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1、(10)申请公布号 CN 103809014 A (43)申请公布日 2014.05.21 CN 103809014 A (21)申请号 201210459928.7 (22)申请日 2012.11.15 G01R 19/165(2006.01) (71)申请人 凹凸电子 （武汉） 有限公司 地址 430074 中国湖北省武汉市珞瑜路 716 号华乐商务中心 806 室 (72)发明人 汤小虎 薛卫东 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 陈炜 李德山 (54) 发明名称 一种检测单元、 检测电路和检测方法 (57) 摘要 本发明公开了检测单元、 检测电路和。
2、检测方 法， 用于检测输入信号的状态。 检测单元包括源开 关、 复制开关、 比较单元和信号匹配单元。源开关 用于接收第一信号， 源开关的第一端具有第一电 压 ； 复制开关耦合至源开关， 复制开关的第一端 具有第二电压， 源开关和复制开关产生第二信号 以与第一信号匹配 ； 比较单元耦合至源开关和复 制开关， 用于将输入信号与参考信号进行比较， 并 根据比较结果产生检测信号来表示输入信号的状 态， 参考信号由第二信号确定 ； 信号匹配单元耦 合至源开关、 复制开关和比较单元， 用于将第一电 压和第二电压控制在相同的电压值， 以增大第一 信号和第二信号的匹配指数， 从而减小检测结果 的偏差。本发明可。
3、以提高检测精确度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书9页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103809014 A CN 103809014 A 1/3 页 2 1. 一种检测单元， 用于检测输入信号的状态， 其特征在于， 所述检测单元包括 ： 源开关， 用于接收第一信号， 所述源开关的第一端具有第一电压 ； 复制开关， 耦合至所述源开关， 所述复制开关的第一端具有第二电压， 且所述源开关和 所述复制开关产生第二信号以与所述第一信号匹配 ； 比较单元， 耦合至所述源开关。
4、和所述复制开关， 用于将所述输入信号与参考信号进行 比较， 并根据比较结果产生检测信号来表示所述输入信号的所述状态， 其中， 所述参考信号 由所述第二信号确定 ； 以及 信号匹配单元， 耦合至所述源开关、 所述复制开关以及所述比较单元， 用于将所述第一 电压和所述第二电压控制在相同的电压值， 以增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指 数， 从而通过控制所述第一电压和所述第二电压来减小检测结果的偏差。 2. 根据权利要求 1 所述的检测单元， 其特征在于， 当所述第一信号和所述第二信号的 所述匹配指数增大时， 所述参考信号的实际值和目标值之间的差值减小。 3. 根据权利要求 1 所述的检测单元，。
5、 其特征在于， 所述源开关包括源晶体管， 所述复制 开关包括复制晶体管， 其中， 所述源晶体管的漏极具有所述第一电压， 以及所述复制晶体管 的漏极具有所述第二电压。 4. 根据权利要求 3 所述的检测单元， 其特征在于， 所述第一信号包括流经所述源晶体 管的第一电流， 所述第二信号包括流经所述复制晶体管的第二电流， 其中， 所述复制晶体管 的栅极耦合至所述源晶体管的栅极， 所述复制晶体管的源极耦合至所述源晶体管的源极。 5. 根据权利要求 4 所述的检测单元， 其特征在于， 所述信号匹配单元包括偏置晶体管， 所述偏置晶体管耦合于所述复制晶体管和所述比较单元之间， 其中， 所述第二电流流经所 述。
6、偏置晶体管以控制用于偏置所述比较单元的偏置电压。 6. 根据权利要求 3 所述的检测单元， 其特征在于， 所述信号匹配单元包括运算放大器， 所述运算放大器控制所述源晶体管的所述漏极的所述第一电压和所述复制晶体管的所述 漏极的所述第二电压， 使所述第一电压和所述第二电压处于相同的电压值， 其中， 所述源晶 体管的所述漏极耦合至所述运算放大器的第一输入端， 所述复制晶体管的所述漏极耦合至 所述运算放大器的第二输入端。 7. 根据权利要求 3 所述的检测单元， 其特征在于， 所述信号匹配单元包括 ： 第一反馈晶体管， 耦合至所述比较单元， 用于从所述比较单元接收反馈信号， 其中， 所 述反馈信号指示。
