CN105899958B - 用于针对电池的电流感测电路中的放大器的补偿技术 - Google Patents

用于针对电池的电流感测电路中的放大器的补偿技术 Download PDF

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Abstract

在一个实施例中，一种电路包括具有第一差分输入端、第二差分输入端和输出端的第一放大器。副本器件被配置成生成流经电池的副本电流，其中第一放大器控制控制器件以控制副本电流。该电路还包括具有第三差分输入端、第四差分输入端和输出端的第二放大器。第二放大器被配置成基于在第一相位期间选择性地将第三差分输入端耦合至第一放大器的输出端、在第一相位期间选择性地将第二放大器的输出端耦合至第二差分输入端、以及在第二相位期间选择性地将第二放大器的输出端耦合至第四差分输入端来补偿第一放大器的第一偏移误差和第二放大器的第二偏移误差。

Description

用于针对电池的电流感测电路中的放大器的补偿技术
相关申请的交叉引用
本公开要求2014年1月7日提交的美国申请No.14/149,739的优先权，该申请的内容出于所有目的通过援引整体纳入于此。
背景
电池操作的系统要求在电池的充电和放电期间准确地测量流入和流出系统的电流。图1示出了电池监视系统或油位表系统的示例。电池电流通过主晶体管(例如，晶体管BATFET)在系统节点VSYS与电池端子VBATT之间流动。用于测量电池电流的一种技术是与主晶体管BATFET并联使用副本器件(例如，副本晶体管“副本1”和“副本2”)。副本晶体管“副本1”和“副本2”产生副本电流(例如，充电电流I充电和放电电流I放电)，其是电池电流的缩减版本。充电电流I充电和放电电流I放电分别流经感测电阻器R1和R2。模数转换器(ADC)对跨电阻器R1和R2的电压进行采样以确定跨电池的电荷。电池监视系统随后使用ADC的输出来监视电池。
为了准确，控制跨用于副本器件的控制晶体管M1和M2的电压是重要的。该系统可使用反馈环路来控制电压。例如，放大器AMP1和AMP2分别控制跨控制晶体管M1和M2的电压。在该情形中，放大器AMP1的输入被耦合至系统节点VSYS以及副本晶体管“副本2”的栅极和源极，且输出被耦合至控制晶体管M1。同样，放大器AMP2的输入被耦合至系统节点VBATT以及副本晶体管“副本1”的漏极，且输出被耦合至控制晶体管M2。放大器AMP1和AMP2分别控制控制晶体管M1和M2的栅极处的电压以产生副本电流。伴随该办法的一个问题在于，每个放大器内的偏移误差可导致副本电流中的误差。同样，用于测量电压的电阻器可导致跨工艺误差和温度变化。
概述
在一个实施例中，一种电路包括具有第一差分输入端、第二差分输入端和输出端的第一放大器。第一差分输入端耦合至副本器件和电池电压且输出端耦合至控制器件。副本器件被配置成生成流经电池的电流的副本电流，其中第一放大器控制控制器件以控制副本电流。该电路还包括具有第三差分输入端、第四差分输入端和输出端的第二放大器。第二放大器被配置成基于在第一相位期间选择性地将第三差分输入端耦合至第一放大器的输出端、在第一相位期间选择性地将第二放大器的输出端耦合至第二差分输入端、以及在第二相位期间选择性地将第二放大器的输出端耦合至第四差分输入端来补偿第一放大器的第一偏移误差和第二放大器的第二偏移误差。
在一个实施例中，在第二相位期间，第二放大器将第二放大器的第二偏移误差存储在耦合至第二放大器的第四差分输入端的第一存储元件集上以用于在第一相位期间补偿第二放大器的第二偏移误差。
在一个实施例中，在第一相位期间，第二放大器将第一放大器的第一偏移误差存储在耦合至第一放大器的第二差分输入端的第二存储元件集上以用于在后续的第二相位期间补偿第一放大器的第一偏移误差。
在一个实施例中，第二放大器的增益被用于在第一相位期间补偿第一偏移误差。
在一个实施例中，第二放大器的输出是差分输出，且该电路进一步包括共模反馈电路，该共模反馈电路耦合至差分输出且被配置成将该差分输出的共模部分维持在不同于电池电压的固定值。
在一个实施例中，该电路进一步包括被配置成接收副本电流的电阻器，其中感测跨该电阻器的电压以监视跨电池的电压。
在一个实施例中，一种方法包括：在第一相位期间，由第二放大器将第一放大器的第一偏移误差存储在耦合至第一放大器的差分输入端的第一存储元件集上以用于在第二相位期间补偿第一放大器的第一偏移误差；在第二相位期间，由第二放大器将第二放大器的第二偏移误差存储在耦合至第二放大器的差分输入端的第二存储元件集上以用于在后续的第一相位期间补偿第二放大器的第二偏移误差；在第二相位期间，由第一放大器控制控制器件以控制由副本器件生成的副本电流，该副本电流是流经电池的电流的副本，其中使用在第一相位期间存储的第一偏移误差来补偿第一偏移误差；以及在后续的第一相位期间，由第一放大器控制控制器件以控制副本电流，其中第二放大器的增益被用于补偿第一偏移误差并且使用在第二相位期间存储的第二偏移误差来补偿第二偏移误差。
