CN101632210A - 利用电流限制检测器的电流限制控制 - Google Patents

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CN101632210A CN200780046276A CN200780046276A CN101632210A CN 101632210 A CN101632210 A CN 101632210A CN 200780046276 A CN200780046276 A CN 200780046276A CN 200780046276 A CN200780046276 A CN 200780046276A CN 101632210 A CN101632210 A CN 101632210A
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Abstract

诸如移动设备之类的设备可能受到短路和输出过载事件的影响。为了应对这种事件，移动设备一般包括电路来限制电流不超过预编程的电流限制。本发明的各种实施例包括用于检测预编程的电流限制并响应于这种检测来限制电流的设备和方法。在一些实施例中，电流限制检测器和电流限制控制器二者都包括经缩放电流开关。这种缩放在编程的电流限制检测器和电流限制控制器电路之间基本类似。

Description

利用电流限制检测器的电流限制控制
技术领域
本发明一般地涉及移动设备中的功率管理，更具体而言涉及具有在诸如负载开关(load switch)之类的设备中的应用的电流限制(currentlimit)控制器。
背景技术
电流限制是对可传递到负载的电流施加上限的措施。电流限制的一般目的是保护上游或下游的电路免受例如由于短路而产生的有害效果的影响。在电源和适配器中使用的负载开关应用中，电流可以被限制到低于负载开关设置。负载开关应用包括驱动通用串行总线(USB)连接器到各种外围设备的电力线。负载开关设备的示例包括由Advanced AnalogicTechnogies，Inc.(Sunnyvale，CA)生产为集成电路(IC)的电流受限负载开关设备，它被设计为保护外部功率端口并且延长便携式电子产品中电池的寿命。这种负载开关设备利用集成电流限制电路进行操作，该电路例如保护输入源免受负载电流的大的改变的影响，这种负载电流的大的改变本来会使得源脱离规范。
作为电流受限设备，负载开关能够抽取电流直至负载开关设置。如果电流超过了负载开关设置，则负载开关中的电流限制电路限制流经负载开关的电流。一般来说，电阻器(在IC外部或内部)被用于设置负载开关电流限制。一般来说，在负载开关的工作电压范围内，单个电流限制是基于设计者所选的电阻值来设置的。使用单个电阻器来实现宽工作电压范围(因而宽范围的负载电流)的一个缺点在于精度的丢失。这种丢失之所以可能发生是因为电阻值和容差(tolerance)一般地确定了可检测的电流增量的粒度水平。
例如，在系统设计中，用户选择具有电阻值RSET的电阻器。用户还定义要与该电阻值相关联的电流限制，从而建立这两个参数之间的一一对应关系。电流限制可由设计者任意选择，并且随后由电流限制控制器来控制。
因此，需要改进的电流限制控制器的设计。一个期望方面可能是允许限制在电路中流动的峰值电流，以使得不超过预定的电流限制。
发明内容
本发明部分基于前面的陈述，并且根据其目的，本发明的各种实施例包括用于将电流限制为不超过预定电流限制的设备和方法。电流限制可以是由电流限制检测器检测出的用户确定的电流限制。一般来说，用于检测电流限制的设备的各种实施例可以使用与相应用户定义的电流限制相关联的单个电阻器件。电流限制控制器的一种实现方式包括电流开关，电流开关适于顺序导通和截止来以受控方式降低和维持电流。电流开关可被与电流限制检测器中包括的电流开关基本相同地缩放(scaling)。所提议的新实现方式使用集成电路(IC)或在检测电流限制以及限制电流方面一般比较灵活高效的多个分立元件。为了说明，下面详细解释多个示例性实施例。
根据一个实施例，一种用于利用电流限制检测器对电流限制进行控制的设备包括：电流限制控制器、电流限制检测器和电流限制部分。电流限制控制器包括电流开关。电流限制检测器适于检测用户定义的电流限制，并生成与用户定义的电流限制相关联的信号。电流限制部分包括放大器、预定大刻度(scale，也称为缩放比)的大刻度晶体管和预定小刻度的小刻度晶体管。预定大刻度和预定小刻度之间的比率被预设来控制分别流向小刻度晶体管和大刻度晶体管的小刻度电流和大刻度电流之间的比率。小刻度晶体管和大刻度晶体管响应于来自电流限制检测器的信号。放大器适于响应于来自电流开关的控制信号来调节大刻度电流和小刻度电流。