7、所述第一信号 ； 以及 第二反馈晶体管， 耦合至所述复制晶体管以及所述第一反馈晶体管， 用于传递所述反 馈信号来控制所述第二信号与所述第一信号匹配。 8. 根据权利要求 7 所述的检测单元， 其特征在于， 所述第二反馈晶体管的栅极耦合至 所述复制晶体管的所述漏极， 所述第二反馈晶体管的源极耦合至所述源晶体管的源极， 其 中， 所述第二反馈晶体管控制所述复制晶体管的所述漏极的所述第二电压等于所述源晶体 管的所述漏极的所述第一电压。 9. 一种检测电路， 用于检测输入信号的状态， 其特征在于， 所述检测电路包括 ： 检测单元， 包括源开关和复制开关， 其中， 所述源开关的第一端具有第一电压， 所述。
8、复 制开关的第一端具有第二电压， 所述检测单元用于接收第一信号并产生第二信号以与所述 第一信号匹配， 且所述检测单元通过比较所述输入信号和参考信号来产生检测信号， 其中， 权 利 要 求 书 CN 103809014 A 2 2/3 页 3 所述参考信号由所述第二信号确定， 所述检测单元还用于将所述第一电压和所述第二电压 控制在相同的电压值， 以增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指数， 从而通过控制所 述第一电压和所述第二电压来减小检测结果的偏差 ； 以及 控制单元， 耦合至所述检测单元， 用于接收所述检测信号并产生控制信号。 10. 根据权利要求 9 所述的检测电路， 其特征在于， 当所述。
9、第一信号和所述第二信号的 所述匹配指数增大时， 所述参考信号的实际值和目标值之间的差值减小。 11. 根据权利要求 9 所述的检测电路， 其特征在于， 所述源开关包括源晶体管， 所述复 制开关包括复制晶体管， 其中， 所述源晶体管的漏极具有所述第一电压， 以及所述复制晶体 管的漏极具有所述第二电压。 12. 根据权利要求 11 所述的检测电路， 其特征在于， 所述第一信号包括流经所述源晶 体管的第一电流， 所述第二信号包括流经所述复制晶体管的第二电流， 其中， 所述复制晶体 管的栅极耦合至所述源晶体管的栅极， 所述复制晶体管的源极耦合至所述源晶体管的源 极。 13. 根据权利要求 12 所述的。
10、检测电路， 其特征在于， 所述检测单元还包括偏置晶体管， 所述偏置晶体管耦合至所述复制晶体管， 其中， 所述第二电流流经所述偏置晶体管以控制 用于自偏置所述检测单元的偏置电压。 14. 根据权利要求 11 所述的检测电路， 其特征在于， 所述检测单元还包括运算放大器， 所述运算放大器控制所述源晶体管的所述漏极的所述第一电压和所述复制晶体管的所述 漏极的所述第二电压， 使所述第一电压和所述第二电压处于相同的电压值， 其中， 所述源晶 体管的所述漏极耦合至所述运算放大器的第一输入端， 所述复制晶体管的所述漏极耦合至 所述运算放大器的第二输入端。 15. 根据权利要求 11 所述的检测电路， 其特征。
11、在于， 所述检测单元还包括 ： 第一反馈晶体管， 用于接收指示所述第一信号的反馈信号 ； 以及 第二反馈晶体管， 耦合至所述复制晶体管以及所述第一反馈晶体管， 用于传递所述反 馈信号来控制所述第二信号与所述第一信号匹配。 16. 根据权利要求 15 所述的检测电路， 其特征在于， 所述第二反馈晶体管的栅极耦合 至所述复制晶体管的所述漏极， 所述第二反馈晶体管的源极耦合至所述源晶体管的源极， 其中， 所述第二反馈晶体管控制所述复制晶体管的所述漏极的所述第二电压等于所述源晶 体管的所述漏极的所述第一电压。 17. 一种检测方法， 用于检测输入信号的状态， 其特征在于， 所述检测方法包括 ： 接收第。
12、一信号 ； 通过源开关和复制开关产生第二信号以与所述第一信号匹配， 其中， 所述源开关的第 一端具有第一电压且所述复制开关的第一端具有第二电压 ； 控制所述第一电压与所述第二电压处于相同的电压值 ； 通过控制所述第一电压和所述第二电压来增大所述第一信号和所述第二信号的匹配 指数 ； 比较所述输入信号和参考信号 ； 基于所述输入信号和所述参考信号的比较结果产生检测信号， 以表示所述输入信号的 所述状态 ； 以及 权 利 要 求 书 CN 103809014 A 3 3/3 页 4 基于对所述第一信号和所述第二信号的所述匹配指数的增大， 来减小检测结果的偏 差。 18. 根据权利要求 17 所述的。
