專利名稱：電流測量裝置和利用這種電流測量裝置的電話終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流測量裝置，其用于提供一與在輸出端的需測量的電流成比例的電壓，所述電流測量裝置包含第一場效應(yīng)器件和第二場效應(yīng)器件。
本發(fā)明涉及一種電壓測量裝置和電話終端，二者均利用根據(jù)本發(fā)明的電流測量裝置。
由公開號為59-221672的未經(jīng)審查的日本專利申請可了解一種在前述部分中所述的電流測量裝置。
這樣一種電流測量裝置在一些使所提供的電壓與流入電流回路部分的電流成比例的裝置中得到廣泛的應(yīng)用。這樣一種裝置的實例是電話終端，在其中最好確定幾個取決于線路電流的傳輸參數(shù)。這些參數(shù)的實例是話筒微音器和耳機放大器的增益。此外，可以使側(cè)音平衡取決于DC線路電流，以保證對所有的線路長度的正確的側(cè)音抑制。
在根據(jù)上述日本專利申請的電流測量裝置中，將與需測量的電流提供到第一場效應(yīng)器件的源極。第一場效應(yīng)器件的漏極連接到第二場效應(yīng)器件的源極。第二場效應(yīng)器件的漏極連接到電源。第一和第二場效應(yīng)器件的柵極連接到一對應(yīng)的基準(zhǔn)電壓。
第二場效應(yīng)器件的源極處的電壓隨需測量的電流變化，因為第二場效應(yīng)器件將調(diào)節(jié)其柵極-源極電壓值達到一與輸入電流相對應(yīng)的數(shù)值。這一源極電壓加到一源極跟隨器電路，使得在輸出端可得到輸出信號。
由于場效應(yīng)器件的柵極-源極電壓和漏極電流之間的關(guān)系是非線性的，需測量的電流和輸出電壓之間的關(guān)系也是非線性的。通常在這種測量裝置中非線性的關(guān)系是不希望形成的。
本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)開頭部分所述的電流測量裝置，其中能得到在需測量的電流和輸出電壓之間線性關(guān)系。
為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明其特征在于，該電流測量裝置包含電流檢測電阻，具有第一和第二端；第一場效應(yīng)器件的柵極連接到電流檢測電阻第一端，第一場效應(yīng)器件的源極連接到電流檢測電阻第二端，第一場效應(yīng)器件的漏極連接到一電流耦合器件，該電流耦合器件用于使一取決于第一場效應(yīng)器件的漏極電流的電流流入第二場效應(yīng)器件；以及一輸出耦合器件，其用于將一由第二場效應(yīng)器件的柵極和源極端之間的電壓產(chǎn)生的輸出電壓提供到一輸出端。
通過將在電流檢測電阻上形成的電壓變換為第一場效應(yīng)器件的漏極電流，以及通過將這一漏極電流變換為第二場效應(yīng)器件的源極-柵極電壓，得到一與在電流檢測電阻上形成的電壓成比例的輸出電壓。利用第二場效應(yīng)器件的相同非線性補償?shù)谝粓鲂?yīng)器件的柵極-源極電壓和漏極電流之間的非線性關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一實施例其特征在于，該電流測量裝置包含偏移電壓源，用于相對于第一場效應(yīng)器件的源極電壓偏移第一場效應(yīng)器件的柵極電壓。
通過相對于第一場效應(yīng)器件的源極電壓偏移第一場效應(yīng)器件的柵極電壓，變得可以測量由一在電流檢測電阻上分布的且小于第一場效應(yīng)器件閾值電壓的電壓形成的電流。如果按照適當(dāng)?shù)姆绞竭x擇偏移電壓，則就可以測量數(shù)值由0起始的電流。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一實施例其特征在于，該電流測量裝置包含另一偏移(電壓)源，用于相對于第二場效應(yīng)器件的柵極和源極端之間的電壓，偏移電流測量裝置的輸出電壓。
