CN103809014B

CN103809014B - 一种检测单元、检测电路和检测方法

Info

Publication number: CN103809014B
Application number: CN201210459928.7A
Authority: CN
Inventors: 汤小虎; 薛卫东
Original assignee: O2Micro International Ltd
Current assignee: O2Micro International Ltd
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: CN103809014A

Abstract

本发明公开了检测单元、检测电路和检测方法，用于检测输入信号的状态。检测单元包括源开关、复制开关、比较单元和信号匹配单元。源开关用于接收第一信号，源开关的第一端具有第一电压；复制开关耦合至源开关，复制开关的第一端具有第二电压，源开关和复制开关产生第二信号以与第一信号匹配；比较单元耦合至源开关和复制开关，用于将输入信号与参考信号进行比较，并根据比较结果产生检测信号来表示输入信号的状态，参考信号由第二信号确定；信号匹配单元耦合至源开关、复制开关和比较单元，用于将第一电压和第二电压控制在相同的电压值，以增大第一信号和第二信号的匹配指数，从而减小检测结果的偏差。本发明可以提高检测精确度。

Description

一种检测单元、检测电路和检测方法

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种检测单元、检测电路和检测方法。

背景技术

图1所示为现有技术中的过流检测电路100的示意图。电池组件101耦合于PACK+端和PACK-端之间，用于为负载（例如，电子或电力设备）供电，或从电源接收电能。传统的过流检测电路100包含比较器103，用于将输入电压信号V_IN与参考电压信号V_REF进行比较，其中，输入电压信号V_IN指示电池组件101的充电/放电电流。如图1所示，输入电压信号V_IN由感应电阻器R_SEN提供，该感应电阻器R_SEN串联耦合至电池组件101，参考电压信号V_REF由电压源提供。通过比较输入电压信号V_IN和参考电压信号V_REF，产生控制信号STR以控制开关105，其中，开关105串联耦合至电池组件101。

在传统的过流检测电路100中，参考电压信号V_REF的电压值相对较低，例如为40mV，且比较器103可具有两级运算放大器（OperationalAmplifier，以下简称为OPA）的拓扑结构。比较器103的小输入电压（例如，参考电压信号V_REF）会导致比较器103的性能不良，例如比较器103会产生具有无法忽略的输入偏差的控制信号STR，或者比较器103可能完全无法正常工作。因此，输入电压信号V_IN和参考电压信号V_REF之间的比较结果会不准确，并且会影响过流检测的精确度。所以，本领域中需要一种具有高精确度的过流检测电路。

发明内容

本发明提供一种用于检测输入信号状态的检测单元、检测电路和检测方法，可以提高检测的精确度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种检测单元，用于检测输入信号的状态。该检测单元包括：源开关，用于接收第一信号，所述源开关的第一端具有第一电压；复制开关，耦合至所述源开关，所述复制开关的第一端具有第二电压，且所述源开关和所述复制开关产生第二信号以与所述第一信号匹配；比较单元，耦合至所述源开关和所述复制开关，用于将所述输入信号与参考信号进行比较，并根据比较结果产生检测信号来表示所述输入信号的所述状态，其中，所述参考信号由所述第二信号确定；以及信号匹配单元，耦合至所述源开关、所述复制开关以及所述比较单元，用于将所述第一电压和所述第二电压控制在相同的电压值，以增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指数，从而通过控制所述第一电压和所述第二电压来减小检测结果的偏差。

本发明还提供了一种检测电路，用于检测输入信号的状态。该检测电路包括：检测单元，包括源开关和复制开关，其中，所述源开关的第一端具有第一电压，所述复制开关的第一端具有第二电压，所述检测单元用于接收第一信号并产生第二信号以与所述第一信号匹配，且所述检测单元通过比较所述输入信号和参考信号来产生检测信号，其中，所述参考信号由所述第二信号确定，所述检测单元还用于将所述第一电压和所述第二电压控制在相同的电压值，以增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指数，从而通过控制所述第一电压和所述第二电压来减小检测结果的偏差；以及控制单元，耦合至所述检测单元，用于接收所述检测信号并产生控制信号。

本发明又提供了一种检测方法，用于检测输入信号的状态。该检测方法包括：接收第一信号；通过源开关和复制开关产生第二信号以与所述第一信号匹配，其中，所述源开关的第一端具有第一电压且所述复制开关的第一端具有第二电压；控制所述第一电压与所述第二电压处于相同的电压值；通过控制所述第一电压和所述第二电压来增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指数；比较所述输入信号和参考信号；基于所述输入信号和所述参考信号的比较结果产生检测信号，以表示所述输入信号的所述状态；以及基于对所述第一信号和所述第二信号的所述匹配指数的增大，来减小检测结果的偏差。

本发明公开的检测单元通过比较输入信号和参考信号，来检测输入信号的状况。检测单元包括信号匹配单元，可以通过增大匹配指数来提高输入信号和参考信号之间比较结果的准确度，因此减小了检测结果的偏差，提高了检测的精确度。

