CN103235175A - 功耗检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功耗检测电路，其包括电流检测模块、基准电压源与电压检测模块，所述电压检测模块分别与电流检测模块、被测电路及基准电压源连接，所述电压检测模块检测被测电路的电压值，且将检测获得的结果传送到所述电流检测模块，所述基准电压源还与被测电路连接，以输出一基准电压至所述电压检测模块及被测电路，所述电流检测模块与被测电路连接，以检测被测电路的电流值，所述电流检测模块将其电流检测结果与电压检测模块输出的电压检测结果进行加权合并，输出含有被测电路电流及电压信息的电流。本发明的功耗检测电路集成于芯片内部，降低了制造成本，且可同时检测芯片的电压和电流值，提高了功耗检测的精度。

Description

功耗检测电路

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及一种功耗检测电路。

背景技术

现有的功耗检测电路通常为芯片外检测，即通过在芯片外设置专门的独立硬件模块，监视并检测芯片电源端口的电流情况；而由于功耗=电压*电流，可得电流与功耗成正比，从而，通过检测芯片电源端口的电流变化，即可实现对芯片进行功耗检测的目的。

上述对芯片功耗的检测是通过检测芯片电流而实现，且此检测方式是默认芯片的电源电压不变，通过电流与功耗成正比的特性，只对芯片电源的电流进行检测。而在芯片的实际运行过程中，其电源电压通常也会发生变化，因此公仅通过检测芯片的电流并不能精准地获得芯片的功耗值；而且在芯片外进行电流检测要采用独立的硬件模块，成本过高。

因此，有必要提供一种改进的，成本低廉且检测精准的功耗检测电路来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种功耗检测电路，本发明的功耗检测电路集成于芯片内部，降低了制造成本，且可同时检测芯片的电压和电流值，提高了功耗检测的精度。

为实现上述目的，本发明提供了一种功耗检测电路，其包括电流检测模块、基准电压源与电压检测模块，所述电压检测模块分别与电流检测模块、被测电路及基准电压源连接，所述电压检测模块检测被测电路的电压值，且将检测获得的结果传送到所述电流检测模块，所述基准电压源还与被测电路连接，以输出一基准电压至所述电压检测模块及被测电路，所述电流检测模块与被测电路连接，以检测被测电路的电流值，所述电流检测模块将其电流检测结果与电压检测模块输出的电压检测结果进行加权合并，输出含有被测电路电流及电压信息的电流。

较佳地，所述电压检测模块包括电压比较器、第一电阻及第二电阻，所述第一电阻的一端与基准电压源连接，另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述电压比较器的一输入端与第二电阻的一端连接，另一输入端与被测电路连接，所述电压比较器比较比较两个输入端输入的电压值，并根据比较结果输出相应的N个二进制控制字，N为正整数。

较佳地，所述电流检测模块包括N个开关与N个场效应管，每个所述开关的一端与被测电路的场效应管的栅极连接，另一端与对应的场效应管的栅极连接，且每个所述开关的控制端与电压比较器连接，每个所述场效应管的源极与外部电源连接，且每个所述场效应管的漏极共同连接，并形成所述电流检测模块的输出端。

较佳地，在所述N个场效应管中，第一个场效应管的宽长比为被测电路场效应管宽长比的2倍，且后一个场效应管的宽长比依次为前一个场效应管宽长比的2倍，第N个场效应管的宽长比是第N-1个场效应管宽长比的2倍。

较佳地，还包括输出转换模块，所述输出转换模块的输入端与所述电流检测模块连接，且将所述电流检测模块输出的电流转换为电压输出。

较佳地，所述输出转换模块为一电阻，且所述电阻一端与所述电流检测模块连接，另一端接地。

与现有技术相比，本发明的功耗检测电路所述电压检测模块检测被测电路的电压值，且将检测获得的结果传送到所述电流检测模块，且所述电流检测模块与被测电路连接，以检测被测电路的电流值，所述电流检测模块将其电流检测结果与电压检测模块输出的电压检测结果进行加权合并，输出含有被测电路电流及电压信息的电流；从而通过所述电流检测电路输出的电流内同时包含有被测电路的电压与电流信息，因此提高了功耗检测的精度；另外，本发明的功能检测电路结构简单，可直接集成于芯片内部，降低了制造成本。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明。

附图说明

图1为本发明功耗检测电路的结构框图。

图2为本发明功耗检测电路与被测电路连接的电路结构图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种功耗检测电路该功耗检测电路集成于芯片内部，降低了制造成本，且可同时检测芯片的电压和电流值，提高了功耗检测的精度。

