專利名稱：輸出電流檢測(cè)電路以及發(fā)送電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率損失少的輸出電流檢測(cè)電路，尤其涉及難以受到電源電壓變化或 溫度變化的影響的輸出電流檢測(cè)電路以及具備該輸出電流檢測(cè)電路的發(fā)送電路。
背景技術(shù)：
作為家電設(shè)備間的通信標(biāo)準(zhǔn)有HBS (Home Bus System)。在HBS中，作為傳輸 路徑而使用雙絞線(twisted-pair)，在該傳輸路徑上的數(shù)字信號(hào)的傳輸中，有使用被 AMI (Alternate Mark Inversion)編碼后的信號(hào)(以下稱為AMI信號(hào))的傳輸。AMI信號(hào) 由零、正、負(fù)的三值構(gòu)成，在使用該信號(hào)的通信中，通過用零表示邏輯“0”，交替改變極性地 表示邏輯“1”來傳輸數(shù)據(jù)。由此，傳輸波形接近交流信號(hào)，具有抗噪音能力強(qiáng)，能夠進(jìn)行穩(wěn) 定的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。此外，邏輯“1”的極性是相對(duì)于邏輯“0”的電位為正和負(fù)的極性，邏 輯“0”的電位不限定于0V，例如也可以選擇5V等電位。以往，作為安裝在構(gòu)成應(yīng)用了 HBS的系統(tǒng)的設(shè)備中、負(fù)責(zé)設(shè)備間的通信功能的裝 置，提供了 HBS驅(qū)動(dòng)器/接收器IC(半導(dǎo)體集成電路)。在該IC中，除了判別傳輸線路上 的AMI信號(hào)的邏輯電平來對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行再生的接收電路以外，內(nèi)置了生成AMI信號(hào)來向 傳輸線路發(fā)送的發(fā)送電路，發(fā)送電路具備驅(qū)動(dòng)傳輸線路的輸出驅(qū)動(dòng)電路；根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù) 來控制輸出驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)送柵極控制電路。在此，輸出驅(qū)動(dòng)電路，為了可以驅(qū)動(dòng)有時(shí)達(dá)到數(shù) 十米以上的傳輸線路，使用可以流出大電流的功率晶體管(power transistor)作為輸出晶 體管。在應(yīng)用HBS的系統(tǒng)中，有時(shí)在1條傳輸路徑上連接數(shù)十臺(tái)設(shè)備。例如在大廈的空 調(diào)系統(tǒng)中，有時(shí)對(duì)于1臺(tái)或數(shù)臺(tái)室外機(jī)(壓縮機(jī)和散熱器)，經(jīng)由傳輸路徑連接數(shù)十臺(tái)室內(nèi) 機(jī)(膨脹器和熱交換器)，在各設(shè)備中分別安裝了 HBS驅(qū)動(dòng)器/接收器IC。在這樣的HBS 系統(tǒng)中，有時(shí)發(fā)生多個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器/接收器IC同時(shí)進(jìn)行發(fā)送的狀況。具體來說，有時(shí)當(dāng) 某個(gè)驅(qū)動(dòng)器/接收器IC的發(fā)送電路想要輸出正邏輯的信號(hào)時(shí)，其它驅(qū)動(dòng)器/接收器IC的 發(fā)送電路想要輸出負(fù)邏輯的信號(hào)。這這種情況下，在想要輸出正邏輯的信號(hào)的發(fā)送電路的輸出晶體管中流過非常大 的電流，有時(shí)輸出晶體管可能損壞。因此，最好內(nèi)置用于檢測(cè)在輸出驅(qū)動(dòng)電路中流過的電流 的電流檢測(cè)電路，當(dāng)電流檢測(cè)電路檢測(cè)出在輸出驅(qū)動(dòng)電路中流過了預(yù)定電流值以上的電流 時(shí)，發(fā)送柵極控制電路停止輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出動(dòng)作。因此，作為具有這樣的功能的發(fā)送電 路，本發(fā)明人考慮圖6所示的電路來進(jìn)行了研究。圖6所示的電路由以下各部構(gòu)成驅(qū)動(dòng)傳輸線路，輸出AMI編碼后的數(shù)據(jù)信號(hào)的輸 出驅(qū)動(dòng)電路11 ；根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)生成對(duì)輸出驅(qū)動(dòng)電路11的各晶體管Q1、Q2進(jìn)行導(dǎo)通、截止控 制的控制信號(hào)的柵極控制電路12 ；輸出電流檢測(cè)電路13，其具有比較在電源電壓端子VDD 和輸出晶體管Ql之間連接的電流檢測(cè)用的電阻Rs的電壓和參考電壓Vref，從而檢測(cè)是否 流過預(yù)定電流值以上的電流(過電流)的比較器。