CN115219774A - 具有共模锁定功能的检测电路、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及电源管理电路技术领域，特别涉及一种具有共模锁定功能的检测电路、系统及方法。其中，检测电路包括：电压检测模块、第一共模锁定模块、阈值设定模块、误差放大器模块和第二共模锁定模块；第一共模锁定模块用于接收电压检测模块对应输入端的电压值，并根据电压值和第一共模输入电压范围调整阈值设定模块输出的电压阈值；第二共模锁定模块根据接收到的电压值和第二共模输入电压范围向误差放大器模块输出调整电压；误差放大器模块用于根据两个输入端的输入值和调整电压，输出补偿电压，以使控制驱动及功率传输模块根据补偿电压调整为负载提供的功率，进一步使得待测单元两端的电压值逐渐稳定在第二共模输入电压范围内。

Description

具有共模锁定功能的检测电路、系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及电源管理电路技术领域，特别涉及一种具有共模锁定功能的检测电路、系统及方法。

背景技术

一些电源管理电路比如电压调整器或者电流调整器，通常需要使用误差放大器或者比较器等检测电路对电压调整器或者电流调整器中的负载的电压信号或电流信号进行检测和放大，输出模拟信号或者数字信号供后级电路使用。然而，检测电路具有一定的共模输入电压要求，也就是输入至检测电路的电压需要在预期范围之内。

传统解决方法有两种，一是设计共模输入电压范围非常宽的检测电路，使得被检测的电压信号一直处于共模输入电压范围之内，但是此种电路结构非常复杂，增加了设计难度和芯片面积；另一种解决方法是增加共模锁定电路，来检测电压信号的范围，当被检测的电压信号超出检测电路的共模输入电压范围时，通过共模锁定电路直接限制检测电路的输出电压，但是在实际情况中，检测电路的输出端还需要连接补偿网络，那么直接控制检测电路的输出电压会导致整个系统控制环路不稳定。

因此，亟需一种新的具有共模锁定功能的检测电路。

发明内容

为了解决传统解决方法直接控制检测电路的电压会导致整个系统控制环路不稳定的问题，本发明实施例提供了一种具有共模锁定功能的检测电路、系统及方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种具有共模锁定功能的检测电路，包括：电压检测模块、第一共模锁定模块、阈值设定模块、误差放大器模块和第二共模锁定模块；

所述电压检测模块的两个输入端分别连接至外部待测单元的两端，所述电压检测模块的输出端连接至所述误差放大器模块的一个输入端，所述电压检测模块的电源端与外部的供电电源连接，所述电压检测模块用于检测并输出所述待测单元两端的电压压差；所述待测单元至少包括负载；

所述第一共模锁定模块的输入端连接至所述电压检测模块任意一个输入端的连接线上，所述第一共模锁定模块的输出端连接至所述阈值设定模块，所述第一共模锁定模块用于接收所述电压检测模块对应输入端输入的电压值，并根据接收到的电压值和预设的第一共模输入电压范围调整所述阈值设定模块向所述误差放大器模块的另一个输入端输入的电压阈值；

所述第二共模锁定模块的输入端连接至所述第一共模锁定模块与所述电压检测模块对应输入端的连接线上，所述第二共模锁定模块的输出端连接至所述误差放大器模块的输出端，所述第二共模锁定模块用于接收所述电压检测模块对应输入端输入的电压值，根据接收到的电压值和预设的第二共模输入电压范围向所述误差放大器模块输出调整电压；所述第二共模输入电压范围覆盖所述第一共模输入电压范围；

所述误差放大器模块，用于根据两个输入端的输入值和所述调整电压，输出补偿电压到外部控制驱动及功率传输模块，以使所述控制驱动及功率传输模块根据所述补偿电压调整为所述负载提供的功率，进一步使得所述待测单元两端的电压值逐渐稳定在所述第二共模输入电压范围内。

在一种可能的设计中，当所述检测电路用于检测所述负载两端的电压时，所述电压检测模块的两个输入端分别连接至所述负载的两端；

当所述检测电路用于检测所述负载两端的电流时，所述待测单元还包括与所述负载串联连接的采样元件，所述电压检测模块的两个输入端分别连接至所述采样元件的两端。

在一种可能的设计中，所述第一共模锁定模块，具体用于当接收到的电压值大于所述第一共模输入电压范围中的最大值时，减小所述阈值设定模块输出的电压阈值；当接收到的电压值小于所述第一共模输入电压范围中的最小值时，增大所述阈值设定模块输出的电压阈值。

在一种可能的设计中，当所述电压检测模块中两个输入端分别与所述电源端之间串联1个PMOS管时，所述第一共模锁定模块，包括：PMOS管M21和PMOS管M22；

所述PMOS管M22，栅极连接至所述电压检测模块的反相输入端的连接线上；

所述PMOS管M21，漏极连接至所述PMOS管M22的源极，栅极连接至所述PMOS管M21的漏极与所述PMOS管M22的源极的连接线上；

所述阈值设定模块，包括：电流源I1和电阻R1；

所述电流源I1，一端与所述供电电源连接，另一端连接至所述PMOS管M21的源极；

所述电阻R1，一端连接至所述PMOS管M22的漏极与所述误差放大器模块的同相输入端的连接线上，另一端接地。

在一种可能的设计中，当所述电压检测模块中两个输入端分别与所述电源端之间串联1个PMOS管时，所述第一共模锁定模块，包括：电流源I3、NMOS管M23、NMOS管M24、PMOS管M21和PMOS管M22；

