(57)【要約】デバイス、温度、およびプロセス改変にわたって実質的に一定である電流センシングのための方法およびシステムが提供される。この回路センシングシステムおよび方法は、センシングされるべき負荷電流に対して既知の比率の低減された電流を供給するように構成される。例示的な回路センシングシステムは、１以上の可変抵抗素子に結合された第１のスイッチを含み、抵抗素子は、第１のスイッチの電圧を低減するように構成され、この低減された電圧は増幅器の入力に供給される。この増幅器は、抵抗素子および第２のスイッチに結合され、第１のスイッチの低減された電圧をセンシングするように構成され、第２のスイッチの電圧を第１のスイッチの低減された電圧に等しくさせて、負荷電流に対する既知の比率の電流が増幅器の出力において供給され得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のユニットセルを有するパワースイッチと、該パワースイッチに結合され、該パワースイッチに対して調整された比を有するセンシングスイッチを含む電流ミラー回路と、
該パワースイッチの電圧を分割するために、該パワースイッチと該センシングスイッチとの間に結合された抵抗ディバイダ回路と、
入力として該分割された電圧を受け取り、該センシングスイッチに結合されて、該センシングスイッチの電圧を該パワースイッチの該分割された電圧に等しくして、パワーデバイスを通る電流に対して既知の比率を有する出力センシングされた電流を供給するように構成された増幅器と
を含む、電流センシングシステム。
【請求項２】
前記増幅器を通る大量の電流を軽減するために前記パワースイッチおよび前記抵抗ディバイダ回路に結合された駆動およびタイミング回路をさらに含む、請求項１に記載の電流センシングシステム。
【請求項３】
前記パワースイッチと前記抵抗ディバイダ回路間のノードの電圧をモニタリングするための該パワースイッチと該抵抗デバイダ回路との間に結合されたタイミング論理をさらに含む、請求項１に記載の電流センシングシステム。
【請求項４】
前記電流ミラー回路および前記増幅器が実質的に同一のプロセスを用いて製造される、請求項１に記載の電流センシングシステム。
【請求項５】
前記電流ミラー回路、前記抵抗ディバイダ回路、および前記増幅器が実質的に同一のプロセスを用いて製造される、請求項１に記載の電流センシングシステム。
【請求項６】
前記パワースイッチおよび前記センシングスイッチのそれぞれが複数のマルチセルデバイスを含む、請求項１に記載の電流センシングシステム。
【請求項７】
前記パワースイッチおよび前記センシングスイッチのそれぞれがディープトリオード領域内で動作する、請求項１に記載の電流センシングシステム。
【請求項８】
パワートランジスタを通る電流を供給するために電圧ソースに結合されたソースを有するパワートランジスタと、
該電圧ソースに結合されたソースおよびグラウンドに結合されたゲートを有するセンシングトランジスタと、
該センシングトランジスタのドレインに結合され、該増幅器の出力に結合された反転入力を有する増幅器であって、該パワートランジスタを通る電流に対して調整された比率を有する出力センシング電流を供給するように構成される、増幅器と、
該電圧ソースに結合されたソースおよび該増幅器の非反転入力端子に結合されたドレインを有する第３のトランジスタと、
該負荷と該増幅器との間に結合された第４のトランジスタであって、該パワートランジスタの電圧の内の少なくともいくつかの部分を受け取るように該増幅器を結合させるために構成された第４のトランジスタと、
該増幅器の制御のために構成された駆動およびタイミング回路であって、該パワートランジスタのゲートおよび該第４のトランジスタのゲートに結合され、該パワートランジスタのドレイン電圧をモニタリングして、該第４のトランジスタが該パワートランジスタの電圧の内の少なくともいくつかの部分を該増幅器に供給することを可能にするかどうかを決定するように構成される、駆動およびタイミング回路と
を含む、電流センシングシステム。
【請求項９】
前記パワートランジスタ、前記センシングトランジスタ、前記第３のトランジスタ、前記第４のトランジスタ、および前記増幅器が実質的に同一のＣＭＯＳプロセスを用いて製造される、請求項８に記載の電流センシングシステム。
【請求項１０】
前記第３のトランジスタがグラウンドに結合されたゲートを有し、前記第４のトランジスタが前記増幅器の前記非反転入力に結合されたソースおよび負荷に結合されたドレインを有し、該第３のトランジスタおよび該第４のトランジスタは、前記パワートランジスタの電圧を分割するために構成され、該増幅器は、入力として該分割された電圧を受け取るように構成され、該センシングスイッチの電圧を該分割された電圧に等しくされる、請求項８に記載の電流センシングシステム。
【請求項１１】
前記駆動およびタイミング回路は、別の駆動およびタイミング論理コンポーネントを含み、前記第３のトランジスタは、前記タイミング論理コンポーネントに結合されたゲートを有し、前記第４のトランジスタは、前記パワートランジスタの前記ドレインに結合されたソース、該タイミング論理コンポーネントに結合されたゲート、および前記増幅器の非反転入力に結合されたドレインを有し、該タイミング論理コンポーネントは、該パワートランジスタの該ドレイン電圧をモニタリングして、該第４のトランジスタが該パワートランジスタのドレイン電圧を該増幅器に供給することを可能にするかどうかを決定するように構成される、請求項８に記載の電流センシングシステム。
【請求項１２】
前記電流システムは、
前記増幅器の前記非反転入力に結合された第３のスイッチを含み、該増幅器は、共通ゲート増幅器をさらに含む、請求項８に記載の電流センシングシステム。
【請求項１３】
前記増幅器は、
第４のスイッチおよび第５のスイッチを含む利得段であって、該第４のスイッチおよび該第５のスイッチの各々は、より高いトランスコンダクタンスを有し、共通ゲート接続を有する低電圧デバイスとして構成され、該第５のスイッチはダイオードデバイスとして接続され、該第４のスイッチは非反転入力端子として構成されたソースを有し、そして該第５のスイッチは反転入力端子として構成されたソースを有する、利得段と、
第６のスイッチおよび第７のスイッチを含むカスコード段であって、該第６のスイッチおよび該第７のスイッチは、より低いトランスコンダクタンスを有し、共通ゲート接続を有する高電圧デバイスとして構成され、該第６のスイッチはダイオードデバイスとして接続され、該第７のスイッチは該第４のスイッチのドレインに結合されたソースを有し、そして該第７のスイッチは該第５のスイッチのドレインに結合される、カスコード段と、
該第６のスイッチのドレインとグラウンドとの間に結合された第１の電流ソースおよび該第７のスイッチのドレインとグラウンドとの間に結合された第２の電流ソースと、
該反転入力端子に結合されたソースおよび該第５のスイッチのドレインに結合されたゲートを有する第８のスイッチと、
該第８のスイッチのドレインに結合されたソース、該第６のスイッチのドレインに結合されたゲート、および該増幅器に対する出力を供給するために構成されたドレインを有する第９のスイッチであって、該増幅器は、該反転入力端子の電圧が増加するにつれて、該第９のスイッチのゲートソース電圧が該非反転入力端子によって該反転入力端子のトラッキングを容易にするように増加する、第９のスイッチと
を含む、請求項８に記載の電流センシングシステム。
【請求項１４】
パワートランジスタを通る電流を供給するために電圧ソースに結合されたソースおよび負荷に結合されたドレインを有するパワートランジスタと、
該電圧ソースに結合されたソースおよびグラウンドに結合されたゲートを有するセンシングトランジスタと、