13、检测方法， 其特征在于， 所述第一信号包括流经源晶体管 的第一电流， 所述第二信号包括流经复制晶体管的第二电流， 其中， 所述源开关包括所述源 晶体管， 所述复制开关包括所述复制晶体管， 所述源晶体管的漏极具有所述第一电压， 所述 复制晶体管的漏极具有所述第二电压， 所述复制晶体管的栅极耦合至所述源晶体管的栅 极， 且所述复制晶体管的源极耦合至所述源晶体管的源极。 19. 根据权利要求 18 所述的检测方法， 其特征在于， 所述控制所述第一电压与所述第 二电压处于相同的电压值的步骤进一步包括 ： 控制所述源晶体管的所述漏极的所述第一电 压以及所述复制晶体管的所述漏极的所述第二电压， 使所述第一。
14、电压和所述第二电压处于 相同的电压值， 其中， 所述源晶体管的所述漏极耦合至运算放大器的第一输入端， 所述复制 晶体管的所述漏极耦合至所述运算放大器的第二输入端。 20. 根据权利要求 18 所述的检测方法， 其特征在于， 所述通过控制所述第一电压和所 述第二电压来增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指数的步骤进一步包括 ： 接收指示所述第一信号的反馈信号 ； 以及 利用反馈晶体管传递所述反馈信号来控制所述第二电压等于所述第一电压， 以增大所 述第二信号与所述第一信号的匹配指数。 21. 根据权利要求 17 所述的检测方法， 其特征在于， 所述检测方法进一步包括当所述 第一信号和所述第二信号的。
15、所述匹配指数增大时， 所述参考信号的实际值和目标值之间的 差值减小， 其中， 所述参考信号由所述第二信号确定。 权 利 要 求 书 CN 103809014 A 4 1/9 页 5 一种检测单元、 检测电路和检测方法 技术领域 0001 本发明涉及电池领域， 尤其涉及一种检测单元、 检测电路和检测方法。 背景技术 0002 图1所示为现有技术中的过流检测电路100的示意图。 电池组件101耦合于PACK+ 端和 PACK- 端之间， 用于为负载 （例如， 电子或电力设备） 供电， 或从电源接收电能。传统的 过流检测电路100包含比较器103， 用于将输入电压信号VIN与参考电压信号VREF进行。
16、比较， 其中， 输入电压信号 VIN指示电池组件 101 的充电 / 放电电流。如图 1 所示， 输入电压信号 VIN由感应电阻器 RSEN提供， 该感应电阻器 RSEN串联耦合至电池组件 101， 参考电压信号 VREF 由电压源提供。通过比较输入电压信号 VIN和参考电压信号 VREF， 产生控制信号 STR 以控制 开关 105， 其中， 开关 105 串联耦合至电池组件 101。 0003 在传统的过流检测电路 100 中， 参考电压信号 VREF的电压值相对较低， 例如为 40mV， 且比较器 103 可具有两级运算放大器 （OperationalAmplifier， 以下简称为 O。
17、PA） 的拓 扑结构。比较器 103 的小输入电压 （例如， 参考电压信号 VREF） 会导致比较器 103 的性能不 良， 例如比较器 103 会产生具有无法忽略的输入偏差的控制信号 STR， 或者比较器 103 可能 完全无法正常工作。 因此， 输入电压信号VIN和参考电压信号VREF之间的比较结果会不准确， 并且会影响过流检测的精确度。所以， 本领域中需要一种具有高精确度的过流检测电路。 发明内容 0004 本发明提供一种用于检测输入信号状态的检测单元、 检测电路和检测方法， 可以 提高检测的精确度。 0005 为解决上述技术问题， 本发明提供了一种检测单元， 用于检测输入信号的状态。 。
18、该检测单元包括 ： 源开关， 用于接收第一信号， 所述源开关的第一端具有第一电压 ； 复制开 关， 耦合至所述源开关， 所述复制开关的第一端具有第二电压， 且所述源开关和所述复制开 关产生第二信号以与所述第一信号匹配 ； 比较单元， 耦合至所述源开关和所述复制开关， 用 于将所述输入信号与参考信号进行比较， 并根据比较结果产生检测信号来表示所述输入信 号的所述状态， 其中， 所述参考信号由所述第二信号确定 ； 以及信号匹配单元， 耦合至所述 源开关、 所述复制开关以及所述比较单元， 用于将所述第一电压和所述第二电压控制在相 同的电压值， 以增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指数， 从而通过控。
