CN101142489A - 用于电流感测的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于感测通过已知电阻器(R)的电流的设备,包括开关电容网络和放大器(32),该放大器具有与开关电容网络的输出耦合的输入。该开关电容网络配置为采样表示所述电流的第一参考电势和第二参考电势。该放大器配置为基于第一和第二参考电势在放大器的输出处产生第一和第二放大电势。

Description

用于电流感测的设备
技术领域
本发明总体涉及电流监视,更具体地涉及用于感测通过已知电阻的电流的电路。
背景技术
很多便携式装置执行电流感测,作为电池电流监视功能的一部分,以提供对电池电荷的指示,例如指示电流电池水平的可视条。在此功能期间,电流感测电路通常测量通过已知电阻的电压差。用于电池电流监视的一种常见方法是使用连续时间电流测量。在连续时间电流测量中,电流感测电路通常使用易受噪声和瞬变影响的单端测量(即,单电压输入到差分放大器)。当感测较小的电流时,与在移动通信产品中的情况一样,噪声和瞬变现象可以反映在所感测的电流中,从而明显地影响所感测电流的精确度。
移动通信产品重视电池寿命最大化,并且,测量通过较低已知电阻的电流使在电流感测期间对电池的耗用功率最小。例如,在移动通信产品中,所测量的电压差通常在约80mV满标的数量级上,所感测的电流将所测量的通过较低已知电阻的电压差反映为较小的电流。
另外,移动通信产品可以使用所感测的电流来执行其它的需要瞬时的、相对精确的电流测量(例如,在约十(10)位精度的数量级上)的功能。例如,所感测的电流可以供给模拟数字(A/D)转换器,以产生相对较高精度的感测电流值用于下游微处理器。比较而言,常规的连续时间测量通常提供约七(7)位精度的数量级的测量。
此外,与电流感测电路耦合的A/D转换器或者其它下游部件需要在预定电压范围内的输入,该预定电压范围显著大于所测量的电压差。尽管常规的连续时间测量通常放大单级内所测量的电压差,但是所放大的输出通常受较低已知电阻的尺寸的限制。这些约束通常降低了常规连续时间测量用于要求较高精度电池测量的移动通信产品和其它装置的有效性。
因此,需要用于感测电流的电路具有降低的功耗。另外,需要用于感测相对较低电流水平的电路,从而,使用于电池电流监视应用(例如,在移动通信产品中)的电路部件尺寸最小。此外,根据下面结合附图和本发明背景技术对本发明的详细描述,本发明的其它理想的特征和特性将显而易见。
附图说明
在下文中结合下面的附图描述本发明,在附图中相同的标号表示相同的元件,并且
图1是根据本发明的电流感测电路的范例实施例的示意图;
图2是用于图1所示的电流感测电路的增益级的范例实施例的电路图;
图3是根据本发明的另一范例实施例的电流感测电路的电路图;以及
图4示出图3所示的电流感测电路的时序图。
具体实施方式
下面对本发明的详细描述实质上仅仅是范例性的,不应当限制本发明或者本发明的应用和用途。此外,也并不受在本发明的前述背景或者下面的详细描述中所陈述的任何理论的限制。
根据各种实施例,一种设备提供用于感测通过已知电阻器的电流,并且很适用于感测从电池输出的电流,以监视移动通信手机中的电池电流。在移动通信手机实施方式中,该设备感测从电池输出的通过已知电阻器的电流,并且输出放大的电流值给模拟数字(A/D)转换器,以便进一步地处理(例如,电池或者电荷电平指示)。
参照附图,图1是根据本发明的电流感测电路10的范例实施例的示意图。电流感测电路10包括:第一增益级(G1)12,其具有配置为用来与第一参考电势和第二参考电势(VinP,VinM)耦合的第一输入11和第二输入13,并且具有第一输出和第二输出;第二增益级(G2)14,其具有分别与第一增益级12的输出15,17耦合的第一输入19和第二输入21,并且具有第一输出23和第二输出25;以及采样和保持(S/H)级16,其具有分别与第二增益级14的输出23,25耦合的第一输入27和第二输入29,并且具有第一输出24和第二输出26。第一参考电势(VinP)对应于在已知电阻器(R)的第一端上的电势,第二参考电势(VinM)对应于在已知电阻器(R)的第二端上的电势。当在电池电流监视或者充电器监视电路中实施电流感测电路10时,电路感测电路10还包括与S/H级16的输出24,26耦合的A/D转换器28。
在范例实施例中,电流感测电路10的每一级12,14,16是基于放大器(例如,包括运算放大器),以从电压输入生成放大的电压输出给所述级。第一增益级12由第一参考电势(VinP)和第二参考电势(VinM)之间的差来感测通过已知电阻器(R)的电流(I),并且由第一参考电势和第二参考电势(VinP,VinM)产生第一放大电压输出。第二增益级14还放大从第一增益级12输出的第一放大电压,以产生表示所感测的通过已知电阻器(R)的电流(I)的放大值的第二放大电压输出。在范例实施例中,通过A/D转换器28方便地读取第二放大电压输出。S/H级16从第二增益级14采样第二放大电压输出,并且将第二放大电压输出保持预定的时长(例如,特定的建立时间),足以被A/D转换器28检索。根据第二放大电压输出的采样值,可以得到对相对较低的电平感测电流(I)的测量。
另外,电流感测电路10还包括跨第一增益级12的第一输出15和第二输出17耦合的第一共模反馈电路(CMFB)18、跨第二增益级14的第一输出23和第二输出25耦合的第二CMFB 20、以及跨S/H级16的第一输出和第二输出耦合的第三CMFB 22。CMFB常常用来通过调节其共模输出电流而稳定差分放大器的共模电压,如本领域的技术人员所理解的那样。第一CMFB 18稳定与第一增益级12中的放大器相关联的共模电压,第二CMFB 20稳定与第二增益级14中的放大器相关联的共模电压,第三CMFB 22稳定与S/H级16中的放大器相关联的共模电压。
