DE102015204519A1

DE102015204519A1 - Genaue Stromerfassung

Info

Publication number: DE102015204519A1
Application number: DE102015204519.6A
Authority: DE
Inventors: Nicolo Nizza; Danilo Gerna
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-09-15
Anticipated expiration: 2035-03-13
Also published as: US10234487B2; DE102015204519B4; US20160266175A1

Abstract

Es wird eine Stromerfassungsschaltung (200) für einen Durchlasstransistor (101) beschrieben. Die Stromerfassungsschaltung (200) umfasst einen Erfassungstransistor (111), der einen Eingangsanschluss aufweist, der mit einem Eingangsanschluss des Durchlasstransistors (101) gekoppelt ist, und der einen Steueranschluss aufweist, der mit einem Steueranschluss des Durchlasstransistors (101) gekoppelt ist. Darüber hinaus umfasst die Schaltung (200) einen Differentialverstärker (202), der einen Differentialeingang und einen Ausgang umfasst. Ein Ausgangsanschluss des Durchlasstransistors (101) ist mit einem ersten Anschluss des Differentialeingangs gekoppelt und ein Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors (111) ist mit einem zweiten Anschluss des Differentialeingangs gekoppelt. Der Differentialverstärker (202) umfasst einen ersten Unterverstärker (310) und einen zweiten Unterverstärker (320), die parallelgeschaltet sind und die auf abwechselnde Weise in einer Phase des automatischen Nullabgleichs und in einer Verstärkungsphase betrieben werden und die in einer einander ausschließenden Weise in der Phase des automatischen Nullabgleichs betrieben werden. Die Ausgabe des Differentialverstärkers (202) wird zum Steuern eines Spannungsabfalls über den Erfassungstransistor (111) und über den Durchlasstransistor (101) verwendet.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument bezieht sich auf eine Schaltung zur Erfassung des Stroms durch einen Durchlasstransistor.
Hintergrund
Stromerfassungsschaltungen werden umfassend zum Erfassen und zum Steuern/Regeln des Stroms, der durch einen Durchlasstransistor fließt, verwendet. Üblicherweise umfassen die Stromerfassungsschaltungen einen Erfassungstransistor, der unter Verwendung desselben Steuersignals wie der Durchlasstransistor gesteuert wird. Üblicherweise ist der Erfassungstransistor eine verkleinerte Kopie des Durchlasstransistors.
Um sicherzustellen, dass der Strom durch den Erfassungstransistor eine genaue Angabe des Stroms durch den Durchlasstransistor ist, sollte der Spannungsabfall über den Erfassungstransistor an den Spannungsabfall über den Durchlasstransistor angepasst sein.
Das vorliegende Dokument behandelt das technische Problem der Bereitstellung einer genauen Angabe des Stroms durch einen Durchlasstransistor. In diesem Kontext sind Maßnahmen zur Anpassung des Spannungsabfalls über einen Erfassungstransistor an den Spannungsabfall über den Durchlasstransistor beschrieben.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt wird eine Stromerfassungsschaltung (oder eine Stromerfassungs- und Stromregelschaltung) für einen Durchlasstransistor beschrieben. Der Durchlasstransistor kann einen Metalloxidhalbleitertransistor (MOS-Transistor), z. B. einen PMOS-Transistor, umfassen. Die Stromerfassungsschaltung umfasst einen Erfassungstransistor (z. B. einen MOS-Transistor, insbesondere einen MOS-Transistor desselben Typs wie der Durchlasstransistor), der einen Eingangsanschluss (z. B. einen Drain oder eine Source) aufweist, der mit einem Eingangsanschluss (z. B. einem Drain oder einer Source) des Durchlasstransistors gekoppelt ist, und der einen Steueranschluss (z. B. ein Gate) aufweist, der mit einem Steueranschluss (z. B. einem Gate) des Durchlasstransistors gekoppelt ist. Eine Größe des Durchlasstransistors kann um 2, 3 oder mehr Größenordnungen größer als eine Größe des Erfassungstransistors sein. Somit kann ein Strom durch den Durchlasstransistor gemäß dem Größenverhältnis der Größen des Durchlasstransistors und des Erfassungstransistors größer als ein Strom durch den Erfassungstransistor sein.
Ferner umfasst die Stromerfassungsschaltung einen Differentialverstärker, der einen Differentialeingang und einen Ausgang, z. B. einen Differentialausgang, umfasst. Ein Ausgangsanschluss (z. B. eine Source oder ein Drain) des Durchlasstransistors kann mit einem ersten Anschluss des Differentialeingangs gekoppelt sein und ein Ausgangsanschluss (z. B. eine Source oder ein Drain) des Erfassungstransistors kann mit einem zweiten Anschluss des Differentialeingangs gekoppelt sein. Somit kann eine Delta-Spannung, die der Differenz zwischen einer Durchlassspannung an dem Ausgangsanschluss des Durchlasstransistors und einer Erfassungsspannung an dem Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors entspricht, durch den Differentialverstärker verstärkt werden, um an dem Ausgang des Differentialverstärkers eine Spannung, z. B. eine zweite Delta-Spannung bei einem Differentialausgang des Differentialverstärkers, bereitzustellen.
Der Differentialverstärker umfasst einen ersten (Differential-)Unterverstärker und einen zweiten (Differential-)Unterverstärker, die hinsichtlich des Differentialeingangs und des Ausgangs des Differentialverstärkers parallelgeschaltet sind. Somit umfassen beide Unterverstärker einen Differentialeingang bzw. einen (möglicherweise Differential-)Ausgang. Der erste Unterverstärker und der zweite Unterverstärker werden auf abwechselnde Weise in einer Phase des automatischen Nullabgleichs und in einer Verstärkungsphase betrieben. Die Abwechslung der Phase des automatischen Nullabgleichs und der Verstärkungsphase kann unter Verwendung eines Taktsignals gesteuert werden. Im Ergebnis des Betriebs wenigstens zweier Unterverstärker in abwechselnden Phasen kann der Gesamt-Offset des Differentialverstärkers auf genaue Weise kompensiert werden, wodurch eine genaue Messung des Stroms durch den Durchlasstransistor ermöglicht wird.
