低成本LF驱动器电流感测拓扑制造技术

描述了一种开关放大器电路，开关放大器电路被连接以驱动基于阻抗的输出负载，开关放大器电路包括高侧开关和低侧开关，高侧开关和低侧开关被配置和连接成响应于栅极控制信号而将第一电源电压线和第二电源电压线连接到第一输出节点和第二输出节点，并且开关放大器电路还包括输出电流感测电路，输出电流感测电路用于使用电流感测电阻器来测量通过输出负载的电流，电流感测电阻器连接于第二电源电压线与低侧栅极‑源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极‑源极开关晶体管的源极之间，其中连接于电流感测电阻器两端的电压感测电路被配置成对电流感测电阻器两端的电压进行采样以测量电流感测电阻器处的感测电流。

Current sensing topology of low cost lf driver

【技术实现步骤摘要】
低成本LF驱动器电流感测拓扑
本专利技术总体上涉及开关功率放大器中的感测领域。一方面，本专利技术涉及用于在集成电路开关放大器中测量输出电流的方法、设备、架构和系统。
技术介绍
开关放大器被越来越多地用于在如汽车工业中的电力电子电路等各种电子电路应用以及许多其它便携式应用中检测和再现音频或低频(LF)信号。这些电子电路应用中的绝大多数体现为集成电路。集成电路中的LF放大器的具体例子是具有采用调节器和二极管形式的输出幅度控制钳位电路系统的基本四开关D类驱动器(或放大器)设计。在这种驱动器设计中，所述四个开关通常被实施为以共同模式驱动的场效应晶体管(FET)，其中相反相位信号驱动一对高侧FET和一对低侧FET。对于如汽车无钥匙进入系统等一些具体的LF传输系统来说，需要在很宽的范围内控制负载电流。但是，由于输出信号的切换性质以及现有电流感测方法的成本和复杂性，如使用与LF天线串联的外部感测电阻器，或使用用于生成实际LF驱动器输出电流的小拷贝的电流拷贝电路系统，精确测量来自这种放大器的电流并不是容易的事。其它解决方案包括对输出电流进行数字化(即，将所述输出电流转换成电信号)，这通常需要12位模数转换器。由前述内容可见，由于设计复杂性、功率控制需求和成本与尺寸增加所带来的挑战，现有电流感测解决方案实际上极其困难。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种开关放大器电路，所述开关放大器电路包括：输出驱动电路，所述输出驱动电路包括串联连接于第一电源电压线与第二电源电压线之间的高侧开关晶体管和低侧分离式栅极-源极开关晶体管；开关驱动器电路，所述开关驱动器电路被配置成用第一和第二相应控制信号来驱动所述开关晶体管；输出连接，所述输出连接介于所述开关晶体管之间，用于驱动输出负载；以及输出电流感测电路，所述输出电流感测电路用于使用电流感测电阻器来测量通过所述输出负载的电流，所述电流感测电阻器连接于所述第二电源电压线与所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间。在一个或多个实施例中，所述输出驱动电路包括：第一高侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二高侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于第一栅极控制信号和第二栅极控制信号而将所述第一电源电压线分别连接到第一输出连接和第二输出连接；以及第一低侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二低侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于所述第一栅极控制信号和所述第二栅极控制信号而将所述第二电源电压线分别连接到所述第一输出连接和所述第二输出连接。在一个或多个实施例中，所述输出驱动电路包括被连接以驱动所述输出负载的D类放大器。在一个或多个实施例中，所述输出负载包括基于阻抗的天线负载，所述基于阻抗的天线负载包括耦合于所述第一输出连接与所述第二输出连接之间的电感器，所述基于阻抗的天线负载用于无线地输送来自所述开关放大器电路的调制后信号以供另一电路接收和解调。在一个或多个实施例中，所述基于阻抗的天线负载被配置和布置成以至少十千赫兹的载波频率无线地输送来自所述开关放大器电路的调制后信号以供钥匙坠电路接收和解调。在一个或多个实施例中，所述高侧开关晶体管包括分离式栅极-源极开关晶体管，所述分离式栅极-源极开关晶体管包括并联连接于所述第一电源电压线与所述输出连接之间并由共用栅极控制信号驱动的第一功率晶体管和第二电流感测晶体管，其中所述第一功率晶体管大于所述第二电流感测晶体管，并且其中共用衬底区域的所述第一功率晶体管和所述第二功率晶体管通过衬底隔离结构与其它部件隔离。在一个或多个实施例中，所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管包括第一功率晶体管和第二较小电流感测晶体管，每个晶体管具有直接连接到所述输出连接的漏极节点和由共用栅极控制信号驱动的栅极节点，其中所述第一功率晶体管的源极节点连接到所述第二电源线，并且其中所述电流感测晶体管的源极节点连接到所述电流感测电阻器。在一个或多个实施例中，所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管包括第三电流感测晶体管，所述第三电流感测晶体管具有直接连接到所述输出连接的漏极节点和连接到所述电流感测电阻器的源极节点，其中所述第三电流感测晶体管的栅极节点通过连接开关以第一连接状态连接到所述共用栅极控制信号并且通过所述连接开关以第二连接状态连接到所述第三电流感测晶体管的所述源极节点，从而使得在所述第二状态下提供给所述电流感测电阻器的电流比在所述第一状态下提供给所述电流感测电阻器的电流少。在一个或多个实施例中，所述开关放大器电路进一步包括连接于所述电流感测电阻器两端的电压感测电路，其中所述电压感测电路被配置成对所述电流感测电阻器两端的电压进行采样以测量所述电流感测电阻器处的感测电流。在一个或多个实施例中，所述高侧开关晶体管包括分离式栅极-源极开关晶体管。根据本专利技术的第二方面，提供一种电路，所述电路包括：开关放大器，所述开关放大器包括串联连接于第一电源电压线与第二电源电压线之间的高侧开关晶体管和低侧分离式栅极-源极开关晶体管；输出连接，所述输出连接介于所述高侧开关晶体管与所述低侧开关晶体管之间，用于驱动输出负载；开关驱动器电路，所述开关驱动器电路被配置成用第一和第二相应控制信号来驱动所述高侧开关晶体管和所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管；以及输出电流感测电路，所述输出电流感测电路用于使用电流感测电阻器来测量通过所述输出负载的电流，所述电流感测电阻器连接于所述第二电源电压线与所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间，其中所述电流感测电阻器是形成于用于所述电路的公共半导体衬底中的集成电路电阻器。在一个或多个实施例中，所述开关放大器包括：第一高侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二高侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于来自所述开关驱动器电路的第一栅极控制信号和第二栅极控制信号而将所述第一电源电压线分别连接到所述输出驱动电路的第一输出连接节点和第二输出连接节点；以及第一低侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二低侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于来自所述开关驱动器电路的所述第一栅极控制信号和所述第二栅极控制信号而将所述第二电源电压线分别连接到所述第一输出连接节点和所述第二输出连接节点。在一个或多个实施例中，所述第一高侧分离式栅极-源极开关晶体管和所述第二高侧分离式栅极-源极开关晶体管以及所述第一低侧分离式栅极-源极开关晶体管和所述第二低侧分离式栅极-源极开关晶体管是D类放大器的一部分，所述D类放大器被连接以驱动所述输出负载，所述输出负载包括基于阻抗的天线负载，所述基于阻抗的天线负载包括耦合于所述第一输出连接与所述第二输出连接之间的电感器，所述基于阻抗的天线负载用于无线地输送来自所述开关放大器电路的调制后信号以供另一电路接收和解调。在一个或多个实施例中，所述电流感测电阻器包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关放大器电路，其特征在于，所述开关放大器电路包括：/n输出驱动电路，所述输出驱动电路包括串联连接于第一电源电压线与第二电源电压线之间的高侧开关晶体管和低侧分离式栅极-源极开关晶体管；/n开关驱动器电路，所述开关驱动器电路被配置成用第一和第二相应控制信号来驱动所述开关晶体管；/n输出连接，所述输出连接介于所述开关晶体管之间，用于驱动输出负载；以及/n输出电流感测电路，所述输出电流感测电路用于使用电流感测电阻器来测量通过所述输出负载的电流，所述电流感测电阻器连接于所述第二电源电压线与所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间。/n