图2是用于图1所示的电流感测电路10中的增益级30的范例实施例的电路图。可以如图2所示实施图1所示的每一级12,14,16。增益级30包括第一开关电容网络、具有与第一开关电容网络耦合的输入并具有输出的运算放大器(OPAMP)32、以及在OPAMP 32的输入和OPAMP 32的输出之间耦合的第二开关电容网络。OPAMP 32的输入包括相反极性(例如,Vin +、Vin -)的第一电压输入31和第二电压输入39,并且OPAMP 32的电压输出与OPAMP 32的相反极性(例如,供应电压V+、V-)的第一供应电源输入41和第二供应电压输入43耦合。
第一开关电容网络基本上瞬时采样输入给增益级30的第一参考电势和第二参考电势(VinP,VinM),并且包括与OPAMP 32的第一电压输入31和第二电压输入39中的每一个耦合的一对两相位开关电容。基于预定的切换顺序,每一个两相位开关电容在一个相期间选择性地与输入电势(例如,VinP,VinM)之一耦合,在其它相期间与共模电压(Vcm)耦合,如下文更加详细的描述所示。所述共模电压(Vcm)可以是任何参考电势,并且优选是稳定的参考电势,例如,接地电势或者带隙电势。在范例实施例中,第一开关电容网络包括:第一输入电容40和第二输入电容42,其中每一个都具有与OPAMP 32的第一电压输入(例如,Vin +)耦合的第一电极;第三输入电容44和第四输入电容46,其中每一个都具有与OPAMP 32的第二电压输入(例如,Vin -)耦合的第一电极;以及第一相位开关48,49,52,53和第二相位开关47,50,51,54,其分别与输入电容40,42,44,46的第二电极耦合。
虽然第一开关电容网络采样第一参考电势和第二参考电势(VinP,VinM),但是第二开关电容网络捕获被OPAMP 32接收的输入电势(例如,VinP,VinM),以用于偏移消除。在范例实施例中,第二开关电容网络包括:第一反馈电容33,其具有与OPAMP 32的第一电压输入31(例如,Vin +)耦合的第一电极;第二反馈电容36,其具有与OPAMP 32的第二电压输入39(例如,Vin -)耦合的第一电极;第一相位开关34,其与反馈电容33的第二电极耦合,第二相位开关35,其与反馈电容33的第二电极耦合,第一相位开关37,其与反馈电容36的第二电极耦合;以及第二相位开关38,其与反馈电容36的第二电极耦合。使用开关电容拓扑更容易地实现偏移消除,如果不执行的话,通常降低被OPAMP 32感测的任何电流的精确度。
第一开关电容网络和第二开关电容网络使用时序相位工作,打开和关闭开关以用于初始化和定标增益级30。第一开关电容网络在第一时序相位(Φ1)期间对增益级30初始化,以便在OPAMP 32的输入上感测输入电势,例如,参考电势(VinP,VinM),并且在第二时序相位(Φ2)期间感测输入电势(例如,VinP,VinM)。在第一时序相位(Φ1)期间,第二开关电容网络捕获可以出现在OPAMP 32的输入上的偏移电压。在第二时序相位(Φ2)期间,第二开关电容网络可以配置为能够通过所感测的输入电势(VinP,VinM)的OPAMP 32来进行定标,从而在增益级30的输出上产生第一放大电压输出(VoutM,VoutP)同时消除偏移电压。
第一相位开关48,49,52,53一起开关,以对增益级30进行初始化。在第一时序相位(Φ1)期间,第一相位开关48,52将输入电容40,44分别与Vcm耦合,第一相位开关49将输入电容42与VinM耦合,第一相位开关53将输入电容46与VinP耦合。第二相位开关47,50,51,54一起开关,以感测和除去在输入电势(例如,VinP,VinM)上的共模,以允许处理满标的输入电压差分信号而不使放大器级饱和。在第二时序相位(Φ2)期间,第二相位开关50,54将输入电容42,46的第二电极分别与Vcm耦合,第二相位开关47将输入电容40的第二电极与VinP耦合,第二相位开关51将输入电容44的第二电极与VinM耦合。额外地,在第二时序相位(Φ2)期间,第一相位开关48,49,52,53打开。实际上,在第一时序相位(Φ1)期间在OPAMP 32的输入上接收输入电势的初始配置(例如,VinP,VinM),在第二时序相位(Φ2)期间在OPAMP 32的输入上接收输入电势的反向配置(例如,VinP,VinM),以便除去共模。
在第一时序相位(Φ1)期间,第一相位开关34,37将反馈电容33,36的第二电极分别与Vcm耦合,反馈电容33,36捕获在OPAMP 32的第一电压输入31和第二电压输入39上出现的任何偏移电压(例如,Vin +、Vin -)。在第二时序相位(Φ2)期间,第二相位开关35将反馈电容33的第二电极与OPAMP 32的第一电压输出41(例如,V-)耦合并且与增益级30的第一输出(例如,VoutM)耦合,第二相位开关38将反馈电容36的第二电极与OPAMP 32的第二电压输出43(例如,V+)耦合并且与增益级30的第二输出(例如,VoutP)。另外,第一相位开关34,37在第二时序相位(Φ2)期间打开,以消除在具有反馈电容33,36的捕获偏移电压的OPAMP 32的电压输入31,39上的任何偏移电压(例如,Vin +、Vin -)。因此,第一相位开关34,37一起打开和闭合,用于增益级30的偏移消除,第二相位开关35,38一起打开和闭合,以便对被增益级30所感测的输入电势(例如,VinP,VinM)进行定标。
