本专利申请整体涉及电传感器，并且更具体地涉及具有电流传感器的电路和使用电流感测元件的电流调节电路。
背景技术：
各种机电系统使用螺线管来切换或致动高电流电路。例如，在汽车中，传输系统使用换档手柄来机械地激活螺线管以接合一组齿轮。在另一个示例中，点火钥匙或按钮使用螺线管来接合起动电机。在又一个示例中，防抱死制动系统(ABS)以受控的方式电子接合汽车制动器，以防止车轮抱死和打滑。这些系统中的电子控制器需要精确地调节通过螺线管的电流的量。例如，用于传输系统的传输控制单元(TCU)可将螺线管电流调节到1-2安培(A)，其中准确度为约1.5％或更小。
电子控制器沿反馈回路使用电流感测元件来进行调节，以执行准确的电流调节。设计既便宜又能实现所需准确度的电流感测元件是困难的。例如，典型的电流感测元件电路通过测量与螺线管串联连接的低值电阻器两端的电压来检测电流。如果电阻器的值为基本上恒定的，则所测得的电压与具有所需准确度的电流成比例。然而，感测电阻器的值随温度改变并且在其工作寿命中改变。此外，当电阻器与便宜的半导体集成电路中的其他组件组合时，这些方差变得更差。此外，用于测量电压的放大器也可受到不准确度的各种来源的影响，诸如在以大的共模电压和温度漂移进行操作时的增益准确度。为了克服这些问题，已知的电流感测元件已使用各种修整和校准技术，但这些技术增加了系统复杂性和成本。
技术实现要素：
根据本专利申请的一个方面，提供一种具有电流传感器的电路，所述电流传感器包括：电流感测元件，所述电流感测元件具有第一端子和第二端子并且适于耦接在其电流将被感测的电流路径中；目标信号发生器，所述目标信号发生器用于在所述电流感测元件传导目标电流时生成用于表示所述电流感测元件的状况的目标信号；和误差信号发生器，所述误差信号发生器具有用于响应于流过所述电流感测元件的电流和所述目标信号来提供误差信号的输出端。
在一个实施方案中，所述电流感测元件包括：感测电阻器。
在一个实施方案中，所述电流感测元件包括感测晶体管的电流传导元件；并且所述目标信号发生器包括所述感测晶体管的漏极感测元件。
在一个实施方案中，当所述电流感测元件传导所述目标电流时，所述目标信号发生器生成用于表示跨所述电流感测元件两端的电压降的目标电压。
在一个实施方案中，所述目标信号发生器具有耦接到所述电流感测元件的所述第一端子和所述第二端子中的一者的第一端子、用于接收参考电压的第二端子以及用于提供所述目标信号的第三端子；并且所述目标信号发生器包括：电流源，所述电流源具有用于接收参考电压的第一端子以及用于提供目标电流的第二端子；和匹配的电阻器，所述匹配的电阻器具有耦接到所述电流源的第二端子的第一端子，以及耦接到所述电流感测元件的第一端子和第二端子中的对应一者的第二端子，其中所述匹配的电阻器具有与所述电流感测元件的电阻匹配的电阻。
在一个实施方案中，所述目标信号发生器包括：数模转换器，所述数模转换器具有用于接收参考电压的第一端子、用于接收输入代码的第二端子、耦接到电流感测元件的第三端子以及用于提供所述目标电流的输出端子。
在一个实施方案中，所述电路为电流调节电路，所述电路还包括：电流传导元件，所述电流传导元件具有耦接到第一电源电压端子的第一端子以及耦接到所述电流传感器的第一端子的第二端子；电流控制元件，所述电流控制元件具有控制电极、耦接到所述电流传导元件的第二端子的第一端子以及耦接到第二电源电压端子的第二电流电极；和控制电路，所述控制电路具有耦接到所述误差信号发生器的输出端的输入端以及用于向所述电流控制元件的所述控制电极提供控制信号的输出端，其中所述控制电路改变所述控制信号以减小所述误差信号。
在一个实施方案中，所述电流传导元件包括螺线管。
根据本专利申请的另一个方面，提供一种电流调节电路，所述电流调节电路包括：电流传导元件；电流传感器；和电流控制元件，所述电流控制元件与所述电流传导元件和所述电流传感器串联耦接，并且响应于控制信号而为传导性的，其中所述电流传感器包括：电流感测元件，所述电流感测元件串联耦接在所述电流传导元件和所述电流控制元件之间；减法器，所述减法器用于在所述电流控制元件为传导性时提供用于表示由所述电流感测元件所传导的电流和目标电流之间的差值的误差信号；和积分器，所述积分器用于通过对所述误差信号进行积分来形成经积分的误差信号。
在一个实施方案中，所述电流调节电路还包括：控制电路，所述控制电路具有用于接收所述经积分的误差信号的输入端以及用于提供所述控制信号的输出端。
根据本专利申请提供的具有电流传感器的电路以及电流调节电流，其中的电流感测元件提供了优于已知的电流感测元件设计以及优于使用它们的电流调节电路的各种优点。首先，通过从测量信号减去目标信号并且基于误差信号调节回路，电流调节电路避免对高准确度、昂贵组件诸如高准确度电阻器的需要。唯一需要的是目标信号发生器中的组件(诸如电阻器)与在电流感测元件中所使用的组件匹配。因此，可使用便宜并且可能集成的组件。第二，电流调节电路不会经历显著的温度和寿命灵敏度。因为它们为匹配的，因此电流感测元件和目标信号发生器可随温度并且在其寿命中漂移，但是它们的漂移将趋于匹配并因此相互抵消。第三，通过生成误差信号作为测量信号和目标信号之间的差值，电流感测元件避免由浮动参考所引起的问题。
附图说明
图1以局部框图和局部示意图形式示出了根据现有技术的电流调节电路；
图2以局部框图和局部示意图形式示出了根据实施方案的电流调节电路；
图3以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的电流调节电路的实施方案的电流调节电路；
