CN104897943A - 高灵敏度低功耗电流检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体集成电路技术领域，具体涉及一种高灵敏度低功耗电流检测电路。包括控制开关、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一恒流源、第二恒流源和电阻；本发明实现了电流检测的功能，电路整体功耗较低，具有较高的检测灵敏度，可检测比较小的电流，也即可允许输入电压信号非常接近电源电压。另外，本发明电流检测电路的灵敏度方便可调，电路实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，具体涉及一种高灵敏度低功耗电流检测电路。
背景技术
随着电力电子技术的高速发展以及半导体集成技术的进步，各种类型的电子产品广泛进入人们的日常生活。在许多电力电子设备应用场合，需要检测电流。尤其有时需要通过检测流入设备或芯片的电源电流，以此作出相应的反馈调节。
检测电源电流的方法如附图1所示，在电源和芯片之间接一个小电阻，通过测量电阻端口电压的变化来实现电流检测的目的。因此，需要一特定结构的电路来完成对上述电阻电压的检测。传统的检测电路结构复杂，有些电路甚至需要引入运放，功耗较大；有些检测电路的灵敏度不高，要求电源到芯片的电阻要达到一定阻值，由此会直接影响电源供电的效率。。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对传统电流检测电路结构复杂功耗大、灵敏度不高、效率低等缺点，提供一种高灵敏度低功耗电流检测电路。
为了解决上述技术问题，本发明包括控制开关、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一恒流源、第二恒流源和电阻；所述第一PMOS管的源极接输入电压信号，所述第一PMOS管的漏极接所述第一恒流源的第一端，所述第一PMOS管的栅极接所述第二PMOS管的栅极，所述第二PMOS管的栅极接所述第二PMOS管的漏极和所述第二恒流源的第一端，所述第二PMOS管的源极接所述控制开关的第二端和所述第三PMOS管的源极，所述第二PMOS管的宽长比大于所述第一PMOS管的宽长比，所述第三PMOS管的栅极接所述第一PMOS管的漏极和所述第一恒流源的第一端，所述第三PMOS管的漏极接电阻的第一端和输出电压信号，所述电阻的第二端接地，所述第一恒流源和第二恒流源的第二端接地，所述控制开关的第一端接电源。
优选地，所述第一恒流源和第二恒流源由恒流源，第一NMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管组成，所述恒流源的一端接电源，另一端接第一NMOS管的漏极和栅极，第一NMOS管的源极接地，第二NMOS管的栅极接第一NMOS管的栅极，第二NMOS管的源极接地，第二NMOS管的漏极接第一PMOS管的漏极，第三NMOS管的源极接地，第三NMOS管的栅极接第一NMOS管的栅极，第三NMOS管的漏极接第二PMOS管的漏极。
优选地，所述控制开关为模拟开关。
优选地，所述控制开关为第四PMOS管，所述第四PMOS管源极接电源，栅极接地，漏极接第三PMOS管的源极。
本发明采用非常简单的电路结构，实现了电流检测的功能，电路整体功耗较低，本发明具有较高的检测灵敏度，可检测比较小的电流，也即可允许输入电压信号非常接近电源电压。另外，本发明电流检测电路的灵敏度方便可调，电路实用性强。
附图说明
图1是传统检测电源电流的电路原理图；
图2是本发明电路原理图；
图3是本发明具体实施例的电路原理图；
图4是用于检测芯片流入负电源或流入地的电流检测电路的原理图。
具体实施方式
本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。
如图2所示，包括控制开关K、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第一恒流源I1、第二恒流源I2和电阻R；所述第一PMOS管MP1的源极接输入电压信号VS，所述第一PMOS管MP1的漏极接所述第一恒流源I1的第一端，所述第一PMOS管MP1的栅极接所述第二PMOS管MP2的栅极，所述第二PMOS管MP2的栅极接所述第二PMOS管MP2的漏极和所述第二恒流源I2的第一端，所述第二PMOS管的源极接所述控制开关的第二端和所述第三PMOS管的源极，所述第二PMOS管MP2的宽长比大于所述第一PMOS管MP1的宽长比，所述第三PMOS管MP3的栅极接所述第一PMOS管MP1的漏极和所述第一恒流源I1的第一端，所述第三PMOS管MP3的漏极接电阻R的第一端和输出电压信号VO，所述电阻R的第二端接地，所述第一恒流源I1和第二恒流源I2的第二端接地，所述控制开关K的第一端接电源VDD。
作为本发明的实施例，如图3所示，所述第一恒流源I1和第二恒流源I2由恒流源I，第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2和第三NMOS管MN3组成，所述恒流源I的一端接电源VDD，另一端接第一NMOS管MN1的漏极和栅极，第一NMOS管MN1的源极接地，第二NMOS管MN2的栅极接第一NMOS管MN1的栅极，第二NMOS管MN2的源极接地，第二NMOS管MN2的漏极接第一PMOS管MP1的漏极，第三NMOS管MN3的源极接地，第三NMOS管MN3的栅极接第一NMOS管MN1的栅极，第三NMOS管MN3的漏极接第二PMOS管MP2的漏极。
本发明的具体工作原理如下：
第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2和第三NMOS管MN3组成电流镜，保证电路稳定时流过第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的电路为恒量，第四PMOS管MP4一直工作于三极管区，其作用相当于常开启的模拟开关。假定因被检测电流的变化引起输入电压信号Vs降低， 第二PMOS管MP2的栅极电压会相应降低，而为保持流过第二PMOS管MP2的电流为恒量，第二PMOS管MP2的源极电压也会降低，由此流过第四PMOS管MP4的电流会增大，从而灌入第三PMOS管MP4和电阻R的电流会相应增大，输出电压信号会升高。假定输入电压信号Vs的变化量为ΔV，则根据以上分析第四PMOS管MP4漏极电压也即第三PMOS管MP3源极电压的变化量也是ΔV，然而流过第三PMOS管MP3管的电流呈增大趋势，故第三PMOS管MP3栅极电压的变化量会大于ΔV，又因第三PMOS管MP3工作于饱和区，因此输出电压Vo会呈现明显的变化。为保证电路有足够的检测灵敏度，第二PMOS管MP2的宽长比必须要比第一PMOS管MP1的宽长比大。通过增大第二PMOS管MP2的宽长比和电阻R的阻值，可以提高该电流检测电路的灵敏度。
本发明还提供一种用于检测芯片流入负电源或流入地的电流的检测电路，包括第一恒流源I1、第二恒流源I2、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、电阻R、模拟开关K。其中，第一NMOS管MN1的源极接输入电压Vs，第一NMOS管MN1的漏极接第一恒流源的第二端，第一NMOS管MN1的栅极接第二NMOS管MN2的栅极和第二NMOS管MN2的漏极，第一恒流源的第一端接正电源VDD，第二NMOS管MN2的漏极接第二恒流源的第二端，第二NMOS管MN2的源极接模拟开关K的第一端，第二NMOS管MN2的宽长比大于第一NMOS管MN1宽长比，第二恒流源的第一端接电源正VDD，一模拟开关K的第二端接负电源VSS，电阻R的第一端接正电源VDD，电阻R的第二端接第三NMOS管MN3的漏极和输出电压信号Vo，第三NMOS管MN3的栅极接第一NMOS管MN1的漏极，第三NMOS管MN3的源极接模拟开关K的第一端。
Claims (5)
1.高灵敏度低功耗电流检测电路，其特征在于，包括控制开关（K）、第一PMOS管（MP1）、第二PMOS管（MP2）、第三PMOS管（MP3）、第一恒流源（I1）、第二恒流源（I2）和电阻（R）；所述第一PMOS管（MP1）的源极接输入电压信号（VS），所述第一PMOS管（MP1）的漏极接所述第一恒流源（I1）的第一端，所述第一PMOS管（MP1）的栅极接所述第二PMOS管（MP2）的栅极，所述第二PMOS管（MP2）的栅极接所述第二PMOS管（MP2）的漏极和所述第二恒流源（I2）的第一端，所述第二PMOS管的源极接所述控制开关的第二端和所述第三PMOS管的源极，所述第二PMOS管（MP2）的宽长比大于所述第一PMOS管（MP1）的宽长比，所述第三PMOS管（MP3）的栅极接所述第一PMOS管（MP1）的漏极和所述第一恒流源（I1）的第一端，所述第三PMOS管（MP3）的漏极接电阻（R）的第一端和输出电压信号（VO），所述电阻（R）的第二端接地，所述第一恒流源（I1）和第二恒流源（I2）的第二端接地，所述控制开关（K）的第一端接电源（VDD）。
2.根据权利要求1所述高灵敏度低功耗电流检测电路，其特征在于，所述第一恒流源（I1）和第二恒流源（I2）由恒流源（I），第一NMOS管（MN1）、第二NMOS管（MN2）和第三NMOS管（MN3）组成，所述恒流源（I）的一端接电源（VDD），另一端接第一NMOS管（MN1）的漏极和栅极，第一NMOS管（MN1）的源极接地，第二NMOS管（MN2）的栅极接第一NMOS管（MN1）的栅极，第二NMOS管（MN2）的源极接地，第二NMOS管（MN2）的漏极接第一PMOS管（MP1）的漏极，第三NMOS管（MN3）的源极接地，第三NMOS管（MN3）的栅极接第一NMOS管（MN1）的栅极，第三NMOS管（MN3）的漏极接第二PMOS管（MP2）的漏极。
3.根据权利要求1或2所述高灵敏度低功耗电流检测电路，其特征在于，所述控制开关（K）为模拟开关。
4.根据权利要求1或2所述高灵敏度低功耗电流检测电路，其特征在于，所述控制开关（K）为第四PMOS管（MP4），所述第四PMOS管（MP4）源极接电源（VDD），栅极接地，漏极接第三PMOS管（MP3）的源极。
5.检测芯片流入负电源或流入地电流的高灵敏度低功耗电流检测电路，其特征在于，包括第一恒流源（I1）、第二恒流源（I2）、第一NMOS管（MN1）、第二NMOS管（MN2）、第三NMOS管（MN3）、电阻（R）、模拟开关（K），所述第一NMOS管（MN1）的源极接输入电压（Vs），第一NMOS管（MN1）的漏极接第一恒流源（I1）的第二端，第一NMOS管（MN1）的栅极接第二NMOS管（MN2）的栅极和第二NMOS管（MN2）的漏极，第一恒流源（I1）的第一端接正电源（VDD），第二NMOS管（MN2）的漏极接第二恒流源（I2）的第二端，第二NMOS管（MN2）的源极接模拟开关（K）的第一端，第二NMOS管（MN2）的宽长比大于第一NMOS管（MN1）宽长比，第二恒流源（I2）的第一端接正电源（VDD），模拟开关（K）的第二端接负电源（VSS），电阻（R）的第一端接正电源（VDD），电阻（R）的第二端接第三NMOS管（MN3）的漏极和输出电压信号（Vo），第三NMOS管（MN3）的栅极接第一NMOS管（MN1）的漏极，第三NMOS管（MN3）的源极接模拟开关（K）的第一端。
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