阅读说明：本技术 低成本lf驱动器电流感测拓扑 (Low cost LF driver current sensing topology ) 是由 赫尔曼纳斯·约翰内斯·埃芬 迪米塔尔·米尔科夫·多切夫 马尔腾·雅各布斯·斯万内堡 于 2019-07-03 设计创作，主要内容包括：描述了一种开关放大器电路,开关放大器电路被连接以驱动基于阻抗的输出负载,开关放大器电路包括高侧开关和低侧开关,高侧开关和低侧开关被配置和连接成响应于栅极控制信号而将第一电源电压线和第二电源电压线连接到第一输出节点和第二输出节点,并且开关放大器电路还包括输出电流感测电路,输出电流感测电路用于使用电流感测电阻器来测量通过输出负载的电流,电流感测电阻器连接于第二电源电压线与低侧栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间,其中连接于电流感测电阻器两端的电压感测电路被配置成对电流感测电阻器两端的电压进行采样以测量电流感测电阻器处的感测电流。(A switching amplifier circuit is described, the switching amplifier circuit connected to drive an impedance-based output load, the switching amplifier circuit including a high-side switch and a low-side switch configured and connected to connect a first supply voltage line and a second supply voltage line to a first output node and a second output node in response to a gate control signal, and the switching amplifier circuit further comprises an output current sensing circuit for measuring current through the output load using a current sense resistor connected between the second supply voltage line and the source of one or more split gate-source switching transistors in the low side gate-source switching transistor, wherein the voltage sensing circuit connected across the current sensing resistor is configured to sample a voltage across the current sensing resistor to measure a sensed current at the current sensing resistor.)

低成本LF驱动器电流感测拓扑

技术领域

本发明总体上涉及开关功率放大器中的感测领域。一方面，本发明涉及用于在集成电路开关放大器中测量输出电流的方法、设备、架构和系统。

背景技术

开关放大器被越来越多地用于在如汽车工业中的电力电子电路等各种电子电路应用以及许多其它便携式应用中检测和再现音频或低频(LF)信号。这些电子电路应用中的绝大多数体现为集成电路。集成电路中的LF放大器的具体例子是具有采用调节器和二极管形式的输出幅度控制钳位电路系统的基本四开关D类驱动器(或放大器)设计。在这种驱动器设计中，所述四个开关通常被实施为以共同模式驱动的场效应晶体管(FET)，其中相反相位信号驱动一对高侧FET和一对低侧FET。对于如汽车无钥匙进入系统等一些具体的LF传输系统来说，需要在很宽的范围内控制负载电流。但是，由于输出信号的切换性质以及现有电流感测方法的成本和复杂性，如使用与LF天线串联的外部感测电阻器，或使用用于生成实际LF驱动器输出电流的小拷贝的电流拷贝电路系统，精确测量来自这种放大器的电流并不是容易的事。其它解决方案包括对输出电流进行数字化(即，将所述输出电流转换成电信号)，这通常需要12位模数转换器。由前述内容可见，由于设计复杂性、功率控制需求和成本与尺寸增加所带来的挑战，现有电流感测解决方案实际上极其困难。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种开关放大器电路，所述开关放大器电路包括：

输出驱动电路，所述输出驱动电路包括串联连接于第一电源电压线与第二电源电压线之间的高侧开关晶体管和低侧分离式栅极-源极开关晶体管；

开关驱动器电路，所述开关驱动器电路被配置成用第一和第二相应控制信号来驱动所述开关晶体管；

输出连接，所述输出连接介于所述开关晶体管之间，用于驱动输出负载；以及

输出电流感测电路，所述输出电流感测电路用于使用电流感测电阻器来测量通过所述输出负载的电流，所述电流感测电阻器连接于所述第二电源电压线与所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间。

在一个或多个实施例中，所述输出驱动电路包括：

第一高侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二高侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于第一栅极控制信号和第二栅极控制信号而将所述第一电源电压线分别连接到第一输出连接和第二输出连接；以及

第一低侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二低侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于所述第一栅极控制信号和所述第二栅极控制信号而将所述第二电源电压线分别连接到所述第一输出连接和所述第二输出连接。

在一个或多个实施例中，所述输出驱动电路包括被连接以驱动所述输出负载的D类放大器。

在一个或多个实施例中，所述输出负载包括基于阻抗的天线负载，所述基于阻抗的天线负载包括耦合于所述第一输出连接与所述第二输出连接之间的电感器，所述基于阻抗的天线负载用于无线地输送来自所述开关放大器电路的调制后信号以供另一电路接收和解调。

在一个或多个实施例中，所述基于阻抗的天线负载被配置和布置成以至少十千赫兹的载波频率无线地输送来自所述开关放大器电路的调制后信号以供钥匙坠电路接收和解调。

在一个或多个实施例中，所述高侧开关晶体管包括分离式栅极-源极开关晶体管，所述分离式栅极-源极开关晶体管包括并联连接于所述第一电源电压线与所述输出连接之间并由共用栅极控制信号驱动的第一功率晶体管和第二电流感测晶体管，其中所述第一功率晶体管大于所述第二电流感测晶体管，并且其中共用衬底区域的所述第一功率晶体管和所述第二功率晶体管通过衬底隔离结构与其它部件隔离。

在一个或多个实施例中，所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管包括第一功率晶体管和第二较小电流感测晶体管，每个晶体管具有直接连接到所述输出连接的漏极节点和由共用栅极控制信号驱动的栅极节点，其中所述第一功率晶体管的源极节点连接到所述第二电源线，并且其中所述电流感测晶体管的源极节点连接到所述电流感测电阻器。