這一附加測量能夠得到一取決于偏移電壓數(shù)值的輸出電壓。這就使得能夠利用一隨溫度變化的偏移電壓。這種偏移電壓能夠易于在集成電路上產(chǎn)生。
本發(fā)明的再一個實施例其特征在于，該電流耦合器件包含一耦合在第一場效應(yīng)器件的漏極端和第二場效應(yīng)器件的源極端之間的柵地陰地(cascode)場效應(yīng)器件，該柵地陰地場效應(yīng)器件的柵極耦合到一基準(zhǔn)(電壓)源(source)。
引入柵地陰地場效應(yīng)器件的作用在于使第一場效應(yīng)器件的輸出阻抗急劇增加。這樣就導(dǎo)致降低電源電壓對第一場效應(yīng)器件的漏極電流的影響。因而提高了測量裝置的精度。
下面參照附圖解釋本發(fā)明。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的電流測量裝置的第一實施例。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的電流測量裝置的第二實施例，其提高了測量的精度。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的電流測量裝置的一個優(yōu)選實施例。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的電流測量裝置的又一個實施例。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的電話終端的方塊圖。
在根據(jù)圖1的電流測量裝置中，第一端VH連接到阻值為R的電阻2第一端和P-MOS晶體管4的源極端。此外電阻2第一端連接到P-MOS晶體管的大容量端。第二端VL連接到阻值為R的電阻2第二端和一提供偏移電壓VB的偏移電壓源6的正瑞。偏移電壓源6的第二瑞連接到P-MOS晶體管4的柵極端。
P-MOS晶體管4的漏極端連接到電流耦合器件5的輸入端，這里包含一種簡單的相互連接。電流耦合器件5★的輸出端耦合到P-MOS晶體管10的源極和大容量端以及再一偏移電源8的正瑞。
P-MOS晶體管10的漏極端和P-MOS晶體管10的柵極端均連接到地端。
利用測量電阻2變換需測量的電流。P-MOS晶體管4的源極-柵極電壓等于I×R+VB。如果假設(shè)電壓P-MOS晶體管4的閾值電壓等于VT，以及假設(shè)P-MOS晶體管4工作在飽和區(qū)，這樣該漏極電流就基本上與漏極電壓無關(guān)，P-MOS晶體管4的漏極電流ID可以表達為(1)ID＝bO(W/L)(VSG-VT)2＝bO(W/L)(I×R+VB-VT)2；I×R+VB＞VTID＝0；I×R+VB≤VT(1)在表達式(1)中，★βO是P-MOS晶體管的跨導(dǎo)常數(shù)，W是P-MOS晶體管的寬度，L是MOS晶體管的長度。VSG是P-MOS晶體管的柵極-源極電壓，VT是P-MOS晶體管的閾值電壓。P-MOS晶體管4的漏極電流被強迫流入P-MOS晶體管10的源極端。這一電流使在P-MOS晶體管10上形成電壓降VGS′。選擇P-MOS晶體管10與P-MOS晶體管4的特性相同。對于P-MOS晶體管的漏極電流和電壓降VGS′之間的關(guān)系可以求出IS＝bO(W/L) (VGS′-VT)2(2)由于P-MOS晶體管4的漏極電流與P-MOS晶體管10的源極電流在表達式(1)和(2)中可以相等。因而，對于VGS′可以求出表達式(3)(VGS′-VT)＝(I×R+VB-VT)； I×R+VB＞VT→ (3)VGS′＝I×R+VB；I×R+VB＞VT
