限流阈值精度调节电路、芯片及电子设备

技术领域

本公开的实施例涉及集成电路技术领域，具体地涉及一种限流阈值精度调节电路、芯片及电子设备。

背景技术

目前的限流保护电路中，当所检测电路输出的负载电流超过限流阈值之后，限流保护电路将会提供限流保护。在目前的限流保护电路中，存在用于提供驱动电流信号的电荷泵，由于失配等因素的影响，电荷泵在实际应用中是存在精度偏差的，该精度偏差最终会影响限流阈值。尤其当限流阈值较小时，电荷泵提供的驱动电流信号的偏差将对限流阈值的影响更大，极易造成小数值限流阈值时阈值精度差及失配因素占比不合理的问题。

发明内容

本公开的实施例的目的是提供一种限流阈值精度调节电路、芯片及电子设备，当负载电流接近限流阈值时，减小了电荷泵提供的驱动电流的偏差对限流阈值精度的影响。

为了实现上述目的，根据本公开的第一方面，提供一种限流阈值精度调节电路，其与提供驱动电流信号的电荷泵耦接，所述限流阈值精度调节电路包括：电流采样电路、基准电流产生电路、以及电流调节电路，其中，所述电流采样电路被配置为根据接收的负载电流信号，产生与所述负载电流信号存在倍数关系的第一采样电流信号和第二采样电流信号，并分别经由第一节点和第二节点向所述电流调节电路提供所述第一采样电流信号和所述第二采样电流信号；所述基准电流产生电路被配置为产生基准电流信号并经由所述第一节点向所述电流调节电路提供所述基准电流信号；所述电流调节电路被配置为将所述第一采样电流信号与所述基准电流信号进行比较，得到净电流信号，并利用所述第二采样电流信号与所述净电流信号调整所述驱动电流信号的偏差对限流阈值的影响。

在本公开的一些实施例中，所述电流采样电路包括：第一电阻器、第二电阻器、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管和误差放大器，其中，所述第一电阻器的第一端耦接第一电压端，所述第一电阻器的第二端耦接所述误差放大器的同向输入端；所述第二电阻器的第一端耦接所述第一电压端，所述第二电阻器的第二端耦接所述误差放大器的反向输入端；所述第一晶体管的控制极耦接所述电荷泵的输出端，所述第一晶体管的第一极耦接所述误差放大器的同向输入端，所述第一晶体管的第二极耦接负载电流输入端与第二电压端；所述第二晶体管的控制极耦接所述误差放大器的输出端，所述第二晶体管的第一极耦接所述误差放大器的反向输入端，所述第二晶体管的第二极耦接所述第三晶体管的第一极；所述第三晶体管的控制极耦接所述第三晶体管的第一极，所述第三晶体管的第二极耦接所述第二电压端；所述第四晶体管的控制极耦接所述第三晶体管的控制极，所述第四晶体管的第一极耦接所述第二节点，所述第四晶体管的第二极耦接所述第二电压端；所述第五晶体管的控制极耦接所述第五晶体管的第一极与所述第二节点，所述第五晶体管的第二极耦接所述第一电压端；所述第六晶体管的控制极耦接所述第五晶体管的控制极，所述第六晶体管的第一极耦接所述第一节点，所述第六晶体管的第二极耦接所述第一电压端。

在本公开的一些实施例中，所述基准电流产生电路包括：运算放大器、第十一晶体管和可调电阻器，其中，所述运算放大器的同相输入端耦接参考电压输入端，所述运算放大器的反向输入端耦接所述第十一晶体管的第一极与所述可调电阻器的第一端，所述运算放大器的输出端耦接所述第十一晶体管的控制端；所述第十一晶体管的第二极耦接所述第一节点；所述可调电阻器的第一端耦接所述可调电阻器的可调端，所述可调电阻器的第二端耦接第二电压端。

