CN105988036B - 电流检测电路 - Google Patents

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Abstract

提供电流检测电路，抑制由于NBTI而引起的差动放大器的同相输入端子侧的PMOS晶体管的特性变化，电流检测电路的输出电压反转的阈值不变化。在差动放大器的同相输入端子与反相输入端子侧的PMOS晶体管的源极之间，具备限制压降的电压限制电路。

Description

电流检测电路
技术领域
本发明涉及监测电流的电流检测电路，更详细而言，涉及输出通过差动放大器测量插入于电源线的电阻的两端电压而得到的结果的电路。
背景技术
对电源线的电流进行监测是检测电源线与地线之间的短路以及与电源线连接的部件脱落等异常的重要手段。
在图3中示出了以往的电流检测电路的电路图。以往的电流检测电路具备用于将流过电源线300的电流转换为电压的电阻301、以及用于将电阻301两端的差电压放大的差动放大器320。差动放大器320由电阻306、307、PMOS晶体管308、309、电流源310、311、同相输入端子303、反相输入端子302以及输出端子304构成。
上述那样的电流检测电路具有如下述那样动作来监测电流的功能。
在箭头方向的电流流过电阻301的情况下(IS＝+电流)，由于同相输入端子303比反相输入端子302的电压高，PMOS晶体管309的栅源间电压比PMOS晶体管308的栅源间电压大，因此，输出端子304的电压上升，示出流过+电流。
在电流朝向与箭头相反方向流过电阻301的情况下(IS＝－电流)，由于反相输入端子302比同相输入端子303的电压高，PMOS晶体管309的栅源间电压比PMOS晶体管308的栅源间电压小，因此，输出端子304的电压下降，示出流过－电流。
在电阻306与307的电阻值相等、PMOS晶体管308与309的特性相同、电流源310与311的电流值相等的情况下，输出端子304的电压反转的阈值成为在电阻301中没有电流流过的条件(IS＝0mA)。
专利文献1：美国专利第5969574号说明书
但是，在该电路中，由于NBTI而导致PMOS晶体管309的特性变化，因而，具有电流检测电路的输出端子304的电压反转的阈值变化这样的问题点。以下，对其动作进行说明。
NBTI是指如下现象：如果相对于晶体管的衬底而对栅极持续施加负电压，即相对于栅极而对衬底持续施加正电压，则晶体管的阈值电压变化。由于电压差越大，阈值电压的变化越大，因此，作为防止该现象的一个手段，考虑减小电压差。
在图4中示出设同相输入端子303的电压为恒定电压、电阻301的电阻值为RS、流过电阻301的电流为IS、并使IS电流变化的情况下的动作波形。在设电阻306与307的电阻值同样为R、PMOS晶体管308与309的特性相同、电流源310与311的电流值同样为I、同相输入端子303的电压为VIN+的情况下，PMOS晶体管309的源极电压(VS3)为，
VS3＝(VIN+)－(I×R)。
此外，如果设PMOS晶体管308的栅源间电压为VSG31，则电流IS变化时的PMOS晶体管308与309的栅极电压(VG3)为，
VG3＝(VIN+)－(IS×RS)－(I×R)－(VSG31)。
根据以上内容，PMOS晶体管309的栅源间电压VSG32为，
VSG32＝(VS3)－(VG3)＝(IS×RS)+(VSG31)。
因而，VSG32的电压与IS的增加成比例地变大。因此，具有如下课题：由于NBTI而导致PMOS晶体管309的特性变化，电流检测电路反转的阈值变化。
发明内容
本发明提供解决上述课题的电流检测电路。
为了解决以往的课题，本发明的电流检测电路采用以下的结构。
一种电流检测电路，其具备设置于电源线的检测电阻、以及通过检测电阻两端的电压来检测流过所述电源线的电流的差动放大器，其中，在差动放大器中，第一电阻、第一PMOS晶体管以及第一电流源在反相输入端子与地之间串联连接，第二电阻、第二PMOS晶体管以及第二电流源在同相输入端子与地之间串联连接，第一PMOS晶体管的栅极和漏极与第二PMOS晶体管的栅极连接，第二PMOS晶体管的漏极与差动放大器的输出端子连接，在同相输入端子与第一PMOS晶体管的源极之间具备限制压降的电压限制电路。
根据本发明的电流检测电路，由于能够根据同相输入端子的电压来限制PMOS晶体管的栅极的压降，因此，具有如下效果：抑制由于NBTI而引起的差动放大器的同相输入端子侧的PMOS晶体管的特性变化，电流检测电路反转的阈值不变化。
附图说明
图1是第一实施方式的电流检测电路的电路图。
图2是第二实施方式的电流检测电路的电路图。
图3是以往的电流检测电路的电路图。
图4是表示电流检测电路的动作的波形。
标号说明
120、220：差动放大器。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式进行说明。
【第一实施方式】
图1是第一实施方式的电流检测电路的电路图。
第一实施方式的电流检测电路具备作为检测电阻的电阻101、和差动放大器120。差动放大器120具备电阻106、107、PMOS晶体管108、109、电流源110、111以及NMOS晶体管112。