在图1所示的电流感测电路10中,在图1所示的第一增益级12之后的每一个级14,16中可以实施增益级30,从而第一相位开关和第二相位开关47,48,49,50,51,52,53,54响应于后面的时序相位(例如,在第一时序相位和第二时序相位之后)打开和闭合。例如,增益级30可以在第二增益级14中实施(图1),从而与增益级30的第一相位开关48,49,52,53相对应的第三相位开关以及与增益级30的第二相位开关47,50,51,54相对应的第四相位开关分别基于第三时序相位(Φ3)和第四时序相位(Φ4)工作。第三时序相位(Φ3)和第四时序相位(Φ4)优选在接着第二时序相位(Φ2)的初始化的预定延迟之后进行初始化,以便通过第二增益级14(图1)捕获第一增益级12(图1)的第一输出和第二输出(例如,VoutP,VoutM)。在通过第二增益级14(图1)的偏移消除和定标之前,此预定的延迟也提供初始化第二增益级14(图1)的时段。
增益级30也可以在S/H级16(图1)中实施,从而,第一相位开关和第二相位开关47,48,49,50,51,52,53,54响应于后面的时序相位(例如,在第三相时序相位和第四相时序相位之后)来打开和关闭。当在S/H级16(图1)中实施增益级30时,S/H级16(图1)的、与增益级30的第一相位开关48,49,52,53相对应的采样相位开关基于采样时序相位(Φs)工作,S/H级16(图1)的、与增益级30的第二相位开关47,50,51,54相对应的保持相位开关基于保持时序相位(ΦH)工作。采样时序相位(Φs)和保持时序相位(ΦH)优选在接着第四时序相位(Φ4)的初始化的另一预定延迟之后进行初始化,以便通过S/H级16(图1)捕获第二增益级14(图1)的第一输出23和第二输出25(例如,VoutP,VoutM)。在通过S/H级16(图1)采样和保持之前,此预定的延迟也提供用于初始化S/H级16(图1)的时段。
图3是根据本发明的另一范例实施例的电流感测电路72的电路图。在此范例实施例中,电流感测电路72通过双重采样第一参考电势和第二参考电势(VinP,VinM)来感测通过图1所示的已知电阻器(R)的电流(I)。电流感测电路72包括:图2所示的类型的第一增益级,其具有配置为用来采样第一参考电势和第二参考电势(VinP,VinM)的输入;第二增益级69,其具有与第一增益级30的输出耦合的输入;以及S/H级67,其具有与第二增益级69的输出耦合的输入。
第二增益级69重新采样在第一增益级30的输入处所感测的第一参考电势和第二参考电势(VinP,VinM),以在第二增益级69的输出处产生第二放大电压输出。在范例实施例中,第二增益级69包括第三开关电容网络,该第三开关电容网络包括:第一增益电容74;第二增益电容76;第三增益电容78;第四增益电容80;第三相位开关79,81,83,85,其分别与增益电容74,76,78,80的第一电极耦合;第四相位开关73,77,82,84,其分别与增益电容74,76,78,80的第一电极耦合;第四相位开关86,其与增益电容74,76二者的第二电极耦合;第四相位开关87,其与增益电容78,80二者的第二电极耦合;第三相位开关88,其与增益电容74,76二者的第二电极耦合;以及第三相位开关89,其与增益电容78,80二者的第二电极耦合。第三开关电容网络配置为用来执行对参考电势(VinP,VinM)的第二采样,并定标采样参考电势以产生第二放大电压输出。
在第二增益级69重新采样参考电势(VinP,VinM)以产生第二放大电压输出之后,S/H级67从第二增益级69采样第二放大电压输出,并且将第二放大电压输出保持预定的时长(例如,特定的建立时间),足以被A/D转换器28(图1)获取。在范例实施例中,S/H级67包括:第一采样电容90;第二采样电容91;第一采样开关92和第二采样开关93,其分别与采样电容90,91的第一电极耦合;第一保持开关94和第二保持开关95,其分别与采样电容90,91的第一电极耦合;第三保持开关96,其具有与第一采样电容90的第二电极耦合的第一端并具有与OPAMP 32的第一电压输入31(Vin +)耦合的第二端;第四保持开关97,其具有与第二采样电容91的第二电极耦合的第一端并具有与OPAMP 32的第二电压输入39(Vin -)耦合的第二端;第五保持开关71,其具有与第一反馈电容33的第二电极耦合的第一端并具有与第一增益级30的第一输出41(例如,VoutM)耦合的第二端;第六保持开关75,其具有与第二反馈电容36的第二电极耦合的第一端并具有第一增益级30的第二输出43(例如,VoutP)耦合的第二端;第一采样执行开关98,其与OPAMP 32的第一电压输入31(Vin +)以及第一保持开关96的第二端耦合;以及第二采样执行开关99,其与OPAMP 32的第二电压输入39(Vin -)以及第二保持开关97的第二端耦合。
在第二增益级69中,在第三时序相位(Φ3)期间第三相位开关79,81,83,85,88,89一起打开和关闭,以消除在第一增益级30的输出处可能出现的偏移。在第三时序相位(Φ3)期间,第三相位开关79,81分别将增益电容74,76的第一电极耦合至来自第一增益级30的VoutP,第三相位开关83,85分别将增益电容78,80的第一电极耦合至来自增益级30的VoutM,并且第三相位开关88,89分别将增益电容74,76,78,80的第二电极耦合至Vcm。在第四时序相位(Φ4)期间,第四相位开关73,77,82,84一起打开和关闭,以感测和定标输入电势(例如,VoutP,VoutM)。在第四时序相位(Φ4)期间,第四相位开关82,84分别将增益电容76,78的第一电极耦合至Vcm,第四相位开关86将增益电容74,76的第二电极耦合至OPAMP 32的第一电压输出41(例如,VoutM),第四相位开关87将增益电容78,80的第二电极耦合至OPAMP 32的第二电压输出31(例如,VoutP)。
为了从第二增益级69采样第二放大输出电压,在采样时序相位(ΦS)期间采样开关92,93一起打开和关闭。在采样时序相位(ΦS)期间,第一采样开关92将第一采样电容90的第一电极耦合至来自第一增益级30的VoutP,第二采样开关93将第二采样电容91的第一电极耦合至第一增益级30的VoutM。S/H级67由此从第一增益级30接收VoutP和VoutM的值,从而通过第二增益级69进一步地放大。