图4以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的电流调节电路的另一实施方案的电流调节电路；
图5以局部框图和局部示意图形式示出了适于在电流调节电路中使用的积分器；
图6以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的电流调节电路的又一实施方案的电流调节电路；
图7以示意图形式示出了电流调节电路的一部分，其示出了目标信号发生器的第一形式；
图8以示意图形式示出了电流调节电路的一部分，其示出了目标信号发生器的第二形式；
图9以示意图形式示出了适于在图3、图7和图8的目标信号发生器中使用的分段电阻器；
图10以框图形式示出了适于在图3、图4和图6-图8的目标信号发生器使用中的电流源；
图11以框图形式示出了适于在图7和图8的目标信号发生器中使用的电压源；
图12以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的电流调节电路的另一实施方案的电流调节电路；
图13以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的电流调节电路的又一实施方案的电流调节电路；
图14以框图形式示出了可在图2的电流调节电路中使用的第一数字转换器电路；
图15以框图形式示出了可在图2的电流调节电路中使用的第二数字转换器电路；
图16以局部框图和局部示意图形式示出了可在图2的电流调节电路中使用的第三数字转换器电路；
图17以局部框图和局部示意图形式示出了可在图2的电流调节电路中使用的第四数字转换器电路；并且
图18以示意图形式示出了可在图4、图6、图12和图13的电流调节电路中的任一电流调节电路中使用的感测晶体管。
在下面的描述中，在不同的附图中使用相同的参考数字来指示相同或类似的项目。除非另有说明，否则字词“耦接”及其相关联的动词形式包括直接连接以及通过本领域已知的方式的间接电连接两者；并且除非另有说明，否则对直接连接的任何描述还暗示使用适当形式的间接电连接的另选的实施方式。
具体实施方式
图1以局部框图和局部示意图形式示出了根据现有技术的电流调节电路100。电流调节电路100包括螺线管110、电流感测元件120、晶体管130、数字信号处理器(DSP)140、以及二极管150。螺线管110具有第二端子、以及用于接收被标记为“VBAT”的电源电压的第一端子。VBAT为来自电池的电源电压，该电池相对于接地部具有例如12伏的标称电压。电流感测元件120具有连接到螺线管110的第二端子的第一端子、第二端子、以及输出端子。晶体管130为具有栅极、连接到电流感测元件120的第二端子的漏极、以及连接到接地部的源极的N沟道金属氧化物半导体(MOS)晶体管。DSP 140具有连接到电流感测元件120的输出端子的输入端，以及连接到晶体管130的栅极的输出端。二极管150具有连接到电流感测元件120的第二端子的阳极，以及连接到VBAT电源电压端子的阴极。
电流感测元件120包括电阻器122、放大器124、以及模数转换器(ADC)126。电阻器122具有形成电流感测元件120的第一端子的第一端子，以及形成电流感测元件120的第二端子的第二端子。放大器124具有输出端、连接到电阻器122的第一端子的同向输入端、以及连接到电阻器122的第二端子的反相端子。ADC 126具有连接到放大器124的输出端的输入端，以及连接到DSP 140的输入端的输出端。
电流调节电路100调节流过螺线管110的电流。当被激活时，电流调节电路100使得电流以被调节到期望量的幅值流过螺线管110。电流感测元件120提供通过螺线管110的电流的幅值的数字表示，并且DSP 140通过控制晶体管130的接通时间来将其数字地调节到期望的量。二极管150提供箝位路径以防止晶体管130的漏极处的电压升高到高于VBAT超过其截止电压，并且因此在晶体管130为非传导性时保护晶体管130免受由于其漏极处的过大电压而造成的损坏。
电流感测元件120检测电阻器122两端的电压降作为流过螺线管110的电流的量度。放大器124感测并放大电压差，并将该电压差作为单端电压提供至ADC 126。ADC 126将电压转换为对应的数字值，该DSP 140使用该数字值来调制对晶体管130的传导，以将电流调节到期望值。
电流感测元件120具有若干个缺点。期望将流过螺线管110的电流调节到高准确度，但电阻器122随温度并且在其寿命中遭受漂移。此外，通过电阻器122和晶体管130的大功率耗散导致集成电路管芯内的较大的温度梯度。由于电阻器122为浮动感测元件，因此难以感测其端子两端的电压。电阻器122由于其所需的准确度也是昂贵的。
图2以局部框图和局部示意图形式示出了根据实施方案的电流调节电路200。电流调节电路200包括螺线管210形式的电流传导元件、电流感测元件220、晶体管230、晶体管232、以及控制电路240。螺线管210具有第二端子、以及用于接收VBAT的第一端子。电流感测元件220具有连接到螺线管210的第二端子的第一端子、第二端子、以及用于提供被标记为“误差信号”的信号的输出端子。晶体管230为具有栅极、连接到电流感测元件220的第二端子的漏极、以及连接到接地部的源极的N沟道MOS晶体管。晶体管232为具有栅极、连接到VBAT端子的源极、以及连接到螺线管210的第二端子的漏极的P沟道MOS晶体管。控制电路240具有连接到电流感测元件220的输出端子以用于接收误差信号的输入端、以及连接到晶体管230的栅极的输出端。二极管250具有连接到电流感测元件220的第二端子的阳极，以及连接到VBAT电源电压端子的阴极。