輸出驅(qū)動(dòng)電路11由在電源電壓端子VDD和接地電位點(diǎn)GND之間串聯(lián)連接的、由絕緣柵型電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下稱為MOS晶體管)構(gòu)成的P溝道型和N溝道型的功率MOS晶 體管Q1、Q2構(gòu)成。另外，輸出電流檢測(cè)電路13，當(dāng)輸出晶體管Ql中流過預(yù)定電流值以上的 電流，通過電流檢測(cè)用的電阻Rs降低后的電壓變得比參考電壓Vref低時(shí)，向柵極控制電路 12發(fā)送檢測(cè)信號(hào)，柵極控制電路12將輸出晶體管Q1、Q2同時(shí)控制成截止的狀態(tài)，防止流過 過電流。在圖6的輸出電流檢測(cè)電路中，在與輸出晶體管Ql串聯(lián)設(shè)置的電流檢測(cè)用的電阻 Rs(以下稱為傳感電阻)中流過比較大的電流，因此功率損失大、功率消耗增多，并且，當(dāng)由 于傳感電阻Rs中的發(fā)熱，芯片溫度上升而超過封裝允許溫度時(shí)，設(shè)備有可能損壞。在此，通 過使用低電阻的元件作為傳感電阻Rs也能夠減少功率損失，但在通過現(xiàn)在的工藝技術(shù)形 成輸出電流檢測(cè)電路的半導(dǎo)體芯片上難以得到高精度的低電阻元件，當(dāng)傳感電阻的電阻值 波動(dòng)時(shí)，在過電流檢測(cè)電平中產(chǎn)生波動(dòng)。另夕卜，在圖6的輸出電流檢測(cè)電路中，使用了與同一驅(qū)動(dòng)功率的N溝道型的MOS晶 體管相比元件尺寸大的P溝道型MOS晶體管作為輸出晶體管Ql，因此存在輸出電路的占用 面積以及芯片尺寸增大的問題。此外，作為與如下檢測(cè)電路相關(guān)的發(fā)明例如有在專利文獻(xiàn) 1或?qū)＠墨I(xiàn)2中記載的發(fā)明，該檢測(cè)電路是設(shè)有與流出大驅(qū)動(dòng)電流的輸出晶體管進(jìn)行了 電流鏡(current mirror)連接的電流檢測(cè)用的晶體管，能夠不導(dǎo)致大的功率損失地檢測(cè)過 電流的檢測(cè)電路。專利文獻(xiàn)1日本特開平5-315852號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2007-195007號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是著眼于上述問題而提出的發(fā)明，其目的在于提供可以抑制傳感電阻中的 功率損失來抑制芯片溫度的上升的輸出電流檢測(cè)電路以及具備該輸出電流檢測(cè)電路的發(fā) 送電路。本發(fā)明的另一目的是提供能夠減小輸出電路的占用面積以及芯片尺寸的半導(dǎo)體 集成電路化的輸出電流檢測(cè)電路以及具備該輸出電流檢測(cè)電路的發(fā)送電路。本發(fā)明的又一目的是提供電源電壓依存性以及溫度依存性低的輸出電流檢測(cè)電 路、以及具備該輸出電流檢測(cè)電路的發(fā)送電路。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第一方式的輸出電流檢測(cè)電路，具備輸出電路，其 具有在電源電壓端子和輸出端子之間連接的輸出晶體管；電流檢測(cè)用的晶體管，其具有比 所述輸出晶體管的尺寸小的尺寸，在其控制端子上施加與在所述輸出晶體管的控制端子上 施加的電壓相同的電壓，流過與上述尺寸對(duì)應(yīng)的電流；第一電阻元件，其以串聯(lián)形態(tài)與所述 電流檢測(cè)用的晶體管連接；比較電路，其比較通過所述第一電阻元件變換后的電壓和預(yù)定 的參考電壓，判定在所述輸出晶體管中流過的電流的大??；以及產(chǎn)生所述參考電壓的參考 電壓產(chǎn)生電路，所述參考電壓產(chǎn)生電路，具備流出恒定電流的恒流電路、和一個(gè)端子與所述 電源電壓端子連接的第二電阻元件，通過所述恒流電路生成的恒定電流流過所述第二電阻 元件而被變換為電壓，由此，產(chǎn)生以所述電源電壓端子的電源電壓為基準(zhǔn)的參考電壓。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)把電流檢測(cè)用的晶體管的尺寸設(shè)定為輸出晶體管的尺寸的1/N 時(shí)，僅使與輸出晶體管中流過的電流的1/N的大小的電流流過作為與電流檢測(cè)用的晶體管串聯(lián)的傳感電阻的第一電阻元件，就可以檢測(cè)輸出電流值，可以大幅度地降低傳感電阻中 的功率損失。