該センシングトランジスタのドレインおよび該増幅器の出力に結合された反転入力を有する増幅器であって、該増幅器は、該パワートランジスタを通る電流に対して調整された比率を有する出力センシング電流を供給するように構成され、第３のトランジスタは、該電圧ソースに結合されたソースおよび該増幅器の非反転入力端子に結合されたドレインを有する、増幅器と、
該パワートランジスタの該ドレインおよび該増幅器の該非反転入力端子に結合されたドレインを有する第４のトランジスタであって、該パワートランジスタのドレイン電圧の受け取りから該増幅器を減結合するために構成された、第４のトランジスタと、
該増幅器の制御のために構成された駆動回路であって、該パワートランジスタのゲートに結合される、駆動回路と、
該第３のトランジスタおよび該第４のトランジスタの動作を制御するためのタイミング論理デバイスであって、該第３のトランジスタおよび該第４のトランジスタのゲートに結合され、該パワートランジスタのドレイン電圧をモニタリングして、該第４のトランジスタが該パワートランジスタのドレイン電圧を該増幅器に供給することを可能にするかどうかを決定するように構成される、タイミング論理デバイスと
を含む電流センシングシステム。
【請求項１５】
前記第３のトランジスタは、前記パワートランジスタが動作されていない場合、前記増幅器がバイアスされたままであり得るように抵抗素子として構成される、請求項１４に記載の電流センシングシステム。
【請求項１６】
前記パワートランジスタ、前記センシングトランジスタ、前記第３のトランジスタ、および前記第４のトランジスタが実質的に同一のプロセスを用いて製造される、請求項１４に記載の電流センシングシステム。
【請求項１７】
前記パワートランジスタおよび前記センシングトランジスタがマルチセルデバイスを含む、請求項１４に記載の電流センシングシステム。
【請求項１８】
前記センシングトランジスタのドレインに結合されたソース、前記増幅器の出力に結合されたゲート、および前記出力センシング電流を供給するように構成されたドレインを有するフォローワトランジスタをさらに含む、請求項１４に記載の電流センシングシステム。
【請求項１９】
前記増幅器は、
該増幅器の前記反転入力に結合された第１のスイッチと、
該増幅器の前記非反転入力に結合された第２のスイッチとを含み、該第１および該第２のスイッチは、共通ゲートを共有し、該第２のスイッチは接続されたダイオードであり、
さらに前記増幅器は、
該増幅器の該第１のスイッチおよび該非反転入力に結合された第３のスイッチと、
該第１および第３のスイッチに結合された第１の電流ソースと、
該第２のスイッチに結合された第２の電流ソースと、
該出力センシング電流を供給する出力と
を含む、請求項１４に記載の電流センシングシステム。
【請求項２０】
前記増幅器は、
バッファリングのために、前記第１のスイッチと前記第１の電流ソースとの間に結合された第４のスイッチと、
バッファリングのために、前記第２のスイッチと前記第２の電流ソースとの間に結合された第５のスイッチと、
前記第３のスイッチに電圧を供給するために、該増幅器の非反転入力、該第２のスイッチ、および該第３のスイッチの間に結合された第６のスイッチと
をさらに含む、請求項１９に記載の電流センシングシステム。
【請求項２１】
第１、第２、第３の端子を有する第１のスイッチであって、該第１の端子が入力電圧に結合され、該第２の端子が該第１のスイッチの制御のためにドライバに結合され、該第３の端子が負荷デバイスに結合される、第１のスイッチと、
第４、第５、第６の端子を有する第２のスイッチであって、該第４の端子が入力電圧に結合され、該第５の端子がグラウンドに結合され、該第２のスイッチの抵抗が該第１のスイッチの抵抗に対して比率を有する、第２のスイッチと、
反転入力および非反転入力および増幅器出力を有する増幅器であって、該反転入力は、該第６の端子および該増幅器出力に結合される、増幅器と、
第３のトランジスタおよび第４のトランジスタを含む駆動回路であって、該第３のトランジスタおよび該第４のトランジスタは抵抗素子を含み、該第３のトランジスタは、該入力電圧に結合されたソース、グラウンドに結合されたゲート、および該増幅器の該非反転入力に結合されたドレインを有し、該第４のトランジスタは、該第３のトランジスタのドレインに結合されたソース、該第４のトランジスタの制御のためにドライバに結合されたゲート、および該負荷デバイスに結合されたドレインを有し、該ドライバ回路は、該第１のスイッチの電圧を分割するために、該増幅器の出力においてセンシングされた該第１のスイッチを通る電流の低減を容易にするように構成される、電流センシングシステム。
【請求項２２】
前記増幅器は共通ゲート増幅器を含み、前記電流センシングシステムは、前記第４のトランジスタのソース、グラウンドに結合されたゲート、および該増幅器の非反転入力に結合されたドレインを有し、該増幅器をバイアスするために構成される電流共通モードトランジスタを含む、請求項２１に記載の電流センシングシステム。
【請求項２３】
前記第１および前記第２のスイッチ、前記駆動回路、ならびに前記増幅器は、実質的に同一のプロセスを用いて製造される、請求項２１に記載の電流センシングシステム。
【請求項２４】
第１の電流を供給するために第１のスイッチを駆動するステップと、
該第１のスイッチに結合された第２のスイッチを介して該第１の電流をミラーリングすることによって第２の電流を供給するステップであって、該第２の電流は第１の電流の比であり、該第１および該第２のスイッチが実質的に同一のプロセスを用いて製造される、ステップと、
該第２の電流を第３の電流にさらに調整するために駆動回路を介して該第２の電流を分割するステップであって、該第３の電流は該第２の電の比である、ステップと、
増幅器を介して該第１のスイッチの電圧を検出するステップであって、該増幅器は、該第１のスイッチの電圧に比例する出力電圧を供給する、ステップと
を含む、電流をセンシングするための方法。
【請求項２５】
電流をセンシングするための方法であって、
第１のスイッチを通る電流を供給するために第１のスイッチを駆動して該第１のスイッチの電圧を生成するステップと、
該第１のスイッチの電圧を低減し、該低減された電圧を増幅器の入力に供給するステップと、
第２のスイッチの電圧を該第１のスイッチの該低減された電圧に等しくさせ、該第２のスイッチは、該増幅器の別の入力および該増幅器の出力に接続させるステップと、
該第１のスイッチを通る電流に対する既知の比率を示す該増幅器の出力に出力センシング電流を供給するステップと
を含む、電流をセンシングするための方法。
【請求項２６】
前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記増幅器が電流ミラー構成で構成される、請求項２５に記載の電流をセンシングするための方法。
【請求項２７】
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチは、Ｗ／Ｌ比に基づいて調整されたトランジスタを含む、請求項２５に記載の電流をセンシングするための方法。
【請求項２８】
駆動回路を用いて前記第１のスイッチの電圧を低減するステップと、
低電圧デバイスとして該第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを構成するステップと、
高速増幅器として該増幅器を構成するステップと
をさらに含む、請求項２５に記載の電流をセンシングするための方法。
【請求項２９】
前記第１のスイッチの電圧をモニタリングして、前記低減した電圧を受け取るように第３のトランジスタを前記増幅器に接続するかどうかを判定するステップをさらに含む、請求項２５に記載の電流をセンシングするための方法。