根據(jù)圖1中的電流測量電路中的輸出電壓VO等于VGS′-VB。如果I×R+VB＞VT，利用表達式(3)提供I×R的數(shù)值VO。因而，求出輸出電壓VO和電流I之間的線性關(guān)系。如果VB大于VT，可以測量所有大于0的電流I的數(shù)值。根據(jù)上述部分可以看出，輸出電壓VO不取決于該取決于二個P-MOS晶體管的特性βO和VT的溫度。為此的先決條件是使P-MOS晶體管4的特性和10相同。如果二個晶體管集成在同一集成片上以及如果將二者認(rèn)真地匹配，這一條件一般是滿足的。
由開關(guān)部分已知如果I×R總是大于VT，則可以取消偏移電壓源6和8。如果可以容許輸出電壓VO相對I×R的數(shù)值具有偏移，則可以取消偏移電壓8。
如果除去電阻R(或指定為高阻值)，也可以利用根據(jù)圖1中的電路作為電壓測量裝置，用于產(chǎn)生一與連接端VH和VL之間的電壓差成比例的電壓。
在上述部分中假設(shè)P-MOS晶體管的漏極電流不取決于漏極-源極間的電壓。但實際上，這并不是完全真實的。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的一實施例，其中明顯地降低了P-MOS晶體管漏極-源極間電壓的影響。在根據(jù)圖2的裝置中，電流耦合器件13包含一柵地陰地電路，用于得到一提高輸出阻抗的電流源。
P-MOS晶體管4的漏極連接到P-MOS晶體管15的源極端和P-MOS晶體管11的柵極端。P-MOS晶體管11的漏極連接到P-MOS晶體管15的柵極端。P-MOS晶體管15的漏極端連接到P-MOS晶體管10的源極端和緩沖器18的輸入端。緩沖器18的輸出端構(gòu)成電流測量裝置的輸出端。
組合的P-MOS晶體管11和15對P-MOS晶體管4的漏極電壓進行箝位，使之等于P-MOS晶體管11的柵-極源極間電壓的一個數(shù)值。由于P-MOS晶體管15和P-MOS晶體管4串聯(lián)，得到一高輸出阻抗的電流源。由組合的P-MOS晶體管11和15起一控制電路的作用，試圖保持在P-MOS晶體管4的漏極端上的電壓恒定，進一步提高這一輸出阻抗。
在根據(jù)圖3所示的電流測量電路的一實施例中，引入偏移電壓源6和8。偏移電壓源6和8是由經(jīng)過浮動電流源31耦合的P-MOS晶體管12和26形成的。
P-MOS晶體管12的漏極-源極通道連接在連接端VL和P-MOS晶體管4的柵極端之間。該P-MOS晶體管的柵極端連接到所述同一P-MOS晶體管的漏極端。偏移電壓VB(偏移電壓源6)現(xiàn)在產(chǎn)生在P-MOS晶體管12的源極-柵極之間。
P-MOS晶體管26的源極連接到浮動電流源31，以及P-MOS晶體管26的柵極端和漏極端接地。
浮動電流源31通過組合兩個N-MOS晶體管20和30以及兩個P-MOS晶體管22和28構(gòu)成。N-MOS晶體管20的漏極端連接到的N-MOS晶體管20的柵極端以及N-MOS晶體管30的柵極端。N-MOS晶體管20的源極端連接到P-MOS晶體管22的源極端以及N-MOS晶體管30的源極端連接到P-MOS晶體管28的源極端。P-MOS晶體管22的漏極端連接到P-MOS晶體管22的柵極端和連接到P-MOS晶體管28的柵極端以及P-MOS晶體管24的源極端。P-MOS晶體管24的柵極端連接到其漏極端。這兩個連接端接地。
由偏置電流源18提供的偏置電流I強迫流入到一包含P-MOS晶體管16和14的電流鏡像電路中。由P-MOS晶體管14的漏極端輸送的電流鏡像電路輸出電流流入串聯(lián)的N-MOS晶體管20、P-MOS晶體管22和P-MOS晶體管24。由于選擇晶體管30、28和26分別具有與晶體管20、22和24相同的特性，會在晶體管26和24的該連接端上呈現(xiàn)相同的電壓。這就會使相同的電流I流過串聯(lián)的晶體管26、28和30，以及晶體管12。因而在晶體管11和26上產(chǎn)生相同的電壓VB。
