP晶體管的示例中，電源輸入 信號可以連接到發(fā)射極。功率晶體管12和感測晶體管14中的一個(gè)或兩者可以是雙極結(jié)型 晶體管（BJT)，例如PNP雙極晶體管或NPN，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET)晶體 管，例如N型M0SFET，金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MESFET)，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS)， 或任何其它類型的晶體管。在圖2的示例中，功率晶體管12和感測晶體管14是PNP晶體 管。
[0020] 感測晶體管14用作功率晶體管12的電流鏡。功率晶體管12具有被給定為N的 大小，并且感測晶體管14具有被給定為X的大小。具有較大大小的晶體管可以具有比具有 較小大小的晶體管更大的面積或重量。電流鏡具有指示被復(fù)制的電流的關(guān)系的鏡比。在一 些示例中，功率晶體管12是大功率晶體管并且感測晶體管14是被嵌入作為功率晶體管12 的電流鏡的更小的晶體管。在該示例中，忽略由于可編程子電路6所致的任何效應(yīng)，鏡比是 X:N〇
[0021] 可編程子電路6可基于一個(gè)或多個(gè)可編程元件18-1到18-3 (在本文統(tǒng)稱為"可 編程元件18")的狀態(tài)來改變鏡比?？删幊套与娐?還包括一個(gè)或多個(gè)晶體管16-1到16-3 (本文統(tǒng)稱為"晶體管16")。晶體管16耦合在可編程元件1