【請求項３０】
第１および第２のスイッチを集積回路上で実質的に同一のプロセスを用いて製造するステップを含む、電流センシングシステムを製造する方法であって、該集積回路は、
第１の電流を供給するために該第１のスイッチを駆動し、
該第１のスイッチに結合された該第２のスイッチを介して該第１の電流をミラーリングし、これにより第２の電流を供給し、該第２の電流は該第３の電流の比であり、
該第２の電流を第３の電流にさらに調整するためにレジスタディバイダを介して該第２の電流を分割し、該第３の電流は該第２の電流の比であり、
該第１のスイッチの電圧を増幅器を介して検出し、該増幅器は、該第１のスイッチの電圧に比例する出力電圧を供給するように構成された集積回路である、電流センシングシステムを製造する方法。
【請求項３１】
第１のスイッチからの電流出力を調整する第１および第２の抵抗素子に接続された第１のスイッチと、
該第１のスイッチからの該電流出力をミラーリングするために該第１のスイッチに結合された第２のスイッチと、
電流をセンシングするために、該第１の抵抗素子と該第２の抵抗素子と該第２のスイッチとの間で接続された増幅器とを含むシステムであって、
該増幅器は、
該増幅器の該反転入力に接続された第３のスイッチと、
該増幅器の非反転入力に結合された第４のスイッチとを含み、該第３のスイッチおよび該第４のスイッチは、共通ゲートを共有し、該第４のスイッチは接続されたダイオードであり、該増幅器は
該第３のスイッチおよび該増幅器の該非反転入力に結合された第５のスイッチと、
該第３および該第５のスイッチに結合された第１の電流ソースと、
該第４のスイッチに結合された第２の電流ソースと、
出力電圧を供給するための該増幅器への出力と
をさらに含む増幅器と
を含む、電流センシングシステム。
【請求項３２】
第１、第２、および第３の端子を有する第１のスイッチであって、該第１の端子は入力電圧に結合され、該第２の端子はドライバに結合される、第１のスイッチと、
第４、第５、および第６の端子を有する第２のスイッチであって、該第４の端子は該入力電圧に結合され、該第５の端子は増幅器に結合され、該第３の端子はグラウンドに接続され、該第２のスイッチを通る電流は、該第１のスイッチを通る調整された電流である、第２のスイッチと、
反転および非反転入力ならびに増幅器出力を有する増幅器であって、該反転入力は該第５の端子および該増幅器出力に結合され、該増幅器は、
該増幅器の該反転入力に結合された第３のスイッチと、
該増幅器の該非反転入力に結合された第４のスイッチとを含み、該第３のスイッチおよび該第４のスイッチは、共通ゲートを共有し、該第４のスイッチは接続されたダイオードであり、
該増幅器は、
該第３のスイッチおよび該増幅器の該非反転入力に結合された第５のスイッチと、
該第３および該第５のスイッチに結合された第１の電流ソースと、
該第４のスイッチに結合された第２の電流ソースと、
出力電圧を供給するための該増幅器への出力と、
をさらに含む増幅器と、
該第１のスイッチを通る該電流を調整するために、該第３の端子と該増幅器の非反転入力との間に結合された駆動回路と
を含む、電流検出システム。
【請求項３３】
パワートランジスタを通る電流を供給するための電圧ソースに結合されたソースおよび負荷に結合されたドレインを有するパワートランジスタと、
該電圧ソースに結合されたソースおよびグラウンドに結合されたゲートを有するセンシングトランジスタと、
該センシングトランジスタのドレインおよび該増幅器の出力に結合された反転入力を有する増幅器であって、該増幅器は、該パワートランジスタを通る電流に対して調整された比率を有する出力センシング電流を供給するように構成された増幅器と、
該電圧ソースに結合されたソースおよび該増幅器の非反転入力端子に結合されたドレインを有する第３のドランジスタと、
該負荷と該増幅器との間に結合された第４のトランジスタであって、該第４のトランジスタは、該パワートランジスタのドレイン電圧の受け取りから該増幅器を減結合するように構成された第４のトランジスタと、
該増幅器の制御のために構成された駆動およびタイミング回路であって、該駆動およびタイミング回路は、該パワートランジスタのゲートおよび該第４のトランジスタのゲートに結合され、該パワートランジスタのドレイン電圧をモニタリングして、該第４のトランジスタが該パワートランジスタのドレイン電圧を該増幅器に供給することを可能にするかどうかを決定するように構成される、駆動およびタイミング回路と
を含む、電流センシングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は概して、電流センシングに関し、より詳細には、デバイス、温度、およびプロセス改変にわたって実質的に一定である電流センシングのためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
電子デバイスにおける電流測定技術は、種々の機能（故障保護、電流制御、スイッチング等）を提供する。電流センサの種々のタイプおよび構成が電流測定のために開発されてきた。このような電流センサでは、デバイス、温度、プロセスおよび回路コンポーネントおよび寄生素子のエージング特性等のデバイス内の改変を制限することが望ましい。これらを制限するために努力しているにもかかわらず、このような特性の改変は問題が残っている。さらに、電流波形をセンシングする際の不正確さを修正することは、さらなるプリント回路基板（ＰＣＢ）の面積およびさらなるコンポーネント（例えば、ディスクリートレジスタ）を必要とし得る。これによってコストを増大させ、システム効率を低減させ得る。
【０００３】
図１Ａを参照すると、電流を負荷デバイスに供給するためのスイッチモード回路１００が図示される。回路１００は一対のスイッチＱ１およびＱ２（スイッチＱ１はｐチャンネルＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）デバイスを含み、スイッチＱ２はｎチャンネルＦＥＴデバイスＱ２を含む）を含むが、両方のスイッチＱ１およびＱ２が同じｎチャンネルＦＥＴデバイスを含んでもよい。スイッチＱ１およびＱ２のゲートは、ＦＥＴ駆動回路１０２に接続されるが、スイッチＱ１およびＱ２のドレインは、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１を含む種々の素子を介して負荷１０４に結合される。ＦＥＴ駆動回路１０２は、スイッチＱ１およびＱ２を用いて構成され、インダクタＬ１を交互に電源電圧ＶＣＣおよびグラウンドに結合させる。例えば、図１Ｂに示されるように、時間ＴＯＮの間、スイッチＱ１が「オン」になると、ノードＶＳＷの電圧がハイになる（すなわち、電源電圧Ｖｃｃに接続させることにより、インダクタＬ１の電流ＩＬ１を上方に立ち上げる）。インダクタ間の電圧Ｖは、インダクタンスＬと電流の時間変化ｄｉ／ｄｔとの積であり、Ｌ１の電流変化率は以下の式（１）および（２）において誘導され得る。
Ｖ＝Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ）                  （１）
ｄｉ／ｄｔ＝（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）／Ｌ    （２）
時間ＴＯＦＦの間、スイッチＱ２が「オン」になると、ノードの電圧ＶＳＷがロウになり、約０ボルトとＶＣＣとの間でパルス波形スイッチングを生じ、インダクタＬ１を通る電流ＩＬ１が下記の式（３）に示された速度で立ち下がる。
ｄｉ／ｄｔ＝Ｖｏｕｔ／Ｌ                （３）
