[发明专利]一种工作在亚阈区的高精度电流检测电路

说明书

一种工作在亚阈区的高精度电流检测电路，属于模拟集成电路技术领域。包括采样单元、检测单元和动态偏置单元，采样单元用于采样待检测电流，待检测电流流过第二PMOS管引起第二PMOS管漏端电压的改变；检测单元利用第一PMOS管将第二PMOS管的电流复制，再通过将待检测电流反应到第一电阻两端电压上实现电流检测，动态偏置单元将待检测电流无损耗的传送到检测单元，通过引入电压反馈和电流反馈，保证A点电压随B点电压动态变化，并控制MOS管工作在亚阈区，一方面降低了功耗，另一方面减少了电流流失，提高了检测精度。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体地说涉及一种高精度电流检测电路，主要用于检测电源芯片的电流。

背景技术

如何对电源芯片的电流进行简单、准确、快速地检测，关系到整个开关电源芯片性能的好坏，目前，芯片中常用的电流检测方法有串联电阻检测、功率管R_DS检测技术、滤波器检测法、SenseFET电流检测技术等。采用外部电阻或内部集成电阻来检测电感电流的方法，电阻太大会增加功耗，降低变换器的效率，检测电阻太小就需要后级放大器来放大检测的信号，精度和实用性两方面都不适合；通过检测功率管导通电阻R_DS两端电压的方法，虽然消除了额外的功率损耗，但功率管的迁移率和阈值电压都随温度变化，因此功率管的导通电阻R_DS就会产生非线性的变化，导致检测精度较差；采用RC滤波器检测的优点是无损耗，缺点是必须要知道片外电感和电感中寄生电阻的大小，这样才能控制外加电阻和电容的大小，这种检测方式非常不利于集成。

基于SenseFET的电流检测技术在电源转换芯片中各方面性能比较均衡，目前被工业界大量使用。在介绍电流检测电路前，先对采样和复制的PMOS管的漏极电流进行说明：若工作在线性区则PMOS漏极电流为其中μ_p为空穴的迁移率，C_ox为单位面积的栅氧化层电容，W为栅的宽度，L为栅的长度，V_GS为栅源两极之间的电压，V_TH为PMOS管的阈值电压，V_DS为漏源两极之间的电压，此时被检测电流的变化就可以反映到检测管的V_DS的变化。

若工作在饱和区则PMOS漏极电流为其中λ为沟道长度调质因子，此时，被检测电流的变化无法反映到V_DS，所以一般用工作在线性区的PMOS管进行电流采样和复制。

工作在亚阈区的MOS管漏极电流为其中，μ为电子或空穴的迁移率，C_ox为单位面积的栅氧化层电容，C_D为沟道下的耗尽层电容，k为波耳兹曼常数，T为热力学温度，q为电子电荷，W为栅的宽度，L为栅的长度，V_GS为栅源两极之间的电压，V_T为MOS管的阈值电压，V_DS为漏源两极之间的电压。

基于SenseFET的电流检测技术在电源转换芯片中主要分为有运放和无运放两种。目前已被提出的无运放的基于SenseFET技术的电流检测电路主要采用如下两种：

第一种是最基础的基于SenseFET技术的电流检测电路，如图1所示，在此电路中，由于NM1、NM2、NM3构成电流镜，因此NM1、NM2镜像了流过NM3的电流，所以I_NM1＝I_NM2。同时，该电流分别流过PM3、PM4，所以A、B两点电压相等即V_A＝V_B。又因为PM1、PM2工作在线性区且源-漏电压相等，假设PM1的尺寸是PM2的k倍即那么流过PM2的电流是PM1的k倍。同样，流过电阻R的电流为：I_R＝I_PM1-I_PM3。由于I_PM1＞＞I_PM3，所以这样被检测电流I就被转化为R两端的电压，从而被检测出来。该电路的局限性在于：