在从第二增益级69采样第二放大电压输出(例如,VoutP和VoutM)之后,在保持时序相位(ΦH)期间保持开关71,75,94,95,96,97一起打开和关闭,以捕获采样值用于被A/D转换器28(图1)获取。在保持时序相位(ΦH)期间,第一保持开关94将第一采样电容90的第一电极耦合至来自第一增益级30的VoutP,第二保持开关95将第二采样电容91的第一电极耦合至来自第一增益级30的VoutM,第三保持开关96将第一采样电容90的第二电极耦合至OPAMP 32的第一电压输入31(例如,Vin +),第四保持开关97将第二采样电容91的第二电极耦合至OPAMP 32的第二电压输入39(例如,Vin -),第五保持开关71将第一反馈电容33的第二电极耦合至OPAMP 32的第一电压输出41(例如,VoutM),第六保持开关75将第二反馈电容36的第二电极耦合至OPAMP 32的第二电压输出43(例如,VoutM)。另外,在保持时序相位(ΦH)期间,采样开关92,93打开以将采样电容90,91分别从VoutP和VoutM去耦,从而S/H级67保持VoutP和VoutM,以便被A/D转换器28(图1)捕获。在预定时长之后,例如,足够从S/H级67获取采样电压输出,在采样执行时序相位(Φsd)期间,采样执行开关98,99一起打开和关闭来初始化电流感测电路72,以便后续采样。在采样执行时序相位(Φsd)期间,第一采样执行开关98将OPAMP32的第一电压输入31(例如,Vin +)耦合至Vcm,第二采样执行开关99将OPAMP 32的第二电压输入39(例如,Vin -)耦合至Vcm
在电流感测电路72中,第二增益级69和S/H级67二者都没有用于电流感测电路10(图1)的第二增益级14(图1)和S/H级16(图1)的OPAMP。电流感测电路72没有OPAMP在第二增益级69和S/H级67中的功耗,同时继续感测通过已知电阻器(R)的电流(I)和产生表示所述电流(I)的放大电压输出。
图4示出图3所示的电流感测电路72的时序的范例实施例。对于电流感测电路72的每一个时序相位,随着时间的流逝,相应的开关响应于低信号(例如,约0V)而打开,响应于高信号(例如,约3V)而关闭。在此范例实施例中,第一时序相位(Φ1)60示出第一时间(T1)初始化的第一相位开关34,35,48,49,52,53(图3)的时序。第二时序相位(Φ2)62示出在第一时间(T1)之后的第二时间(T2)初始化的第二相位开关36,38,47,50,51,54(图3)的时序。第一时序相位(Φ1)60在第二时间(T2)结束。第三时序相位(Φ3)64示出在第二时间(T2)之后的第三时间(T3)初始化的第三相位开关79,81,83,85,88,89(图3)的时序。第四时序相位(Φ4)66示出在第三时间(T3)之后的第四时间(T4)初始化的第四相位开关73,77,82,84,86,87(图3)的时序。第三时序相位(Φ3)64在第四时间(T4)结束。采样时序相位(Φs)68示出在采样时间(Ts)初始化的采样相位开关92,93(图3)的时序。保持时序相位(ΦH)70示出在保持时间(TH)初始化的保持相位开关71,75,94,95,96,97(图3)的时序。采样时序相位(Φs)68在保持时间(TH)结束。虽然就图3所示的电流感测电路72描述所述时序,该时序也可以与图1所示的电流感测电流10一起使用。
每个时序相位初始化与电流感测电路72的特定级相关联的功能。第一时序相位(Φ1)60初始化第一增益级30(图3)并消除在OPAMP 32(图3)的输入处可能出现的偏移电压。第二时序相位(Φ2)62采样并定标给第一增益级30(图3)的输入电势。第三时序相位(Φ3)64消除在第二增益级69(图3)的输入处可以出现的偏移电压,并且初始化第二增益级69(图3)。第四时序相位(Φ4)67采样并定标给第二增益级69(图3)的输入电势。采样时序相位(Φs)68采样来自第二增益级69(图3)的输出。保持时序相位(ΦH)70将来自第二增益级69(图3)的采样输出保持预定时长,例如,足以被A/D转换器28(图1)获取的时长。
本发明的电流感测电路使用开关电容网络来以比常规电流感测电路更大的精确度感测通过已知电阻器的电流。另外,使用本发明的电流感测电路中的两级增益(例如,第一增益级和第二增益级)减少开关电容网络的电容尺寸。减少电容尺寸使这些电流感测电路对在需要较小部件尺寸的移动通信产品中的实施方式而言是引人注目的。
在范例实施例中,用于感测电流的电路包括开关电容网络和具有与开关电容网络的输出耦合的输入的放大器。开关电容网络配置为用来采样表示所述电流的第一参考电势和第二参考电势。放大器配置为用来基于第一参考电势和第二参考电势在放大器的输出处产生第一放大电势和第二放大电势。
在另一个范例实施例中,用于感测电流的电路包括:第一增益级,其包括第一开关电容网络;第二增益级,其包括与第一增益级耦合的第二开关电容网络;S/H级,其具有与第二增益级的输出耦合的输入并具有输出;以及A/D转换器,其与S/H级的输出耦合。第一开关电容网络配置为用来感测表示电流的第一参考电势和第二参考电势。第二增益级配置为用来由第一参考电势和第二参考电势产生第一放大参考电势和第二放大参考电势。S/H级配置为用来在预定时段从所述第一参考电势和第二参考电势获得第一采样电势和第二采样电势。A/D转换器配置为用来从S/H级接收所述第一采样电势和第二采样电势。