以下详细描述和附图提供对本公开的本质和优点的更好理解。
附图简述
图1示出了电池监视系统或油位表系统的示例。
图2描绘了根据一个实施例的电池监视系统的示例。
图3描绘了根据一个实施例的在时钟相位Φ2期间放大器ErrAmp2的示例。
图4描绘了根据一个实施例的在时钟相位Φ1期间放大器ErrAmp1(放大器A1和A2)和ErrAmp2(放大器An1和An2)的示例。
图5描绘了根据一个实施例的在时钟相位Φ2中放大器ErrAmp1的示例。
图6和7分别示出了ErrAmp1和ErrAmp2的实现的示例。
图8示出了根据一个实施例的使用放大器ErrAmp2的单个输出的电池监视系统的示例。
图9描绘了根据一个实施例的用于补偿偏移误差的方法的简化流程图。
图10示出了根据一个实施例的用于补偿温度变化的电阻器R1的示例实现。
图11描绘了根据一个实施例的使用电阻器rsp1的温度校正的示例。
详细描述
本公开涉及电池监视系统。在下面的描述中，出于说明目的阐述了众多示例和具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，本领域技术人员将显而易见的是，在权利要求书中表达的本公开可单独地或与下文描述的其他特征相组合地包括这些示例中的一些或全部特征，并且还可包括在本文描述的特征和概念的修改和等效方案。
图2描绘了根据一个实施例的电池监视系统200的示例。电池监视系统200可监视电池(BATT)202的通过晶体管BATFET从节点VSYS流至节点VBATT的电池电流(例如，放电和充电电流)。在图2中，仅示出了充电电流，但本领域技术人员将认识到如何实现电池监视系统以监视放电电流。
电池监视系统200可使用内部(例如，片上)电流感测电阻器R1来监视电池电流。尽管讨论了内部电阻器，但可使用外部(例如，片外)电阻器。系统200使用副本电阻器“副本1”来生成电池电流IB的副本电流，该副本电流通过节点VBATT流经电池晶体管BATFET和电池202。在一个实施例中，晶体管BATFET和“副本1”可以是其栅极和源极耦合在一起的N沟道MOSFET器件。如图所示，副本电流I充电流经晶体管“副本1”且可以是电池电流IB的缩减版本。
放大器ErrAmp1和ErrAmp2形成控制跨副本器件(诸如控制晶体管Mc)的电压的反馈环路，取决于用于电池202的线性充电器的操作模式，该反馈环路在不同操作区域(饱和或线性)中操作。在一个实施例中，放大器ErrAmp1控制控制晶体管Mc的栅极电压以控制通过感测电阻器R1的副本电流I充电。对控制晶体管Mc的控制可调节副本电流I充电以与电池电流IB成比例。如以上所讨论的，ADC(未示出)可测量跨感测电阻器R1的电压，其中ADC的输出被电池管理系统或油位表测量系统算法使用。
如以上在背景技术中所讨论的，放大器的偏移误差可影响电池监视系统200的性能。例如，副本电流I充电可以较小且跨感测电阻器R1的电压可以低至数百微伏。因此，放大器ErrAmp1和ErrAmp2的偏移误差可能影响所测量的电压。特定实施例补偿放大器偏移误差且还采用用于减少电阻器R1上的温度变化的影响的技术。
在一个实施例中，放大器ErrAmp1可包括第一差分输入端和第二差分输入端以及耦合至晶体管Mc的输出端。放大器ErrAmp2可包括第一差分输入端、第二差分输入端和差分输出端。因此，放大器ErrAmp1和放大器ErrAmp2具有两个增益级，如将在以下更详细描述的。尽管放大器ErrAmp2被描述为具有差分输出，但放大器ErrAmp2可具有单个输出。如将在以下更详细讨论的，差分输出允许系统200在与VBATT或系统的干线电压不同的电压下执行补偿。
放大器ErrAmp2可以是被用于补偿主放大器ErrAmp1中的偏移误差的趋零(nulling)放大器。进一步，放大器ErrAmp2还补偿其自身的偏移误差。如将在以下更详细讨论的，该技术可被用于连续跟踪偏移误差的变化并且有效地补偿该偏移误差的变化。因此，放大器ErrAmp2和ErrAmp1可跟踪因操作条件而导致的偏移误差中的任何移位并补偿该误差(例如，使误差为零或调零)。因此，该补偿可比一次性补偿更好。
