一种电流检测系统的制作方法

本实用新型涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种电流检测系统。

背景技术：

当今的电子消费市场，便携式电子产品占据了很大一部分。便携式具有的轻巧、速度快以及功耗低等特点决定了其广阔的市场前景，那么，良好的集成芯片，特别是高效率的电源管理芯片更加离不开保护检测芯片，保护检测芯片不仅能直观反映芯片性能的好坏，也能在电路设计过程中起到很好的检测、反馈以及保护作用。高性能的电流检测电路便是现在很多集成电路工程师的研究对象，这也极大推动这一领域的发展，也给电流检测芯片带来了商机。

CMOS电流检测电路通常来说是用于检测某一芯片的工作电流，一般用互感器、分流器等将电流信号转化成电压信号，然后再对其进行处理放大，作为后续电路的保护、检测使用。CMOS电流检测电路主要由电流采集模块和数模转换模块两部分构成，电流采集模块将采集到的电流发送至数模转换模块，数模转换模块将模拟的电流转化成数字量，便于直观的显示出来。

传统的CMOS电流检测电路大多用△ΣADC实现，因为△ΣADC具有分辨率高和高精度等特点，但由于其使用了电容门阵列，消耗的版图面积较大，但其电路架构复杂，温度转化时间也比较长。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种电流检测系统，旨在简化电路结构、提高电流检测精度。

为实现上述目的，本实用新型提供一种电流检测系统，用于检测系统中待检测负载的电流，包括电流采集模块、电压频率转换模块和计数模块，所述电流采集模块包括去运放电流感应电路和基准源电路，所述去运放电流感应电路检测输出带有所述待检测负载电流信息的感应电压、并输入至所述基准源电路，所述基准源电路输出检测电压和预设的基准电压至电压频率转换模块，以将所述检测电压和所述基准电压转换为频率；所述电压频率转换模块连接于所述计数模块，并将所述频率发送至所述计数模块，所述计数模块包括两组二进制同步加法计数器，用以对所述电压频率转换模块输出的频率进行计数，并通过计数值计算得到所述待检测负载的电流。

优选地，两组所述二进制同步加法计数器均为多个下降沿触发的JK触发器构成。

优选地，所述电压频率转换模块包括两个电压频率转换器，分别连接于所述去运放电流感应电路和所述基准源电路，以将所述检测电压和所述基准电压转换为频率，并将该频率分别输入两组JK触发器分别进行计数。

优选地，所述去运放电流感应电路包括连接于所述待检测负载的感应子电路、偏置电流源子电路以及电流镜子电路；

所述感应子电路包括连接于所述待检测负载的第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管，所述第二场效应管还连接有第四场效应管，所述第四场效应管还连接有感应电阻，所述第四场效应管和所述感应电阻用于输出感应电压至所述基准源电路。

优选地，所述电流镜子电路包括连接于所述第二场效应管的第五场效应管、连接于所述第五场效应管的第六场效应管和第七场效应管、连接于所述第七场效应管的第八场效应管和第九场效应管、以及连接于所述第九场效应管的第十场效应管；

所述偏置电流源子电路包括连接于电源电压的第十一场效应管、连接于所述第十一场效应管的第十二场效应管以及连接于输入电流源的第十三场效应管。

优选地，所述第一场效应管的源极连接于所述电源电压、漏极连接于所述第二场效应管的源极、栅极连接于所述待检测负载和所述第二场效应管的栅极；

所述第三场效应管的栅极连接于所述第一场效应管栅极和待检测负载的栅极、源极连接于所述第六场效应管、栅极通过第十四场效应管接地；

所述第四场效应管的源极连接于所述第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的源极、漏极通过所述感应电阻接地、栅极连接于所述第七场效应管和第九场效应管；

所述第十四场效应管的源极连接于所述待检测负载和所述第三场效应管的漏极、栅极连接于所述第九场效应管和所述第十场效应管的栅极、漏极接地。

优选地，所述第五场效应管和所述第六场效应管的栅极相互连接、源极分别连接于电源电压，所述第五场效应管的漏极连接于所述第二场效应管的漏极和所述第七场效应管的源极，所述第六场效应管的漏极连接于所述第八场效应管的源极和所述第三场效应管的源极；