在一个或多个实施例中，所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管包括第三电流感测晶体管，所述第三电流感测晶体管具有直接连接到所述输出连接的漏极节点和连接到所述电流感测电阻器的源极节点，其中所述第三电流感测晶体管的栅极节点通过连接开关以第一连接状态连接到所述共用栅极控制信号并且通过所述连接开关以第二连接状态连接到所述第三电流感测晶体管的所述源极节点，从而使得在所述第二状态下提供给所述电流感测电阻器的电流比在所述第一状态下提供给所述电流感测电阻器的电流少。

在一个或多个实施例中，所述开关放大器电路进一步包括连接于所述电流感测电阻器两端的电压感测电路，其中所述电压感测电路被配置成对所述电流感测电阻器两端的电压进行采样以测量所述电流感测电阻器处的感测电流。

在一个或多个实施例中，所述高侧开关晶体管包括分离式栅极-源极开关晶体管。

根据本发明的第二方面，提供一种电路，所述电路包括：

开关放大器，所述开关放大器包括串联连接于第一电源电压线与第二电源电压线之间的高侧开关晶体管和低侧分离式栅极-源极开关晶体管；

输出连接，所述输出连接介于所述高侧开关晶体管与所述低侧开关晶体管之间，用于驱动输出负载；

开关驱动器电路，所述开关驱动器电路被配置成用第一和第二相应控制信号来驱动所述高侧开关晶体管和所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管；以及

输出电流感测电路，所述输出电流感测电路用于使用电流感测电阻器来测量通过所述输出负载的电流，所述电流感测电阻器连接于所述第二电源电压线与所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间，

其中所述电流感测电阻器是形成于用于所述电路的公共半导体衬底中的集成电路电阻器。

在一个或多个实施例中，所述开关放大器包括：

第一高侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二高侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于来自所述开关驱动器电路的第一栅极控制信号和第二栅极控制信号而将所述第一电源电压线分别连接到所述输出驱动电路的第一输出连接节点和第二输出连接节点；以及

第一低侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二低侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于来自所述开关驱动器电路的所述第一栅极控制信号和所述第二栅极控制信号而将所述第二电源电压线分别连接到所述第一输出连接节点和所述第二输出连接节点。

在一个或多个实施例中，所述第一高侧分离式栅极-源极开关晶体管和所述第二高侧分离式栅极-源极开关晶体管以及所述第一低侧分离式栅极-源极开关晶体管和所述第二低侧分离式栅极-源极开关晶体管是D类放大器的一部分，所述D类放大器被连接以驱动所述输出负载，所述输出负载包括基于阻抗的天线负载，所述基于阻抗的天线负载包括耦合于所述第一输出连接与所述第二输出连接之间的电感器，所述基于阻抗的天线负载用于无线地输送来自所述开关放大器电路的调制后信号以供另一电路接收和解调。

在一个或多个实施例中，所述电流感测电阻器包括多晶硅电阻器。

在一个或多个实施例中，所述电流感测电阻器具有介于0.2Ohm与200Ohm之间的电阻。

在一个或多个实施例中，所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管包括第一功率晶体管和第二较小电流感测晶体管，每个晶体管具有直接连接到所述输出连接的漏极节点和由所述第一控制信号驱动的栅极节点，其中所述第一功率晶体管的源极节点连接到所述第二电源电压线，并且其中所述电流感测晶体管的源极节点连接到所述电流感测电阻器。

在一个或多个实施例中，所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管包括第三电流感测晶体管，所述第三电流感测晶体管具有直接连接到所述输出连接的漏极节点和连接到所述电流感测电阻器的源极节点，其中所述第三电流感测晶体管的栅极节点通过连接开关以第一连接状态连接到所述第一控制信号并且通过所述连接开关以第二连接状态连接到所述第三电流感测晶体管的所述源极节点，从而使得在所述第二状态下提供给所述电流感测电阻器的电流比在所述第一状态下提供给所述电流感测电阻器的电流少。

在一个或多个实施例中，所述电路进一步包括连接于所述电流感测电阻器两端的电压感测电路，其中所述电压感测电路被配置成对所述电流感测电阻器两端的电压进行采样以测量所述电流感测电阻器处的感测电流。

根据本发明的第三方面，提供一种无线通信系统，所述无线通信系统包括：

钥匙坠电路，所述钥匙坠电路被配置和布置成无线地接收调制后信号并对其作出响应；以及

D类开关放大器电路，所述D类开关放大器电路被连接以驱动连接于第一输出节点与第二输出节点之间的基于阻抗的负载，所述D类开关放大器电路包括：

第一高侧电子开关和第二高侧电子开关，所述电子开关被配置和布置成响应于第一栅极控制信号和第二栅极控制信号而将第一基准电压分别连接到所述第一输出节点和所述第二输出节点；以及

第一低侧分离式栅极-源极电子开关和第二低侧分离式栅极-源极电子开关，所述电子开关被配置和布置成响应于所述第一栅极控制信号和所述第二栅极控制信号而将第二基准电压分别连接到所述第一输出节点和所述第二输出节点；以及

输出电流感测电路，所述输出电流感测电路用于使用电流感测电阻器来测量通过所述基于阻抗的负载的电流，所述电流感测电阻器连接于所述第二基准电压与所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间，