电池监视系统200可使用多个时钟相位(诸如时钟相位Φ1和时钟相位Φ2)来补偿放大器ErrAmp1和放大器ErrAmp2的偏移误差。在时钟相位Φ1中，放大器ErrAmp2将放大器ErrAmp1的偏移误差存储在电容器C1上。该值将被用于在后续的时钟相位Φ2中补偿放大器ErrAmp1的偏移误差。同样，在时钟相位Φ2中，系统200将放大器ErrAmp2的偏移误差存储在电容器C2上。这在后续的时钟相位Φ1中补偿放大器ErrAmp2的偏移误差，因为所存储的偏移误差确保放大器ErrAmp2的偏移误差不会影响在电容器C1上存储放大器ErrAmp1的偏移误差。如图2中所示，开关S1和S2可基于时钟相位来断开或闭合。例如，开关S1在时钟相位Φ1期间闭合并在时钟相位Φ2期间断开，且开关S2在时钟相位Φ2期间闭合并在时钟相位Φ1期间断开。取决于时钟相位，开关S1和S2的使用将放大器ErrAmp1和ErrAmp2的输入和输出不同地耦合。现在将更详细地描述这些配置。
图3描绘了根据一个实施例的在时钟相位Φ2期间放大器ErrAmp2的示例。在时钟相位Φ2中，开关S2闭合且开关S1断开，这将放大器ErrAmp2的输入和输出与放大器ErrAmp1的输入和输出隔离。在该情形中，放大器ErrAmp2可以处于开环增益配置中。如以上所讨论的，在该时钟相位期间，放大器ErrAmp2将放大器ErrAmp2的偏移误差存储在电容器C2上。
放大器ErrAmp2包括分别接收第一差分输入和第二差分输入的第一放大器An1和第二放大器An2。放大器An1的差分输入的两个输入都耦合至电池102。放大器An1的偏移误差被示为差分输入之一的输入处的偏移误差电压Von1。
为了存储放大器ErrAmp2的偏移误差，使用从放大器ErrAmp2的输出至放大器An2的差分输入的反馈路径。在该反馈路径中，放大器ErrAmp2的输出(例如，差分输出VonullN和VonullP)耦合至电容器C2，电容器C2可在时钟相位Φ2期间存储偏移误差。电容器C2上存储的偏移误差包括放大器An2的差分输入的一个输入上的推断偏移误差电压Von2、以及偏移误差电压Von1。
在操作中，放大器An1的差分输出vn1和放大器An2的差分输出vn2被加在一起以生成差分输出VonullN和VonullP。如将在以下详细讨论的，共模反馈电路CMFB可基于Vref来将差分输出计算移位至共模电压。该差分输出可以是vn1+vn2的组合，这反映了偏移误差Von1和Von2。在时钟相位Φ2期间，输出VonullN和VonullP随后被存储在电容器C2上。
以下表示共模和差分的两条控制路径的计算。
ΔVonull＝VonullP-VonullN＝(vn1+vn2) (3)
vn2＝Ａn2×(von2-ΔVonull) (4)
vn1＝An1×(VBATT-VBATT+von1) (5)
共模放大器Acm的电压基于放大器Acm的增益和电压Vref。电压Vref可不同于电池或干线电压，诸如Vdd/2。
式1示出了用于输出VonullP的计算而式2示出了用于输出VonullN的计算。在该情形中，输出VonullP是共模输出电压Vocm加上vn1和vn2的差分输出的一半。输出VonullN等于共模电压Vocm减去vn1和vn2的差分输出的一半。式3示出了输出VonullN与VonullP之间的差分的计算，而式4和5示出了vn2和vn1的放大器输出的计算。如所示出的，式3示出了差分输出ΔVonull等于放大器输出vn1和vn2，因为共模电压Vocm消去。输出vn2等于放大器An2的增益和放大器An2的偏移误差减去差分输出。输出vn1等于放大器An1的增益和放大器An1的偏移误差。
在式6中，差分输出电压ΔVonull可基于式3、4和5来确定。式6示出了放大器ErrAmp2的差分输出基于放大器An1和An2的偏移误差Von1和Von2以及误差放大器An1和An2的增益。这些值在时钟相位Φ2期间被存储在电容器C2上。如将在下一附图中所讨论的，存储在电容器C2上的值被用于在下一时钟相位Φ1期间消去偏移误差Von1和Von2。
图4描绘了根据一个实施例的在时钟相位Φ1期间放大器ErrAmp1(放大器A1和A2)和ErrAmp2(放大器An1和An2)的示例。在时钟相位Φ1期间，开关S1闭合且开关S2断开。这将ErrAmp2的差分输出耦合至ErrAmp1的差分输入。这经由放大器ErrAmp2将放大器ErrAmp1的偏移误差存储在电容器C1上。进一步，放大器ErrAmp2的偏移误差经由先前在时钟相位Φ2中存储在电容器C2上的值来消去，从而放大器ErrAmp2的偏移误差不影响在电容器C1上存储这些值。现在将在以下更详细地讨论偏移补偿。