19、制所述第一电 压和所述第二电压来减小检测结果的偏差。 0006 本发明还提供了一种检测电路， 用于检测输入信号的状态。 该检测电路包括 ： 检测 单元， 包括源开关和复制开关， 其中， 所述源开关的第一端具有第一电压， 所述复制开关的 第一端具有第二电压， 所述检测单元用于接收第一信号并产生第二信号以与所述第一信号 匹配， 且所述检测单元通过比较所述输入信号和参考信号来产生检测信号， 其中， 所述参考 信号由所述第二信号确定， 所述检测单元还用于将所述第一电压和所述第二电压控制在相 同的电压值， 以增大所述第一信号和所述第二信号的匹配指数， 从而通过控制所述第一电 说 明 书 CN 10380。
20、9014 A 5 2/9 页 6 压和所述第二电压来减小检测结果的偏差 ； 以及控制单元， 耦合至所述检测单元， 用于接收 所述检测信号并产生控制信号。 0007 本发明又提供了一种检测方法， 用于检测输入信号的状态。 该检测方法包括 ： 接收 第一信号 ； 通过源开关和复制开关产生第二信号以与所述第一信号匹配， 其中， 所述源开关 的第一端具有第一电压且所述复制开关的第一端具有第二电压 ； 控制所述第一电压与所述 第二电压处于相同的电压值 ； 通过控制所述第一电压和所述第二电压来增大所述第一信号 和所述第二信号的匹配指数 ； 比较所述输入信号和参考信号 ； 基于所述输入信号和所述参 考信号的。
21、比较结果产生检测信号， 以表示所述输入信号的所述状态 ； 以及基于对所述第一 信号和所述第二信号的所述匹配指数的增大， 来减小检测结果的偏差。 0008 本发明公开的检测单元通过比较输入信号和参考信号， 来检测输入信号的状况。 检测单元包括信号匹配单元， 可以通过增大匹配指数来提高输入信号和参考信号之间比较 结果的准确度， 因此减小了检测结果的偏差， 提高了检测的精确度。 附图说明 0009 以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述， 可以进一步理解本发明的目 的、 具体结构特征和优点。 0010 图 1 所示为现有技术中的过流检测电路的示意图 ； 0011 图 2 所示为根据本发明一个实。
22、施例的用于可重复充电电池的检测电路的框图 ； 0012 图 3 所示为根据本发明一个实施例的图 2 中所示的检测单元的电路示意图 ； 0013 图 4 所示为根据本发明另一实施例的图 2 中所示的检测单元的电路示意图 ； 及 0014 图 5 所示为根据本发明一个实施例的检测方法的流程图。 具体实施方式 0015 以下将对本发明的实施例给出详细的参考。 尽管本发明通过这些实施方式进行阐 述和说明， 但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。 相反， 本发明涵盖后附 权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、 变体和等同物。 0016 另外， 为了更好的说明本发明， 在下文的具体。
23、实施方式中给出了众多的具体细节。 本领域技术人员将理解， 没有这些具体细节， 本发明同样可以实施。在另外一些实例中， 对 于大家熟知的方法、 手续、 部件和电路未作详细描述， 以便于凸显本发明的主旨。 0017 本发明提供了一种用于检测输入信号状态的检测单元、 检测电路和检测方法。在 一个实施例中， 检测单元通过将指示电池电流的输入信号和参考信号进行比较， 来检测电 池的过流状况。检测单元提供信号匹配单元以增大信号的匹配指数， 从而提高输入信号和 参考信号之间比较结果的准确度， 并因此减小检测结果的偏差。有利的是， 检测结果越准 确， 检测单元则可以越精确的检测过流状况。 0018 图 2 所。
24、示为根据本发明一个实施例的用于可重复充电电池的检测电路 201 的框 图。检测电路 201 用于检测可变输入信号 VIN 的状态， 例如多个电池 BAT1、 电池 BAT2以及 电池 BATN的电压信号、 电流信号等的状态。电池 BAT1- 电池 BATN为负载供电或从电源获取 电能， 其中负载或电源 （图 2 中未示出） 耦合于 PACK- 端和 PACK+ 端之间。检测电路 201 包 含检测单元 203 和控制单元 205。检测单元 203 接收预定信号 VD（例如， 接地电压信号） ， 以 说 明 书 CN 103809014 A 6 3/9 页 7 产生内部信号 （例如， 参考信号 。