附图说明

以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。

图1所示为现有技术中的过流检测电路的示意图；

图2所示为根据本发明一个实施例的用于可重复充电电池的检测电路的框图；

图3所示为根据本发明一个实施例的图2中所示的检测单元的电路示意图；

图4所示为根据本发明另一实施例的图2中所示的检测单元的电路示意图；及

图5所示为根据本发明一个实施例的检测方法的流程图。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖后附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手续、部件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

本发明提供了一种用于检测输入信号状态的检测单元、检测电路和检测方法。在一个实施例中，检测单元通过将指示电池电流的输入信号和参考信号进行比较，来检测电池的过流状况。检测单元提供信号匹配单元以增大信号的匹配指数，从而提高输入信号和参考信号之间比较结果的准确度，并因此减小检测结果的偏差。有利的是，检测结果越准确，检测单元则可以越精确的检测过流状况。

图2所示为根据本发明一个实施例的用于可重复充电电池的检测电路201的框图。检测电路201用于检测可变输入信号VIN的状态，例如多个电池BAT₁、电池BAT₂…以及电池BAT_N的电压信号、电流信号等的状态。电池BAT₁-电池BAT_N为负载供电或从电源获取电能，其中负载或电源（图2中未示出）耦合于PACK-端和PACK+端之间。检测电路201包含检测单元203和控制单元205。检测单元203接收预定信号V_D（例如，接地电压信号），以产生内部信号（例如，参考信号VREF）（图2中未示出），并且将可变输入信号VIN和参考信号VREF（例如，电压信号、电流信号等）进行比较以产生检测信号VOUT，该检测信号VOUT表示可变输入信号VIN的状态。其中，可变输入信号VIN从检测单元203的输入端IN接收，预定信号V_D从检测单元203的参考端REF接收，检测信号VOUT从检测单元203的输出端OUT输出。在一个实施例中，可变输入信号VIN是指示流经电池BAT₁-电池BAT_N的电流（例如，充电电流或放电电流）的输入电压信号VIN，且参考信号VREF是指示电池BAT₁-电池BAT_N的过流阈值的参考电压信号，因此，检测信号VOUT指示电池BAT₁-电池BAT_N的电流中是否出现了过流状况。然而，本发明并不仅限于此。在另一实施例中，参考信号VREF指示电池BAT₁-电池BAT_N的欠流阈值，且检测信号VOUT指示是否出现了欠流状况。在本发明又一个实施例中，可变输入信号VIN表示电池BAT₁-电池BAT_N的电压信号，且参考信号VREF指示过压阈值或欠压阈值，并且检测信号VOUT指示该电压信号中是否出现了过压状况或欠压状况。

控制单元205耦合至检测单元203，用于接收检测信号VOUT并产生控制信号。在图2所示的实例中，检测单元203检测电池BAT₁-电池BAT_N的放电电流I_DSG中的过流状况，且参考电压信号VREF指示电池BAT₁-电池BAT_N的过流阈值。控制单元205接收检测信号VOUT以控制放电使能信号DSG，该放电使能信号DSG根据输入电压信号VIN和参考电压信号VREF之间的比较结果来控制放电开关S_D。例如，如果输入电压信号VIN低于参考电压信号VREF，即指示放电电流I_DSG在正常范围内，则检测信号VOUT控制放电使能信号DSG为逻辑高以开启放电开关S_D；或者，如果输入电压信号VIN大于参考电压信号VREF，即指示放电电流I_DSG超过过流阈值，则检测信号VOUT控制放电使能信号DSG为逻辑低以关闭放电开关S_D，从而保护电池BAT₁-电池BAT_N。以类似的方式，检测单元203还可以检测电池BAT₁-电池BAT_N的充电电流中的过流状况。

图3所示为本发明一个实施例的检测单元203a的电路示意图。图3将结合图2进行描述。图3中的检测单元203a可以是图2中的检测单元203的一个具体实施例。检测单元203a包含输入端IN、参考端REF、输出端OUT以及比较单元304、信号匹配单元306和恒定电流源310。输入端IN接收可变输入信号VIN，例如输入电压信号VIN；参考端REF接收预定信号V_D，例如电压信号；以及输出端OUT提供检测信号VOUT，例如数字逻辑信号，以指示对输入电压信号VIN的检测结果。如图2所描述，输入电压信号VIN可指示流经电池BAT₁-电池BAT_N的电流（例如放电电流I_DSG），且VIN=I_DSG﹡R_SET，其中，I_DSG是放电电流I_DSG的电流值，且R_SET是图2中的电阻器R_SET的电阻值。预定信号V_D可以是固定的电压信号，例如接地信号；检测单元203a接收预定信号V_D以产生参考信号VREF，例如参考电压信号VREF。参考电压信号VREF的目标值V_{REF_TARGET}可用于表示例如电池BAT₁-电池BAT_N的过流阈值。理想情况下，参考电压信号VREF的电压值等于目标值V_{REF_TARGET}，然而，由于电路的非理想状况，参考电压信号VREF的实际值会偏离目标值V_{REF_TARGET}。关于目标值V_{REF_TARGET}和参考电压信号VREF的实际值将在以下段落进行更详细的描述。如图3所示，参考电压信号VREF的电压值等于预定信号V_D的电压值加上电阻器R_EF上的电压之和，其中，电阻器R_EF耦合至参考端REF。在一个实施例中，预定信号V_D接地，所以参考电压信号VREF即是电阻器R_EF上的电压，且参考电压信号VREF由流经电阻器R_EF的电流确定。然而，本发明并不仅限于此，在另一实施例中，预定信号V_D可以具有其它电压值。检测单元203a通过比较输入电压信号VIN和参考电压信号VREF来产生检测信号VOUT。