現在では、著しい電力を損失することなくこのインダクタ電流ＩＬ１を正確にセンシングすることは困難である。さらに、ディスクリート回路素子の改変は正確な電流センシングに負の影響を与える。例えば、温度、プロセス等の改変は、ディスクリート回路素子とは異なる改変効果を有し、不正確さを生み出す。さらに、パワーデバイスのＲｄｓ（ＯＮ）センシング技術等の他の電流センシング技術が一般的に使用され、不正確さを低減し得る。例えば、ＦＥＴは、Ｒｄｓ（ＯＮ）センシング技術等において約４０％の抵抗の改変を有し、これにより電流センシングの精度を低下させ得る。他の技術はインダクタ間にＲＣネットワークを置くことを含み、インダクタの効率的な直列インダクタンス（ＥＳＬ）は、ＲＣネットワークにおいて使用された抵抗を選択するように使用される。不幸にも、ＥＳＬは、初期改変および温度改変を有し、電流センシングの不正確性を生じる。他の技術は電流センシングのためのセンスレジスタを利用するが、これにより電力損失（例えばＩ２Ｒ損失）を示す。
【０００４】
多くの電流センサ用途が演算増幅器を用いて負荷電流に基づくセンシング電流を供給するために構成された電流ミラー回路を使用することを含む。例えば、電流ミラー回路は、負荷デバイスに直列に配置された既知の抵抗の第１のレジスタを含み、演算増幅器および第２のレジスタの使用によって、レジスタ間の電圧降下を測定し、負荷デバイスを通る電流を計算する（例えば、第１のレジスタ間の電圧降下を知り、その演算増幅器の反転および非反転入力の両方の電圧を供給することによって、負荷電流に対する既知の比率のセンシングされた電流がアンプの出力に供給され得る）。集積回路デバイス内でレジスタを製造する際の困難性および高いコストに加えて、レジスタをパワーデバイスに適合させることは、プロセスの改変のためにより達成することが困難である。
【０００５】
図２を参照すると、電流センサ２００を含む別の従来技術の用途が図示される。電流センサ２００は、上述のように基本的な電流ミラーとして構成される。電流センサは、第１のレジスタおよび第２のレジスタが可変抵抗デバイスとして動作するように構成されたｐチャンネルトランジスタＱＰおよびＱＲと置換される。例えば、そのＭＯＳＦＥＴデバイスが線形レジスタとして動作し得、線形レジスタの値がトリオード領域内で動作する場合、Ｂｅｈｚａｄ  Ｒａｚａｖｉ、ＤＥＳＩＧＮ  ＯＦ  ＡＮＡＬＯＧ  ＣＭＯＳ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ２００１）によって開示されたように、線形レジスタの値は、オーバードライブ電圧によって制御および／または変更され得る。電流センサ２００は、可変レジスタデバイスＱＰおよびＱＲを増幅器２０２と共に使用して、負荷電流ＩＬＯＡＤをミラーリングし、それにより、負荷電流ＩＬＯＡＤの既知の部分を表す出力電流ＩＳＥＮＳＥを供給する。特に電流センサ２００は、ノードの電圧Ｖ２を増幅器２０２を介してノードの電圧Ｖ１に等しくされることによって、ノードの電圧Ｖ１をセンシングし、フォローワトランジスタＱＦを通る調整された電流を生成し、センシングされた電流ＩＳＥＮＳＥを供給する。
【０００６】
しかし、電流センシング回路２００は、種々の動作欠陥を有する。例えば、一般的に電流ミラー回路２００は、ノードの電圧Ｖ２をノードの電圧Ｖ１に等しくされるように、演算増幅器２０２に対して高速増幅を要求する。これは、高電圧出力デバイスに最適化されたプロセスにおいてインプリメントすることが困難であり得る。すなわち、高速増幅器において高電圧デバイスの使用は困難である。さらに、スイッチモード用途では、ノードの電圧Ｖ１が、ＶＣＣとグラウンドとの間の、パルス波形を有するノードの電圧ＶＳＷに等しなる。従って、ノードの電圧ＶＳＷがロウ（すなわちノードの電圧Ｖ１がロウ）である場合、増幅器２０２は、十分な電流をスルーしてノードの電圧Ｖ２をグラウンドに引き込むように試みる。これにより、電流センシング回路２００から引き込まれた十分な量の電流に達し得る。
【０００７】
従って、デバイス、温度、およびプロセス改変にわたってセンシングされたより正確な電流のためのシステムおよび方法が、特に高いｄｉ／ｄｔ電流をセンシングする用途のために所望される。
【０００８】
（発明の要旨）
本発明は、デバイス、温度、およびプロセス改変にわたって実質的に一定である電流センシングのためのシステムおよび方法を含む。本発明の一局面に従って、電流センシングシステムおよび方法は、センシングされるべき負荷電流に対する既知の比率の低減されたセンシング電流を供給するように構成される。本発明の例示的実施形態では、例示的な回路センシングシステムは、１以上の可変抵抗素子に結合された第１のスイッチを含む。抵抗素子は、第１のスイッチからの電流出力の測定を容易にするように構成される。第２のスイッチは第１のスイッチに結合され、第２のスイッチのサイズは、第１のスイッチのサイズに対して適合して低減される。さらに両方のスイッチは、実質的に同一のプロセスを用いて製造され得る。抵抗素子は、第１のスイッチ間の電圧を低減し、この低減された電圧は、増幅器の入力に供給される。この増幅器は抵抗素子および第２のスイッチに結合され、第１のスイッチ間の低減された電圧をセンシングするように構成され、第２のスイッチ間の電圧を第１のスイッチ間の低減された電圧に等しくされる。それにより負荷電流に対する公知の比率の電流が増幅器の出力において供給され得る。
【０００９】
本発明の別の局面によると、電流センシング回路のオフ期間において、増幅器が第２のスイッチからグラウンドに過剰な大量の電流を供給することを回避するために、駆動タイミング回路が設けられ得る。駆動タイミング回路は、増幅器の入力に接続された抵抗スイッチを減結合するように構成され、入力ノードの電圧がロウである場合（例えば、第１のスイッチが駆動しない場合）、増幅器の過剰な大量の電流が流れることを回避し得る。さらに別の抵抗スイッチは、第１のスイッチが駆動されない場合（すなわち電流センシング回路がセンシング電流ではない場合）、増幅器のバイアス供給を容易にするように構成され得る。結果として、電流センシング回路は、より高速およびより高精度を提供するように、増幅器における高電圧オーバーレイを有する低電圧デバイスの使用を含み得る。
【００１０】
本発明は添付された図面の観点から以後説明される。同様な参照符号は同様な構成要素を表す。
【００１１】
（例示的な実施形態の詳細な説明）
本発明は、種々の機能的なコンポーネントおよび種々の動作ステップの観点から本明細書中で説明され得る。このような機能的なコンポーネントは、特定の機能を実行するように構成された任意の数のハードウエアまたは構造的なコンポーネントによって実現され得ることが理解されるべきである。例えば、本発明は、種々の集積化されたコンポーネント（例えばレジスタ、トランジスタ、キャパシタ、ダイオード等から構成されたバッファ、電流ミラー、論理デバイス）を使用し得る。これらのコンポーネントの値は、種々の意図された目的のために適切に構成され得、これらのコンポーネントの動作は、任意のタイプのコントローラデバイスによって制御され得る。さらに本発明は、電流を測定またはセンシングするために任意の集積回路用途において実施され得る。本発明の開示の観点から当業者によって理解され得るこのような一般的な用途は、本明細書中では詳細に説明されない。しかし、例示のみの目的のために、本発明の例示的実施形態は、スイッチングパワー変換器等のスイッチモードアプリケーションにおける使用のために構成された電流センサ回路に関して本明細書中で説明される。
【００１２】
