高速驱动级的电流检测电路制造技术

本发明专利技术揭示一种高速驱动级的电流检测电路，其包含一输入级、一电平转换（ｌｅｖｅｌ　ｓｈｉｆｔ）单元、一馈送单元、一电流镜（ｃｕｒｒｅｎｔｍｉｒｒｏｒ）单元及一分流单元。本发明专利技术可线性地检测驱动级晶体管的输出电流，并利用晶体管的几何比例直接将检测电流缩小到适当的值，以方便后级信号处理电路作控制之用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种高速驱动级的电流检测电路，特别是关于一种可降低功率消耗的高速驱动级的电流检测电路。
技术介绍
对高电压或高电流的电路而言，为了避免过载(over-loading)的情形发生，经常需要在驱动级加入一电流检测电路，以检测电流的异常变化。传统的驱动级的电流检测电路需在驱动级串联一电流检测电阻，使用运算放大器将检测电阻的电压加以放大并转换成电流，以进行后续的信号处理。因此现有的电流检测电路具有如下的缺点1.使用串联电阻会增加功率消耗，降低效率。2.使用运算放大器会使电路复杂，且工作速度不易提高。3.在集成电路内部的串联电阻会随着制程变化而造成检测电流的误差。美国专利号6,384,636(以下称’636专利)，标题为「FAST ANDPRECISE CURRENT-SENSE CIRCUIT FOR HIGH-VOLTAGESWITCH」(用于高压开关的快速和精确的电流检测电路)的专利说明书内揭示了另一种电流检测电路。该’636专利的电流检测电路包含负载电流开关所形成的第一通路和分压器所形成的第二通路，并利用一输出电路测量该第二导通电路的输出电流和偏压电流的差值以判断负载电流的变化。然而，该’636专利因电路设计的特性而必须制造出三倍的偏压电流，因而增加功率消耗。此外，该’636专利需使用差动输出的方式才可以判断负载电流的变化，因此设计上较为复杂且较占据芯片面积。鉴于现有技术存在的问题，本专利技术提出一高速驱动级的电流检测电路，以克服上述缺点。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种高速驱动级的电流检测电路及其方法，可适应低功率消耗的检测电路的应用需求。本专利技术揭示的高速驱动级的电流检测电路的主要功能为可线性地检测驱动级晶体管的输出电流，并利用晶体管的几何比例直接将检测电流缩小到适当的值，以方便后级信号处理电路作控制之用。为了达到上述目的，本专利技术揭示的高速驱动级的电流检测电路包含一输入级、一电平转换单元、一馈送单元、一电流镜单元及一分流单元。该输入级用于控制该电流检测单元与该高速驱动级同时激活和关闭；该电平转换单元用于转换该输入级的输出电压；该馈送单元用于将该电平转换单元的输出电压转换为电流；该电流镜单元用于产生和该馈送单元等比例的输出电流；该分流单元用于分流该电流镜单元的输出电流，从而产生和该高速驱动级等比例的电流。本专利技术的高速驱动级的电流检测电路包含步骤(a)至步骤(d)。步骤(a)为撷取该高速驱动级的输出电压；步骤(b)为利用电阻和第一电流源调整该高速驱动级的输出电压电平；步骤(c)为利用一馈送单元将该电压电平转换为一参考电流；步骤(d)为由该参考电流分流出一输出电流，其中该输出电流是正比于该高速驱动级的输出电流及该电阻和该高速驱动级的尺寸比例。本专利技术还可使用差动输出的方式，然而其在设计上较为复杂，且较占据芯片面积。此外，本专利技术的部分晶体管还可利用电阻加以取代，其具有等效的功能。总而言之，本专利技术的高速驱动级的电流检测电路具有下列优点1.所检测的电流Islop可通过输出级晶体管111和第一晶体管114的几何比例而加以调整，并可和驱动级负载电流Io维持一阶的线性度。2.所检测的电流Islop只和晶体管的几何比例有关，所以可适应制程参数的变化。3.馈送单元13只使用一级的馈送电路，所以较传统的运算放大器更为简单，且速度更快。4.直接检测驱动级11的输出级晶体管111的输出电压V(LX)，且没有加串联电阻，所以未消耗额外功率。附图说明本专利技术将依照附图加以说明，其中图1所示是本专利技术第一实施例的高速驱动级的电流检测电路；图2所示是本专利技术第二实施例的高速驱动级的电流检测电路；图3所示是本专利技术第三实施例的高速驱动级的电流检测电路；图4所示是本专利技术第四实施例的高速驱动级的电流检测电路；图5所示是本专利技术第五实施例的高速驱动级的电流检测电路。图中11 高速驱动级12 电平转换单元13 馈送单元14 电流镜单元15 分流单元16 输入级111 高速驱动级的晶体管 112～122 晶体管114 第一晶体管171 第一电流源172 第二电流源173 第三电流源211～213 双极晶体管311、312 电阻具体实施方式图1是本专利技术的第一实施例的高速驱动级的电流检测电路。该电流检测电路包含一电平转换单元12、一馈送单元13、一电流镜单元14、一分流单元15及一输入级16。