Die Ausgabe des Differentialverstärkers wird verwendet, um einen Spannungsabfall über den Erfassungstransistor und den Durchlasstransistor zu steuern. Insbesondere kann die V_DS über dem Durchlasstransistor und über dem Erfassungstransistor unter Verwendung der Ausgabe des DD-Verstärkers gesteuert werden. Insbesondere kann der Spannungspegel an den Gates des Erfassungstransistors und des Durchlasstransistors auf der Grundlage der Ausgabe des Differentialverstärkers gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Versorgungsspannung an den Eingangsanschlüssen des Erfassungstransistors und des Durchlasstransistors auf der Grundlage der Ausgabe des Differentialverstärkers (z. B. unter Verwendung eines Gleichstrom/Gleichstrom-Leistungswandlers) gesteuert werden. Im letzteren Fall können die Gates des Erfassungstransistors und des Durchlasstransistors auf einem festen Pegel (z. B. auf Masse) gehalten werden.
Wegen der genauen Kompensation des Offsets des Differentialverstärkers kann eine genaue Angabe des Stroms durch den Durchlasstransistor bereitgestellt werden.
Der erste Unterverstärker und der zweite Unterverstärker können auf einander ausschließende Weise in der Phase des automatischen Nullabgleichs betrieben werden, so dass insbesondere der erste Unterverstärker in der Verstärkungsphase ist, wenn der zweite Unterverstärker in der Phase des automatischen Nullabgleichs ist, und so dass der zweite Unterverstärker in der Verstärkungsphase ist, wenn der erste Unterverstärker in der Phase des automatischen Nullabgleichs ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass wenigstens einer der (wenigstens) zwei Unterverstärker immer in der Verstärkungsphase ist. Im Ergebnis dessen wird eine ununterbrochene Stromerfassungs- und Stromregelschleife bereitgestellt, wodurch eine stabile und genaue Stromerfassung ermöglicht wird.
Der Differentialverstärker kann Kondensatoren des automatischen Nullabgleichs für den ersten Unterverstärker umfassen. Insbesondere kann für jeden Eingangsanschluss des ersten Unterverstärkers ein Kondensator des automatischen Nullabgleichs vorgesehen sein. Wenn der erste Unterverstärker in der Phase des automatischen Nullabgleichs ist, können die Kondensatoren des automatischen Nullabgleichs mit den jeweiligen Eingangsanschlüssen des ersten Unterverstärkers in Reihe geschaltet sein, wodurch der Offset des ersten Unterverstärkers ”gespeichert” wird. Darüber hinaus können die Kondensatoren des automatischen Nullabgleichs die jeweiligen Eingangsanschlüsse des ersten Unterverstärkers mit Masse koppeln, wenn der erste Unterverstärker in der Verstärkungsphase ist, wodurch eine genaue Offset-Kompensation bereitgestellt wird. Für den zweiten Unterverstärker können ebenfalls Kondensatoren des automatischen Nullabgleichs vorgesehen sein.
Der erste Unterverstärker kann Schalter zum Schalten des ersten Unterverstärkers aus der Phase des automatischen Nullabgleichs in die Verstärkungsphase und umgekehrt umfassen. Die Schalter können durch das Taktsignal gesteuert werden. Insbesondere kann der erste Unterverstärker einen ersten Satz von Schaltern und einen zweiten Satz von Schaltern umfassen. Die Sätze von Schaltern können so ausgelegt sein, dass ein Kondensator des automatischen Nullabgleichs mit dem Eingangsanschluss des ersten Unterverstärkers in Reihe geschaltet ist, wenn der erste Satz von Schaltern offen ist und wenn der zweite Satz von Schaltern geschlossen ist. Darüber hinaus können die Sätze von Schaltern so ausgelegt sein, dass der Kondensator des automatischen Nullabgleichs den Eingangsanschluss mit Masse koppelt, wenn der erste Satz von Schaltern geschlossen ist und wenn der zweite Satz von Schaltern offen ist. Auf ähnliche Weise können für den zweiten Unterverstärker Sätze von Schaltern vorgesehen sein. Somit können die abwechselnden Phasen der Phase des automatischen Nullabgleichs und der Verstärkungsphase auf effiziente Weise implementiert werden.
Wenn der erste Unterverstärker in der Phase des automatischen Nullabgleichs ist, kann ein erster Offset des ersten Unterverstärkers gemessen werden. Andererseits kann der erste Unterverstärker die Delta-Spannung unter Verwendung des ersten Offsets verstärken, wenn der erste Unterverstärker in der Verstärkungsphase ist. Somit kann der Offset des ersten Unterverstärkers auf genaue Weise kompensiert werden. Dasselbe kann auf den zweiten Unterverstärker zutreffen.
Darüber hinaus kann die Stromerfassungsschaltung einen differentiellen Differenzverstärker, hier als DD-Verstärker bezeichnet, umfassen, der einen Hauptdifferentialeingang, einen Zusatzdifferentialeingang und einen Ausgang umfassen kann. Ein Differentialausgang des Differentialverstärkers kann mit dem Zusatzdifferentialeingang des DD-Verstärkers gekoppelt sein. Darüber hinaus kann der Ausgangsanschluss des Durchlasstransistors mit einem ersten Anschluss des Hauptdifferentialeingangs gekoppelt sein und kann der Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors mit einem zweiten Anschluss des Hauptdifferentialeingangs gekoppelt sein. Mit anderen Worten, die Delta-Spannung kann mit dem Hauptdifferentialeingang des DD-Verstärkers gekoppelt sein.
Durch Verwendung eines DD-Verstärkers zusammen mit einem Differentialverstärker kann eine genaue Kompensation der Verstärker-Offsets erzielt werden, wodurch ein genauer V_DS-Ausgleich und folglich eine genaue Messung des Stroms durch die Durchlassvorrichtung ermöglicht werden.
Außerdem kann die Stromerfassungsschaltung einen Ausgangstransistor (z. B. einen MOS-Transistor) umfassen, der auf der Grundlage der Ausgabe des Differentialverstärkers (oder der Ausgabe des DD-Verstärkers) gesteuert wird. Insbesondere kann die Spannung am Ausgang des Differentialverstärkers an einen Steueranschluss (z. B. an ein Gate) des Ausgangstransistors angelegt werden. Ein Ausgangsanschluss (z. B. eine Source oder ein Drain) des Ausgangstransistors kann mit dem Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors gekoppelt sein und dadurch eine Rückkopplungsschleife zum Ausgleich des Spannungsabfalls (z. B. des V_DS) über dem Durchlasstransistor und dem Erfassungstransistor bereitstellen. Der Strom durch den Ausgangstransistor (hier als der Erfassungsstrom bezeichnet) stellt eine Angabe des Stroms durch den Durchlasstransistor bereit.
