一种超低功耗的高速电流采样电路制造技术

一种超低功耗的高速电流采样电路，属于电源管理电路技术领域。电流采样电路包括采样模块和辅助钳位模块，采样模块包括运算放大器和第一NMOS管，第一NMOS管的栅极连接功率管的栅极，其漏极连接功率管的漏极并连接电源电压，其源极连接运算放大器的负向输入端；运算放大器的正向输入端连接功率管的源极，运算放大器的输出端电压通过反馈回路返回运算放大器的负向输入端；辅助钳位模块为运放的输出电压设置上限和下限，利用电压钳位来加速从禁用状态到启用状态的瞬态过程，结合宽带宽，实现了具有快速响应速度的超低功率电流采样电路；本发明专利技术还提出一种宽带宽的运算放大器，进一步加快了电流采样电路的瞬态响应。

A High Speed Current Sampling Circuit with Ultra Low Power Consumption

【技术实现步骤摘要】
一种超低功耗的高速电流采样电路
本专利技术属于电源管理电路
，具体涉及一种超低功耗的高速电流采样电路。
技术介绍
在电源管理电路领域，电流采样电路是非常重要的一部分。对于开关电源，如何精准、实时地采集电感上的电流信息用于系统控制已经成为一个关键技术。电流采样电路通过采样得到的电感电流信息判断系统是否处于过流状态，可以防止在过流或短路情况下损坏开关电源。其次，电流采样作为电流模控制方式中必要的技术，可以控制环路的稳定性，提高环路的响应速度。提高电流采样的精度和速度及减小采样模块的延时以保证电流采样信息的准确性是电流采样电路的发展方向。传统的电流采样技术有：电阻采样、SENSEFET采样、DCR(DirectCurrentResistance)采样、积分器采样以及动态偏置反馈采样等。其中，较为常见的有三种：(1)电阻采样：通过串联电阻并检测电阻两端的电压降，实现电流采样。电阻采样方式比较简单易实现，但电阻会导致额外的功耗，从而降低了系统的效率。(2)SENSEFET采样：通过与功率管尺寸成比例的镜像管，并使两者的三端电位相同，从而将功率管上的电流成比例的采样出来。这种采样方式要注意功率管与镜像管的匹配问题，版图设计时确保功率管与镜像管的栅宽相同以防止因栅宽不同而导致阈值电压不同等问题。(3)DCR采样：通过在电感上并联一个电容和电阻，利用电感等效电阻上的压降得到电感电流信息。但这种实现方式在实际情况下RC支路的时间常数与电感、电容、电阻参数严密相关，故很难做到两条支路时间常数的匹配，并且该方法在集成方面有所欠缺。
技术实现思路
针对上述传统采样方式在功耗和速度方面存在的不足之处，本专利技术提出一种电流采样电路，能够在极低功耗下工作，且瞬态响应快，解决了在开关电源领域的高精度高速度的电流采样电路的需求问题。本专利技术的技术方案为：一种超低功耗的高速电流采样电路，用于采样开关电源中流过功率管的电流，所述电流采样电路包括采样模块，所述采样模块包括运算放大器和第一NMOS管，第一NMOS管的栅极连接所述功率管的栅极，其漏极连接所述功率管的漏极并连接电源电压，其源极连接运算放大器的负向输入端；运算放大器的正向输入端连接所述功率管的源极，运算放大器的输出端电压通过反馈回路返回运算放大器的负向输入端；所述电流采样电路还包括辅助钳位模块，所述辅助钳位模块包括第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第一电容、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器、第一与非门、第二与非门、第五电阻、第六电阻、第二电容、第十二PMOS管、第二十NMOS管和施密特触发器，其中第七NMOS管、第九NMOS管和第十一NMOS管为低阈值NMOS管；第二反相器的输入端连接第十二PMOS管和第二十NMOS管的栅极以及使能信号，其输出端连接第一与非门的第一输入端；第三反相器的输入端连接第一与非门的输出端，其输出端输出第二控制信号；第十二PMOS管的源极连接低压电源，其漏极通过第五电阻和第六电阻的串联结构后连接第二十NMOS管的漏极，第二十NMOS管的源极接地；施密特触发器的输入端连接第五电阻和第六电阻的串联点并通过第二电容后接地，其输出端连接第四反相器的输入端；第二与非门的第一输入端连接第四反相器的输出端，其第二输入端连接第一偏置电压，其输出端连接第五反相器的输入端；第六反相器的输入端连接第五反相器的输出端，其输出端连接第一与非门的第二输入端并产生第一控制信号；第七NMOS管的栅极连接第九NMOS管的漏极和所述第一控制信号，其漏极连接所述低压电源，其源极连接第八NMOS管的栅极和漏极以及第九NMOS管的栅极和源极；第十NMOS管的栅极和漏极连接第八NMOS管的源极和运算放大器的输出端并作为所述电流采样电路的输出端，其源极连接第十一NMOS管的漏极；第十一NMOS管的栅极连接所述第二控制信号，其源极接地；第一电容接在所述电流采样电路的输出端和地之间。