其中所述电流感测电阻器包括具有约200Ohm或更少电阻阻值的多晶硅电阻器。

在一个或多个实施例中，所述无线通信系统进一步包括连接于所述电流感测电阻器两端的电压感测电路，其中所述电压感测电路被配置成对所述电流感测电阻器两端的电压进行采样以测量所述电流感测电阻器处的感测电流。

本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。

附图说明

当结合以下附图考虑以下对优选实施例的详细描述时，可以理解本发明，并且可以获得本发明的许多目的、特征和优点。

图1示出了以天线电路配置连接的开关放大器。

图2示出了根据本公开的所选实施例的以天线电路配置连接的开关放大器的电路示意图，所述天线电路配置具有嵌入式内部驱动器电流感测电路，所述电路提供用于精确测量天线驱动器电流的低成本、面积有效、低电阻实施方式。

图3示出了根据本公开的所选实施例的体现在分离式栅极-源极功率FET和嵌入式感测电阻器的电流传感器的简化电路示意图。

图4示出了根据本公开的所选实施例的集成电路电流传感器的截面图。

具体实施方式

描述了高性能开关放大器电流感测电路、系统、架构和方法，用于通过使用具有单独功率和感测晶体管的嵌入分离式栅极-源极晶体管开关来高效且精确地测量驱动器电流，从而使得仅置于一个或多个小感测晶体管的源极上的电流感测电阻器可以用于高效且精确地测量驱动器电流。在所选差分D类开关放大器实施例中，所公开的开关放大器电流感测电路包括：输出驱动电路，所述输出驱动电路包括串联连接于一对电源电压线之间的高侧分离式栅极-源极开关晶体管和低侧栅极-源极开关晶体管；开关驱动器电路，所述开关驱动器电路被配置成用第一和第二相应控制信号来驱动所述开关晶体管；输出连接，所述输出连接介于所述开关晶体管之间，用于驱动输出负载；输出电流感测电路，所述输出电流感测电路用于使用集成电路电流感测晶体管来测量通过所述输出负载的电流，所述电流感测晶体管连接于电源电压线(例如，地面)与所述低侧栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间；以及电压感测电路，所述电压感测电路连接于所述电流感测电阻器两端，其中所述电压感测电路被配置成对所述电流感测电阻器两端的电压进行采样。

虽然本公开可以用于各种各样的开关放大器设计中，但是为了简洁起见，本说明书参考了所选开关放大器实施例，而没有详细描述与采用电子开关和控制电路的形式的信号放大电路系统有关的常规技术，所述控制电路影响或作用于所述电子开关和/或所述信号放大电路系统的输出驱动器电路系统。此外，本文中所包含的各个附图中所示的连接线旨在表示各个元件之间的示例功能关系和/或物理耦合。在某些实施方式中，已经显示，当在差分D类放大器的环境下和/或与放大器的驱动天线负载中的便携式和汽车应用结合使用时，本公开的各方面是有益的。虽然不一定如此限制，但是可以通过以下对使用示例性环境的非限制例子的讨论来理解各个方面。因此，本公开的各方面被认为适用于使用控制电路系统来影响或作用于电子开关和/或输出驱动器电路系统，使得斜变后输出驱动信号最小化由开关放大器的激活和去激活产生的AM频段发射的各种不同类型的开关放大器电路、系统、架构和方法。

为了提供另外的细节以便更好地理解常规开关放大器设计的限制，现参考图1，其示出了以天线电路配置连接的开关放大器100。如图所示，开关放大器100可以被连接作为包括将天线负载130连接于第一基准电压与第二基准电压之间的四个高功率晶体管101到104的高功率驱动器的输出级。高功率晶体管101到104通常是处理用于驱动各种应用的0.5A到100A(或更多)的晶体管，这与主要用于控制各种应用的操作而不直接处理高电流的低功率晶体管相反。在第一电路支路上，高功率晶体管101、103串联连接于第一基准电压(例如，Vdd)与第二基准电压(例如，Vss或地面)之间。并且在第二电路支路上，高功率晶体管102、104串联连接于第一基准电压Vdd与第二基准电压之间。如图所示，天线负载130连接于高功率晶体管111、113之间的第一节点ANTP与高功率晶体管112、114之间的第二节点ANTN之间。控制器120向高功率晶体管101到104的相应栅极驱动器电路111到114提供栅极驱动信号121到124以控制流过天线负载130的电流的方向，使得电流仅在激活时流动，但在禁用时不流动。

在活跃操作模式期间，用电流感测电路测量天线开关放大器100的输出，所述电流感测电路包括外部电流感测电阻器R_S-EXT，所述电阻器R_S-EXT连接于低侧开关NMOS晶体管103、104的源极端与第二基准电压(例如，Vss或地面)之间。在这种布置中，电流或电压测量系统140可以连接到外部感测电阻器以检测电压降或流过电阻器R_S-EXT的电流。要理解的是，可以使用其它电流感测技术，如通过将外部电流感测电阻器R_S-EXT连接到由以半桥拓扑连接的线性放大器驱动的天线负载的输出端，或通过使用电流拷贝电路系统生成实际LF驱动器输出电流的小拷贝。然而，使用低欧姆、高功率、精确的串联电阻器或完全嵌入式电流拷贝电路需要巨大的管芯面积和额外的信号处理，以满足电流测量精度要求。