在本公开的一些实施例中，所述电流调节电路包括：第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管和第三电阻器，其中，所述第七晶体管的控制极耦接所述第二节点，所述第七晶体管的第一极耦接所述第三电阻器的第一端，所述第七晶体管的第二极耦接所述第一电压端；所述第八晶体管的控制极耦接所述第八晶体管的第一极与所述第一节点，所述第八晶体管的第二极耦接所述第二电压端；所述第九晶体管的控制极耦接所述第八晶体管的控制极，所述第九晶体管的第一极耦接所述电荷泵的输出端，所述第九晶体管的第二极耦接所述第二电压端；所述第十晶体管的控制极耦接所述第八晶体管的控制极，所述第十晶体管的第一极耦接所述电荷泵的输出端，所述第十晶体管的第二极耦接所述第三电阻器的第一端；所述第三电阻器的第二端耦接所述第二电压端。

在本公开的一些实施例中，所述第一晶体管、第三晶体管和第四晶体管均为NMOS晶体管，且所述第三晶体管的宽长比大于所述第四晶体管的宽长比；所述第二晶体管、第五晶体管和第六晶体管均为PMOS晶体管，且所述第五晶体管的宽长比大于所述第六晶体管的宽长比。

在本公开的一些实施例中，所述第七晶体管为PMOS晶体管，所述第八晶体管、第九晶体管和第十晶体管均为NMOS晶体管，且所述第七晶体管的宽长比与所述第六晶体管的宽长比相等。

在本公开的一些实施例中，所述第三电阻器的电阻值为所述可调电阻器的可调范围中的最小阻值。

在本公开的一些实施例中，当所述负载电流与所述限流阈值相等时，所述净电流信号在所述第三电阻器上的压降与所述驱动电流信号成正比，所述第二采样电流信号在所述第三电阻器上的压降与所述驱动电流信号成反比。

根据本公开的第二方面，提供了一种芯片。该芯片包括根据本公开的第一方面所述的限流阈值精度调节电路。

根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括根据本公开的第二方面所述的芯片。

本公开的实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开的实施例，但并不构成对本公开的实施例的限制。在附图中：

图1是限流保护电路的示例性电路图；

图2是根据本公开的实施例的限流阈值精度调节电路的示意性框图；

图3是根据本公开的实施例的限流阈值精度调节电路的示例性电路图。

附图中的元素是示意性的，没有按比例绘制。

具体实施方式

为了使本公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本公开的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，也都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开主题所属领域的技术人员所通常理解的相同含义。进一步将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些的术语应解释为具有与说明书上下文和相关技术中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的形式来解释，除非在此另外明确定义。如在此所使用的，将两个或更多部分“连接”或“耦接”到一起的陈述应指这些部分直接结合到一起或通过一个或多个中间部件结合。

在本公开的所有实施例中，由于金属氧化物半导体(MOS)晶体管的源极和漏极是对称的，并且N型晶体管和P型晶体管的源极和漏极之间的导通电流方向相反，因此在本公开的实施例中，将MOS晶体管的受控中间端称为控制极，将MOS晶体管的其余两端分别称为第一极和第二极。另外，诸如“第一”和“第二”的术语仅用于将一个部件(或部件的一部分)与另一个部件(或部件的另一部分)区分开。

图1示出一种限流保护电路100的示例性电路图。在图1的示例中，当发生限流保护时，晶体管Mn0上的电流为IMn0＝1/n*Icp，将该电流定义为净电流Inet，下文亦将流过晶体管Mn0上的电流称为净电流Inet。图1示出的电路结构中的限流阈值如下公式(1)所示：

在实际应用中，由于失配等因素的影响，电荷泵提供的驱动电流Icp实际中是存在精度偏差的。在本公开实施例中，用ΔI表示驱动电流Icp实际存在的精度偏差量，则由公式(1)可知，驱动电流Icp的精度偏差量最终会体现在限流阈值Ilim上，从而包含精度偏差量以后的限流阈值如下述公式(2)所示：