25、VREF） （图 2 中未示出） ， 并且将可变输入信号 VIN 和参考信 号 VREF（例如， 电压信号、 电流信号等） 进行比较以产生检测信号 VOUT， 该检测信号 VOUT 表 示可变输入信号VIN的状态。 其中， 可变输入信号VIN从检测单元203的输入端IN接收， 预 定信号 VD从检测单元 203 的参考端 REF 接收， 检测信号 VOUT 从检测单元 203 的输出端 OUT 输出。在一个实施例中， 可变输入信号 VIN 是指示流经电池 BAT1- 电池 BATN的电流 （例如， 充电电流或放电电流） 的输入电压信号 VIN， 且参考信号 VREF 是指示电池 BAT1- 电。
26、池 BATN 的过流阈值的参考电压信号， 因此， 检测信号 VOUT 指示电池 BAT1- 电池 BATN的电流中是否 出现了过流状况。然而， 本发明并不仅限于此。在另一实施例中， 参考信号 VREF 指示电池 BAT1- 电池 BATN的欠流阈值， 且检测信号 VOUT 指示是否出现了欠流状况。在本发明又一个 实施例中， 可变输入信号 VIN 表示电池 BAT1- 电池 BATN的电压信号， 且参考信号 VREF 指示 过压阈值或欠压阈值， 并且检测信号 VOUT 指示该电压信号中是否出现了过压状况或欠压 状况。 0019 控制单元 205 耦合至检测单元 203， 用于接收检测信号 VOU。
27、T 并产生控制信号。在 图 2 所示的实例中， 检测单元 203 检测电池 BAT1- 电池 BATN的放电电流 IDSG中的过流状况， 且参考电压信号 VREF 指示电池 BAT1- 电池 BATN的过流阈值。控制单元 205 接收检测信号 VOUT 以控制放电使能信号 DSG， 该放电使能信号 DSG 根据输入电压信号 VIN 和参考电压信 号 VREF 之间的比较结果来控制放电开关 SD。例如， 如果输入电压信号 VIN 低于参考电压信 号 VREF， 即指示放电电流 IDSG在正常范围内， 则检测信号 VOUT 控制放电使能信号 DSG 为逻 辑高以开启放电开关 SD； 或者， 如果输。
28、入电压信号 VIN 大于参考电压信号 VREF， 即指示放电 电流 IDSG超过过流阈值， 则检测信号 VOUT 控制放电使能信号 DSG 为逻辑低以关闭放电开关 SD， 从而保护电池 BAT1- 电池 BATN。以类似的方式， 检测单元 203 还可以检测电池 BAT1- 电 池 BATN的充电电流中的过流状况。 0020 图3所示为本发明一个实施例的检测单元203a的电路示意图。 图3将结合图2进 行描述。图 3 中的检测单元 203a 可以是图 2 中的检测单元 203 的一个具体实施例。检测 单元 203a 包含输入端 IN、 参考端 REF、 输出端 OUT 以及比较单元 304、 。
29、信号匹配单元 306 和 恒定电流源 310。输入端 IN 接收可变输入信号 VIN， 例如输入电压信号 VIN ； 参考端 REF 接 收预定信号 VD， 例如电压信号 ； 以及输出端 OUT 提供检测信号 VOUT， 例如数字逻辑信号， 以 指示对输入电压信号 VIN 的检测结果。如图 2 所描述， 输入电压信号 VIN 可指示流经电池 BAT1- 电池 BATN的电流 （例如放电电流 IDSG） ， 且 VIN=IDSG RSET， 其中， IDSG是放电电流 IDSG的 电流值， 且 RSET是图 2 中的电阻器 RSET的电阻值。预定信号 VD可以是固定的电压信号， 例如 接地信号 。
30、； 检测单元 203a 接收预定信号 VD以产生参考信号 VREF， 例如参考电压信号 VREF。 参考电压信号 VREF 的目标值 VREF_TARGET可用于表示例如电池 BAT1- 电池 BATN的过流阈值。 理想情况下， 参考电压信号 VREF 的电压值等于目标值 VREF_TARGET， 然而， 由于电路的非理想状 况， 参考电压信号 VREF 的实际值会偏离目标值 VREF_TARGET。关于目标值 VREF_TARGET和参考电压 信号 VREF 的实际值将在以下段落进行更详细的描述。如图 3 所示， 参考电压信号 VREF 的 电压值等于预定信号 VD的电压值加上电阻器 REF。
31、上的电压之和， 其中， 电阻器 REF耦合至参 考端 REF。在一个实施例中， 预定信号 VD接地， 所以参考电压信号 VREF 即是电阻器 REF上的 电压， 且参考电压信号 VREF 由流经电阻器 REF的电流确定。然而， 本发明并不仅限于此， 在 另一实施例中， 预定信号 VD可以具有其它电压值。检测单元 203a 通过比较输入电压信号 说 明 书 CN 103809014 A 7 4/9 页 8 VIN 和参考电压信号 VREF 来产生检测信号 VOUT。 0021 更具体地， 检测单元 203a 包含源开关 MSOURCE、 复制开关 MCOPY、 比较单元 304、 信号匹 配单元。
