微電流檢測電路、微電流切換電路的製作方法
2023-05-26 08:08:41
專利名稱：：微電流檢測電路、微電流切換電路的製作方法
技術領域：
：本發明涉及通信電子
技術領域：
，尤其涉及一種能夠檢測mA級電流的微電濟b檢測電^各、樣i電濟u切:換電路。
背景技術：
：微電流檢測始終是通信電子行業的一大難題，目前主要應用於電源轉換、鬥呆護電路、電'池充力文電等方面。電流;險測的方法有兩種一種是有損耗的，另一種是無損耗的。無損耗的電流檢測一般採用霍爾傳感器，霍爾傳感器的成本較高、電路複雜，因此這種方案基本很少被採用。有損耗的電流;險測最常見，如圖1所示。電流檢測電路具體包括採樣電阻11、0.8V的基準電壓源12及比較器13。在電流流經的通路上串聯一個採樣電阻11;根據歐姆定律，有電流流過時採樣電阻11上產生一定的壓降；比較器13將產生的壓降與基準電壓源12進行對比，根據比對結果即可獲知採樣的電流是否超過一定的電流值。現有技術存在的缺陷在於，由於基準電壓源無法做到mV級，所檢測的電流都是安培級別的，即不能做到毫安培(mA)級的檢測。
發明內容本發明的目的在於提出一種微電流檢測電路，以實現對mA級電流的檢測。本發明的目的還在於提出一種微電流切換電路，以根據對mA級電流的檢測實現電路切換。為實現上述第一目的，本發明提供了一種微電流檢測電路，包括採樣電阻，所述釆樣電阻的一端與識別電i各及被檢測電路的檢測端連接，所述採樣電阻的另一端與電源及箝位電路連接；所述識別電路與所述箝位電路連接；所述識別電路及箝位電路均包括三極體；所述識別電路與箝位電路中的三極體型號相同；所述箝位電路中三極體的發射極偏置電壓=電源電壓-箝位電壓，識別電路中三極體的發射極偏置電壓=4企測端電壓-箝位電壓；所述箝位電壓為所迷識別電路與箝位電路連接點處的電壓。本方案微電流檢測電路中，箝位電路為識別電路提供標準電壓，根據識別電路中三極體的集電極電壓獲知通過採樣電阻的電流。由於識別電路中採用三極體，且其發射極偏置電壓=檢測端電壓-箝位電壓；在箝位電壓保持不變的情況下，檢測端電壓的變化是識別電路中三極體導通的主導因素，而三極體在壓降O.2V左右範圍能夠保持導通，從而使得識別電路能夠識別0.2V左右的電壓，微電流檢測電路能夠檢測採樣電阻中流過的mA級電流。為實現上述第二目的，本發明提供了一種包括上述技術方案中微電流檢測電路的微電流切換電路，所述微電流檢測電路連接有切換電路。本方案中，微電流檢測電路根據檢測電流結果控制切換電路，使得微電流切換電路實現了電路切換。並且，由於微電流檢測電路檢測的電流為mA級，使得微電流切換電路具有高靈敏度、高噪聲容限能力、高可生產性、低損耗等優點，可靠性大大超越通常的邏輯判斷電路。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。圖1為現有技術中電流檢測電路的示意圖2為本發明微電流檢測電路實施例的示意圖3為本發明微電流切換電路實施例一的示意圖4為本發明微電流切換電路實施例一中採樣電阻R1電流〈5mA時各處電壓示意圖5為本發明微電流切換電路實施例一中採樣電阻R1電流》5mA時各處電壓示意圖6為本發明微電流切換電路實施例二的示意圖；圖7為本發明微電流切換電路實施例三的示意圖；圖8為本發明微電流切換電路實施例四的示意圖。具體實施例方式圖2為本發明微電流檢測電路實施例的示意圖。本實施例微電流檢測電路可包括採樣電阻21、箝位電路22及識別電路23。釆樣電阻21的一端與識別電路23及被檢測電路的檢測端SENSE連接，所述採樣電阻21的另一端與電源Vcc及箝位電路22連接；所述識別電路23與所述箝位電路22連接。本實施例中，箝位電路22與識別電路23均包括三極體；識別電路23與箝位電路22中的三極體可完全相同，可以是PNP三極體(Positive-Negative-PositiveT訓sistor、簡稱PNP),也可以是訓三極體(Negative-Positive-NegativeTransistor、簡稱NPN)。