那么，由于驱动电流Icp的精度偏差量导致的限流阈值的精度偏差就是上述公式(2)与公式(1)之差，如下公式(3)所示：

在本公开实施例中，利用公式(3)与公式(1)的比例值ratio量化驱动电流Icp的精度偏差量对于限流阈值Ilim的精度影响，如下公式(4)所示：

在实际应用中，可以通过在片外设置不同的限流电阻Rlim从而获得不同的Iset电流值，进而调节限流阈值Ilim的数值大小。由公式(4)可知，比例值ratio与限流电阻Rlim成正比，即与限流阈值Ilim成反比，这将导致当限流阈值Ilim较小时，驱动电流Icp的偏差对限流阈值Ilim精度的影响较大，若设计不当极易造成小数值限流阈值Ilim时，失配因素占比不合理的问题。下面将结合以上公式推导及图1的电路示例图举例说明：假设图1中的n＝4，Vref＝0.77V，Icp＝2uA，S＝1300，M＝2.8，N＝2.5，Icp的精度偏差量ΔI＝30％*Icp。当Rlim＝2.3kΩ时，由公式(1)可知Ilim＝3051mA，由公式(4)可知ratio＝0.045％。当Rlim＝38kΩ时，由公式(1)可知Ilim＝189mA，由公式(4)可知ratio＝0.73％，假设在本示例中，图1中的误差放大器的等效输入失调对限流阈值精度的影响的比例值为0.5％，则可知在Ilim＝189mA时，驱动电流Icp的精度偏差对限流阈值精度的影响超过了误差放大器的等效输入失调对限流阈值精度的影响，这在电路设计中是不合理的。

本公开的实施例提供了一种限流阈值精度调节电路。该限流阈值精度调节电路保证了当负载电流接近限流阈值时，减小了电荷泵提供的驱动电流的偏差对限流阈值精度的影响。图2示出了根据本公开的实施例的限流阈值精度调节电路200的示意性框图。如图2所示，限流阈值精度调节电路200与提供驱动电流信号Icp的电荷泵300耦接，限流阈值精度调节电路200可包括：电流采样电路210、基准电流产生电路220以及电流调节电路230。

电流采样电路210可耦接基准电流产生电路220、电流调节电路230、电荷泵300、第一电压端V1、第二电压端V2和负载电流输入端Iout。电流采样电路210被配置为根据接收的负载电流信号Iout，产生与所述负载电流信号Iout存在倍数关系的第一采样电流信号I1和第二采样电流信号I2，并分别经由第一节点N1和第二节点N2向所述电流调节电路230提供所述第一采样电流信号I1和所述第二采样电流信号I2。

基准电流产生电路220可耦接电流采样电路210、电流调节电路230、参考电压输入端Vref和第二电压端V2。基准电流产生电路220被配置为产生基准电流信号Iset并经由所述第一节点N1向所述电流调节电路230提供所述基准电流信号Iset。

电流调节电路230可耦接电流采样电路210、基准电流产生电路220、电荷泵300、第一电压端V1和第二电压端V2。电流调节电路230被配置为将所述第一采样电流信号I1与所述基准电流信号Iset进行比较，得到净电流信号Inet，并利用所述第二采样电流信号I2与所述净电流信号Inet调整所述驱动电流信号Icp的偏差对限流阈值Ilim的影响。

根据本公开的实施例的限流阈值精度调节电路通过两路电流信号，即第二采样电流信号以及净电流信号的调整，减小了在小电流限流阈值时，电荷泵的驱动电流信号的精度偏差对于限流阈值的精度的影响，恢复了电路设计的合理性并且相比于图1的电路方案提升了小电流限流阈值的精度。

