CN111124031B - 一种限流电路的测试控制电路 - Google Patents

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Abstract

一种限流电路的测试控制电路，使得电源监控芯片的限流阈值测试能够适用于测量电流能力较为有限的ATE自动测试设备，其特征在于，包括具有功率MOS管和感应MOS管和比较器的限流电路，所述限流电路连接电流镜，所述电流镜的电流镜第一输出端连接所述功率MOS管的栅极，所述电流镜的电流镜第二输出端连接所述感应MOS管的栅极，所述功率MOS管的栅极连接测试模式控制管，当所述测试模式控制管得到测试信号时，所述测试模式控制管使所述功率MOS管关闭。

Description

一种限流电路的测试控制电路
技术领域
本发明涉及电源监控芯片技术，特别是一种限流电路的测试控制电路，通过电流镜提供栅压的不同输出端将功率MOS管的栅极和感应MOS管的栅极隔开，并通过测试模式控制管根据测试信号使功率MOS管关闭，从而使得电源监控芯片的限流阈值测试能够适用于测量电流能力较为有限的ATE自动测试设备。
背景技术
随着消费类电子产品的输入/输出电流越来越大，其所需的限流保护功能也越来越重要，同时精度也越来越高，这对现有的芯片电流测试技术提出了更高的要求。也许由于现有ATE(自动测试设备)难以满足大电流芯片的限流阈值测试，因此大电流的芯片内增加测试电路或测试模式，就成为越来越多公司更为现实的选择。现有技术中的限流电路，在限流阈值低于2A时一般不会专门设计限流电路的测试方案，而是直接测试。这种限流电路包括大尺寸功率NMOS管和感应NMOS管，两个NMOS管的栅极互连，由电荷泵提供统一的栅压，通过比较器的两个输入端进行电压比较后产生限流信号，限流信号以高有效。比较器的正向输入端通过第一电阻连接电源电压端和大尺寸功率NMOS管的漏极，比较器的负向输入端连接感应NMOS管的漏极，感应NMOS管的漏极通过第二电阻连接电源电压端，大尺寸功率NMOS管的源极和感应NMOS管的源极均连接电压输出端。比较器的正向输入端通过第一电流源接地。第一电阻和第二电阻具有比例关系，流过感应NMOS管的电流和流过大尺寸功率NMOS管的电流具有比例关系。当限流阈值超过2A时，因为直接测此限流阈值会超过大多数测试设备的电流范围或为了提高测试效率，所以一般会设计测试模式以成比例地减小第一电流源的第一基准电流值后去测同样成比例减小的限流阈值(使其小于1A)。除了直接测量输出电流以外，有的片上电流测试电路通过电容上积攒的电荷产生的电压来间接测量电流，有的集成电路封装件的输出电流测试专门针对短路电流测试，通过压降来直接测量短路电流阈值,不存在等比例缩减。本发明人发现，现有ATE(自动测试设备)测量电流能力确实存在极限，而且芯片为平缓越来越大的测试电流所加延时也会越来越长，这也在无形之中增加了芯片的测试成本。本发明人认为，如果将功率MOS管的栅极和感应MOS管的栅极隔开，在测试模式下使功率MOS管处于截止状态而感应MOS管仍然保持导通，这就能够通过独特设计测量功率MOS管漏源电压而避免直接测量超出ATE测试设备测试范围的电流，从而使得电源监控芯片的限流阈值测试能够适用于测量电流能力较为有限的ATE自动测试设备。有鉴于此，本发明人完成了本发明。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种限流电路的测试控制电路，通过电流镜提供栅压的不同输出端将功率MOS管的栅极和感应MOS管的栅极隔开，并通过测试模式控制管根据测试信号使功率MOS管关闭，从而使得电源监控芯片的限流阈值测试能够适用于测量电流能力较为有限的ATE自动测试设备。
