CN1158532C - 电流,电压测量装置和利用这种电流测量装置的电话终端 - Google Patents
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Abstract
一种电流测量装置，其包含的电流检测电阻(2)用于产生与需测量的电流成比例的电压。利用MOS晶体管(4)测量该电压，晶体管(4)的栅极端连接到电流检测电阻(2)的第一端，其源极端连接到电流检测电阻(2)的第二端。利用电流耦合器件(5)将MOS晶体管(4)的漏极电流耦合到另一MOS晶体管(10)的源极端，晶体管(10)的栅极和源极端互连。MOS晶体管(4)的漏极电流使得在另一MOS晶体管(10)上形成一与电流检测电阻(2)中的电流成比例的电压。只有在电流检测电阻上形成的电压超过MOS晶体管(4)的阈值电压的条件下才会出现这种情况。通过引入偏移电压源(6，8)，只要MOS晶体管(4)导通对于所有电流值可以得到一与需测量的电流成比例的输出电压。
Description
本发明涉及一种电流测量装置，其用于提供一与在输出端的需测量的电流成比例的电压，所述电流测量装置包含第一场效应器件和第二场效应器件。
本发明涉及一种电压测量装置和电话终端，二者均利用根据本发明的电流测量装置。
由公开号为59-221672的未经审查的日本专利申请可了解一种在前述部分中所述的电流测量装置。
这样一种电流测量装置在一些使所提供的电压与流入电流回路部分的电流成比例的装置中得到广泛的应用。这样一种装置的实例是电话终端，在其中最好确定几个取决于线路电流的传输参数。这些参数的实例是话筒微音器和耳机放大器的增益。此外，可以使侧音平衡取决于DC线路电流，以保证对所有的线路长度的正确的侧音抑制。
在根据上述日本专利申请的电流测量装置中，将与需测量的电流提供到第一场效应器件的源极。第一场效应器件的漏极连接到第二场效应器件的源极。第二场效应器件的漏极连接到电源。第一和第二场效应器件的栅极连接到一对应的基准电压。
第二场效应器件的源极处的电压随需测量的电流变化，因为第二场效应器件将调节其栅极-源极电压值达到一与输入电流相对应的数值。这一源极电压加到一源极跟随器电路，使得在输出端可得到输出信号。
由于场效应器件的栅极-源极电压和漏极电流之间的关系是非线性的，需测量的电流和输出电压之间的关系也是非线性的。通常在这种测量装置中非线性的关系是不希望形成的。
本发明的目的是提供一种根据开头部分所述的电流测量装置，其中能得到在需测量的电流和输出电压之间线性关系。
为了实现所述目的，本发明其特征在于，该电流测量装置包含：电流检测电阻，具有第一和第二端；第一场效应器件的栅极连接到电流检测电阻第一端，第一场效应器件的源极连接到电流检测电阻第二端，第一场效应器件的漏极连接到一电流耦合器件，该电流耦合器件用于使一取决于第一场效应器件的漏极电流的电流流入第二场效应器件；以及一输出耦合器件，其用于将一由第二场效应器件的栅极和源极端之间的电压产生的输出电压提供到一输出端。
通过将在电流检测电阻上形成的电压变换为第一场效应器件的漏极电流，以及通过将这一漏极电流变换为第二场效应器件的源极-栅极电压，得到一与在电流检测电阻上形成的电压成比例的输出电压。利用第二场效应器件的相同非线性补偿第一场效应器件的栅极-源极电压和漏极电流之间的非线性关系。
根据本发明的装置的一实施例其特征在于，该电流测量装置包含：偏移电压源，用于相对于第一场效应器件的源极电压偏移第一场效应器件的栅极电压。
通过相对于第一场效应器件的源极电压偏移第一场效应器件的栅极电压，变得可以测量由一在电流检测电阻上分布的且小于第一场效应器件阈值电压的电压形成的电流。如果按照适当的方式选择偏移电压，则就可以测量数值由0起始的电流。
根据本发明的装置的另一实施例其特征在于，该电流测量装置包含：另一偏移(电压)源，用于相对于第二场效应器件的栅极和源极端之间的电压，偏移电流测量装置的输出电压。
这一附加测量能够得到一不取决于偏移电压数值的输出电压。这就使得能够利用一随温度变化的偏移电压。这种偏移电压能够易于在集成电路上产生。
本发明的再一个实施例其特征在于，该电流耦合器件包含一耦合在第一场效应器件的漏极端和第二场效应器件的源极端之间的栅地阴地(cascode)场效应器件，该栅地阴地场效应器件的栅极耦合到一基准(电压)源(source)。