更具体地，检测单元203a包含源开关M_SOURCE、复制开关M_COPY、比较单元304、信号匹配单元306和恒定电流源310。恒定电流源310包含运算放大器OPA 314，用于提供流至源开关M_SOURCE的电流I₁。在一个实施例中，由于恒定电流源310的非理想状况，电流I₁可能在允许的范围内变化。在上述的实施例中，在允许范围内变化的电流I₁可以被认为是恒定电流。理想地，电流I₁的目标值I₁__TARGET=VDD/R₁，其中，VDD是具有高精确度的恒定参考电压，R₁是图3中电阻器R₁的电阻值。然而，运算放大器OPA 314可能引入偏差V_OFF而导致电流I₁与目标值I_{1_TARGET}偏离。偏离的电流I₁由以下公式给出：I₁=(VDD+V_OFF)/R₁，其中，V_OFF是偏差V_OFF的值。图3中提供电流I₁的结构并不仅限于恒定电流源310，也就是说，在另一个实施例中，电流I₁可以由设置于检测单元203a内部或者外部的其它类型的电流源来提供。

源开关M_SOURCE和复制开关M_COPY可组成电流镜，且每个开关可包含晶体管，例如金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，以下简称为MOSFET）。因此，源开关M_SOURCE也称为源晶体管，复制开关M_COPY也称为复制晶体管。源晶体管M_SOURCE耦合至恒定电流源310，且从恒定电流源310接收第一信号，例如电流I₁。源晶体管M_SOURCE的漏极具有第一电压V_D1，以下简称为漏极电压V_D1。源晶体管M_SOURCE的漏极也称为源晶体管M_SOURCE的第一端。复制晶体管M_COPY耦合至源晶体管M_SOURCE，且复制晶体管M_COPY的漏极具有第二电压V_D2，以下简称为漏极电压V_D2。复制晶体管M_COPY的漏极也称为复制晶体管M_COPY的第一端。包含源晶体管M_SOURCE及复制晶体管M_COPY的电流镜产生第二信号，例如电流I₂，用于与电流I₁匹配。电流I₁流经源晶体管M_SOURCE，且电流I₂流经复制晶体管M_COPY。换言之，源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY控制电流I₂以与电流I₁匹配。本文所使用的“匹配”表示一个信号与另一个信号成比例，并且这两个信号之间的比值为恒定值。在图3所示的实施例中，包含源晶体管M_SOURCE及复制晶体管M_COPY的电流镜根据电流I₁并且基于参数K₁来产生电流I₂，以使电流I₂与电流I₁匹配，例如，I₂=K₁﹡I₁，其中，I₁是电流I₁的电流值；I₂是电流I₂的电流值；且K₁是常数参数，表示源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的沟道宽长比（Channel Widthto Length Ratio）之间的比例。如图3所示，复制晶体管M_COPY的栅极耦合至源晶体管M_SOURCE的栅极，且复制晶体管M_COPY的源极耦合至源晶体管M_SOURCE的源极。所以，源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的栅源电压相等，并且电流I₂与电流I₁成正比。如图3所示，电流I₂进一步流至比较单元304。

耦合至源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的比较单元304将输入电压信号VIN和参考电压信号VREF进行比较以产生检测信号VOUT，其中，检测信号VOUT表示输入电压信号VIN的状态。比较单元304可以包含第一级放大单元308，用于基于第一信号（例如电流I₁）和第二信号（例如电流I₂）来放大输入电压信号VIN和参考电压信号VREF之间的差值，其中，第一级放大单元308包含晶体管，例如晶体管MN2、晶体管MN3、晶体管M8以及晶体管M3。比较单元304的内部节点P处的电压随着输入电压信号VIN和参考电压信号VREF之间已放大的差值而变化。在一个实施例中，晶体管MN2和晶体管MN3可以是双极晶体管（Bipolar JunctionTransistor，以下简称为BJT），且BJT MN2和BJTMN3之间的连接结构为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。比较单元304还可能进一步包含第二级放大单元，用于进一步放大输入电压信号VIN和参考电压信号VREF之间的差值，其中，第二级放大单元包含晶体管，例如晶体管M4、晶体管MN4、晶体管M5以及晶体管MN5。晶体管M4的状态由其栅极电压（例如，节点P处的电压）来控制。比较单元304的另一个内部节点P’的电压随着输入电压信号VIN和参考电压信号VREF之间被进一步放大的差值而变化。基于被进一步放大的差值，晶体管M6和晶体管MN6的状态由节点P’处的电压来控制。然后，根据放大后的输入电压信号VIN和参考电压信号VREF之间的比较结果，来产生检测信号VOUT。例如，如果输入电压信号VIN的电压值低于参考电压信号VREF的电压值，则节点P’处的电压为逻辑低以关闭晶体管M6并开启晶体管MN6，如此，检测信号VOUT为逻辑低以指示放电电流I_DSG处于正常范围内；如果输入电压信号VIN的电压值高于参考电压信号VREF的电压值，则节点P’处的电压为逻辑高以开启晶体管M6并关闭晶体管MN6，如此，检测信号VOUT为逻辑高以指示电池BAT₁-电池BAT_N的放电电流I_DSG出现过流状况。