该电流感测元件220包括电流感测元件222、目标信号发生器224、以及误差信号发生器226。电流感测元件222具有形成电流感测元件220的第一端子的第一端子、形成电流感测元件220的第二端子的第二端子、用于提供被标记为“测量信号”的信号的第一输出端、以及第二输出端。目标信号发生器224具有连接到电流感测元件222的第二输出端的输入端、以及用于提供欸标记为“目标信号”的信号的输出端。误差信号发生器226具有连接到电流感测元件222的第一输出端以用于接收测量信号的第一输入端、连接到目标信号发生器224的输出端以用于接收目标信号的第二输入端、以及连接到控制电路240的输入端以用于提供误差信号的输出端。
在操作中，电流感测元件222被连接在其电流将被感测的电流路径中，诸如电流调节电路200中的螺线管电流控制电路。其提供用于表示流过其的电流的两个输出端。当电流感测元件222传导目标电流时，目标信号发生器224生成目标信号作为代表电流感测元件222的状况的信号。误差信号发生器226具有用于将误差信号提供作为实际流过电流感测元件222的电流(即，测量信号)与目标信号之间的差值的输出端。
如将在下文更全面地描述的，电流感测元件222可为例如感测晶体管的电阻器或漏极感测元件。当电流感测元件222传导目标电流时，目标信号发生器224生成目标信号，以表示电流感测元件222的状况。在一个示例中，当电流感测元件222传导目标电流时，目标信号发生器224生成目标信号作为电流感测元件222两端的电压降，并且因此输入端连接到电流感测元件222的第二输出端，以基于例如电流感测元件222的第二端子上的电压来调节其输出。在另一个示例中，当电流感测元件222生成目标电流时，目标信号发生器224生成目标信号作为穿过电流感测元件222的电流。
因此，目标信号发生器224输出目标信号作为目标或参考，实际值可与该目标或参考进行比较。为了生成有用的值，目标信号发生器224不需要提供具有高的绝对准确度的目标信号，只要其使用的组件与电流感测元件222匹配。
误差信号发生器226响应于测量信号和目标信号之间的差值而提供误差信号。控制电路240调制晶体管230的接通时间，以减小误差信号的幅值。因此，电流调节电路200控制晶体管230，以便使误差信号为零，或者换句话讲，使测量信号等于目标信号。
电流感测元件220提供了优于已知的电流感测元件设计以及优于使用它们的电流调节电路的各种优点。首先，通过从测量信号减去目标信号并且基于误差信号调节回路，电流调节电路200避免对高准确度、昂贵组件诸如高准确度电阻器的需要。唯一需要的是目标信号发生器224中的组件(诸如电阻器)与在电流感测元件222中所使用的组件匹配。因此，可使用便宜并且可能集成的组件。第二，电流调节电路200不会经历显著的温度和寿命灵敏度。因为它们为匹配的，因此电流感测元件222和目标信号发生器224可随温度并且在其寿命中漂移，但是它们的漂移将趋于匹配并因此相互抵消。第三，通过生成误差信号作为测量信号和目标信号之间的差值，电流感测元件220避免由浮动参考所引起的问题。应当注意，目标信号发生器224使用电流感测元件222的输出端，使得其被引用到相同的浮动节点。
存在可用于实现电流调节电路200的组件的各种电路。将在逐个元件的基础上首先参考电流调节电路的具体示例以及具体组件来解释这些各种电路。
图3以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的电流调节电路200的实施方案的电流调节电路300。电流调节电路300通常包括电流感测元件320、晶体管330和332、控制电路340、缓冲器342和344、以及螺线管310形式的电流传导元件。螺线管310具有、以及第二端子用于接收VBAT的第一端子。电流感测元件320具有连接到螺线管310的第二端子的第一端子、第二端子、以及用于提供被标记为“ΔI”的差分电流形式的误差信号的输出端子。晶体管330为具有栅极、连接到电流感测元件320的第二端子的漏极、以及连接到接地部的源极的N沟道MOS晶体管。该晶体管332为具有栅极、连接到VBAT端子的源极、以及连接到电流感测元件320的第二端子的漏极的P沟道MOS晶体管。控制电路340具有连接到电流感测元件320的输出端子以用于接收误差信号ΔI的输入端、连接到晶体管330的栅极的第一输出端、以及连接到晶体管332的栅极的第二输出端。缓冲器342具有连接到控制电路340的第一输出端的输入端、以及连接到晶体管330的栅极的第二输出端。缓冲器344具有连接到控制电路340的第二输出端的输入端，以及连接到晶体管332的栅极的第二输出端。
电流感测元件320包括电阻器322、目标信号发生器324、以及误差信号发生器326。电阻器322具有形成电流感测元件320的第一端子的第一端子、以及形成电流感测元件320的第二端子的第二端子，其中第一端子也形成测量信号。
目标信号发生器324具有连接到VBAT端子的第一端子、连接到电阻器322的第二端子的第二端子、以及用于提供目标信号的输出端。目标信号发生器324包括电流源323和电阻器325。电流源323具有连接到VBAT端子的第一端子、以及用于提供目标信号的第二端子，并且传导被标记为“ITARG”的电流。电阻器325具有连接到电流源323的第二端子的第一端、以及连接到电阻器322的第二端子的第二端子，并且具有被标记为“R匹配”的电阻。