在另一个范例实施例中,用于感测电流的电路包括:第一开关电容网络,其具有输出;放大器,其具有与第一开关电容网络的输出耦合的输入并具有输出;第二开关电容网络,其具有与放大器的输出耦合的输入、并输出与放大器的输入耦合的输出;以及S/H级,其具有与放大器的输出耦合的输入。第一开关电容网络配置为用来采样表示电流的第一参考电势和第二参考电势。放大器配置为用来由第一参考电势和第二参考电势产生第一放大电势。第二开关电容网络配置为用来由第一放大电势产生第二放大电势。S/H级配置为用来由所述第二放大电势产生采样放大电势并将所述采样放大电势保持预定时长。
虽然在前面的详细描述中已经陈述至少一个范例实施例,但是,应该认识到存在大量的变型。还应该认识到,范例实施例(一个或者多个)仅仅是例子,并不应当以任何方式限制本发明的范围、应用性或者结构。相反,前面的详细描述为本领域的技术人员提供了实施范例实施例(一个或者多个)的方便的路线图。应该理解,在不脱离由附属权利要求及其法定等同形式所阐述的本发明的范围的情况下,可以对各个元件的功能和布置进行各种修改。

Claims (20)

1.一种用于感测电流的电路,该电路包括:
第一开关电容网络,其具有输出并具有输入,所述输入被配置为用来采样表示所述电流的第一参考电势和第二参考电势;以及
放大器,其具有输出,并具有与所述第一开关电容网络的所述输出耦合的输入,所述放大器配置为用来基于所述第一和第二参考电势来在所述放大器的所述输出处产生第一放大电势和第二放大电势。
2.根据权利要求1所述的电路,还包括:
第二开关电容网络,其具有与所述放大器的所述输入耦合的第一端并具有与所述放大器所述输出耦合的第二端,所述第二开关电容网络配置为用来消除所述放大器的所述输入处的偏移电压。
3.根据权利要求1所述的电路,其中所述放大器的所述输入包括第一输入和第二输入;以及
其中所述第一开关电容网络包括:
第一可开关电容,其具有与所述放大器的所述第一输入耦合的第一电极,以及第二电极,该第二电极配置为在第一相位与第三参考电势耦合以及在第二相位与所述第一参考电势耦合;
第二可开关电容,其具有与所述放大器的所述第一输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第二参考电势耦合以及在所述第二相位与所述第三参考电势耦合;
第三可开关电容,其具有与所述放大器的所述第二输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第三参考电势耦合以及在所述第二相位与所述第二参考电势耦合;以及
第四可开关电容,其具有与所述放大器的所述第二输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第一参考电势耦合以及在所述第二相位与所述第三参考电势耦合。
4.根据权利要求3所述的电路,其中所述第一开关电容网络包括:
第一开关,其具有与所述第一可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有所述第一参考电势耦合的第二端,所述第一开关配置为在所述第二相位将所述第一开关的所述第一端与所述第一开关的所述第二端耦合;以及
第二开关,其具有与所述第一可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有与所述第三参考电势耦合的第二端,所述第二开关配置为在所述第一相位将所述第二开关的所述第一端与所述第二开关的所述第二端耦合;
其中,所述第二可开关电容包括:
第三开关,其具有与所述第二可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有与所述第二参考电势耦合的第二端,所述第三开关配置为在所述第一相位将所述第三开关的所述第一端与所述第三开关的所述第二端耦合;以及
第四开关,其具有与所述第二可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有与所述第三参考电势耦合的第二端,所述第四开关配置为在所述第二相位将所述第四开关的所述第一端与所述第四开关的所述第二端耦合;
其中,所述第三可开关电容包括:
第五开关,其具有与所述第三可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有与所述第二参考电势耦合的第二端,所述第五开关配置为在所述第二相位将所述第五开关的所述第一端与所述第五开关的所述第二端耦合;以及
第六开关,其具有与所述第三可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有与所述第三参考电势耦合的第二端,所述第六开关配置为在所述第一相位将所述第六开关的所述第一端与所述第六开关的所述第二端耦合;以及
其中,所述第四可开关电容包括:
第七开关,其具有与所述第四可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有与所述第一参考电势耦合的第二端,所述第七开关配置为在所述第一相位将所述第七开关的所述第一端与所述第七开关的所述第二端耦合;以及
第八开关,其具有与所述第四可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有与所述第三参考电势耦合的第二端,所述第八开关配置为在所述第二相位将所述第八开关的所述第一端与所述第八开关的所述第二端耦合。
5.根据权利要求2所述的电路,其中所述放大器的所述输入包括第一输入和第二输入,并且所述放大器的所述输出包括第一输出和第二输出;以及
其中所述第二开关电容网络包括:
第一可开关电容,其具有与所述放大器的所述第一输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极在第一相位与所述第三参考电势耦合并且在第二相位与所述放大器的所述第一输出耦合;以及