所述电流源I3，一端与所述供电电源连接，另一端分别与所述NMOS管M23的漏极、栅极以及所述NMOS管M24的栅极连接；

所述NMOS管M23，栅极分别与所述电流源I3、所述NMOS管M24的栅极和所述NMOS管M23的漏极连接，源极接地的同时与所述NMOS管M24的源极连接；

所述NMOS管M24的漏极与所述PMOS管M22的漏极连接；

所述PMOS管M22，栅极连接至所述电压检测模块的反相输入端的连接线上，源极连接至所述PMOS管M21的栅极与漏极的连接线上；

所述PMOS管M21的源极与所述供电电源连接；

所述阈值设定模块，包括：电流源I1、NMOS管M25和电阻R1；

所述电流源I1，一端连接至所述PMOS管M21的源极与所述供电电源的连接线上，另一端连接至所述NMOS管M25的漏极；

所述NMOS管M25，栅极连接至所述PMOS管M22的漏极与所述NMOS管M24的漏极的连接线上，源极连接至所述电阻R1与所述误差放大器模块的同相输入端的连接线上；

所述电阻R1的另一端连接至所述NMOS管M24的源极与所述NMOS管M23的源极的连接线上。

在一种可能的设计中，所述误差放大器模块存在用于影响补偿电压的输入失调电压；

当所述输入失调电压产生的功率大于所述负载的功率使得所述第二共模锁定模块接收到的电压值超出所述第二共模输入电压范围时，所述第二共模锁定模块输出用于实现下拉的调整电压，以使所述误差放大器模块输出下拉后的补偿电压，进一步使得所述控制驱动及功率传输模块停止为所述负载提供功率。

在一种可能的设计中，所述第二共模锁定模块，包括：电流源I2、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、PMOS管M1、PMOS管M5和NMOS管M6；

所述电流源I2，一端与所述供电电源连接，另一端分别与所述NMOS管M2的漏极、栅极以及所述NMOS管M3的栅极连接；

所述NMOS管M2，栅极分别与所述电流源I2、所述NMOS管M3的栅极和所述NMOS管M2的漏极连接，源极接地的同时与所述NMOS管M3的源极连接；

所述NMOS管M3的漏极与所述PMOS管M1的漏极连接；

所述PMOS管M1，栅极连接至所述电压检测模块的反相输入端的连接线上，源极与所述供电电源连接；

所述NMOS管M4，栅极连接至所述NMOS管M2的漏极与栅极的连接线上，源极连接至所述NMOS管M2的源极与所述NMOS管M3的源极的连接线上；

所述PMOS管M5，栅极连接至所述PMOS管M1的漏极与所述NMOS管M3的漏极的连接线上，源极连接至所述PMOS管M1的源极与所述供电电源的连接线上，漏极连接至所述NMOS管M4的漏极；

所述NMOS管M6，栅极连接至所述NMOS管M4的漏极与所述PMOS管M5的漏极的连接线上，源极连接至所述NMOS管M4的接地线上，漏极连接至所述误差放大器模块的输出端与所述控制驱动及功率传输模块的连接线上。

第二方面，本发明实施例还提供了一种具有共模锁定功能的检测系统，包括：控制驱动及功率传输模块、待测单元、供电电源和本说明书任一实施例所述的检测电路；所述待测单元至少包括负载；

所述检测电路分别与所述供电电源和所述待测单元连接；

所述控制驱动及功率传输模块，用于根据所述检测电路输出的补偿电压调整为所述负载提供的功率，使得所述待测单元两端的电压值逐渐稳定在预设的第二共模输入电压范围内。

第三方面，本发明实施例还提供了一种基于本说明书任一实施例所述的检测电路的检测方法，包括：

利用电压检测模块对外部待测单元两端的电压压差进行检测；

利用第一共模锁定模块检测所述电压检测模块任意一个输入端的电压值，并根据检测到的电压值和预设的第一共模输入电压范围调整阈值设定模块输出的电压阈值；其中，所述第一共模输入电压范围由所述第一共模锁定模块的电路结构决定；

利用第二共模锁定模块检测与所述第一共模锁定模块检测所述电压检测模块的相同输入端的电压值，并根据检测到的电压值和预设的第二共模输入电压范围向误差放大器模块输出调整电压；其中，所述第二共模输入电压范围由所述第二共模锁定模块的电路结构决定，所述第二共模输入电压范围覆盖所述第一共模输入电压范围。

利用误差放大器模块根据所述外部待测单元两端的电压压差、所述阈值设定模块输出的电压阈值和所述调整电压输出补偿电压至外部控制驱动及功率传输模块，以使所述控制驱动及功率传输模块根据所述补偿电压调整为所述负载提供的功率，进一步使得所述待测单元两端的电压值逐渐稳定在所述第二共模输入电压范围内。

在一种可能的设计中，所述误差放大器模块存在用于影响补偿电压的输入失调电压；

当所述输入失调电压产生的功率大于所述负载的功率使得所述第二共模锁定模块接收到的电压值超出所述第二共模输入电压范围时，所述第二共模锁定模块输出用于实现下拉的调整电压，以使所述误差放大器模块输出下拉后的补偿电压，进一步使得所述控制驱动及功率传输模块停止为所述负载提供功率。