为解决这些局限性和与常规开关放大器电流感测设计相关联的其它局限性，现参考图2，描绘了根据本公开的所选实施例的以天线电路配置连接的开关放大器200的简化电路示意图，所述天线电路配置具有嵌入式内部驱动器电流感测电路，所述电路提供用于精确测量天线驱动器电流的低成本、面积有效、低电阻实施方式。如图所示，开关放大器100被连接作为包括场效应晶体管(FET或NMOS FET)的高功率驱动器的输出级，所述场效应晶体管包括将天线负载230连接于第一基准电压Vdd与第二基准电压Vss之间的高侧晶体管201、202和低侧晶体管203、204。如本文所公开的，每个晶体管(例如，201)可以被构造成分离式栅极-源极晶体管以限定多个构成晶体管(例如，201A到201D)，所述构成晶体管在每个构成晶体管处具有共用漏极端以及单独(或“分离式”)栅极端和源极端。在所选实施例中，晶体管201A到201D不是单独晶体管，而是具有形成于衬底中的单独源极指状物的单个晶体管，使得晶体管结构201A到201D与形成于衬底(例如，202A到202D、203A到203D、204A到204D以及构成结构211到214的任何部件)中的其它装置或电路电隔离(例如，使用深沟槽隔离结构、结隔离结构、SOI沟槽隔离结构等)，如下文更全面地描述的。利用分离式栅极-源极结构，构成晶体管中的一个或多个(例如，201B、201C)可以与其它构成晶体管(例如，201A、201D)具有不同的尺寸。对于高侧晶体管201，构成晶体管201A到201D可以具有连接到第一基准电压Vdd的共用漏极，而分离式栅极端被共同连接到来自栅极驱动器电路系统211的栅极驱动信号，并且分离式源极端被共同连接到第一天线节点ANTP。采用类似方式，高侧晶体管202具有通过共用漏极连接到第一基准电压Vdd的其构成晶体管202A到202D，而分离式栅极端被共同连接到来自栅极驱动器电路系统212的栅极驱动信号，并且分离式源极端被共同连接到第二天线节点ANTN。

在低侧晶体管203到204中，分离式栅极-源极结构使得构成晶体管能够被构造成一个或多个相对大的功率晶体管(例如，203A、203D)以及一个或多个相对小的电流感测晶体管(例如，203B到203C)，所述电流感测晶体管通过小串联感测电阻器连接以形成用于测量第一天线节点ANTP处的驱动电流I_D1的电流感应电路。具体地说，通过将感测电阻器Rs连接于一个或多个电流感测晶体管203B、203C的源极与一个或多个功率晶体管203A、203D的源极之间，可以通过测量感测电阻器Rs两端的差分电压VSNSresp、VSNSresn来控制和测量来自一个或多个电流感测晶体管203B、203C的流过感测电阻器Rs的感测电流I_S从而测量第一天线节点ANTP处的第一电路支路驱动电流I_D1。通过将感测电阻器Rs连接于一个或多个电流感测晶体管204B、204C的源极与一个或多个功率晶体管204A、204D的源极之间来将此电流感测布置镜像在第二电路上，以便通过控制和测量来自一个或多个电流感测晶体管204B、204C的流过感测电阻器Rs的感测电流I_S并测量感测电阻器Rs两端的差分电压VSNSresp、VSNSresn来测量第二天线节点ANTN处的第二电路支路驱动电流I_D2。

利用连接到一个或多个电流感测晶体管203B、203C的源极的感测电阻器Rs的所公开的电流感测拓扑200，提供一种面积有效且低成本的电流感测电路，所述电流感测电路不会有意义地增加有效开关RDSon并且会为目标LF驱动器应用提供足够的电流测量精度。这是通过形成每个低侧分离式栅极-源极晶体管实现的，其中构成晶体管具有不同或不等的尺寸，使得一个或多个较小的电流感测晶体管203B、203C将电流传递到感测电阻器Rs，从而确保一个或多个电流感测晶体管203B、203C和一个或多个功率晶体管203A、203D的基本相等的偏置电压。并且通过限制感测电阻器Rs上的最大电压，获得所需的测量精度。此外，通过在相同的硅处理环境中制造晶体管装置，每个开关的一个或多个功率晶体管和一个或多个电流感测晶体管是正确匹配的。

通过确定一个或多个电流感测晶体管(例如，203B、203C)的尺寸来限制被测量的电流，感测电阻器Rs可以被内部实施为集成电路电阻器，所述电阻器两端的差分电压VSNSresp、VSNSresn被测量和转换以精确测量天线电流(例如，±3-4％)。所提出的分离式栅极-源极功率开关晶体管使得能够实施具有小管芯面积和最小额外成本的感测电阻器Rs，并且所述感测电阻器Rs的电阻值可以增大到数(几十)Ohm，而不过多增大总开关电阻，因为只有通过一个或多个感测电流晶体管的电流通过所述感测电阻器Rs。具体地说，所提出的分离式栅极-源极功率开关晶体管实施方式允许感测电流部分容易地适合于能够以合理成本被集成的感测电阻器值。例如，对于多晶硅电阻器的典型薄层电阻(例如，约200Ohm/平方)，可以获得以下电阻值与面积要求：

Rs＝200Ohm＝＞需要1平方

Rs＝20Ohm＝＞需要10平方

Rs＝2Ohm＝＞需要100平方

Rs＝0.2Ohm＝＞需要1000平方。

如果分离式栅极-源极功率FET包括50个感测指状物，则这意味着比率为1∶50、2∶50、3∶50等。对于1∶50的比率，在150mV感测电压、1.25A电流的情况下，需要6Ohm电阻器。对于2∶50的比率，需要3Ohm电阻器，等等。因此，当使用最大可能的感测电流比时，获得最小(因此最低成本)的电阻器。