第二可开关电容,其具有与所述放大器的所述第二输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极在所述第一相位与所述第三参考电势耦合并且在所述第二相位与所述放大器的所述第二输出耦合。
6.根据权利要求5所述的电路,其中所述第一开关电容网络包括:
第一开关,其具有与所述第一可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有与所述第三参考电势耦合的第二端,所述第一开关配置为在所述第一相位将所述第一开关的所述第一端与所述第一开关的所述第二端耦合;以及
第二开关,其具有与所述第一可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有与所述放大器的所述第一输出耦合的第二端,所述第二开关配置为在所述第二相位将所述第二开关的所述第一端与所述第二开关的所述第二端耦合;以及
其中,所述第二可开关电容包括:
第三开关,其具有与所述第二可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有与所述第三参考电势耦合的第二端,所述第三开关配置为在所述第一相位将所述第三开关的所述第一端与所述第三开关的所述第二端耦合;以及
第四开关,其具有与所述第二可开关电容的所述第二电极耦合的第一端,并且具有与所述放大器的所述第二输出耦合的第二端,所述第四开关配置为在所述第二相位将所述第四开关的所述第一端与所述第四开关的所述第二端耦合。
7.根据权利要求2所述的电路,还包括与所述放大器的所述输出耦合的共模反馈电路(CMFB)。
8.一种用于感测电流的电路,该电路包括:
第一增益级,其包括第一开关电容网络,配置为用来感测表示所述电流的第一参考电势和第二参考电势;
第二增益级,其具有输出,并且包括与所述第一增益级耦合的第二开关电容网络,所述第二增益级配置为用来根据所述第一和第二参考电势在所述输出产生第一和第二放大参考电势;
采样/保持(S/H)级,其具有与所述第二增益级的所述输出耦合的输入,并且具有输出,所述S/H级配置为用来在预定时长从所述第一和第二放大参考电势获得第一和第二采样电势;以及
模拟数字转换器,其与所述S/H级的所述输出耦合,并且配置为用来从所述S/H级接收所述第一和第二采样电势。
9.根据权利要求8所述的电路,其中所述第一增益级还包括:
放大器,其具有与所述第一开关电容网络耦合的输入,并且具有输出;
第三开关电容网络,其具有与所述放大器的所述输入耦合的第一端,并且具有与所述放大器的所述输出耦合的第二端,所述第三开关电容网络配置为用来在所述放大器的所述输入处消除偏移电压。
10.根据权利要求9所述的电路,其中所述放大器具有第一输出和第二输出,并且
其中所述第三开关电容网络包括:
第一可开关电容,其具有与所述放大器的所述第一输入耦合的第一电极,并且具有在第一相位与第三参考电势耦合、且在第二相位与所述放大器的所述第一输出耦合的第二电极;以及
第二可开关电容,其具有与所述放大器的所述第二输入耦合的第一电极,并且具有在所述第一相位与所述第三参考电势耦合、且在所述第二相位与所述放大器的所述第二输出耦合的第二电极。
11.根据权利要求8所述的电路,其中所述第二增益级还包括:
放大器,其具有与所述第二开关电容网络耦合的输入,并且具有输出;以及
第三开关电容网络,其具有与所述电容的所述输入耦合的第一端,并且具有与所述放大器的所述输出耦合的第二端,所述第三开关电容网络配置为用来在所述放大器的所述输入处消除偏移电压。
12.根据权利要求11所述的电路,其中所述放大器具有第一输出和第二输出,并且
其中所述第三开关电容网络包括:
第一可开关电容,其具有与所述放大器的所述第一输入耦合的第一电极,并且具有在第一相位与第三参考电势耦合、且在第二相位与所述放大器的所述第一输出耦合的第二电极;以及
第二可开关电容,其具有与所述放大器的所述第二输入耦合的第一电极,并且具有在所述第一相位与所述第三参考电势耦合、且在所述第二相位与所述放大器的所述第二输出耦合的第二电极。
13.根据权利要求8所述的电路,其中
所述第一增益级包括:
第一放大器,其具有与所述第一开关电容网络耦合的输入,并且具有输出;以及
第一CMFB,其与所述第一放大器的所述输出耦合;并且
所述第二增益级包括:
第二放大器,其具有与所述第二开关电容网络耦合的输入,并且具有输出,以及
第二CMFB,其与所述第二放大器的所述输出耦合。
14.根据权利要求8所述的电路,其中所述S/H级包括:
第三开关电容网络,其具有与所述第二增益级的所述输出耦合的第一端,并且具有第二端,所述第三开关电容网络配置为用来在所述第二增益级的所述输出处从所述第一和第二放大电势获得所述第一和第二采样电势;
放大器,其具有与所述第三开关电容网络的所述第二端耦合的输入,并且具有输出;以及
第四开关电容网络,其具有与所述放大器的所述输入耦合的第一端,并且具有所述放大器的所述输出耦合的第二端,所述第四开关电容网络配置为用来在所述S/H级的所述输出处保持所述第一和第二采样电势所述预定时长。
15.根据权利要求14所述的电路,其中所述放大器具有第一输入和第二输入,并且,
其中所述第三开关电容网络包括:
第一可开关电容,其具有与所述放大器的所述第一输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在第一相位与所述第三参考电势耦合并在第二相位与所述第一参考电势耦合;
第二可开关电容,其具有与所述放大器的所述第一输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第二参考电势耦合并在所述第二相位与所述第三参考电势耦合;
第三可开关电容,其具有与所述放大器的所述第二输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第三参考电势耦合并在所述第二相位与所述第二参考电势耦合;以及