已經(jīng)參照圖1和2解釋了組合的晶體管4、10、12和14的工作情況。在晶體管10上形成的電壓等于VH-VL+VB。由于一圍繞運算放大器32和一包含N-MOS晶體管34和電阻36的源極跟隨器電路的反饋電路，在運算放大器的二輸入端之間電壓可以達到基本上為0。由于在P-MOS晶體管26上形成的電壓等于VB，源極跟隨器的輸出等于(VH-VL+VB)-VB＝VH-VL。
在根據(jù)圖4所示的電流測量裝置的另一實施例中，現(xiàn)在由包含由N-MOS晶體管40和42組成的電流鏡像電路的電流耦合器件41替代根據(jù)圖1中的電流耦合器件5。根據(jù)圖4所示的電路的工作情況與根據(jù)圖1所示的電路的工作情況相似。設(shè)有運算放大器32是為提供具有適當(dāng)驅(qū)動能力的電流。
利用P-MOS晶體管4將在電阻2上形成的電壓變換為電流。利用N-MOS晶體管40將這一電流鏡像形成在N-MOS晶體管42中，其使該鏡像電流通過P-MOS晶體管。按照對于圖1討論的相同方式，在P-MOS晶體管10上形成一與VH-VL成比例的電壓。應(yīng)注意，相對于地的輸出電壓VO被相對于電壓VH-VL反相并包含一偏移電壓值VB。如果這樣，在后來的各級中引起的的問題是，可以利用一簡單的反相器來將輸出電壓VO反相。
如果根據(jù)圖4中的電路的輸出電壓VO′取在P-MOS晶體管4的柵極和P-MOS晶體管10的漏極之間，當(dāng)P-MOS晶體管4和P-MOS晶體管10匹配，以及P-MOS晶體管40和P-MOS晶體管42匹配時，可以完全取消偏移電壓。
在根據(jù)圖5中的電話終端50中，電話線路連接到一全波整流器52，該全波整流器52提供一與該線路怎樣連接到電話終端50上無關(guān)的單極性電壓。全波整流器52的第一輸出端連接到晶體管54的第一端和P-MOS晶體管58的源極端。電阻54的第二端連接到集成電路60的第一端和P-MOS晶體管58的柵極端。P-MOS晶體管58的漏極端連接到集成電路60的第二輸入端和電流測量電阻56第一端。電流測量電阻56第二端連接到集成電路60的第三端和鍵盤控制器70的電源端。
如果電話終端摘機，經(jīng)過電阻54向集成電路60提供一供電電壓。如果電話終端正在摘機，通過閉合鉤鍵開關(guān)75對其進行檢測，在集成電路60中的控制器66使P-MOS晶體管的柵極電壓降低，使P-MOS晶體管58導(dǎo)通。這就能向集成電路60中的各附加元件和鍵盤控制器提供一供電電壓。
連接到集成電路60的第二和第三端的電流測量裝置64包含根據(jù)圖1、2和3的電路，該電流測量裝置64由在電流測量電阻56上形成的電壓確定線路電流。
響應(yīng)于該線路電流，控制器66將線路接口的某些參數(shù)設(shè)定為對應(yīng)的數(shù)值。這些參數(shù)可以是用于話筒74的增益和用于耳機72的增益，不過這些參數(shù)還用于實現(xiàn)最佳側(cè)音抑制。這些增益值將隨線路電流的降低而增加，因為線路電流的降低代表線路更長，具有更大的直流電阻，不過還使音頻信號產(chǎn)生更大的衰減。
配置鍵盤接口70用于對由鍵盤接收的信號進行解碼和產(chǎn)生用于撥號和其它發(fā)信號目的的DTMF信號。
權(quán)利要求