电阻101将流过电源线100的电流转换为电压。差动放大器120检测电阻101中产生的电压。
电阻101的两端与差动放大器120的同相输入端子103和反相输入端子102连接。
电阻106的一个端子与反相输入端子102连接，另一个端子与PMOS晶体管108的源极连接。电阻107的一个端子与同相输入端子103连接，另一个端子与PMOS晶体管109的源极连接。PMOS晶体管108的栅极和漏极与电流源110的一个端子和晶体管109的栅极连接。PMOS晶体管109的漏极与电流源111的一个端子和输出端子104连接。NMOS晶体管112的栅极和漏极与同相输入端子103连接，源极与PMOS晶体管108的源极连接，衬底与地连接。
在图4中示出设同相输入端子103的电压为恒定电压、电阻101的电阻值为RS、流过电阻101的电流为IS、并使电流IS变化的情况下的动作波形。在设电阻106与107的电阻值同样为R、PMOS晶体管108与109的特性相同、电流源110与111的电流值同样为I、同相输入端子103的电压为VIN+的情况下，PMOS晶体管109的源极电压VS1为，
VS1＝(VIN+)－I×R。
此外，如果设PMOS晶体管108的栅源间电压为VSG11，则电流IS变化时的PMOS晶体管108和PMOS晶体管109的栅极电压VG1为，
VG1＝(VIN+)－IS×RS－I×R－VSG11。
根据以上内容，PMOS晶体管109的栅源间电压VSG12为，
VSG12＝VS1－VG1＝IS×RS+VSG11。
可知如果电流IS向+增加，则栅极电压VG1下降，栅源间电压VSG12变大。
这里，由于连接有NMOS晶体管112，因此，栅极电压VG1的压降被限制。NMOS晶体管112具有使充分的电流流过的晶体管特性，如果设阈值电压为Vth，则
VG1’＝(VIN+)－Vth－VSG11，
被该电压限制。根据以上内容，PMOS晶体管109的栅源间电压VSG12为，
VSG12’＝VS1－VG1’＝Vth+VSG11－I×R。
因而，对于栅源间电压VSG12，即使在电流IS向+增加的情况下也与电流IS不相关，防止其成为恒定值以下的电压。
因此，由于抑制了由于NBTI而引起的差动放大器的PMOS晶体管109的特性变化，所以，电流检测电路的输出电压反转的阈值不变化。另一方面，在电流IS向－增加的情况下，不对电流检测电路的动作造成影响。
图2是第二实施方式的电流检测电路的电路图。与第一实施方式的电流检测电路的不同在于具备PMOS晶体管212来替代NMOS晶体管112。PMOS晶体管212的源极与同相输入端子103连接，栅极和漏极与PMOS晶体管108的源极连接，衬底与电路内的最高的电源连接。
由于连接有PMOS晶体管212，因此，PMOS晶体管108和PMOS晶体管109的栅极电压VG1的压降被限制。PMOS晶体管212具有使充分的电流流过的晶体管特性，如果设阈值电压为|Vth|，则
VG1’＝(VIN+)－|Vth|－VSG11，
被该电压限制。根据以上内容，PMOS晶体管109的栅源间电压VSG12为，
VSG12’＝VS1－VG1’＝|Vth|+VSG11－I×R。
因而，对于PMOS晶体管109的栅源间电压VSG12，即使在电流IS向+增加的情况下也与电流IS不相关，防止其成为恒定值以下的电压。
因此，由于抑制了由于NBTI而引起的差动放大器的PMOS晶体管109的特性变化，所以，电流检测电路的输出电压反转的阈值不变化。另一方面，在电流IS向－增加的情况下，不对电路动作造成影响。
如上所述，根据本实施方式的电流检测电路，由于能够根据同相输入端子的电压来限制PMOS晶体管的栅极的压降，因此，具有如下效果：由于抑制了由于NBTI而引起的差动放大器的同相输入端子侧的PMOS晶体管的特性变化，因此，电流检测电路的输出电压反转的阈值不变化。

Claims (3)

1.一种电流检测电路，其具备设置于电源线的检测电阻、以及通过所述检测电阻两端的电压来检测流过所述电源线的电流的差动放大器，该电流检测电路的特征在于，
所述检测电阻的两端与所述差动放大器的反相输入端子和同相输入端子连接，
在所述差动放大器中，
第一电阻、第一PMOS晶体管以及第一电流源在所述反相输入端子与地之间串联连接，
第二电阻、第二PMOS晶体管以及第二电流源在所述同相输入端子与地之间串联连接，
所述第一PMOS晶体管的栅极和漏极与所述第二PMOS晶体管的栅极连接，
所述第二PMOS晶体管的漏极与所述差动放大器的输出端子连接，
在所述同相输入端子与所述第一PMOS晶体管的源极之间具备限制压降的电压限制电路。
2.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，
所述电压限制电路是栅极和漏极与所述同相输入端子连接、源极与所述第一PMOS晶体管的源极连接的NMOS晶体管。
3.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，
所述电压限制电路是源极与所述同相输入端子连接、栅极和漏极与所述第一PMOS晶体管的源极连接的第三PMOS晶体管。
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