第四可开关电容,其具有与所述放大器的所述第二输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第一参考电势耦合并在所述第二相位与所述第三参考电势耦合。
16.根据权利要求8所述的电路,其中所述第一增益级还包括具有第一输入和第二输入的放大器,并且
其中所述第一开关电容网络包括:
第一可开关电容,其具有与所述放大器的所述第一输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在第一相位与第三参考电势耦合并在所述第二相位与所述第一参考电势耦合;
第二可开关电容,其具有与所述放大器的所述第一输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第二参考电势耦合并在所述第二相位与所述第三参考电势耦合;
第三可开关电容,其具有与所述放大器的所述第二输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第三参考电势耦合并在所述第二相位与所述第二参考电势耦合;以及
第四可开关电容,其具有与所述放大器的所述第二输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第一参考电势耦合并在所述第二相位与所述第三参考电势耦合。
17.根据权利要求8所述的电路,其中所述第二增益级还包括具有第一输入和第二输入的放大器,并且
其中所述第二开关电容网络包括:
第一可开关电容,其具有与所述放大器的所述第一输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在第一相位与第三参考电势耦合并在第二相位与所述第一参考电势耦合;
第二可开关电容,其具有与所述放大器的得到第一输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第二参考电势耦合并在所述第二相位与所述第三参考电势耦合;
第三可开关电容,其具有与所述放大器的所述第二输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第三参考电势耦合并在所述第二相位与所述第二参考电势耦合;以及
第四可开关电容,其具有与所述放大器的所述第二输入耦合的第一电极,并且具有第二电极,该第二电极配置为在所述第一相位与所述第一参考电势耦合并在所述第二相位与所述第三参考电势耦合。
18.一种用于感测电流的电路,该电路包括:
第一开关电容网络,其具有输出,并且配置为采样表示所述电流的第一参考电势和第二参考电势;
放大器,其具有与所述第一开关电容网络的所述输出耦合的输入,并且具有输出,所述放大器配置为从所述第一和第二参考电势产生第一放大电势;
第二开关电容网络,其具有与所述放大器的所述输出耦合的输入,并且具有与所述放大器的所述输入耦合的输出,所述第二开关电容网络配置为从所述第一放大电势产生第二放大电势;以及
S/H级,其具有与所述放大器的所述输出耦合的输入,并且配置为从所述第二放大电势产生采样电势,并且将所述采样的放大电势保持预定的时长。
19.根据权利要求18所述的电路,其中所述增益级还包括:
放大器,其具有与所述第一开关电容网络耦合的输入,并且具有输出;以及
第三开关电容网络,其具有与所述放大器的所述输入耦合的第一端,并且具有与所述放大器的所述输出耦合的第二端,所述第三开关电容网络配置为在第一相位期间在所述放大器的所述输入处消除第一偏移电压;并且
所述第一开关电容网络进一步地配置为在所述第二相位期间采样所述第一和第二参考电势,并且所述放大器配置为标定所述第一和第二参考电势,以在所述输出处产生第一放大电势。
20.根据权利要求19所述的电路,还包括第四开关电容网络,该第四开关电容网络具有与所述放大器的所述输出耦合的第一端,并且具有与所述放大器的所述输入耦合的第二端,所述第四开关电容网络配置为在第三相位期间在所述第二开关电容网络的所述输入处消除第二偏移电压;并且
其中所述第二开关电容网络进一步地配置为在第四相位期间产生所述第二放大电势。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102365229A (zh) * 2009-04-09 2012-02-29 飞思卡尔半导体公司 具有减小的寄生引发的误差的传感器装置
CN111448464A (zh) * 2017-12-09 2020-07-24 深圳市丹砂科技有限公司 用于生物医学测量的电流传感器

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7714762B2 (en) * 2005-04-12 2010-05-11 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for current-mode ADC
JP5025171B2 (ja) * 2005-09-29 2012-09-12 エスケーハイニックス株式会社 差動増幅装置
US7964993B2 (en) * 2006-12-11 2011-06-21 Akros Silicon Inc. Network devices with solid state transformer and class AB output stage for active EMI suppression and termination of open-drain transmit drivers of a physical device
