CN108957102B - 一种无运放的电流检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无运放电流检测电路，电路结构包括：电压偏置模块A，检测电流模块B和放大模块C；电压偏置模块中M1、M3和M5采用二极管连接方式与M2、M4和M6构成共源共栅电流镜结构，M7和M8采用二极管连接方式，M9、M10、M11和M12构成简单电流镜结构；检测电流模块中M13、M14和采样电阻R1构成源极跟随器，M15、M17作为MOS负载与M16、M18构成共源极放大器，M19、M20作为MOS负载与M21、电阻R2构成源极跟随器；放大模块中M22、M23与M19、M20构成共源共栅电流镜结构，电阻R3作为放大电阻。本发明采用单级放大器、电流镜和放大电阻对信号进行额定倍数的放大，极点少，调节MOS管的参数，使极点远离原点，提高电路的工作频率；电路中大部分MOS管工作于亚阈值区，降低功耗。

Description

一种无运放的电流检测电路
技术领域
本发明涉及模拟集成电路设计领域，具体涉及一种无运放的电流检测电路。
背景技术
随着信息技术与半导体技术的发展，集成电路(IntegratedCircuit，IC)广泛应用于各类电子设备中，以实现小体积、高速与低功耗。电流检测电路作为模拟IC的重要模块，已广泛应用于电流保护/监测设备、可编程电流源、线性/开关电源、以及各类充电器和电池电量计量器中。
目前，电流检测电路核心模块主要由高精度采样电阻和高增益运算放大器组成。其中，高增益运算放大器不仅导致电路的功耗较大，并且其增益随着电路工作频率升高而下降，当工作频率大于1MHz时，增益很难达到要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对目前的技术问题，提供一种无运放的电流检测电路。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种无运放的电流检测电路，其电路结构包括：电压偏置模块(A)，检测电流模块(B)和放大模块(C)；电压偏置模块包括MOS管M1～M12，其中M1、M3和M5采用二极管连接方式与M2、M4和M6构成共源共栅电流镜结构，M7和M8采用二极管连接方式，M9、M10、M11和M12构成简单电流镜结构；检测电流模块包括M13～M21、采样电阻R1和电阻R2，其中M13、M14和采样电阻R1构成源极跟随器，M15、M17作为MOS负载与M16、M18构成共源极放大器，M19、M20作为MOS负载与M21、电阻R2构成源极跟随器；放大模块包括M22、M23和电阻R3，其中M22、M23与M19、M20构成共源共栅电流镜结构，电阻R3作为放大电阻。
优选地，所述该电路不采用运算放大器，而采用单级放大器、共源共栅电流镜和放大电阻对检测电流信号进行额定倍数的放大。
优选地，所述该电路极点少，通过调节M15～M18的参数，使极点最大程度远离原点，工作频率最高可达100MHz。
优选地，所述该电路MOS管M1～M10工作在亚阈值区，电路功耗低于300μW。
优选地，所述该电路中检测电流Iin与采样电压V1之间的关系为V1＝R1×(Iin+I3)，为了保证输入电流值转换为电压值的精度大于99％，即保证V1和Iin之间的线性度，需满足Iin≥99I3。
优选地，所述电流I3在电路中取值范围设为100～200nA之间，由Iin≥99I3可得输入电流Iin范围(即电流检测范围)大于20μA。
本发明中的无运放电流检测电路不采用运算放大器，而采用单级放大器、共源共栅电流镜和放大电阻对检测电流信号进行额定倍数的放大，极点少；通过调节MOS的参数，使极点最大程度远离原点，电路中大部分MOS管工作于亚阈值区，从而提高电路的工作频率，并降低功耗。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例的整体电路图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例的无运放电流检测电路，其电路结构包括电压偏置模块(A)，检测电流模块(B)和放大模块(C)。
所述电压偏置模块包括MOS管M1～M12，其中M1、M3和M5采用二极管连接方式与M2、M4和M6构成共源共栅电流镜结构，通过调节MOS管的宽长比，使其工作在亚阈值区，电流I1大小在100～200nA之间，且I2＝I1；M7和M8采用二极管连接方式，M9、M10、M11和M12构成简单电流镜结构，其作用是作为负载并镜像电流I1的大小，使I3和I4的取值范围在100～200nA之间。
所述检测电流模块包括M13～M21、采样电阻R1和电阻R2，其中检测电流Iin与采样电压V1之间关系为V1＝R1×(Iin+I3)，为了保证输入电流值转换为电压值的精度大于99％，即保证V1和Iin之间的线性度，需满足Iin≥99I3；而电流I3在电路中取值范围设为100～200nA之间，由Iin≥99I3可得输入电流Iin范围(即电流检测范围)大于20μA；另外，M13、M14和采样电阻R1构成源极跟随器，M15、M17作为MOS负载与M16、M18构成共源极放大器，M19、M20作为MOS负载与M21、电阻R2构成源极跟随器，使得采样电压V1与V2相等，其原理为：当V1上升时，M13的栅源电压下降，其等效电阻增加，从而V3上升；V3经过2个共源极放大器得到V4，而V4上升使M21的栅源电压增加，其等效电阻减小，从而使V2上升；同理，当电压V1下降时，V2也下降；通过调节M13和M21的宽长比，使V1和V2的变化量相等，从而保证V2＝V1。根据V1＝R1×(Iin+I3)，V2＝R2×(I4+I5)，V1＝V2可以得到，(I4+I5)/R1＝(Iin+I3)/R2；其中I3和I4的取值范围在100～200nA之间，且Iin远大于I3，使I5远大于I4，可得I3≈I5×(R1/R2)，即可确定电阻R2的值。
所述放大模块包括M22、M23和电阻R3，其中M22、M23与M19、M20构成共源共栅电流镜结构，使得I6＝I5；电阻R3作为放大电阻，因而V4＝I6×R3＝I5×R3；通过调节I6的大小，使I5远大于I4，根据V2＝R2×(I4+I5)，V1＝V2，可得V4＝(R3/R2)×V1；通过调节电阻R2和R3的比值，即可确定电压V4对V1放大倍数。
本实施例中，所述该电路不采用运算放大器，而采用单级放大器、共源共栅电流镜和放大电阻对检测电流信号进行额定倍数的放大。
本实施例中，所述该电路极点少，通过调节M15～M18的参数，使极点最大程度远离原点，工作频率最高可达100MHz。
本实施例中，所述该电路MOS管M1～M10工作在亚阈值区，电路功耗低于300μW。
本实施例中，所述该电路中检测电流Iin与采样电压V1之间的关系为V1＝R1×(Iin+I3)，为了保证输入电流值转换为电压值的精度大于99％，即保证V1和Iin之间的线性度，需满足Iin≥99I3。