如上所述，预定信号V_D可以是固定的电压信号，例如接地信号。因此，参考电压信号VREF由电阻器R_EF上的电压所确定，例如，VREF=(I₂+I₃)﹡R_EF，其中，R_EF是电阻器R_EF的电阻值，I₃是电流I₃的电流值，且电流I₃流经晶体管MN2至电阻器R_EF。如图3所示，晶体管MN_BIAS和晶体管MN2组成电流镜，因此，电流I₃可等于K₂﹡I₂。其中，参数K₂由晶体管MN_BIAS和晶体管MN2的沟道宽长比之间的比例确定。从而参考电压信号VREF的电压值由电流I₂确定，例如，VREF=(1+K₂)﹡I₂﹡R_EF，其中，K₂是常数参数。如上所述，电流I₂被控制为与电流I₁匹配，例如，电流I₂的值等于K₁﹡I₁。电流I₁的目标值为I_{1_TARGET}=VDD/R₁，且电流I₁的值为I₁=(VDD+V_OFF)/R₁，其中，VDD是具有高精确度的恒定参考电压，R₁是电阻器R₁的电阻值，V_OFF是运算放大器OPA 314的偏差V_OFF的值。综上，参考电压信号VREF的目标值V_{REF_TARGET}可以由以下式子得出：V_{REF_TARGET}=[(1+K₂)﹡K₁﹡VDD﹡R_EF]/R₁，其中，K₁和K₂是常数参数，R_EF是电阻器R_EF的电阻值，并且参考电压信号VREF的实际值可以由以下式子得出：VREF=[(1+K₂)﹡K₁﹡(VDD+V_OFF)﹡R_EF]/R₁，因此，参考电压信号VREF的目标值V_{REF_TARGET}和实际值之间的差值为(1+K₂)﹡K₁﹡(R_EF/R₁)﹡V_OFF，该差值由R_EF/R₁确定。比值R_EF/R₁可以较小，例如(1+K₂)﹡K₁﹡R_EF/R₁<1，从而减小运算放大器OPA 314的偏差V_OFF的系数，进而减小运算放大器OPA 314对参考电压信号VREF的影响。在上述的实施例中，基于具有较小的值的比值R_EF/R₁，参考电压信号VREF的目标值V_{REF_TARGET}和实际值之间的差值可在允许的范围内变化，此范围可以忽略不计。

在一个实施例中，如果第一信号（例如电流I₁）和第二信号（例如电流I₂）的匹配指数MI增大，则参考电压信号VREF的实际值和目标值之间的差值减小。参考电压信号VREF的实际值为VREF=(1+K₂)﹡R_EF﹡I₂，目标值V_{REF_TARGET}为V_{REF_TARGET}=(1+K₂)﹡R_EF﹡K₁﹡I_{1_TARGET}，其中，I_{1_TARGET}=I₁-V_OFF/R₁。换言之，提供至比较单元304的参考电压信号VREF具有更高的精确度。在一个实施例中，匹配指数MI由以下公式定义：MI=1/[DIFF(I₂，K₁﹡I₁)]，其中，K₁是常数参数，I₁和I₂分别是电流I₁和电流I₂的电流值，DIFF(I₂，K₁﹡I₁)是计算电流I₂和K₁﹡I₁值之间差值的数学方程式。在上述实施例中，匹配指数MI与电流I₂和K₁﹡I₁值之间的差值成反比。也就是说，如果电流I₂和K₁﹡I₁值之间的差值减小，则电流I₁和电流I₂的匹配指数MI增大，且如果电流I₂和K₁﹡I₁值之间的差值增大，则电流I₁和电流I₂的匹配指数MI减小。有利的是，根据比较结果而产生的检测信号VOUT部分地由参考电压信号VREF的精确度来确定。由于增大的匹配指数MI可带来更精确的参考电压信号VREF以及更准确的比较结果，因此，检测单元203a可以产生能更准确的指示电池BAT₁-电池BAT_N过流状况的检测信号VOUT。下文将详细描述的信号匹配单元306能够增加电流I₁和电流I₂的匹配指数MI。