这种设备还可包括电阻器，该电阻器耦合到并插入在放大器的输入之间，并适于允许差分电流流过。该差分电流可基于小刻度电流和大刻度电流。流过该电阻器的差分电流可产生差分输入电压。该电阻器可包括电流感测电阻器。该设备还可包括电流限制转换器，该电流限制转换器耦合到小刻度晶体管的输出并可操作来将该小刻度电流转换成电压。
在这种设备中，电流限制控制器可包括多个电流开关。电流开关可被缩放，并且可以具有与预定大刻度不同的刻度。电流限制检测器可包括一个或多个经缩放电流限制开关，并且所述经缩放电流限制开关的刻度之一可对应于电流开关的刻度。
控制信号可以是流经多个电流开关的电流的总和。控制信号可与用户定义的电流限制相关联。调节大刻度电流和小刻度电流的步骤可包括：如果大刻度电流超过用户定义的电流限制，则将大刻度电流降低到该用户定义的电流限制，如果大刻度电流低于用户定义的电流限制，则增大大刻度电流直到大刻度电流基本等于该用户定义的电流限制。放大器可包括多个输入。这些输入之一可以是反相的，输入中的另一个可以是同相的。为了调节大刻度电流和小刻度电流，该放大器还可适于响应于在其输入处施加的差分输入电压来产生输出。该放大器还可适于响应于在其输入处施加的差分输入电压来产生输出。
根据另一个实施例，一种用于利用电流限制检测器对电流限制进行控制的方法包括：在电流限制控制器处接收来自电流限制检测器的信号；以及对电流进行控制。该信号与用户定义的电流限制相关联。对电流控制的执行是为了将其维持在基本小于用户定义的电流限制。这种控制可通过调节分别流向大刻度晶体管和小刻度晶体管的大刻度电流和小刻度电流并组合产生电流来执行。该调节是通过响应于所接收到的信号来操作电流限制控制器中的一个或多个电流限制开关执行的。
在这种方法中，小刻度电流和大刻度电流之间的比率可以是基于与小刻度晶体管相关联的预定小刻度和与大刻度晶体管相关联的预定大刻度之间的比率预设的。调节大刻度电流和小刻度电流的步骤可包括：如果大刻度电流超过用户定义的电流限制，则将大刻度电流降低到该用户定义的电流限制，如果大刻度电流低于用户定义的电流限制，则增大大刻度电流直到大刻度电流基本等于该用户定义的电流限制。
在这种方法中，调节大刻度电流和小刻度电流的步骤还可响应于在放大器的输入处施加的差分输入电压。一个或多个电流开关可被缩放。电流限制检测器可包括一个或多个经缩放电流限制开关，并且一个或多个电流限制开关的刻度可对应于一个或多个电流开关的各自刻度。
根据本发明的另一个实施例，一种用于控制电流限制的设备包括：电流开关、预定小刻度的小刻度晶体管、预定大刻度的大刻度晶体管和放大器。小刻度晶体管适于传导小刻度电流并可操作来在被截止时中断对所述小刻度电流的传递。大刻度晶体管适于传导大刻度电流并可操作来在被截止时中断对所述大刻度电流的传递。预定大刻度和预定小刻度之间的比率被预设来控制小刻度电流和大刻度电流之间的比率。小刻度晶体管和大刻度晶体管以及电流开关响应于来自电流限制检测器的信号。该信号与用户定义的电流限制相关联。放大器适于响应于来自电流开关的控制信号来调节大刻度电流和小刻度电流。
在这些实施例中，可出现各种可能的属性。差分输入电压可以与大刻度电流和小刻度电流之间的差值成比例。差分输入电压可以与大刻度电流和小刻度电流之间的差值成比例。取决于运算放大器的增益，这种调节还可以是渐进的或快速的。该设备可以被实现在IC中或者实现为IC中的一个功能块。这种IC还可适于在移动设备中使用。
本发明的这些和其他的实施例、特征、方面和优点将从这里的描述、权利要求和下面将描述的附图中得到更好地理解。
附图说明
结合在该说明书中并且构成该说明书的一部分的附图图示了本发明的各个方面，并且与具体实施方式一同用来说明其原理。在方便的情况下，相同的标号将在整个附图中用来指代相同或相似的元件。
图1A是根据本发明一个实施例的负载开关应用的框图。
图1B是根据本发明一个实施例的另一个负载开关应用的框图。
图2是根据本发明一个实施例的包括电流限制控制器的电路细节的负载开关应用的框图。
图3示出了根据本发明一个实施例的负载开关设备的电路细节。
具体实施方式
诸如移动设备之类的设备可能受到短路和输出过载事件的影响。因此，利用能够检测多个电流限制并响应于这种检测而限制它们的供应电流的电路来保护这些设备是有利的。