具体的，所述运算放大器包括第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第十六NMOS管、第十七NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第一反相器、第一电阻、第二电阻和第三电阻，其中第五NMOS管、第六NMOS管、第十六NMOS管和第十七NMOS管为低阈值NMOS管；第一PMOS管的源极作为所述运算放大器的正向输入端，其栅极连接第二PMOS管的栅极和第一反相器的输出端，其漏极连接第三PMOS管的漏极和第四PMOS管的源极；第二PMOS管的源极作为所述运算放大器的负向输入端并通过第一电阻后连接第四NMOS管的漏极，其漏极连接第三PMOS管的源极和第五PMOS管的源极；所述使能信号连接第一反相器的输入端和第三PMOS管的栅极；第六PMOS管的栅极连接第七PMOS管的栅极、第二NMOS管的漏极和第二电阻的一端，其源极连接第四PMOS管的漏极，其漏极连接第四PMOS管和第五PMOS管的栅极以及第二电阻的另一端；第七PMOS管的源极连接第五PMOS管的漏极，其漏极连接第三NMOS管的漏极和第四NMOS管的栅极并作为所述运算放大器的输出端；第四NMOS管的源极通过第三电阻后接地；第二NMOS管的栅极连接第三NMOS管的栅极和所述第一偏置电压，其源极连接第十六NMOS管的漏极；第十七NMOS管的栅极连接第十六NMOS管、第五NMOS管和第六NMOS管的栅极并连接第二偏置电压，其漏极连接第三NMOS管的源极，其源极连接第六NMOS管的漏极；第五NMOS管的漏极连接第十六NMOS管的源极，其源极连接第六NMOS管的源极并接地。具体的，所述电流采样电路还包括偏置模块，用于产生所述第二偏置电压，所述偏置模块包括第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管、第十五NMOS管、第十八NMOS管、第十九NMOS管和第四电阻，其中第十一PMOS管为低阈值PMOS管，第十八NMOS管和第十九NMOS管为低阈值NMOS管；第八PMOS管的栅漏短接并连接第九PMOS管的栅极和第十三NMOS管的漏极，其源极连接第九PMOS管和第十PMOS管的源极并连接所述低压电源；第十二NMOS管的栅极和漏极连接第十三NMOS管的栅极并通过第四电阻后连接所述低压电源，其源极连接第十三NMOS管、第十四NMOS管和第十五NMOS管的源极并接地；第十九NMOS管的栅漏短接并连接第十八NMOS管、第十四NMOS管和第十五NMOS管的栅极以及第九PMOS管的漏极，其源极连接第十四NMOS管的漏极；第十八NMOS管的漏极连接第十PMOS管的栅极以及第十一PMOS管的栅极和漏极并输出所述第二偏置电压，其源极连接第十五NMOS管的漏极；第十一PMOS管的源极连接第十PMOS管的漏极。本专利技术的有益效果为：通过设置辅助钳位模块提高了电路从禁用状态到启用状态的瞬态响应速度，加快了高速应用中每个周期的建立时间，以更低的功耗实现了快速响应；另外本专利技术还提出一种宽带宽的运算放大器，进一步加快了电流采样电路的瞬态响应，且整个电路仅在开关电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超低功耗的高速电流采样电路，用于采样开关电源中流过功率管的电流，所述电流采样电路包括采样模块，所述采样模块包括运算放大器和第一NMOS管，第一NMOS管的栅极连接所述功率管的栅极，其漏极连接所述功率管的漏极并连接电源电压，其源极连接运算放大器的负向输入端；运算放大器的正向输入端连接所述功率管的源极，运算放大器的输出端电压通过反馈回路返回运算放大器的负向输入端；其特征在于，所述电流采样电路还包括辅助钳位模块，所述辅助钳位模块包括第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第一电容、