專利名稱：具有限流功率輸出的集成電路和有關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路，更具體地說，涉及集成電路的一種先導(dǎo)傳感器樣式功率輸出。
背景技術(shù)：
常常是，來自集成電路(IC)的大功率輸出必須具有內(nèi)裝到裝置上的故障防護(hù)限流功能，以防止對IC或它必須驅(qū)動的負(fù)載的損害。有檢測經(jīng)IC驅(qū)動器輸出的電流的兩種常規(guī)方法。較簡單的方法使用在電流路徑中的顯式或寄生電阻。必須是可預(yù)測的這種電阻引起能與基準(zhǔn)電壓比較的電壓降。跨過檢測電阻的這種電壓降通常是不希望的，因?yàn)樗鼫p小輸出電壓擺動并且產(chǎn)生芯片上功率浪費(fèi)。
第二方法沒有引入在輸出路徑中的串聯(lián)電壓降，而是代之以建立一個(gè)也稱作先導(dǎo)裝置、在已知電流級下運(yùn)行的一個(gè)并聯(lián)、檢測場效應(yīng)晶體管(FET)。除在尺寸和來自驅(qū)動器的電流方面按比例顯著縮小之外，這種先導(dǎo)裝置準(zhǔn)確地與驅(qū)動器匹配。以這種方式，先導(dǎo)級和驅(qū)動器在用于限制器的開動點(diǎn)處運(yùn)行相同的電流密度(最大驅(qū)動器電流)。
授予Wrathall的美國專利No.4,553,084描述了一種包括一個(gè)在其源極腳中帶有一個(gè)檢測電阻器的先導(dǎo)檢測晶體管的電流檢測電路。先導(dǎo)檢測晶體管是一個(gè)大切換晶體管的一部分，并因此在大切換晶體管中的變化能準(zhǔn)確地由先導(dǎo)檢測晶體管跟蹤。一個(gè)運(yùn)算放大器監(jiān)視由檢測電阻器提供的信號，以便向驅(qū)動器電路提供反饋信息。Wrathall在美國專利No.4,820,968中描述了用來檢測負(fù)載電流的另一種設(shè)備，該設(shè)備使用在電流反射晶體管的支腳中的一個(gè)檢測電阻器，以把反射電流轉(zhuǎn)換成電壓。這種電壓然后與由與負(fù)載電流的一部分相等的基準(zhǔn)電流產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓相比較。
在具有先導(dǎo)傳感器樣式功率輸出的常規(guī)集成電路中，典型地提供一個(gè)放大器/比較器，以便把驅(qū)動器的輸出電壓與來自先導(dǎo)裝置的基準(zhǔn)電流相比較。典型的手段是復(fù)雜的，包括晶體管偏移誤差，并且消耗太多功率。
本發(fā)明概述鑒于以上背景，因此本發(fā)明的一個(gè)目的在于，以減小的偏移誤差和減小的功率消耗提供在集成電路的功率驅(qū)動裝置中的限流。
按照本發(fā)明的這種和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)由這樣一種集成電路提供，該集成電路包括一個(gè)功率驅(qū)動裝置，用來產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓；一個(gè)先導(dǎo)裝置，用來檢測經(jīng)功率驅(qū)動裝置的電流，并且產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓；及一個(gè)放大器電路，用來把先導(dǎo)裝置的基準(zhǔn)電壓與功率驅(qū)動裝置的輸出電壓相比較。放大器電路包括帶有一個(gè)共用基極的雙極結(jié)晶體管(BJT)差動對。
差動對的第一BJT可以是二極管連接的。此外，功率驅(qū)動裝置最好是一個(gè)功率場效應(yīng)晶體管(FET)，并且先導(dǎo)裝置最好是一個(gè)與功率FET成比例和匹配的檢測FET。放大器電路也可以包括一個(gè)連接到差動對的第一BJT的集電極上的第一電流源、和一個(gè)連接到差動對的第二BJT的集電極上的第二電流源。而且，一個(gè)先導(dǎo)電流源可以連接到檢測FET的源極上，而一個(gè)電流吸收器可以與先導(dǎo)電流源并聯(lián)連接，以從第一電流源減去經(jīng)第一BJT運(yùn)行的偏置電流。
而且，第一BJT的發(fā)射極可以連接到檢測FET的源極上，而第二BJT的一個(gè)發(fā)射極可以連接到功率FET的一個(gè)源極上。第二BJT的集電極連接到檢測FET和功率FET的柵極上，并且放大器電路產(chǎn)生一個(gè)用于功率驅(qū)動裝置和先導(dǎo)裝置的控制信號。
按照本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)由一種在集成電路的功率驅(qū)動裝置中的限流方法提供。該方法包括借助于一個(gè)先導(dǎo)裝置檢測經(jīng)功率驅(qū)動裝置的電流，并且產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓；和借助于一個(gè)包括帶有一個(gè)共用基極的雙極結(jié)晶體管(BJT)差動對的放大器電路，把基準(zhǔn)電壓與功率驅(qū)動裝置的輸出電壓相比較。根據(jù)基準(zhǔn)電壓與輸出電壓的比較，產(chǎn)生一個(gè)用于功率驅(qū)動裝置和先導(dǎo)裝置的控制信號。