Der Erfassungsstrom durch den Ausgangstransistor kann zu den Steueranschlüssen des Durchlasstransistors und des Erfassungstransistors rückgekoppelt werden. Insbesondere kann die Stromerfassungsschaltung einen oder mehrere Stromspiegel zum Spiegeln des Erfassungsstroms zu den Steueranschlüssen des Durchlasstransistors und des Erfassungstransistors umfassen. Darüber hinaus kann die Stromerfassungsschaltung eine Stromquelle umfassen, die zum Einstellen eines Steuerstroms konfiguriert ist. Ein Spannungspegel an den Steueranschlüssen des Durchlasstransistors und des Erfassungstransistors kann von dem Steuerstrom abhängen. Darüber hinaus kann der Spannungspegel an den Steueranschlüssen des Durchlasstransistors und des Erfassungstransistors von dem gespiegelten Erfassungsstrom abhängen. Insbesondere kann eine Differenz zwischen dem Steuerstrom und dem gespiegelten Erfassungsstrom den Spannungspegel an den Steueranschlüssen des Durchlasstransistors und des Erfassungstransistors einstellen. Somit kann eine Regelschleife zum Regeln des Stroms durch den Durchlasstransistor gemäß dem Steuerstrom vorgesehen sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines Erfassungsstroms, der einen Strom durch einen Durchlasstransistor angibt, beschrieben. Das Verfahren umfasst das Anordnen eines Erfassungstransistors in der Weise, dass ein Eingangsanschluss des Erfassungstransistors mit einem Eingangsanschluss des Durchlasstransistors gekoppelt ist und dass ein Steueranschluss des Erfassungstransistors mit einem Steueranschluss des Durchlasstransistors gekoppelt ist. Darüber hinaus umfasst das Verfahren das Verstärken einer Delta-Spannung, die einer Differenz zwischen einer Durchlassspannung an einem Ausgangsanschluss des Durchlasstransistors und einer Erfassungsspannung an einem Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors entspricht, unter Verwendung eines ersten Differentialunterverstärkers und den automatischen Nullabgleich eines zweiten Differential-Unterverstärkers, der zu dem ersten Differential-Unterverstärker parallelgeschaltet ist, während des Verstärkens der Delta-Spannung unter Verwendung des ersten Differentialunterverstärkers. Außerdem umfasst das Verfahren das Verstärken der Delta-Spannung unter Verwendung des zweiten Differentialunterverstärkers und den automatischen Nullabgleich des ersten Differentialunterverstärkers während des Verstärkens der Delta-Spannung unter Verwendung des zweiten Differentialunterverstärkers. Die verstärkte Delta-Spannung kann zum Steuern eines Spannungsabfalls über dem Erfassungstransistor und dem Durchlasstransistor verwendet werden. Zu diesem Zweck kann das Verfahren das Koppeln eines Ausgangsanschlusses eines Ausgangstransistors mit dem Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors und das Steuern des Ausgangstransistors unter Verwendung einer Ausgabe des ersten Differentialunterverstärkers oder des zweiten Differentialunterverstärkers umfassen. Der Erfassungsstrom entspricht dem Strom durch den Ausgangstransistor.
Es wird angemerkt, dass die Verfahren und Systeme einschließlich ihrer bevorzugten Ausführungsformen, wie sie in dem vorliegenden Dokument dargelegt sind, allein oder zusammen mit den anderen in diesem Dokument offenbarten Verfahren und Systemen verwendet werden können. Außerdem sind die im Kontext eines Systems dargelegten Merkmale ebenfalls auf ein entsprechendes Verfahren anwendbar. Darüber hinaus können alle Aspekte der in dem vorliegenden Dokument dargelegten Verfahren und Systeme beliebig kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche auf beliebige Weise miteinander kombiniert werden.
In dem vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff ”koppeln” oder ”gekoppelt” darauf, dass Elemente unabhängig davon, ob sie direkt, z. B. über Drähte, oder auf eine andere Weise verbunden sind, in elektrischer Kommunikation miteinander stehen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die Erfindung ist im Folgenden auf beispielhafte Weise anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei
1a einen Blockschaltplan einer beispielhaften Stromerfassungs-/Stromregelschaltung zeigt;
1b einen Stromlaufplan einer beispielhaften Stromerfassungs-/Stromregelschaltung zeigt;
2 einen Stromlaufplan einer beispielhaften Stromerfassungs-/Stromregelschaltung mit Offset-Kompensation zeigt;
3 einen Stromlaufplan eines mehrfach automatisch nullabgeglichenen Verstärkers zeigt;
4a und 4b Simulationsergebnisse zeigen;
5 einen Stromlaufplan einer Sigma-Delta-Schleife für gemischte Signale zeigt;
6 einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Erfassen des Stroms durch einen Durchlasstransistor zeigt; und
7a und 7b Stromlaufpläne einer beispielhaften Stromerfassungsschaltung für eine Batterieschalterarchitektur zeigen.
Ausführliche Beschreibung
Leistungsmanagementfunktionen, z. B. für die Batterieladung, die einen Durchlasstransistor nutzen, umfassen üblicherweise eine Stromerfassungsschaltung zum Erfassen und/oder zum Steuern des tatsächlichen Stroms, der durch externe Komponenten geliefert oder entnommen wird. Mittels eines Erfassungstransistors, der eine verkleinerte Kopie des Durchlasstransistors ist, kann eine integrierte Stromerfassung ausgeführt werden.
Um die Ladezeit zu verringern, können Batterieladegeräte verhältnismäßig hohe Ladeströme (mehrere Ampere) erfordern. In diesem Kontext wird der Spannungsabfall bei dem Durchlasstransistor (z. B. die V_DS eines MOS-Transistors) so tief wie möglich gedrückt, um die Systemeffizienz des Durchlasstransistors zu erhöhen. Im Ergebnis dessen besteht ein Bedarf an der Implementierung der Stromerfassung mit einer verringerten Offset-Spannung. Da der Durchlasstransistor im Normalbetrieb in ein tief lineares Gebiet gedrückt wird, hängt der Abgleich zwischen dem Durchlassstrom (durch den Durchlasstransistor) und dem Erfassungsstrom (durch den Erfassungstransistor) stark von dem Abgleich der Spannungen über den Durchlasstransistor und den Erfassungstransistor ab. Insbesondere beeinflusst eine Fehlanpassung des V_DS eines Durchlasstransistors und eines Erfassungstransistors direkt eine Fehlanpassung des Durchlassstroms und des Erfassungsstroms.