为了向电流感测电路提供操作灵活性，一个或多个低侧电流感测晶体管(例如，203C、204C)可以与一个或多个开关220、221可编程地连接，以改善不同天线电流范围的电流感测性能。利用可编程开关布置，可以有效地添加一个或多个额外电流感测晶体管(例如，接通开关220)，以便当驱动电流I_D相对较小时，向感测电阻器Rs提供较大部分的驱动电流I_D以供测量，从而确保可以使用差分电压测量VSNSresp、VSNSresn来测量小输入信号。同样，当驱动电流I_D相对较大时，可以有效地移除(例如，断开开关220)一个或多个电流感测晶体管，以向感测电阻器Rs提供较小部分的驱动电流I_D以供测量，从而防止差分电压测量vsnsresp、vsnsresn超过特定范围。一般而言，电流感测晶体管Ns(或连接到感测电阻器的源极“指状物”)的实际数量与功率晶体管Np和电流感测晶体管Ns的总数之比确定驱动电流I_D的哪部分会作为感测电流I_S提供给感测电阻器Rs。等价表示为：I_S≈I_D(Ns/(Ns+Np))。从此等式可以看出，增加由栅极驱动器电路系统213连接和驱动的电流感测晶体管的数量会导致全功率FET电流I_D的较大I_S部分。此概念可以用于使感测电流I_S的大小适合于期望流过低侧开关的最大电流，从而使得测量所产生的感测电压(V_S＝I_S×R_S)的测量系统既不会被过度驱动也不会用太小的小输入信号操作(导致差信噪比和不准确的测量性能)。

在图2中示出的例子中，在具有栅极连接开关220的第一电路支路的低侧开关203中提供对感测电流的可编程控制，以将电流感测晶体管203B的栅极切换到第一开关位置(将晶体管203B的栅极连接到低侧开关203的共栅电压)，使得晶体管203B是开关203的将传导其电流份额的一部分。或者，栅极连接开关220将电流感测晶体管203B的栅极切换到第二开关位置(将晶体管203B的栅极连接到其源极)，因此晶体管203B截止并且不传导电流。在栅极连接开关220的第一开关位置中，感测电阻器的电压由被203C+203B指状物传导的电流产生，而在栅极连接开关220的第二位中，电压由仅被203C指状物传导的电流产生。

类似地，第二电路支路上的低侧开关204可以包括栅极连接开关221，所述栅极连接开关221用于将电流感测晶体管204B的栅极切换到第一开关位置(将晶体管204B的栅极连接到低侧开关204的公共栅极电压)或第二开关位置(将晶体管204B的栅极连接到其源极)。在第一开关位置中，在输入电流I_D相对较小的情况下，电流感测晶体管203B、204B将较大的驱动电流驱动到感测电阻器Rs，其中来自晶体管204B的源极电流被接通以有助于驱动电流通过感测电阻器。然而，在第二开关位置中，电流感测晶体管204B截止并且不传导电流，在输入电流I_D相对较大的情况下，向感测电阻器Rs传递较少的驱动电流。

为提供更多细节以进一步了解本公开的所选实施例，现参考表1(如下)，所述表示出了当连接开关220断开(CurSenseFrac＝0)以驱动占输入电流I_D的比例较少的感测电流I_S时以及当连接开关220闭合(CurSenseFrac＝1)以驱动占输入电流I_D的比例较多的感测电流时的感测电流I_S和感测电压V_S：

表1.内部电流感测时的LF驱动器CurSenseFrac力-感比对照

	CurSenseFrac＝0	CurSenseFrac＝1
			感测电流	I<sub>S</sub>＝0.02*I<sub>D</sub>	I<sub>S</sub>＝0.04*I<sub>D</sub>
感测电压	V<sub>S</sub>＝0.10*I<sub>D</sub>	V<sub>S</sub>＝0.20*I<sub>D</sub>

通过可编程地控制一个或多个电流感测晶体管到低侧开关的连接，可以将在感测电阻器R_S上产生的感测电压V_S控制在特定值(例如，限制为150mV)内，以防由于一个或多个功率晶体管(例如，203A、203D)与一个或多个电流感测晶体管(例如，203B、203C)之间的电压不匹配而造成显著电流感测误差。利用表1中示出的电路参数，控制感测电流I_S以提供感测电阻器上的125mV的峰值感测电压幅值以及低CurSenseFrac设置下的1.25A的最大天线电流水平。

为提供更多细节以进一步理解本公开的所选实施例，现参考图3，所述图示出了电流感测器300的简易电路示意图，所述电流感测器300体现在分离式栅极-源极功率FET 301和嵌入式感测电阻器Rs的电流传感器300的简化电路示意图。如所描绘的，电流传感器300包括用于接收栅极驱动器信号的输入端，所述栅极驱动器信号被共同施加到分离式栅极-源极晶体管301的栅极，所述分离式栅极-源极晶体管301限定第一功率晶体管301A、第二感测晶体管301B和第三功率晶体管301C。在形成时，晶体管301A到301C具有共同连接到第一电源电压Vdd的共用漏极端、共同连接到栅极驱动器信号的多个单独(或“分离式”)栅极端、以及如所示出的连接的多个单独或“分离式”源极端。具体地说，功率晶体管301A、301C的源极端可以被共同连接到第二电源电压(例如，地面)，但是较小的感测晶体管301B的源极端可以连接到感测电阻器Rs的第一端，所述感测电阻器Rs的第二端连接到第二电源。在这种配置中，可以通过将嵌入式开关分成功率晶体管和一个或多个电流感测晶体管用功率晶体管的嵌入式开关来实施电流感测，其中电流感测电阻器Rs仅置于一个或多个小电流感测晶体管的源极中。