图3示出了根据本公开的实施例的限流阈值精度调节电路200的示例性电路图。如图3所示，电流采样电路210可包括：第一电阻器R1、第二电阻器R2、第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6和误差放大器EA。其中，所述第一电阻器R1的第一端耦接第一电压端V1，所述第一电阻器R1的第二端耦接所述误差放大器EA的同向输入端。所述第二电阻器R2的第一端耦接所述第一电压端V1，所述第二电阻器R2的第二端耦接所述误差放大器EA的反向输入端。所述第一晶体管M1的控制极耦接所述电荷泵300的输出端，所述第一晶体管M1的第一极耦接所述误差放大器EA的同向输入端，所述第一晶体管M1的第二极耦接负载电流输入端Iout与第二电压端V2。所述第二晶体管M2的控制极耦接所述误差放大器EA的输出端，所述第二晶体管M2的第一极耦接所述误差放大器EA的反向输入端，所述第二晶体管M2的第二极耦接所述第三晶体管M3的第一极。所述第三晶体管M3的控制极耦接所述第三晶体管M3的第一极，所述第三晶体管M3的第二极耦接所述第二电压端V2。所述第四晶体管M4的控制极耦接所述第三晶体管M3的控制极，所述第四晶体管M4的第一极耦接所述第二节点N2，所述第四晶体管M4的第二极耦接所述第二电压端V2。所述第五晶体管M5的控制极耦接所述第五晶体管M5的第一极与所述第二节点N2，所述第五晶体管M5的第二极耦接所述第一电压端V1。所述第六晶体管M6的控制极耦接所述第五晶体管M5的控制极，所述第六晶体管M6的第一极耦接所述第一节点N1，所述第六晶体管M6的第二极耦接所述第一电压端V1。

基准电流产生电路220可包括运算放大器OPA、第十一晶体管M11和可调电阻器Rlim。其中，所述运算放大器OPA的同相输入端耦接参考电压输入端Vref，所述运算放大器OPA的反向输入端耦接所述第十一晶体管M11的第一极与所述可调电阻器Rlim的第一端，所述运算放大器OPA的输出端耦接所述第十一晶体管M11的控制端。第十一晶体管M11的第二极耦接所述第一节点N1。所述可调电阻器Rlim的第一端耦接所述可调电阻器Rlim的可调端，所述可调电阻器Rlim的第二端耦接第二电压端V2。

电流调节电路230可包括：第七晶体管M7、第八晶体管M8、第九晶体管M9、第十晶体管M10和第三电阻器R3。其中，所述第七晶体管M7的控制极耦接所述第二节点N2，所述第七晶体管M7的第一极耦接所述第三电阻器R3的第一端，所述第七晶体管M7的第二极耦接所述第一电压端V1。所述第八晶体管M8的控制极耦接所述第八晶体管M8的第一极与所述第一节点N1，所述第八晶体管M8的第二极耦接所述第二电压端V2。所述第九晶体管M9的控制极耦接所述第八晶体管M8的控制极，所述第九晶体管M9的第一极耦接所述电荷泵300的输出端，所述第九晶体管M9的第二极耦接所述第二电压端V2。所述第十晶体管M10的控制极耦接所述第八晶体管M8的控制极，所述第十晶体管M10的第一极耦接所述电荷泵300的输出端，所述第十晶体管M10的第二极耦接所述第三电阻器R3的第一端。所述第三电阻器R3的第二端耦接所述第二电压端V2。

在图3的示例中，从第一电压端V1输入高电压信号，第二电压端V2接地。负载电流输入端Iout输入负载电流信号，参考电压输入端Vref输入参考电压。所述第一晶体管M1、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第八晶体管M8、第九晶体管M9、第十晶体管M10和第十一晶体管M11均为NMOS晶体管，所述第二晶体管M2、第五晶体管M5、第六晶体管M6和第七晶体管M7均为PMOS晶体管。另外，第二电阻R2的阻值大于第一电阻R1的阻值，且R2/R1＝S。所述第三晶体管M3的宽长比大于所述第四晶体管M4的宽长比，且二者的宽长比为M:1。所述第五晶体管M5的宽长比大于所述第六晶体管M6的宽长比，且二者的宽长比为N:1，所述第七晶体管M7的宽长比与所述第六晶体管M6的宽长比相等。另外，第三电阻器R3的电阻值为所述可调电阻器Rlim的可调范围中的最小阻值Rlim_min。