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器、第一与非门、第二与非门、第五电阻、第六电阻、第二电容、第十二PMOS管、第二十NMOS管和施密特触发器，其中第七NMOS管、第九NMOS管和第十一NMOS管为低阈值NMOS管；第二反相器的输入端连接第十二PMOS管和第二十NMOS管的栅极以及使能信号，其输出端连接第一与非门的第一输入端；第三反相器的输入端连接第一与非门的输出端，其输出端输出第二控制信号；第十二PMOS管的源极连接低压电源，其漏极通过第五电阻和第六电阻的串联结构后连接第二十NMOS管的漏极，第二十NMOS管的源极接地；施密特触发器的输入端连接第五电阻和第六电阻的串联点并通过第二电容后接地，其输出端连接第四反相器的输入端；第二与非门的第一输入端连接第四反相器的输出端，其第二输入端连接第一偏置电压，其输出端连接第五反相器的输入端；第六反相器的输入端连接第五反相器的输出端，其输出端连接第一与非门的第二输入端并产生第一控制信号；第七NMOS管的栅极连接第九NMOS管的漏极和所述第一控制信号，其漏极连接所述低压电源，其源极连接第八NMOS管的栅极和漏极以及第九NMOS管的栅极和源极；第十NMOS管的栅极和漏极连接第八NMOS管的源极和运算放大器的输出端并作为所述电流采样电路的输出端，其源极连接第十一NMOS管的漏极；第十一NMOS管的栅极连接所述第二控制信号，其源极接地；第一电容接在所述电流采样电路的输出端和地之间。...

【技术特征摘要】
1.一种超低功耗的高速电流采样电路，用于采样开关电源中流过功率管的电流，所述电流采样电路包括采样模块，所述采样模块包括运算放大器和第一NMOS管，第一NMOS管的栅极连接所述功率管的栅极，其漏极连接所述功率管的漏极并连接电源电压，其源极连接运算放大器的负向输入端；运算放大器的正向输入端连接所述功率管的源极，运算放大器的输出端电压通过反馈回路返回运算放大器的负向输入端；其特征在于，所述电流采样电路还包括辅助钳位模块，所述辅助钳位模块包括第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第一电容、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器、第一与非门、第二与非门、第五电阻、第六电阻、第二电容、第十二PMOS管、第二十NMOS管和施密特触发器，其中第七NMOS管、第九NMOS管和第十一NMOS管为低阈值NMOS管；第二反相器的输入端连接第十二PMOS管和第二十NMOS管的栅极以及使能信号，其输出端连接第一与非门的第一输入端；第三反相器的输入端连接第一与非门的输出端，其输出端输出第二控制信号；第十二PMOS管的源极连接低压电源，其漏极通过第五电阻和第六电阻的串联结构后连接第二十NMOS管的漏极，第二十NMOS管的源极接地；施密特触发器的输入端连接第五电阻和第六电阻的串联点并通过第二电容后接地，其输出端连接第四反相器的输入端；第二与非门的第一输入端连接第四反相器的输出端，其第二输入端连接第一偏置电压，其输出端连接第五反相器的输入端；第六反相器的输入端连接第五反相器的输出端，其输出端连接第一与非门的第二输入端并产生第一控制信号；第七NMOS管的栅极连接第九NMOS管的漏极和所述第一控制信号，其漏极连接所述低压电源，其源极连接第八NMOS管的栅极和漏极以及第九NMOS管的栅极和源极；第十NMOS管的栅极和漏极连接第八NMOS管的源极和运算放大器的输出端并作为所述电流采样电路的输出端，其源极连接第十一NMOS管的漏极；第十一NMOS管的栅极连接所述第二控制信号，其源极接地；第一电容接在所述电流采样电路的输出端和地之间。2.根据权利要求1所述的超低功耗的高速电流采样电路，其特征在于，所述运算放大器包括第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第十六NMOS管、第十七NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第一反相器、第一电阻、第二电阻和第三电阻，其中第五NMOS管、第六NMOS管、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泽坤，王佳文，金正扬，王韵坤，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51