32、 306 和恒定电流源 310。恒定电流源 310 包含运算放大器 OPA 314， 用于提供流至源 开关 MSOURCE的电流 I1。在一个实施例中， 由于恒定电流源 310 的非理想状况， 电流 I1可能在 允许的范围内变化。在上述的实施例中， 在允许范围内变化的电流 I1可以被认为是恒定电 流。理想地， 电流 I1的目标值 I1_TARGET=VDD/R1， 其中， VDD 是具有高精确度的恒定参考电压， R1是图 3 中电阻器 R1的电阻值。然而， 运算放大器 OPA 314 可能引入偏差 VOFF而导致电流 I1与目标值 I1_TARGET偏离。偏离的电流 I1由以下公式给出 ： I。
33、1=(VDD+VOFF)/R1， 其中， VOFF是偏 差 VOFF的值。图 3 中提供电流 I1的结构并不仅限于恒定电流源 310， 也就是说， 在另一个实 施例中， 电流 I1可以由设置于检测单元 203a 内部或者外部的其它类型的电流源来提供。 0022 源开关 MSOURCE和复制开关 MCOPY可组成电流镜， 且每个开关可包含晶体管， 例 如金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管 （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor， 以下简称为 MOSFET） 。因此， 源开关 MSOURCE也称为源晶体管， 复制开关 MCOPY也。
34、称 为复制晶体管。 源晶体管MSOURCE耦合至恒定电流源310， 且从恒定电流源310接收第一信号， 例如电流 I1。源晶体管 MSOURCE的漏极具有第一电压 VD1， 以下简称为漏极电压 VD1。源晶体管 MSOURCE的漏极也称为源晶体管 MSOURCE的第一端。复制晶体管 MCOPY耦合至源晶体管 MSOURCE， 且 复制晶体管 MCOPY的漏极具有第二电压 VD2， 以下简称为漏极电压 VD2。复制晶体管 MCOPY的漏 极也称为复制晶体管 MCOPY的第一端。包含源晶体管 MSOURCE及复制晶体管 MCOPY的电流镜产生 第二信号， 例如电流 I2， 用于与电流 I1匹配。电。
35、流 I1流经源晶体管 MSOURCE， 且电流 I2流经复 制晶体管 MCOPY。换言之， 源晶体管 MSOURCE和复制晶体管 MCOPY控制电流 I2以与电流 I1匹配。 本文所使用的 “匹配” 表示一个信号与另一个信号成比例， 并且这两个信号之间的比值为恒 定值。在图 3 所示的实施例中， 包含源晶体管 MSOURCE及复制晶体管 MCOPY的电流镜根据电流 I1并且基于参数 K1来产生电流 I2， 以使电流 I2与电流 I1匹配， 例如， I2=K1 I1， 其中， I1是 电流 I1的电流值 ； I2是电流 I2的电流值 ； 且 K1是常数参数， 表示源晶体管 MSOURCE和复制晶。
36、 体管 MCOPY的沟道宽长比 （Channel Widthto Length Ratio） 之间的比例。如图 3 所示， 复制 晶体管 MCOPY的栅极耦合至源晶体管 MSOURCE的栅极， 且复制晶体管 MCOPY的源极耦合至源晶体 管 MSOURCE的源极。所以， 源晶体管 MSOURCE和复制晶体管 MCOPY的栅源电压相等， 并且电流 I2与 电流 I1成正比。如图 3 所示， 电流 I2进一步流至比较单元 304。 0023 耦合至源晶体管 MSOURCE和复制晶体管 MCOPY的比较单元 304 将输入电压信号 VIN 和 参考电压信号 VREF 进行比较以产生检测信号 VOUT。
37、， 其中， 检测信号 VOUT 表示输入电压信 号 VIN 的状态。比较单元 304 可以包含第一级放大单元 308， 用于基于第一信号 （例如电流 I1） 和第二信号 （例如电流 I2） 来放大输入电压信号 VIN 和参考电压信号 VREF 之间的差值， 其中， 第一级放大单元 308 包含晶体管， 例如晶体管 MN2、 晶体管 MN3、 晶体管 M8 以及晶体 管 M3。比较单元 304 的内部节点 P 处的电压随着输入电压信号 VIN 和参考电压信号 VREF 之间已放大的差值而变化。在一个实施例中， 晶体管 MN2 和晶体管 MN3 可以是双极晶体管 （Bipolar Junction。