Der Strom I_D durch einen MOS-Transistor ist durch I_D = μ C_OX W/L(V_GS – V_TH – V_DS/2)V_DS gegeben. Dies kann mit V_GS – V_TH >> V_DS als I_D = μ C_OX W/L(V_GS – V_TH)V_DS vereinfacht werden. In den obigen Formeln ist V_GS die Gate-Source-Spannung in einem MOS-Transistor, ist V_TH die Schwellenspannung des MOS-Transistors, ist W/L das Breiten/Längen-Verhältnis des MOS-Transistors, ist C_OX die Kapazität der Oxidschicht des MOS-Transistors und ist μ die effektive Ladungsträgerbeweglichkeit.
Aus den obigen Formeln ist zu sehen, dass der Drain-Source-Strom I_D durch einen MOS-Transistor direkt von der Drain-Source-Spannung V_DS über den MOS-Transistor abhängt. Im Ergebnis dessen ist es üblicherweise wichtig, die Drain-Source-Spannungen über den Durchlasstransistor und über den Erfassungstransistor anzupassen bzw. anzugleichen, um sicherzustellen, dass der Erfassungsstrom eine genaue Angabe des Durchlassstroms bereitstellt.
In 1a ist ein Blockschaltplan einer beispielhaften Stromerfassungs- und Stromsteuerschaltung 100 dargestellt. 1a zeigt einen Durchlasstransistor 101, der als ein PMOS-Transistor implementiert ist, wobei der Drain (direkt) mit einer Versorgungsspannung 121 gekoppelt ist und wobei die Source eine Ausgangsspannung 122 (z. B. eine Batteriespannung zum Laden einer Batterie) bereitstellt. Der Durchlasstransistor 101 wird über ein Gate gesteuert. Außerdem ist der Erfassungstransistor 111 als ein PMOS-Transistor implementiert, der ein Breiten/Längen-Verhältnis zeigt, das üblicherweise um einen Faktor von 100, 1000 oder mehr kleiner als das Breiten/Längen-Verhältnis des Durchlasstransistors 101 ist. Außerdem ist der Drain des Erfassungstransistors 111 (direkt) mit der Versorgungsspannung 121 gekoppelt und ist das Gate des Erfassungstransistors 111 (direkt) mit dem Gate des Durchlasstransistors 101 gekoppelt. Die Gates des Erfassungstransistors 111 und des Durchlasstransistors 101 werden unter Verwendung einer Steuerschaltung 131 (z. B. einer Leistungsmanagementschaltung) gesteuert.
Die Stromerfassungs- und Stromsteuerschaltung 100 umfasst einen Differentialverstärker 102, der dafür konfiguriert ist, eine Delta-Spannung an dem Eingang des Differentialverstärkers 102 zu verstärken. Die Delta-Spannung entspricht der Differenz zwischen der Ausgangsspannung 122 des Durchlasstransistors 101 und der Ausgangsspannung 124 des Erfassungstransistors 111. Die verstärkte Delta-Spannung am Ausgang des Verstärkers 102 wird über den Ausgangstransistor 103 zu einem der Differentialeingänge des Differentialverstärkers 102 (und zu der Source des Erfassungstransistors 111) rückgekoppelt. Im Ergebnis dessen wird die Ausgangsspannung 124 des Erfassungstransistors 111 in der Weise geregelt, dass sie gleich der Ausgangsspannung 122 des Durchlasstransistors 101 ist, wodurch die V_DS über dem Durchlasstransistor 101 und die V_DS über dem Erfassungstransistor 111 abgeglichen werden. Der Erfassungsstrom 123 wird über die Stromauslese-Schaltungsanordnung 132 durch den Ausgangstransistor 103 bereitgestellt.
1b zeigt einen Stromlaufplan einer Stromerfassungs- und Stromsteuerschaltung 100. Die Schaltung 100 umfasst einen ersten Stromspiegel 104, 105 und einen zweiten Stromspiegel 106, 107, um den Erfassungsstrom 123 zu den Gates des Erfassungstransistors 111 und des Durchlasstransistors 101 zu kopieren. Der kopierte Erfassungsstrom wird mit einem Steuerstrom, der durch eine Stromquelle 108 eingestellt wird, versetzt bzw. mit einem Offset versehen, um die Gates des Erfassungstransistors 111 und des Durchlasstransistors 101 zu steuern und um den Strom durch den Durchlasstransistor 101 gemäß dem Steuerstrom einzustellen.
Operationsverstärker 102 zeigen üblicherweise einen Verstärker-Offset. Dieser Verstärker-Offset beeinflusst die Genauigkeit des Erfassungsstroms 123. Um einen solchen Verstärker-Offset zu kompensieren, können Zerhackungstechniken oder korrelierte Doppelabtastungstechniken angewendet werden. Allerdings sind diese Techniken im Fall von Eintaktdifferentialverstärkern (wie in 1a gezeigt) schwierig anzuwenden. Darüber hinaus erfordert die Zerhackung eine Ausgangs-Offset-Welligkeitsfilterung, was die Komplexität erhöht und/oder was bei der Zerhackungstaktfrequenz Störungen verursachen kann, die den geregelten Ausgangsstrom beeinflussen können. Außerdem leiden korrelierte Doppelabtasttechniken an einem Hochfrequenz-Aliasing und erfordern eine Blindphase (d. h. eine Offset-Abtastphase), die einen geregelten Strom mit abgetasteten Daten implementiert.
Um die Stromanpassung des Durchlasstransistors 101 und des Erfassungstransistors 111 zu verbessern, sollte der Differentialverstärker 102 im Idealfall den Offset null haben. Darüber hinaus sollte die Haupt-Erfassungs/Regelungs-Schleife kontinuierlich sein, anstatt eine Topologie mit diskreter Zeit aufzuweisen. Außerdem sollte die Stromerfassungs- und Stromsteuerschaltung 100 robust gegen das Aliasing von Hochfrequenzstörungen sein, so dass ein Rest-Offset des Differentialverstärkers 102 nicht durch injiziertes Rauschen beeinflusst wird.
2 zeigt eine Stromerfassungs- und Stromsteuerschaltung 200, die einen differentiellen Differenzverstärker (DDA oder DD-Verstärker) 201 umfasst, der zusätzlich zu einem Differentialverstärker 202 verwendet werden kann. Der DDA 201 umfasst zwei Differentialsteueranschlüsse 204 (den Hauptanschluss) und 205 (den Zusatzanschluss). Der Hauptanschluss 204 kann verwendet werden, um den Differentialverstärker 102 aus 1b zu ersetzen. Außerdem ist in 2 der DDA-Offset 203 dieses Wegs gezeigt.