附圖的簡要描述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的集成電路的示意方塊圖。
圖2是示意圖，表明圖1的集成電路的實(shí)施例。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述下文參照其中表示本發(fā)明的最佳實(shí)施例的附圖，現(xiàn)在更充分地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以多種不同形式實(shí)施，并且不應(yīng)該理解為限制于這里敘述的實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而本公開是徹底和完整的，并且向熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。類似號碼自始至終指類似元件。
參照圖1，現(xiàn)在將描述按照本發(fā)明的集成電路(IC)10。IC 10可以是用于在提交于2000年8月23日的共同待決臨時(shí)申請No.60/227,566中分開的高側(cè)驅(qū)動器(NFET)熱插拔產(chǎn)品(hot-plug product)的輸出級的、和/或用于在2001年5月出版的對應(yīng)Data Sheet中公開的雙電源控制器ISL6118的輸出級，并且它們的每一個(gè)由Intersil Inc.of Palm Bay，F(xiàn)lorida制造，其整個(gè)公開通過參考包括在這里。IC 10包括一個(gè)提供大功率輸出的驅(qū)動器12，大功率輸出要求對于裝置內(nèi)裝一種限流功能，以防止對于IC或它驅(qū)動的負(fù)載的損害。
因而，IC 10包括一個(gè)是驅(qū)動器12的縮小比例版樣式的先導(dǎo)裝置14，如由熟練技術(shù)人員理解的那樣。先導(dǎo)裝置14在尺寸和電流方面按比例顯著縮小，但也與驅(qū)動器12準(zhǔn)確地匹配。先導(dǎo)級通過一個(gè)已知量的電流，并且產(chǎn)生一個(gè)與較大驅(qū)動器12的輸出電壓相比較的基準(zhǔn)電壓。IC 10也包括一個(gè)用來進(jìn)行比較和控制先導(dǎo)裝置14和驅(qū)動器12的放大器電路16。
在帶有先導(dǎo)傳感器樣式功率輸出的常規(guī)集成電路中，典型地提供一個(gè)放大器/比較器，以便把驅(qū)動器的輸出電壓與來自先導(dǎo)級的基準(zhǔn)電流相比較。典型的手段比較復(fù)雜，包括晶體管偏移誤差，并且消耗太多功率。
在參照圖2的同時(shí)，現(xiàn)在將描述帶有一個(gè)放大器電路16的、具有減小復(fù)雜性、減小偏移誤差和減小功率消耗的IC 10的一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，IC 10包括一個(gè)功率場效應(yīng)晶體管(FET)M2作為驅(qū)動器12。而且，包括一個(gè)在尺寸和電流方面按比例顯著縮小但與功率FET M2準(zhǔn)確匹配的檢測FET M1作為先導(dǎo)裝置14。功率FET M2和檢測FET M1的漏極者連接到電源Vdd上。先導(dǎo)電流源iplot連接在檢測FET M1的源極與地之間。
放大器電路16由帶有一個(gè)共用基極的匹配雙極結(jié)晶體管(BJT)Q1和Q2的差動對形成。而且，第一BJT Q1是二極管連接的，使其發(fā)射極經(jīng)一個(gè)電阻器R1連接到檢測FET M1的源極上。第二BJT Q2的發(fā)射極經(jīng)一個(gè)電阻器R2連接到功率FET M2的源極上。電流源i1和i2連接在電壓饋送線V+與第一和第二BJT Q1和Q2的相應(yīng)集電極之間。一個(gè)電流吸收器i3與先導(dǎo)電流源iplot并聯(lián)連接，以便減去經(jīng)第一BJT Q1運(yùn)行的偏置電流。
況且，第二BJT Q2的集電極連接到檢測和功率FET M1和M2的柵極上。第一BJT Q1檢測由先導(dǎo)裝置14的檢測FET M1產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓，而第二BJT Q2檢測功率FET M2的輸出電壓，或源極電壓，并且驅(qū)動檢測FET M1和功率FET M2的柵極。外部干擾是驅(qū)動器12的輸出的放大器電路16的非倒相輸入。也可以提供一個(gè)過流探測器作為控制電路16的部分。
這種IC 10的一個(gè)特征是，使用來自V+饋電線的較小電流量(例如1μA)。在這個(gè)實(shí)施例中，V+饋電線是一個(gè)非常高阻抗電荷抽吸電壓線。i1、i2和i3的電流相等，并且偏置到微安的一個(gè)分?jǐn)?shù)，例如1/4μA。此外，放大器/比較器控制電路16由于提供當(dāng)前適用的最好匹配的BJTQ1和Q2的使用具有非常低的偏移誤差。而且，把驅(qū)動器12幾乎調(diào)節(jié)到地線，因?yàn)椴顒訉1和Q2有效地電平上移，但Q2飽和是比運(yùn)行高電流的功率FET M2的電壓(Vt)低的電壓。