在放大器ErrAmp1中，放大器A1的输入端耦合至放大器ErrAmp1的输出端Vout和电池102的电压。放大器A1的偏移误差被示为放大器A1的输入之一上的偏移误差电压Vo1。放大器A2的差分输入端耦合至放大器ErrAmp2的差分输出端。同样，放大器A2的偏移误差被示为放大器A2的输入之一上的偏移误差电压Vo2。
在该时钟相位中，放大器ErrAmp2将输出VonullN和VonullP存储在电容器C1上。式7示出了跨电容器C1的差分电压：
如式7中所示，放大器ErrAmp2的差分输出电压等于放大器An1的增益乘以电池电压VBATT与放大器ErrAmp1的输出电压之差。在该情形中，放大器An1和An2的偏移误差Von1和Von2已经经由电容器C2上存储的值被消去。即，放大器An2消去偏移误差Von2并输出偏移误差Von1(例如，Von1乘以An2的增益)。该输出的偏移误差Von1消去来自放大器An1的偏移误差。
现在转向放大器ErrAmp1，放大器ErrAmp1的输出Vout基本上等于电池电压VBAT。式8如下示出了放大器ErrAmp1的输出：
因为所有开环增益值较大(至少在1000数量级)，式8可被近似为：
在以上中，有效地消去了偏移误差Vo1和Vo2，因为放大器An1的增益较大，这使得与电池电压VBATT的值相比，Vo1和Vo2的值最小化。因此，放大器An1的增益已经被用于补偿放大器An1和An2的偏移误差。
在时钟相位Φ2的以上讨论中，讨论了放大器ErrAmp2。在该时钟相位中，放大器ErrAmp1还在开环增益配置中操作，其中存储在电容器C1上的值被用于补偿放大器A1和A2的偏移误差。图5描绘了根据一个实施例的在时钟相位Φ2中放大器ErrAmp1的示例。放大器A1的输入端耦合至放大器ErrAmp1的输出端Vout以及耦合至电池电压VBATT。偏移误差电压Vo1也显示在放大器A1的输入端处。同样，放大器A2的输入端耦合至电容器C1。偏移误差电压Vo2也显示在放大器A2的输入端处。
如以下式10中所示，电容器C1保持差分电压ΔVonull1，其基于放大器A1和A2的增益以及放大器A1和A2的偏移误差Vo1和Vo2。在式7中，放大器ErrAmp2的差分输出电压等于放大器An1的增益乘以VBATT与Vout之差。在该情形中，存储在电容器C1上的值是放大器A1和A2的增益与偏移误差Vo1和Vo2的函数。式10概述了这些值：
以下示出了基于存储在电容器C1中的值来消去放大器A1和A2的偏移误差。即，存储在存储器C1上的偏移误差在该时钟相位期间补偿放大器Vo1和Vo2的偏移误差。式11表示确定ErrAmp1的输出电压Vout，其示出了如下消去偏移误差Vo1和Vo2：
如式11中所见，偏移误差Vo1和Vo2被消去且放大器ErrAmp1的输出电压Vout近似等于电池电压VBATT，Vout≈VBATT。在该情形中，如式10中所见，存储在电容器C1上的值包括偏移误差Vo1和Vo2。存储在电容器C1上的偏移误差Vo2消去放大器A2的偏移误差Vo2。随后，放大器A2输出由放大器A2的增益A2放大的偏移误差Vo1。同样，放大器A1输出由放大器A1的增益A1放大的偏移误差Vo1。放大器A1和A2的输出是相反极性且因此在组合时消去偏移误差Vo1。因此，偏移误差Vo1和Vo2在时钟相位Φ2中被消去且输出电压Vout基本上等于电池电压VBATT。
可领会放大器ErrAmp1和ErrAmp2的不同实现。图6和7分别示出了ErrAmp1和ErrAmp2的实现的示例。然而，将理解，可领会其他实现。
在图6中，差分放大器A1和A2被示为差分晶体管对MA1和差分晶体管对MA2。放大器A1和A2耦合至共享输出级602。共享输出级602提供将差分放大器A1和A2的电流输出转换为电压输出的电阻器增益。可领会共享输出级602的不同变化。
在图7中，差分放大器An1和An2被分别示为差分晶体管对MAN2和差分晶体管对MAN1。放大器An1和An2的输出端耦合至共享输出级702。共享输出级702也将放大器An1和An2的电流输出转换为电压，但共享输出级702的输出是差分输出Out-和Out+。同样，共模反馈电路704耦合至差分输出并基于电压Vref来将该差分输出的平均值维持在固定水平，电压Vref可以是与干线电压不同的电压，诸如1/2(Vdd)。使用共模反馈电路704，差分电压测量移离干线电压或电池电压VBATT。例如，如果差分电压测量靠近干线，则准确地测量差分电压可能是困难的。因此，将共模差分输出电压设为一值(诸如1/2干线电压)使得以平均值来计算偏移更为准确。即，输出Out-和Out+两者均被设为共模电压。随后，可基于不同于干线电压的共模值来计算输出Out+和Out-的差分。共模电压丢弃(drop out)而同时差分电压在输出Out+和Out-上输出。使用约一半电池电压VBATT的共模电压可简化输出级702。