所述第七场效应管和所述第八场效应管的栅极相互连接，所述第七场效应管的漏极连接于所述第九场效应管的源极；所述第八场效应管的漏极连接于所述第七场效应管的栅极和所述第十场效应管的源极；

所述第九场效应管和所述第十场效应管的栅极相互连接、漏极均接地。

优选地，所述第十一场效应管的源极连接于所述电源电压、漏极连接于栅极和所述第十二场效应管的源极、栅极连接于所述第五场效应管和所述第六场效应管的栅极；

所述第十二场效应管的漏极接地、栅极连接于所述第九场效应管和所述第十场效应管的栅极；

所述第十三场效应管的源极和栅极连接于输入电流源、漏极接地、栅极还连接于所述第九场效应管和第十场效应管的栅极。

本实用新型技术方案通过采集带有所述待检测负载电流信号的待检测电压、并将其与基准电压转换为频率，通过对检测电压和基准源电压转换后的频率分别计数，以计算得到待检测负载的电流。本实用新型技术方案结构简单，易于实现，成本低，检测精度高。

附图说明

图1为本实用新型电流检测系统的原理示意图；

图2为本实用新型电流检测系统中去运放电流感应电路的原理示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

一种电流检测系统，如图1所示，用于检测系统中待检测负载Mp的电流，包括电流采集模块、电压频率转换模块和计数模块，所述电流采集模块包括去运放电流感应电路和基准源电路，所述去运放电流感应电路检测输出带有所述待检测负载Mp电流信息的感应电压Vsence、并输入至所述基准源电路，所述基准源电路输出检测电压VPTAT和预设的基准电压至电压频率转换模块，以将所述检测电压VPTAT和所述基准电压转换为频率；所述电压频率转换模块连接于所述计数模块，并将所述频率发送至所述计数模块，所述计数模块包括两组二进制同步加法计数器，用以对所述电压频率转换模块输出的频率进行计数，并通过计数值计算得到所述待检测负载Mp的电流。

优选地，两组所述二进制同步加法计数器均为多个下降沿触发的JK触发器构成。二进制同步加法计数器由多个JK触发器串联，JK触发器的个数决定了计数器的精度，个数越多、精度越高，同时也决定了电流分辨率，可根据实际需求设计JK触发器的个数。

优选地，所述电压频率转换模块包括两个电压频率转换器，分别连接于所述去运放电流感应电路和所述基准源电路，以将所述检测电压VPTAT和所述基准电压转换为频率，并将该频率分别输入两组JK触发器分别进行计数。

优选地，如图2所示，所述去运放电流感应电路包括连接于所述待检测负载Mp的感应子电路、偏置电流源子电路以及电流镜子电路；

所述感应子电路包括连接于所述待检测负载Mp的第一场效应管M1、第二场效应管M2和第三场效应管M3，所述第二场效应管M2还连接有第四场效应管M4，所述第四场效应管M4还连接有感应电阻Rs，所述第四场效应管M4和所述感应电阻Rs用于输出感应电压Vsence至所述基准源电路。

优选地，所述电流镜子电路包括连接于所述第二场效应管M2的第五场效应管M5、连接于所述第五场效应管M5的第六场效应管M6和第七场效应管M7、连接于所述第七场效应管M7的第八场效应管M8和第九场效应管M9、以及连接于所述第九场效应管M9的第十场效应管M10；

所述偏置电流源子电路包括连接于电源电压VDD的第十一场效应管M11、连接于所述第十一场效应管M11的第十二场效应管M12以及连接于输入电流源Id的第十三场效应管M13。

第十一场效应管M11、第十二场效应管M12和第十三场效应管M13构成了偏置电流源，由于流过第五场效应管M5和第六场效应管M6，第九场效应管M9和第十场效应管M10电流始终一致，因此第九场效应管M9和第十场效应管M10的漏电流大小始终相等，从而保证第七场效应管M7和第八场效应管M8的源极电位始终一样。当控制电位SP为低电频时，待检测负载Mp和第一场效应管M1导通，同时第二场效应管M2和第三场效应管M3导通。因为待检测负载Mp和第一场效应管M1具有相同的源漏电压，所以流过的电流成比例关系，因此在感应电压Vsence中将带有被检测负载的电流信息。