38、 Transistor， 以下简称为 BJT） ， 且 BJT MN2 和 BJTMN3 之间的连接结构 为本领域技术人员所熟知， 此处不再赘述。比较单元 304 还可能进一步包含第二级放大单 元， 用于进一步放大输入电压信号VIN和参考电压信号VREF之间的差值， 其中， 第二级放大 单元包含晶体管， 例如晶体管 M4、 晶体管 MN4、 晶体管 M5 以及晶体管 MN5。晶体管 M4 的状 说 明 书 CN 103809014 A 8 5/9 页 9 态由其栅极电压 （例如， 节点 P 处的电压） 来控制。比较单元 304 的另一个内部节点 P 的电 压随着输入电压信号 VIN 和参考电压。
39、信号 VREF 之间被进一步放大的差值而变化。基于被 进一步放大的差值， 晶体管 M6 和晶体管 MN6 的状态由节点 P 处的电压来控制。然后， 根据 放大后的输入电压信号 VIN 和参考电压信号 VREF 之间的比较结果， 来产生检测信号 VOUT。 例如， 如果输入电压信号 VIN 的电压值低于参考电压信号 VREF 的电压值， 则节点 P 处的电 压为逻辑低以关闭晶体管 M6 并开启晶体管 MN6， 如此， 检测信号 VOUT 为逻辑低以指示放电 电流 IDSG处于正常范围内 ； 如果输入电压信号 VIN 的电压值高于参考电压信号 VREF 的电压 值， 则节点 P 处的电压为逻辑高以。
40、开启晶体管 M6 并关闭晶体管 MN6， 如此， 检测信号 VOUT 为逻辑高以指示电池 BAT1- 电池 BATN的放电电流 IDSG出现过流状况。 0024 如上所述， 预定信号 VD可以是固定的电压信号， 例如接地信号。因此， 参考电压信 号 VREF 由电阻器 REF上的电压所确定， 例如， VREF=(I2+I3) REF， 其中， REF是电阻器 REF的 电阻值， I3是电流 I3的电流值， 且电流 I3流经晶体管 MN2 至电阻器 REF。如图 3 所示， 晶体 管 MNBIAS和晶体管 MN2 组成电流镜， 因此， 电流 I3可等于 K2 I2。其中， 参数 K2由晶体管 M。
41、NBIAS和晶体管 MN2 的沟道宽长比之间的比例确定。从而参考电压信号 VREF 的电压值由电 流 I2确定， 例如， VREF=(1+K2) I2 REF， 其中， K2是常数参数。如上所述， 电流 I2被控制 为与电流 I1匹配， 例如， 电流 I2的值等于 K1 I1。电流 I1的目标值为 I1_TARGET=VDD/R1， 且电 流 I1的值为 I1=(VDD+VOFF)/R1， 其中， VDD 是具有高精确度的恒定参考电压， R1是电阻器 R1 的电阻值， VOFF是运算放大器 OPA 314 的偏差 VOFF的值。综上， 参考电压信号 VREF 的目标值 VREF_TARGET可。
42、以由以下式子得出 ： VREF_TARGET=(1+K2) K1 VDD REF/R1， 其中， K1和 K2是常 数参数， REF是电阻器 REF的电阻值， 并且参考电压信号 VREF 的实际值可以由以下式子得出 ： VREF=(1+K2) K1 (VDD+VOFF) REF/R1， 因此， 参考电压信号 VREF 的目标值 VREF_TARGET和 实际值之间的差值为 (1+K2) K1 (REF/R1) VOFF， 该差值由 REF/R1确定。比值 REF/R1可 以较小， 例如 (1+K2) K1 REF/R11， 从而减小运算放大器 OPA 314 的偏差 VOFF的系数， 进 而减。
43、小运算放大器 OPA 314 对参考电压信号 VREF 的影响。在上述的实施例中， 基于具有较 小的值的比值 REF/R1， 参考电压信号 VREF 的目标值 VREF_TARGET和实际值之间的差值可在允许 的范围内变化， 此范围可以忽略不计。 0025 在一个实施例中， 如果第一信号 （例如电流 I1） 和第二信号 （例如电流 I2） 的匹配指 数 MI 增大， 则参考电压信号 VREF 的实际值和目标值之间的差值减小。参考电压信号 VREF 的实际值为 VREF=(1+K2) REF I2， 目标值 VREF_TARGET为 VREF_TARGET=(1+K2) REF K1 I1_ T。