尽管以上讨论了放大器ErrAmp2的差分输出，但可使用单个输出。在该情形中，不在共模水平上执行放大器ErrAmp2的输出处的差分输出电压。这可降低准确性，但仍如上所述地执行偏移误差补偿。图8示出了根据一个实施例的使用放大器ErrAmp2的单个输出的电池监视系统800的示例。如图所示，放大器ErrAmp2的单个输出端耦合至放大器ErrAmp1。同样，在反馈配置中，放大器ErrAmp2的单个输出端耦合至放大器ErrAmp2的输入端。放大器ErrAmp2的另一输入端和放大器ErrAmp1的另一输入端耦合至电压Vref，电压Vref可以是不同于干线电压的电压。
在时钟相位Φ2中，跨电容器C2存储的电压包括偏移误差Von1和Von2。在时钟相位Φ1中，这些存储着的偏移误差补偿放大器ErrAmp1的偏移误差。同样，在时钟相位Φ1中，由于放大器ErrAmp2的放大器An2(未示出)的增益基本上消去了放大器ErrAmp1的偏移误差而导致Vout≈VBATT。进一步，在时钟相位Φ2中，存储在电容器C1上的偏移误差消去了放大器ErrAmp1的误差。
图9描绘了根据一个实施例的用于补偿偏移误差的方法的简化流程图900。在902，在第一相位期间，放大器ErrAmp2将放大器ErrAmp1的第一偏移误差存储在电容器C1上以供用于在第二相位期间补偿放大器ErrAmp1的偏移误差。在904，在第二相位期间，放大器ErrAmp2将放大器ErrAmp2的偏移误差存储在电容器C2上以供用于在后续第一相位期间补偿放大器ErrAmp2的偏移误差。在906，在第二相位期间，放大器ErrAmp1控制控制晶体管MC以控制由副本器件生成的副本电流。在该相位期间，使用在第一相位期间存储的第一偏移误差来补偿第一偏移误差。在908，在后续的第一相位期间，放大器ErrAmp1控制控制晶体管MC以控制副本电流，其中第二放大器的增益被用于补偿放大器ErrAmp1的偏移误差并且使用在第二相位期间存储在电容器C2上的放大器ErrAmp2的偏移误差来补偿放大器ErrAmp2的偏移误差。
温度变化偏移
如以上所讨论的，感测电阻器R1可位于芯片上且因此对于该芯片的温度变化可以是敏感的。图10示出了根据一个实施例的用于补偿温度变化的电阻器R1的示例实现。该温度变化可在电流电压转换期间使用两种类型的电阻器来补偿。第一类型的电阻器R是多晶硅电阻器，其P+掺杂具有负温度系数。第二类型的电阻器rsp是硅化物并具有正温度系数。相反的温度系数可被用于补偿温度变化。
如图所示，电阻器rsp(例如，rsp1、rsp2、rsp3、…、rspN)的大小可经由抽头1002来调整。不同的抽头设置可被用于通过断开或闭合不同抽头以将不同电阻器rsp耦合至副本电流来调整温度变化。电阻器rsp的大小可随后补偿温度变化。例如，电阻器rsp的大小将确定电阻相对于温度的最终斜率。
图11描绘了根据一个实施例的使用电阻器rsp1的温度校正的示例。图10中的电阻器RSP表示基于抽头设置耦合至副本电流的电阻器rsp1-rspN的组合。在该情形中，Vout可被如下确定：
Vout≈I/2(R+1/2rsp)。
如所示的，跨感测电阻器R1的输出电压Vout等于由电阻器rsp的电阻补偿的电阻R。尽管讨论了内部电阻器作为正使用的电阻器，但特定实施例也可使用片外的外部电阻器并且因此不需要温度补偿。
以上描述解说了本公开的各实施例连同特定实施例的各方面可被如何实现的示例。以上示例不应被认为是仅有的实施例，并且被呈现来解说所附权利要求所定义的特定实施例的灵活性和优点。基于以上公开和所附权利要求书，其他安排、实施例、实现、以及等效方案可被采用而不背离权利要求书所定义的本公开的范围。

Claims (20)

1.一种用于补偿放大器的电路，包括：
包括第一差分输入端、第二差分输入端和输出端的第一放大器，所述第一差分输入端耦合至副本器件和电池电压且所述输出端耦合至控制器件，所述副本器件被配置成生成流经所述电池的电流的副本电流，其中所述第一放大器控制所述控制器件以控制所述副本电流；以及
