過電流保護電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種過電流保護電路，特別是涉及一種應(yīng)用于運算放大器上的過電流保護電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路當中，當輸出負載電路短路時，例如將輸出級電路的輸出端，直接接地或直接接至一電壓源，來做極限測試，此時會有巨大電流產(chǎn)生，超過最大容許量的電流流入晶體管，會對晶體管造成損害，影響其可靠度；即使電流量未超過最大容許電流，但為了保護連接于晶體管的負載電路，有時亦有必要對電流量加以限制。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)當中，為了保護晶體管不被過大的電流損傷，或是為了限制流入負載電路的電流量，通常會采用具有電流限制功能的過電流保護電路，對電路進行保護。當流經(jīng)晶體管的電流超過一臨界值時，此過電流保護電路會啟動，將輸出晶體管關(guān)閉，避免進一步的損害。
[0004]然而，采用過電流保護電路，將會使輸出電壓的擺幅縮小，使得軌對軌電壓(Railto Rail voltage)幅度縮小,對電路性能造成影響。詳細來說，當相同VGS情況下，輸出級電路的晶體管處于三極管區(qū)(Tr1de Reg1n)，而過電流保護電路的感測晶體管處于飽和區(qū)(Saturat1n reg1n),會使得保護電路誤判電流大小而提早啟動,使輸出電壓的擺幅縮小，進而影響輸出電壓的效能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)當中所存在的上述問題，需要一種過電流保護電路，在輸出電壓值增加或減少而靠近電源電壓或是靠近接地電壓時，延緩過電流保護電路的啟動時間，避免輸出電壓的擺幅縮小。
[0006]依據(jù)本發(fā)明的一實施例，過電流保護電路應(yīng)用于一運算放大器上，此過電流保護電路含有一第一晶體管、一第一感測晶體管、一第一限流電路、一第一限流開關(guān)，以及一第一電流比較器。第一晶體管具有一柵極、一第一源漏極，以及一第二源漏極，柵極電性連接一輸出級電路的一輸出端，輸出端上流過一輸出電流；第一源漏極電性連接一第一電流源，第二源漏極電性連接一第一參考電流源；第一感測晶體管具有一柵極、一第一源漏極，以及一第二源漏極，柵極電性連接一運算放大器的一第一輸出端，第一源漏極電性連接一電壓源；第一限流電路用以調(diào)控電流的大小；第一限流開關(guān)電性連接第一限流電路以及輸出級電路；第一電流比較器依據(jù)輸出電流、第一電流源，以及第一參考電流源，決定是否導(dǎo)通第一限流開關(guān)。
[0007]依據(jù)本發(fā)明的另一實施例，過電流保護電路含有一第八晶體管、一第二感測晶體管、一第二限流電路、一第二限流開關(guān)，以及一第二電流比較器。第八晶體管具有一柵極、一第一源漏極，以及一第二源漏極，其柵極電性連接一輸出級電路的一輸出端，輸出端上流過一輸出電流，第一源漏極電性連接一第三電流源，第二源漏極電性連接一第二參考電流源；第二感測晶體管具有一柵極、一第一源漏極，以及一第二源漏極，其柵極電性連接一運算放大器的一第二輸出端，其第一源漏極電性連接一接地端；第二限流電路用以調(diào)控電流的大??；第二限流開關(guān)電性連接第二限流電路以及輸出級電路；第二電流比較器依據(jù)輸出電流、第三電流源，以及第二參考電流源，決定是否導(dǎo)通第二限流開關(guān)。
[0008]以上實施例的過電流保護電路，在輸出電壓值增加或減少而靠近電源電壓或是靠近接地電壓時，使電流臨界值(Peak/Limit current)的大小增加或變大,延緩過電流保護電路的啟動時間，因此可避免輸出電壓的擺幅縮小；在輸出電壓與電源電壓或是與接地電壓之間的差距拉大之后，則使電流臨界值的大小回復(fù)原先的電平，保持正常運作。
【附圖說明】
[0009]圖1A至圖1C示出了本發(fā)明實施例過電流保護電路的應(yīng)用示意圖。
[0010]圖2示出了本發(fā)明第一實施例P型過電流保護電路的電路圖。
[0011]圖3示出了本發(fā)明第一實施例N型過電流保護電路的電路圖。
[0012]附圖符號說明
[0013]101:運算放大器
[0014]103:N型過電流保護電路
[0015]105:P型過電流保護電路
[0016]107:P型晶體管
[0017]109:N型晶體管
[0018]111:輸出級電路
[0019]113、115:曲線
[0020]117:曲線
[0021]200:過電流保護電路
[0022]201:第一晶體管
[0023]203:第一感測晶體管
[0024]205:第一限流電路
[0025]207:第一限流開關(guān)
[0026]209:第一電流比較器
[0027]211:輸出級電路
[0028]213:第四晶體管
[0029]215:第五晶體管
[0030]217:第六晶體管
[0031]219:第七晶體管
[0032]221:第二晶體管
[0033]223:第三晶體管
[0034]225:第一輸出晶體管
[0035]227:第二輸出晶體管
[0036]229:第二電流源
[0037]300:過電流保護電路
[0038]301:第八晶體管
[0039]303:第二感測晶體管
[0040]305:第二限流電路
[0041]307:第二限流開關(guān)