另外，產(chǎn)生以電源電壓為基準(zhǔn)的參考電壓，因此，即使電源電壓變化，相對(duì)的判 定電平也不變化，可以使比較電路中的判定精度提高。在此，理想的情況是，所述輸出晶體管以及所述電流檢測(cè)用的晶體管由N溝道型 的電場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成。由此，與通過P溝道型MOS晶體管構(gòu)成輸出晶體管的情況相比，可 以減小元件的尺寸以及芯片面積。另外，理想的情況是，在所述恒流電路和所述第二電阻元件之間連接了第一 MOS 晶體管，在該第一 MOS晶體管的柵極端子上施加了與在所述電流檢測(cè)用的晶體管的柵極端 子上施加的電壓相同的電壓。由此，在由于電源電壓的變化，電流檢測(cè)用的MOS晶體管的漏 源間電壓變化，漏極電流(檢測(cè)電流)變化的情況下，在柵極上施加了與電流檢測(cè)用的MOS 晶體管的柵極電壓相同的電壓的第一 MOS晶體管的漏源間電壓同樣地變化，可以使漏極電 流的變化成為相同特性，可以減小在第二電阻元件中流過的電流、以及參考電壓的變化。而且，理想的情況是，所述恒流電路由以下各部構(gòu)成與所述第二電阻元件以及所 述第一MOS晶體管串聯(lián)連接的第二MOS晶體管；與恒流源以及所述電源電壓端子連接、并流 出與所述恒流源的電流成比例的電流的電流鏡電路；以及將通過所述電流鏡電路被復(fù)制的 電流變換為電壓，生成在所述第二 MOS晶體管的柵極端子上施加的偏置電壓的電流-電壓 變換電路。由此，通過電流鏡電路將恒流源的電流返回，然后變換成電壓，生成在第二 MOS 晶體管的柵極端子上施加的偏置電壓，因此，可以使不依存于電源電壓的變化的穩(wěn)定的電 流流過第二電阻元件，可以抑制參考電壓的變化。另外，理想的情況是，所述恒流源具備在第一輸入端子上施加了不具有溫度特性 的基準(zhǔn)電壓的運(yùn)算放大器、在所述電流鏡電路的復(fù)制源的晶體管和恒定電位點(diǎn)之間串聯(lián)連 接的第三MOS晶體管、以及第三電阻元件，在所述第三MOS晶體管的柵極端子上施加所述運(yùn) 算放大器的輸出電壓，所述第三MOS晶體管和第三電阻元件的連接節(jié)點(diǎn)的電位被反饋到所 述運(yùn)算放大器的第二輸入端子。由此，恒流源具備運(yùn)算放大器、在電流鏡電路的轉(zhuǎn)寫源的晶 體管和恒定電位點(diǎn)之間串聯(lián)連接的第三MOS晶體管、以及第三電阻元件，因此，通過適當(dāng)選 擇第三電阻元件的特性，可以消除作為向比較電路提供的電流檢測(cè)電平的參考電壓的溫度 特性，或者可以賦予希望的溫度特性，由此能夠相對(duì)于溫度變化進(jìn)行穩(wěn)定的過電流檢測(cè)。而且，理想的情況是，所述第一電阻元件和所述第二電阻元件是同一種類的電阻， 所述電流檢測(cè)用的晶體管和所述第一 MOS晶體管被設(shè)定成當(dāng)通過所述比較電路檢測(cè)出過 電流狀態(tài)時(shí)流過同一電流密度的電流。由此，可以使不依存于電源電壓的變化的更穩(wěn)定的 電流流過第二電阻元件，可以抑制參考電壓的變化。另外，本申請(qǐng)的另一發(fā)明所涉及的發(fā)送電路具備輸出電路，其具有以串聯(lián)形態(tài)在 電源電壓端子和恒定電位點(diǎn)之間連接的第一輸出晶體管以及第二輸出晶體管；柵極控制電 路，其生成對(duì)所述第一輸出晶體管以及第二輸出晶體管的控制端子供給的、被AMI編碼后 的一對(duì)控制信號(hào)；電流檢測(cè)用的晶體管，其具有比所述輸出晶體管的尺寸小的尺寸，在其控 制端子上施加與在所述輸出晶體管的控制端子上施加的電壓相同的電壓，流過與上述尺寸 對(duì)應(yīng)的電流；以串聯(lián)形態(tài)與所述電流檢測(cè)用的晶體管連接的第一電阻元件；比較電路，其 比較通過所述第一電阻元件變換后的電壓和預(yù)定的參考電壓，判定在所述輸出晶體管中流 過的電流的大小；以及產(chǎn)生所述參考電壓的參考電壓產(chǎn)生電路，所述參考電壓產(chǎn)生電路，具備流出恒定電流的恒流電路、和一個(gè)端子與所述電源電壓端子連接的第二電阻元件，通過 所述恒流電路生成的恒定電流流過所述第二電阻元件被變換成電壓，由此，產(chǎn)生以在所述 電源電壓端子上施加的電源電壓為基準(zhǔn)的參考電壓，所述比較電路的輸出被供給到所述柵 極控制電路，所述柵極控制電路生成當(dāng)所述輸出晶體管中流過的電流超過預(yù)定的電流值時(shí) 使所述第一輸出晶體管以及第二輸出晶體管同時(shí)成為截止?fàn)顟B(tài)的控制信號(hào)。