包括第三差分输入端、第四差分输入端和输出端的第二放大器，其中所述第二放大器被配置成基于在第一相位期间选择性地将所述第三差分输入端耦合至所述第一放大器的所述输出端、在所述第一相位期间选择性地将所述第二放大器的所述输出端耦合至所述第二差分输入端、以及在第二相位期间选择性地将所述第二放大器的所述输出端耦合至所述第四差分输入端来补偿所述第一放大器的第一偏移误差和所述第二放大器的第二偏移误差。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，在所述第二相位期间，所述第二放大器将所述第二放大器的所述第二偏移存储在耦合至所述第二放大器的所述第四差分输入端的第一存储元件集上以用于在所述第一相位期间补偿所述第二放大器的所述第二偏移误差。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，在所述第一相位期间，所述第二放大器将所述第一放大器的所述第一偏移误差存储在耦合至所述第一放大器的所述第二差分输入端的第二存储元件集上以用于在后续的第二相位期间补偿所述第一放大器的所述第一偏移误差。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第二放大器的增益被用于在所述第一相位期间补偿所述第一偏移误差。
5.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第二放大器包括包含第三差分输入端的第三放大器和包含第四差分输入端的第四放大器，并且其中在所述第二相位期间：
所述第三差分输入端的第一输入端和第二输入端耦合至所述电池电压，其中所述第三放大器包括所述第二偏移误差的第三放大器偏移误差，以及
所述第四差分输入端的第一输入端耦合至所述第二放大器的所述输出端，其中所述第四放大器包括所述第二偏移误差的第四放大器偏移误差。
6.如权利要求5所述的电路，其特征在于：
第一存储元件集在所述第二相位期间耦合至所述第四差分输入端和所述第二放大器的所述输出端，以及
所述第一存储元件集被配置成在所述第二相位期间存储所述第三放大器偏移误差和所述第四放大器偏移误差。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于：
在所述第二相位期间存储的所述第三放大器偏移误差和所述第四放大器偏移误差被用于在后续的第一相位期间补偿所述第三放大器偏移误差和所述第四放大器偏移误差。
8.如权利要求5所述的电路，其特征在于：
所述第四差分输入端的所述第一输入端耦合至所述第二放大器的第一差分输出端，以及
所述第四差分输入端的第二输入端耦合至所述第二放大器的第二差分输出端。
9.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第一放大器包括包含第一差分输入端的第五放大器和包含第二差分输入端的第六放大器，并且其中在所述第一相位期间：
所述第一差分输入端的第一输入端耦合至所述第一放大器的所述输出端且所述第一差分输入端的第二输入端耦合至所述电池电压，所述第五放大器包括所述第一偏移误差的第五放大器偏移误差，以及
所述第二差分输入端的第一输入端耦合至所述第二放大器的所述输出端，所述第六放大器包括所述第一偏移误差的第六放大器偏移误差。
10.如权利要求9所述的电路，其特征在于：
所述第二放大器的增益被用于在所述第一相位期间补偿所述第五放大器偏移误差和所述第六放大器偏移误差。
11.如权利要求10所述的电路，其特征在于：
所述第二存储元件集在所述第一相位期间耦合至所述第二差分输入端和所述第二放大器的所述输出端，以及
所述第二存储元件集被配置成在所述第一相位期间存储所述第五放大器偏移误差和所述第六放大器偏移误差。
12.如权利要求11所述的电路，其特征在于：
在所述第二相位期间存储的所述第五放大器偏移误差和所述第六放大器偏移误差被用于在后续的第二相位期间补偿所述第五放大器偏移误差和所述第六放大器偏移误差。
13.如权利要求9所述的电路，其特征在于：
所述第二差分输入端的所述第一输入端耦合至所述第二放大器的第一差分输出端，以及
所述第二差分输入端的第二输入端耦合至所述第二放大器的第二差分输出端。
14.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二放大器的所述输出端是差分输出端，所述电路进一步包括：
共模反馈电路，其耦合至所述差分输出端并被配置成将差分输出的共模部分维持在不同于所述电池电压的固定值。
15.如权利要求1所述的电路，其特征在于，进一步包括：
被配置成接收所述副本电流的电阻器，其中感测跨所述电阻器的电压以监视跨所述电池的电压。
16.如权利要求15所述的电路，其特征在于，所述电阻器被配置成补偿温度变化。
17.如权利要求16所述的电路，其特征在于：
所述电阻器包括第一电阻器集和第二电阻器集，
所述第一电阻器集具有第一温度系数且所述第二电阻器集具有与所述第一温度系数相反的第二温度系数，
所述第一电阻器集选择性地耦合至多个抽头，以及
所述多个抽头中的抽头选择性地连接所述第一电阻器集中的电阻器以补偿温度变化。
18.一种用于补偿放大器的方法，包括：