Der Zusatzanschluss 205 ist mit einem vollen Differentialverstärker 202 gekoppelt, der die Haupt-Gleichstrom-Verstärkung und den Haupt-Gleichstrom-Offset der Stromerfassungs-/Stromregelschleife bestimmt. Abgesehen von endlichen Verstärkungsfehlern kann der DDA-Offset 203 bei dem Hauptanschluss 204 durch den Differentialverstärker 202 kompensiert werden, der mit dem Zusatzanschluss 205 gekoppelt ist. A₁ ist die Verstärkung des Differentialverstärkers 202 und A_main und A_aux sind die Eingangs-Ausgangs-Spannungsverstärkungen für den DDA 201 in Bezug auf den Hauptanschluss 204 bzw. auf den Zusatzanschluss 205. Der Rest-Offset ist durch
gegeben, wobei V_OFF der DDA-Offset 203 ist und wobei
der Differentialverstärker-Offset 206 des Differentialverstärkers 202 ist. Falls die Spannungsverstärkungen des Hauptanschlusses 204 und des Zusatzanschlusses 205 angepasst sind (d. h. A_main = A_aux), kann der Hauptverstärker-Offset als:
ausgedrückt werden. Somit kann der DDA-Offset 203 um die Verstärkung A₁ des Differentialverstärkers 202 verringert werden. Der Differentialverstärker-Offset 206 kann z. B. unter Verwendung eines automatisch nullabgeglichenen Differentialverstärkers 202 verringert werden.
Die Erfassungs-/Regelschleife der Schaltung 200 aus 2 ist derart, dass die Schleife des Differentialverstärkers 202 dadurch reagiert, dass sie bei dem Zusatzanschluss 205 des DDA 201 dieselbe Gleichstromamplitude des DDA-Offsets 203, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen, zeigt und dadurch den DDA-Offset 203 kompensiert, falls die Delta-Spannung bei dem Hauptanschluss 204 und die Delta-Spannung bei dem Zusatzanschluss 205 genau gleich sind und falls der Differentialverstärker 202 und der DDA 201 eine unendliche Verstärkung aufweisen und im Fall eines systematischen Offsets 203 bei dem Hauptanschluss 204 des DDA 201.
Der Volldifferentialverstärker 202 kann Topologien des automatischen Nullabgleichs in der diskreten Zeit nutzen. Der Vorteil der Kompensationsschleife aus 2 ist, dass die gesamte Kompensationsschleife vollständig differentiell ist. Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Anordnung aus 2 ist, dass die Gesamtverstärkung des V_DS-Entzerrerverstärkers des Differentialverstärkers 202 zusammen mit dem DDA 201 selbst dann konstant bleibt, wenn der Differentialverstärker 202 durch zwei angepasste Verstärker implementiert ist, die (wie im Kontext von 3 dargelegt) abwechselnd arbeiten. Die Gesamtverstärkung des Verstärkers ist durch: A_TOT = A_MAIN + A₁·A_AUX gegeben.
Wie oben angegeben wurde, kann der Differentialverstärker 202 durch zwei Verstärker implementiert werden, die während zweier nicht überlappender Phasen arbeiten. Während einer ersten Phase kann der erste Verstärker seinen Offset kompensieren (d. h. kann der erste Verstärker in seiner automatisch nullabgleichenden Phase sein) und kann der andere Verstärker als ein Verstärker innerhalb der Erfassungsschleife arbeiten (d. h. kann der andere Verstärker in seiner Verstärkungsphase sein). Während einer zweiten Phase kann die Situation umgekehrt sein. Dadurch, dass ein Differentialverstärker 202 verwendet wird, der mehrere Verstärker umfasst, die in verschiedenen Phasen betrieben werden, wird die Schaltung 200 robust gegen Rauschen. Allerdings wird angemerkt, dass zum Kompensieren des Differentialverstärker-Offsets 206 andere Offset-Kompensationsschemata verwendet werden können, die eine Topologie des automatischen Nullabgleichs anwenden.
3 zeigt einen Volldifferentialverstärker 202, der zwei Unterverstärker 310, 320 umfasst, die abwechselnd in zwei verschiedenen Phasen, einer Phase des automatischen Nullabgleichs und einer Verstärkungsphase, betrieben werden. Die Phasen können unter Verwendung eines Master-Taktsignals 300 gesteuert werden, von dem ein erstes Taktsignal 301 und ein zweites Taktsignal 302 zum Steuern der ersten Schalter 311, 321 bzw. der zweiten Schalter 312, 322 der Unterverstärker 310, 320 hergeleitet werden können. Insbesondere können die ersten Schalter 311, 321 unter Verwendung des ersten Taktsignals 301 gesteuert werden und können die zweiten Schalter 312, 322 unter Verwendung des zweiten Taktsignals 302 gesteuert werden. Wenn das jeweilige Taktsignal 301, 302 hoch ist, sind die Schalter 311, 321, 312, 322 geschlossen. Andererseits sind die Schalter 311, 321, 312, 322 offen, wenn das jeweilige Taktsignal 301, 302 tief ist. Es ist zu sehen, dass die Taktsignale 301, 302 sich nicht überlappende Phasen aufweisen, wenn die Taktsignale 301, 302 hoch sind, wodurch sichergestellt ist, dass die ersten Schalter 311, 321 und die zweiten Schalter 312, 322 auf einander ausschließende Weise geschlossen werden.
Wenn das erste Taktsignal 301 hoch ist, werden die Kondensatoren 323 des automatischen Nullabgleichs des zweiten Unterverstärkers 320 geladen, d. h. ist der zweite Unterverstärker 320 innerhalb der Phase des automatischen Nullabgleichs. Andererseits werden die Kondensatoren 313 des automatischen Nullabgleichs des ersten Unterverstärkers 310 zum Kompensieren eines Offsets des ersten Unterverstärkers 310 verwendet, während der erste Unterverstärker 310 in der Verstärkungsphase betrieben wird. Wenn das zweite Taktsignal 302 hoch ist, ist die Situation umgekehrt.
Es wird angemerkt, dass der mehrfach automatisch nullabgeglichene Verstärker 202 mehr als zwei Unterverstärker 310, 320 umfassen kann, die in verschiedenen Phasen betrieben werden. Dies kann für die Optimierung des Leistungsverbrauchs vorteilhaft sein.