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可以減小在傳感電阻中流過的電流，來大幅度地減小傳感電阻中 的功率損失，并且，通過在輸出晶體管中流過預(yù)定以上的電流時(shí)檢測(cè)出該電流然后將輸出 晶體管截止，可以防止輸出晶體管由于過電流而損壞。另外，由于產(chǎn)生以電源電壓為基準(zhǔn)的 參考電壓，因此，即使電源電壓變化，相對(duì)的判定電平也不變化，可以使比較電路中的判定 精度提高。根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)能夠抑制傳感電阻中的功率損失來抑制芯片溫度的上升的 輸出電流檢測(cè)電路以及具備該輸出電流檢測(cè)電路的發(fā)送電路。另外，可以實(shí)現(xiàn)能夠減小輸 出電路的占用面積以及芯片尺寸的半導(dǎo)體集成電路化的輸出電流檢測(cè)電路以及具備該輸 出電流檢測(cè)電路的發(fā)送電路。而且，具有可以實(shí)現(xiàn)電源電壓依存性以及溫度依存性低的輸 出電流檢測(cè)電路以及具備該輸出電流檢測(cè)電路的發(fā)送電路的效果。


圖1是表示將本發(fā)明應(yīng)用于內(nèi)置在HBS驅(qū)動(dòng)器/接收器IC中的發(fā)送電路的情況 下的第一實(shí)施方式的電路圖。圖2是表示應(yīng)用了本發(fā)明的發(fā)送電路的第二實(shí)施方式的電路圖。圖3是表示第二實(shí)施方式的發(fā)送電路的第一變形例的電路圖。圖4是表示第二實(shí)施方式的發(fā)送電路的第二變形例的電路圖。圖5是表示本發(fā)明人對(duì)使用進(jìn)行研究后得到的封裝溫度和允許消耗功率的關(guān)系 的特性圖。圖6是表示在本發(fā)明之前研究而得的HBS驅(qū)動(dòng)器/接收器IC中內(nèi)置的發(fā)送電路 的結(jié)構(gòu)的電路圖。符號(hào)說明11輸出驅(qū)動(dòng)電路、12柵極控制電路、13輸出電流檢測(cè)電路、14參考電壓產(chǎn)生電路、41恒流源電路、42電流鏡電路、43電流-電壓變換電路、Rs傳感電阻(第一電阻元件)、CMP比較器、AMP運(yùn)算放大器
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。圖1中表示在構(gòu)成應(yīng)用了 HBSOtome Bus System)的系統(tǒng)的設(shè)備中安裝的、負(fù)責(zé)設(shè) 備間的通信功能的HBS驅(qū)動(dòng)器/接收器IC中內(nèi)置的發(fā)送電路的第一實(shí)施方式。圖1中表 示了驅(qū)動(dòng)雙絞線中的一條線的一方電路，在實(shí)際的IC發(fā)送電路中，為了輸出被AMI編碼后 的極性不同的信號(hào)，又設(shè)置了一個(gè)圖1那樣的電路。本實(shí)施方式的發(fā)送電路具備具有在電源電壓端子VDD和接地電位點(diǎn)GND之間串聯(lián)連接的輸出晶體管Ql以及Q2，作為驅(qū)動(dòng)傳輸線路來輸出AMI編碼后的數(shù)據(jù)信號(hào)的推挽型 的輸出電路的輸出驅(qū)動(dòng)電路11 ；根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)生成對(duì)輸出驅(qū)動(dòng)電路11的各晶體管Ql、Q2 進(jìn)行導(dǎo)通、截止控制的控制信號(hào)S1、S2的柵極控制電路12 ；根據(jù)參考電壓Vref檢測(cè)是否在 輸出驅(qū)動(dòng)電路11中流過預(yù)定電流值以上的電流(過電流)的輸出電流檢測(cè)電路13;以及 產(chǎn)生上述參考電壓Vref的參考電壓產(chǎn)生電路14。在輸出晶體管Ql和Q2的連接節(jié)點(diǎn)上連 接與構(gòu)成傳輸線路的信號(hào)線連接的輸出端子OUT。雖不特別限定，但在上述輸出驅(qū)動(dòng)電路11中，作為輸出晶體管Ql以及Q2使用了 N 溝道型功率MOS晶體管。比較通過目前的CMOS制造工藝形成的P溝道MOS晶體管和N溝 道晶體管時(shí)可知，在相同尺寸的情況下，與P溝道MOS晶體管相比，N溝道晶體管的電流驅(qū) 動(dòng)力約為3倍大。因此，如上所述，通過在輸出驅(qū)動(dòng)電路11的輸出晶體管Ql中使用N溝道型功率 MOS晶體管，與通過P溝道型功率MOS晶體管實(shí)現(xiàn)相同的電流驅(qū)動(dòng)力的情況相比，可以減小 元件的尺寸以及IC的芯片面積。如本實(shí)施方式這樣，在輸出晶體管Ql中使用N溝道型MOS 晶體管的情況下，為了在使Ql導(dǎo)通時(shí)充分減小導(dǎo)通電阻，優(yōu)選設(shè)置升壓型(boost)電路，對(duì) 驅(qū)動(dòng)Ql的柵極端子的前級(jí)的逆變器(inverter) INVUINV2的電源電壓端子供給對(duì)IC的電 源電壓VDD升壓后的電壓Vp。