本发明技术方案如下：
一种限流电路的测试控制电路，其特征在于，包括具有功率MOS管和感应MOS管和比较器的限流电路，所述限流电路连接电流镜，所述电流镜的电流镜第一输出端连接所述功率MOS管的栅极，所述电流镜的电流镜第二输出端连接所述感应MOS管的栅极，所述功率MOS管的栅极连接测试模式控制管，当所述测试模式控制管得到测试信号时，所述测试模式控制管使所述功率MOS管关闭。
所述功率MOS管为功率NMOS管，所述感应MOS管为感应NMOS管，所述功率NMOS管的源极和所述感应NMOS管的源极均连接电压输出端，所述功率NMOS管的漏极连接电压接入端，所述感应NMOS管的漏极一路通过第二电阻连接所述电压接入端，所述感应NMOS管的漏极另一路连接所述比较器的负向输入端，所述比较器的正向输入端一路通过第一电阻连接所述电压接入端，所述比较器的正向输入端另一路通过第一电流源连接接地端，所述比较器的输出端为限流信号端。
所述电流镜包括第三PMOS管、第四PMOS管和第五PMOS管，所述第三PMOS管的源极、第四PMOS管的源极和第五PMOS管的源极均连接电荷泵的电荷泵输出电压端，所述第三PMOS管的栅极、第四PMOS管的栅极和第五PMOS管的栅极均连接所述第三PMOS管的漏极，所述第三PMOS管的漏极通过第二电流源连接接地端，所述第四PMOS管的漏极为电流镜第一输出端，所述第五PMOS管的漏极为电流镜第二输出端。
所述测试模式控制管为第六NMOS管，所述第六NMOS管的栅极连接测试信号端，所述第六NMOS管的源极连接接地端，所述第六NMOS管的漏极连接所述功率MOS管的栅极。
当芯片进入测试模式时，所述测试信号为高电平即所述第六NMOS管的栅极为高电平，所述第六NMOS管导通，所述功率MOS管的第一栅压被所述第六NMOS管拉低变为低电平，所述功率MOS管变成截止状态，所述感应MOS管仍然处于导通状态。
本发明技术效果如下：本发明一种限流电路的测试控制电路，通过第三PMOS管、第四PMOS管和第五PMOS管组成的电流镜将大尺寸功率NMOS管和感应NMOS管的栅极隔开，并通过测试模式控制管即第六NMOS管在测试模式时关闭大尺寸功率NMOS管，如此便避免直接测量超出ATE测试设备测试范围的电流。因为功率MOS管和感应MOS管的源极电压和漏极电压均与正常工作时进入限流模式后一致，但因本发明使大尺寸功率NMOS管关闭，则ATE测试设备扫描电压接入端与电压输出端之间的电压差就能得到与直接测量限流阈值相同的效果。
本发明的特点如下：本发明是通过电路设计使芯片在ATE测试时避免大尺寸功率NMOS管导通，所以ATE可以测量限流阈值超过设备测试范围的芯片。另外本发明处于测试模式(大尺寸功率NMOS管处于截止状态)时，感应NMOS管仍然正常工作，这样就避免了成比例降低限流阈值测试方法的缺点，即感应NMOS管在成比例降低限流阈值的测试模式下电流比正常限流时小很多，这影响了感应NMOS管的漏源电压同时也影响了其等效漏源电阻的大小，由此给测到的限流阈值精度带来了干扰，而本发明因为不存在成比例降低限流阈值的情况，所以没有此误差。
附图说明
图1是实施本发明一种限流电路的测试控制电路结构示意图。