引入栅地阴地场效应器件的作用在于使第一场效应器件的输出阻抗急剧增加。这样就导致降低电源电压对第一场效应器件的漏极电流的影响。因而提高了测量装置的精度。
下面参照附图解释本发明。
图1表示根据本发明的电流测量装置的第一实施例。
图2表示根据本发明的电流测量装置的第二实施例，其提高了测量的精度。
图3表示根据本发明的电流测量装置的一个优选实施例。
图4表示根据本发明的电流测量装置的又一个实施例。
图5表示根据本发明的电话终端的方块图。
在根据图1的电流测量装置中，第一端VH连接到阻值为R的电阻2第一端和P-MOS晶体管4的源极端。此外电阻2第一端连接到P-MOS晶体管的大容量端。第二端VL连接到阻值为R的电阻2第二端和一提供偏移电压VB的偏移电压源6的正瑞。偏移电压源6的第二瑞连接到P-MOS晶体管4的栅极端。
P-MOS晶体管4的漏极端连接到电流耦合器件5的输入端，这里的电流耦合器件5包含一种简单的相互连接。电流耦合器件5★的输出端耦合到P-MOS晶体管10的源极和大容量端以及再一偏移电源8的正瑞。
P-MOS晶体管10的漏极端和P-MOS晶体管10的栅极端均连接到地端。
利用测量电阻2变换需测量的电流。P-MOS晶体管4的源极-栅极电压等于I×R+VB。如果假设电压P-MOS晶体管4的阈值电压等于VT，以及假设P-MOS晶体管4工作在饱和区，这样该漏极电流就基本上与漏极电压无关，P-MOS晶体管4的漏极电流ID可以表达为(1)：
ID＝b0(W/L)(VSG-VT)2＝b0(W/L)(I×R+VB-VT)2；I×R+VB＞VTID＝0；I×R+VB≤VT (1)
在表达式(1)中，β0是P-MOS晶体管的跨导常数，W是P-MOS晶体管的宽度，L是M0S晶体管的长度。VSG是P-MOS晶体管的栅极-源极电压，VT是P-MOS晶体管的阈值电压。P-MOS晶体管4的漏极电流被强迫流入P-MOS晶体管10的源极端。这一电流使在P-MOS晶体管10上形成电压降VGS′。选择P-MOS晶体管10与P-MOS晶体管4的特性相同。对于P-MOS晶体管的漏极电流和电压降VGS′之间的关系可以求出：
IS＝b0(W/L)(VGS′-VT)2 (2)
由于P-MOS晶体管4的漏极电流与P-MOS晶体管10的源极电流在表达式(1)和(2)中可以相等。因而，对于VGS′可以求出表达式(3)：
(VGS′-VT)＝(I×R+VB-VT)；I×R+VB＞VT→ (3)
VGS′＝I×R+VB；I×R+VB＞VT
根据图1中的电流测量电路中的输出电压V0等于VGS′-VB。如果I×R+VB＞VT，利用表达式(3)提供I×R的数值V0。因而，求出输出电压V0和电流I之间的线性关系。如果VB大于VT，可以测量所有大于0的电流I的数值。根据上述部分可以看出，输出电压V0不取决于该取决于二个P-MOS晶体管的特性β0和VT的温度。为此的先决条件是使P-MOS晶体管4的特性和10相同。如果二个晶体管集成在同一集成片上以及如果将二者认真地匹配，这一条件一般是满足的。
由开关部分己知如果I×R总是大于VT，则可以取消偏移电压源6和8。如果可以容许输出电压V0相对I×R的数值具有偏移，则可以取消偏移电压8。
如果除去电阻R(或指定为高阻值)，也可以利用根据图1中的电路作为电压测量装置，用于产生一与连接端VH和VL之间的电压差成比例的电压。
在上述部分中假设P-MOS晶体管的漏极电流不取决于漏极-源极间的电压。但实际上，这并不是完全真实的。
图2表示根据本发明的装置的一实施例，其中明显地降低了P-MOS晶体管漏极-源极间电压的影响。在根据图2的装置中，电流耦合器件13包含一栅地阴地电路，用于得到一提高输出阻抗的电流源。
P-MOS晶体管4的漏极连接到P-MOS晶体管15的源极端和P-MOS晶体管11的栅极端。P-MOS晶体管11的漏极连接到P-MOS晶体管15的栅极端。P-MOS晶体管15的漏极端连接到P-MOS晶体管10的源极端和缓冲器18的输入端。缓冲器18的输出端构成电流测量装置的输出端。