优选地，所述第一场效应管M1的源极连接于所述电源电压VDD、漏极连接于所述第二场效应管M2的源极、栅极连接于所述待检测负载Mp和所述第二场效应管M2的栅极；

所述第三场效应管M3的栅极连接于所述第一场效应管M1栅极和待检测负载Mp的栅极、源极连接于所述第六场效应管M6、栅极通过第十四场效应管M14接地VSS；

所述第四场效应管M4的源极连接于所述第一场效应管M1的漏极和所述第二场效应管M2的源极、漏极通过所述感应电阻Rs接地VSS、栅极连接于所述第七场效应管M7和第九场效应管M9；

所述第十四场效应管M14的源极连接于所述待检测负载Mp和所述第三场效应管M3的漏极、栅极连接于所述第九场效应管M9和所述第十场效应管M10的栅极、漏极接地VSS。

优选地，所述第五场效应管M5和所述第六场效应管M6的栅极相互连接、源极分别连接于电源电压VDD，所述第五场效应管M5的漏极连接于所述第二场效应管M2的漏极和所述第七场效应管M7的源极，所述第六场效应管M6的漏极连接于所述第八场效应管M8的源极和所述第三场效应管M3的源极；

所述第七场效应管M7和所述第八场效应管M8的栅极相互连接，所述第七场效应管M7的漏极连接于所述第九场效应管M9的源极；所述第八场效应管M8的漏极连接于所述第七场效应管M7的栅极和所述第十场效应管M10的源极；

所述第九场效应管M9和所述第十场效应管M10的栅极相互连接、漏极均接地VSS。

优选地，所述第十一场效应管M11的源极连接于所述电源电压VDD、漏极连接于栅极和所述第十二场效应管M12的源极、栅极连接于所述第五场效应管M5和所述第六场效应管M6的栅极；

所述第十二场效应管M12的漏极接地VSS、栅极连接于所述第九场效应管M9和所述第十场效应管M10的栅极；

所述第十三场效应管M13的源极和栅极连接于输入电流源Id、漏极接地VSS、栅极还连接于所述第九场效应管M9和第十场效应管M10的栅极。

本实用新型电流检测电路的工作原理为：

去运放电流感应电路产生带有待检测负载Mp电流信号的感应电压Vsence，并作为输入连接到基准源电路中，基准源电路产生与温度正相关的检测电压VPTAT和与温度无关的基准电压VREF，且检测电压VPTAT带有待检测负载Mp的电流信号。基准源电路连接到电压频率转换模块，电压频率转换模块分别输出检测电压VPTAT的相关频率和基准电压VREF的相关频率到两组JK触发器，两组JK触发器分别对检测电压VPTAT相关频率和基准电压VREF的相关频率进行计数。由于与温度无关的基准电压VREF产生的频率较快，对其相关频率进行计数的JK触发器会先计满，通过反馈控制对检测电压VPTAT的相关频率进行计数的JK触发器停止计数，输出其当前计数值K。

更具体地，待检测负载Mp为PMOS管，其电流设为Ip，与去运放电流感应电路输出的感应电压Vsence的关系为：Ip=k0*Vsence，其中k0为常数；

感应电压Vsence作为输入连接到基准源电路，基准源电路产生检测电压VPTAT和基准电压VREF，其中感应电压Vsence与检测电压VPTAT的关系为：Vsence=k1 *VPTAT，其中k1为常数；

基准源电路输出的检测电压VPTAT和基准电压VREF发送到电压频率转换模块分别转换为频率，然后输出频率到两组JK触发器中分别进行计数。其中，对基准电压VREF相关频率进行计数的JK触发器计数满后，对检测电压VPTAT相关频率进行计数的JK触发器输出当前计数值K，则有： VPTAT/VREF = K/2ⁿ；

通过上述等式，即可得到待检测负载Mp的电流表达式：Ip= k VREF *K/2ⁿ +b，其中k=k0*k1；

其中，2ⁿ为对检测电压VPTAT的相关频率进行计数的计数值，其为满计数值；K为对检测电压VPTAT的相关频率进行计数的JK触发器的当前计数值，b为校正系数，k为常数。

应当理解的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，不能因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。