信号匹配单元306耦合至源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY以及比较单元304，用于控制源晶体管M_SOURCE的漏极电压V_D1和复制晶体管M_COPY的漏极电压V_D2。漏极电压V_D1和漏极电压V_D2被控制在基本上相同的电压值以增大电流I₁和电流I₂的匹配指数MI。在图3所示的实施例中，信号匹配单元306包含运算放大器OPA 312以及晶体管M7和晶体管MN_BIAS。运算放大器OPA 312的正向输入端耦合至源晶体管M_SOURCE的漏极，且运算放大器OPA 312的反向输入端耦合至复制晶体管M_COPY的漏极。运算放大器OPA 312的正向输入端也称为第一输入端，运算放大器OPA 312的反向输入端也称为第二输入端。这样，运算放大器OPA312控制漏极电压V_D1和漏极电压V_D2基本上处于相同的电压值。本文所使用的“基本上处于相同的电压值”意味着在实际中，信号的电压值可以存在差别，例如由电路元件的非理想状况所引起的差别，但是这些差别处于可被忽略的范围内，等同于理想状态下的“处于相同电压值”。信号匹配单元306的晶体管M7耦合于复制晶体管M_COPY的漏极和晶体管MN_BIAS、晶体管MN2以及晶体管MN3的栅极之间，以使复制晶体管M_COPY的漏极电压不会直接影响晶体管MN_BIAS、晶体管MN2以及晶体管MN3的栅极电压。流经复制晶体管M_COPY的电流I₂进一步流经晶体管M7和晶体管MN_BIAS。晶体管MN_BIAS耦合于复制晶体管M_COPY和比较单元304之间，用于控制偏置电压（例如晶体管MN2和晶体管MN3的共同栅极电压），该偏置电压基于电流I₂对比较单元304进行偏置。晶体管MN_BIAS也称为偏置晶体管MN_BIAS。

请参照图3，源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的栅极和源极分别耦合在一起，且源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的漏极电压基本上处于相同的电压值。通过控制源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的漏极电压、栅极电压和源极电压分别相等，可以增大电流I₁和电流I₂的匹配指数MI，其中，电流I₁和电流I₂分别流经源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY。这样，基于对源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的漏极电压的控制，可增大电流I₁和电流I₂的匹配指数MI。如果源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的漏极电压、栅极电压以及源极电压分别相等，则电流I₂和电流I₁成正比，例如，I₂=K₁﹡I₁。在上述实施例中，电流I₂与电流I₁匹配。有利的是，基于对源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的漏极电压的控制，增大了电流I₁和电流I₂的匹配指数MI，且匹配指数MI的增大可减小由检测单元203a所产生的检测结果的偏差。

图4所示为根据本发明另一个实施例的检测单元203b的电路示意图。图4将结合图2和图3进行描述。图4中的检测单元203b可以是图2中的检测单元203的一个具体实施例。检测单元203b和检测单元203a具有类似的结构，但是，检测单元203b所包含的比较单元404和信号匹配单元406分别不同于图3中的比较单元304和信号匹配单元306。

比较单元404和图3中的比较单元304具有类似的结构和功能，只是比较单元404的第一级放大单元408进一步包含一对晶体管MN21和晶体管MN31。本领域技术人员应可理解的是，第一级放大单元408中的晶体管MN2、晶体管MN3、晶体管MN21和晶体管MN31，以及信号匹配单元406的晶体管MN_BIAS1和晶体管MN_BIAS2，可以一起构成级联结构来增大电流I₂、电流I₃和电流I₄的匹配指数。关于级联结构更多的细节此处不再赘述。然而，本发明并不仅限于此。在另一个实施例中，为达到上述目的，检测单元203b的第一级放大单元408可以具有其它结构。有利的是，通过增大电流I₃和电流I₄的匹配指数，可以相应地减小第一级放大单元408的输入偏差。

在一个实施例中，比较单元404用于提供反馈信号FB至信号匹配单元406以增大电流I₁和电流I₂的匹配指数MI。该反馈信号FB例如电压信号、电流信号等。反馈信号FB可以是但并不限于晶体管MN4和晶体管MN5的共同栅极电压，并可指示流经晶体管MN4和晶体管MN5的电流I₅和电流I₆的电流值。

在一个实施例中，信号匹配单元406耦合至源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY以及比较单元404，信号匹配单元406包含第一反馈晶体管MN_FB、第二反馈晶体管M_FB、晶体管MN_BIAS1、晶体管MN_BIAS2、晶体管M7以及电阻器R_D。与图3中的信号匹配单元306类似，信号匹配单元406用于增大流经源晶体管M_SOURCE的电流I₁和流经复制晶体管M_COPY的电流I₂的匹配指数MI。与图3中的偏置晶体管MN_BIAS类似，晶体管MN_BI_AS1和晶体管MN_BIAS2基于流经晶体管MN_BIAS1和晶体管MN_BIAS2的电流I₂，为晶体管MN21和晶体管MN31提供第一偏置电压，并为晶体管MN2和晶体管MN3提供第二偏置电压。第一反馈晶体管MN_FB耦合至比较单元404，用于接收由比较单元404所提供的反馈信号FB。晶体管MN_BIAS1和晶体管MN_BIAS2也称为偏置晶体管MN_BI_AS1和偏置晶体管MN_BI_AS2。