误差信号发生器226具有连接到电流感测元件222的第一输出端以用于接收测量信号的第一输入端、连接到目标信号发生器的输出端以用于接收目标信号的第二输入端、以及连接到控制电路340的输入端以用于提供误差信号的输出端。误差信号发生器326包括放大器327和ADC 328。放大器327包括用于接收测量信号的非反向输入端、用于接收目标信号的反相输入端、以及输出端。ADC 328具有连接到放大器326的输出端的输入端、以及用于提供误差信号ΔI的输出端。
电流调节电路300通过在螺线管310传导期望量的电流时形成目标信号作为表示被形成在电阻器322的第一端子处的电压的电压来实现图2的目标信号发生器224。电流源323发起电流ITARG作为与期望量的电流成比例的电流。电阻器325提供以相对于通过螺线管310的目标电流与ITARG所成的相同比例与电阻器322的电阻成反比的电阻R匹配。例如，如果通过螺线管310的期望电流等于1A并且电阻器322的标称电阻等于1欧姆(Ω)，则如果ITARG等于1毫安(mA)，那么R匹配将被设置为1千欧姆(kΩ)。当电流感测元件320的元件被组合在单个集成电路中时，电阻器325也可通过集成电路上的布局与电阻器322匹配。布局匹配可包括例如集成电路上的取向，使得某些方向上的处理的变化将按比例影响两个电阻器。
由于ΔI为数字值，因此控制电路340可被实现为DSP。控制电路340使用缓冲器342来驱动晶体管330的栅极，并且使用缓冲器344来驱动晶体管332的栅极。电流调节电路300使用晶体管332作为同步钳位，使得其通常在晶体管330为非传导性的时间期间为传导性的，除了存在足够量的不重叠时间以避免直通电流。
因此，电流感测元件320使用两个电阻器来产生数字误差信号ΔI。电阻器不需要具有高度准确的值，只要它们例如在尺寸和布局两方面被适当地匹配。
图4以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的电流调节电路200的另一个实施方案的电流调节电路400。电流调节电路400通常包括螺线管410形式的电流传导元件、目标和误差信号发生器420、感测晶体管430、晶体管436、控制电路440、以及缓冲器442和444。螺线管410具有第二端子、以及用于接收VBAT的第一端子。目标和误差信号发生器420包括放大器422、电流源424、和晶体管426。放大器422具有反相输入端、输出端、以及连接到螺线管410的第二端子的非反向输入端。电流源424具有第二端子、以及连接到VBAT端子的第一端子，并且传导电流ITARG。晶体管426具有连接到电流源424的第二端子的漏极、连接到放大器422的输出端的栅极、以及连接到放大器422的反相输入端的源极。
感测晶体管430具有栅极、连接到螺线管410的第二端子并且连接到放大器422的非反向输入端的漏极、连接到放大器422的反相输入端并且连接到晶体管426的源极的感测漏极、以及连接到接地部的源极。感测晶体管430为具有漏极端子、感测漏极端子、栅极、以及源极的复合N沟道MOS功率晶体管。感测晶体管430使用电流传导元件432和漏极感测元件434形成。电流传导元件432具有形成感测晶体管430的漏极端子(D)的漏极、连接到感测晶体管430的栅极端子(G)的栅极、以及连接到感测晶体管430的源极端子(S)的源极。漏极感测元件434具有形成感测晶体管430的感测漏极端子(SD)的漏极、连接到感测晶体管430的栅极端子的栅极、以及连接到感测晶体管430的源极端子的源极。晶体管436为具有栅极、连接到VBAT端子的源极、以及连接到螺线管410的第二端子的漏极的P沟道MOS晶体管。
控制电路440具有第一输出端、第二输出端、以及连接到电流源424的第二端子的输入端。缓冲器442具有连接到控制电路440的第一输出端的输入端、以及连接到感测晶体管430的栅极的输出端。缓冲器444具有连接到控制电路440的第二输出端的输入端、以及连接到晶体管432的栅极的输出端。
感测晶体管430实现图2的电流感测元件220和晶体管230的部分。电流传导元件434作为电流感测元件222和晶体管230两者来操作。漏极感测元件436作为目标信号发生器224的一部分来操作。放大器422和晶体管426作为电流感测元件222的另一部分来操作。电流源424作为提供目标信号的目标信号发生器224来操作。电流源424、放大器422和晶体管426作为误差信号发生器226来操作。放大器422控制晶体管426的导电性，以输出测量信号。测量信号和目标信号之间的差值提供了模拟误差信号ΔI。控制电路440可为模拟控制电路，或者在添加ADC的情况下，为数字控制电路诸如DSP。
电流调节电路400具有与图3的电流调节电路300大致相同的益处，但是通过使用感测晶体管430，其具有比电流调节电路300更小的面积以及更低的功率耗散。另外，当放大器422的输入端偏移保持为低时，其不需要具有准确的增益。
图5以局部框图和局部示意图形式示出了适于在电流调节电路中使用的积分器500。积分器500包括放大器510和电容器520。放大器510具有用于接收误差信号ΔI的非反向输入端、用于接收被标记为“VREF”的参考电压的反相输入端、以及用于提供被标记为“经积分的误差电流”的信号的输出端。电容器520具有连接到放大器510的输出端的第一端子、以及连接到放大器510的非反向输入端的第二端子。积分器500可用于使误差信号ΔI的变化平滑化，使得控制回路为稳定的。积分器500可用于通过在提供误差信号ΔI的误差信号发生器以及控制电路440之间插入积分器500来在开关周期内或在传导时间(例如感测晶体管430的传导时间)内对误差信号进行积分。其在包括现在将要描述的电流调节电路的若干个电流调节电路中为有用的。