模擬表明，這個(gè)IC 10的實(shí)施提供71dB的開路增益，在200μs以下從階躍響應(yīng)穩(wěn)定，并且消耗1μA的V+電流。由iplot提供的電流在模擬中是10μA。能使這個(gè)電流任意地小，以先導(dǎo)檢測FET M1精度為代價(jià)。在IC10中一個(gè)補(bǔ)償電容器是不必要的，因?yàn)楣β蔉ET M2的寄生電容是如此之大。
因而，帶有一個(gè)放大器電路16的IC 10具有減小的復(fù)雜性、歸因于BJT Q1和Q2的匹配的減小偏移誤差及以上討論的減小功率消耗。
一種在集成電路10的功率驅(qū)動裝置12中的限流方法包括借助于一個(gè)先導(dǎo)裝置14檢測經(jīng)功率驅(qū)動裝置的電流，并且產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓；和借助于一個(gè)包括帶有一個(gè)共用基極的雙極結(jié)晶體管(BJT)差動對Q1和Q2的放大器電路16，把基準(zhǔn)電壓與功率驅(qū)動裝置的輸出電壓相比較。根據(jù)基準(zhǔn)電壓與輸出電壓的比較，產(chǎn)生一個(gè)用于功率驅(qū)動裝置12和先導(dǎo)裝置14的控制信號。
該方法也可以包括把一個(gè)第一電流源i1連接到差動對的第一BJT Q1的集電極上；把一個(gè)第二電流源i2連接到差動對的第二BJTQ2的集電極上；及把一個(gè)先導(dǎo)電流源iplot連接到檢測FET M1的源極上。而且，一個(gè)電流吸收器i3可以與先導(dǎo)電流源iplot并聯(lián)地連接，以從第一電流源i3減去經(jīng)第一BJT Q1運(yùn)行的偏置電流。此外，該方法可以包括把第一BJT Q1的發(fā)射極連接到檢測FET M1的源極上；把第二BJT Q2的發(fā)射極連接到功率FET M2的源極上；及把第二BJT的集電極連接到檢測FET和功率FET的柵極上。
從在以上描述中呈現(xiàn)的講授和有關(guān)的圖獲益的熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員能想到本發(fā)明的多種修改和其它實(shí)施例。因此，要理解，本發(fā)明不限于公開的特定實(shí)施例，并且修改和實(shí)施例打算包括在附屬權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種集成電路，包括一個(gè)功率驅(qū)動裝置，用來產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓；一個(gè)先導(dǎo)裝置，用來檢測經(jīng)功率驅(qū)動裝置的電流，并且產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓；及一個(gè)放大器電路，用來把先導(dǎo)裝置的基準(zhǔn)電壓與功率驅(qū)動裝置的輸出電壓相比較，并且包括帶有一個(gè)共用基極的雙極結(jié)晶體管(BJT)差動對。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中差動對的第一BJT包括一個(gè)二極管連接的BJT。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中功率驅(qū)動裝置包括一個(gè)功率場效應(yīng)晶體管(FET)；及其中先導(dǎo)裝置包括一個(gè)與功率FET成比例和匹配的檢測FET。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電路，進(jìn)一步包括一個(gè)第一電流源，連接到差動對的第一BJT的集電極上；一個(gè)第二電流源，連接到差動對的第二BJT的集電極上；及一個(gè)先導(dǎo)電流源，連接到檢測FET的源極上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路，進(jìn)一步包括一個(gè)與先導(dǎo)電流源并聯(lián)連接的電流吸收器，以從第一電流源減去經(jīng)過第一BJT的偏置電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路，其中第一BJT的發(fā)射極連接到檢測FET的源極上，而第二BJT的發(fā)射極連接到功率FET的源極上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路，其中第二BJT的集電極連接到檢測FET和功率FET的柵極上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中放大器電路產(chǎn)生一個(gè)用于功率驅(qū)動裝置和先導(dǎo)裝置的控制信號。