本发明实施例提供了一种具有共模锁定功能的检测电路、系统及方法，通过利用第一共模锁定模块检测电压检测模块任意一个输入端的电压值，并根据检测到的电压值和预设的第一共模输入电压范围调整阈值设定模块输出的电压阈值，同时利用第二共模锁定模块检测与第一共模锁定模块相同的电压检测模块输入端，根据接收到的电压值和预设的第二共模输入电压范围向误差放大器模块的输出端输出调整电压；最后，误差放大器模块根据外部待测单元两端的电压压差、阈值设定模块输出的电压阈值和调整电压输出补偿电压至外部控制驱动及功率传输模块，以使控制驱动及功率传输模块根据补偿电压调整为负载提供的功率，进一步使得待测单元两端的电压值逐渐稳定在第二共模输入电压范围内。本方案，通过自适应的第一共模锁定模块和第二共模锁定模块共同调整检测电路提供至负载的功率，实现共模锁定功能的同时，大大提高了系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种具有共模锁定功能的检测电路图；

图2是本发明一实施例提供的另一种具有共模锁定功能的检测电路图；

图3是本发明一实施例提供的又一种具有共模锁定功能的检测电路图；

图4是本发明提供的传统方案的控制结果图；

图5是本发明一实施例提供的一种具有共模锁定功能的检测电路图的控制结果图；

图6是本发明一实施例提供的一种具有共模锁定功能的检测方法流程图；

其中，11、电压检测模块；12、第一共模锁定模块；13、阈值设定模块；14、误差放大器模块；15、第二共模锁定模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如前所述，传统解决方法中第二种解决方法是增加共模锁定电路，来检测电压信号的范围，并将共模锁定电路的输出端直接连接误差放大器的输出端，即检测电路的输出端，当被检测的电压信号超出检测电路的预设共模输入电压范围时，通过共模锁定电路直接限制检测电路的输出电压，但是在实际情况中，检测电路的输出端还需要连接补偿网络，那么直接控制检测电路的输出电压会导致整个系统控制环路不稳定。

为了解决上述技术问题，发明人可以考虑利用阈值设定模块输出的电压阈值为待测单元两端电压的电压阈值的特性，通过自适应调节设定的电压阈值来调整待测单元两端的电压。因此，通过第一共模锁定模块监测待测单元任意一端的电压值，当电压值超出第一共模输入电压范围时，调整阈值设定模块输出的电压阈值；为了加固检测电路的共模锁定能力，同时设置第二共模锁定模块检测与第一共模锁定模块检测的待测单元相同端的电压值，同时预设了覆盖第一共模输入电压范围的第二共模输入电压范围，根据接收到的电压值和第二共模输入电压范围向误差放大器模块的输出端输出调整电压；最后，利用误差放大器模块，根据两个输入端的输入值和调整电压，输出补偿电压到外部控制驱动及功率传输模块，以使控制驱动及功率传输模块根据补偿电压调整为负载提供的功率，进一步使得待测单元两端的电压值逐渐稳定在第二共模输入电压范围内。本方案，不是单纯的直接控制检测电路的输出电压，不会影响整个系统控制环路的稳定性。

下面描述以上构思的具体实现方式。

请参考图1，本发明实施例提供了一种具有共模锁定功能的检测电路，该电路包括：电压检测模块11、第一共模锁定模块12、阈值设定模块13、误差放大器模块14和第二共模锁定模块15；

电压检测模块11的两个输入端分别连接至外部待测单元的两端，电压检测模块11的输出端连接至误差放大器模块14的一个输入端，电压检测模块11的电源端与外部的供电电源连接，用于检测并输出待测单元两端的电压压差；待测单元至少包括负载；

第一共模锁定模块12的输入端连接至电压检测模块11任意一个输入端的连接线上，第一共模锁定模块12的输出端连接至阈值设定模块13，用于接收电压检测模块11对应输入端输入的电压值，并根据接收到的电压值和预设的第一共模输入电压范围调整阈值设定模块13向误差放大器模块14的另一个输入端输入的电压阈值；

第二共模锁定模块15的输入端连接至第一共模锁定模块12与电压检测模块11对应输入端的连接线上，第二共模锁定模块15的输出端连接至误差放大器模块14的输出端，第二共模锁定模块15用于接收电压检测模块11对应输入端输入的电压值，根据接收到的电压值和预设的第二共模输入电压范围向误差放大器模块14输出调整电压；第二共模输入电压范围覆盖第一共模输入电压范围；

误差放大器模块14，用于根据两个输入端的输入值和调整电压，输出补偿电压到外部控制驱动及功率传输模块，以使控制驱动及功率传输模块根据补偿电压调整为负载提供的功率，进一步使得待测单元两端的电压值逐渐稳定在第二共模输入电压范围内。

本发明实施例中，通过利用第一共模锁定模块检测电压检测模块任意一个输入端的电压值，并根据检测到的电压值和预设的第一共模输入电压范围调整阈值设定模块输出的电压阈值，同时利用第二共模锁定模块检测与第一共模锁定模块相同的电压检测模块输入端，根据接收到的电压值和预设的第二共模输入电压范围向误差放大器模块的输出端输出调整电压；最后，误差放大器模块根据外部待测单元两端的电压压差、阈值设定模块输出的电压阈值和调整电压输出补偿电压至外部控制驱动及功率传输模块，以使控制驱动及功率传输模块根据补偿电压调整为负载提供的功率，进一步使得待测单元两端的电压值逐渐稳定在第二共模输入电压范围内。本方案，通过自适应的第一共模锁定模块和第二共模锁定模块共同调整检测电路提供至负载的功率，实现共模锁定功能的同时，大大提高了系统的稳定性。

