一种应用于电流传感器芯片的可配置管脚复用方法和系统与流程

本发明涉及电流传感器芯片管脚的复用技术领域，具体为一种应用于电流传感器芯片的可配置管脚复用方法和系统。

背景技术：

电流传感器芯片是利用磁传感器技术，通过感应芯片内部（或外部）通电导体形成的磁场来获得流经导体上电流信号的幅值及极性的芯片。这种芯片广泛地应用在工业控制、家电及其它领域。由于设备的体积日益减小，用户希望在获得性能良好的电流传感器芯片的同时，也希望电流传感器芯片及其周边电路占用pcb板的面积尽量小。

图1显示了一种典型的电流传感器芯片的管脚定义及应用电路：其中100是电流传感器芯片；101~104是四个电流管脚，外部待测电流通过它们流入/流出芯片。105是芯片的接地管脚，108是芯片的电源管脚；107是芯片的检测信号输出管脚，其输出管脚电压随着流入芯片的电流大小和极性而变化，而106是芯片的零电流偏置电压信号管脚，其输出信号与当流入/流出芯片的电流为零的时候107管脚的电压值相等，即：提供了一个电流测量的基准信号。以上管脚定义和应用电路提供了基本的电流传感功能。

除了提供基本的电流传感功能外，在带有功率半导体器件的应用中，用户希望能够在待测电流超过一定范围后提供过流指示信号，从而能及时关断半导体器件，避免其在大电流情况下的损坏，典型的功率半导体器件所需的保护响应时间不大于3微秒。

参考图2，其中202是待测信号管脚（对应图1的107管脚），203是零电流偏置电压信号管脚（对应图1的106管脚）。图3是流经芯片待测电流变化时，202管脚和203管脚的信号变化情况，其中直线301是202管脚输出的电压信号变化，虚线302是203管脚输出的电压信号变化。可见202管脚的电压随流经导体的电流极性及大小变化，而203管脚的电压则不随流经芯片导体的待测电流变化而变化，其电压值与在流经芯片导体的电流为零时待测信号管脚（即202管脚）的电压值相等。图3中，电流值303与电流值304是上文中提到的需要对功率半导体器件进行保护的电流阈值，而电压值305和电压值306则是信号输出管脚在电流阈值条件下的输出电压阈值信号。

由于希望能够过滤掉不必要的噪声信号，电流传感器芯片通常都会在信号输出端（图2中的202管脚）之前采用低通滤波器201来保证良好的噪声特性，但低通滤波器会降低瞬态响应的速度。在通常可以接受的噪声特性条件下，信号输出端的瞬态响应速度一般大于5~10微秒。由于过流指示信号也是一种瞬态响应，所以带有低通滤波器的信号输出端信号难以满足提供高速过流指示信号的要求。即现有电流传感器芯片每个管脚都是只有单一功能，管脚之间不能复用，当用户需要实现更多功能时，会增加管脚数，从而增加芯片成本以及其在电路板上所占面积。

技术实现要素：

针对上述不能满足高速过流指示的问题，本发明提供了一种应用于电流传感器芯片的可配置管脚复用方法和系统，用户在使用时能够实现电流传感器芯片的管脚复用。

其技术方案是这样的：一种应用于电流传感器芯片的可配置管脚复用方法，其包括电流传感器芯片，其特征在于，对所述电流传感器芯片的检测信号输出管脚输出的电压值在输出前进行处理，电流传感器芯片的零电流偏置电压信号管脚通过上拉电阻连接外部电源或通过电容接地，当流经所述电流传感器芯片的待测电流超过阈值时，零电流偏置电压信号管脚输出的电压值曲线改变指示特性。

其进一步特征在于，当流经所述电流传感器芯片的待测电流超过阈值时，所述电流传感器芯片的零电流偏置电压信号管脚将输出待测电流超过阈值的指示信号。

一种应用于电流传感器芯片的可配置管脚系统，其包括电流传感器芯片，所述电流传感器芯片的内设置有待测信号输出模块和低通滤波器，其特征在于，所述电流传感器芯片的内还设置有电压处理模块，所述待测信号输出模块的一个输出端连接低通滤波器的输入端和所述电压处理模块的一个输入端，所述低通滤波器的输出端为所述检测信号输出管脚，所述电压处理模块的输出端为零电流偏置电压管脚，所述待测信号输出模块的另一个输出端连接所述电压处理模块的另一个输入端，所述电压处理模块的输出端为所述零电流偏置电压信号管脚，所述电压处理模块包括三个比较器，其中两个所述比较器的输出端连接二输入或门的输入端，所述二输入或门的输出端连接锁存器的使能端、通过开关连接多路选择器的输入端，另一个比较器的输出端连接所述锁存器的输入端，所述锁存器的输出端连接所述多路选择器的控制端，所述多路选择器的输出端为所述电压处理模块的输出端，当流经所述电流传感器芯片的电流超过阈值时，所述电流传感器芯片的零电流偏置电压信号管脚输出电流超过阈值的指示信号；所述零电流偏置电压信号管脚通过上拉电阻连接外部电源或通过电容接地。