图6以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的电流调节电路200的又一个实施方案的电流调节电路600。电流调节电路600通常包括螺线管610形式的电流传导元件、目标和误差信号发生器620、感测晶体管630、晶体管632、控制电路640、以及缓冲器642和644。螺线管610具有第二端子、以及用于接收VBAT的第一端子。
目标和误差信号发生器620包括放大器621、晶体管622、电流源623、放大器624、晶体管625、开关626和627、以及积分器628。放大器621具有反相输入端、输出端、以及连接到VBAT端子的非反向输入端。晶体管622为具有漏极、连接到放大器621的反相输入端的源极、以及连接到放大器621的输出端的栅极的P沟道MOS晶体管。电流源623具有第二端子、以及连接到晶体管622的漏极的第一端子，并且传导电流ITARG。放大器624具有反相输入端、输出端、以及连接到螺线管610的第二端子的非反向输入端。晶体管625为具有连接到电流源623的第二端子的漏极、连接到放大器624的输出端的栅极、以及连接到放大器624的反相输入端的源极的N沟道MOS晶体管。开关626具有第二端子、控制端子、以及连接到晶体管622的漏极的第一端子。开关627具有控制端子、连接到晶体管625的漏极的第一端子、以及连接到开关626的第二端子的第二端子。积分器628具有连接到开关626和627的第二端子的输入端、以及用于提供经积分的误差电流的输出端。
感测晶体管630为具有连接到螺线管610的第二端子并且连接到放大器624的非反向输入端的漏极、连接到放大器624的反相输入端并且连接到晶体管625的源极的感测漏极、栅极，以及连接到接地部的源极的复合N沟道MOS功率晶体管。感测晶体管632为具有栅极、连接到VBAT节点的漏极端子、连接到放大器621的反相输入端的感测漏极端子、以及连接到螺线管610的第二端子的源极的复合N沟道MOS功率晶体管。
控制电路640具有第一输出端、第二输出端、以及连接到积分器628的输出端的输入端。缓冲器642具有连接到控制电路640的第一输出端的输入端、以及连接到感测晶体管630的栅极并且连接到开关627的控制端子的输出端。缓冲器644具有连接到控制电路640的第二输出端的输入端、以及连接到晶体管632的栅极并且连接到开关626的控制端子的输出端。
电流调节电路600使用差分架构来在接通和关断时间期间产生通过螺线管610的净电流。当电流通过螺线管610传导时，感测晶体管630为传导性的，感测晶体管632为非传导性的，缓冲器644打开开关626，并且缓冲器642闭合开关627。放大器621将电压驱动到晶体管622的栅极上，以使其为传导性的。当电流不通过螺线管610传导时，感测晶体管632为传导性的，感测晶体管630为非传导性的，缓冲器644闭合开关626，并且缓冲器642打开开关627。放大器624将电压驱动到晶体管625的栅极上，以使其传导性归零。
图2的电流调节电路200的组件可以各种方式实现，诸如图3、图4和图6的示例性实施方案中所示的方式。现在将描述这些和另外的若干种方式。
图7以示意图形式示出了电流调节电路的一部分700，其示出目标信号发生器的第一形式。部分700包括目标电压源710、差分放大器730、以及作为电流感测元件操作的电阻器722。如在其他实施方案中，电阻器722具有连接在螺线管形式的电感元件的电流传导路径中的第一端子和第二端子，该电感元件的电流被调节为期望的值。目标电压源710具有连接到电阻器722的第二端子的负端子、以及用于提供目标信号的正端子，并且提供被标记为“VTARG”的电压。差分放大器730具有连接到电阻器722的第一端子的非反向输入端、连接到电阻器722的第二端子的反相输入端、以及用于提供测量信号的输出端。图7示出了被标记为“V误差”的误差信号被表示为测量信号和目标信号之间的差值。图7还示出了利用电流源712和电阻器714而实现的目标电压源710。电流源712具有连接到VBAT端子的第一端子、以及用于提供目标信号的第二端子，并且传导电流ITARG。电阻器714具有连接到电流源712的第二端子的第一端子、以及连接到电阻器722的第二端子的第二端子，并且具有电阻“R匹配”。目标信号等于VTARG加上电阻器722的第二端子处的电压。
图8以示意图形式示出了电流调节电路的一部分800，其示出了目标信号发生器的第二形式。部分800包括目标电压源810、以及作为电流感测元件操作的电阻器822。电阻器822具有连接在螺线管形式的电感元件的电流传导路径中的第一端子和第二端子，该电感元件的电流被调节我i期望的值。目标电压源810具有连接到电阻器822的第一端子的正端子、以及用于提供目标信号的负端子，并且提供电压VTARG。图8示出了被标记为“V误差”的误差信号被表示为添加到VTARG的目标信号和电阻器822的第二端子处的参考电压之间的差值。图8还示出了利用电阻器812和电流吸收器814所实现的目标电压源810。电阻器812具有连接到电阻器822的第一端子的第一端子、以及用于提供测量信号–VTARG的第二端子。电流源814具有连接到电阻器812的第二端子的第一端子、以及连接到接地部的第二端子，并且传导电流ITARG。在部分800中，V误差再次等于测量信号减去目标信号，但是V误差以与其在图7中产生的方式不同的方式产生。