如上所述，源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY组成电流镜，且偏置晶体管MN_BIAS2和晶体管MN2组成电流镜。此外，晶体管M8、晶体管M3和晶体管M5组成电流镜，且晶体管MN4和晶体管MN5也组成电流镜。本领域技术人员应可理解的是，在检测单元203b中，流经这些电流镜中对应晶体管的电流I₁、电流I₂、电流I₃、电流I₄、电流I₅以及电流I₆中的每个电流都相互匹配，例如，相互成正比。因此，电流I₆流经的路径所提供的反馈信号FB可以指示电流I₁的电流值。此外，晶体管MN_FB、晶体管MN4和晶体管MN5也组成电流镜，因此，流经第一反馈晶体管MN_FB的反馈电流I_FB可与电流I₁、电流I₂、电流I₃、电流I₄、电流I₅以及电流I₆匹配。

第二反馈晶体管M_FB耦合至源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY，其中，第二反馈晶体管M_FB的源极耦合至源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的源极，且第二反馈晶体管M_FB的栅极耦合至复制晶体管M_COPY的漏极。第二反馈晶体管M_FB还耦合至第一反馈晶体管MN_FB，其中，第二反馈晶体管M_FB的漏极耦合至第一反馈晶体管MN_FB的漏极。第二反馈晶体管M_FB还将反馈信号FB或者反馈电流I_FB传递到复制晶体管M_COPY以控制复制晶体管M_COPY的漏极电压V_D2，从而使复制晶体管M_COPY的漏极电压V_D2可大约等于源晶体管M_SOURCE的漏极电压V_D1，如上所述，使电流I₂与电流I₁匹配。下文将对此进行更详细的描述。

如上所述，流经第二反馈晶体管M_FB的反馈电流I_FB可与流经复制晶体管M_COPY的电流I₂匹配（例如，成正比），所以，可以根据电流I_FB和电流I₂之间的比例来选择第二反馈晶体管M_FB和复制晶体管M_COPY的尺寸比，从而使第二反馈晶体管M_FB和复制晶体管M_COPY的栅源电压基本相同。换言之，复制晶体管M_COPY的漏极电压V_D2，即第二反馈晶体管M_FB的栅极电压，可大约等于复制晶体管M_COPY的栅极电压。因为源晶体管M_SOURCE的漏极电压V_D1还等于复制晶体管M_COPY的栅极电压，所以漏极电压V_D2被控制为大约等于漏极电压V_D1。因此，可增大流经源晶体管M_SOURCE的电流I₁和流经复制晶体管M_COPY的电流I₂的匹配指数MI。本发明中的“基本相同”、“大致等于”是指实际情况中，由于电路元件的非理想状况所引起的差别，但是这些差别处于可被忽略的范围内，等同于理想状态下的“相同”和“等于”。

有利的是，通过增大电流I₁和电流I₂的匹配指数，可以减小参考电压信号VREF的实际值和目标值V_REF__TARGET之间的差值。根据输入电压信号VIN和参考电压信号VREF之间比较的结果所产生的检测信号VOUT可以更精确地表明检测单元203b中存在的状况，例如过流状况。换言之，检测单元203b的检测（例如，过流状况检测）性能更加优异。

图5所示为根据本发明一个实施例的由检测单元所执行的检测方法的流程图500，其中检测单元例如图2中的检测单元203、图3中的检测单元203a或图4中的检测单元203b。图5将结合图2、图3和图4进行描述。

在步骤502中，电流源提供第一信号，并且源开关接收该第一信号，电流源例如图3或图4中的恒定电流源310。在一个实施例中，源开关是源晶体管，例如图3或图4中的源晶体管M_SOURCE，并且第一信号是流经源晶体管M_SOURCE的第一电流，例如电流I₁。

在步骤504中，通过源开关和复制开关产生第二信号以与第一信号匹配，其中，所述源开关的第一端具有第一电压且所述复制开关的第一端具有第二电压。源开关和复制开关组成电流镜，在一个实施例中，复制开关是复制晶体管，例如图3或图4中的复制晶体管M_COPY。电流镜产生第二信号以与第一信号匹配。第二信号是流经复制晶体管M_COPY的第二电流，例如电流I₂。电流I₂基于参数K₁而产生，其中，参数K₁表示源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的沟道宽长比之间的比例，因此理想状态下，电流I₂与电流I₁匹配，例如，电流I₂=K₁﹡I₁。源晶体管M_SOURCE的漏极也称为源晶体管M_SOURCE的第一端，该第一端具有第一电压V_D1。复制晶体管M_COPY的漏极也称为复制晶体管M_COPY的第一端，该第一端具有第二电压V_D2。

在步骤506中，控制源晶体管M_SOURCE的第一端的第一电压与复制晶体管M_COPY的第一端的第二电压处于相同的电压值。其中，第一电压例如源晶体管M_SOURCE的漏极电压，第二电压例如复制晶体管M_COPY的漏极电压。对源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的漏极电压的控制可以减小电流I₂和K₁﹡I₁值之间的差值，此外，还可减小参考电压信号VREF的实际值和目标值V_{REF_TARGET}之间的差值。

在步骤508中，通过控制第一电压和第二电压来增大第一信号和第二信号的匹配指数。在一个实施例中，通过将源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY的漏极电压控制在基本上相同的电压值，由源晶体管M_SOURCE和复制晶体管M_COPY所组成的电流镜可产生与电流I₁匹配的电流I₂。因此，基于对漏极电压的控制可增大匹配指数MI。