下面根据图1所示的电路图进行说明。

需要说明的是，当检测电路用于检测负载两端的电压时，电压检测模块11的两个输入端分别连接至负载的两端；而当检测电路用于检测负载两端的电流时，待测单元还包括与负载串联连接的采样元件，电压检测模块11的两个输入端分别连接至采样元件的两端。

在本发明实施例中，以检测电路检测负载两端的电流为例进行说明，即如图1所示，电压检测模块11的两个输入端分别连接至采样元件的两端。

图中，VDD为外部供电电源给检测电路的供电电压值，SENSE+和SENSE-代表外部待测单元的两端。COMP端为检测电路输出补偿电压的输出端，即误差放大器模块14的输出端。

在本发明实施例中，如图1所示，检测电路包括：电压检测模块11、第一共模锁定模块12、阈值设定模块13、误差放大器模块14和第二共模锁定模块15。

其中，电压检测模块11，同相输入端和反相输入端分别连接至外部的采样元件的两端，输出端连接至误差放大器模块14的反相输入端，并且电压检测模块11的电源端连接外部的供电电源，电压检测模块11用于检测并输出采样元件两端的电压压差；

第一共模锁定模块12，输入端连接电压检测模块11的反相输入端，即检测SENSE-端电压值，输出端连接阈值设定模块13的输入端，用于接收电压检测模块11对应输入端输入的电压值，并根据接收到的电压值和预设的第一共模输入电压范围调整阈值设定模块13向误差放大器模块14的正向输入端输入的电压阈值；其中，第一共模输入电压范围由第一共模锁定模块12的电路结构决定，具体的第一共模输入电压范围的计算方式会在后续进行说明。

第二共模锁定模块15，输入端连接电压检测模块11的反相输入端，即检测SENSE-端电压值，输出端连接至误差放大器模块14的输出端，第二共模锁定模块15根据检测到的SENSE-端的电压值和预设的第二共模输入电压范围向误差放大器模块14的输出端输出调整电压；其中，第二共模输入电压范围由第二共模锁定模块15的电路结构决定，具体的第二共模输入电压范围的计算方式会在后续进行说明，第二共模输入电压范围覆盖第一共模输入电压范围；

误差放大器模块14，用于根据电压检测模块11输出的采样元件两端的电压压差、阈值设定模块13输出的电压阈值以及第二共模锁定模块15输出的调整电压输出补偿电压至外部控制驱动及功率传输模块，以使控制驱动及功率传输模块根据补偿电压调整为负载提供的功率，进一步使得待测单元两端的电压值逐渐稳定在第二共模输入电压范围内。

需要说明的是，检测电路的共模输入电压范围，即电压检测模块11的共模输入电压范围是由电压检测模块11的电路结构决定，第一共模输入电压范围和第二共模输入电压范围均需根据电压检测模块11的共模输入电压范围设定。具体地，第二共模输入电压范围可以小于或等于电压检测模块11的共模输入电压范围，第一共模输入电压范围需要小于第二共模输入电压范围。

接下来，分别对第一共模锁定模块12和第二共模锁定模块15的工作原理进行说明。

首先，对第一共模锁定模块12的工作原理进行说明。

电压检测模块11对外部采样元件两端电压压差(SENSE+和SENSE-的电压差值)进行检测，再与阈值设定模块13设定的电压阈值进行比较，当检测到的电压压差低于设定的电压阈值时COMP输出高，通过控制驱动及功率传输模块为负载提供功率输出；当检测到的电压压差高于设定的电压阈值时COMP输出低，没有功率输出至负载端。电压阈值是人为设定的，而当检测到的SENSE-电压值超出第一共模输入电压范围时，第一共模锁定模块12开启共模锁定功能，即通过调节电压阈值来调整COMP端的输出。

在本发明实施例中，第一共模锁定模块12，具体用于当接收到的电压值大于第一共模输入电压范围中的最大值时，减小阈值设定模块13输出的电压阈值；当接收到的电压值小于第一共模输入电压范围中的最小值时，增大阈值设定模块13输出的电压阈值。

具体地，第一共模锁定模块12检测SENSE-端电压值，再与第一共模输入电压范围进行比较，当接收到的电压值大于第一共模输入电压范围中的最大值时，减小阈值设定模块13输出的电压阈值，该电压阈值对应采样元件两端的电压差的阈值，因此电压阈值降低，输出的补偿电压也降低，控制驱动及功率传输模块为负载提供的功率也减小，因此SENSE-的电压降低，回到电压检测模块11的第一共模输入电压范围。同理，当接收到的电压值小于第一共模输入电压范围中的最小值时，增大阈值设定模块13输出的电压阈值，输出的补偿电压也增大，控制驱动及功率传输模块为负载提供的功率也增大，因此SENSE-的电压升高，回到电压检测模块11的第一共模输入电压范围内。此时，第一共模锁定模块12的共模锁定功能关闭，阈值设定模块13输出的电压阈值也逐渐回到设定的电压阈值。

另外，电压检测模块11的共模输入电压范围与电压检测模块11的电路结构有关，具体地，电压检测模块11中两个输入端分别与电源端之间至少可以串联1个PMOS管。当串联1个PMOS管时，电压检测模块11的共模输入电压范围为0V～(VDD-Vthp)，其中Vthp为串联的PMOS管的阈值电压；当串联2个PMOS管时，电压检测模块11的共模输入电压范围为0V～(VDD-Vthp1-Vthp2)。

