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TWI468071B - 高側訊號感測電路 - Google Patents

高側訊號感測電路 Download PDF

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TWI468071B
TWI468071B TW101110701A TW101110701A TWI468071B TW I468071 B TWI468071 B TW I468071B TW 101110701 A TW101110701 A TW 101110701A TW 101110701 A TW101110701 A TW 101110701A TW I468071 B TWI468071 B TW I468071B
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Taiwan
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transistor
resistor
voltage
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TW101110701A
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Ta Yung Yang
kai fang Wei
Yen Ting Chen
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System General Corp
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

高側訊號感測電路
本發明是有關於一種訊號感測電路，特別是有關於一種高側訊號感測電路。
第1圖顯示了傳統的高側訊號感測電路100。該高側訊號感測電路100基本上包含了一運算放大器110、電阻120-160，以及一負載170。電壓VH供電到電阻120和電阻140之間的節點，如此電流I140流通過電阻140。由於電阻140耦合負載170以及藉由電阻150耦合該運算放大器110的負輸入，電流I140將會被分成兩個電流，電流I50流經電阻150以及電流ILOAD流通過負載170。也就是說，電流ILOAD將隨負載170和電阻120-150的阻抗值變化。
然而，如果該負載170是發光二極體(LEDs)，傳輸至負載170的電流量將會影響發光二極體的照明；這意味著，當電壓VH的電壓值被調整時，電阻120-150的阻抗值會影響發光二極體的照明。也就是說，對高側訊號感測，具有用作分壓器的電阻之傳統方法的缺點係精確度較差。當電壓VH的電壓值被調整時，由於溫度和進程的變化等，使得控制發光二極體的照明以及感測該負載的電流ILOAD是困難的。
因此，如何控制和感測負載的電流ILOAD已成為業界迫切的任務。
本發明關於一種高側訊號感測電路。本發明提供了一個精確的電路為高測訊號感測，它可應用於電池管理、電池單元平衡、發光二極體背光驅動器和電源轉換器的電路。該電路可設計在一個單片積體電路。藉由感測第一電阻的跨電壓，流經過輸出電阻的電流將可簡單得到。
根據本發明之一方面，本發明提供一種高側訊號感測電路，該高側訊號感測電路包含一訊號至電流轉換器、一第二電晶體以及一電阻。訊號至電流轉換器具有一第一電晶體，係對應一輸入訊號產生一鏡像電流。第二電晶體耦接串聯於該第一電晶體，以接收該鏡像電流。電阻係對應該鏡像電流產生一輸出訊號。其中，該輸出訊號之準位係被該輸入訊號之準位校準。
本發明前述各方面及其它方面依據下述的非限制性具體實施例詳細說明以及參照附隨的圖式將更趨於明瞭。
為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與 配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
第2圖顯示了本發明之高側訊號感測電路200之一實施例。該高側訊號感測電路200包含一第一電路210、一第二電路220以及一第三電路230。第一電路210包括一輸出電阻211和輸出端OT。在一實施例中，第一電路210進一步包含第三電晶體212以及第一電流源213。第二電路220，例如訊號至電流轉換器220，包含一齊納二極體221、第一電阻222、運算放大器223、第二電流源224、二極體225以及第一電晶體226。第三電路230包含一第二電晶體231。
第二電路220係用於接收一輸入訊號VS，如一脈衝訊號，並對應輸入訊號VS產生一個電流I222(鏡像電流)流通過第一電阻222。供應電壓VH供能之運算放大器223、第二電流源224以及二極體225係耦合該輸入訊號VS以及第一電阻222，其中運算放大器223的負輸入端係耦合該第一電阻222以及第一電晶體226的源極，運算放大器223的正輸入端係耦合以接收該輸入訊號VS，以及運算放大器223的輸出端係耦合該第一電晶體226的閘極。
該輸入訊號VS，如一可變電壓，耦合到供應電壓VH和第一電阻222。由於該輸入訊號VS和第一電阻222係位於運算放大器223的正輸入端以及負輸入端之間，且運算放大器223的正輸入端以及負輸入端之間的虛擬短路，輸入訊號VS的電壓係等於該第一電阻222的跨 電壓。也就是說，該第一電阻222的跨電壓係被輸入訊號VS的電壓準位所改變。第一電晶體226的源極接收電流I222以及第一電晶體226的汲極傳輸該電流至第二電晶體231。齊納二極體221耦合至該第一電阻222、供應電壓VH以及該第三電晶體212係用於鉗夾該訊號至電流轉換器220之電源VH之最大電壓。
第二電晶體231係耦接串聯於該第一電晶體226以接收傳送通過第一電晶體226的電流I222，然後輸出一電流I211至輸出電阻211。該第一和第二電晶體226和231是高電壓的電晶體，其可承受高電壓，致使該高側訊號感測電路200可在高電壓環境運作，以感測流通過該第一電阻222之電流。此外，電流源224以及二極體225供應一電壓至第二電晶體231的閘極，如此該閘極和源極的電壓將能在第三電路230的電壓範圍內偏壓。例如，第三電路230的最大工作電壓是VH<25V(VH至GNDH)。
與第二電晶體231以及一輸出電阻211耦合之該輸出端OT係接收由第二電晶體231所傳送出之電流I211，且傳送該電流至輸出電阻211，其中該電流流通過該輸出電阻211。
輸出端OT產生一輸出訊號VO，且該輸出訊號VO係與該輸入訊號Vs之值相關聯，可表示為： 因此，藉由感測第一電阻222之跨電壓將可以獲得流通過輸出電阻211之電流。也就是說，流過輸出電阻211之電流可在高側(high-side)被感應到，如在第一電阻222在高電壓環境中，而不是在低側(low-side)，如在該輸出電阻211。
此外，第一電路210可進一步包含該第一電流源213以及該第三電晶體212，第二電路220的電源係由電流源213透過第三電晶體212所供應，其為一高電壓電晶體。第三電晶體212的閘極係耦合以接收一電壓VCC，其在該電壓VCC下鉗夾該第一電流源213之最大電壓。第二電路220電源的最大電壓係由一齊納二極體221所鉗夾。
第3圖顯示了本發明之單片(Monolithic)積體電路之一實施例。如第2圖以及第3圖所示，第2圖第一電路210係設置於該p矽基板P_Si中，第二電路220之電路設置在第3圖一個隔絕的N井320中展開。第三電路230之電路則形成在另一個隔絕的N井330展開。也就是說，訊號至電流轉換器220可從形成在與一輸出電阻211隔絕的一個隔絕的井320。在一實施例中，輸出電阻211係形成在一p基板P_Si中，訊號至電流轉換器220係在p基板P_Si之一第一井(未顯示於圖中)展開，以及第二電晶體231係在p基板P_Si之一第二井展開(未顯示於圖中)。在另一實施例中，輸出電阻211可在一p基板P_Si中展開，訊號至電流轉換器220係在p基板之一第一井(未顯示於圖中)展開，以及第二電晶體231可在 另一基板(未顯示於圖中)展開。
雖然透過舉例以及示範實施例的方式已經描述了本發明，可以理解的是，本發明非因此限制。相反地，其包含了不同的修改以及相似排列和程序，添附的權利範圍應給予最廣泛的解釋，以便包含所有的修改以及相似排列和程序。
100‧‧‧傳統的高側訊號感測電路
200‧‧‧高側訊號感測電路
210、220、230‧‧‧電路
120、130、140、150、160、211、222‧‧‧電阻
OT‧‧‧輸出端
212、226、231‧‧‧電晶體
213、224‧‧‧電流源
221‧‧‧齊納二極體
110、223‧‧‧運算放大器
225‧‧‧二極體
VS、VH、VO‧‧‧電壓
ILOAD、I50、I140、I211、I222‧‧‧電流
GNDH‧‧‧接地端
170‧‧‧負載
310、P_Si‧‧‧p基板
320、330‧‧‧N井
第1圖 顯示了傳統的高側訊號感測電路100。
第2圖 顯示了本發明之高側訊號感測電路之一實施例。
第3圖 顯示了本發明之單片積體電路之一實施例。
200‧‧‧高側訊號感測電路
210、220、230‧‧‧電路
211、222‧‧‧電阻
OT‧‧‧輸出端
212、226、231‧‧‧電晶體
213、224‧‧‧電流源
221‧‧‧齊納二極體
223‧‧‧運算放大器
225‧‧‧二極體
VS、VH‧‧‧電壓
I211、I222‧‧‧電流
GNDH‧‧‧接地端