1.一種電流測量裝置，用于提供一與在輸出端需測量的電流成比例的輸出電壓，所述電流測量裝置包含第一場效應(yīng)器件和第二場效應(yīng)器件，其特征在于，所述電流測量裝置包含電流檢測電阻，具有第一和第二端；第一場效應(yīng)器件的柵極連接到電流檢測電阻第一端，第一場效應(yīng)器件的源極連接到電流檢測電阻第二端，第一場效應(yīng)器件的漏極連接到一電流耦合器件，該電流耦合器件用于使一取決于第一場效應(yīng)器件的漏極電流的電流流入第二場效應(yīng)器件；以及一輸出耦合器件，用于將一由第二場效應(yīng)器件的柵極和源極端之間的電壓產(chǎn)生的輸出電壓提供到一輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流測量裝置，其特征在于，所述電流測量裝置包含一偏移電壓源，用于相對于第一場效應(yīng)器件的源極電壓偏移第一場效應(yīng)器件的柵極電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流測量裝置，其特征在于，所述電流測量裝置包含另一偏移電壓源，用于相對于第二場效應(yīng)器件的柵極和源極端之間的電壓，偏移電流測量裝置的輸出電壓。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電流測量裝置，其特征在于，所述電流耦合器件包含一耦合在第一漏場效應(yīng)器件的漏極端和第二場效應(yīng)器件的源極端之間的柵地陰地(cascode)場效應(yīng)器件，該柵地陰地場效應(yīng)器件的柵極耦合到一基準(zhǔn)電壓源。
5.一種電壓測量裝置，用于在輸出端提供一與在第一和第二輸入端之間的電壓成比例的輸出電壓，所述電壓測量裝置包含第一場效應(yīng)器件和第二場效應(yīng)器件，第一場效應(yīng)器件的柵極連接到該第一輸入端，第一場效應(yīng)器件的源極連接到該第二輸入端，第一場效應(yīng)器件的漏極連接到第二場效應(yīng)器件的源極，第二場效應(yīng)器件的漏極和柵極連接到一基準(zhǔn)電壓，第二場效應(yīng)器件的源極連接到該輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓測量裝置，其特征在于，所述電壓測量裝置包含一偏移電壓源，用于相對于第一場效應(yīng)器件的源極電壓偏移第一場效應(yīng)器件的柵極電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓測量裝置，其特征在于，所述電流測量裝置包含另一偏移電壓源，用于相對于第二場效應(yīng)器件的源極，偏移電流測量裝置的輸出電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求5到7中之一所述的電壓測量裝置，其特征在于，所述電壓測量裝置包含一耦合在第一效應(yīng)器件的漏極端和第二場效應(yīng)器件的源極端之間的柵地陰地場效應(yīng)器件，該柵地陰地場效應(yīng)器件的柵極耦合到一基準(zhǔn)電壓源。
9.一種電話終端，其包含根據(jù)權(quán)利要求1到4中之一所述的電流測量裝置。
全文摘要
一種電流測量裝置,其包含的電流檢測電阻(2)用于產(chǎn)生與需測量的電流成比例的電壓。利用MOS晶體管(4)測量該電壓,晶體管(4)的柵極端連接到電流檢測電阻(2)的第一端,其源極端連接到電流檢測電阻(2)的第二端。利用電流耦合器件(5)將MOS晶體管(4)的漏極電流耦合到另一MOS晶體管(10)的源極端,晶體管(10)的柵極和源極端互連。MOS晶體管(4)的漏極電流使得在另一MOS晶體管(10)上形成一與電流檢測電阻(2)中的電流成比例的電壓。只有在電流檢測電阻上形成的電壓超過MOS晶體管(4)的閾值電壓的條件下才會出現(xiàn)這種情況。通過引入偏移電壓源(6,8),只要MOS晶體管(4)導(dǎo)通對于所有電流值可以得到一與需測量的電流成比例的輸出電壓。
文檔編號G01R19/00GK1275203SQ99801322
公開日2000年11月29日 申請日期1999年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月9日
發(fā)明者王振華 申請人:皇家菲利浦電子有限公司