组合的P-MOS晶体管11和15对P-MOS晶体管4的漏极电压进行箝位，使之等于P-MOS晶体管11的栅-极源极间电压的一个数值。由于P-MOS晶体管15和P-MOS晶体管4串联，得到一高输出阻抗的电流源。由组合的P-MOS晶体管11和15起一控制电路的作用，试图保持在P-MOS晶体管4的漏极端上的电压恒定，进一步提高这一输出阻抗。
在根据图3所示的电流测量电路的一实施例中，引入图1所示的偏移电压源6和8。偏移电压源6和8是由经过浮动电流源31耦合的P-MOS晶体管12和26形成的。
P-MOS晶体管12的漏极-源极通道连接在连接端VL和P-MOS晶体管4的栅极端之间。该P-MOS晶体管的栅极端连接到所述同一P-MOS晶体管的漏极端。偏移电压VB(偏移电压源6)现在产生在P-MOS晶体管12的源极-栅极之间。
P-MOS晶体管26的源极连接到浮动电流源31，以及P-MOS晶体管26的栅极端和漏极端接地。
浮动电流源31通过组合两个N-MOS晶体管20和30以及两个P-MOS晶体管22和28构成。N-MOS晶体管20的漏极端连接到的N-MOS晶体管20的栅极端以及N-MOS晶体管30的栅极端。N-MOS晶体管20的源极端连接到P-MOS晶体管22的源极端以及N-MOS晶体管30的源极端连接到P-MOS晶体管28的源极端。P-MOS晶体管22的漏极端连接到P-MOS晶体管22的栅极端和连接到P-MOS晶体管28的栅极端以及P-MOS晶体管24的源极端。P-MOS晶体管24的栅极端连接到其漏极端。这两个连接端接地。
由偏置电流源18提供的偏置电流I强迫流入到一包含P-MOS晶体管16和14的电流镜像电路中。由P-MOS晶体管14的漏极端输送的电流镜像电路输出电流流入串联的N-MOS晶体管20、P-MOS晶体管22和P-MOS晶体管24。由于选择晶体管30、28和26分别具有与晶体管20、22和24相同的特性，会在晶体管26和24的该连接端上呈现相同的电压。这就会使相同的电流I流过串联的晶体管26、28和30，以及晶体管12。因而在晶体管11和26上产生相同的电压VB。
已经参照图1和2解释了组合的晶体管4、10、12和14的工作情况。在晶体管10上形成的电压等于VH-VL+VB。由于一围绕运算放大器32和一包含N-MOS晶体管34和电阻36的源极跟随器电路的反馈电路，在运算放大器的二输入端之间电压可以达到基本上为0。由于在P-MOS晶体管26上形成的电压等于VB，源极跟随器的输出等于(VH-VL+VB)-VB＝VH-VL。
在根据图4所示的电流测量装置的另一实施例中，现在由包含由N-MOS晶体管40和42组成的电流镜像电路的电流耦合器件41替代根据图1中的电流耦合器件5。根据图4所示的电路的工作情况与根据图1所示的电路的工作情况相似。设有运算放大器32是为提供具有适当驱动能力的电流。
利用P-MOS晶体管4将在电阻2上形成的电压变换为电流。利用N-MOS晶体管40将这一电流镜像形成在N-MOS晶体管42中，其使该镜像电流通过P-MOS晶体管。按照对于图1讨论的相同方式，在P-MOS晶体管10上形成一与VH-VL成比例的电压。应注意，相对于地的输出电压V0被相对于电压VH-VL反相并包含一偏移电压值VB。如果这样，在后来的各级中引起的的问题是，可以利用一简单的反相器来将输出电压V0反相。
如果根据图4中的电路的输出电压V0′取在P-MOS晶体管4的栅极和P-MOS晶体管10的漏极之间，当P-MOS晶体管4和P-MOS晶体管10匹配，以及P-MOS晶体管40和P-MOS晶体管42匹配时，可以完全取消偏移电压。
在根据图5中的电话终端50中，电话线路连接到一全波整流器52，该全波整流器52提供一与该线路怎样连接到电话终端50上无关的单极性电压。全波整流器52的第一输出端连接到晶体管54的第一端和P-MOS晶体管58的源极端。电阻54的第二端连接到集成电路60的第一端和P-MOS晶体管58的栅极端。P-MOS晶体管58的漏极端连接到集成电路60的第二输入端和电流测量电阻56第一端。电流测量电阻56第二端连接到集成电路60的第三端和键盘控制器70的电源端。
如果电话终端摘机，经过电阻54向集成电路60提供一供电电压。如果电话终端正在摘机，通过闭合钩键开关75对其进行检测，在集成电路60中的控制器66使P-MOS晶体管的栅极电压降低，使P-MOS晶体管58导通。这就能向集成电路60中的各附加元件和键盘控制器提供一供电电压。