因此，本发明的各种实施例包括用于检测多个电流限制并用于将输出电流控制为不超过检测出的电流限制的设备和方法。这些设备可在电流限制检测器和电流控制电路二者中都包括电流开关。这种电流开关可被缩放，并且缩放比(刻度)在电流限制检测器和电流限制控制器电路中基本类似。
图1A是示出根据本发明一个实施例具有负载开关设备106的应用100的实现方式的框图。如图所示，应用100包括经由通用串行总线(USB)104可操作地耦合到负载开关设备106的电源102。负载开关设备106又可操作地耦合到系统负载112。
电源102是适合于向USB端口104提供电能的设备或系统。电源102的示例包括电池、直流(DC)电源、化学燃料电池、太阳能和其他类型的能量存储系统。
负载开关设备106包括电流限制检测器108和电流限制控制器110。电流限制检测器108可操作来利用电阻器件检测电流限制。电阻器件可以是电阻器或者能够提供电阻(即，能够阻挡电流)的任何器件。电流限制检测器108可包括一个或多个比较器、电阻器和电流开关(例如晶体管)，这些元件可操作地连接并用来检测对电流的限制。电流限制检测器108的一个实施例将参考图3详细描述。
电流限制控制器110可操作来接收来自电流限制检测器108的所检测电流限制，并限制流经负载开关设备106的电流。电流限制控制器110可包括与其可操作连接的电流限制转换器、运算放大器、电阻器(例如电流感测电阻器)和晶体管。
系统负载112可以是连接到负载开关设备106的输出的任何设备。系统负载112的示例包括PCMCIA卡、致密闪存卡和相机闪光LED。
图1B是根据本发明一个实施例的另一负载开关应用116的框图。应用116包括电源102、负载开关设备106、系统负载112和电荷存储器件114。电源102可操作地耦合到负载开关设备106，负载开关设备106可操作地耦合到系统负载112和电荷存储器件114两者。与应用100中一样，负载开关设备106包括电流限制检测器108和电流限制控制器110。
电荷存储器件114作为适合于提供突发功率的能量库工作。电荷存储器件114的示例包括升压转换器(boost converter)和诸如超级电容器之类的能量存储器件。通常，升压转换器是电压步进上升转换器，它经常被当作开关模式电源。与升压转换器不同，能量存储器件是基于电荷存储的，并且可以用作功率源。超级电容器是一类高能存储器件，其被设计来反复充电和再充电，并且提供瞬时高放电电流，而且在放电操作之间可以进行快速再充电。电荷存储器件114还可包括升压转换器、超级电容器和任何其他类型的能量存储器件的组合。在某些实施例中，电荷存储器件114可以布置在负载开关设备106外部。例如，它可以可分离地耦合到负载开关设备106。在这种实施例中，电荷存储器件114适合于与负载开关设备106协同操作并向负载开关设备106提供突发功率。
图2是根据本发明一个实施例的负载开关应用200的框图，该负载开关应用200包括电流限制控制器的电路细节。负载开关应用200包括电源102、电流限制检测器108、电流开关T10-T14、系统负载112和电荷存储器件114。电源102可操作地耦合到T12、以及系统负载112和电荷存储器件114。电流限制检测器108可操作地耦合到T10、T12-T14每个的栅极。T10、T12-T14的源极可操作地耦合到系统负载112和电荷存储器件114。T11的输入可操作地耦合到电流限制检测器108，并且T11的输出可操作地耦合到系统负载112。电流开关T10-T14可以例如是晶体管。
电流限制检测器108适于输出表示所检测出的电流限制的信号。该信号适于控制电流开关T10-T14中的哪些被导通，哪些被截止。该信号可以包括例如四个电流开关控制信号，每个分别操作来导通或截止T10、T12、T13和T14。如果T12单独被导通，则输出电流IOUT可被限制到流经T12的电流I12。如果T12和T13都被导通，则IOUT可被限制到电流I12和I13的总和，依次类推。这些电流开关控制信号可适于在一个或多个步骤中将IOUT降低到基本等于或者小于所检测出的电流限制。为此，在一个实施例中，电流限制检测器108可包括延迟元件，并且电流开关控制信号的数目可与延迟元件的数目相关联。将参考图3进一步详细描述延迟元件。
电流开关T11可以是对电流开关T10的电流镜。例如，在该实施例中，电流开关T10可以是适于传导大刻度电流I10的大刻度晶体管，而电流开关T11可以是适于传导小刻度电流I11的小刻度晶体管。T10可被缩放1×，而T11可被缩放0.002X。电流I10和I11之间具有基本固定的比率，该比率由T10和T11的大小比率确定。该大小比率可为500(1/0.002-500)。T10因此是对T11的电流镜，并将小刻度电流I11放大500倍。