[0042]309:第二電流比較器
[0043]313:第九晶體管
[0044]315:第十晶體管
[0045]317:第i^一晶體管
[0046]319:第十二晶體管
[0047]321:第十四晶體管
[0048]323:第十三晶體管
[0049]329:第四電流源
【具體實施方式】
[0050]以下實施例的過電流保護電路，利用額外的晶體管及電流源，在輸出電壓值增加或減少而靠近電源電壓或是靠近接地電壓時，使電流臨界值(Peak/Limit current)增加或變大，延緩過電流保護電路的啟動時間，因此可以避免輸出電壓的擺幅縮小。
[0051]圖1A至圖1C示出了本發(fā)明實施例過電流保護電路的應(yīng)用示意圖。由圖1A可以看出，N型過電流保護電路103與P型過電流保護電路105的一側(cè)會連接到運算放大器101的輸出端，N型過電流保護電路103與P型過電流保護電路105的另一側(cè)會連接到輸出級電路111的P型晶體管107與N型晶體管109。由圖1B與圖1C可以看出，增加了本發(fā)明實施例的過電流保護電路之后，輸出電流曲線會由曲線113調(diào)升至曲線115或曲線117，使得尖峰電流(Peak Current)與臨限電流(Limit Current)往上增加,輸出級電路111的P型晶體管107與N型晶體管109延遲關(guān)閉，使輸出電壓值往電壓源VDDA與VSSA的電壓值靠近，避免輸出電壓的擺幅縮小。
[0052]圖2示出了本發(fā)明第一實施例P型過電流保護電路的電路圖。過電流保護電路200應(yīng)用于運算放大器上，此過電流保護電路200含有第一晶體管201、第一感測晶體管203、第一限流電路205、第一限流開關(guān)207，以及第一電流比較器209，其中，第一感測晶體管203、輸出級電路211的第一輸出晶體管225、以及第一限流開關(guān)207為P型晶體管。
[0053]第一晶體管201,例如一 N型晶體管,其柵極電性連接輸出級電路211的輸出端0UT，第一源漏極電性連接第一電流源Imi，第二源漏極電性連接第一參考電流源IKrf。第一感測晶體管203具有柵極、第一源漏極，以及第二源漏極，其柵極電性連接運算放大器(顯不于圖1A)的第一輸出端A以及輸出級電路211的第一輸出晶體管225的柵極,第一感測晶體管203的第一源漏極電性連接電壓源VDDA。第一限流電路205用以調(diào)控電流的大小。第一限流開關(guān)207電性連接第一限流電路205以及輸出級電路211的第一輸出晶體管225的柵極。
[0054]第一電流比較器209具有第一端B、第二端C，以及第三端D，第一端B電性連接第一晶體管201與第一參考電流源Ikef的連接端，第二端C電性連接第一限流開關(guān)207的柵極，第三端D電性連接第一感測晶體管203的第二源漏極。第一電流比較器209內(nèi)含第四晶體管213、第五晶體管215、第六晶體管217，以及第七晶體管219，其中，第四晶體管213與第五晶體管215為P型晶體管，第六晶體管217與第七晶體管219為N型晶體管。第四晶體管213的第一源漏極電性連接電壓源VDDA，其第二源漏極電性連接其柵極，第四晶體管213的第二源漏極電性連接第一晶體管201的第二源漏極。第五晶體管215的柵極電性連接第四晶體管213的柵極，第五晶體管215的第一源漏極電性連接電壓源VDDA。第六晶體管217的第一源漏極電性連接接地端GND，其第二源漏極電性連接第五晶體管215的第二源漏極。第七晶體管219的柵極電性連接第六晶體管217的柵極，第七晶體管219的第一源漏極電性連接接地端GND，其第二源漏極電性連接自身的柵極。
[0055]過電流保護電路200還含第二晶體管221以及第三晶體管223。第二晶體管221的柵極電性連接第五晶體管215的第二源漏極，第一源漏極電性連接第一晶體管201與第一參考電流源Ikef的連接端B。第三晶體管223的柵極電性連接第一晶體管201的柵極以及輸出級電路211的輸出端0UT，其第一源漏極電性連接第二晶體管221的第二源漏極，其第二源漏極電性連接第二電流源229。
[0056]當輸出端OUT的電壓值接近電壓源VDDA的電壓值，第一晶體管201會導(dǎo)通(ON)，第三晶體管223截止(OFF)，使端點B上的電流成為IKef+IM1，經(jīng)由電流鏡(Current Mirror,晶體管213、215)的鏡射作用，流經(jīng)端點C的電流大小為K(IkJImi)。流經(jīng)端點D與端點C’的電流與輸出電流Iwtput相等。經(jīng)第一電流比較器209比較電流K(IKrf+IM1)與電流Iwtput,得出It5utput大于K (IEef+IM1)，將使第一限流開關(guān)207導(dǎo)通(ON)，使端點E上的電壓上升，而關(guān)閉(Turn off)第一輸出晶體管225。由于增加了第一電流源Imi，使電流臨界值(Peak/Limit current)的大小增加，延緩過電流保護電路的啟動時間，使第一輸出晶體管225關(guān)閉/截止(Off)的時間往后延遲，使輸出端OUT上的電壓往電壓源VDDA的電壓值靠近，因此可以避免輸出電壓的擺幅縮小。
[0057]圖3示出了本發(fā)明第二實施例N型過電流保護電路的電路圖。過電流保護電路300含有第八晶體管301、第二感測晶體管303、第二限流電路305、第二限流開關(guān)307，以及第二電流比較器309，其