箝位電路22為識別電路23提供標準電壓，根據識別電路23中三極體的集電極電壓獲知通過採樣電阻21的電流。對於PNP管，發射極偏置電壓為Ve-Vb;對於NPN管，發射極偏置電壓為Vb-Ve。由於三極體發射極偏置電壓>0.55V時，滿足正偏條件；三極體發射極偏置電壓為0.35~0.5V時，逐步進入截止狀態；三極體發射極偏置電壓〈0.35V時，完全進入截止狀態；因此，識別電路23的識別電壓為0.2V左右，本實施例中檢測電路可檢測採樣電阻21中流過的mA級電流。隨著採樣電阻21中的電流逐漸增大，識別電路23中的三極體集電極輸出的電壓逐漸減小。當採樣電阻21中的電流增加到一定值時，識別電路23中三極體的發射極偏置電壓〈0.35V，進入截止狀態，集電極電壓輸出的電壓值為0V，從而根據識別電路23中三極體的集電極輸出電壓便可獲知採樣電阻21中流過的電流。上述實施例中的微電流檢測電路可用於切換電路中，通過檢測待檢測電路中的微電流觸發切換電路進行切換。下面結合檢測電路詳細說明本發明切換電路實施例，同時對微電流檢測電路實施例做進一步的詳細說明。圖3為本發明微電流切換電路實施例一的示意圖。本實施例中，切換電路包括微電流檢測電路31及切換電路34。微電流檢測電路31包括箝位電路32和識別電路33。箝位電路32的三極體Q2與識別電路33中的三極體Q3完全相同，均為PNP三極體。其中，由於三極體Q2的集電極懸空，不使用，三極體Q2在本電流;險測電路中僅作為一個二極體使用。三極體Q2基極和發射極均連接固定電平，為三極體Q3的基極提供一個標準的電壓。通過該標準電壓確保三極體Q3的基極電壓保持不變，實現電壓箝位。三極體Q3是本實施例實現微電流判定的主要器件，當微電流檢測電路中這兩個三極體均為PNP管時，三極體Q3的基極由於和三極體Q2的基極相連，獲得了一個穩定的電壓。切換電路34中，R3為Q4基極提供偏置電壓，即讓Q4基極默認為0V;C9用於消除Sense接入其他設備時產生的瞬間噪聲，以避免切換電路誤動作；R4和R6都用大電阻值，用於為功率切換管Q5提供合適的偏置電壓和電流，保證Q5正常工作。由於三極體Q3的基極被三極體Q2箝位，當供電電源電壓Vcc存在的情況下，Vcc經過採樣電阻Rl直接到三極體Q3的發射極，這樣就使得三極體Q3的發射極符合正偏條件。由於三極體一般使用矽管，經過大量實測得到若三極體Q3的發射極電壓Ve下降0.2V左右，則三極體Q3的發射極不滿足正偏條件而進入截止狀態，詳見表l。表1實測數據tableseeoriginaldocumentpage7tableseeoriginaldocumentpage8Rl為本設計的採樣電阻，由於待檢測的電流為mA級別，而且識別電壓只要達到0.2V以上即可，因此，Rl的阻值無需很大，一般可選擇20Q30Q。當沒有電流流經R1時，三極體Q3的發射極電壓和三極體Q2管一致，因此三極體Q3進入放大狀態，處於打開狀態。之後，切換電路34中三極體Q4打開，充當功率切換管的Q5也隨之打開，輸出基本與Vcc相當的電壓(僅差了Vce的飽和電壓)。當Rl有電流流過時，三極體Q3的Ve電壓持續下降，Vb由於被三極體Q2箝位而保持不變，三極體B逐步退出放大狀態，其集電極的輸出電壓也隨之下降。當Rl流經電流增加到一定值後，三極體Q3截止，實現了對功率切換管Q5的切換控制。現在以實際案例即當流經採樣電阻Rl的電流大於5mA時系統中斷供電對圖3中微電流檢測電路及切換的工作原理進行說明。假設系統工作電源電壓為數據通信系統常見的3.3V，三極體均採用業界通用的PNP三極體。其中Rl為電流採樣電阻，Rl所在的通路就是被檢測電流流經的通路。