4a zeigt ein Simulationsergebnis für den Betrieb einer Stromerfassungs- und Stromregelschaltung 200, die einen Differentialverstärker 202 umfasst, der nur einen einzelnen automatisch nullabgeglichenen Unterverstärker umfasst. In diesem Fall wird die Ausgabe des Differentialverstärkers 202 während der Kompensationsphase des automatischen Nullabgleichs des Unterverstärkers wartend gehalten. 4a zeigt das Taktsignal 300, 400 (als Funktion der Zeit), das zum Abwechseln des Unterverstärkers zwischen der Kompensationsphase des automatischen Nullabgleichs und der Verstärkungsphase an den Differentialverstärker 202 angelegt wird. Darüber hinaus zeigt 4a das der Versorgungsspannung 122, 422 überlagerte Rauschen. Das Rauschen kann eine Folge eines Schaltleistungswandlers sein, der zum Erzeugen der Versorgungsspannung 122, 422 verwendet wird, der somit Rauschen mit einer Frequenz zeigt, die der Kommunikationszyklusrate des Leistungswandlers entspricht. Außerdem zeigt 4a die Delta-Spannung 405 bei dem Zusatzanschluss 205 des DDA 201, d. h. an dem Ausgang des Differentialverstärkers 202. Die Abtastfehler, die durch Aliasing verursacht sind, das eine Folge der zufälligen Phasendifferenz zwischen dem Abtasttakt 400 des automatischen Nullabgleichs und dem der Versorgungsspannung 405 überlagerten Rauschen ist, ist deutlich zu sehen.
4b zeigt die Situation für einen Differentialverstärker 202, der zwei Unterverstärker 310, 320 umfasst, die auf abwechselnde Weise betrieben werden. Die Ausgabe 405 des Differentialverstärkers 202 zeigt in Abhängigkeit von dem Moment, in dem das Taktsignal 400 umschaltet, ein gestörtes Ansprechen. Allerdings wird die Ausgabe 405 des Differentialverstärkers 202 nach wenigen Kommunikationszyklen des Schaltleistungswandlers, der die Versorgungsspannung 122, 422 bereitstellt, auf die richtigen Werte wiederhergestellt.
Somit ist eine Stromerfassungs-/Stromregelschaltung 200 beschrieben, die einen V_DS-Ausgleicher bzw. Gleichmacher umfasst, der einen mehrfach automatisch nullabgeglichenen Differentialverstärker 202 mit mehreren Unterverstärkern 310, 320 umfasst. Die Verwendung mehrerer Unterverstärker 310, 320 ermöglicht die Implementierung einer ununterbrochenen und stabilen Erfassungs-/Regelschleife, während sie gleichzeitig eine Offset-Kompensation bereitstellt. Im Ergebnis dessen kann eine genaue und stabile Stromerfassung/Stromregelung bereitgestellt werden. Unter Verwendung eines DDA 201 zusätzlich (oder alternativ) zu einem mehrfach automatisch nullabgeglichenen Differentialverstärker 202 können die Stabilität und die Offset-Kompensation weiter verbessert werden.
Insbesondere ermöglicht die Verwendung eines mehrfach automatisch nullabgeglichenen Verstärkers 202 zusammen mit einem DDA 201 eine Regelung des Durchlassstroms für eine ununterbrochene Zeit mit hoher Immunität gegen Störungen. Der Vorteil der Implementierung eines Differentialverstärkers 202 mit nicht überlappten automatisch nullabgeglichenen Unterverstärkern 310, 320, die im Zeitmultiplex arbeiten, ermöglicht das Entfernen von Fehlern, die durch das Aliasing von Hochfrequenzstörungen (z. B. mit der Kommunikationszyklusrate des Leitungswandlers, der die Versorgungsspannung 122 bereitstellt) verursacht werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Verstärkung der Hauptregelschleife/Haupterfassungsschleife konstant bleibt, wodurch eine Durchlassstrom-Welligkeit bei der Frequenz des automatischen Nullabgleichs vermieden wird.
5 zeigt eine Stromerfassungsschaltung/Stromregelschaltung 200, die einen Sigma-Delta-ADC (Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer) 502 und einen DAC (Digital/Analog-Umsetzer) 505 innerhalb der Regelschleife nutzt. Eine solche Regelschleife stellt erhöhte Flexibilität bereit, da sie ermöglicht, die Antwortbandbreite eines digitalen Tiefpassfilters 503 in Abhängigkeit von der Betriebsart zu ändern. Darüber hinaus kann ein Strom-Offset 504 verwendet werden. Außerdem kann der Offset gemessen werden und kann sein Wert innerhalb eines Registers gespeichert werden. Nachfolgend können die Erfassungskomponenten abgeschaltet werden. Außerdem umfasst die Regelschleife aus 5 ein RC-Filter 506 für das Antialiasing. Angesichts der Tatsache, dass der Sigma-Delta-ADC 502 üblicherweise keinen Gleichstromwert lesen kann, kann bei dem Eingang des Sigma-Delta-ADC 502 ein verhältnismäßig kleines Dithering-Signal 501 mit einem Mittelwert gleich null hinzugefügt werden. Außerdem kann der DAC 505 dafür konfiguriert sein, eine Verstärkung 506 anzuwenden.
6 zeigt einen Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens 600 zum Bereitstellen eines Erfassungsstroms 123, der einen Strom durch einen Durchlasstransistor 101 angibt. Das Verfahren 600 umfasst das Anordnen 601 eines Erfassungstransistors 111 in der Weise, dass ein Eingangsanschluss (z. B. eine Source) des Erfassungstransistors 111 mit einem Eingangsanschluss (z. B. einer Source) des Durchlasstransistors 101 gekoppelt ist und dass ein Steueranschluss (z. B. ein Gate) des Erfassungstransistors 111 mit einem Steueranschluss (z. B. einem Gate) des Durchlasstransistors 101 gekoppelt ist.
Darüber hinaus umfasst das Verfahren 600 das Verstärken 602 eine Delta-Spannung, die einer Differenz zwischen einer Durchlassspannung 122 bei einem Ausgangsanschluss des Durchlasstransistors 101 und einer Erfassungsspannung 124 bei einem Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors 124 entspricht, unter Verwendung eines ersten Differentialunterverstärkers 310. Außerdem umfasst das Verfahren 600 den automatischen Nullabgleich 603 eines zweiten Differentialunterverstärkers 320, der zu dem ersten Differentialunterverstärker 310 parallelgeschaltet ist, während des Verstärkens 602 der Delta-Spannung unter Verwendung des ersten Differentialunterverstärkers 310. Außerdem umfasst das Verfahren 600 das Verstärken 604 der Delta-Spannung unter Verwendung des zweiten Differentialunterverstärkers 320 und den automatischen Nullabgleich 605 des ersten Differentialunterverstärkers 310, während des Verstärkens 604 der Delta-Spannung unter Verwendung des zweiten Differentialunterverstärkers 320.