可以理解，第一共模输入电压范围小于电压检测模块11的共模输入电压范围，那么第一共模锁定模块12中输入端与电源端之间串联的PMOS管的数量和各PMOS管的阈值电压，需要根据电压检测模块11中两个输入端分别与电源端之间串联的PMOS管的数量和各PMOS管的阈值电压确定。

在本发明实施例中，列举了当电压检测模块11中两个输入端分别与电源端之间串联1个PMOS管时，第一共模锁定模块12和阈值设定模块13的两种电路结构。

其中，电压检测模块11的电路结构如图2所示，SENSE-端连接PMOS管M31的栅极，PMOS管M31的源极与电源端VDD通过电阻R31连接；SENSE+端连接PMOS管M32的栅极，PMOS管M32的源极与电源端VDD通过电阻R32连接。

可见，电压检测模块11的共模输入电压范围为0V～(VDD-Vthp)，其中Vthp为PMOS管M31和PMOS管M32的阈值电压，PMOS管M31和PMOS管M32的阈值电压相同。

需要说明的是，为了方便说明共模输入电压范围的计算方法，假设电压检测模块11、第一共模锁定模块12和第二共模锁定模块15中PMOS管的阈值电压均相同，且为Vthp。

下面分别对第一共模锁定模块12和阈值设定模块13的两种电路结构进行说明。

首先对结构一进行说明。

在该结构一中，如图2所示，当电压检测模块11中两个输入端分别与电源端之间串联1个PMOS管时，第一共模锁定模块12，包括：PMOS管M21和PMOS管M22；

PMOS管M22，栅极连接至电压检测模块的反相输入端的连接线上；

PMOS管M21，漏极连接至PMOS管M22的源极，栅极连接至PMOS管M21的漏极与PMOS管M22的源极的连接线上；

阈值设定模块13，包括：电流源I1和电阻R1；

电流源I1，一端与供电电源连接，另一端连接至PMOS管M21的源极；

电阻R1，一端连接至PMOS管M22的漏极与误差放大器模块的同相输入端的连接线上，另一端接地。

可见，第一共模锁定模块11的第一共模输入电压范围为0V～(VDD-2Vthp)，其中PMOS管M21和PMOS管M22的阈值电压均为Vthp。

参考图2，当SENSE-端大于第一共模输入电压范围的最大值时，控制PMOS管M22关断，流入电阻R1的电流减小，则减小阈值设定模块13输出的阈值电压。同理，当SENSE-端小于第一共模输入电压范围的最小值时，控制PMOS管M22打开，流入电阻R1的电流增大，则增大阈值设定模块13输出的阈值电压。

然后对结构二进行说明。

在该结构二中，如图3所示，当电压检测模块11中两个输入端分别与电源端之间串联1个PMOS管时，第一共模锁定模块12，包括：电流源I3、NMOS管M23、NMOS管M24、PMOS管M21和PMOS管M22；

电流源I3，一端与供电电源连接，另一端分别与NMOS管M23的漏极、栅极以及NMOS管M24的栅极连接；

NMOS管M23，栅极分别与电流源I3、NMOS管M24的栅极和NMOS管M23的漏极连接，源极接地的同时与NMOS管M24的源极连接；

NMOS管M24的漏极与PMOS管M22的漏极连接；

PMOS管M22，栅极连接至电压检测模块的反相输入端的连接线上，源极连接至PMOS管M21的栅极与漏极的连接线上；

PMOS管M21的源极与供电电源连接；

阈值设定模块13，包括：电流源I1、NMOS管M25和电阻R1；

电流源I1，一端连接至PMOS管M21的源极与供电电源的连接线上，另一端连接至NMOS管M25的漏极；

NMOS管M25，栅极连接至PMOS管M22的漏极与NMOS管M24的漏极的连接线上，源极连接至电阻R1与误差放大器模块的同相输入端的连接线上；

电阻R1的另一端连接至NMOS管M24的源极与NMOS管M23的源极的连接线上。

参考图3，当SENSE-端大于第一共模锁定模块11的第一共模输入电压范围的最大值时，控制PMOS管M22关断，减小NMOS管M24的漏极电压，进而下拉NMOS管M25的栅极，则减小阈值设定模块13输出的阈值电压。同理，当SENSE-端小于第一共模输入电压范围的最小值时，控制PMOS管M22打开，增大NMOS管M24的漏极电压，进而上拉NMOS管M25的栅极，则增大阈值设定模块13输出的阈值电压。

需要说明的是，图2和图3分别为当电压检测模块11中两个输入端分别与电源端之间串联1个PMOS管时，第一共模锁定模块12和阈值设定模块13的两种实施方式，可以理解第一共模锁定模块12和阈值设定模块13的电路结构不仅仅局限于本说明书的两种实施方式，还有除图2和图3以外其他的实施方式。

最后，对第二共模锁定模块15的工作原理进行说明。

需要说明的是，在实际系统应用中，由于器件尺寸失配以及阈值电压失配，误差放大器模块14的两个输入端存在一定的输入失调电压，即使阈值设定模块输出的电压阈值是0，由于输入失调电压的存在，仍然会有一定的功率输出至负载，当负载比较小或者是空载的时候，输入失调电压产生的功率，足以造成采样元件两端的电压上升从而导致整个检测系统崩溃甚至损伤负载。

在本实施例中，如图2所示的误差放大器模块14，输入失调电压可以通过如下公式计算：

其中，ΔV_THP中是PMOS管M41和PMOS管M42的阈值电压的差值；V_OVP是M41和M42的过驱动电压；

是M41、M42实际宽长比的差与M41、M42理想的宽长比的比值；g_mN是NMOS管M43和NMOS管M44的跨导；g_mP是M41和M42的跨导；ΔV_THN是M43和M44的阈值电压的差值；V_OVN是M43和M44的过驱动电压；