輸出電流檢測(cè)電路13具備在柵極端子上施加了與VDD側(cè)的輸出晶體管Ql的柵 極電壓相同的電壓，通過將源極端子與Ql的源極端子進(jìn)行公共連接與Ql構(gòu)成電流鏡那樣 連接的MOS晶體管Q3 ；以及與Q3串聯(lián)連接的電流檢測(cè)用的傳感電阻Rs ；作為比較該傳感 電阻Rs和Q3的連接節(jié)點(diǎn)m的電壓Vl和參考電壓Vref來判定大小的比較電路的比較器 CMP。并且，該輸出電流檢測(cè)電路13中，當(dāng)輸出晶體管Ql中流過預(yù)定電流值以上的電 流，通過電流檢測(cè)用的電阻Rs降低后電壓Vl變得比參考電壓Vref低時(shí)，比較器CMP的輸 出(檢測(cè)信號(hào))從低電平變化為高電平。柵極控制電路12，當(dāng)檢測(cè)信號(hào)變化為高電平時(shí)，向 輸出驅(qū)動(dòng)電路11輸出使輸出晶體管Ql、Q2 —起成為截止的狀態(tài)的控制信號(hào)Si、S2。在該實(shí)施方式中設(shè)計(jì)成，輸出電流檢測(cè)電路13的MOS晶體管Q3的尺寸(柵極寬 度W或W/L)達(dá)到輸出晶體管Ql的尺寸(柵極寬度W或W/L)的1/N的大小。L是柵極長(zhǎng) 度。由此，僅通過使流過輸出晶體管Ql的電流的1/N的大小的電流流過MOS晶體管Q3以 及與其串聯(lián)的傳感電阻Rs，就可以檢測(cè)輸出電流值，如圖6所示，和與輸出晶體管Ql串聯(lián) 地連接傳感電阻Rs時(shí)相比，可以大幅度減小傳感電阻Rs中的功率損失。結(jié)果，可以抑制芯 片溫度的上升，可以防止芯片溫度超過封裝允許溫度而損壞設(shè)備。N例如考慮“10”那樣的 值，但也可以是其以上的值。參考電壓產(chǎn)生電路14由在電源電壓端子VDD和接地電位點(diǎn)GND之間以串聯(lián)形 態(tài)連接的電阻R1、以及將柵極和源極連接的所謂二極管連接的MOS晶體管Q4、與Q4進(jìn)行了 電流鏡連接的恒定電流用MOS晶體管Q5、以及在Q5的漏極端子和電源電壓端子VDD之間 以串聯(lián)形態(tài)連接的電流-電壓變換用的電阻R2構(gòu)成。此外，電阻Rl以及MOS晶體管Q4可 以視為提供以恒定電壓驅(qū)動(dòng)恒定電流用MOS晶體管Q5的柵極端子的偏置電壓Vb的偏置電 路。并且，通過該偏置電路和流過與該偏置電路中生成的偏置電壓Vb對(duì)應(yīng)的電流的恒定電 流用MOS晶體管Q5構(gòu)成恒流電路。
在該實(shí)施方式的參考電壓產(chǎn)生電路14中，通過使恒定電流用MOS晶體管Q5的恒 定電流流過電阻R2來變換為電壓，產(chǎn)生以電源電壓VDD為基準(zhǔn)的參考電壓Vref。因此，可 以使輸出電流檢測(cè)電路13的比較器CMP的判定精度提高。其理由是，當(dāng)電源電壓VDD變化 時(shí)，傳感電阻Rs和MOS晶體管Q3的連接節(jié)點(diǎn)附的電位Vl變化，但參考電壓Vref也對(duì)應(yīng) 于電源電壓的變化而變化，由此可以與電源電壓VDD的變化無(wú)關(guān)地將相對(duì)的判定電平大體 保持恒定。然而，上述實(shí)施方式(圖1)的參考電壓產(chǎn)生電路14存在沒有充分改善電源電壓 依存性以及溫度依存性的不足。以下對(duì)其理由進(jìn)行說明。即，圖1的參考電壓產(chǎn)生電路14 具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元件數(shù)量也少的優(yōu)點(diǎn)，卻是當(dāng)電源電壓VDD變化時(shí)，電阻R1、M0S晶體管 Q4中流過的電流Irefl變化的結(jié)構(gòu)，因此具有由于電源電壓VDD的變化，電阻R2-M0S晶體 管Q5中流過的電流Iref2以及參考電壓Vref也變化的不足。另外，在圖1的參考電壓產(chǎn)生電路14中，輸出電流檢測(cè)電路13的MOS晶體管Q3 的偏置狀態(tài)和MOS晶體管Q5的偏置狀態(tài)不同，因此例如即使將Q3和Q5設(shè)計(jì)成相同尺寸， 由于Q3和Q5的漏源間電壓VDS的不同，Q3和Q5的阻抗也不同，具有由于電源電壓的變化， Q3的電流Is和Q5的電流Iref2中產(chǎn)生不同的電流變化的不足。而且，圖1的參考電壓產(chǎn) 生電路14中，參考電壓Vref根據(jù)電流-電壓變換用的電阻R2的溫度系數(shù)以及Q5的電流 Iref2的溫度特性變化，即Vref具有溫度依存性，具有比較器的過電流判定電平由于溫度 變化而變化的不足。接著，說明具備改善了電源電壓依存性以及溫度依存性的參考電壓產(chǎn)生電路的發(fā) 送電路的第二實(shí)施方式。