[发明专利]信号感测放大器

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种信号感测放大器，特别地，一种低压、低功耗、共模输入范围能拓宽至电源供电电压轨之外的高速感测放大电路，其用来对供电装备电流传输通道的电流状态进行检测或对通道电流大小进行感测。

背景技术

目前，许多消费电子、通讯设备、计算机设备电源中，经常需要进行直流转换处理，以满足不同负载的供电电压需求。在这些应用中，典型的转换器是DC-DC转换器，它占据了电子设备大量的体积、功耗和成本。电子设备未来的发展趋势是低压、低功耗、小型化以及低成本化，这就需要DC-DC转换器电路设计朝低压、低功耗、高效率发展，DC-DC转换器的开关频率朝高频化发展(开关频率为十兆赫兹量级的DC-DC转换器是未来的发展趋势)，制作工艺方面朝低成本的CMOS工艺发展。由于电流控制型DC-DC转换器具有瞬态响应速度快、控制简单、易于补偿、高精度的输出电压和内在的对功率开关电流的控制及限制能力，因此DC-DC转换器多采用电流控制模式，但面对电子设备未来的发展趋势，作为电流控制所必需的电流检测或电流感测电路在低压、低功耗、高速、高精度方面受到了极大的挑战。

在电流控制模式中，控制器需要了解电流通道的电流状态信息后才能确定对功率开关的控制信号。这就需要对电流通道进行电流大小的实时感测，或对通道电流状态进行电流检测(如峰值电流状态检测、谷值电流状态检测或零电流状态检测)。对于电流大小的感测，其输出波形是通道波形按比例常数缩放后的电压或电流波形。而对电流状态的检测，其输出波形是数字电平，当被检测电流达到预先设定的门限后检测出的波形就跳变为对应的数字电平状态。

以低成本的CMOS工艺为例，理论上讲，电流检测或感测电路有栅极信号输入和源极信号输入两种方式。采用栅极输入信号的结构受限于共模输入范围窄，不能有效的操作于其电源供电电压轨以外，其应用场合受限在共模检测或感测电压在供电电压轨以内或是略宽的场合。通过图1a可以更好的描述这种情况，在图1a中描述了具有折叠共源共栅结构的传统放大器，该放大器增益较高，但是其输入共模范围需保证让差分输入管M₁，M₂不进入线性区，也必须要保证其电流偏置源C_B2和C_B3正常工作，从而使得其共模输入范围存在一个上限，其共模输入范围的最大值为：

V_{CM_MAX}＝V_DD+V_TH-V_CB23       (1)

其中：

V_DD是电源电压；

V_TH是差分对管M1，M2的阈值电压；

V_CB23是电流源C_B2和C_B3正常工作时其两端需要的最小电压差。

从式(1)可以看出，该电路最高共模输入电压受其供电电压、差分对晶体的阈值电压以及电流源最小工作压差限制。在速度方面，共源电路大多会由于差分对管的米勒现象而影响其响应速度。