さらに、本明細書中で示され説明された特定のインプリメンテーションは、本発明の種々の例示的実施形態およびその実施形態のベストモードを例証し、他の場合では、いかなる態様であっても本発明の特許請求の範囲を限定することを意図しないことに留意すべきである。例えば、センシング回路のための種々の実現は、ＰＦＥＴデバイスによって例示されるが、このような電流センシング実現は、またＮＦＥＴデバイスに対して構成され得ることが当業者に明らかであるべきである。さらに、種々のコンポーネントが例示的回路内で他のコンポーネントに適切に結合されるかまたは接続されるが、このような接続および結合は、コンポーネント間の直接接続によって、またはコンポーネント間に配置された他のコンポーネントおよびデバイス（例えばレジスタ、スイッチ等の種々の受動素子を含む）を介する接続によって実現され得る。
【００１３】
上述のように、従来技術の電流センシングシステムは、デバイス、温度、プロセス、および低精度および低効率を生じる回路コンポーネントのエージング特性および寄生素子の改変を有する。さらに、このような従来技術の電流センシング回路は、高電圧電力デバイスのための最適化された用途において高速増幅を実現する際に困難を有する。さらに、スイッチモード用途の間、電流ミラー回路内の増幅器は、十分な電流をスルーして基準ノードの電圧をグラウンドまで引き込むことを試みる。これにより、電流センシング回路から引っ張られた著しい量の電流を生じ得る。しかし、本発明の種々の局面に従って、デバイス、温度、およびプロセス改変にわたって実質的に一定である電流センシングのためのシステムおよび方法が提供される。
【００１４】
例示の目的のために、電流条件を検出するための電流センシングシステムおよび方法は、スイッチモード用途（例えば、スイッチングパワー変換器（ＳＰＣ）または任意の溶断用途）における使用のために構成される。ＳＰＣ用途では、電流に実質的に等しい多相電圧調整モジュール（ＶＲＭ）のキャリー（ｃａｒｒｙ）の各セルを有することが望ましい。この位相間で均等に電流を共有することによって、ＶＲＭは、ＶＲＭコンポーネント上の低減されたストレスによりより信頼性が高い。本発明の種々の例示的実施形態によると、電流センシングシステムは、情報をアナログ制御論理または制御アルゴリズムを含むデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）に提供し得る。この情報は、電流モード制御、スロープ補正、多相変換器の位相間の共有電流等のために使用され得る。
【００１５】
本発明の一局面によると、電流センシングシステムおよび方法は、センシングされるべき負荷電流に対する既知の比率の低減されたセンシング電流を供給するように構成される。本発明の例示的な実施形態では、例示的な電流センシングシステムは、１つ以上の可変抵抗素子に結合されたパワースイッチ等の第１のスイッチを含み、抵抗素子は、第１のスイッチからの電流出力の調整を容易にするように構成される。センシングスイッチを含む第２のスイッチは、第１のスイッチに結合され、第２のスイッチの大きさは、スイッチの各Ｗ／Ｌ比によって第１のスイッチのサイズに対して適合して低減される。さらに両方のスイッチは、実質的に同じプロセスを用いて製造され得、その結果調整された比率は、デバイスの特性の変化にもかかわらず同じままである。抵抗素子は、第１のスイッチ間の電圧を低減するように構成され、低減された電圧は、増幅器の入力に供給される。この増幅器は抵抗素子および第２のスイッチによって結合され、第１のスイッチ間の低減された電圧をセンシングするように構成され、第２のスイッチ間の電圧を、第１のスイッチ間の低減された電圧に等しくさせ、その結果負荷電流に対する既知の部分の電流が増幅器の出力において供給され得る。
【００１６】
本発明の別の局面によると、電流センシング回路のオフ期間において、増幅器が第２のスイッチからグラウンドに過剰な大量の電流を供給することを回避するために、駆動タイミング回路が設けられ得る。駆動タイミング回路は、増幅器の入力に接続された抵抗スイッチを減結合するように構成され、入力ノードの電圧がロウである場合（例えば、第１のスイッチが駆動しない場合）、増幅器の過剰なスルーを回避し得る。さらに別の抵抗スイッチは、第１のスイッチが駆動されない場合（すなわち電流センシング回路がセンシング電流を生じない場合）、増幅器のバイアス供給を容易にするように構成され得る。結果として、電流センシング回路は、より高速およびより高精度を提供するように、増幅器における高電圧オーバーレイを有する低電圧デバイスの使用を含み得る。
【００１７】
図３を参照すると、本発明の例示的実施形態による例示的な電流センシングシステム３００が図示される。電流センシングシステム３００は、多相スイッチングパワーレギュレータのピーク電流モード制御のために使用され得る。例えば、電流測定データが使用されて、多相スイッチングパワーレギュレータの各位相のオン時間（またはデューティサイクル）を決定し、そして各位相において共有する電流を維持し得る。電流センシングシステム３００は、第１のスイッチ３０１および第２のスイッチ３０２、一対の抵抗素子３０４および３０５、駆動タイミング回路３０７、ならびに増幅器３０８を含む。
【００１８】
スイッチ３０１および３０２はトランジスタを含み、同じプロセス（例えば、標準的なＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）プロセス）を用いて製造され得る。この場合、スイッチ３０１および３０２は、それらが電気的に実質的に同一であるように同じ集積回路上で製造される。スイッチ３０１および３０２は、そのデバイスに複数の個々のトランジスタ素子を有するマルチセルデバイスであり得る。このスイッチ３０２は、スイッチ３０１の低減された比率の大きさである。あるいは、スイッチ３０１および／またはスイッチ３０２は、個々のトランジスタ素子を含み得る。スイッチ３０１およびスイッチ３０２は、Ｂｅｈｚａｄ  Ｒａｚａｖｉ、ＤＥＳＩＧＮ  ＯＦ  ＡＮＡＬＯＧ  ＣＭＯＳ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ２００１）によってより十分に開示されたような、ディープトリオード領域（例えば可変レジスタ）として構成される。製造プロセスの結果として、温度の任意の改変、スイッチ３０１および３０２のエージングまたは他の特性は、スイッチ３０１とスイッチ３０２との間の調整された大きさのＷ／Ｌ比に影響を与えない。
【００１９】
例えばパワートランジスタを含み得るスイッチ３０１は、スイッチ３０１、抵抗素子３０４、およびスイッチ３０２のソースに結合される電源３２２から電力を受け取り得る。増幅器３０８は非反転入力を介して抵抗素子３０４および３０５に結合され、反転入力を介して第２のスイッチ３０２に結合される。増幅器３０８は、出力３１６において出力電流ＩＳＥＮＳＥを供給するための種々の増幅器構成を含み得る。
【００２０】
スイッチ３０１およびスイッチ３０２は、増幅器３０８を用いて構成され、電流ミラーとして動作する。例えば、スイッチ３０２を通る電流は、スイッチ３０１と３０２との間のＷ／Ｌ比に基づいてスイッチ３０１を通る電流のいくつかの比（例えば、スイッチ３０２を通る電流は、スイッチ３０１を通る電流の１／１０００であり得る）であり得る。もちろん、電流ミラーの比は、電流センシングシステム３００の必要性に応じた任意の比であり得る。
【００２１】