为提供更多细节以进一步理解本公开的所选实施例，现参考图4，所述图描绘了集成电路电流传感器400的截面图。如所示出的，可以使用任何期望的半导体制作工艺在半导体衬底401中形成电流传感器400，其中，多个导电衬底区域411到414、421到429形成于衬底401中，以通过限定的隔离区域(ISO)彼此分离，在所述隔离区域内选择性地图案化栅极电极级G1到G8以形成分离式栅极-源极功率场效应晶体管作为多个嵌入式功率和电流感测开关，所述开关具有在一个或多个小电流开关的源极与一个或多个电源开关的源极之间连接的嵌入式感测电阻器Rs。例如，横向扩散的MOSFET(LDMOS)制造序列可以处理半导体晶片衬底层401，如用单晶半导体材料(例如，硅)形成的p型衬底，以形成限定的N阱区域411到414，如通过采用注入掩模以第一特定剂量和能量凭借图案化掩模来选择性地注入N型掺杂剂(例如，磷，砷)，从而形成N阱区域411到414。在形成N阱之前或之后，可以加工晶片以在层401的上部形成隔离结构ISO，如通过使用LOCOS工艺来蚀刻或以其它方式在衬底中形成填充有如氧化硅等介电材料的沟槽，以限定单独的隔离结构ISO。当然，也可以在形成N阱和P阱之后通过如氧化硅等介电材料的后续沉积、图案化和蚀刻形成隔离结构ISO。控制隔离结构ISO的形成以将每个隔离结构ISO定位在N阱区域内，以便将漏极区域D(形成于N阱中)与源极区域S(形成于N阱外)分开。

为了控制隔离结构ISO关于漏极区域D的相对位置，选择性注入工艺可以使用结合隔离结构ISO的漏极注入掩模(未示出)以第二特定剂量和能量选择性地注入N型掺杂剂从而选择性地注入N型漏极区域422、424、426、428。随后，可以使用任何期望的光刻蚀刻序列通过在晶片401上沉积、图案化和蚀刻(导电)层(例如，多晶硅或者一种或多种其它栅极材料)来限定栅极层G1到G8。虽然未示出，但是每个栅极层包括至少与底层衬底接触而形成的一个或多个栅极介电层，如通过氧化衬底401以形成氧化物层或以其它方式沉积或生长介电材料。在形成栅极层G1到G8后，利用选择注入工艺控制隔离结构ISO关于源极区域S的相对位置，所述选择注入工艺使用结合栅极层G1到G8的源极注入掩模(未示出)以第三特定剂量和能量选择性地注入N型掺杂剂从而选择性地注入N型漏极区域421、423、425、427、429。随后，在互连叠层(未示出)内形成一个或多个导电层，以限定所描绘的电路连接。具体地说，形成一个或多个第一导体层以将漏极端422、424、426、428共同连接到共用节点，所述共用节点直接电连到第一基准电源电压(例如，Vdd)。另外，形成一个或多个第二导体层以将源极端421、423、427、429共同连接到共用节点，所述共用节点直接电连到第二基准电源电压(例如，地面)。最后，形成一个或多个第三导体层以将源极端425连接到集成电路感测电阻器Rs的第一端，所述集成电路感测电阻器Rs将其第二端连接到第二基准电源电压(例如，地面)。利用所公开的半导体制作工艺，所得到的功率FET拓扑在相同衬底区域内的分离式源极和栅极结构之间提供改进的几何、机械和热匹配。