请参考图1，图1为本发明功耗检测电路的结构框图。如图所示本发明的功耗检测电路包括电流检测模块、基准电压源与电压检测模块；所述电压检测模块分别与电流检测模块、被测电路及基准电压源连接，所述电压检测模块检测被测电路的电压值VOUT，且将检测获得的结果传送到所述电流检测模块；所述基准电压源还与被测电路连接，以输出一基准电压VREF至所述电压检测模块及被测电路，为所述电压检测模块和所述被测电路提供电压基准；所述电流检测模块与被测电路连接，且被测电路输出电压VG至所述电流检测模块，从而所述电流检测模块检测被测电路的电流值；所述电流检测模块将其电流检测结果与电压检测模块输出的电压检测结果进行加权合并，输出含有被测电路电流及电压信息的电流IP，通过检测所述电流检测模块输出的电流而检测获得被测电路的功耗。另，为了更好地获得被测电路的功耗值，在本发明的优选实施方式中，所述电流检测模块还与一输出转换模块连接，所述输出转换模块将所述电流检测模块输出的电流转换为电压VP输出，从而通过所述电压VP而获得被测电路的功耗值，以便于更好地检测被测电路的功耗。

具体地，请再结合参考图2，图2为本发明功耗检测电路与被测电路连接的电路结构图。如图所示，所述基准电压源输出电压VREF至所述电压检测模块与被测电路。其中，在本发明的优选实施例中，被测电路等效为电阻R3、电阻R4、电阻R6、场效应管MF及运算放大器OP组成的电路；所述运算放大器OP的正相输入端与基准电压源连接，其反相输入端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地；运算放大器OP的输出端与场效应管MF的栅极、电流检测模块连接，以输出电压VG至所述电流检测模块，场效应管MF的源极与外部电源VCC连接，场效应管MF的漏极与电阻R3、电压检测模块及电阻R6的一端连接，以输出电压VOUT至所述电压检测模块，电阻R3的另一端与电阻R4的一端连接，且电阻R6的另一端接地；电阻R6等效于被测电路的负载，且电阻R6为可调变阻器，其不同的阻值等效于被测电路处于不同的负载状态。

所述电压检测模块包括电压比较器、第一电阻R1及第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端与基准电压源连接，另一端与所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端接地，所述电压比较器的一输入端与第二电阻R2的一端连接，从而所述基准电压源输出的电压VREF经所述第一电阻R1与第二电阻R2分压后输出电压VREFN至所述电压比较器，即可通过选择不同阻值的第一电阻R1与第二电阻R2而使电压VREFN的电压值符合设计要求；即，

$\mathrm{VREFN}=\mathrm{VREF}*\frac{R2}{R1+R2}---\left(1\right)$

所述电压比较器的另一输入端与被测电路的场效应管MF的漏极连接，从而将被测电路的输出电压VOUT输入至所述电压比较器；所述电压比较器比较比较两个输入端输入的电压值（电压VREFN与电压VOUT），并根据比较结果输出相应的N个二进制控制字T1、T2……TN，其中N为正整数，且N的数值根据整个功耗检测电路的精度要求而定，精度要求越高，N取值越大；且所述电压比较器将N个二进制控制字输入至所述电流检测模块。电压比较器输出的二进制码[TN,…,T1]的大小代表实测电路输出电压VOUT和电压VREFN的倍数关系，从而所述二进制码[TN,…,T1]包含有被测电路的电压信息；即：

$[\mathrm{TN},...,T1]=\frac{\mathrm{VOUT}}{\mathrm{VREFN}}$

将（1）式代入上式，得

$[\mathrm{TN},...,T1]=\frac{\mathrm{VOUT}}{\mathrm{VREFN}}=\frac{\mathrm{VOUT}}{\mathrm{VREF}}*\frac{R1+R2}{R2}---\left(2\right)$

所述电流检测模块包括N个开关G1、G2……GN与N个场效应管M1、M2……MN；每个所述开关的一端与被测电路的场效应管MF的栅极连接，另一端与对应的场效应管的栅极连接，且每个所述开关的控制端与电压比较器连接，所述电压比较器输出的控制字控制相应开关的开/关，当所述控制字为1时相应的开关关闭，当控制字为0时相应的开关断开；例如，开关G2一端与被测电路的场效应管MF的栅极连接，另一端与场效应管M2的栅极连接，其控制端与电压比较器连接，且控制字T2控制开关G2的开/关，当控制字T2为1时，其控制所述开关G2关闭，当控制字T2为0时，其控制所述开关G2断开；每个所述场效应管的源极与外部电源VCC连接，且每个所述场效应管的漏极共同连接，并形成所述电流检测模块的输出端，以输出电流IP，即所述输出电流IP为所述N个场效应管流过电流之和；而在N个场效应管中，各个场效应管对应的开关的开/关控制该场效应管上是否有电流，另外，所述电压比较器输出的二进制控制字T1、T2……TN控制相应开关的开/关，使得所述二进制控制字T1、T2……TN的值将控制电流IP的大小,即通过所述二进制控制字T1、T2……TN与N个开关的配合可控制电压检测模块输出的电压在所述电流检测模块中的加权。在本发明的优选实施方式中，在所述N个场效应管中，第一个场效应管（即M1）的宽长比为被测电路场效应管MF宽长比的F倍，且后一个场效应管的宽长比依次为前一个场效应管宽长比的2倍，即第N个场效应管的宽长比是第N-1个场效应管宽长比的2倍；设定被测电路场效应管MF宽长比为