在第一相位期间，由第二放大器将第一放大器的第一偏移误差存储在耦合至所述第一放大器的第二差分输入端的第二存储元件集上以用于在第二相位期间补偿所述第一放大器的所述第一偏移误差；
在所述第二相位期间，由所述第二放大器将所述第二放大器的第二偏移误差存储在耦合至所述第二放大器的差分输入端的第一存储元件集上以用于在后续的第一相位期间补偿所述第二放大器的所述第二偏移误差；在所述第二相位期间，由所述第一放大器控制控制器件以控制由耦合至所述第一放大器的第一差分输入端的副本器件生成的副本电流，所述副本电流是流经耦合至所述第一放大器的所述第一差分输入端的电池的电流的副本，其中使用在所述第一相位期间存储的所述第一偏移误差来补偿所述第一偏移误差；以及
在所述后续的第一相位期间，由所述第一放大器控制所述控制器件以控制所述副本电流，其中所述第二放大器的增益被用于补偿所述第一偏移误差并使用在所述第二相位期间存储的所述第二偏移误差来补偿所述第二偏移误差。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述第二放大器的差分输出的共模部分维持在不同于所述电池的电压的固定值。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括将配置成接收所述副本电流的电阻器耦合至所述控制器件，其中感测跨所述电阻器的电压以监视跨所述电池的电压且所述电阻器被配置成补偿温度变化。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019092887A1 (ja) * 2017-11-13 2019-05-16 三菱電機株式会社 Ａｂ級アンプおよびオペアンプ
US11422168B2 (en) 2020-09-16 2022-08-23 Nxp Usa, Inc. On-chip, low-voltage, current sensing circuit
EP4260457A1 (en) * 2021-02-04 2023-10-18 Semiconductor Components Industries, LLC Precision operational amplifier with a floating input stage
EP4170906B1 (en) 2021-10-20 2024-06-19 STMicroelectronics S.r.l. Current sensing in switched electronic devices

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5498984A (en) * 1994-09-30 1996-03-12 Maxim Integrated Products High side, current sense amplifier using a symmetric amplifier
EP0622892B1 (en) * 1993-04-29 1996-11-27 STMicroelectronics, Inc. Method and apparatus for kelvin current sensing in a multi-phase driver for a polyphase dc motor
US5945853A (en) * 1997-04-24 1999-08-31 Sanyo Electric Co., Ltd. Current sensing circuit with automatic offset compensation
CN1697979A (zh) * 2003-04-29 2005-11-16 泰拉丁公司 具有改进精度的测量电路
CN102187575A (zh) * 2008-10-15 2011-09-14 Nxp股份有限公司 低压自校准cmos峰值检测器

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8503394A (nl) * 1985-12-10 1987-07-01 Philips Nv Stroomaftastschakeling voor een vermogenshalfgeleiderinrichting, in het bijzonder geintegreerde intelligente vermogenshalfgeleiderschakelaar voor met name automobieltoepassingen.