现在应该认识到的是，已经提供了具有电流感测电路的开关放大器电路、设备、方法和系统，用于精确且有效地测量来自开关放大器的输出电流。在所公开的实施例中，开关放大器电路包括输出驱动电路，所述输出驱动电路包括串联连接于第一电源电压线与第二电源电压线之间的高侧开关晶体管和低侧分离式栅极-源极开关晶体管。在所选实施例中，所述输出驱动电路包括第一高侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二高侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于第一栅极控制信号和第二栅极控制信号而将所述第一电源电压线分别连接到第一输出连接和第二输出连接，并且所述输出驱动电路还包括第一低侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二低侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于所述第一栅极控制信号和所述第二栅极控制信号而将所述第二电源电压线分别连接到所述第一输出连接和所述第二输出连接。所述开关放大器电路还包括开关驱动器电路，所述开关驱动器电路被配置成用第一和第二相应控制信号来驱动所述开关晶体管，其中所述开关晶体管具有介于所述开关晶体管之间用于驱动输出负载的输出连接。在所选实施例中，所述输出驱动电路是被连接以驱动所述输出负载的D类放大器，所述输出负载可以是基于阻抗的天线负载，所述基于阻抗的天线负载具有耦合于所述第一输出连接与所述第二输出连接之间的电感器，所述基于阻抗的天线负载用于无线地输送来自所述开关放大器电路的调制后信号以供另一电路接收和解调。在其它实施例中，所述基于阻抗的天线负载被配置和布置成以至少十千赫兹的载波频率无线地输送来自所述开关放大器电路的调制后信号以供钥匙坠电路接收和解调。另外，所述开关放大器电路包括输出电流感测电路，所述输出电流感测电路用于使用电流感测电阻器来测量通过所述输出负载的电流，所述电流感测电阻器连接于所述第二电源电压线与所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间。最后，所述开关放大器电路包括连接于所述电流感测电阻器两端的电压感测电路，其中所述电压感测电路被配置成对所述电流感测电阻器两端的电压进行采样以测量所述电流感测电阻器处的感测电流。在所选实施例中，所述高侧分离式栅极-源极开关晶体管包括并联连接于所述第一电源电压线与所述输出连接之间并由共用栅极控制信号驱动的第一功率晶体管和第二电流感测晶体管，其中所述第一功率晶体管大于所述第二电流感测晶体管，并且其中共用衬底区域的所述第一功率晶体管和所述第二功率晶体管通过衬底隔离结构与其它部件隔离。在其它实施例中，所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管包括第一功率晶体管和第二较小电流感测晶体管，每个晶体管具有直接连接到所述输出连接的漏极节点和由共用栅极控制信号驱动的栅极节点，其中所述第一功率晶体管的源极节点连接到所述第二电源线，并且其中所述电流感测晶体管的源极节点连接到所述电流感测电阻器。在又其它实施例中，所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管包括第三电流感测晶体管，所述第三电流感测晶体管具有直接连接到所述输出连接的漏极节点和连接到所述电流感测电阻器的源极节点，其中所述第三电流感测晶体管的栅极节点通过连接开关以第一连接状态连接到所述共用栅极控制信号并且通过所述连接开关以第二连接状态连接到所述第三电流感测晶体管的所述源极节点，从而使得在所述第二状态下提供给所述电流感测电阻器的电流比在所述第一状态下提供给所述电流感测电阻器的电流少。

以另一种形式，提供了一种用于精确测量输出电流的电路、设备、方法和系统。在所公开的实施例中，所述电路包括开关放大器、开关驱动器电路和输出电流感测电路。所述开关放大器包括串联连接在第一电源电压线与第二电源电压线之间的高侧开关晶体管和低侧分离式栅极-源极开关晶体管，其中在所述高侧开关晶体管与所述低侧开关晶体管之间存在用于驱动输出负载的输出连接，所述输出负载可以包括具有耦合于第一输出连接节点与第二输出连接节点之间的电感器的基于阻抗的负载。另外，所述输出电流感测电路被提供用于测量通过所述输出负载的电流并且包括电流感测电阻器，所述电流感测电阻器连接于所述第二电源电压线与所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间。如所形成的，所述电流感测电阻器是形成于用于所述电路的公共半导体衬底中的集成电路电阻器。在所选实施例中，所述开关放大器包括第一高侧电子开关和第二高侧电子开关，所述电子开关被配置和布置成响应于第一栅极控制信号和第二栅极控制信号而将所述第一电源电压线分别连接到第一输出连接节点和第二输出连接节点，并且所述开关放大器还包括第一低侧分离式栅极-源极开关晶体管和第二低侧分离式栅极-源极开关晶体管，所述开关晶体管被配置和布置成响应于来自所述开关驱动器电路的所述第一栅极控制信号和所述第二栅极控制信号而将所述第二电源电压线分别连接到所述第一输出连接节点和所述第二输出连接节点。在所选实施例中，所述第一高侧分离式栅极-源极开关晶体管和所述第二高侧分离式栅极-源极开关晶体管以及所述第一低侧分离式栅极-源极开关晶体管和所述第二低侧分离式栅极-源极开关晶体管是D类放大器的一部分，所述D类放大器被连接以驱动所述输出负载，所述输出负载包括基于阻抗的天线负载，所述基于阻抗的天线负载包括耦合于所述第一输出连接和所述第二输出连接之间的电感器，所述基于阻抗的天线负载用于无线地输送来自所述开关放大器电路的调制后信号以供另一电路接收和解调。在其它实施例中，所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管包括第一功率晶体管和第二较小电流感测晶体管，每个晶体管具有直接连接到所述输出连接的漏极节点和由所述第一控制信号驱动的栅极节点，其中所述第一功率晶体管的源极节点连接到所述第二电源电压线，并且其中所述电流感测晶体管的源极节点连接到所述电流感测电阻器。另外，所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管可以包括第三电流感测晶体管，所述第三电流感测晶体管具有直接连接到所述输出连接的漏极节点和连接到所述电流感测电阻器的源极节点，其中所述第三电流感测晶体管的栅极节点通过连接开关以第一连接状态连接到所述第一控制信号并且通过所述连接开关以第二连接状态连接到所述第三电流感测晶体管的所述源极节点，从而使得在所述第二状态下提供给所述电流感测电阻器的电流比在所述第一状态下提供给所述电流感测电阻器的电流少。在所选实施例中，所述电流感测电阻器是多晶硅电阻器并且可以具有介于0.2Ohm与200Ohm之间的电阻。所述电路还包括连接于所述电流感测电阻器两端的电压感测电路，其中所述电压感测电路被配置成对所述电流感测电阻器两端的电压进行采样以测量所述电流感测电阻器处的感测电流。