附图标记列示如下：CP-电荷泵；VCP-电荷泵输出电压或电荷泵输出电压端(为M3，M4，M5提供电源电压)；IB-第一电流源或第一基准电流；GND-接地端；IM-第二电流源或第二基准电流(由M3，M4，M5组成的电流镜镜像基准电流)；A-第一比较器；VS-负向输入端(-)或第二比较电压；VB-正向输入端(+)或第一比较电压；CL-限流信号端(高有效)；IN-电压接入端(相关的电源电压表示为VIN)；OUT-电压输出端(相关的电路输出电压表示为VOUT)；R1-第一电阻；R2-第二电阻；M1-第一MOS管或功率MOS管或功率NMOS管(其源漏电阻表示为Rds1，其源漏电压表示为Vds1)；M2-第二MOS管或感应MOS管或感应NMOS管(其源漏电阻表示为Rds2，其源漏电压表示为Vds2)；M3-第三PMOS管；M4-第四PMOS管；M5-第五PMOS管；M6-第六NMOS管或测试模式控制管；TM-测试信号或测试信号端；I1-输出电流(流过功率MOS管M1的电流)；I2-感应电流(流过感应MOS管M2的电流，流过第二电阻R2的电流)；VG1-第一栅压或电流镜第一输出端；VG2-第二栅压或电流镜第二输出端。
具体实施方式
下面结合附图(图1)对本发明进行说明。
图1是实施本发明一种限流电路的测试控制电路结构示意图。如图1所示，一种限流电路的测试控制电路，包括具有功率MOS管和感应MOS管和比较器A的限流电路，所述限流电路连接电流镜，所述电流镜的电流镜第一输出端VG1连接所述功率MOS管的栅极，所述电流镜的电流镜第二输出端VG2连接所述感应MOS管的栅极，所述功率MOS管的栅极连接测试模式控制管，当所述测试模式控制管得到测试信号TM时，所述测试模式控制管使所述功率MOS管关闭。所述功率MOS管为功率NMOS管M1，所述感应MOS管为感应NMOS管M2，所述功率NMOS管M1的源极和所述感应NMOS管M2的源极均连接电压输出端OUT，所述功率NMOS管M1的漏极连接电压接入端IN，所述感应NMOS管M2的漏极一路通过第二电阻R2连接所述电压接入端IN，所述感应NMOS管M2的漏极另一路连接所述比较器A的负向输入端(-)，所述比较器A的正向输入端(+)一路通过第一电阻R1连接所述电压接入端IN，所述比较器A的正向输入端(+)另一路通过第一电流源IB连接接地端GND，所述比较器A的输出端为限流信号端CL。所述电流镜包括第三PMOS管M3、第四PMOS管M4和第五PMOS管M5，所述第三PMOS管M3的源极、第四PMOS管M4的源极和第五PMOS管M5的源极均连接电荷泵CP的电荷泵输出电压端VCP，所述第三PMOS管M3的栅极、第四PMOS管M4的栅极和第五PMOS管M5的栅极均连接所述第三PMOS管M3的漏极，所述第三PMOS管M3的漏极通过第二电流源IM连接接地端GND，所述第四PMOS管M4的漏极为电流镜第一输出端VG1，所述第五PMOS管M5的漏极为电流镜第二输出端VG2。所述测试模式控制管为第六NMOS管M6，所述第六NMOS管M6的栅极连接测试信号端TM，所述第六NMOS管M6的源极连接接地端GND，所述第六NMOS管M6的漏极连接所述功率MOS管M6的栅极。当芯片进入测试模式时，所述测试信号TM为高电平即所述第六NMOS管M6的栅极为高电平，所述第六NMOS管M6导通，所述功率MOS管M1的第一栅压VG1被所述第六NMOS管M6拉低变为低电平，所述功率MOS管M1变成截止状态，所述感应MOS管M2仍然处于导通状态。
如图1所示的一种限流电路的测试控制电路包括如下各个部分：1.电压接入端IN接电源电压VIN，电压输出端OUT输出电压VOUT；2.第一电阻R1和第二电阻R2成比例；3.比较器A，它比较第二比较电压VS和第一比较电压VB电压后产生限流信号CL(高有效)；4.为流过M1的电流I1，其等于输出电流；5.流过M2的电流I2，其等于流过R2的电流；6.VS＝VIN-I2×R2，VB＝VIN-IB×R1，IB是基准电流；7.M1为大尺寸功率NMOS管，M2为感应NMOS管，M1和M2的电流比与二者尺寸相关，K为M2与M1的尺寸比(小于1)，一般情况下I2＝K×I1；8.VG1和VG2分别是M1和M2的栅极电压，Rds1为M1的源漏电阻，Rds2为M2的源漏电阻，Vds1为M1的源漏电压，Vds2为M2的源漏电压；9.M3、M4和M5均为PMOS，三者组成电流镜镜像基准电流IM；10.电荷泵CP输出电压为VCP，它为M3、M4和M5提供电源电压；11.M6为NMOS，它的栅极接测试信号TM。