在图3的示例中，第七晶体管M7与第六晶体管M6形成镜像关系，且二者的宽长比为1:1，则第七晶体管M7将第六晶体管M6的电流IM6以1:1的比例复制并注入到第三电阻器R3中。当负载电流Iout临近限流阈值Ilim时，由电路连接关系可知，IM7＝IM6≈Iset＝Vref/Rlim。那么，第三电阻器R3上的压降ΔV_R3＝Vref/Rlim*R3。其中，第八晶体管M8、第九晶体管M9与第十晶体管M10的镜像比例为m:n:1。另外，为了便于描述，在本公开实施例中将第十晶体管M10、第九晶体管M9及第三电阻器R3合并等效为一个晶体管，定义为Mncombo(图中未示)，其中晶体管Mncombo的控制极耦接第八晶体管M8的控制极，晶体管Mncombo的第一极耦接电荷泵300的输出端，晶体管Mncombo的第二极耦接第二电压端V2。另外，将晶体管Mncombo与第八晶体管M8的镜像比例定义为K:1，则第八晶体管M8流过的电流，即净电流信号Inet＝1/K*Icp。由电路的连接关系可知第三电阻器R3的压降ΔV_R3将对第十晶体管M10的导通状态产生影响，即当压降ΔV_R3大于第十晶体管M10的栅源电压时，则第十晶体管M10截止，进而影响晶体管Mncombo与第八晶体管M8的镜像比例K，使得K在n与m+n之间变化，并最终影响净电流信号Inet的大小。由电路的连接关系可知K值与ΔV_R3成反比关系。由上述描述及公式(4)可知，驱动电流信号Icp的精度偏差量对限流阈值Ilim的精度的影响比例如下述公式(5)所示：

当增大Rlim值获得小数值限流阈值，并满足第三电阻器R3上的压降ΔV_R3远小于第十晶体管M10的栅源电压时，第三电阻器R3对第十晶体管M10的源极负反馈作用可忽略不计，由此可知，此时K＝m+n。

那么公式(5)可等效为下述公式(6)：

从而本质上即K值的变化实现在小电流限流阈值Ilim时，减小了驱动电流Icp的精度偏差对限流阈值Ilim的精度的影响。

下面将举例说明：假设参考电压Vref＝770mV，可调电阻器Rlim＝38kΩ，驱动电流信号Icp＝2uA，S＝1300，M＝2.8，N＝2.5，M10与M9，M8的宽长比为8：4：1，则对应的限流阈值Ilim＝189mA。在本示例中可调电阻器Rlim的可调范围中的最小值为2.3kΩ，则当限流阈值Ilim＝189mA时，第三电阻器R3上的压降为46.6mV，仅为NMOS晶体管导通压降的6％。另外，晶体管Mncombo与第八晶体管M8组成的电流镜镜像比例约为：12:1。当负载电流Iout＝189mA时，即负载电流Iout等于限流阈值时，第八晶体管M8的电流即净电流Inet＝1/12*Icp，由公式(5)可知，驱动电流信号Icp的精度偏差量对限流阈值Ilim的精度的影响比例为ratio＝0.25％。若误差放大器EA的等效输入失调对限流阈值的精度的影响的比例值仍为0.5％，则驱动电流信号Icp的精度偏差对限流阈值的精度的影响小于误差放大器EA的等效输入失调对限流阈值的精度的影响，恢复了设计的合理性并且相比于图1所示的电路提升了小限流阈值的精度。

本公开的实施例还提供了一种芯片。该芯片包括根据本公开的实施例的限流阈值精度调节电路。该芯片例如是用于需要进行限流保护的芯片。

本公开的实施例还提供了一种电子设备。该电子设备包括根据本公开的实施例的芯片。该电子设备例如是功率管、USB、LCD TV以及智能手机等设备。

除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“示例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“示例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。

适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。

以上对本公开的若干实施例进行了详细描述，但显然，本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对本公开的实施例进行各种修改和变型。本公开的保护范围由所附的权利要求限定。