对于晶体管缩放(即，缩小器件尺度)等来说，大小匹配对于满足晶体管标准是很重要的。特定刻度(即，大小)的晶体管一般被排列到集成电路(IC)管芯上的同一区域。
在一个实施例中，电流限制检测器108还包括适于导通或断开电流限制检测器中的电流路径的电流开关。电流限制检测器108和电流限制控制器110的设计从而可能是相关的。例如，从电流限制检测器108输出的每个电流开关控制信号可以表示电流限制检测器108中的一电流路径和电流I12-I14、I10之一之间的关系。特定电流开关控制信号可以例如导通T10，如果电流限制检测器108中的相应电流开关也被导通的话。
在一个实施例中，电流限制检测器108可包括四条电流路径，每条都包括适于导通或断开在相应电流路径上流动的电流I1-I4的电流开关T11-T14。这些电流I1-I4可与它们相应的电流开关成比率地被缩放，例如，分别被缩放1×、1×、2×和4×从而得到1μA、1μA、2μA和4μA。在一个实施例中，电流开关T10、T14、T13和T12可以同样地被缩放1×、1×、2×和4×。在这种实施例中，I10可对应于I1(都被缩放1×)，I14可对应于I2(都被缩放2×)、I13可对应于I3(都被缩放2×)，I14可对应于I2(都被缩放4×)。
在一些负载开关应用200中，电流限制检测器108可以是不同实现方式的，例如，可能不包括与电流开关T10、T12-T14相对应的电流路径。这种实现方式可能仍包括经缩放的晶体管T10、T12-T14，其每个都响应于从电流限制检测器108输出的电流开关控制信号。电流开关控制信号与响应于电流开关控制信号要被导通或截止的各个电流开关T10、T12-T14之间的对应关系在这种实施例中可由用户定义。
图3示出了根据本发明一个实施例的负载开关设备300的电路细节。负载开关设备300包括电流限制检测器302、电流限制部分304、电流限制控制器306、系统负载112和电荷存储器件114。
电流限制转换器310可操作来将电压转换为电流。电流限制转换器310可用于对如图3所示的电路或任何负载开关设备充电。
电流限制控制器306可操作地耦合到电流限制检测器302、电流限制部分304以及系统负载112和电荷存储器件114。电流限制控制器306可操作来在接收到来自电流限制检测器302的所检测出的电流限制后，控制向系统负载112和电荷存储器件114输出的电流IOUT以便不超过所检测出的电流限制。这种限制可以以受控方式例如基本如参考图2所述的在递增步骤中执行。这种方式可以是渐进的或快速的，这例如取决于电流限制检测器302中包括的延迟元件的数目(这将在下面描述)。电流限制控制器306可包括经缩放晶体管T12、T13和T14(图2)。在该实施例中，T12被缩放4X，T13被缩放2X，而T14被缩放1X。缩放晶体管之间的尺寸比可以对应于电流开关T1-T4的各自比率。例如，T12可以缩放4X，这对应于T4相对于T1(4μA vs.1μA)的缩放比。
电流限制部分304包括电流限制转换器310、运算放大器314、晶体管T10和T11、以及电流感测电阻器RS。晶体管T10和T11被缩放。在该实施例中，T10被缩放1X，并且T11被缩放0.002X。
在工作中，如果流经T11的电流I11大于电流限制转换器310的电流限制ILIM，则运算放大器314尝试将电流I11减小到基本上等于ILIM。如果I11低于ILIM，则运算放大器314基本上将I11维持在ILIM或者低于ILIM。ILIM的值可以例如是500×I11。
在所示实施例中，Rs连接在运算放大器314的反相输入和同相输入之间。如上所述，运算放大器314在其同相输入处接收I11，并在其反相输入处接收I10(例如，图2的IOUT)。到运算放大器314的差分输入电压因此为Rs×(I11-I10)。运算放大器314可操作来输出响应于该差分输入电压的电流。该输出电流被反馈到T10和T11各自的栅极。
电流限制部分304和电流限制控制器306相结合以在实质上执行旁路元件的功能。一般来说，旁路元件是受控可变电阻器件。旁路元件可由经放大的误差信号驱动，并且可操作来在要降低输出电流IOUT时增大其电阻而在要提高输出电流时减小其电阻。从图3可见，该误差信号可以是电流I11和I10之间的差。对这种误差信号的放大可经由运算放大器314的增益单独执行，或者经由运算放大器314的增益结合T10和T11的尺寸比率来执行。要提高还是降低输出电流取决于流向电流限制转换器310的电流限制ILIM和小刻度电流I11之间的关系。