【技术特征摘要】
20180703 US 16/026,1801.一种开关放大器电路，其特征在于，所述开关放大器电路包括：
输出驱动电路，所述输出驱动电路包括串联连接于第一电源电压线与第二电源电压线之间的高侧开关晶体管和低侧分离式栅极-源极开关晶体管；
开关驱动器电路，所述开关驱动器电路被配置成用第一和第二相应控制信号来驱动所述开关晶体管；
输出连接，所述输出连接介于所述开关晶体管之间，用于驱动输出负载；以及
输出电流感测电路，所述输出电流感测电路用于使用电流感测电阻器来测量通过所述输出负载的电流，所述电流感测电阻器连接于所述第二电源电压线与所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间。


2.根据权利要求1所述的开关放大器电路，其特征在于，所述输出驱动电路包括：
第一高侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二高侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于第一栅极控制信号和第二栅极控制信号而将所述第一电源电压线分别连接到第一输出连接和第二输出连接；以及
第一低侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二低侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于所述第一栅极控制信号和所述第二栅极控制信号而将所述第二电源电压线分别连接到所述第一输出连接和所述第二输出连接。


3.根据权利要求2所述的开关放大器电路，其特征在于，所述输出驱动电路包括被连接以驱动所述输出负载的D类放大器。


4.根据权利要求3所述的开关放大器电路，其特征在于，所述输出负载包括基于阻抗的天线负载，所述基于阻抗的天线负载包括耦合于所述第一输出连接与所述第二输出连接之间的电感器，所述基于阻抗的天线负载用于无线地输送来自所述开关放大器电路的调制后信号以供另一电路接收和解调。


5.根据权利要求4所述的开关放大器电路，其特征在于，所述基于阻抗的天线负载被配置和布置成以至少十千赫兹的载波频率无线地输送来自所述开关放大器电路的调制后信号以供钥匙坠电路接收和解调。


6.根据权利要求1所述的开关放大器电路，其特征在于，所述高侧开关晶体管包括分离式栅极-源极开关晶体管，所述分离式栅极-源极开关晶体管包括并联连接于所述第一电源电压线与所述输出连接之间并由共用栅极控制信号驱动的第一功率晶体管和第二电流感测晶体管，其中所述第一功率晶体管大于所述第二电流感测晶体管，并且其中共用衬底区域的所述第一功率晶体管和所述第二功率晶体管通过衬底隔离结构与其它部件隔离。


7.根据权利要求1所述的开关放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔曼纳斯·约翰内斯·埃芬，迪米塔尔·米尔科夫·多切夫，马尔腾·雅各布斯·斯万内堡，
申请(专利权)人：恩智浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL