用于电流监测应用的高速AFE

技术领域

本公开总体上涉及电子系统和方法，并且在特定实施例中，涉及一种用于电流监测应用的高速模拟前端(AFE)。

背景技术

许多电子电路将电流感测用于许多不同目的。例如，放大器和驱动器(诸如，电机驱动器、扬声器驱动器、硬盘驱动器和其他驱动器)通常包括电流感测以执行一个或多个功能。例如，一些电子电路监测流过负载的电流以将流过负载的电流调节为特定值。这种电路的一个示例是发光二极管(LED)驱动器。一些电子电路测量流过负载的电流，并且向控制器提供指示所测量的电流的幅度的信号，例如，以用于进一步处理。一些电子电路监测流过负载的电流作为过电流保护电路的一部分，其中当流过负载的电流高于阈值时，过流保护电路会提供过电流事件的指示。

图1示出了示例性过电流保护电路100的示意图。过电流保护电路100包括感测电阻器R

发明内容

根据一个实施例，一种电流监测电路，包括：输出端子，被配置为耦合到控制器；反相器，具有耦合到输出端子的输出；第一跨导放大器，具有被配置为跨感测电阻性元件耦合的第一输入和第二输入，并且具有耦合到反相器的输入的输出；以及电流发生器，具有第二跨导放大器，第二跨导放大器被配置为：基于基准电压，在电流发生器的输出处生成基准电流，电流发生器的输出耦合到反相器的输入，其中反相器的输出被配置为：当流过感测电阻性元件的负载电流高于预定阈值时，处于第一状态，并且当负载电流低于预定阈值时，处于第二状态，并且其中预定阈值基于基准电流。

根据一个实施例，一种方法包括：利用第一跨导放大器接收输入电压，输入电压指示流过电阻性元件的负载电流；生成到反相器的输入中的第一电流，第一电流基于输入电压；利用第二跨导放大器接收基准电压；生成到反相器的输入中的基准电流，基准电流基于基准电压；当第一电流高于基准电流时，使反相器的输出处于第一状态；以及当第一电流低于基准电流时，使反相器的输出处于第二状态。

根据一个实施例，一种集成电路包括：控制器；反相器，具有耦合到控制器的输出；第一跨导放大器，具有被配置为跨感测电阻性元件耦合的第一输入和第二输入，并且具有耦合到反相器的输入的输出；以及电流发生器，具有第二跨导放大器，第二跨导放大器被配置为：基于基准电压，在电流发生器的输出处生成基准电流，电流发生器的输出耦合到反相器的输入，其中反相器的输出被配置为：当流过感测电阻性元件的负载电流高于预定阈值时，处于第一状态，并且当负载电流低于预定阈值时，处于第二状态，并且其中预定阈值基于基准电流。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图的描述，其中：

图1示出了示例性过电流保护电路的示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的电流监测电路的示意图；

图3和图4示出了根据本发明的一个实施例的图2的电流监测电路的可能实施方式的示意图；

图5A和图5B示出了根据本发明的一个实施例的适于高侧电流感测的电流监测电路的示意图；

图6示出了根据本发明的一个实施例的具有高侧和低侧电流感测的半桥；

图7示出了根据本发明的一个实施例的具有迟滞的电流监测电路的示意图；以及

图8示出了根据本发明的一个实施例的电子设备。

除非另外指示，否则不同图中的对应附图标记通常指代对应的部分。绘制附图以清楚地图示优选实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。

具体实施方式

下面详细讨论所公开的实施例的制造和使用。然而，应当理解，本发明提供了许多可应用的发明构思，其可以被实施在各种特定上下文中。所讨论的特定实施例仅说明制造和使用本发明的特定方式，并且不限制本发明的范围。

以下描述说明了各种具体细节，以提供对根据本描述的几个示例实施例的深入理解。可以在没有一个或多个特定细节的情况下或者利用其他方法、组件、材料等来获得实施例。在其他情况下，未示出或详细描述已知的结构、材料或操作，以免混淆实施例的不同方面。在本描述中对“实施例”的引用指示相对于实施例描述的特定配置、结构或特征被包括在至少一个实施例中。因此，可能出现在本描述的不同点处的诸如“在一个实施例中”的短语不一定精确地指代相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定的形式、结构或特征。

将在用于电流监测的AFE的特定上下文中描述本发明的实施例，该用于电流监测的AFE能够在例如功率管理集成电路(PMIC)中(诸如，在功率管理专用集成电路(ASIC)中)进行高侧和低侧电流感测。本发明的实施例还可以用于例如驱动器(诸如电机驱动器、打印机喷墨头驱动器和其他驱动器)的过电流保护电路，以及可以用于可得益于快速过电流检测的任何其他电路。

在本发明的一个实施例中，AFE通过使用第一跨导放大器将跨感测电阻器的电压转换为监测电流来监测流过感测电阻器(也被称为分流电阻器)的电流。第二跨导放大器用于将基准电压转换为基准电流。监测电流和基准电流被注入到高阻抗节点，该高阻抗节点耦合到反相器的输入。当监测电流高于基准电流时，反相器的输出为高。当监测电流低于基准电流时，反相器的输出为低。反相器的输出可以用于指示过电流事件。通过将监测电流和感测电流注入到高阻抗节点中，可以以高速执行监测电流和基准电流之间的比较。

图2示出了根据本发明的一个实施例的电流监测电路200的示意图。电流监测电路200包括AFE，AFE包括跨导放大器202、电流发生器204和反相器206。

在正常操作期间，跨导放大器通过感测跨感测电阻器R

如图2中所示，节点V

电流监测电路200的快速响应时间有利地允许非常快速地检测到穿越预定阈值的电流I

控制器208可以将反相器206的输出用于各种目的。例如，在一些实施例中，控制器208可以生成信号以指示电流I

可以以本领域中已知的任何方式实施反相器206。在一些实施例中，可以使用不同的逻辑电路来代替反相器206。例如，在一些实施例中，可以使用缓冲器来代替反相器206(具有适当的极性的改变)。在其他实施例中，可以使用类似于比较器104的比较器来代替反相器206(其中可以将这种比较器的基准电压设置为例如接地与供电电压V

可以以本领域中已知的任何方式实施控制器208。例如，控制器208可以被实施为通用处理器、控制器或数字信号处理器(DSP)，其包括例如耦合到存储器的组合电路。在一些实施例中，控制器208可以被实施成定制专用集成电路(ASIC)。其他实施方式也是可能的。

例如，可以利用跨导放大器(图2中未示出)实施电流发生器204。例如，跨导放大器可以用于将基准电压V

图3示出了根据本发明的一个实施例的电流监测电路300的示意图。电流监测电路300是电流监测电路200的可能实施方式，其中跨导放大器302是跨导放大器202的可能实施方式，并且电流发生器304是电流发生器204的可能实施方式。

在正常操作期间，端子V

如图3中所示，晶体管318和316在它们相应的栅极处接收电压V

其中电流I

在正常操作期间，端子V

应当理解，例如可以通过改变图3中所示的电流镜(诸如，由晶体管328和326形成的电流镜)的比率，来修改如等式2中描述的基准电流I

如图3中所示，当基准电流I

电流发生器306和308生成用于偏置电流监测电路300的不同部分的偏置电流。可以以本领域中已知的任何方式实施电流发生器206和208。

可以以本领域中已知的任何方式实施晶体管312、314、316、318、320、322、326和328。例如，在一些实施例中，晶体管312、314、316、318、320、322、326和328是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

可以以本领域中已知的任何方式实施放大器332。例如，在一些实施例中，放大器332可以被实施成比较器。

图4示出了根据本发明的一个实施例的电流监测电路400的示意图。电流监测电路400是电流监测电路200的另一种可能的实施方式。电流监测电路400以与电流监测电路300类似的方式操作。然而，电流监测电路400利用电流发生器404而不是电流发生器304来实施电流发生器204。

如图4中所示，利用跨导放大器实施电流发生器404，该跨导放大器具有耦合到端子V

电流监测电路300和400适于低侧电流感测(例如，如图2中所示)。图5A示出了根据本发明的一个实施例的适于高侧电流感测的电流监测电路500的示意图。如图5A中所示，电流监测电路500的硬件实施方式与电流监测电路400非常相似或相同。然而，电流监测电路500具有耦合到电路404的跨导放大器的差分输入的端子V

图5B示出了根据本发明的一个实施例的耦合到高侧感测电阻器的电流监测电路500的示意图。在一些实施例中，供电电压V

从图4和图5A可以看出，可以在相同集成电路中实施相同的电流监测电路设计来执行高侧电流感测和低侧电流感测。例如，图6示出了根据本发明的一个实施例的具有高侧电流感测和低侧电流感测的半桥600。半桥600可以是例如AB类放大器的半桥。如图6中所示，电流监测电路400和500分别用于低侧电流感测和高侧电流感测。

在一些实施例中，可以利用迟滞来实施电流监测电路200、300、400或500中的任何一个。例如，图7示出了根据本发明的一个实施例的具有迟滞的电流监测电路700的示意图。如图7中所示，电流监测电路700包括可控电流发生器702。