连接到集成电路60的第二和第三端的电流测量装置64包含根据图1、2和3的电路，该电流测量装置64由在电流测量电阻56上形成的电压确定线路电流。
响应于该线路电流，控制器66将线路接口的某些参数设定为对应的数值。这些参数可以是用于话筒74的增益和用于耳机72的增益，不过这些参数还用于实现最佳侧音抑制。这些增益值将随线路电流的降低而增加，因为线路电流的降低代表线路更长，具有更大的直流电阻，不过还使音频信号产生更大的衰减。
配置键盘接口70用于对由键盘接收的信号进行解码和产生用于拨号和其它发信号目的的DTMF信号。
Claims (9)
1.一种电流测量装置，用于提供一与在输出端需测量的电流成比例的输出电压，所述电流测量装置包含第一场效应器件和第二场效应器件，其特征在于，所述电流测量装置包含：电流检测电阻，具有第一和第二端；第一场效应器件的栅极连接到电流检测电阻第一端，第一场效应器件的源极连接到电流检测电阻第二端，第一场效应器件的漏极连接到一电流耦合器件，该电流耦合器件用于使一取决于第一场效应器件的漏极电流的电流流入第二场效应器件；以及一输出耦合器件，用于将一由第二场效应器件的栅极和源极端之间的电压产生的输出电压提供到一输出端。
2.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置包含一偏移电压源，用于相对于第一场效应器件的源极电压偏移第一场效应器件的栅极电压。
3.根据权利要求2所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置包含另一偏移电压源，用于相对于第二场效应器件的栅极和源极端之间的电压，偏移电流测量装置的输出电压。
4.根据前述任一权利要求所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流耦合器件包含一耦合在第一场效应器件的漏极端和第二场效应器件的源极端之间的栅地阴地场效应器件，该栅地阴地场效应器件的栅极耦合到一基准电压源。
5.一种电压测量装置，用于在输出端提供一与在第一和第二输入端之间的电压成比例的输出电压，所述电压测量装置包含第一场效应器件和第二场效应器件，第一场效应器件的栅极连接到该第一输入端，第一场效应器件的源极连接到该第二输入端，第一场效应器件的漏极连接到第二场效应器件的源极，第二场效应器件的漏极和栅极连接到一基准电压，第二场效应器件的源极连接到该输出端。
6.根据权利要求5所述的电压测量装置，其特征在于，所述电压测量装置包含一偏移电压源，用于相对于第一场效应器件的源极电压偏移第一场效应器件的栅极电压。
7.根据权利要求6所述的电压测量装置，其特征在于，所述电流测量装置包含另一偏移电压源，用于相对于第二场效应器件的源极，偏移电流测量装置的输出电压。
8.根据权利要求5到7中之一所述的电压测量装置，其特征在于，所述电压测量装置包含一耦合在第一效应器件的漏极端和第二场效应器件的源极端之间的栅地阴地场效应器件，该栅地阴地场效应器件的栅极耦合到一基准电压源。
9.一种电话终端，其包含根据权利要求1到4中之一所述的电流测量装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NXP CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: ROYAL PHILIPS ELECTRONICS CO., LTD. Effective date: 20070907 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20070907 Address after: Holland Ian Deho Finn Patentee after: Koninkl Philips Electronics NV Address before: Holland Ian Deho Finn Patentee before: Koninklike Philips Electronics N. V. |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20040721 Termination date: 20120603 |