[发明专利]适用于低电压供电的无运放高精度电流采样电路

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，用于对通过晶体管的电流进行精确采样，具体涉及一种适合低电压供电场合的、不需要运算放大器、结构简单的高精度电流采样电路。

背景技术

电流采样技术是电流模式控制环路和电流保护电路中的关键技术，在利用电流形成闭环控制的集成电路中，电流采样是必不可少的电路组成部分，尤其是在电流反馈控制的开关电源类集成电路中，电流采样电路的性能直接关系到电路整体的性能。

电流采样的方法中最常见的是在被采样电流通路上直接串联一个小阻值的采样电阻，从电阻的压降得到通过被采样的电流管的电流。这种方法简单易行，但是采样电阻串联在主电流通路商，会消耗大量的功率，降低整个芯片的工作效率，并且随着输出电压的降低，采样电阻所消耗的功率在整个芯片中的功耗中的比重会进一步加大。

为了避免采样电阻对电流输出通路的影响，通常采用电位复制的方法。图1中是一种采用运放结构的电流采样方法，这种方法利用运算放大器输入端“虚短”的特性，将被采样电流管MP1的漏端电压“复制”到采样管MP2的漏端，由于构成电流镜的采样管MP2与被采样电流管MP1的沟道长度相同，宽度成比例缩小，因此MP2可以精确的按比例镜像流过电流管MP1的电流，从而实现电流采样。不妨假设MP1与MP2管的宽度比例为M，基本偏置电流为Ib，电路对负载的输出电流为IL，采样得到的感应电流为Isense，那么根据由MP1和MP2构成的电流镜的比例关系可以得到等式(1)。

I_L＝M×I_sense+(M-1)×I_b                            (1)

等式(1)中多项式的第一项为理想的比例电流采样关系，第二项为采样误差，因此该电路的电流采样精度为等式(2)。可见该电路存在固有的采样误差，并且这个误差随着电流管输出电流的减小而不断增大。此外，由于运算放大器的存在，加大了电路设计的难度，运算放大器的增益和响应速度直接关系到整体采样的精度和响应速度。并且，在该电路中，从电源到地，最多存在4级串联的晶体管，这就使得该电路不可能工作电源电压较低的电路中。

η=(M-1)×IbIL×100%---(2)]]>

为了避免使用运算放大器类的敏感部件，降低设计难度和电路功耗，图2给出了一种常见的无运放结构的电流采样电路。该电路使用电流镜结构取代了运放，利用电流镜结构的完全对称特性，精确复制电流输出管MP1的漏端电压，从而实现精确的电流采样。图2给出的电流采样点路的优点在于，由于不使用运算放大器，电路结构简单，设计实现难度小，同时由于电源与地之间最多只串联3级晶体管，使得该电路的工作电压能够进一步降低。但是，该电路的不足之处也是比较明显的。首先等式(1)(2)对于该电路仍然成立，因此采样精度同样受限于电流管输出电流的大小；此外，由于采样主体电路收电流开关信号的控制，因此在每个采样周期内，主体电路都将经历一次从截止到开启的过程，这无疑将引入更多的噪声和误差，并大大限制了电路的响应性能。

发明内容

为了降低采样电路的工作电压，避免对运算放大器类复杂敏感电路的采用，并且提高电路的采样精度和速度，本发明结合前文所述图1和图2的采样电路的优点，提出新的电流采样电路的结构。

精确的电流采样的基本出发点，就在于能够在采样周期内精确的复制被采样的电流管的漏、源、栅的电位，并通过比例复制形成采样电流输出。为了实现这个设计目标，需要解决这样几个问题：

1.对电流管形成比例镜像；

2.为了实现足够的采样响应速度，必须保持采样电路的基础工作状态，避免出现频繁的截止-开启的切换，因此需要设计基本的工作偏置；