简言之，如果小刻度电流I11大于电流限制ILIM，则运算放大器314尝试降低该电流直到I11基本等于ILIM。这种降低可通过使小刻度晶体管T11截止来获得。如果I11小于ILIM，则运算放大器314基本上将I11维持在ILIM或小于ILIM。这种维持可通过将晶体管T10和T11都导通来产生较高的电流来获得。
更具体而言，如果小刻度电流I11大于电流限制ILIM，则电流之间的差额(即，I11-I10)流经Rs。到达运算放大器的差分输入电压变为(I11-I10)×Rs，这触发运算放大器314降低该电流直到I11基本等于ILIM。运算放大器314的输出电流从而导致晶体管T11被截止，这使从T11输出的电流降低。这种降低可以渐进地或者快速发生，这至少部分取决于运算放大器314的增益。在一些实施例中，快速截止可能是有利的。
如果I11小于ILIM，则来自运算放大器314的输出电流可以使T10和T11都导通，因此表现出较低的电阻，从而增大了I11。这可以使I11基本维持在ILIM或小于ILIM。ILIM的值可以例如为500×I11。最终效果是负载开关设备300调节电流以降低到ILIM，并且此后基本维持在ILIM或小于ILIM。
从而，输出电流被电流限制控制器306控制为不超过所检测出的电流限制。该电流限制是电流限制检测器302检测出的，并且可以是用户定义的电流限制。用户定义的电流限制可以是基于例如旁路元件304、306上消耗的功率的预定功率限制值挑选出的。总地来说，负载开关设备300的元件协作来控制旁路元件304、306上的功率从而控制旁路元件304、306中流动的电流(即，电流I10、I11)，这又调节了流向系统负载112、电荷存储器件114或者二者的输出电流IOUT。
电阻器Rs可以是适于将电流转换成电压的电流感测电阻器。一般来说，电流感测电阻器被设计为低电阻来使得功耗最小化。经校准的电阻以电压降的方式来感测流经其的电流，该电压降可由控制电路(例如，由运算放大器314)检测出并被监控。
电流限制检测器302可以与图1A-B、2中的电流限制检测器108基本类似。电流限制检测器302可以按各种方式来实现。图3示出了302的一种实现方式的电路细节。这种实现方式包括两个比较器COMP1和COMP2、一个电流限制检测和控制组件312、四条电流路径I1-I4、三个电流开关T2-T4、三个电阻器R1-R3、一个电源端子S、一个低参考电压端子L、一个高参考电压端子H和一个电阻器件RSET。这种实现方式302可以被设计来通过放大整个特定工作电压范围来在该工作电压范围中提高电流限制检测器的精度。
在一个实施例中，如表1所示，该工作电压范围为0.75V至1.5V。表1示出了电阻器件的电阻值RSET和相应的用户定义的电流限制之间的关系。通过按四阶(24＝16)增大电阻值(从93.75kΩ到1.5MΩ)，电流限制同样地增大四阶(从75mA到1.2A)。
Figure G2007800462761D00101
表1电阻值和相应的用户定义的电流限制之间的关系
该范围被划分成多段。在每段中，用户定义的电阻值RSET被与一个用户定义的电流限制相关联。尽管存在多个段，每段都具有相同的工作电压范围，但是在所挑选出的电阻值和所定义的电流限制之间维持了一一对应关系。
在第一段中，系统设计者已选择了93.75kΩ的电阻值来与75mA至150mA之间的电流限制相关联。在第二段中，187.5kΩ的电阻值已被选来与150mA至300mA之间的电流限制相关联。这些电阻值和相关联的电流限制都是用户定义的，并且可以根据任意方案来挑选，只要段之间不存在重叠，即，只要在RSET和电流限制之间维持了一一对应关系。这使得能实现段之间的适当的过渡。在表1中，对于每段，电阻值和电流限制都被加倍。在其他实施例中，与段之间一样，电阻值、电流限制或者二者都可以是对数或者指数相关的。例如，第一和第二段可以包括分别为ln(93750)和ln(187500)Ω的RSET。相关联的电流限制可以是根据对数模式、任意其他模式或者随机选择的。通过放大工作电压范围从而放大工作电流范围，可以提高分辨率和精度。