在步骤510中，比较输入信号和参考信号。其中，由电流I₂确定的参考信号，例如参考电压信号VREF，产生于比较单元的内部。比较单元例如图3中的比较单元304，或图4中的比较单元404。参考电压信号VREF的目标值V_{REF_TARGET}表示电池BAT₁-电池BAT_N的过流阈值。当电流I₁和电流I₂的匹配指数MI增大时，参考电压信号VREF的实际值和目标值V_{REF_TARGET}之间的差值减小。因此，比较单元304基于已匹配的电流I₁和电流I₂将输入信号与参考电压信号VREF进行比较，输入信号例如指示电池BAT₁-BAT_N的放电电流I_DSG的输入电压信号VIN。

在步骤512中，基于输入信号和参考信号的比较结果产生检测信号，以表示输入信号的状态。在一个实施例中，基于输入电压信号VIN和参考电压信号VREF之间的比较结果产生检测信号VOUT，其中，检测信号VOUT由比较单元304或比较单元404产生。检测信号VOUT表示输入电压信号VIN的状态，例如电池BAT₁-电池BAT_N的放电电流I_DSG的过流状况。

在步骤514中，基于第一信号和第二信号的匹配指数的增大，来减小检测结果的偏差。在一个实施例中，当电流I₁与电流I₂的匹配指数MI增大时，参考电压信号VREF的精确度增加，且输入电压信号VIN和参考电压信号VREF之间的比较结果更加准确。因此，检测信号VOUT可更准确的指示电池BAT₁-电池BAT_N中的过流状况，即，减小了检测结果中的偏差。

由于参考电压信号VREF的实际值更加接近于目标值V_{REF_TARGET}，则可变输入信号VIN和参考电压信号VREF之间进行的比较可以更精确，这样，检测信号VOUT可以更加准确的指示可变输入信号VIN的状态。所以，检测单元的检测（例如过流状况检测）具有更高的精确度。其中，检测单元例如图2中的检测单元203、图3中的检测单元203a，或图4中的检测单元203b。

在此使用之措辞和表达都是用于说明而非限制，使用这些措辞和表达并不将在此图示和描述的特性之任何等同物（或部分等同物）排除在发明范围之外，在权利要求的范围内可能存在各种修改。其它的修改、变体和替换物也可能存在。因此，权利要求旨在涵盖所有此类等同物。

Claims

1.一种检测单元，用于检测输入信号的状态，其特征在于，所述检测单元包括：

源开关，用于接收第一信号，所述源开关的第一端具有第一电压；

复制开关，耦合至所述源开关，所述复制开关的第一端具有第二电压，且所述源开关和所述复制开关产生第二信号以与所述第一信号匹配；

比较单元，耦合至所述源开关和所述复制开关，用于将所述输入信号与参考信号进行比较，并根据比较结果产生检测信号来表示所述输入信号的所述状态，其中，所述参考信号由所述第二信号确定；以及

信号匹配单元，耦合至所述源开关、所述复制开关以及所述比较单元，用于将所述第一电压和所述第二电压控制在相同的电压值，以增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指数，从而通过控制所述第一电压和所述第二电压来减小检测结果的偏差。

2.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，当所述第一信号和所述第二信号的所述匹配指数增大时，所述参考信号的实际值和目标值之间的差值减小。

3.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，所述源开关包括源晶体管，所述复制开关包括复制晶体管，其中，所述源晶体管的漏极具有所述第一电压，以及所述复制晶体管的漏极具有所述第二电压。

4.根据权利要求3所述的检测单元，其特征在于，所述第一信号包括流经所述源晶体管的第一电流，所述第二信号包括流经所述复制晶体管的第二电流，其中，所述复制晶体管的栅极耦合至所述源晶体管的栅极，所述复制晶体管的源极耦合至所述源晶体管的源极。

5.根据权利要求4所述的检测单元，其特征在于，所述信号匹配单元包括偏置晶体管，所述偏置晶体管耦合于所述复制晶体管和所述比较单元之间，其中，所述第二电流流经所述偏置晶体管以控制用于偏置所述比较单元的偏置电压。

6.根据权利要求3所述的检测单元，其特征在于，所述信号匹配单元包括运算放大器，所述运算放大器控制所述源晶体管的所述漏极的所述第一电压和所述复制晶体管的所述漏极的所述第二电压，使所述第一电压和所述第二电压处于相同的电压值，其中，所述源晶体管的所述漏极耦合至所述运算放大器的第一输入端，所述复制晶体管的所述漏极耦合至所述运算放大器的第二输入端。

7.根据权利要求3所述的检测单元，其特征在于，所述信号匹配单元包括：

第一反馈晶体管，耦合至所述比较单元，用于从所述比较单元接收反馈信号，其中，所述反馈信号指示所述第一信号的值；以及

第二反馈晶体管，耦合至所述复制晶体管以及所述第一反馈晶体管，用于传递所述反馈信号来控制所述第二信号与所述第一信号匹配。

8.根据权利要求7所述的检测单元，其特征在于，所述第二反馈晶体管的栅极耦合至所述复制晶体管的所述漏极，所述第二反馈晶体管的源极耦合至所述源晶体管的源极，其中，所述第二反馈晶体管控制所述复制晶体管的所述漏极的所述第二电压等于所述源晶体管的所述漏极的所述第一电压。