场效应管M1的宽长比为

场效应管MN的宽长比为

则

其中，F为小于1的自然数，且在本发明的优选实施方式中，F的取值远小于1，其具体取值依所述电流检测模块的功耗大小而定，即所述电流检测模块的功耗越小，F取值越小。显而易见地，流过效应管MF的电流即为被检测电路的输出电流，且设定输出电流为IOUT,并设定流过场效应管M1、场效应管M2、…场效应管MN的电流值分别为I1、I2、…IN，则：

$I1=\frac{I2}{2}=\·\·\·=\frac{\mathrm{IN}}{2^{N-1}}=\frac{\mathrm{IOUT}}{F}---\left(3\right)$

故电流检测模块的输出电流值IP可表示为：

IP＝I1+I2···+IN＝I1+2*I1···+2^N-1*I1＝[1+2···+2^N-1]*I1＝[TN,...,T1]*I1    （4）

将（2）、（3）式代入（4）式，得

$\mathrm{IP}=\frac{\mathrm{VOUT}}{\mathrm{VREF}}*\frac{R1+R2}{R2}*\frac{\mathrm{IOUT}}{F}=\frac{R1+R2}{R2*F}*\frac{1}{\mathrm{VREF}}*\mathrm{VOUT}*\mathrm{IOUT}---\left(5\right)$

设定被测电路的功耗为Pout，则Pout=VOUT*IOUT，代入(5)式得

$\mathrm{IP}=\frac{R1+R2}{R2*F}*\frac{1}{\mathrm{VREF}}*\mathrm{VOUT}*\mathrm{IOUT}=\frac{R1+R2}{R2*F}*\frac{1}{\mathrm{VREF}}*\mathrm{Pout}---\left(6\right)$

可见，电流IP与功耗Pout成正比，反应了被检测电路的功耗变化；且电流IP同时包含了被测电路的电压VOUT与电流IOUT信息，提高了功耗检测的精度。

在本发明的优选实施例中，所述输出转换模块为电阻R5，且所述电阻R5一端与所述N个场效应管M1、M2……MN的漏极连接，另一端接地，从而本发明的所述功耗检测电路最终的输出电压VP即为所述电阻R5两端的电压；因此通过检测所述电阻R5两端的电压就可获得所述实测电路对应的功耗值，使得所述被测电路的功耗更容易检测获得。其中，通过第（6）式可得输出电压VP为

$\mathrm{VP}=\mathrm{IP}*R5=\frac{R1+R2}{R2*F}*\frac{R5}{\mathrm{VREF}}*\mathrm{Pout}---\left(7\right)$

在（7）式中，R1，R2，R5均为设定的电阻阻值，VREF为基准电压值，以上参数均不随电路功耗而变化，认定为常量，令

则（7）式变为

VP＝β*VOUT*IOUT＝β*Pout    （8）

上式中，Pout=VOUT*IOUT，从上述第（8）式可知，输出转换模块最终输出的电压VP与被测电路的功耗Pout成正比，完全反应了被检测电路的功耗变化，因此可通过检测电压VP而获得被测电路的功耗值。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (6)

1.一种功耗检测电路，其特征在于，包括电流检测模块、基准电压源与电压检测模块，所述电压检测模块分别与电流检测模块、被测电路及基准电压源连接，所述电压检测模块检测被测电路的电压值，且将检测获得的结果传送到所述电流检测模块，所述基准电压源还与被测电路连接，以输出一基准电压至所述电压检测模块及被测电路，所述电流检测模块与被测电路连接，以检测被测电路的电流值，所述电流检测模块将其电流检测结果与电压检测模块输出的电压检测结果进行加权合并，输出含有被测电路电流及电压信息的电流。

2.如权利要求1所述的功耗检测电路，其特征在于，所述电压检测模块包括电压比较器、第一电阻及第二电阻，所述第一电阻的一端与基准电压源连接，另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述电压比较器的一输入端与所述第一电阻的另一端及第二电阻的一端连接，另一输入端与被测电路连接，所述电压比较器比较比较两个输入端输入的电压值，并根据比较结果输出相应的N个二进制控制字，N为正整数。

3.如权利要求2所述的功耗检测电路，其特征在于，所述电流检测模块包括N个开关与N个场效应管，每个所述开关的一端与被测电路的场效应管的栅极连接，另一端与对应的场效应管的栅极连接，且每个所述开关的控制端被所述电压比较器输出的对应的二进制控制字所控制，每个所述场效应管的源极与外部电源连接，且每个所述场效应管的漏极共同连接，并形成所述电流检测模块的输出端。

4.如权利要求3所述的功耗检测电路，其特征在于，在所述N个场效应管中，第一个场效应管的宽长比为被测电路场效应管宽长比的F倍，F为小于1的自然数，且后一个场效应管的宽长比依次为前一个场效应管宽长比的2倍，第N个场效应管的宽长比是第N-1个场效应管宽长比的2倍。

5.如权利要求1-4任一项所述的功耗检测电路，其特征在于，还包括输出转换模块，所述输出转换模块的输入端与所述电流检测模块连接，且将所述电流检测模块输出的电流转换为电压输出。

6.如权利要求5所述的功耗检测电路，其特征在于，所述输出转换模块为一电阻，且所述电阻一端与所述电流检测模块连接，另一端接地。

Images