以下根據實際測試結果，分三個狀態闡述該電路的工作過程，為表示精確數據位保留3位小數。採樣電阻R1電流〈5mA時，檢測及切換電路各處的電壓如圖4所示。電源供電電壓(Vcc)-3.338V;三極體Q2:充當一個箝位三極體，Vcc電壓經過三極體後的基極電壓(Vb)為2.758V;三極體Q3:基極電壓(Vb)=Q2的基極電壓=2.758V,由於基極電流(Ib)的存在Ve電壓會略為低於Vcc，假設沒有電流流過Rl,則三極體Q3的發射極電源Ve實測3.335V;這樣，三極體Q3符合放大條件，集電極電壓(Vc)輸出約2V左右的電壓；三極體Q4的發射極固定接地，集電極默認被R4上拉；三極體Q3集電極輸出電壓(Vc)促使Q4進入飽和狀態，這樣，Q4的基極電壓(Vb)約為0.6V，Vc為0.006V;三極體Q5隨即也進入飽和狀態，輸出的電壓約3.245V。同理，當採4f電阻Rl中流過l.5mA的電流時，由於採樣電阻R1的阻值為22D，因此，採樣電阻Rl上產生33mV壓差。三極體Q3的發射極電壓隨之從原先的3.335V下降到3.302V。此時，三極體Q3集電極輸出電壓為1.063V,該電壓仍然保證三極體Q4被打開。這樣，三極體Q5仍穩定的輸出3.245V。採樣電阻R1中的電流》5mA時，檢測及切換電路各處的電壓如圖5所示。三極體Q3:當採樣電阻Rl流過5mA的電流時，產生0.110V的壓降。三極體Q3的發射極電壓隨之從原先的3.335V下降到3.225V。這樣，三極體Q3集電極電壓開始逐步下降，三極體Q4的基極電壓也隨之下降；最終，Q3的集電極電壓Vc下降到0.368V,此時，Q4就不能打開，於是Q5關閉，輸出電壓為0，如當該切換電路用於天線切換系統時，此時，根據檢測到的電流，將天線切換為外置狀態。當採樣電阻Rl上的壓降達到並超過0.2V左右時，三極體Q3發射極電壓遠低於三極體導通條件(一般要>0.35V左右)，不能實現發射極正偏，三極體Q3被截止，輸出的Vc為OV;三極體Q4、三極體Q5仍然為截止狀態，9輸出電壓為ov，天線切換狀態不變。反過來，當採樣電阻R1中流過的電流由5mA下降到4mA，產生的壓降為0.086V。三極體Q3的發射極電壓隨之從原先的3.335V下降到3.251V,此時三極體Q3集電極輸出逐步回升。當三極體Q3的集電極電壓Vc達到0.608V時，三極體Q4被重新打開，三極體Q5也隨即打開並進入飽和狀態，輸出穩定的3.245V,此時，完成了一次切換。如當該切換電路用於天線切換系統時，此時，將天線切換回內置狀態。圖6為本發明」徵電流切換電路實施例二的示意圖。微電流檢測電路61中，箝位電路62的三極體Q6與識別電路63中的三極體Q7均為NPN三極體。微電流檢測電路61對切換電路64中功率切換管Q8進行切換控制。上述切換電路實施例中微電流切換電路的應用場合很廣泛。用於檢測電流的端子Connect,用於連4妻其他^t塊。端子Connect即上述實施例中的檯r測端(SENSE端)，用於檢測微電流。利用上述實施例中的微電流檢測電路能夠在SENSE端檢測mA級的微電流。待檢測的微電流可以是外置設備因工作而消耗的電流，也可是外置產品的特徵電阻(characteristicResistor)消耗的電流。例如熱插拔(HotSwap)電路，當外置設備接入後，微電流檢測電路可通過SENSE端檢測到特徵電阻，即檢測到一定的特徵電流。這時，可開啟或關閉相應的控制電路。例如無線區域網(WLAN)產品，當外置天線接入時，天線本身消耗有一定的電流，通過上述實施例中的微電流切換電路檢測外置天線消耗的電流，並根據檢測到的電流進行電路切換，使原先工作的內置天線斷電，信號改由外置天線提供，實現了天線的切換。上述檢測電路及切換電路實施例採用簡單常用的器件，實現對微電流的檢測與切換，若配套使用場效應管(M0SFET,簡稱M0S管)，也可實現對大電流的自動切換，通過少量常用器件實現微電流信號對大功率電源的切換，降低了微電流切換電路的成本，能夠廣泛應用於微電流的檢測、切換系統。如圖7、圖8所示，圖7中的功率切換管為P-M0S管QIO，圖8中的功率切換管為N-M0S管Qll。上述4企測電路及切換電路實施例中電路元器件少，使得檢測電路及切換電路可靠性高。並且，由於採用廣泛使用的普通三極體，可生產性高。從實際測試結果看，上述檢測電路及切換電路實施例對微電流檢測誤差〈0.6mA，具有非常高的精度，能夠廣泛應用於才莫塊識別、信號檢測、線卡熱插拔等