一般而言，高速驱动级11的输出级晶体管111为减少功率消耗，其源极电压(VDS)会控制在小于0.2V以下，也就是输出电压V(LX)≤0.2V。然而对于电流检测电路而言，仍有必要将V(LX)进一步缩小，以减少功率消耗。本专利技术的输入级16包含晶体管112和113，可将高速驱动级11的输出电压V(LX)取出并作分压控制。该分压电压V(ISEN)的值很小，通常小于0.1伏特，可降低电路的功率消耗。此外，该晶体管112和高速驱动级11的输出级晶体管111的栅极开关是由同一信号控制，因此可同时开启和关闭，从而节省该高速驱动级11未激活前的电能消耗。该电平转换单元12包含一第一电流源(IB)171、第一晶体管114及晶体管115。该第一晶体管114的VDS＜＜VGS，因此是在三极区(triode region)内操作而起一个电阻的功能，其作用在于提升其源极的电平。该晶体管115可作为缓冲器(buffer)使用。该馈送单元13包含一第二电流源172、晶体管116～120。该第二电流源172的电流可设定为该第一电流源171的二分之一，即 且晶体管116～120的几何大小可设定为晶体管115的二分之一。与晶体管114相同，该晶体管116的VDS＜＜VGS，因此其是在三极区内操作而起一个电阻的功能。换言之，晶体管114和116的电阻值RDS=1[μCox×WL×(VGS-VT)],]]>其中VT为晶体管的临界电压， 为晶体管的几何大小，μ为沟道载流子的移动率(mobility)，COX为晶体管栅极氧化层的电容值。本专利技术可将晶体管112、113、114和116设定为同一类型，因其VGS＝VCC且VGS＞VDS，所以其RDS(On)正比于1(WL),V(ISEN)=V(LX)×1K,]]>其中K为晶体管112和113的分压比。晶体管114和116的作用是配合第一电流源171、第二电流源172及晶体管115、117、118、119和120组合成的馈送电路，将V(ISEN)的电压信号转换成电流，其电学公式如(式1)所示，其中M代表晶体管，而M之后的数字代表该晶体管的编号，IX为流经晶体管118的电流。V(ISEN)+IB×RM114+VGS(M115)=VGS(M117)+(IB2+IX)×RM116......]]>(式1)若调整RM114＝RM116＝Re，VGS(M115)＝VGS(M117)，则可得如下结果V(ISEN)+IB+Re=(IB2+IX)×Re......]]>(式2)继续推导则可得如下结果V(ISEN)Re+IB2=IX......]]>(式3)此外，晶体管11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速驱动级的电流检测电路，包含：一输入级，用于控制所述电流检测电路与所述高速驱动级同时激活和关闭；一电平转换单元，用于转换所述输入级的输出电压；一馈送单元，用于将所述电平转换单元的输出电压转换为电流；一电流镜单元，用于产生和所述馈送单元等比例的输出电流；以及一分流单元，用于分流所述电流镜单元的输出电流而产生和所述高速驱动级等比例的电流。

【技术特征摘要】
1.一种高速驱动级的电流检测电路，包含一输入级，用于控制所述电流检测电路与所述高速驱动级同时激活和关闭；一电平转换单元，用于转换所述输入级的输出电压；一馈送单元，用于将所述电平转换单元的输出电压转换为电流；一电流镜单元，用于产生和所述馈送单元等比例的输出电流；以及一分流单元，用于分流所述电流镜单元的输出电流而产生和所述高速驱动级等比例的电流。2.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于所述电平转换单元包含一第一晶体管、一第一电流源及一电阻。3.根据权利要求2所述的电流检测电路，其特征在于所述电阻为一工作在三极区的晶体管。4.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于所述馈送单元的晶体管尺寸和电流源的电流是与所述第一晶体管和第一电流源的电流等比例。5.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于所述馈送单元的晶体管尺寸和电流源的电流是所述第一晶体管和第一电流源的电流的二分之一。6.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于所述分流单元的输出电流是所述电流镜单元的输出电流扣除一第三电流源的电流，其中所述第三电流源的电流与第一电流源的电流等比例。...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾光男，陈天赐，
申请(专利权)人：圆创科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]