44、ARGET， 其中， I1_TARGET=I1-VOFF/R1。换言之， 提供至比较单元 304 的参考电压信号 VREF 具有更 高的精确度。在一个实施例中， 匹配指数 MI 由以下公式定义 ： MI=1/DIFF(I2， K1 I1)， 其 中， K1是常数参数， I1和 I2分别是电流 I1和电流 I2的电流值， DIFF(I2， K1 I1) 是计算电 流 I2和 K1 I1值之间差值的数学方程式。在上述实施例中， 匹配指数 MI 与电流 I2和 K1 I1值之间的差值成反比。也就是说， 如果电流 I2和 K1 I1值之间的差值减小， 则电流 I1和电流 I2的匹配指数 MI 增大， 。
45、且如果电流 I2和 K1 I1值之间的差值增大， 则电流 I1和 电流 I2的匹配指数 MI 减小。有利的是， 根据比较结果而产生的检测信号 VOUT 部分地由参 考电压信号 VREF 的精确度来确定。由于增大的匹配指数 MI 可带来更精确的参考电压信号 VREF 以及更准确的比较结果， 因此， 检测单元 203a 可以产生能更准确的指示电池 BAT1- 电 池 BATN过流状况的检测信号 VOUT。下文将详细描述的信号匹配单元 306 能够增加电流 I1 说 明 书 CN 103809014 A 9 6/9 页 10 和电流 I2的匹配指数 MI。 0026 信号匹配单元 306 耦合至源晶。
46、体管 MSOURCE和复制晶体管 MCOPY以及比较单元 304， 用于控制源晶体管 MSOURCE的漏极电压 VD1和复制晶体管 MCOPY的漏极电压 VD2。漏极电压 VD1 和漏极电压 VD2被控制在基本上相同的电压值以增大电流 I1和电流 I2的匹配指数 MI。在 图 3 所示的实施例中， 信号匹配单元 306 包含运算放大器 OPA 312 以及晶体管 M7 和晶体管 MNBIAS。运算放大器 OPA 312 的正向输入端耦合至源晶体管 MSOURCE的漏极， 且运算放大器 OPA 312 的反向输入端耦合至复制晶体管 MCOPY的漏极。运算放大器 OPA 312 的正向输入端也称 。
47、为第一输入端， 运算放大器 OPA 312 的反向输入端也称为第二输入端。这样， 运算放大器 OPA312 控制漏极电压 VD1和漏极电压 VD2基本上处于相同的电压值。本文所使用的 “基本上 处于相同的电压值” 意味着在实际中， 信号的电压值可以存在差别， 例如由电路元件的非理 想状况所引起的差别， 但是这些差别处于可被忽略的范围内， 等同于理想状态下的 “处于相 同电压值” 。信号匹配单元 306 的晶体管 M7 耦合于复制晶体管 MCOPY的漏极和晶体管 MNBIAS、 晶体管 MN2 以及晶体管 MN3 的栅极之间， 以使复制晶体管 MCOPY的漏极电压不会直接影响晶 体管 MNBIA。
48、S、晶体管 MN2 以及晶体管 MN3 的栅极电压。流经复制晶体管 MCOPY的电流 I2进一 步流经晶体管 M7 和晶体管 MNBIAS。晶体管 MNBIAS耦合于复制晶体管 MCOPY和比较单元 304 之 间， 用于控制偏置电压 （例如晶体管 MN2 和晶体管 MN3 的共同栅极电压） ， 该偏置电压基于电 流 I2对比较单元 304 进行偏置。晶体管 MNBIAS也称为偏置晶体管 MNBIAS。 0027 请参照图 3， 源晶体管 MSOURCE和复制晶体管 MCOPY的栅极和源极分别耦合在一起， 且 源晶体管 MSOURCE和复制晶体管 MCOPY的漏极电压基本上处于相同的电压值。通。
49、过控制源晶体 管MSOURCE和复制晶体管MCOPY的漏极电压、 栅极电压和源极电压分别相等， 可以增大电流I1和 电流I2的匹配指数MI， 其中， 电流I1和电流I2分别流经源晶体管MSOURCE和复制晶体管MCOPY。 这样， 基于对源晶体管MSOURCE和复制晶体管MCOPY的漏极电压的控制， 可增大电流I1和电流I2 的匹配指数 MI。如果源晶体管 MSOURCE和复制晶体管 MCOPY的漏极电压、 栅极电压以及源极电 压分别相等， 则电流 I2和电流 I1成正比， 例如， I2=K1 I1。在上述实施例中， 电流 I2与电 流 I1匹配。有利的是， 基于对源晶体管 MSOURCE和复制晶体管 MCOPY的漏极电压的控制， 增大了 电流 I1和电流 I2的匹配指数 MI， 且匹配指数 MI 的增大可减小由检测单元 203a 所产生的 检测结果的偏差。 0028 图4所示为根据本发明另一个实施例的检测单元203b的电路示意图。 图4将结合 图 2 和图 3 进行描述。图 4 中的检测单元 203b 可以是图 2 中的检测单元 203 的一个具体 实施例。检测单元。