在工作中，一般在加电时，包括根据表1的电流限制检测器方案的负载开关设备将检测电流限制。例如，假设电阻值为1.5MΩ。在开始时，流经电流限制检测器的电流ISET可以使得电压VSET＝RSET×ISET大于上限工作电压，即，大于1.5V。如果这样，则电流限制检测器可以通过降低电流ISET来作出响应。流经电流限制检测器的该经降低的电流可能仍在电阻器件上产生大于1.5V的电压VSET。如果这样，则电流ISET可被进一步降低。一旦所产生的电压小于1.5V，则该电流不再被降低，因为电流限制检测器此时工作在工作电压范围内。此时，电流ISET指示出相应的电流限制，即，基于ISET和电流限制之间的关系，对ISET的确定也建立了电流限制。电流限制可以例如被存储在负载开关设备内的存储器中。从而检测出的电流限制可以随后被传输到耦合到电流限制检测器的电流限制控制器。该电流限制控制器此后可以将电流限制到低于电流限制，并且将其维持在该水平或者低于该水平。
电流限制一般是在负载开关设备被结合到其中的系统或设备或者负载开关设备以其他方式可操作地耦合到的系统或设备被安装或建立之后立即检测的。此后，一般不再重新检测电流限制，直到功率被再循环时，例如在负载开关应用被重新启动(例如，在加电、唤醒等)时。随后，电流限制检测器一般是睡眠的，即，不执行其电流检测功能。
流经负载开关设备的总检测电流ISET可以按一个或多个步进改变。表1中所示的实施例允许通过逐步减小总电流流动来逐步检测电流限制。这种逐步检测可以通过在负载开关设备中包括多条电流路径来获得，其中ISET包括在每条电流路径上流动的电流的总和。另外，每条电流路径可包括电流开关(例如，晶体管T1、T2、T3、T4)，这些电流开关可以在各个晶体管被导通或关断时使得该路径上的电流开始或停止流动。表1中所示的实施例包括四条电流路径。导通晶体管(T1、T2、T3和T4)的信号分别被标示为S1、S2、S3和S4。负载开关设备的状态是控制晶体管的信号的状态，即，集合{S1，S2，S3，S4}的状态。使能信号(EN)定义该状态，即，各个信号中的哪些被激活。在其晶体管T1被信号S1控制的电流路径上流动的电流I1是1μA。在分别具有晶体管T2、T3和T4的电流路径上流动的电流I2、I3和I4分别是1μA、2μA和4μA。注意，图3中所述的实施例302不包括适于响应于S1信号而导通或断开在电流路径11上流动的电流的电流开关T1。
返回到表1，例如，第一使能信号(EN1)可以被定义为S1+S2+S3+S4。当导通时，晶体管T1-T4允许关联的电流I1-I4流动，而当关断时，晶体管T1-T4中断在关联的电流路径上流动的电流。因而，EN1可以使得所有四个晶体管都导通。在这种情况下，8μA的总电流是由流经晶体管T1-T4(当被信号S 1-S4导通时)的电流I1、I2、I3和I4的总和组成的。如上所述，电流限制是用户定义的。如果设计者将电阻值RSET选为93.75kΩ，则按照表1电流限制被设置在75mA。如果设计者将电阻值选为187.5kΩ，则电流限制被设置在150mA。设计者可以例如基于要结合电流限制检测器的负载开关设备的一个或多个应用来设置电流限制。
逐步电流限制检测可以通过以下方式获得：在第一步中，激活所有的S1-S4，使得总检测电流ISET最初为8μA。之后，在第二步中，S4可以被解除激活，使得总电流被限制到4μA(即，限制到I1+I2+I3＝1μA+1μA+2μA)。在第三步中，S3也可以被解除激活，使得总电流被限制到I1+I2，即，2μA。进一步的逐步减小可以通过解除激活S2之后解除激活S1来获得，使得电流被减小到I1(即，1μA)，并且之后减小到0μA或者基本为0μA(例如，仅有偏置电流或者没有偏置电流)。其他的逐步减小也是可能的。各种其他的逐步减小序列(因而对电流限制的逐步检测)也是可能的。这种逐步检测还可包括各种水平的步进粒度或电流增量。
一般来说，一个实施例包括一个单电阻值的单电阻器件。因此，一般来说，对于任意一实施例仅表1中的一行中的参数适用。其他实施例也是可以的。例如，一个实施例可包括并行工作的两个或更多个电阻器件。这种实施例可允许用户应用经由例如从该用户应用输出的选择信号来在电阻器件之间进行选择。
电流限制检测和控制组件312可包括延迟元件FF1-FF3(图3中未示出)。延迟元件FF1-FF3的输出可被馈送到电流限制控制器306。
延迟元件FF1-FF3可操作地彼此串联耦合，并操作来串行地维持一个状态序列。特定延迟元件(例如，FF1)的输出可适于改变在序列中其后的延迟元件(例如，FF2)的状态。每种状态可以定义在该电流限制控制器306中包括的一个或多个晶体管中的哪些要被导通，哪些要被截止。延迟元件可以是触发寄存器(FF)。FF的示例包括D-FF和JK FF。