以又另一种形式，提供了一种用于测量输出负载处的电流的无线通信系统、电路、设备和方法。在所公开的实施例中，所述无线通信系统包括钥匙坠电路，所述钥匙坠电路被配置和布置成无线地接收调制后信号并对其作出响应。另外，所述无线通信系统包括D类开关放大器电路，所述D类开关放大器电路被连接用于驱动连接于第一输出节点与第二输出节点之间的基于阻抗的负载。在所选实施例中，所述基于阻抗的负载包括耦合于第一输出节点与第二输出节点之间的电感器，其中所述基于阻抗的负载被配置和布置成无线地输送来自所述D类开关放大器电路的调制后信号以供所述钥匙坠电路接收和解调。如所公开的，所述D类开关放大器电路包括第一高侧电子开关和第二高侧电子开关，所述电子开关被配置和布置成响应于第一栅极控制信号和第二栅极控制信号而将第一基准电压分别连接到所述第一输出节点和所述第二输出节点。另外，所述D类开关放大器电路包括第一低侧分离式栅极-源极电子开关和第二低侧分离式栅极-源极电子开关，所述电子开关被配置和布置成响应于所述第一栅极控制信号和所述第二栅极控制信号而将第二基准电压分别连接到所述第一输出节点和所述第二输出节点。最后，所述D类开关放大器电路包括输出电流感测电路，所述输出电流感测电路用于使用电流感测电阻器来测量通过所述基于阻抗的负载的电流，所述电流感测电阻器连接于所述第二基准电压与所述低侧分离式栅极-源极开关晶体管中的一个或多个分离式栅极-源极开关晶体管的源极之间。如所公开的，所述电流感测电阻器可以被形成为具有约200Ohm或更少电阻阻值的多晶硅电阻器。所述无线通信系统还可以包括连接于所述电流感测电阻器两端的电压感测电路，其中所述电压感测电路被配置成对所述电流感测电阻器两端的电压进行采样以测量所述电流感测电阻器处的感测电流。

因为实施本发明的所选实施例在很大程度上由本领域的技术人员已知的电子部件和电路构成，所以如上文所说明的，对电路细节的解释将不会超过认为必要的程度，以便于理解和认识本公开的基本概念并且以免混淆本公开的教导或将注意力转移到本公开的教导之外。还应当理解的是，使用术语仅仅是为了表示方便，并且在实际使用中，所公开的结构的朝向可以不同于附图所示的朝向。因此，不应以限制的方式来解释所述术语。另外，应当理解的是，某些术语在含义上可能存在某种重叠。这方面的一个例子是术语“电极”，所述术语可以被视为不限制部件或相关电路系统的功能的“导线”的一部分。在很多情况下，设计可以通过“电极”被用作“导线”的一部分来表征电连接，并且在其它设计中，反之亦然。另外，术语“电极”或“导线”还可以指以集成方式形成的多个“电极”和“导线”的组合。并且，当使用FET来描述示例性设计时，可以根据操作条件和相关电压极性来切换FET的源极和漏极的功能；例如，当采用具有相反极性的晶体管或在电路操作中改变电流的方向时，对FET的术语“源极”或“源极端”的引用可以与“漏极”或“漏极端”互换。因此，在本说明中可以交换术语“源极”和“漏极”，并且类似地，这些术语也可以与术语“源极/漏极”和“漏极/源极”互换使用。

此外，本领域的技术人员将认识到，上述操作的功能之间的界限仅仅是说明性的。多个操作的功能可以组合成单个操作，和/或单个操作的功能可以分布在另外的操作中。此外，替代实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在各个其它实施例中可以改变操作的顺序。

如本文所用的术语“耦合”不旨在限于直接耦合或机械耦合。此外，如本文所用的术语“一个(a)”或“一种(an)”被定义为一个或多于一个。而且，在权利要求中使用如“至少一个”和“一个或多个”等引入性短语不应被解释为暗示通过不定冠词“一个(a)”或“一种(an)”引入另一权利要求要素将包含这种所引入权利要求要素的任何特定权利要求限于仅包含一个这种要素的发明，甚至是在同一权利要求包括引入性短语“一个或多个”或“至少一个”以及如“一个(a)”或“一种(an)”等不定冠词时也是如此。对于定冠词的使用也是如此。除非另有说明，否则如“第一”和“第二”等术语用于任意区分这种术语描述的要素。因此，这些术语不一定旨在指示这种要素的时间优先次序或其它优先次序。

尽管本文所公开的所描述示例性实施例涉及用于在差分D类开关放大器的电路、系统、架构和方法中测量输出电流的方法和系统，但是本发明不必限于本文所说明的示例实施例，并且本文所公开的电路系统和方法的各个实施例可以用其它装置和电路部件来实施。因此，上文公开的具体实施例仅是说明性的并且不应当被视为对本发明的限制，因为本发明可以以对受益于本文教导的本领域的技术人员而言显而易见的不同但等同的方式进行修改和实践。因此，前面的描述并非旨在将本发明限制于所阐述的特定形式，但相反，旨在涵盖如可以包括在如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的这种替代方案、修改和等同物，使得本领域的技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的最广泛形式的精神和范围的情况下可以做出各种改变、替换和变更。

上文已经关于具体实施例描述了益处、其它优点和问题解决方案。然而，所述益处、优点、问题解决方案以及可能使任何益处、优点或解决方案发生或变得更加明显的任何一个或多个要素不应被解释为任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征或要素。如本文所用，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”或其任何其它变体旨在覆盖非排他性包括，使得包括一系列要素的过程、方法、物品或设备不仅仅包括那些要素，而是可以包括其它未清楚地列出的或这种过程、方法、物品或设备固有的其它要素。