US7535391B1 (en) 2008-01-07 2009-05-19 Freescale Semiconductor, Inc. Analog-to-digital converter having random capacitor assignment and method thereof
US7589658B2 (en) * 2008-02-05 2009-09-15 Freescale Semiconductor, Inc. Analog-to-digital converter with variable gain and method thereof
US7796079B2 (en) * 2009-01-28 2010-09-14 Freescale Semiconductor, Inc. Charge redistribution successive approximation analog-to-digital converter and related operating method
US8125231B2 (en) 2009-01-28 2012-02-28 Freescale Semiconductor, Inc. Capacitance-to-voltage interface circuit, and related operating methods
US7969167B2 (en) * 2009-01-28 2011-06-28 Freescale Semiconductor, Inc. Capacitance-to-voltage interface circuit with shared capacitor bank for offsetting and analog-to-digital conversion
WO2015153176A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-08 Microsemi Corporation Current sensing system and method
CN105891591B (zh) * 2016-04-08 2018-08-31 北京精密机电控制设备研究所 一种大功率储能逆变器电流检测控制系统
GB2569641B (en) * 2017-12-22 2020-09-09 Shenzhen Dansha Tech Co Ltd Current sensor for biomedical measurements
GB2583584B (en) * 2017-12-22 2021-04-28 Shenzhen Dansha Tech Co Ltd Current sensor for biomedical measurements
PL3899441T3 (pl) * 2018-12-20 2024-03-18 Apator Miitors Aps Przepływomierz ultradźwiękowy z przełączalnymi przetwornikami

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5517140A (en) * 1994-04-14 1996-05-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Sample and hold circuit
US5574457A (en) * 1995-06-12 1996-11-12 Motorola, Inc. Switched capacitor gain stage
GB9708786D0 (en) * 1997-05-01 1997-06-25 Central Research Lab Ltd Elecrochemical sensing circuits
US5867054A (en) * 1997-07-31 1999-02-02 National Semiconductor Corporation Current sensing circuit
JP2001006384A (ja) * 1999-06-16 2001-01-12 Sharp Corp サンプル/ホールド回路とこれを用いた基準電圧発生回路
JP4330791B2 (ja) * 2000-12-27 2009-09-16 セイコーインスツル株式会社 半導体集積回路装置および半導体集積回路装置の制御方法
JP3628636B2 (ja) * 2001-07-30 2005-03-16 シャープ株式会社 スイッチトキャパシタ回路
US6617838B1 (en) * 2001-09-11 2003-09-09 Analog Devices, Inc. Current measurement circuit
JP4094436B2 (ja) * 2003-01-16 2008-06-04 セイコーインスツル株式会社 スイッチトキャパシタ増幅回路および電子機器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102365229A (zh) * 2009-04-09 2012-02-29 飞思卡尔半导体公司 具有减小的寄生引发的误差的传感器装置
CN102365229B (zh) * 2009-04-09 2015-03-25 飞思卡尔半导体公司 具有减小的寄生引发的误差的传感器装置
CN111448464A (zh) * 2017-12-09 2020-07-24 深圳市丹砂科技有限公司 用于生物医学测量的电流传感器

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