包括延迟元件允许电流限制检测器302记住一序列，该序列的长度基于所包括的FF的数目。在图示实施例中，电流限制检测器302包括可操作地耦合到例如COMP1的三个FF(即，FF1、FF2和FF3)，并且因而电流限制检测器适于记住长度为三的一序列(相对于COMP1的操作)。在替换实施例中，可包括更多或更少的延迟元件。随着延迟元件的数目增大，可以记住的序列的长度也增大，继而可获得的电流分辨率也增大。例如，在包括如表1所定义的使能信号EN1的实施例中，状态序列允许对ISET进行逐步减小，从其中8μA(所有的I1-I4)流动的第一状态到其中4μA(I1-I3，但是无I4)流动的第二状态，并从第二状态到其中2μA(I1和I2，但是无I3和I4)流动的第三状态。
诸如1.5V参考电压之类的值，即，与COMP1相关联的高阈值电压(或状态跳脱点)、与COMP2相关联的低参考电压0.75V、或者二者可能因电阻器容差(例如，电阻器R1-R3中的一个或多个的容差)而变化。电阻器容差的示例包括5％、10％以及更大。这些值还可能由于围栏电压(即，由诸如电源单元之类的电源提供的电压)的变化而进一步变化。在图3的实施例中，围栏电压为2.0V。
这里公开的实施例的各种配置都是可以的。例如，晶体管(例如，T2-T4、T10-T14)可以包括场效应晶体管(FET)，例如结FET(JFET)、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、或者它们的任意组合。晶体管还可以包括双极结晶体管(BJT)，在这种情形中前面提到的栅极(该术语用于FET)对应于发射极(该术语用于BJT)。电流限制部分304可包括除电流感测电阻器(例如，Rs)之外的电阻器；但是，在一些配置中，这可能导致非最优的性能。例如，功耗可能并非被最优地最小化，可能需要使用大量的组件等等。在一些实施例中，电荷存储器件114可以位于负载开关设备300外部并且适于与负载开关设备300协同操作。
可以多种方式来实现负载开关设备300或者它的多个部分。它可以利用离散组件来实现，或者优选地，它可以实现在IC中或者实现为IC中的功能块。这种IC还可以适合用在移动设备中。移动设备的示例包括膝上型计算机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、游戏机、其他电池操作的玩具，等等。
总地来说，尽管已参考本发明的某些优选版本相当详细地描述了本发明，但是其他版本也是可能的。因此，权利要求的精神和范围不应当被限制为这里包含的对优选版本的描述。

Claims (25)

1.一种用于利用电流限制检测器对电流限制进行控制的设备，包括：
电流限制控制器，该电流限制控制器包括电流开关；
电流限制检测器，该电流限制检测器适于检测用户定义的电流限制，并生成与所述用户定义的电流限制相关联的信号；以及
电流限制部分，该电流限制部分包括放大器、预定大刻度的大刻度晶体管和预定小刻度的小刻度晶体管，其中所述预定大刻度和预定小刻度之间的比率被预设来控制分别流向所述小刻度晶体管和大刻度晶体管的小刻度电流和大刻度电流之间的比率，所述小刻度晶体管和大刻度晶体管以及所述电流开关响应于来自所述电流限制检测器的信号，所述放大器适于响应于来自所述电流开关的控制信号来调节所述大刻度电流和小刻度电流。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述电流限制控制器包括多个电流开关，并且其中所述控制信号是流经所述多个电流开关的电流的总和。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述控制信号与所述用户定义的电流限制相关联。
4.如权利要求1所述的设备，其中调节所述大刻度电流和小刻度电流的步骤包括：如果所述大刻度电流超过所述用户定义的电流限制，则将所述大刻度电流降低到所述用户定义的电流限制。
5.如权利要求1所述的设备，其中调节所述大刻度电流和小刻度电流的步骤包括：如果所述大刻度电流低于所述用户定义的电流限制，则增大所述大刻度电流直到所述大刻度电流基本等于所述用户定义的电流限制。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述放大器是包括多个输入的运算放大器，并且其中为了调节所述大刻度电流和小刻度电流，所述放大器还适于响应于在其输入处施加的差分输入电压来产生输出，所述差分输入电压与所述大刻度电流和小刻度电流之间的差值成比例。