抵抗素子３０４および３０５は、トランジスタ、ディスクリートレジスタ、または任意の他の抵抗素子であり得る。抵抗素子３０４および３０５は、駆動回路として適合して動作し、その結果スイッチ３０１を通る電流は、増幅器３０８に到達する前にさらに調整され得る。例示的実施形態では、抵抗素子３０４および３０５は、スイッチ３０１間の電圧ＶＤＳを低減するように構成され、低減された電圧を増幅器３０８の非反転入力に供給する。例えば、抵抗素子３０４および３０５は、スイッチ３０１間の電圧ＶＤＳを低減するように構成され、低減された電圧が増幅器３０８の非反転入力にその電圧の１／２だけ供給され得る。すなわち、増幅器３０８は、抵抗素子３０４および３０５を含む抵抗ディバイダの結果として第１のスイッチ間の電圧の１／２を受け取る。もちろん、抵抗素子３０４および３０５は、任意の適切な比によって増幅器３０８の入力に供給された電圧を調整し得、ディバイダネットワークにおける他のディバイダ素子の追加を含む。例示的実施形態では、抵抗素子３０４は、電源３２２に結合されたソース、グラウンドに結合されたゲート、および抵抗素子３０５のソースに結合されたドレインを有する。抵抗素子３０５は、駆動タイミング回路３０７に結合されたゲートを有し、動作の制御を提供し、負荷デバイスに結合されたドレインを有する。また抵抗素子３０４および３０５は、電気的に実質的に同一であるように、さらに同一の集積回路上で製造され得る。代替的な実施形態では、スイッチ３０１および３０２、ならびに抵抗素子３０４および３０５は、実質的に同一プロセスを用いて製造され得る。従って、電流センシングシステム３０は、デバイス、温度、およびプロセス改変に実質的に敏感ではない。
【００２２】
増幅器３０８は、抵抗素子３０４および３０５および第２のスイッチ３０２によって結合され、非反転入力において第１のスイッチ間の低減された電圧をセンシングするように構成される。増幅器３０８の出力が反転入力に結合される点において、増幅器３０８は、第２のスイッチ間の電圧を第１のスイッチ間の低減された電圧に等しくされるように構成され、その結果、負荷電流に対する既知の比率の電流が増幅器の出力において供給され得る。従って、増幅器３０８の出力３１６における電流は、スイッチ３０１および３０２を含む電流ミラーによって、および抵抗素子３０４および３０５を含むディバイダ回路によって調整される。
【００２３】
駆動およびタイミング回路３０７はスイッチ３０１および３０５のゲートに結合される。駆動およびタイミング回路３０７は、増幅器３０８のバイアスを含む、電流センシング回路３００による電流のセンシングの動作を制御するように構成される。駆動およびタイミング回路３０７は、スイッチ３０１がオンである場合、スイッチ３０５がオンになり、増幅器３０８は、増幅器出力３１６においてセンシング電流を供給するように構成される。しかし、スイッチ３０１がオフである場合、スイッチ３０５もオフになる。すなわち、駆動およびタイミング回路３０７はスイッチ３０５のソースを減結合し、その結果増幅器３０８は、増幅器の出力３１６におけるセンシング電流を供給しない。さらに、スイッチ３０１およびスイッチ３０５がオフになるが、抵抗素子３０４は、抵抗素子として適合して動作する。その結果、増幅器３０８は、電源３２２を介してバイアスされたままであり得る。従って、駆動およびタイミング回路３０７は、電流センシング回路３００のオフ時間の間（すなわち、スイッチ３０１がオフの場合）、増幅器３０８を通る大量の電流を軽減し得る。
【００２４】
スイッチ３０５のスイッチングをさらに制御するために、駆動およびタイミング回路３０７は、いつノードの電圧Ｖ１がハイになるかを決定するために、ノードの電圧Ｖ１をモニタリングし得る。ノードの電圧Ｖ１がハイになる場合（例えば、スイッチ３０１がオンする場合）、駆動およびタイミング回路３０７は、いつスイッチ３０５をオンさせるかを決定するように構成される。例えば、スイッチ３０１を通る過剰な電流（例えば立ち上がりスパイク）が存在する場合、駆動およびタイミング回路３０７は、スイッチ３０４をオンする過剰な電流および遅延を認識し得る。電流のセンシングをさらにモニタリングおよび制御することによって、電流センシングシステム３００は、より正確かつより効率的な電流センシングを可能にする。
【００２５】
さらに電流センシング回路３００は、増幅器の出力３１６に結合されたフォローワトランジスタを含むスイッチ３０６を含み得る。ノード３１７の電圧を増幅器３０８の非反転入力の電圧に等しくされるように、スイッチ３０６のソースを増幅器３０８の反転入力に結合させる。例えば、図３に示されるようにスイッチ３０６は増幅器３０８に適合して結合され得るか、または増幅器３０８の内部に結合され得る。電流がスイッチ３０１で増加する場合、スイッチ３０１間の電圧が増加する。従って、増幅器３０８はスイッチ３０２を通る電流を立ち上げる。スイッチ３０２および３０３を通る電流は実質的に同じであり得る。従って、電流センシングシステム３００は、向上された電流センシングを提供する。
【００２６】
増幅器３０８は、センシング電流ＩＳＥＮＳＥを供給するための種々の構成において適合して構成され得る。例えば図５を参照すると、本発明の例示的な実施形態に従って、増幅器３０８は高速増幅器５００として構成され得る。増幅器５００は、反転入力５１２、非反転入力５１４、スイッチデバイス５０１、５０２、および５０４（ｐチャンネルＦＥＴデバイス等）、電流ソース５０６、５０８および出力端子５２０を含む。例示的実施形態では、増幅器５００の反転入力５１２をＦＥＴスイッチ５０１のソースに結合させる。ＦＥＴスイッチ５０１および５０２は、ＦＥＴスイッチ５０２のドレインに結合される共通ゲートを共有する（すなわち、トランジスタ５０２は接続されたダイオードである）。電流ソース５０８および５０６がＦＥＴデバイス５００および５０２の各ドレインに結合される。ＦＥＴデバイス５０４のゲートをＦＥＴデバイス５０１のドレインに結合させる一方で、ＦＥＴデバイス５０４のソースをＦＥＴデバイス５０２のソースに結合させる。ＦＥＴデバイス５０４のドレインは、増幅器５００の出力５２０を供給する。
【００２７】
増幅器５００は、データ（例えば反転入力５１２における信号）を反転入力５１２で検出するように構成される。ＦＥＴスイッチ５０１および５０２は、増幅器５００の利得段を提供する。ＦＥＴデバイス５０１および５０２は、共通ゲート構成であり、高電圧デバイスとして挙動する（例えば、平均速度および精度を有する低いトランスコンダクタンスｇｍを有する）。反転入力５１２の電圧が低減した場合、ＦＥＴデバイス５０４のゲートソース間の電圧が増加し、従って、デバイスを向上させ、非反転入力５１４をイネーブルして、反転入力５１２をトラッキングする。従って、ＦＥＴスイッチ５０１および５０２の構成を操作し、高電圧のデバイスを用いることによって、高電圧増幅器５００が提供され得る。
【００２８】
図６は、本発明の別の例示的実施形態による増幅器６００を示す。増幅器６００は、反転入力６２１、非反転入力６２３、スイッチ６０４、６０６、６０８、６１０、６１１、および６１２、電流ソース６１４および６１５、ならびに出力６２５を含む。スイッチ６０４、６１０、および６１１は、利得段を提供し、高速度および高精度のために高トランスコンダクタンスｇｍを有する低電圧デバイスを好ましくは含むように構成される。増幅器６００は、スイッチ６０４のソースに結合された非反転入力６２１およびスイッチ６１１のソースとスイッチ６１０のソースとに結合された反転入力６２３を有する。スイッチ６１０は、またスイッチ６１１のドレインに結合されたゲートを有する。スイッチ６０６、６０８、および６１２は、好ましくは高電圧カスコードデバイスを含む。さらに、スイッチ６０４および６１１は共通ゲートを共有する一方で、スイッチ６０６および６０８は共通ゲートを共有する。スイッチ６１１のゲートおよびドレインは互いに結合され、スイッチ６０８のゲートおよびドレインは結合される。すなわち、スイッチ６１１および６０８はダイオード接続される。電流ソース６１４がスイッチ６０６、電流ソース６１５がスイッチ６０８の各ドレインに結合される一方で、電流ソース６１４はまた、スイッチ６１２のゲートに結合される。さらに、スイッチ６１２は、スイッチ６１０のドレインに結合されたソース、出力端子６２５における増幅器６００の出力を供給するように構成されたドレインを有する。