技術領域：
，尤其是其抗噪聲能力可穩定的應用於微波通信、衛星通信等場合，例如WLAN、GPS等。最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。權利要求1、一種微電流檢測電路，包括採樣電阻，其特徵在於，所述採樣電阻的一端與識別電路及被檢測電路的檢測端連接，所述採樣電阻的另一端與電源及箝位電路連接；所述識別電路與所述箝位電路連接；所述識別電路及箝位電路均包括三極體；所述識別電路與箝位電路中的三極體型號相同；所述箝位電路中三極體的發射極偏置電壓＝電源電壓-箝位電壓，識別電路中三極體的發射極偏置電壓＝檢測端電壓-箝位電壓；所述箝位電壓為所述識別電路與箝位電路連接點處的電壓。2、根據權利要求1所述的微電流檢測電路，其特徵在於，所述識別電路及箝位電路中的三極體均為PNP三極體；所述箝位電路PNP三極體的基極通過上拉電阻接地，集電極懸空，發射極與所述電源連接；所述識別電路PNP三極體的基極與所述箝位電路PNP三極體的基極連接，發射極與所述檢測端連接，集電極輸出檢測結果。3、根據權利要求1所述的微電流檢測電路，其特徵在於，所述識別電路及箝位電路中的三極體均為NPN三極體；所述箝位電路NPN三極體的發射極通過上拉電阻接地，集電極懸空，基極與所述電源連接；所述識別電路NPN三極體的發射極與所述箝位電路NPN三極體的發射極連接，基極與所述檢測端連接，集電極輸出檢測結果。4、一種包括上述權利要求1-3中任一項所述微電流檢測電路的微電流切換電路，其特徵在於，還包括與所述微電流檢測電路連接的切換電路。5、根據權利要求4所述的微電流切換電路，其特徵在於，所述切換電路包括NPN三極體和功率切換管；所述NPN三極體基極與所述微電流檢測電路的檢測輸出端連接，發射極接地；所述功率切換管與所述NPN三極體集電極連接。6、根據權利要求5所述的微電流切換電路，其特徵在於，所述功率切換管為PNP三極體；所述PNP三極體基極與所述NPN三極體集電極連接；發射極直接與所述電源連接；集電極為輸出端。7、根據權利要求5所述的微電流切換電路，其特徵在於，所述功率切換管為M0S管。8、根據權利要求4所述的微電流切換電路，其特徵在於，所述切換電路包括PNP三極體；所述PNP三極體基極與所述微電流檢測電路的檢測輸出端連接，發射極直接接電源，集電極為輸出端。全文摘要本發明涉及一種微電流檢測電路、微電流切換電路，微電流檢測電路包括採樣電阻，採樣電阻的一端與識別電路及被檢測電路的檢測端連接，採樣電阻的另一端與電源及箝位電路連接；識別電路與箝位電路連接；識別電路及箝位電路均包括三極體；識別電路與箝位電路中的三極體型號相同；箝位電路中三極體的發射極偏置電壓＝電源電壓-箝位電壓，識別電路中三極體的發射極偏置電壓＝檢測端電壓-箝位電壓；箝位電壓為識別電路與箝位電路連接點處的電壓。由於識別電路的識別電壓為0.2V左右，微電流檢測電路可能夠檢測採樣電阻中流過的mA級電流。微電流切換電路中，微電流檢測電路連接有切換電路。根據檢測電流結果控制切換電路，實現電路切換。文檔編號C04B18/12GK101353237SQ20081022226公開日2009年1月28日申請日期2008年9月12日優先權日2008年9月12日發明者熊書來申請人:北京星網銳捷網絡技術有限公司