9.一種集成電路，包括一個(gè)功率FET，用來產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓；一個(gè)先導(dǎo)FET，用來檢測經(jīng)功率驅(qū)動裝置的電流，并且產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓；及一個(gè)放大器電路，用來把先導(dǎo)裝置的基準(zhǔn)電壓與功率驅(qū)動裝置的輸出電壓相比較，并且包括帶有一個(gè)共用控制終端的匹配雙極結(jié)晶體管(BJT)差動對，差動對的第一BJT是二極管連接的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成電路，進(jìn)一步包括一個(gè)第一電流源，連接到第一BJT的第一導(dǎo)電終端上；和一個(gè)第二電流源，連接到差動對的第二BJT的第一導(dǎo)電終端上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的集成電路，進(jìn)一步包括一個(gè)先導(dǎo)電流源，連接到先導(dǎo)FET的源極上；和一個(gè)電流吸收器，與先導(dǎo)電流源并聯(lián)連接，以從第一電流源減去經(jīng)過第一BJT的偏置電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成電路，其中第一BJT的第二控制終端連接到檢測FET的源極上，而差動對的第二BJT的第二控制終端連接到功率FET的源極上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的集成電路，其中第二BJT的第二控制終端連接到檢測FET和功率FET的柵極上。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成電路，其中放大器電路控制功率FET和先導(dǎo)FET的柵極。
15.一種在集成電路的功率驅(qū)動裝置中限制電流的方法，該方法包括借助于一個(gè)先導(dǎo)裝置檢測經(jīng)功率驅(qū)動裝置的電流，并且產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓；借助于一個(gè)包括帶有一個(gè)共用基極的雙極結(jié)晶體管(BJT)差動對的放大器電路，把基準(zhǔn)電壓與功率驅(qū)動裝置的輸出電壓相比較；及根據(jù)基準(zhǔn)電壓與輸出電壓的比較，產(chǎn)生一個(gè)用于功率驅(qū)動裝置和先導(dǎo)裝置的控制信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中差動對的第一BJT包括一個(gè)二極管連接的BJT。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中功率驅(qū)動裝置包括一個(gè)功率場效應(yīng)晶體管(FET)；及其中先導(dǎo)裝置包括一個(gè)與功率FET成比例和匹配的檢測FET。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括把第一電流源連接到差動對的第一BJT的集電極上；把第二電流源連接到差動對的第二BJT的集電極上；及把先導(dǎo)電流源連接到檢測FET的源極上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括把一個(gè)電流吸收器與先導(dǎo)電流源并聯(lián)連接，以從第一電流源減去經(jīng)第一BJT的偏置電流。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括把第一BJT的發(fā)射極連接到檢測FET的源極上；和把第二BJT的發(fā)射極連接到功率FET的源極上。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括把第二BJT的集電極連接到檢測FET和功率FET的柵極上。
全文摘要
集成電路，包括一個(gè)功率FET，用來產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓；一個(gè)先導(dǎo)FET，用來檢測經(jīng)功率驅(qū)動裝置的電流，并且產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓；及一個(gè)放大器電路，用來把先導(dǎo)裝置的基準(zhǔn)電壓與功率驅(qū)動裝置的輸出電壓相比較。放大器電路包括帶有一個(gè)共用基極的匹配雙極結(jié)晶體管(BJT)差動對。差動對的第一BJT是二極管連接的。放大器電路控制功率FET和檢測FET的柵極。
文檔編號H03K17/082GK1444798SQ01813248
公開日2003年9月24日 申請日期2001年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月23日
發(fā)明者威廉·希朗, 薩洛曼·沃里, 唐納德·普雷斯勒 申請人:英特塞爾美國公司