在正常操作期间，当反相器206的输出为低时，电流发生器702关闭，电流发生器703开启，并且迟滞电流I

尽管相对于低侧感测示出了电流监测电路700，但是应当理解，诸如电流监测电路600的高侧感测电流监测电路也可以以类似的方式实施迟滞。向电流监测电路(诸如，电流监测电路200、300、400、500或600)添加迟滞有利地允许避免可能的振荡，该可能的振荡可能由基准电流I

图8示出了根据本发明的一个实施例的电子设备800。电子设备800包括应用印刷电路板(PCB)802、ASIC PCB 806和柔性PCB 804。应用PCB 802包括电路808。ASIC PCB 806包括ASIC 810。

如图8中所示，电流监测电路812使用感测电阻器R

尽管电流监测电路812被示为低侧电流感测监测电路，但应当理解，高侧感测电流监测电路(诸如电流监测电路500)也可以用在诸如电子设备800的电子设备中。

ASIC 810可以被实施在单个封装中的单片半导体衬底中。在一些实施例中，ASIC810可以被实施在封装在单个封装中的多个半导体衬底中。其他实施方式也是可能的。

这里总结了本发明的示例实施例。从本文提交的整个说明书和权利要求书中还可以理解其他实施例。

示例1.一种电流监测电路，包括：输出端子，被配置为耦合到控制器；反相器，具有耦合到所述输出端子的输出；第一跨导放大器，具有被配置为跨感测电阻性元件耦合的第一输入和第二输入，并且具有耦合到所述反相器的输入的输出；以及电流发生器，具有第二跨导放大器，所述第二跨导放大器被配置为：基于基准电压，在所述电流发生器的输出处生成基准电流，所述电流发生器的所述输出耦合到所述反相器的所述输入，其中所述反相器的所述输出被配置为：当流过所述感测电阻性元件的负载电流高于预定阈值时，处于第一状态，并且当所述负载电流低于所述预定阈值时，处于第二状态，并且其中所述预定阈值基于所述基准电流。

示例2.根据示例1所述的电流监测电路，其中所述第一跨导放大器包括：第一晶体管，具有耦合到所述第一跨导放大器的所述第一输入的控制端子；第二晶体管，具有耦合到所述第一跨导放大器的所述第二输入的控制端子；第三晶体管，具有耦合在第一供电端子和所述第一晶体管的电流路径之间的电流路径，其中所述第三晶体管的控制端子耦合到所述第二晶体管的电流路径；第四晶体管，具有耦合在所述第一供电端子和所述第二晶体管的所述电流路径之间的电流路径，其中所述第四晶体管的控制端子耦合到所述第一晶体管的所述电流路径；第一电阻性元件，耦合在所述第三晶体管的所述电流路径和所述第四晶体管的所述电流路径之间；以及第一电流镜，耦合在所述第一晶体管的所述电流路径和所述第一跨导放大器的所述输出之间。

示例3.根据示例1或2之一所述的电流监测电路，其中所述电流发生器包括：第二电阻性元件；第一放大器，具有被配置为接收所述基准电压的第一输入，并且具有耦合到所述第二电阻性元件的第二输入；第五晶体管，具有耦合到所述第二电阻性元件的电流路径，并且具有耦合到所述第一放大器的输出的控制端子；以及第二电流镜，耦合在所述第五晶体管的所述电流路径和所述电流发生器的所述输出之间。

示例4.根据示例1至3之一所述的电流监测电路，其中所述基准电压包括具有第一基准电压和第二基准电压的差分基准电压，并且其中所述电流发生器包括：第五晶体管，具有被配置为接收所述第一基准电压的控制端子；第六晶体管，具有被配置为接收所述第二基准电压的控制端子；第七晶体管，具有耦合到所述第五晶体管的电流路径的电流路径，并且具有耦合到所述第六晶体管的电流路径的控制端子；第八晶体管，具有耦合到所述第六晶体管的所述电流路径的电流路径，并且具有耦合到所述第五晶体管的所述电流路径的控制端子；第二电阻性元件，耦合在所述第七晶体管的所述电流路径和所述第八晶体管的所述电流路径之间；以及电流镜，耦合在所述第五晶体管的所述电流路径和所述反相器的所述输入之间。