本实施例中，所述电流I3在电路中取值范围设为100～200nA之间，由Iin≥99I3可得输入电流Iin范围(即电流检测范围)大于20μA。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种无运放的电流检测电路，其特征在于：电路结构包括电压偏置模块，检测电流模块和放大模块，所述电压偏置模块包括NMOS管M1～M6，PMOS管M7～M12；其中，NMOS管M1～M6构成共源共栅电流镜结构：NMOS管M1、M2的源极相连接，NMOS管M1的漏极与栅极相连构成二极管连接方式，NMOS管M1、M2的栅极相连接，NMOS管M3、M4的源极分别与NMOS管M1、M2的漏极相连，NMOS管M3为二极管连接方式，NMOS管M3的栅极连接NMOS管M4的栅极，NMOS管M5、M6的源极分别与NMOS管M3、M4的漏极相连，NMOS管M5为二极管连接方式，NMOS管M5的栅极连接NMOS管M6的栅极；PMOS管M7、M8为二极管连接方式，M7、M8的源极相连接，PMOS管M7、M8的漏极分别与NMOS管M5、M6的漏极相连；PMOS管M9～M12构成简单的电流镜结构，将偏置电流复制到检测电流模块，为电流模块提供偏置：PMOS管M9、M10的源极相连接，M9、M10的栅极与PMOS管M8的栅极连接，PMOS管M9、M10的漏极分别与PMOS管M11、M12的源极相连，且PMOS管M11为二极管连接方式，PMOS管M11、M12的栅极相连，
所述检测电流模块包括NMOS管M13、M14、M16、M18、M21，PMOS管M15、M17、M19、M20，电阻R1和R2；NMOS管M13、M14的漏极与偏置模块电路中的PMOS管M11、M12的漏极相连，NMOS管M14为二极管连接方式，NMOS管M13、M14的栅极相连接，NMOS管M13、M14的源极分别与采样电阻R1、R2的上端连接，NMOS管M13、M14和采样电阻R1构成源极跟随器；PMOS管M15、M17作为MOS负载与NMOS管M16、M18构成共源极放大器，以二极管方式连接的PMOS管M15、M17的源极相连接，M15、M17的漏极分别与NMOS管M16、M18的漏极相连接，NMOS管M16、M18的源极相连接，M16、M18的栅极分别与NMOS管M13、PMOS管M15的漏极相连；PMOS管M19、M20为二极管连接方式，PMOS管M19的源极与PMOS管M22的源极相连接，PMOS管M19的漏极连接PMOS管M20的源极，PMOS管M20的漏极连接到NMOS管M21的漏极；NMOS管M21的栅极和源极分别与NMOS管M18的漏极、NMOS管M14的源极相连，
所述放大模块包括PMOS管M22、M23，电阻R3；PMOS管M22、M23的栅极分别与PMOS管M19、M20的栅极相连接，PMOS管M22的源极与PMOS管M8、M10、M17、M19的源极相连接，PMOS管M22的漏极连接PMOS管M23的源极，PMOS管M23的漏极连接电阻R3上端，电阻R3下端与NMOS管M2、M18的源极以及电阻R1、R2的下端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种无运放的电流检测电路，其特征在于：所述电路中不采用运算放大器，而采用单级放大器、共源共栅电流镜和放大电阻对检测电流信号进行额定倍数的放大。
3.根据权利要求2所述的一种无运放的电流检测电路，其特征在于：所述电路极点少，通过调节PMOS管M15、NMOS管M16、PMOS管M17和NMOS管M18的参数，使极点最大程度远离原点，工作频率最高可达100MHz。
4.根据权利要求2所述的一种无运放的电流检测电路，其特征在于：所述电路NMOS管M1～M6和PMOS管M7～M10工作在亚阈值区，电路功耗低于300μW。
5.根据权利要求1所述的一种无运放的电流检测电路，其特征在于：所述电路中从NMOS管M13源极进行输入的检测电流Iin与NMOS管M13源极处采样电压V1之间的关系为V1＝R1×(Iin+I3)，其中，I3为PMOS管M11的漏极电流，为了保证输入电流值转换为电压值的精度大于99％，即保证V1和Iin之间的线性度，需满足Iin≥99I3。
6.根据权利要求5所述的一种无运放的电流检测电路，其特征在于：所述电流I3的取值范围设为100～200nA之间，由Iin≥99I3可得输入电流Iin范围大于20μA。
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Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11284445A (ja) * 1998-01-30 1999-10-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 光電流モニタ回路及び光受信器
GB0506597D0 (en) * 2005-03-31 2005-05-04 Seiko Epson Corp Sensing circuits
JP2006078204A (ja) * 2004-09-07 2006-03-23 Denso Corp 電流検出回路
CN101629973A (zh) * 2009-06-09 2010-01-20 中国人民解放军国防科学技术大学 适用于低电压供电的无运放高精度电流采样电路
CN101677209A (zh) * 2008-09-19 2010-03-24 原景科技股份有限公司 Dc/dc转换器及其电流感应电路
CN101976949A (zh) * 2010-10-28 2011-02-16 西安交通大学 基于差分结构的快速抗干扰电流采样电路
CN102064692A (zh) * 2009-11-13 2011-05-18 三美电机株式会社 输出电流检测电路以及发送电路
CN103575964A (zh) * 2012-07-19 2014-02-12 快捷半导体(苏州)有限公司 一种功率开关管的过流检测电路和方法
CN104020339A (zh) * 2014-06-25 2014-09-03 电子科技大学 一种可编程电流检测电路
CN104101764A (zh) * 2014-06-24 2014-10-15 暨南大学 一种应用于dc-dc转换器的新型电感电流检测电路
CN104362992A (zh) * 2014-10-16 2015-02-18 中国科学院上海技术物理研究所 Cmos低温低噪声运放电路
CN105092937A (zh) * 2015-09-02 2015-11-25 西安电子科技大学 一种全周期电流检测电路
CN106291062A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 电子科技大学 一种高精度电流检测电路
CN207424076U (zh) * 2017-10-17 2018-05-29 深圳南云微电子有限公司 电流检测电路
CN208937636U (zh) * 2018-08-28 2019-06-04 长沙理工大学 一种无运放的电流检测电路