是M43、M44实际宽长比的差与M43、M44理想的宽长比的比值。

在本发明实施例中，误差放大器模块14存在用于影响补偿电压的输入失调电压。当输入失调电压产生的功率小于负载的功率时，输入失调电压产生的功率不会对采样元件两端的电压产生影响，此时的失调电压可以忽略不计。那么当SENSE-端的电压值超出第一共模输入电压范围，但未超出第二共模输入电压范围时，第一共模锁定模块12能够通过调整阈值设定模块13输出的电压阈值调节采样元件两端的电压值使之位于第一共模输入电压范围之内。

需要注意的是，当输入失调电压产生的功率大于于负载的功率时，仅通过第一共模锁定模块12是不能实现检测电路的共模锁定功能的，即使第一共模锁定模块12调节阈值设定模块13输出的电压阈值为0，由输入于失调电压的存在，检测电路的COMP端会输出与失调电压值相对应的补偿电压，此时输入失调电压产生的功率，足以造成采样元件两端的电压上升。

因此，如图2所示，设置第二共模锁定模块15，当输入失调电压产生的功率大于负载的功率使得第二共模锁定模块15接收到的电压值超出第二共模输入电压范围时，第二共模锁定模块15输出用于实现下拉的调整电压，以使误差放大器模块14输出下拉后的补偿电压，进一步使得控制驱动及功率传输模块停止为负载提供功率。

通过自适应的第一共模锁定模块和第二共模锁定模块，共同调整提供至负载的功率，可以实现共模锁定功能的同时，大大提高了输入失调电压产生的功率小于所述负载的功率时系统的稳定性以及输入失调电压产生的功率大于所述负载的功率时系统的可靠性。

在本发明实施例中，第二共模锁定模块15，包括：电流源I2、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、PMOS管M1、PMOS管M5和NMOS管M6；

电流源I2，一端与供电电源连接，另一端分别与NMOS管M2的漏极、栅极以及NMOS管M3的栅极连接；

NMOS管M2，栅极分别与电流源I2、NMOS管M3的栅极和NMOS管M2的漏极连接，源极接地的同时与NMOS管M3的源极连接；

NMOS管M3的漏极与PMOS管M1的漏极连接；

PMOS管M1，栅极连接至电压检测模块的反相输入端的连接线上，源极与供电电源连接；

NMOS管M4，栅极连接至NMOS管M2的漏极与栅极的连接线上，源极连接至NMOS管M2的源极与NMOS管M3的源极的连接线上；

PMOS管M5，栅极连接至PMOS管M1的漏极与NMOS管M3的漏极的连接线上，源极连接至PMOS管M1的源极与供电电源的连接线上，漏极连接至NMOS管M4的漏极；

NMOS管M6，栅极连接至NMOS管M4的漏极与PMOS管M5的漏极的连接线上，源极连接至NMOS管M4的接地线上，漏极连接至误差放大器模块的输出端与控制驱动及功率传输模块的连接线上。

在本实施例中，第二共模输入电压范围与电压检测模块11的共模输入电压范围相同，均为0V～(VDD-Vthp)。

参考图2，当SENSE-端的电压值超出第二共模锁定模块15的第二共模输入电压范围时，NMOS管M3两端的电压减小，则PMOS管M5下拉，此时M5的驱动电流增大，则NMOS管M6的栅极上拉，那么第二共模锁定模块15输出的调整电压下拉，那么COMP端输出的补偿电压就会下拉，避免输入失调电压产生的功率造成采样元件两端的电压一直上升从而导致整个检测系统崩溃甚至损伤负载。

本发明实施例，在负载的功率大于或者等于误差放大器模块14的输入失调电压产生的功率时，通过第一共模锁定模块12自适应的方式确保采样电压SENSE-始终处于第一共模输入电压范围内。在负载的功率小于误差放大器模块14的输入失调电压产生的功率时，通过第二共模锁定模块15限制误差放大器模块14的输出，来减小待测单元两端的电压，确保采样电压SENSE-始终处于第二共模输入电压范围内，避免待测单元两端电压无穷尽上升从而导致整个检测系统崩溃甚至损伤负载。本方案可以实现共模锁定功能的同时，大大提高了输入失调电压产生的功率小于负载的功率时系统的稳定性以及输入失调电压产生的功率大于负载的功率时系统的可靠性。

可以理解第二共模锁定模块15的电路结构不仅仅局限于本说明书的实施方式，还有除图2以外其他的实施方式。

另外，为了证明本实施例与传统方案的区别，分别对传统方法中共模锁定模块直接控制COMP端输出的补偿电压的检测电路和本发明实施例中如图2所示的检测电路中负载的功率大于误差放大器模块的输入失调电压产生的功率时，连接负载的OUT端的电流和电压进行监测。传统方案与本发明实施例提供的方案中电流和电压的波形图分别如图4和图5所示。