7.如权利要求6所述的设备，还包括电阻器，该电阻器耦合到并插入在所述放大器的输入之间，并适于允许差分电流流过，所述差分电流基于所述小刻度电流和大刻度电流，流过所述电阻器的所述差分电流产生所述差分输入电压。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述电阻器包括电流感测电阻器。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述放大器包括多个输入，并且其中为了调节所述大刻度电流和小刻度电流，所述放大器还适于响应于在其输入处施加的差分输入电压来产生输出，所述差分输入电压与所述大刻度电流和小刻度电流的总和成比例。
10.如权利要求1所述的设备，其中调节所述大刻度电流和小刻度电流的步骤是以取决于所述放大器的增益的步调执行的。
11.如权利要求1所述的设备，还包括电流限制转换器，该电流限制转换器耦合到所述小刻度晶体管的输出，并且可操作来将所述小刻度电流转换成电压。
12.如权利要求1所述的设备，该设备实现在集成电路(IC)中或者实现为IC中的功能块。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述IC适用于移动设备中。
14.如权利要求1所述的设备，其中所述电流开关被缩放，并具有与所述预定大刻度不同的刻度。
15.如权利要求1所述的设备，其中所述电流开关被缩放，并且其中所述电流限制检测器包括一个或多个经缩放电流限制开关，所述经缩放电流限制开关的刻度之一对应于所述电流开关的刻度。
16.一种用于利用电流限制检测器对电流限制进行控制的方法，包括以下步骤：
在电流限制控制器处接收来自电流限制检测器的信号，所述信号与用户定义的电流限制相关联；以及
通过调节分别流向大刻度晶体管和小刻度晶体管的大刻度电流和小刻度电流并组合来产生电流，从而控制所述电流来将其维持在基本小于所述用户定义的电流限制，其中所述调节是通过响应于所接收到的信号来操作所述电流限制控制器中的一个或多个电流限制开关而执行的。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述小刻度电流和大刻度电流之间的比率是基于与所述小刻度晶体管相关联的预定小刻度和与所述大刻度晶体管相关联的预定大刻度之间的比率预设的。
18.如权利要求16所述的方法，其中调节所述大刻度电流和小刻度电流的步骤包括：如果所述大刻度电流超过所述用户定义的电流限制，则将所述大刻度电流降低到所述用户定义的电流限制。
19.如权利要求16所述的方法，其中调节所述大刻度电流和小刻度电流的步骤包括：如果所述大刻度电流低于所述用户定义的电流限制，则增大所述大刻度电流直到所述大刻度电流基本等于所述用户定义的电流限制。
20.如权利要求16所述的方法，其中调节所述大刻度电流和小刻度电流的步骤还响应于在放大器的输入处施加的差分输入电压，所述差分输入电压与所述大刻度电流和小刻度电流之间的差值成比例。
21.如权利要求16所述的方法，其中所述差分输入电压与所述大刻度电流和小刻度电流值之间的差值成比例。
22.如权利要求16所述的方法，其中调节所述大刻度电流和小刻度电流的步骤是以取决于所述放大器的增益的步调执行的。
23.如权利要求16所述的方法，其中所述一个或多个电流开关被缩放，并且这些电流开关中的至少一个具有不同于所述预定大刻度的刻度。
24.如权利要求16所述的方法，其中所述一个或多个电流开关被缩放，并且其中所述电流限制检测器包括一个或多个经缩放电流限制开关，所述一个或多个电流限制开关的刻度对应于所述一个或多个电流开关的各自刻度。
25.一种用于控制电流限制的设备，包括：
电流开关；
预定小刻度的小刻度晶体管，该小刻度晶体管适于传导小刻度电流并可操作来在被截止时中断对所述小刻度电流的传递；
预定大刻度的大刻度晶体管，该大刻度晶体管适于传导大刻度电流并可操作来在被截止时中断对所述大刻度电流的传递，其中所述预定大刻度和预定小刻度之间的比率被预设来控制所述小刻度电流和大刻度电流之间的比率，所述小刻度晶体管和大刻度晶体管以及所述电流开关响应于来自电流限制检测器的与用户定义的电流限制相关联的信号；以及
放大器，该放大器适于响应于来自所述电流开关的控制信号来调节所述大刻度电流和小刻度电流。
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