如图1所示的一种限流电路的测试控制电路，其工作原理如下：当芯片进入测试模式时TM为高电平，之后M6导通，而因M3和M4组成的电流镜提供的电流有限，所以VG1会被M6拉低变为低电平，这致使大尺寸功率NMOS管M1变成截止状态，但此时感应NMOS管M2因VG2电压仍为VCP，所以其仍处于导通状态。此时ATE(自动测试设备)扫描输出电压VOUT，即其值从等于VIN开始下降，而I2随着VOUT输出下降而变得越来越大，这样VS也会越来越低，直到低于VB后导致CL变为高电平，所以芯片处于限流状态。因为M1处于截止状态而M2的W/L比较小，所以芯片在此过程中输出电流不大。
根据以上描述有如下推导：
VB＝VIN-IB×R1，VS＝VIN-I2×R2，I2＝(VIN-VOUT)/(R2+Rds2)。
达到限流后VB＝VS，最终推出IB×R1＝I2×R2，由此可知无论M1是否导通，通过扫描输出电压VOUT(即其初值从等于VIN开始下降)可测到进入限流前M1的源漏电压Vds1_CL。
正常工作时M1和M2开启，ATE(自动测试设备)很容易从M1拉出0.2～1.0A电流并测量此时M1源漏电压Vds1，由此可得M1的等效线性区阻抗Rds1_ON，而最终准确的限流值等于Vds1_CL与Rds1_ON相除。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (1)

1.一种限流电路的测试控制电路，其特征在于，包括具有功率MOS管和感应MOS管和比较器的限流电路，所述限流电路连接电流镜，所述电流镜的电流镜第一输出端连接所述功率MOS管的栅极，所述电流镜的电流镜第二输出端连接所述感应MOS管的栅极，所述功率MOS管的栅极连接测试模式控制管，当所述测试模式控制管得到测试信号时，所述测试模式控制管使所述功率MOS管关闭；
所述功率MOS管为功率NMOS管，所述感应MOS管为感应NMOS管，所述功率NMOS管的源极和所述感应NMOS管的源极均连接电压输出端，所述功率NMOS管的漏极连接电压接入端，所述感应NMOS管的漏极一路通过第二电阻连接所述电压接入端，所述感应NMOS管的漏极另一路连接所述比较器的负向输入端，所述比较器的正向输入端一路通过第一电阻连接所述电压接入端，所述比较器的正向输入端另一路通过第一电流源连接接地端，所述比较器的输出端为限流信号端；
所述电流镜包括第三PMOS管、第四PMOS管和第五PMOS管，所述第三PMOS管的源极、第四PMOS管的源极和第五PMOS管的源极均连接电荷泵的电荷泵输出电压端，所述第三PMOS管的栅极、第四PMOS管的栅极和第五PMOS管的栅极均连接所述第三PMOS管的漏极，所述第三PMOS管的漏极通过第二电流源连接接地端，所述第四PMOS管的漏极为电流镜第一输出端，所述第五PMOS管的漏极为电流镜第二输出端；
所述测试模式控制管为第六NMOS管，所述第六NMOS管的栅极连接测试信号端，所述第六NMOS管的源极连接接地端，所述第六NMOS管的漏极连接所述功率MOS管的栅极；
当芯片进入测试模式时，所述测试信号为高电平即所述第六NMOS管的栅极为高电平，所述第六NMOS管导通，所述功率MOS管的第一栅压被所述第六NMOS管拉低变为低电平，所述功率MOS管变成截止状态，所述感应MOS管仍然处于导通状态。
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