从图4和图5可以看出，传统方案中OUT端的电流和电压的波形紊乱，本发明实施例提供的方案中OUT端的电流和电压的波形稳定，本发明实施例提供的方案中OUT端的电流和电压明显比传统方案中OUT端的电流和电压稳定；另外，在负载的功率小于误差放大器模块的输入失调电压产生的功率时，通过限制误差放大器模块的输出限制待测单元两端的电压，确保采样电压SENSE-始终处于第二共模输入电压范围内，避免待测单元两端电压无穷尽上升从而导致整个检测系统崩溃甚至损伤负载。因此本方案通过自适应的第一共模锁定模块和第二共模锁定模块，共同调整提供至负载的功率，可以实现共模锁定功能的同时，大大提高了输入失调电压产生的功率小于负载的功率时系统的稳定性以及输入失调电压产生的功率大于负载的功率时系统的可靠性。

本实施例还提供了一种具有共模锁定功能的检测系统，包括：控制驱动及功率传输模块、待测单元、供电电源和如说明书中任一实施例所述的具有共模锁定功能的检测电路；待测单元至少包括负载；

检测电路分别与供电电源和待测单元连接；

控制驱动及功率传输模块，用于根据检测电路输出的补偿电压调整为负载提供的功率，使得待测单元两端的电压值逐渐稳定在预设的第二共模输入电压范围内。

如图6所示，本实施例还提供一种基于本说明书所述的检测电路的检测方法，方法包括：

步骤600，利用电压检测模块对外部待测单元两端的电压压差进行检测；

步骤602，利用第一共模锁定模块检测电压检测模块任意一个输入端的电压值，并根据检测到的电压值和预设的第一共模输入电压范围调整阈值设定模块输出的电压阈值；其中，第一共模输入电压范围由第一共模锁定模块的电路结构决定；

步骤604，利用第二共模锁定模块检测与第一共模锁定模块检测电压检测模块的相同输入端的电压值，并根据检测到的电压值和预设的第二共模输入电压范围向误差放大器模块输出调整电压；其中，第二共模输入电压范围由第二共模锁定模块的电路结构决定，第二共模输入电压范围覆盖第一共模输入电压范围；

步骤606，利用误差放大器模块根据外部待测单元两端的电压压差、阈值设定模块输出的电压阈值和调整电压输出补偿电压至外部控制驱动及功率传输模块，以使控制驱动及功率传输模块根据补偿电压调整为负载提供的功率，进一步使得待测单元两端的电压值逐渐稳定在第二共模输入电压范围内。

在本发明实施例中，误差放大器模块存在用于影响补偿电压的输入失调电压；

当输入失调电压产生的功率大于负载的功率使得第二共模锁定模块接收到的电压值超出第二共模输入电压范围时，第二共模锁定模块输出用于实现下拉的调整电压，以使误差放大器模块输出下拉后的补偿电压，进一步使得控制驱动及功率传输模块停止为负载提供功率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有共模锁定功能的检测电路，其特征在于，包括：电压检测模块、第一共模锁定模块、阈值设定模块、误差放大器模块和第二共模锁定模块；

所述电压检测模块的两个输入端分别连接至外部待测单元的两端，所述电压检测模块的输出端连接至所述误差放大器模块的一个输入端，所述电压检测模块的电源端与外部的供电电源连接，所述电压检测模块用于检测并输出所述待测单元两端的电压压差；所述待测单元至少包括负载；

所述第一共模锁定模块的输入端连接至所述电压检测模块任意一个输入端的连接线上，所述第一共模锁定模块的输出端连接至所述阈值设定模块，所述第一共模锁定模块用于接收所述电压检测模块对应输入端输入的电压值，并根据接收到的电压值和预设的第一共模输入电压范围调整所述阈值设定模块向所述误差放大器模块的另一个输入端输入的电压阈值；

所述第二共模锁定模块的输入端连接至所述第一共模锁定模块与所述电压检测模块对应输入端的连接线上，所述第二共模锁定模块的输出端连接至所述误差放大器模块的输出端，所述第二共模锁定模块用于接收所述电压检测模块对应输入端输入的电压值，根据接收到的电压值和预设的第二共模输入电压范围向所述误差放大器模块输出调整电压；所述第二共模输入电压范围覆盖所述第一共模输入电压范围；

所述误差放大器模块，用于根据两个输入端的输入值和所述调整电压，输出补偿电压到外部控制驱动及功率传输模块，以使所述控制驱动及功率传输模块根据所述补偿电压调整为所述负载提供的功率，进一步使得所述待测单元两端的电压值逐渐稳定在所述第二共模输入电压范围内。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，当所述检测电路用于检测所述负载两端的电压时，所述电压检测模块的两个输入端分别连接至所述负载的两端；

当所述检测电路用于检测所述负载两端的电流时，所述待测单元还包括与所述负载串联连接的采样元件，所述电压检测模块的两个输入端分别连接至所述采样元件的两端。

3.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第一共模锁定模块，具体用于当接收到的电压值大于所述第一共模输入电压范围中的最大值时，减小所述阈值设定模块输出的电压阈值；当接收到的电压值小于所述第一共模输入电压范围中的最小值时，增大所述阈值设定模块输出的电压阈值。

4.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于，当所述电压检测模块中两个输入端分别与所述电源端之间串联1个PMOS管时，所述第一共模锁定模块，包括：PMOS管M21和PMOS管M22；

所述PMOS管M22，栅极连接至所述电压检测模块的反相输入端的连接线上；

所述PMOS管M21，漏极连接至所述PMOS管M22的源极，栅极连接至所述PMOS管M21的漏极与所述PMOS管M22的源极的连接线上；

所述阈值设定模块，包括：电流源I1和电阻R1；

所述电流源I1，一端与所述供电电源连接，另一端连接至所述PMOS管M21的源极；

所述电阻R1，一端连接至所述PMOS管M22的漏极与所述误差放大器模块的同相输入端的连接线上，另一端接地。

5.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于，当所述电压检测模块中两个输入端分别与所述电源端之间串联1个PMOS管时，所述第一共模锁定模块，包括：电流源I3、NMOS管M23、NMOS管M24、PMOS管M21和PMOS管M22；