圖2表示第二實(shí)施方式的發(fā)送電路。在該實(shí)施方式中，在通過電壓下降而產(chǎn)生參 考電壓Vref的電阻R2和生成在該電阻R2中流過的電流Iref2的MOS晶體管Q5之間串聯(lián) 連接了 MOS晶體管Q6，在該MOS晶體管Q6的柵極上施加了與輸出電流檢測(cè)電路13的MOS 晶體管Q3的柵極電壓相同的電壓。另外，參考電壓產(chǎn)生電路14具備具有在同相輸入端子上連接了不具有溫度特性 的基準(zhǔn)電壓源Vz的運(yùn)算放大器AMP的恒流源電路41 ；流過與通過該恒流源電路41而流過 的恒定電流成比例的恒定電流的串接型(cascode)的電流鏡電路42 ；作為把從該電流鏡電 路42輸出的電流變換為電壓來生成所述MOS晶體管Q5的柵極偏置電壓Vb的電流-電壓 變換電路43的MOS晶體管Q4。通過上述恒流源電路41、電流鏡電路42和電流-電壓變換 電路43構(gòu)成作為偏置電路的恒壓電路。電流鏡電路42由進(jìn)行了柵極公共連接的一對(duì)P溝道型的MOS晶體管Q7、Q8構(gòu)成。 恒流源電路41由以下各部構(gòu)成在同相輸入端子上連接了不具有溫度特性的基準(zhǔn)電壓源 Vz的運(yùn)算放大器AMP ；與電流鏡電路42的MOS晶體管Q7串聯(lián)連接，在柵極端子上施加了運(yùn) 算放大器AMP的輸出的N溝道型的MOS晶體管Qll ；在該Qll的源極端子和接地點(diǎn)之間連 接的電阻R3。該恒流源電路41通過將Qll和電阻R3的連接節(jié)點(diǎn)N3的電位V3反饋到運(yùn)算 放大器AMP的反相輸入端子，運(yùn)算放大器AMP使節(jié)點(diǎn)N3的電位與基準(zhǔn)電壓Vz —致地來驅(qū) 動(dòng)MOS晶體管Qll。結(jié)果，在MOS晶體管Ql 1中與電源電壓無(wú)關(guān)地流過恒定的集電極電流，運(yùn)算放大器 AMP、晶體管Qll和電阻R3作為恒流源而工作。該恒流源電路41中生成的恒定電流通過電流鏡電路42返回，在由進(jìn)行了二極管連接的MOS晶體管Q4形成的電流-電壓變換電路43 中生成偏置電壓Vb，因此，可以生成電源電壓依存性低的偏置電壓，結(jié)果，可以減小電阻R2 中流過的電流Iref2以及參考電壓Vref的電源電壓依存性。此外，電流鏡電路42可以設(shè) 為與進(jìn)行了柵極公共連接的一對(duì)P溝道型MOS晶體管Q7、Q8串聯(lián)地連接了同樣進(jìn)行了柵極 公共連接的一對(duì)P溝道型MOS晶體管的、所謂的串接型的電流鏡電路。而且，在圖2的發(fā)送電路中設(shè)計(jì)成，在電阻R2和MOS晶體管Q5之間連接了 MOS晶 體管Q6，該MOS晶體管Q6在柵極上施加了與電流檢測(cè)用的MOS晶體管Q3的柵極電壓相同 的電壓，在檢測(cè)出過電流時(shí)Q3和Q6的電流密度變得相同。由此具有以下優(yōu)點(diǎn)相對(duì)于Q3 的漏源間電壓VDS的變化引起的電流Is的變化，可以使Q6的漏源間電壓VDS的變化引起 的電流Iref2的變化具有相同的特性，相對(duì)于電源電壓變化可以減小電流Iref2的變化以 及參考電壓Vref的變化。但是，在圖2的發(fā)送電路中生成參考電壓Vref的電阻R2具有溫度系數(shù)，因此參考 電壓Vref有可能根據(jù)溫度變化而變化。具體來說，在把輸出電流檢測(cè)電路13的電阻Rs中 流過的電流設(shè)為Is時(shí)，電阻Rs和電流檢測(cè)用MOS晶體管Q3的連接節(jié)點(diǎn)m的電位Vl通過 Vl = Is*Rs來表達(dá)，參考電壓Vref通過Vref = Iref2*R2來表達(dá)。在此，電流Is是與輸出 電流Iout成比例的電流，因此不具有溫度依存性，因此，若在Rs和R2中使用通過相同工藝 形成的同一種類(相同溫度系數(shù))的電阻元件，則參考電壓Vref具有僅通過在電阻R2中 流過的電流Iref2的溫度系數(shù)而決定的溫度依存性。另一方面，電流Iref2的溫度系數(shù)依存于偏置電路的電流Irefl的溫度系數(shù)，電流 Irefl通過Irefl = Vz/R3來表達(dá)，因此，電流Iref2的溫度系數(shù)依存于電阻R3的溫度系 數(shù)。因此，通過在偏置電路內(nèi)實(shí)施抵消電阻R3的溫度系數(shù)的措施，可以消除參考電壓Vref 的溫度依存性。但是，有時(shí)要求根據(jù)使用的半導(dǎo)體封裝的性質(zhì)(Pd值=允許損失)使過電流檢測(cè) 電平具有負(fù)的溫度特性，即芯片溫度越高，越要降低過電流檢測(cè)電平(參考電壓)。例如本 發(fā)明人研究了使用的封裝如圖5所示，溫度越高，所允許的消耗功率越低。