电流模式DC―DC转换器中高性能电流检测电路的分析与设计

电路没有采用运算放大器。偏置电流为基准产生恒温电流源，采用微安级电流。采用PNPQ1～PNPQ4和PMOS7～PMOS10共同组成的电流镜镜像偏置，减小沟道长度调制效应等各种失配对电路的影响，提高电流检测的精度。图3中的PMOS7～PMOS10的B端接PNP的基极，利用镜像管的衬底偏置效应增加电路的环路增益，同时降低了它们的阈值电压，在保证达到响应速度的前提下，提高检测电路的电流检测精度。P8的尾电流流入R3，在其上产生几十毫伏的压差连接到PWM比较器的负向输入端，防止整体电路启动时的误触发。R2连接的是功率管的地PGND2，R1连接的是PGND1。版图上，PGND1和PGND2是通过金属连接在一起的，都接功率管的GND，晶体管的设计版图如图4所示，但这两端的电位是有一定差异的。结合图4简要说明的是：由于功率管为开关型NL=DMOS，版图中采用的是叉指状直栅结构，其S端都要接GND。DC-DC转换器中的功率管具有很高的宽长比，因而面积很大，又指状的功率管S端的metal连接几乎贯穿芯片的两端。通过不同的金属将某一根接GND的叉指两端分别连接到R1和R2，由于叉指上有电流流过，两端会产生一定的压差，可以通过电流检测电路检测这两端的压差V0(约为几十毫伏)，进而进行放大，实现电流检测的功能。

电路的工作原理：设图3中流过P5和P6的电流分别为I1和Isense，R1=R2，P7～P10的宽长比相同，Q1～Q4的发射极面积相同，而且通过镜像偏置使流过N1和N2的两条支路的电流相等，都为IBIAS。N1和N2的宽长之比也相同，那么，由于反馈环路的作用，N1、N2的栅源电压相等，即Vgs1=Vgs2。P5和P6的宽长比也相等，所以I1=Isense。
根据KVL定律：

由式(3)可知，检测的电流主要由R1和V0决定。由于V0是对功率管源端上的长条形叉指进行采样，叉指可以等效于一个电阻，所以V0∝IL即Isense∝IL。
版图设计时应注意：电阻R1和R2选用相同类型的电阻，并应做好匹配性设计。功率管的GND与普通地分离，这样可以减少对电路中其他信号的干扰。连接R1、R2到功率地的金属线要做好信号隔离，以防止其他噪声信号的干扰。