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11284445A (ja) * 1998-01-30 1999-10-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 光電流モニタ回路及び光受信器
JP2006078204A (ja) * 2004-09-07 2006-03-23 Denso Corp 電流検出回路
GB0506597D0 (en) * 2005-03-31 2005-05-04 Seiko Epson Corp Sensing circuits
CN101677209A (zh) * 2008-09-19 2010-03-24 原景科技股份有限公司 Dc/dc转换器及其电流感应电路
CN101629973A (zh) * 2009-06-09 2010-01-20 中国人民解放军国防科学技术大学 适用于低电压供电的无运放高精度电流采样电路
CN102064692A (zh) * 2009-11-13 2011-05-18 三美电机株式会社 输出电流检测电路以及发送电路
CN101976949A (zh) * 2010-10-28 2011-02-16 西安交通大学 基于差分结构的快速抗干扰电流采样电路
CN103575964A (zh) * 2012-07-19 2014-02-12 快捷半导体(苏州)有限公司 一种功率开关管的过流检测电路和方法
CN104101764A (zh) * 2014-06-24 2014-10-15 暨南大学 一种应用于dc-dc转换器的新型电感电流检测电路
CN104020339A (zh) * 2014-06-25 2014-09-03 电子科技大学 一种可编程电流检测电路
CN104362992A (zh) * 2014-10-16 2015-02-18 中国科学院上海技术物理研究所 Cmos低温低噪声运放电路
CN105092937A (zh) * 2015-09-02 2015-11-25 西安电子科技大学 一种全周期电流检测电路
CN106291062A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 电子科技大学 一种高精度电流检测电路
CN207424076U (zh) * 2017-10-17 2018-05-29 深圳南云微电子有限公司 电流检测电路
CN208937636U (zh) * 2018-08-28 2019-06-04 长沙理工大学 一种无运放的电流检测电路

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CMOS Voltage Divider based Current Mirror;Vinai Thrivikrammaru;《2011 World Congress on Information and Communication Technologies》;第291-295页 *
多路V/I输出的高性能CMOS带隙基准源;张正旭 等;《微电子学》;第39卷(第4期);第503-507页 *
电流模开关电源控制电路中电流检测电路的设计;罗韬 等;《南开大学学报(自然科学版)》;第45卷(第3期);第19-22页 *

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