Darüber hinaus umfasst das Verfahren 600 das Koppeln 606 eines Ausgangsanschlusses (z. B. einer Source und eines Drains) eines Ausgangstransistors 103 mit dem Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors 111 und das Steuern 607 des Ausgangstransistors 103 unter Verwendung einer Ausgabe des ersten Differentialunterverstärkers 310 und/oder des zweiten Differentialunterverstärkers 320. Der Erfassungsstrom 123 entspricht dem Strom durch den Ausgangstransistor 103.
7a und 7b zeigen, wie die Offset-Kompensation/der automatische Nullabgleich innerhalb einer Batterieschalterarchitektur 700 verwendet werden können. In beiden Stromlaufplänen wird das Laden einer Batterie 701 mit konstantem Strom implementiert. Der Strom zum Laden der Batterie 701 wird an dem Ausgang eines Gleichstrom/Gleichstrom-Leistungswandlers 702, 703, 704 (z. B. eines Abwärtswandlers), der ein Wandlernetz 702, ein induktives Bauelement 703 und einen Ausgangskondensator 704 umfasst, bereitgestellt. Der Strom zum Laden der Batterie wird durch die Steuerstromquelle 708 eingestellt. In 7a stellt die Steuerstromquelle 708 einen Steuerstrom direkt an dem Ausgang des Erfassungstransistors 111 bereit, um den Strom durch den Erfassungstransistor 111 einzustellen (und um dadurch den Strom durch den Durchlasstransistor 101 einzustellen). In 7b stellt die Steuerstromquelle 708 den Steuerstrom für den Ausgang des Erfassungstransistors 111 über einen Stromspiegel 104, 105 und über den Ausgangstransistor 103 bereit.
Der Durchlasstransistor 101 für eine Regelschleife für den Leistungswandler 702, 703, 704 und die Regelschleife betreiben den Leistungswandler 702, 703, 704, um die Versorgungsspannung 121 in der Weise einzustellen, dass der gewünschte Strom durch den Durchlasstransistor 101 fließt. In beiden Architekturen werden die Ausgangsspannung 124 des Erfassungstransistors 111 und die Ausgangsspannung 122 des Durchlasstransistors 101 unter Verwendung des durch den Differentialverstärker 202 und durch den DD-Verstärker 201 bereitgestellten genauen automatischen Nullabgleichs auf derselben Spannung gehalten.
In den Stromlaufplänen aus 7a und 7b sind die Gates des Durchlasstransistors 101 und des Erfassungstransistors 111 an Masse gebunden. Im Ergebnis dessen ist die V_DS beider Transistoren 101, 111 im Vergleich zu einem linearen Ladegerät, wie es in 2 dargestellt ist, üblicherweise wesentlich niedriger. Somit ist die Offset-Kompensation im Fall von 7a und 7b noch entscheidender.
Es wird angemerkt, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme darstellen. Der Fachmann auf dem Gebiet kann verschiedene Anordnungen implementieren, die, obwohl sie hier weder explizit beschrieben noch gezeigt sind, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in ihrem Erfindungsgedanken und Schutzumfang enthalten sind. Darüber hinaus sind alle in dem vorliegenden Dokument dargelegten Beispiele und Ausführungsformen grundsätzlich ausdrücklich nur zu Erläuterungszwecken bestimmt, um dem Leser beim Verständnis der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu helfen. Darüber hinaus sollen alle vorliegenden Aussagen, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung sowie spezifische Beispiele dafür bereitstellen, Äquivalente davon umfassen.

Claims

Stromerfassungsschaltung (200) für einen Durchlasstransistor (101), wobei die Stromerfassungsschaltung (200) umfasst: – einen Erfassungstransistor (111), der einen Eingangsanschluss aufweist, der mit einem Eingangsanschluss des Durchlasstransistors (101) gekoppelt ist, und der einen Steueranschluss aufweist, der mit einem Steueranschluss des Durchlasstransistors (101) gekoppelt ist; und – einen Differentialverstärker (202), der einen Differentialeingang und einen Ausgang umfasst; wobei ein Ausgangsanschluss des Durchlasstransistors (101) mit einem ersten Anschluss des Differentialeingangs gekoppelt ist und wobei ein Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors (111) mit einem zweiten Anschluss des Differentialeingangs gekoppelt ist; wobei der Differentialverstärker (202) einen ersten Unterverstärker (310) und einen zweiten Unterverstärker (320), die parallelgeschaltet sind und die auf abwechselnde Weise in einer Phase des automatischen Nullabgleichs und in einer Verstärkungsphase betrieben werden und die auf einander ausschließende Weise in der Phase des automatischen Nullabgleichs betrieben werden, umfasst; wobei die Ausgabe des Differentialverstärkers (202) zum Steuern eines Spannungsabfalls über den Erfassungstransistor (111) und über den Durchlasstransistor (101) verwendet wird.
Stromerfassungsschaltung (200) nach Anspruch 1, wobei der erste Unterverstärker (310) und der zweite Unterverstärker (320) auf einander ausschließende Weise in der Phase des automatischen Nullabgleichs betrieben werden, so dass der erste Unterverstärker (310) in der Verstärkungsphase ist, wenn der zweite Unterverstärker (320) in der Phase des automatischen Nullabgleichs ist, und so dass der zweite Unterverstärker (310) in der Verstärkungsphase ist, wenn der erste Unterverstärker (310) in der Phase des automatischen Nullabgleichs ist.
Stromerfassungsschaltung (200) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei – der erste Unterverstärker (310) und der zweite Unterverstärker (320) Differentialverstärker mit jeweiligen Differentialeingängen und mit jeweiligen Ausgängen sind; – die Differentialeingänge des ersten Unterverstärkers (310) und des zweiten Unterverstärkers (320) miteinander gekoppelt sind; und – die Ausgänge des ersten Unterverstärkers (310) und des zweiten Unterverstärkers (320) miteinander gekoppelt sind.
Stromerfassungsschaltung (200) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei – der Differentialverstärker (202) Kondensatoren (313) des automatischen Nullabgleichs für den ersten Unterverstärker (310) umfasst; – die Kondensatoren (313) des automatischen Nullabgleichs mit den Eingangsanschlüssen des ersten Unterverstärkers (310) in Reihe geschaltet sind, wenn der erste Unterverstärker (310) in der Phase des automatischen Nullabgleichs ist; und – die Kondensatoren (313) des automatischen Nullabgleichs die Eingangsanschlüsse des ersten Unterverstärkers (310) mit Masse koppeln, wenn der erste Unterverstärker (310) in der Verstärkungsphase ist.