JP3102020B2 (ja) * 1990-08-15 2000-10-23 日本電気株式会社 演算増幅回路
DE19706946C2 (de) * 1997-02-21 2000-06-21 Daimler Chrysler Ag Battierüberwachungseinheit
JP2000004129A (ja) * 1998-06-17 2000-01-07 Toshiba Ave Co Ltd Ｃｍｏｓアナログ回路
US6621259B2 (en) 2001-05-30 2003-09-16 Texas Instruments Incorporated Current sense amplifier and method
US7382183B2 (en) * 2006-07-18 2008-06-03 Microchip Technology Incorporated Minimizing switching noise and its effects in auto-zeroed amplifiers
JP2009081749A (ja) * 2007-09-27 2009-04-16 Hitachi Ltd 低オフセット入力回路
US7869769B2 (en) * 2007-11-28 2011-01-11 Motorola, Inc. Method and apparatus for reconfigurable frequency generation
US8476890B2 (en) 2008-02-05 2013-07-02 Qualcomm Incorporated Circuits and methods for controlling a switching regulator based on a derived input current
JP4976323B2 (ja) * 2008-03-06 2012-07-18 株式会社リコー 充電制御回路
DE102008032556B3 (de) * 2008-07-10 2009-09-10 Infineon Technologies Austria Ag Leistungsschalter mit einer Überstromschutzvorrichtung
US8901891B2 (en) * 2009-02-25 2014-12-02 Panasonic Corporation Voltage polarity determination circuit and charge amount measurement circuit
TWI388113B (zh) 2010-02-04 2013-03-01 Richtek Technology Corp 減輕相電流之拍頻振盪的多相交錯式電壓調節器
JP5456940B2 (ja) * 2010-05-21 2014-04-02 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド 電力スイッチング装置および電流センス確度を向上させるための方法
JP5825260B2 (ja) * 2010-09-15 2015-12-02 ミツミ電機株式会社 差動回路
US20130009655A1 (en) * 2011-03-01 2013-01-10 Sendyne Corporation Current sensor
US8698556B2 (en) 2011-03-30 2014-04-15 Microchip Technology Incorporated Low switching error, small capacitors, auto-zero offset buffer amplifier
KR101896412B1 (ko) 2011-08-01 2018-09-07 페어차일드코리아반도체 주식회사 폴리 실리콘 저항, 이를 포함하는 기준 전압 회로, 및 폴리 실리콘 저항 제조 방법
US8653829B2 (en) * 2011-11-30 2014-02-18 Standard Microsystems Corporation Method and system for high gain auto-zeroing arrangement for electronic circuits
JP5926081B2 (ja) * 2012-03-22 2016-05-25 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 センサ装置
JP6180752B2 (ja) * 2012-04-27 2017-08-16 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 センサ装置
US9213351B2 (en) * 2013-11-22 2015-12-15 Analog Devices, Inc. Bi-directional current sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0622892B1 (en) * 1993-04-29 1996-11-27 STMicroelectronics, Inc. Method and apparatus for kelvin current sensing in a multi-phase driver for a polyphase dc motor
US5498984A (en) * 1994-09-30 1996-03-12 Maxim Integrated Products High side, current sense amplifier using a symmetric amplifier
US5945853A (en) * 1997-04-24 1999-08-31 Sanyo Electric Co., Ltd. Current sensing circuit with automatic offset compensation
CN1697979A (zh) * 2003-04-29 2005-11-16 泰拉丁公司 具有改进精度的测量电路
CN102187575A (zh) * 2008-10-15 2011-09-14 Nxp股份有限公司 低压自校准cmos峰值检测器

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Publication number Publication date
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