Claims (10)

  1. 一種高側(high-side)訊號感測電路，包含：一訊號至電流轉換器，具有一第一電晶體，係對應一輸入訊號產生一鏡像電流；一第二電晶體，耦接串聯於該第一電晶體，以接收該鏡像電流；以及一電阻，係對應該鏡像電流產生一輸出訊號；一另一電阻，耦接該第一電晶體並提供產生該鏡像電流；其中該輸出訊號之準位係被該輸入訊號之準位校準，並藉由感測該另一電阻之跨電壓獲得流通過該電阻之電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電路，其中該電阻位在一第一電路中；以及該訊號至電流轉換器和該第一電晶體位在一第二電路中；其中該第二電路形成在與該第一電路隔離之一隔離井中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電路，其中該第二電晶體位在一第三電路中，並且該第三電路形成在與該第一電路隔離之另一隔離電路。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之電路，其中該第二電 路之一電源係由該第一電路之一源電流所供應；該源電流之電流係透過一高電壓電晶體耦合至該第二電路。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之電路，其中該第二電路包含一齊納二極體用以鉗夾該第二電路之一電源之一最大電壓。
  6. 一種高側(high-side)偵測電路，包含：一第一電路，具有位於一基板中之一電阻；一第二電路，具有位於一隔離井中之一第一電晶體，根據一輸入訊號產生一鏡像電流，並具有一另一電阻；以及一第三電路，具有耦接串聯於該第一電晶體之一第二電晶體，以傳送該鏡像電流至該第一電路；其中該電阻係對應該鏡像電流產生一輸出訊號，藉由感測該另一電阻之跨電壓獲得流通過該電阻之電流。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電路，其中該第二電路形成於與該第一電路隔離之一隔離井。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電路，其中該第三電路與該第一電路隔離。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之電路，其中該第二電路之一電源係由該第一電路之一源電流所供應；該源電流之電流係透過該第一電路中之一高電壓電 晶體耦合至該第二電路。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之電路，其中該第二電路進一步包含一齊納二極體以鉗夾該第二電路之一電源之一最大電壓。
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