9.一种检测电路，用于检测输入信号的状态，其特征在于，所述检测电路包括：

检测单元，包括源开关和复制开关，其中，所述源开关的第一端具有第一电压，所述复制开关的第一端具有第二电压，所述检测单元用于接收第一信号并产生第二信号以与所述第一信号匹配，且所述检测单元通过比较所述输入信号和参考信号来产生检测信号，其中，所述参考信号由所述第二信号确定，所述检测单元还用于将所述第一电压和所述第二电压控制在相同的电压值，以增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指数，从而通过控制所述第一电压和所述第二电压来减小检测结果的偏差；以及

控制单元，耦合至所述检测单元，用于接收所述检测信号并产生控制信号。

10.根据权利要求9所述的检测电路，其特征在于，当所述第一信号和所述第二信号的所述匹配指数增大时，所述参考信号的实际值和目标值之间的差值减小。

11.根据权利要求9所述的检测电路，其特征在于，所述源开关包括源晶体管，所述复制开关包括复制晶体管，其中，所述源晶体管的漏极具有所述第一电压，以及所述复制晶体管的漏极具有所述第二电压。

12.根据权利要求11所述的检测电路，其特征在于，所述第一信号包括流经所述源晶体管的第一电流，所述第二信号包括流经所述复制晶体管的第二电流，其中，所述复制晶体管的栅极耦合至所述源晶体管的栅极，所述复制晶体管的源极耦合至所述源晶体管的源极。

13.根据权利要求12所述的检测电路，其特征在于，所述检测单元还包括偏置晶体管，所述偏置晶体管耦合至所述复制晶体管，其中，所述第二电流流经所述偏置晶体管以控制用于自偏置所述检测单元的偏置电压。

14.根据权利要求11所述的检测电路，其特征在于，所述检测单元还包括运算放大器，所述运算放大器控制所述源晶体管的所述漏极的所述第一电压和所述复制晶体管的所述漏极的所述第二电压，使所述第一电压和所述第二电压处于相同的电压值，其中，所述源晶体管的所述漏极耦合至所述运算放大器的第一输入端，所述复制晶体管的所述漏极耦合至所述运算放大器的第二输入端。

15.根据权利要求11所述的检测电路，其特征在于，所述检测单元还包括：

第一反馈晶体管，用于接收指示所述第一信号的值的反馈信号；以及

16.根据权利要求15所述的检测电路，其特征在于，所述第二反馈晶体管的栅极耦合至所述复制晶体管的所述漏极，所述第二反馈晶体管的源极耦合至所述源晶体管的源极，其中，所述第二反馈晶体管控制所述复制晶体管的所述漏极的所述第二电压等于所述源晶体管的所述漏极的所述第一电压。

17.一种检测方法，用于检测输入信号的状态，其特征在于，所述检测方法包括：

接收第一信号；

通过源开关和复制开关产生第二信号以与所述第一信号匹配，其中，所述源开关的第一端具有第一电压且所述复制开关的第一端具有第二电压；

控制所述第一电压与所述第二电压处于相同的电压值；

通过控制所述第一电压和所述第二电压来增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指数；

比较所述输入信号和参考信号；

基于所述输入信号和所述参考信号的比较结果产生检测信号，以表示所述输入信号的所述状态；以及

基于对所述第一信号和所述第二信号的所述匹配指数的增大，来减小检测结果的偏差。

18.根据权利要求17所述的检测方法，其特征在于，所述第一信号包括流经源晶体管的第一电流，所述第二信号包括流经复制晶体管的第二电流，其中，所述源开关包括所述源晶体管，所述复制开关包括所述复制晶体管，所述源晶体管的漏极具有所述第一电压，所述复制晶体管的漏极具有所述第二电压，所述复制晶体管的栅极耦合至所述源晶体管的栅极，且所述复制晶体管的源极耦合至所述源晶体管的源极。

19.根据权利要求18所述的检测方法，其特征在于，所述控制所述第一电压与所述第二电压处于相同的电压值的步骤进一步包括：控制所述源晶体管的所述漏极的所述第一电压以及所述复制晶体管的所述漏极的所述第二电压，使所述第一电压和所述第二电压处于相同的电压值，其中，所述源晶体管的所述漏极耦合至运算放大器的第一输入端，所述复制晶体管的所述漏极耦合至所述运算放大器的第二输入端。

20.根据权利要求18所述的检测方法，其特征在于，所述通过控制所述第一电压和所述第二电压来增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指数的步骤进一步包括：

接收指示所述第一信号的值的反馈信号；以及

利用反馈晶体管传递所述反馈信号来控制所述第二电压等于所述第一电压，以增大所述第二信号与所述第一信号的匹配指数。

21.根据权利要求17所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法进一步包括当所述第一信号和所述第二信号的所述匹配指数增大时，所述参考信号的实际值和目标值之间的差值减小，其中，所述参考信号由所述第二信号确定。