Stromerfassungsschaltung (200) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Abwechslung der Phase des automatischen Nullabgleichs und der Verstärkungsphase unter Verwendung eines Taktsignals (300, 301, 302) gesteuert wird.
Stromerfassungsschaltung (200) nach Anspruch 5, wobei – der erste Unterverstärker (310) Schalter (311, 312) zum Schalten des ersten Unterverstärkers (310) aus der Phase des automatischen Nullabgleichs in die Verstärkungsphase und umgekehrt umfasst; – die Schalter (311, 312) durch das Taktsignal (301) gesteuert werden.
Stromerfassungsschaltung (200) nach Anspruch 6 mit Rückbezug auf Anspruch 4, wobei – der Differentialverstärker (202) einen ersten Satz von Schaltern (311) und einen zweiten Satz von Schaltern (312) umfasst; – ein Kondensator (313) des automatischen Nullabgleichs mit einem Eingangsanschluss des ersten Unterverstärkers (310) in Reihe geschaltet ist, wenn der erste Satz von Schaltern (311) offen ist und wenn der zweite Satz von Schaltern (312) geschlossen ist; und – der Kondensator (313) des automatischen Nullabgleichs den Eingangsanschluss mit Masse koppelt, wenn der erste Satz von Schaltern (311) geschlossen ist und wenn der zweite Satz von Schaltern (312) offen ist.
Stromerfassungsschaltung (200) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei – ein erster Offset des ersten Unterverstärkers (310) gemessen wird, wenn der erste Unterverstärker (310) in der Phase des automatischen Nullabgleichs ist; und – der erste Unterverstärker (310) die Delta-Spannung unter Verwendung des ersten Offsets verstärkt, wenn der erste Unterverstärker (310) in der Verstärkungsphase ist.
Stromerfassungsschaltung (200) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei – der Differentialverstärker (202) einen Differentialausgang umfasst; und – die Stromerfassungsschaltung (200) einen differentiellen Differenzverstärker, als DD-Verstärker bezeichnet, (201) umfasst, der einen Hauptdifferentialeingang (204), einen Zusatzdifferentialeingang (205) und einen Ausgang umfasst; wobei der Differentialausgang des Differentialverstärkers (202) mit dem Zusatzdifferentialeingang (205) des DD-Verstärkers (201) gekoppelt ist; wobei der Ausgangsanschluss des Durchlasstransistors (101) mit dem ersten Anschluss des Hauptdifferentialeingangs (204) gekoppelt ist und wobei der Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors (111) mit einem zweiten Anschluss des Hauptdifferentialeingangs (204) gekoppelt ist; wobei der Ausgang des DD-Verstärkers (201) zum Steuern des Spannungsabfalls über dem Erfassungstransistor (111) und über dem Durchlasstransistor (101) verwendet wird.
Stromerfassungsschaltung (200) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei – die Stromerfassungsschaltung (200) einen Ausgangstransistor (103) umfasst, der auf der Grundlage der Ausgabe des Differentialverstärkers (202) gesteuert wird; wobei ein Ausgangsanschluss des Ausgangstransistors (103) mit dem Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors (111) gekoppelt ist; und wobei ein Erfassungsstrom (123) durch den Ausgangstransistor (103) eine Angabe eines Stroms durch den Durchlasstransistor (101) bereitstellt; und – der Erfassungsstrom (123) durch den Ausgangstransistor (103) zu den Steueranschlüssen des Durchlasstransistors (101) und des Erfassungstransistors (111) rückgekoppelt wird.
Stromerfassungsschaltung (200) nach Anspruch 10, die ferner eine Stromquelle (108) umfasst, die dafür konfiguriert ist, einen Steuerstrom einzustellen; wobei ein Spannungspegel bei den Steueranschlüssen des Durchlasstransistors (101) und des Erfassungstransistors (111) von dem Steuerstrom abhängt.
Stromerfassungsschaltung (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, die ferner einen oder mehrere Stromspiegel (104, 105, 106, 107) zum Spiegeln des Erfassungsstroms (123) zu den Steueranschlüssen des Durchlasstransistors (101) und des Erfassungstransistors (111) umfasst.
Stromerfassungsschaltung (200) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei – der Durchlasstransistor (101), der Erfassungstransistor (111) und der Ausgangstransistor (103) Metalloxidhalbleitertransistoren sind; – der Eingangsanschluss des Durchlasstransistors (101) und des Erfassungstransistors (111) ein Drain oder eine Source ist; – der Ausgangsanschluss des Durchlasstransistors (101), des Erfassungstransistors (111) und des Ausgangstransistors (103) eine Source oder ein Drain ist; und – der Steueranschluss des Durchlasstransistors (101) und des Erfassungstransistors (111) ein Gate ist.
Stromerfassungsschaltung (200) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Größe des Durchlasstransistors (101) um 2, 3 oder mehr Größenordnungen größer als eine Größe des Erfassungstransistors (111) ist.
Verfahren (600) zum Bereitstellen eines Erfassungsstroms (123), der einen Strom durch einen Durchlasstransistor (101) angibt, wobei das Verfahren (600) umfasst: – Anordnen (601) eines Erfassungstransistors (111) in der Weise, dass ein Eingangsanschluss des Erfassungstransistors (111) mit einem Eingangsanschluss des Durchlasstransistors (101) gekoppelt ist und dass ein Steueranschluss des Erfassungstransistors (111) mit einem Steueranschluss des Durchlasstransistors (101) gekoppelt ist; – Verstärken (602) einer Delta-Spannung, die einer Differenz zwischen einer Durchlassspannung (122) an einem Ausgangsanschluss des Durchlasstransistors (101) und einer Erfassungsspannung (124) an einem Ausgangsanschluss des Erfassungstransistors (124) entspricht, unter Verwendung eines ersten Differentialunterverstärkers (310); – automatischer Nullabgleich (603) eines zweiten Differentialunterverstärkers (320), der zu dem ersten Differentialunterverstärker (310) parallelgeschaltet ist, während des Verstärkens (602) der Delta-Spannung unter Verwendung des ersten Differentialunterverstärkers (310); – Verstärken (604) der Delta-Spannung unter Verwendung des zweiten Differentialunterverstärkers (320); – Automatischer Nullabgleich (605) des ersten Differentialunterverstärkers (310) während des Verstärkens (604) der Delta-Spannung unter Verwendung des zweiten Differentialunterverstärkers (310); – Verwenden (606, 607) der verstärkten Delta-Spannung zum Steuern eines Spannungsabfalls über den Erfassungstransistor (111) und den Durchlasstransistor (101).