【００２９】
増幅器５００と同様に、増幅器６００は、非反転入力６２１においてデータ（例えば信号）を検出する。スイッチ６０４、６１０、および６１１は、増幅器６００の利得段を提供する。スイッチ６０４および６１１は、低電圧デバイス（例えば高速および高精度を有する高トランスコンダクタンスｇｍ）として挙動する。このように、低電圧デバイスは、高電圧デバイスを用いてカスコードされる。この構成の結果として、増幅器６００は、スルーレート補償を提供し得る。反転入力６２１の電圧が減少する場合、スイッチ６１２間のゲートソース電圧ＶＧＳが増加し、従って、デバイスを向上させおよび非反転入力６２１をイネーブルして、反転入力６２３をトラッキングする。電流ソース６１４および６１５は、電流ソースと一致し得る。従って、スイッチ６０４、６１１、６０６、および６０８の構成を操作し、スイッチ６０４、６１０、および６１１に対する低電圧デバイスを用いることによって、高電圧増幅器（例えば、増幅器６００または高出力インピーダンスを有する任意の増幅器）は、高速および高精度を有する低電圧デバイスとして挙動し得る。従って、増幅器６００は、高電圧トランジスタのオーバーレイを有する低電圧トランジスタを使用する。
【００３０】
別の例示的な実施形態によると、増幅器３０８が図５に示されるような共通ゲート増幅器として構成される場合、電流センシングシステム３００はまた、共通ゲート増幅器をバイアスするための電流共通モードトランジスタを用いて構成され得る。例えば、本発明の別の例示的な実施形態によると、図７を参照して、例示的な電流センシングシステム７００は、第２のスイッチ７０２によって供給された電流をオフセットするように、共通モード電流を供給するための電流共通モードトランジスタ７０３を用いて構成される。電流センシングシステム７００はまた、スイッチ７０１、７０２、７０４、７０５、および７０６、増幅器７０８、駆動およびタイミング回路７０７、入力電圧７２２、ならびに増幅器出力７１６を含む。このシステムは、図３を参照して説明された同様の素子を含む。さらに電流センシングシステム７００の動作は、電流センシングシステム３００と同様である。このシステムは、供給されたバイアス電流（例えば１００マイクロアンペア）を増幅器７０８の非反転入力に与え、スイッチ７０２のドレインに供給された共通モード電流（例えば１００マイクロアンペア）をオフセットする。
【００３１】
例示的電流システムは、電流センシング回路のオフ時間の間、増幅器の大量の電流の制御を提供するための種々の他の態様において構成され得る。例えば、図４を参照すると、例示的な電流センシングシステム４００は、本発明の例示的な実施形態に従って図示される。電流センシングシステム４３０は、スイッチ４０１、４０２、４０３、４０４、および４０６、タイミング論理４０５、増幅器４０８、駆動回路４０７、入力電圧４２２、および増幅器出力４１６を含む。電流センシングシステム４００は、ノードの電圧ＶＳＷを分割するための分割回路を含まないことを除いて、電流センシングシステム４００は、電流センシングシステム３００と同様に動作する。従って、増幅器４０８は、非反転入力の電圧にするように構成される。すなわち、スイッチ４０２のドレイン電圧が、増幅器４０８によってノードの電圧ＶＳＷと等しくされる。
【００３２】
パワースイッチ４０１は、電源４２２に結合されたソース、負荷デバイスに結合されたドレイン、およびスイッチ４０１の動作を制御するように駆動回路４０７に結合されたゲートを有する。同様にスイッチ４０２は、図３のスイッチ３０２として構成される。スイッチ４０３は、負荷デバイスに結合されたソース、増幅器４０８の非反転入力に結合されたドレイン、およびタイミング論理４０５に結合されたゲートを含む。スイッチ４０４は、電源４２２に結合されたソース、増幅器４０８の非反転入力に結合されたドレイン、およびタイミング論理４０５に結合されたゲートを含む。
【００３３】
駆動回路４０７は、スイッチ４０１およびタイミング論理４０５に結合される。駆動回路４０７およびタイミング論理４０５は、スイッチ４０１がオンである場合、スイッチ４０３がオンになるように構成され、その結果増幅器４０８は、増幅器の出力４１６においてセンシングされた電流ＩＳＥＮＳＥを供給する。しかし、スイッチ４０１がオフである場合、スイッチ４０３もまたオフになる。その結果、スイッチ４０３は、増幅器４０８からのノードの電圧ＶＳＷを減結合し、増幅器４０８は増幅器の出力４１６において電流をセンシングしない。さらに、スイッチ４００がオフになる場合、スイッチ４０４は抵抗素子として挙動し、増幅器４０８がバイアスされたままとなり得る。
【００３４】
スイッチ４０３のスイッチングをさらに制御するために、タイミング論理４０５は、ノードの電圧ＶＳＷがいつハイになるかを決定するために、ノードの電圧ＶＳＷをモニタリングする。ノードの電圧ＶＳＷがハイになる場合（例えば、スイッチ４０１がオンになる場合）、タイミング論理４０５は、いつスイッチ４０３をオンするかを決定するように構成される。例えば、スイッチ４０１を通る過剰電流が存在する場合（例えば立ち上がりスパイク）、タイミング論理４０５は、スイッチ４０３をオンする過剰電流および遅延を認識し得る。電流のセンシングをさらにモニタリングおよび制御することによって、電流センシングシステム４００は、より正確でより効率的な電流センシングを可能にする。
【００３５】
上記で開示された種々の例示的な電流センシングシステムが種々の電流センシング用途において構成され得る。例えば、本発明の例示的実施形態に従って、図９Ａを参照すると、例示的な電流センシングシステム９００は、トラックアンドホールド用途においてアナログ−デジタル変換器９４１を用いて構成され得る。電流センシングシステム９００は、スイッチ９０１、９０２、９０６、９３５、９３９、および９４５、ドライバ９０７、増幅器９０８、入力電圧９２２、負荷９３３、レジスタ９３１、キャパシタ９３７、アナログデジタル変換器９４１、インダクタ９４３、キャパシタ９４７、および負荷９４９を含む。ドライバ９０７は、代替的にスイッチ９０１および９４５を入力電圧９２２からグラウンド９５７に結合させる。
【００３６】
動作時では、スイッチ９０１がオンである場合、スイッチ９４５はオフである。増幅器９０８はセンシングされた電流を供給し、増幅器９０８はレジスタ９３１の電圧を生成する。スイッチ９３５が閉じ、スイッチ９３９が開く場合、レジスタ９３１の電圧はキャパシタ９３７をチャージアップする。スイッチ９３５およびスイッチ９３９は、キャパシタ９３７と共にトラックアンドホールド（またはサンプルアンドホールド）回路を示す。動作時では、図９Ｂのグラフィカルな図を参照すると、センシング電流（例えば電流ＩＲ１を参照）は、出力インダクタ電流ＩＬ１に応じて調整された比に従って増加する。従って、センシングされた電流ＩＲ１は、充電キャパシタ９３７によって電圧に変換され、キャパシタ９３７の電圧が立ち上がるように、レジスタ９３１の電圧を生成する。インダクタ電流ＩＬ１のピーク値において、トラックアンドホールド回路は、アナログデジタル変換器９４１がアナログ情報（例えば信号）をデジタル情報（例えば信号）に変換することを可能にする。ハイである側のパワーデバイス（すなわちスイッチ９０１）をオフする直前に、スイッチ９３５を開き、スイッチ９３９を閉じる。このイベントのタイミングは駆動回路９０７から導かれる。キャパシタ９３７の電圧は、アナログデジタル変換器がサンプリングされた電圧の変換を終了するまで保持される。