所述电流源I3，一端与所述供电电源连接，另一端分别与所述NMOS管M23的漏极、栅极以及所述NMOS管M24的栅极连接；

所述NMOS管M23，栅极分别与所述电流源I3、所述NMOS管M24的栅极和所述NMOS管M23的漏极连接，源极接地的同时与所述NMOS管M24的源极连接；

所述NMOS管M24的漏极与所述PMOS管M22的漏极连接；

所述PMOS管M22，栅极连接至所述电压检测模块的反相输入端的连接线上，源极连接至所述PMOS管M21的栅极与漏极的连接线上；

所述PMOS管M21的源极与所述供电电源连接；

所述阈值设定模块，包括：电流源I1、NMOS管M25和电阻R1；

所述电流源I1，一端连接至所述PMOS管M21的源极与所述供电电源的连接线上，另一端连接至所述NMOS管M25的漏极；

所述NMOS管M25，栅极连接至所述PMOS管M22的漏极与所述NMOS管M24的漏极的连接线上，源极连接至所述电阻R1与所述误差放大器模块的同相输入端的连接线上；

所述电阻R1的另一端连接至所述NMOS管M24的源极与所述NMOS管M23的源极的连接线上。

6.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述误差放大器模块存在用于影响补偿电压的输入失调电压；

当所述输入失调电压产生的功率大于所述负载的功率使得所述第二共模锁定模块接收到的电压值超出所述第二共模输入电压范围时，所述第二共模锁定模块输出用于实现下拉的调整电压，以使所述误差放大器模块输出下拉后的补偿电压，进一步使得所述控制驱动及功率传输模块停止为所述负载提供功率。

7.根据权利要求6所述的检测电路，其特征在于，所述第二共模锁定模块，包括：电流源I2、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、PMOS管M1、PMOS管M5和NMOS管M6；

所述电流源I2，一端与所述供电电源连接，另一端分别与所述NMOS管M2的漏极、栅极以及所述NMOS管M3的栅极连接；

所述NMOS管M2，栅极分别与所述电流源I2、所述NMOS管M3的栅极和所述NMOS管M2的漏极连接，源极接地的同时与所述NMOS管M3的源极连接；

所述NMOS管M3的漏极与所述PMOS管M1的漏极连接；

所述PMOS管M1，栅极连接至所述电压检测模块的反相输入端的连接线上，源极与所述供电电源连接；

所述NMOS管M4，栅极连接至所述NMOS管M2的漏极与栅极的连接线上，源极连接至所述NMOS管M2的源极与所述NMOS管M3的源极的连接线上；

所述PMOS管M5，栅极连接至所述PMOS管M1的漏极与所述NMOS管M3的漏极的连接线上，源极连接至所述PMOS管M1的源极与所述供电电源的连接线上，漏极连接至所述NMOS管M4的漏极；

所述NMOS管M6，栅极连接至所述NMOS管M4的漏极与所述PMOS管M5的漏极的连接线上，源极连接至所述NMOS管M4的接地线上，漏极连接至所述误差放大器模块的输出端与所述控制驱动及功率传输模块的连接线上。

8.一种具有共模锁定功能的检测系统，其特征在于，包括：控制驱动及功率传输模块、待测单元、供电电源和如权利要求1-7中任一所述的检测电路；所述待测单元至少包括负载；

所述检测电路分别与所述供电电源和所述待测单元连接；

所述控制驱动及功率传输模块，用于根据所述检测电路输出的补偿电压调整为所述负载提供的功率，使得所述待测单元两端的电压值逐渐稳定在预设的第二共模输入电压范围内。

9.一种基于权利要求1-7任一所述检测电路的检测方法，其特征在于，包括：

利用电压检测模块对外部待测单元两端的电压压差进行检测；

利用第一共模锁定模块检测所述电压检测模块任意一个输入端的电压值，并根据检测到的电压值和预设的第一共模输入电压范围调整阈值设定模块输出的电压阈值；其中，所述第一共模输入电压范围由所述第一共模锁定模块的电路结构决定；

利用第二共模锁定模块检测与所述第一共模锁定模块检测所述电压检测模块的相同输入端的电压值，并根据检测到的电压值和预设的第二共模输入电压范围向误差放大器模块输出调整电压；其中，所述第二共模输入电压范围由所述第二共模锁定模块的电路结构决定，所述第二共模输入电压范围覆盖所述第一共模输入电压范围；

利用误差放大器模块根据所述外部待测单元两端的电压压差、所述阈值设定模块输出的电压阈值和所述调整电压输出补偿电压至外部控制驱动及功率传输模块，以使所述控制驱动及功率传输模块根据所述补偿电压调整为所述负载提供的功率，进一步使得所述待测单元两端的电压值逐渐稳定在所述第二共模输入电压范围内。

10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述误差放大器模块存在用于影响补偿电压的输入失调电压；

当所述输入失调电压产生的功率大于所述负载的功率使得所述第二共模锁定模块接收到的电压值超出所述第二共模输入电压范围时，所述第二共模锁定模块输出用于实现下拉的调整电压，以使所述误差放大器模块输出下拉后的补偿电压，进一步使得所述控制驱动及功率传输模块停止为所述负载提供功率。

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