因此，在使用這 樣的封裝的驅(qū)動(dòng)器/接收器IC的發(fā)送電路的電流檢測(cè)電路中，隨著溫度升高降低過電流檢 測(cè)電平，這提高了安全性。因此，判斷出優(yōu)選使參考電壓Vref、即在電阻R2中流過的電流 Iref2具有負(fù)的溫度特性。接著，說明在圖2的參考電壓產(chǎn)生電路中，可以任意地設(shè)定電流Iref 2的溫度系數(shù) 的變形例。圖3的電路，在圖2的參考電壓產(chǎn)生電路14中，作為電流鏡電路42，使用與進(jìn)行了 柵極公共連接的一對(duì)P溝道型MOS晶體管Q7、Q8串聯(lián)地連接同樣進(jìn)行了柵極公共連接的一 對(duì)P溝道型MOS晶體管Q9、QlO的、所謂的串接型的電流鏡電路，并且追加了與構(gòu)成恒流源 電路41的電阻R3串聯(lián)連接的電阻R3a。在該電路中，通過使用串接型的電流鏡電路可以改善電流Irefl、Iref2的電源電 壓依存性，并且，作為電阻R3使用具有正的溫度系數(shù)的電阻，作為所追加的電阻R3a使用具 有負(fù)的溫度系數(shù)的電阻，由此，兩個(gè)電阻的溫度特性抵消，可以使電流Irefl以及Iref2的 溫度系數(shù)成為“0”。另外，當(dāng)想要使電流Irefl、Iref2具有負(fù)的溫度系數(shù)時(shí)，刪除具有正的 溫度系數(shù)的電阻R3，僅連接具有負(fù)的溫度系數(shù)的電阻R3a那樣來設(shè)計(jì)即可。
當(dāng)想要使電流Irefl的溫度系數(shù)為“0”時(shí)，代替作為與電阻R3串聯(lián)連接的電阻3a 具有負(fù)的溫度系數(shù)，把恒流源電路41全體變更為例如通過雙極性晶體管具有的基極發(fā)射 極間電壓VBE的負(fù)的溫度特性使電阻元件的正的溫度特性抵消那樣來構(gòu)成的恒流源電路， 由此，也可以使電流Irefl以及Iref2不具有溫度特性。在圖4中表示了輸出電流檢測(cè)電路的第二變形例。圖4的電路，在圖2的參考電壓產(chǎn)生電路41中，作為電流-電壓變換電路43、以及 接收來自該電流-電壓變換電路43的偏置電壓而流過恒定電流的恒流電路，使用了縱向?qū)?疊了把柵極公共連接的MOS晶體管對(duì)而得到的串接型的電流鏡電路0ai、Q12;Q4、Q5)。通 過形成這種結(jié)構(gòu)的電路，可以改善電流Iref2的電壓特性，即進(jìn)一步降低電源電壓依存性。以上，根據(jù)實(shí)施例具體說明了本發(fā)明人提出的發(fā)明，但本發(fā)明不限定于所述實(shí)施 例。例如，作為在所述實(shí)施例中使用的比較器CMP，可以使用具有滯后特性的比較器。另外，在所述實(shí)施例中，與輸出晶體管中電源電壓VDD側(cè)的晶體管Ql并聯(lián)地設(shè)置 了傳感電阻Rs以及電流檢測(cè)用的晶體管Q3，但是也可以與接地電位側(cè)的晶體管Q2并聯(lián)地 設(shè)置傳感電阻Rs以及電流檢測(cè)用的晶體管Q3。并且，在這種情況下，在參考電壓產(chǎn)生電路 14中可以產(chǎn)生以接地電位為基準(zhǔn)的參考電壓Vref。而且，在以上的說明中，主要說明將本發(fā)明人提出的發(fā)明應(yīng)用于作為其背景的利 用領(lǐng)域、即HBS驅(qū)動(dòng)器/接收器IC中內(nèi)置的發(fā)送電路中所使用的輸出電流檢測(cè)電路的情 況，但是，本發(fā)明可以廣泛用于對(duì)負(fù)載進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)的輸出電路中的輸出電流檢測(cè)電路。
權(quán)利要求
1. 一種輸出電流檢測(cè)電路，其特征在于， 具備輸出電路，其具有在電源電壓端子和輸出端子之間連接的輸出晶體管； 電流檢測(cè)用的晶體管，其具有比所述輸出晶體管的尺寸小的尺寸，在其控制端子上施 加與在所述輸出晶體管的控制端子上施加的電壓相同的電壓，流過與上述尺寸對(duì)應(yīng)的電 流；第一電阻元件，其以串聯(lián)形態(tài)與所述電流檢測(cè)用的晶體管連接； 比較電路，其比較通過所述第一電阻元件變換后的電壓和預(yù)定的參考電壓，判定在所 述輸出晶體管中流過的電流的大小；以及 產(chǎn)生所述參考電壓的參考電壓產(chǎn)生電路，所述參考電壓產(chǎn)生電路，具備流出恒定電流的恒流電路、和一個(gè)端子與所述電源電壓 端子連接的第二電阻元件，通過所述恒流電路生成的恒定電流流過所述第二電阻元件而被 