图9以示意图形式示出了适于在图3、图7和图8的目标信号发生器中使用的分段电阻器900。分段电阻器900包括电阻器阶梯910和多路复用器920。电阻器阶梯910使用串联连接的一组电阻片段形成。被示出在图9中的为一组代表性的电阻片段912,914和916，其中电阻片段912具有第二端子、以及连接到分段电阻器900的第一端子的第一端子，电阻片段914具有第二端子以及、连接到电阻片段912的第二端子的第一端子，以此类推，直到电阻片段916，其具有连接到串联的紧邻在前的电阻片段的第二端子的第一端子、以及连接到分段电阻器900的第二端子的第二端子。多路复用器920具有连接到电阻器阶梯910中的一组电阻器中的相应电阻器的端子的输入端、用于提供VTARG信号的输出端、以及用于接收被标记为“SEL”的控制信号的控制端子。
分段电阻器900允许电阻器对于各种不同的电流可编程地与感测电阻器匹配。电阻值基于SEL信号来设置，并且阶梯上的所选择的连接点确定电阻值。例如，如果分段电阻器900用于实现图7的电阻器714，并且如果匹配值包括除了一个电阻器片段之外的所有电阻器片段，则SEL信号选择其第一输入端，多路复用器920的输出端形成电阻器714的第一端子，并且电阻片段916的第二端子形成电阻器714的第二端子，并且连接到电阻器722的第二端子。相反，如果分段电阻器900用于实现图8的电阻器812并且如果匹配值包括两个电阻器片段，则SEL信号选择其第二输入端，电阻片段912的第一端子形成电阻器812的第一端子，并且多路复用器920的输出端形成电阻器812的第二端子。
图10以框图形式示出了适于在图3、图4和图6-图8的目标信号发生器中使用的电流源1000。电流源1000使用电流数模转换器(DAC)来实现，该电流数模转换器具有用于接收多位输入代码的输入端、用于接收参考电流的参考输入端、以及用于提供电流ITARG的输出端。通过成为可编程的，电流源1000可用于具有配置诸如图2、图3和图6-图8的那些配置的电流感测元件中，但通过提供一系列目标电流而适于在不同的应用环境中使用。
图11以框图形式示出了适于在图7和图8的目标信号发生器中使用的电压源1100。电压源1100使用电压DAC来实现，该电压DAC具有用于接收多位输入代码的输入端、用于接收参考电压的参考输入端、耦接到感测电阻器的信号输入端、以及用于提供电压VTARG的输出端。通过成为可编程的，电压源1100可用于具有图7和图8的配置的电流感测元件中，但是适于在提供一系列目标电压的不同应用环境中使用。
图12以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的电流调节电路200的另外的实施方案的电流调节电路1200。电流调节电路1200通常包括螺线管1210形式的电流传导元件、目标和误差信号发生器1220、感测晶体管1230、晶体管1236、以及控制电路1240。螺线管1210具有第二端子、以及用于接收VBAT的第一端子。电流感测部分1220包括电流源1221、开关1222和1223、以及减法器1224。电流源1221具有第二端子、以及连接到VBAT端子的第一端子，并且传导电流ITARG。开关1222具有第二端子、控制端子、以及连接到螺线管1210的第二端子的第一端子。开关1223具有第二端子、控制端子、以及连接到晶体管1220的感测漏极端子的第一端子。减法器1224具有连接到开关1222的第二端子的第一输入端、连接到开关1223的第二端子的第二端子、以及用于提供经积分的误差信号的输出端子。减法器1224包括任选的电阻器1225、放大器1226和电容器1227。电阻器1225具有第二端子、以及连接到开关1222的第二端子的第一端子。放大器1226具有连接到电阻器1225的第二端子的非反向输入端、连接到开关1223的第二端子的反相输入端、以及用于提供经积分的误差信号的输出端。电容器1227具有连接到放大器1226的输出端子的第一端子、以及连接到放大器1226的非反向输入端的第二端子。
感测晶体管1230具有栅极、连接到螺线管1210的第二端子并且连接到开关1223的第一端子的漏极、连接到电流源1221的第二端子并且连接到开关1223的第一端子的感测漏极、以及连接到接地部的源极。感测晶体管1230为具有漏极端子、感测漏极端子、栅极、以及源极的复合N沟道MOS功率晶体管。感测晶体管1230使用电流传导元件1232和漏极感测元件1234形成。电流传导元件1232具有形成感测晶体管1230的漏极端子的漏极、连接到感测晶体管1230的栅极端子的栅极、以及连接到感测晶体管1230的源极端子的源极。漏极感测元件1234具有形成感测晶体管1230的感测漏极端子的漏极、连接到感测晶体管1230的栅极端子的栅极、以及连接到感测晶体管1230的源极端子的源极。晶体管1236为具有栅极、连接到VBAT端子的源极、以及连接到螺线管410的第二端子的漏极的P沟道MOS晶体管。
控制电路1240具有连接到放大器1226的输出端的输入端、连接到晶体管1230的栅极并且连接到开关1222和1223的控制端子的第一输出端、以及连接到晶体管1236的栅极的第二输出端。如图12所示，控制电路1240包括具有形成控制电路1240的第一输出端的输出端的缓冲器1242。
电流调节电路1200以类似于图4的电流调节电路400的方式使用感测晶体管1230，但是使用不同的目标和误差信号发生器1220。电流感测电路1220包括作为积分减法器的减法器1224，其通过开关1222和1223与开关活动同步。因此，当感测晶体管1230为传导性时，开关1222和1223闭合，并且减法器1224对测量信号和目标信号之间的差值进行积分。当感测晶体管1230为非传导性时，开关1222和1223打开，并且减法器1224保持测量信号和目标信号之间的积分差值。