示例5.根据示例1至4之一所述的电流监测电路，其中第二基准电压为接地。

示例6.根据示例1至5之一所述的电流监测电路，其中所述第一、第二、第三和第四晶体管是n型晶体管。

示例7.根据示例1至6之一所述的电流监测电路，其中所述第一状态为高，并且所述第二状态为低。

示例8.根据示例1至7之一所述的电流监测电路，还包括：所述控制器，被配置为基于所述反相器的所述输出，来生成指示过电流事件的信号。

示例9.根据示例1至8之一所述的电流监测电路，还包括：所述感测电阻性，元件耦合在所述第一跨导放大器的所述第一输入和第二输入之间。

示例10.根据示例1至9之一所述的电流监测电路，其中所述感测电阻性元件包括晶体管。

示例11.根据示例1至10之一所述的电流监测电路，其中所述感测电阻性元件具有直接连接到接地的第一端子。

示例12.根据示例1至11之一所述的电流监测电路，还包括耦合到所述反相器的所述输入的迟滞电流发生器，所述反相器的所述输出被配置为控制所述迟滞电流发生器。

示例13.一种方法，包括：利用第一跨导放大器接收输入电压，所述输入电压指示流过电阻性元件的负载电流；生成到反相器的输入中的第一电流，所述第一电流基于所述输入电压；利用第二跨导放大器接收基准电压；生成到所述反相器的所述输入中的基准电流，所述基准电流基于所述基准电压；当所述第一电流高于所述基准电流时，使所述反相器的输出处于第一状态；以及当所述第一电流低于所述基准电流时，使所述反相器的所述输出处于第二状态。

示例14.根据示例13所述的方法，其中所述电阻性元件具有直接连接到接地的第一端子，所述方法还包括：利用第三跨导放大器接收第二输入电压，所述第二输入电压指示流过第二电阻性元件的第二负载电流，所述第三跨导放大器与所述第二跨导放大器相同；生成到第二反相器的输入中的第二电流，所述第二电流基于所述第二输入电压；利用第四跨导放大器接收第二基准电压，所述第四跨导放大器与所述第一跨导放大器相同；生成到所述第二反相器的所述输入中的第二基准电流，所述第二基准电流基于所述第二基准电压；当所述第二电流高于所述第二基准电流时，使所述第二反相器的输出处于所述第一状态；以及当所述第二电流低于所述基准电流时，使所述第二反相器的所述输出处于所述第二状态。

示例15.一种集成电路，包括：控制器；反相器，具有耦合到所述控制器的输出；第一跨导放大器，具有被配置为跨感测电阻性元件耦合的第一输入和第二输入，并且具有耦合到所述反相器的输入的输出；以及电流发生器，具有第二跨导放大器，所述第二跨导放大器被配置为：基于基准电压，在所述电流发生器的输出处生成基准电流，所述电流发生器的所述输出耦合到所述反相器的所述输入，其中所述反相器的所述输出被配置为：当流过所述感测电阻性元件的负载电流高于预定阈值时，处于第一状态，并且当所述负载电流低于所述预定阈值时，处于第二状态，并且其中所述预定阈值基于所述基准电流。

示例16.根据示例15所述的集成电路，还包括：所述感测电阻性元件，耦合在所述第一跨导放大器的所述第一输入与第二输入之间。

示例17.根据示例15或16之一所述的集成电路，其中所述感测电阻性元件包括电阻器。

示例18.根据示例15至17之一所述的集成电路，其中所述感测电阻性元件具有直接连接到接地的端子，所述集成电路还包括：第二反相器，具有耦合到所述控制器的输出；第三跨导放大器，具有被配置为跨第二感测电阻性元件耦合的第一输入和第二输入，并且具有耦合到所述反相器的所述输入的输出，所述第三跨导放大器与所述第二跨导放大器相同，所述第二感测电阻性元件具有耦合到的供电端子的端子，所述端子被配置为接收高于接地的电压；以及第二电流发生器，具有第四跨导放大器，所述第四跨导放大器被配置为：基于第二基准电压，在所述第二电流发生器的输出处生成第二基准电流，所述第二电流发生器的所述输出耦合到所述第二反相器的所述输入，其中所述第二反相器的所述输出被配置为：当流过所述第二感测电阻性元件的第二负载电流高于第二预定阈值时，处于第一状态，并且当所述第二负载电流低于所述第二预定阈值时，处于第二状态，其中所述第二预定阈值基于所述第二基准电流。

示例19.根据示例15至18之一所述的集成电路，其中所述第一和第二跨导放大器在相同的制造步骤期间形成。

示例20.根据示例15至示例19之一所述的集成电路，其中所述控制器被配置为：当所述反相器的所述输出处于所述第一状态时，生成指示过电流事件的信号。

尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述不旨在以限制性的意义来解释。参考本描述，说明性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合对于本领域技术人员将是明显的。因此，意图是所附权利要求涵盖任何这种修改或实施例。