一种新型高性能电流检测放大器的设计

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当今,电流检测技术广泛应用于各类电子系统的反馈控制信号链,以进行系统过流保护或故障检测。尤其是在对电流能耗较敏感的车载电子系统中,电流检测技术具有极其重要的地位。本文结合实际应用背景,根据设计需求,提出了具体的高边电流检测技术解决方案,设计并实现了一种带动态箝位的宽共模输入高精度电流检测放大器电路。本设计的电流检测系统主体架构由采用共源共栅密勒补偿(Cascode Miller Compensation,CMC)的高压线性稳压器(High Voltage Low Dropout Regulator,HVLDO)、以全差分共基极电流检测放大器为核心的输入级增益放大电路及以采用嵌套式密勒补偿(Nested Miller Compensation,NMC)的三级差分运放为核心的输出级增益放大电路三部分组成。其中HVLDO内部带隙基准模块以输出负反馈网络取代传统运放箝位型架构,用于保证系统可靠性;输入级电路基于主体架构从系统上引入了动态箝位参考辅助电路,从电路上以恒定尾电流接法取代电流镜镜像接法,用于提高全差分共基极电流检测放大器的箝位精度,进一步提高系统检测精度;输出级三级差分运放采用增益提高技术保障开环增益的同时,引入了改进型具备低功耗、高电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)的浮动电压源型推挽输出结构,实现满摆幅输出、提高了电路瞬态可靠性。基于CSMC 0.25μm BCD工艺,采用Cadence Virtuoso EDA工具对上述电流检测放大器电路进行设计与验证。在-55℃~125℃的工作温度范围以及±100m V的输入检测范围下,整个电流检测放大器系统输入共模范围(Input Common Mode Range,ICMR)与电源电压范围(Power Supply Voltage Range,PSVR)均可达到4.5V~60V、闭环电压增益为60V/V,且检测精度小于0.65%、输入失调电压小于60μV、共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio,CMRR)与PSRR均大于100d B、功耗电流,输入偏置电流与泄漏电流分别小于150μA,15μA,500n A。系统仿真结果表明,本文设计的电流检测放大器电路满足设计需求,实现了预期功能。
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