图13以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的电流调节电路的再一个实施方案的电流调节电路1300。电流调节电路1300通常包括螺线管1310形式的电流传导元件、目标和误差信号发生器1320、感测晶体管1330、晶体管1332、以及控制电路1340。螺线管1310具有第二端子、以及用于接收VBAT的第一端子。目标和误差信号发生器1320包括放大器1321、电流源1322、晶体管1323、开关1324、以及积分器1325。放大器1321具有反相输入端、输出端、以及连接到螺线管1310的第二输入端的非反向输入端。电流源1322具有第二端子、以及连接到VBAT端子的第一端子，并且传导电流ITARG。晶体管1323具有连接到电流源1322的第二端子的漏极、连接到放大器1321的输出端的栅极、以及连接到放大器1321的反相输入端的源极。开关1324具有第二端子、控制端子、以及连接到电流源1322的第二端子的第一端子。积分器1325具有连接到开关1324的第二端子的输入端子、以及用于提供经积分的误差信号的输出端子。
感测晶体管1330具有栅极、连接到螺线管1310的第二端子的漏极、连接到放大器1321的反相输入端并且连接到晶体管1323的源极的感测漏极、以及连接到接地部的源极。感测晶体管1330为如相对于上图4所述构造的复合N沟道MOS功率晶体管。晶体管1332为具有栅极、连接到VBAT端子的源极、以及连接到螺线管1310的第二端子的漏极的P沟道MOS晶体管。
控制电路1340具有连接到积分器1325的输出端的输入端、连接到晶体管1330的栅极并且连接到开关1324的控制端子的第一输出端、以及连接到晶体管1332的栅极的第二输出端。如图12所示，控制电路1340包括具有形成控制电路1340的第一输出端的输出端的缓冲器1342。
电流调节电路1300使用感测晶体管1330来提供误差信号作为差分电流ΔI，在螺线管1310的传导时间期间对差分电流进行积分以提供经积分的误差信号，并且控制感测晶体管1330的接通时间以将螺线管1310的电流调节为期望的量。因此，其为通过使用开关1324和积分器1325对图4的电流调节电路400进行的修改，以限制在晶体管1330的传导时间期间的控制。
可进行对上述电路的各种修改，以便提供更稳健的信号路径，并且还从电流感测电阻器的浮动接地域转换到控制器域。现在将描述这些修改。
图14以框图形式示出了可用于图2的电流调节电路200的第一数字转换器电路1400。数字转换器电路1400为比较器，该比较器具有非反向输入端、反相输入端，以及用于提供被标记为“数字误差信号”的单位误差信号的输出端，其中在非反向输入端和反相输入端之间感测到被标记为“VEI”的差分积分误差电压。在这种情况下，控制电路诸如DSP可对单位信号进行滤波和处理，或者在某一时间段内抽取位的序列，以形成多位数字代码并对多位数字代码进行滤波和处理。
图15以框图形式示出了可用于图2的电流调节电路200的第二数字转换器电路1500。数字转换器电路1500为ADC，该ADC具有用于接收经积分的误差电压VEI作为单端误差信号的输入端、以及用于提供多位数字误差信号的输出端。在这种情况下，单端误差电压VEI为值范围中的连续值，并且数字转换器1500提供多位数字误差信号以表示误差电压VEI。
图16以局部框图和局部示意图形式示出了可用于图2的电流调节电路200的第三数字转换器电路1600。数字转换器电路1600包括比较器1610和电阻器1620。比较器1610具有连接到用于接收被标记为“I误差”的误差电流的节点的非反向输入端、连接到接地部的反相输入端、以及用于提供单位数字误差信号的输出端。电阻器1620具有连接到比较器1610的非反向输入端的第一端子、以及连接到比较器1610的反相输入端并且连接到接地部(或连接到任何参考电压)的第二端子。在数字转换器电路1600中，当传导电流I误差时，比较器1610感测由电阻器1620两端的电压降所形成的差分误差信号。如前所述，控制电路诸如DSP可对单位信号进行滤波和处理，或者在某一时间段内抽取位的序列以形成多位数字代码并对多位数字代码进行滤波和处理。
图17以局部框图和局部示意图形式示出了可用于图2的电流调节电路200的第四数字转换器电路1700。数字转换器电路1700包括ADC 1710和电阻器1720。ADC 1710具有连接到接收I误差的节点的输入端、以及用于提供多位数字误差信号的输出端。电阻器1720具有连接到用于接收I误差的节点的第一端子、以及连接到接地部(或连接到任何参考电压)的第二端子。在该电路中，电阻器1720将I误差转换成电压，并且数字转换器1700提供多位数字误差信号以表示该电压。
在这些数字转换器电路中的每个数字转换器电路中，将误差信号从感测电阻器的浮动域电平移位到电流调节和测量域中。当执行电平移位时，这些电路不需要准确的增益。此外，其使用简单的比较器或具有几个位的低成本ADC，这对于高准确度电流调节为足够的。应当注意，在数字转换器电路1400和1600中所使用的比较器可用于实现逐次逼近ADC，其中参考电压被改变以搜索最准确地表示输入电压的数字代码。