其进一步特征在于，所述比较器为带滞环特性的高速比较器。

采用本发明的方法和系统后，加入了电压处理模块，当流经所述电流传感器芯片的待测电流超过阈值时，零电流偏置电压信号管脚输出的电压值曲线改变指示特性，从而实现了一个管脚可以输出两种不同特性的曲线，实现了电流传感器芯片的管脚复用。

附图说明

图1为现有技术中芯片结构示意图；

图2为现有技术中芯片内部待测信号输出模块示意图；

图3为现有技术中流经芯片电流与电压变化示意图；

图4为本发明电路原理图；

图5为本发明对应的电流与电压变化示意图（带滞环特性）。

具体实施方式

见图4，图5所示一种应用于电流传感器芯片的可配置管脚系统，其包括电流传感器芯片，电流传感器芯片的内设置有待测信号输出模块500和低通滤波器501，电流传感器芯片的内还设置有电压处理模块504，待测信号输出模块500的一个输出端连接低通滤波器501的输入端和电压处理模块504的一个输入端，低通滤波器500的输出端为检测信号输出管脚502，待测信号输出模块500的另一个输出端连接电压处理模块504的另一个输入端，电压处理模块504的输出端为零电流偏置电压信号管脚504，电压处理模块504包括三个比较器504d、504f、504j，其中比较器504d、540j的输出端连接二输入或门504h的输入端，比较器504d的输入端输入未经低通滤波器发的电压信号505和正向电流阈值电压504a，比较器504j的输入端输入未经低通滤波器发的电压信号505和负向电流阈值电压504b，二输入或门504h的输出端连接锁存器504g的使能端en、通过开关k连接多路选择器504e的输入端s2，比较器504f的输出端连接锁存器504g的输入端d，锁存器504g的输出端连接多路选择器504e的控制端，零电流偏置电压信号506输入多路选择器504e的输入端s1，多路选择器504e的输出端为电压处理模,504的输出端，即为零电流偏置电压管脚503，当流经电流传感器芯片的电流超过阈值时，电流传感器芯片的零电流偏置电压信号管脚503输出电流超过阈值的指示信号，图5中所示的曲线402，直线401为502管脚的电压随流经导体的电流极性及大小变化，503、504为电流阈值，505和506对应的是电流阈值条件下的输出电压阈值信号。由于比较器504d、504f、504j为带滞环特性的高速比较器，因此图5中带有滞环特性。

零电流偏置电压信号管脚503通过上拉电阻507连接外部电源或通过电容508接地。当采用“弱上拉”的方式，即使用一个较大的电阻507与外部电源连接管脚503。504f为一个带滞环特性的比较器，504c为一个介于零电流偏置电压与电源电压之间的固定电压值。504g为一个带有负向使能端的d锁存器。这种连接方式下，503端口电压接近供电电压，从而504f的输出为低，导致504h的输出端与多路选择器504e的输入端s2相连接，当电压505幅度大于或小于电压504a或504b时（504a为正向电流阈值电压，相当于图4的404；504b为负向电流阈值电压，相当于图4的403），多路选择器504e的输出为低电平。由于锁存器504g的使能端被比较器504h的输出锁死，故此该低电平可以持续保持，直到电压505的幅值重新回到电压504a与504b之间；以上说明在这个配置下，503输出为快速过流指示信号。当采用电容作为对地的负载，与管脚503连接。在此外部电路配置下，管脚503的输出稳态将肯定会低于电压504c，故此多路选择器504e的输出将会等于s1输入，即电压506。从而在这个配置下，管脚503输出为零电流偏置电压

由于电压信号505是未经过低通滤波器501的高速信号，且504d与504j均为高速比较器，可以保证管脚503输出的过流指示信号的瞬态响应速度可以大大超过管脚502，从而形成快速过流保护指示；为了避免在芯片上电是不必要的中间状态，实际应用中可以在多路选择器504h输出端增加“弱下拉“电阻。