一种开关压降可配置电流检测精准的电源开关电路结构制造技术

本发明专利技术公开了一种开关压降可配置电流检测精准的电源开关电路结构。该电源开关电路结构应用于需要外接供电电源的通信电路中。在一些电路结构中，为了提高整体电路的性能，往往需要在电路中添加一些高性能的电路模块，然而这些高性能的模块一方面不容易集成，一方面需要单独供电，所以一般会设计一些电源开关电路结构来为这些模块供电。电源开关模块为负载模块供电，并根据负载模块抽走电流的大小做出相应判断：负载电流小于一个特定的值，认为负载介入后电路工作在一种状态；当负载电流大于一个值，负载模块接入时工作在了另外一种状态。本发明专利技术的电源开关电路能够为负载模块提供可配置的开关压降，同时根据负载模块抽走的负载电流的大小来判断负载电路的工作状态，输出相应的状态信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是为一些没有集成的电路模块供电的一种电路结构，属于硬件电路领域。
技术介绍
在实际的电路应用中，往往需要加一些性能高、难集成的模块，从而提高电路的整体性能。这些电路在应用时需要单独供电，避免和其他电路产生串扰；同时负责供电的模块也需要对负载模块抽走的电流进行监控，从而根据负载电流的大小来判断负载模块的工作状态。例如在导航应用当中，卫星发送到地面的信号非常微弱，周边环境的变化对于接收并处理卫星信号的接收机有较大的影响。为了克服这个困难，一般将不太容易集成的天线部分和高性能的低噪声放大器部分单独集成在一个封装中，组成有源天线模块，用该有源天线接收微弱的无线信号，经过一定的滤波和放大后，将更高强度的信号送入接收机进行处理。由于外部加入的高性能电路内部一般均含有有源器件，所以需要供电电源为其提供能量。电源开关电路一般两个功能：一方面能够为负载电路提供电源，另一方面能够根据负载电路抽走的电流的大小来判断负载电路的工作状态。一般的电源开关电路结构如图1所示：PD-MUX控制2选1多路选择器，使得M1管和M2管的栅极有选择的接到电源VDD上或者地GND上；M1管栅极接GND时，M1管处于全导通状态，VDD通过M1为负载电路供电；M2管的漏极和M1管的漏极通过OP钳制在一起，尽量保证M1管和M2电流彼此成比例；M2镜像M1的电流降落在R上产生的电压量送入后端电路中。这样一个结构既实现了为负载电路供电，同时又能监控负载电流的大小。但是这种传统结构的电源开关模块有两个问题：M2管中流过的电流和M1管电流的比例比较离散；负载模块的电源电压(即M1管的漏极电位)具有较大的离散型。图1中，当电源开关模块为负载电路供电的时候，M1管和M2管栅极被拉倒GND上，器件工作在开关状态，这时候只要误差放大器OP存在着失陪，M1和M2的漏极电压稍有区别，M1和M2中流过的电流之比将会很大程度上受到OP失调电压的影响，并且M1和M2的电流比会和OP的失调电压一样服从正态分布，方差较大。M2中流过的离散分布电流降落在R1上产生了输出模拟电压I_TH。另一个问题：M1工作在线性区的时候，等效导通阻抗是一个受器件工艺特性影响的值。尤其在CMOS工艺中，器件的离散程度较大，所以电源开关模块的供电电压将会受到M1导通阻抗影响的值，这个问题需要优化。
技术实现思路
(1)专利技术目的在对传统结构的电源开关模块进行分析时发现：电路在电流检测值离散度和输出电压离散度上都比较差，在一些要求严格的产品中，这样的结果是不能满足产品要求的。当图1中M1和M2栅极电位接到GND上的时候，MOS器件工作在线性区，MOS器件工作在线性区的时候电流电压方程如下所示： I D ∝ K W L ( V G S - V T H ) V D S ]]>ID是MOS器件漏极流过的电流，K是工艺常数，W是器件宽度，L是器件长度，VGS代表MOS器件的栅源电压，VTH代表MOS器件的阈值电压，VDS是器件源极和漏极的电压。图1中的运放OP在实际情况下会因为失配等原因产生一定的失调电压，这样将会导致M1管漏极电位和M2管的漏极电位并不完全相同，M1管的漏极电压VDS-M1与M2管的漏极电压VDS-M2之间的压差大小等于OP的失调电压ΔV。一般来讲，产品中常见的失调电压的3倍标准差ΔV是一个20mV左右的数量级值，具体值和实际的电路设计有关。假定M1的漏源电压为VDS，M2的漏源电压为(VDS±ΔV)，其中ΔV是OP的失调电压，那么M1和M2中流过的电流比为： I M 1 I M 2 = ( W L ) 1 · V D S ( W L ) 2 · ( V D S ± Δ V ) ]]>M1和M2的宽长比之比是一个固定的值，理论上M1和M2中流过的电流比应该是宽长比之比，但是OP失调电压导致了工作在线性区的两个器件的电流之比还受到了MOS管漏源电压的影响。假定VDS是80mV，ΔV是20mV，那么M2镜像M1电流产生检测点的电流值就变成了[75％～125％]的范围。当负载模块接到图1所示的电源开关模块后，将M1的开关等效为一个阻值很小的导通电阻，将负载模块等效为一个电阻和电容的并联，电路如图2所示。电源开关模块的供电电压VOUT实际上由如下公式决定： V O U T = V D D * ( 1 - R M 1 R M 1 + R 2 ) ]]>RM1是M1的导通阻抗，RM1越小，VOUT的值越接近于电源电压VDD。但是M1的导通阻抗是一个受到工艺等因素影响较大的值，同一批制作出来的M1管在相同偏压下，导通阻抗RM1会有较大的离散型，这种现象将会导致电源开关模块的供电电压VOUT是一个离散程度较高的值。(2)技术方案修改M1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关压降可配置电流检测精准的电源开关电路结构。该专利技术为负载模块供电，同时监测负载电流的大小。其特征在于该电路结构包括输出电压配置、主供电支路、负载电流检测支路，共计3个部分。BG提供的基准电流IB流过可变电阻R1，这样可变电阻R1下端的电位将由电源电压VDD、BG提供的基准电流IB和可变电阻R1决定；误差放大器OP‑1将R1下端的电位和输出端口OUT钳制在一起，从而达到OUT点电位可控的目的；误差放大器OP‑2将OUT结点和M2的漏极结点钳制在一起，保证M2管精准镜像M1中电流；负载电流检测支路中M2管流过的电流降落在R2上形成了一个电压，这个电压送入后续模块进行处理。

【技术特征摘要】
1.一种开关压降可配置电流检测精准的电源开关电路结构。该发明为负载模块供电，同时监测负载电流的大小。其特征在于该电路结构包括输出电压配置、主供电支路、负载电流检测支路，共计3个部分。BG提供的基准电流IB流过可变电阻R1，这样可变电阻R1下端的电位将由电源电压VDD、BG提供的基准电流IB和可变电阻R1决定；误差放大器OP-1将R1下端的电位和输出端口OUT钳制在一起，从而达到OUT点电位可控的目的；误差放大器OP-2将OUT结点和M2的漏极结点钳制在一起，保证M2管精准镜像M1中电流；负载电流检测支路中M2管流...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志刚，孙旭光，
申请(专利权)人：北京中电华大电子设计有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11