图18以示意图形式示出了可用于图4、图6、图12和图13的电流调节电路中的任一电流调节电路的感测晶体管1800。该感测晶体管1800类似于先前描述的感测晶体管，不同之处在于其另外具有感测源极端子。感测晶体管1810为复具有被标记为“D”的漏极端子、被标记为“SD”的感测漏极端子、被标记为“G”的栅极端子、被标记为“S”的源极、以及被标记为“SS”的感测源极的合N沟道MOS功率晶体管。感测晶体管1800使用电流传导元件1810、漏极感测元件1820和源极感测元件1830形成。电流传导元件1810具有形成感测晶体管1800的漏极端子的漏极、连接到感测晶体管1800的栅极端子的栅极、以及连接到感测晶体管1800的源极端子的源极。漏极感测元件1820具有形成感测晶体管1800的感测漏极端子的漏极、连接到感测晶体管1800的栅极端子的栅极、以及连接到感测晶体管1800的源极端子的源极。源极感测元件1830具有连接到感测晶体管1800的漏极端子的漏极、连接到感测晶体管1800的栅极端子的栅极、以及提供感测晶体管1800的感测源极端子的源极。
当以正向方向操作时，正电流从感测漏极流向源极，并且感测源极端子SS为参考端子。当以反向方向操作时，正电流从感测源极流向源极，并且感测漏极端子SD为参考端子。感测晶体管1800允许每个晶体管的体连接与源极隔离，并且使用外延MOS工艺而方便地实现。因此，感测晶体管1800在浮动接地应用中提供附加柔性，诸如具有感测电阻器的螺线管，如图2和以上类似的图中所述的。
虽然已经描述了特定实施方案，但是对于这些实施方案的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，图2、图3、图4、图12和图13的电路示出了由相应控制电路控制的晶体管232,332,436,1236和1352，但是在其他实施方案中，晶体管可被替换为如对于图1中二极管150所示连接的二极管。此外，在其他实施方案中，在上文的图2、图3、图4、图12和图13中所示的电路的拓扑可被反转。例如，为了对电流调节电路200的拓扑进行反转，晶体管230将连接在VBAT和电流感测元件222的第一端子之间，并且螺线管210将连接在电流感测元件222的第二端子和接地部之间。
在一种形式中，电路具有包括感测晶体管的电流传导元件的电流感测元件。根据一个方面，感测晶体管为具有体端子和源极的外延制造的金属氧化物半导体(MOS)晶体管，其中体端子与具有晶体管形式的电流传导元件的源极隔离。
当电流感测元件传导目标电流时，目标信号发生器可生成用于表示跨电流感测元件的电压降的目标电压，并且目标信号发生器包括电流源和匹配的电阻器。根据另一方面，匹配的电阻器包括分段电阻器阶梯和多路复用器。分段电阻器阶梯具有串联耦接在电流源的第二端子和电流感测元件的第二端子之间的多个电阻片段。多路复用器具有耦接到多个电阻片段中的相应电阻片段的端子的输入端、用于提供目标信号的输出端、以及用于接收控制信号的控制端子。根据又一方面，电流源包括数模转换器，该数模转换器具有用于接收参考电流的第一端子、用于接收输入代码的第二端子、以及用于提供目标电流的输出端子。
根据再一方面，误差信号发生器包括差分放大器和模数转换器。差分放大器具有输出端、耦接到电流感测元件的第一端子的第一输入端、以及用于接收目标信号的第二输入端。模数转换器具有耦接到差分放大器的输出端的输入端、以及用于提供误差信号作为数字误差信号的输出端。作为另外一种选择，根据又一方面，该误差信号发生器包括差分放大器和晶体管。差分放大器具有输出端、耦接到电流感测元件的第一端子的第一输入端、以及用于接收目标信号的第二输入端。该晶体管具有耦接到差分放大器的第一输入端和第二输入端中的一者的第一电流电极、耦接到差分放大器的输出端的控制电极、以及用于提供误差信号作为误差电流的输出端。
在另一种形式中，该电路为还包括电流传导元件、电流控制元件和控制电路的电流调节电路。电流传导元件具有耦接到第一电源电压端子的第一端子、以及耦接到电流传感器的第一端子的第二端子。电流控制元件具有控制电极、耦接到电流传导元件的第二端子的第一端子、以及耦接到第二电源电压端子的第二电流电极。控制电路具有耦接到误差信号发生器的输出端的输入端、以及用于向电流控制元件的控制电极提供控制信号的输出端，其中该控制电路改变控制信号以减小误差信号。在这种情况下，根据一个方面，控制电路通过转换器而被耦接到误差信号发生器，该转换器将误差信号转换成数字误差信号。
在又一种形式中，电流调节电路包括电流传导元件、电流传感器、与电流传导元件和电流传感器串联耦接并且响应于控制信号而传导的电流控制元件，并且电流传感器包括电流感测元件、减法器、和积分器。在这种情况下，根据一个方面，该控制元件包括感测晶体管的电流传导元件，并且该电流感测元件包括感测晶体管的漏极感测元件。根据另外的方面，减法器包括目标电流源、第一开关、和第二开关。该目标电流源具有耦接到电压参考端子的第一端子、以及耦接到感测晶体管的漏极感测元件的第二端子。该第一开关具有耦接到感测晶体管的电流传导元件的第一端子、用于提供误差信号的第一分量的第二端子、以及用于接收控制信号的控制端子。该第二开关具有耦接到感测晶体管的漏极感测元件的第一端子、用于提供误差信号的第二分量的第二端子、以及用于接收控制信号的控制端子。
根据另一方面，该减法器包括放大器、目标电流源、和晶体管。该放大器具有输出端、耦接到感测晶体管的电流传导元件的第一输入端、以及耦接到感测晶体管的漏极感测元件的第二输入端。该目标电流源具有第二端子、以及耦接到电压参考端子的第一端子。该晶体管具有耦接到目标电流源的第二端子的第一电流电极、耦接到放大器的输出端的控制电极、以及耦接到感测晶体管的漏极感测元件的第二电流电极。该开关具有耦接到目标电流源的第二端子的第一端子、用于提供误差信号的第二端子、以及用于接收控制信号的控制端子。
因此，所附权利要求旨在涵盖落入所公开的实施方案的范围内的所公开的实施方案的所有修改。