變換為電壓，由此，產(chǎn)生以所述電源電壓端子的電源電壓為基準(zhǔn)的參考電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸出電流檢測(cè)電路，其特征在于，所述輸出晶體管以及所述電流檢測(cè)用的晶體管由N溝道型的電場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸出電流檢測(cè)電路，其特征在于，在所述恒流電路和所述第二電阻元件之間連接了第一 MOS晶體管，在該第一 MOS晶體 管的柵極端子上施加了與在所述電流檢測(cè)用的晶體管的柵極端子上施加的電壓相同的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輸出電流檢測(cè)電路，其特征在于， 所述恒流電路由以下各部構(gòu)成與所述第二電阻元件以及所述第一 MOS晶體管串聯(lián)連接的第二 MOS晶體管； 與恒流源以及所述電源電壓端子連接、并流出與所述恒流源的電流成比例的電流的電 流鏡電路；以及將通過所述電流鏡電路被復(fù)制的電流變換為電壓，生成在所述第二 MOS晶體管的柵極 端子上施加的偏置電壓的電流-電壓變換電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輸出電流檢測(cè)電路，其特征在于，所述恒流源具備在第一輸入端子上施加了不具有溫度特性的基準(zhǔn)電壓的運(yùn)算放大 器、在所述電流鏡電路的復(fù)制源的晶體管和恒定電位點(diǎn)之間串聯(lián)連接的第三MOS晶體管、 以及第三電阻元件，在所述第三MOS晶體管的柵極端子上施加所述運(yùn)算放大器的輸出電壓，所述第三MOS 晶體管和第三電阻元件的連接節(jié)點(diǎn)的電位被反饋到所述運(yùn)算放大器的第二輸入端子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輸出電流檢測(cè)電路，其特征在于， 所述第一電阻元件和所述第二電阻元件是同一種類的電阻，所述電流檢測(cè)用的晶體管和所述第一 MOS晶體管被設(shè)定成當(dāng)通過所述比較電路檢測(cè) 出過電流狀態(tài)時(shí)流過同一電流密度的電流。
7.—種發(fā)送電路，其特征在于， 具備輸出電路，其具有以串聯(lián)形態(tài)在電源電壓端子和恒定電位點(diǎn)之間連接的第一輸出晶體管以及第二輸出晶體管；柵極控制電路，其生成對(duì)所述第一輸出晶體管以及第二輸出晶體管的控制端子供給 的、被AMI編碼后的一對(duì)控制信號(hào)；電流檢測(cè)用的晶體管，其具有比所述輸出晶體管的尺寸小的尺寸，在其控制端子上施 加與在所述輸出晶體管的控制端子上施加的電壓相同的電壓，流過與上述尺寸對(duì)應(yīng)的電 流；以串聯(lián)形態(tài)與所述電流檢測(cè)用的晶體管連接的第一電阻元件； 比較電路，其比較通過所述第一電阻元件變換后的電壓和預(yù)定的參考電壓，判定在所 述輸出晶體管中流過的電流的大?。灰约?產(chǎn)生所述參考電壓的參考電壓產(chǎn)生電路，所述參考電壓產(chǎn)生電路，具備流出恒定電流的恒流電路、和一個(gè)端子與所述電源電壓 端子連接的第二電阻元件，通過所述恒流電路生成的恒定電流流過所述第二電阻元件被變 換成電壓，由此，產(chǎn)生以在所述電源電壓端子上施加的電源電壓為基準(zhǔn)的參考電壓，所述比較電路的輸出被供給到所述柵極控制電路，所述柵極控制電路生成當(dāng)所述輸出 晶體管中流過的電流超過預(yù)定的電流值時(shí)使所述第一輸出晶體管以及第二輸出晶體管同 時(shí)成為截止?fàn)顟B(tài)的控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供可以抑制傳感電阻中的功率損失來抑制芯片溫度的上升的輸出電流檢測(cè)電路以及具備該輸出電流檢測(cè)電路的發(fā)送電路。所述輸出電流檢測(cè)電路具備具有比輸出晶體管(Q1)的尺寸小的尺寸，被施加了與輸出晶體管的控制電壓相同的電壓的電流檢測(cè)用的晶體管(Q3)；以串聯(lián)形態(tài)與電流檢測(cè)用的晶體管連接的電阻(Rs)；比較通過傳感電阻變換而得的電壓和參考電壓，判定在輸出晶體管中流過的電流的大小的比較電路(CMP)；和參考電壓產(chǎn)生電路(14)，參考電壓產(chǎn)生電路具備流出恒定電流的恒流電路(Q5、14)、和將一個(gè)端子與電源電壓端子連接的電阻元件(R2)，通過恒流電路生成的恒定電流流過該電阻元件被變換成電壓，由此產(chǎn)生以電源電壓為基準(zhǔn)的參考電壓。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102064692SQ20101054868
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者后藤卓史, 大原智光 申請(qǐng)人:三美電機(jī)株式會(huì)社