【００３７】
あるいは、スイッチ９４５がオンである場合、スイッチ９０１はオフである。スイッチ９０１がオフである場合、上記で説明されたトラックアンドホールド回路は、サンプリングされたデータを変換する。この点において、曲線９６１に示されるように、インダクタ９４３に通る電流ＩＬ１が立ち下がる。従って、電流センシングシステム９００は、ドライバ９０７がアナログデジタル変換器９４１を含むトラックアンドホールド回路の動作のためのタイミングを提供する構成を提供する。
【００３８】
電流センシングシステムの種々の例示的実施形態を説明してきたが、図８Ａを参照すると、このフローチャートは、本発明の例示的実施形態による電流センシングの方法８００を示す。第１のスイッチ（例えば、スイッチ３０１および４０１を含むパワーデバイス等）を駆動すると、ステップ８０１においてスイッチを通る電流を供給する。スイッチを通る電流は、スイッチの抵抗と駆動電流との積に等しい電圧降下ＶＤＳを生成する。第２のスイッチ（例えば、スイッチ３０２および４０２を含むセンシングデバイス等）は、第１のスイッチを通る電流をミラーリングして増幅器の出力に第２の電流を供給するような増幅器（例えば増幅器３０８または４０８）を用いて構成される。第２の電流がパワースイッチを通る電流に対して比率を有するような電流センシングシステムが構成される。抵抗素子３０４および３０５あるいは４０３および４０４等の抵抗ネットワークは、ステップ８０３において、例えば半分に分割することによって第１のスイッチの電圧ＶＤＳを低減し、増幅器の入力を供給する。さらに、このスイッチは、実質的に同一のプロセスを用いて製造され得る。ステップ８０５において、増幅器は、センシングデバイスの電圧ＶＤＳを第１のスイッチの低減された電圧ＶＤＳに等しくされる。結果として、センシング回路は、ステップ８０７において増幅器の出力にセンシング電流が供給され、パワーデバイスおよびセンシングデバイスのＷ／Ｌ比ならびに抵抗ネットワークによって調整される。従って、スイッチは、低電圧デバイスとして構成され、そして増幅器は高速増幅器として構成され、その結果、電流センシングシステムはより高速になり、改良された効率を提供する。
【００３９】
図８Ｂを参照すると、このフローチャートは本発明の別の例示的実施形態による電流センシングの別の方法８１０を示す。再度図３をさらに参照すると、第１のスイッチ（例えばスイッチ３０１、４０１等を含むパワーデバイス等）を駆動することは、ステップ８１１においてスイッチに電流を供給する。駆動およびタイミング回路３０７は、スイッチ３０１がオンである場合、スイッチ３０５がオンになり、ステップ８１３において、増幅器３０８が増幅器出力３１６にセンシング電流を供給するように構成される。しかし、スイッチ３０１がオフにされる場合、スイッチ３０５もオフにされる。すなわち、駆動およびタイミング回路３０７はスイッチ３０５のソースを減結合し、その結果増幅器３０８は、ステップ８１５において、増幅器の出力３１６にセンシング電流を供給しない。さらに、スイッチ３０１およびスイッチ３０５はオフであるが、抵抗素子３０４は、抵抗素子として好ましくは動作する。その結果、増幅器３０８は、ステップ８１７において電源３２２を介してバイアスされたままであり得る。従って、駆動およびタイミング回路３０７は、電流センシング回路３００のオフ時間の間（すなわち、スイッチ３０１がオフの場合）、増幅器３０８を通る大量の電流を軽減し得る。
【００４０】
センシング出力電流を供給するステップ８１３は、スイッチ３０５のスイッチングをさらに制御するように構成され得る。例えば、駆動およびタイミング回路３０７はまた、いつノードの電圧Ｖ１がハイになるかを決定するためにノードの電圧Ｖ１をモニタリングし得る。ノードの電圧Ｖ１がハイになる場合（例えば、スイッチ３０１がオンになる場合）、駆動およびタイミング回路３０７は、いつスイッチ３０５をオンさせるかを決定するように構成される。例えば、スイッチ３０１の過剰な電流（例えば立ち上がりスパイク）が存在する場合、駆動およびタイミング回路３０７は、スイッチ３０５をオンする過剰な電流および遅延を認識して、ステップ８１３においてセンシング出力電流を供給し得る。電流のセンシングをさらにモニタリングおよび制御することによって、電流センシングシステムは、より正確かつより効率的に電流センシングを可能にする。
【００４１】
上記明細書において、本発明が特定の実施形態に関して説明されてきた。しかし、上記特許請求の範囲に説明されたように、本発明の範囲から逸脱することなく種々の改変および変更がなされ得ることが理解される。本明細書および図面は、限定的な態様ではなく例示的な態様で考慮されるべきであり、このような改変の全てが本発明の範囲内に含まれることが意図される。例えば、本発明は電流センシングデバイスに関して上述されるが、適切な電流変化率のセンシングデバイス、あるいは電圧変化率のセンシングデバイスおよび電流変化率のセンシングデバイスの組み合わせが本発明のシステムにおいて使用され得る。従って、本発明の範囲は、上述の所与の例によってではなく、添付された特許請求の範囲および合法的な等価物によって決定されるべきである。例えば、任意の方法クレームまたはプロセスクレームで記載されたステップが任意の順序で実行され得、特許請求の範囲に示された順序に限定されない。
【００４２】
利益、他の利点、および問題の解決策が特定の実施形態に関して説明されてきた。しかし、任意の利益、利点、または解決策が生じさせるかまたはより明瞭にさせ得る利益、利点、問題の解決策、および１以上の構成要素は、特に明示しない場合、任意のまたは全ての特許請求の範囲の重要な、必要な、または本質的な特徴あるいは構成要素として構成されない。本明細書で使用されたように、用語「含む」、「含み」またはその任意の変形は、非排他的な包含を網羅することを意図し、構成要素のリストを含むプロセス、方法、物、または装置がこれらの構成要素のみを含まないが、このようなプロセス、方法、物、または装置に対して明確に列挙されることも固有でもない他の構成要素を含み得る。さらに、本明細書中で説明された構成要素は、「本質的」または「重要」であると明確に説明されない場合、本発明の実施に対して必要とされない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
図１Ａは、電流を負荷デバイスに供給するための従来技術のスイッチモード回路を示す。
【図１Ｂ】
図１Ｂは、図１Ａの回路のスイッチモードの動作のためのタイミング図を示す。
【図２】
図２は、電流ミラー回路を実装する従来技術の電流センシング回路を示す。
【図３】
図３は、本発明の例示的実施形態による電流センシングシステムを示す。
【図４】
図４は、本発明の例示的実施形態によるタイミング論理回路を用いる電流センシングシステムを示す。
【図５】
図５は、本発明の例示的実施形態による増幅器を示す。
【図６】
図６は、本発明の別の例示的実施形態による増幅器を示す。
【図７】
図７は、本発明の別の例示的実施形態による電流センシングシステムを示す。
【図８Ａ】
図８Ａは、本発明の例示的実施形態による回路センシングのための方法を含むフローチャートを示す。
【図８Ｂ】
図８Ｂは、本発明の別の例示的実施形態による回路センシングのための方法を含むフローチャートを示す。
【図９Ａ】
図９Ａは、本発明の例示的実施形態による回路センシングシステムを示す。
【図９Ｂ】
図９Ｂは、図９Ａのスイッチモード回路の動作のためのタイミング図を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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