電流感測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型總體上涉及一種電流感測(cè)裝置，特別是涉及一種用于功率LD-M0SFET (橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的電流感測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在常規(guī)的功率LD-M0SFET器件的電流感測(cè)中，一般采用圖1所示的電路100。如圖1所示，參考電流源Iref的電流流過參考電阻器160，以便向運(yùn)算放大器140的正輸入端提供參考電壓Vref，運(yùn)算放大器140的輸出端連接到感測(cè)M0SFET 120和功率M0SFET 130的柵極G，運(yùn)算放大器140的負(fù)輸入端連接到感測(cè)M0SFET 120的源極和分流電阻器150的一端，分流電阻器150的另一端連接到功率M0SFET 130的源極S，以使得感測(cè)M0SFET 120的源極通過分流電阻器150連接到功率M0SFET的源極S，并且感測(cè)M0SFET 120和功率M0SFET130的漏極D連接在一起，其中感測(cè)M0SFET 120和功率M0SFET130都是LD-M0SFET器件。
[0003]對(duì)于圖1所示的電路，一般地通過測(cè)量具有已知電阻的分流電阻器150兩端的電壓來測(cè)量流過感測(cè)M0SFET 120的電流，然后利用所測(cè)量的流過感測(cè)M0SFET 120的電流和流過功率M0SFET 130的電流與該流過感測(cè)M0SFET120的電流之間的比值來確定流過功率M0SFET 130的電流。顯然，期望該比值是基本恒定的或者具有較小的變化，從而可以利用所測(cè)量的流過感測(cè)M0SFET 120的電流來相對(duì)精確地確定流過功率M0SFET 130的電流。
[0004]然而，事實(shí)上，在采用圖1所示的電路時(shí)，流過功率M0SFET 130的電流與流過感測(cè)M0SFET 120的電流之間的比值不是恒定的。相反，該比值的變化是比較大的。
[0005]圖2示出了圖1所示的電路100中的M0SFET器件的各項(xiàng)參數(shù)的仿真結(jié)果，以便于確定上述電流比值變化較大的原因，其中圖1中的電路器件的參數(shù)如下:
[0006]Vref = 50mV (毫伏)，分流電阻器150的電阻=50ohm(歐姆)；
[0007]感測(cè)M0SFET 120的寬度W = 24 μ m(微米)，感測(cè)M0SFET 120的指狀分支數(shù)ng =4 ;以及
[0008]功率M0SFET 130的寬度W = 200mm(毫米)，功率M0SFET 130的指狀分支數(shù)ng =200，并且功率M0SFET的限制電流為10A。
[0009]在將掃描電壓VDS施加在功率M0SFET 130的漏極與源極之間后，可以得到圖2所示的曲線A-E，其中曲線A示出了流過功率M0SFET 130的電流，曲線B示出了流過感測(cè)M0SFET 120的電流，曲線C示出了分流電阻器150上的電壓降(S卩，感測(cè)M0SFET 120的源極電壓)，曲線D示出了功率M0SFET 130的柵極與源極之間的電壓VGS，而曲線E示出了一數(shù)字信號(hào)，用于判斷感測(cè)M0SFET 120的電流是否已經(jīng)達(dá)到其極值。在圖2的曲線E中，例如使用標(biāo)記0C來指示流過感測(cè)M0SFET的電流已經(jīng)達(dá)到其極值。然而，如圖2所示，當(dāng)感測(cè)M0SFET的電流已經(jīng)達(dá)到其極值時(shí)，功率M0SFET 130的電流僅僅為6A，但其最大限制電流為ΙΟΑο
[0010]換言之，在感測(cè)M0SFET 120的電流已經(jīng)達(dá)到其極值后，功率M0SFET 130的電流與感測(cè)M0SFET 120的電流之間的比值是不斷增大的，從而無法利用所測(cè)量的流過感測(cè)MOSFET 120的電流來精確地確定流過功率MOSFET 130的電流。
[0011]通過上述曲線A-E，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)造成上述問題的表面原因在于:當(dāng)功率MOSFET120的柵極與源極之間的電壓VGS開始下降時(shí)，感測(cè)MOSFET 120的電流被固定為其極值，但是功率MOSFET 130的電流仍然隨著掃描電壓VDS的增大而增大。因此，在功率MOSFET的柵源電壓VGS減小時(shí)，功率MOSFET的電流與感測(cè)MOSFET的電流之比增大。這導(dǎo)致了以下情況:感測(cè)MOSFET 120工作在飽和區(qū)域中，而功率MOSFET 130仍然工作在線性區(qū)域中。
[0012]此外，由于分流電阻器150具有小的電阻，因此該分流電阻器150上的電壓降落較小，從而分流電阻器也不是造成上述問題的根本原因。
[0013]顯然，利用例如圖1所示的現(xiàn)有電路無法精確地確定流過功率MOSFET的電流大小。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0014]鑒于上述問題，本實(shí)用新型提供了一種新的能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷的用于功率MOSFET器件的電流感測(cè)裝置。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，一種電流感測(cè)裝置包括:感測(cè)MOSFET、功率MOSFET,以及補(bǔ)償M0SFET，其中所述補(bǔ)償MOSFET的漏極和所述功率MOSFET的漏極連接在一起，所述感測(cè)MOSFET的柵極和所述功率MOSFET的柵極連接在一起，并且所述補(bǔ)償MOSFET被配置為對(duì)由所述感測(cè)MOSFET和所述功率MOSFET的單位指狀分支寬度的不同而引起的漏極端寄生電阻差進(jìn)行補(bǔ)償，其中所述感測(cè)MOSFET、所述功率MOSFET以及所述補(bǔ)償MOSFET都是 LD-M0SFET 器件。
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步的實(shí)施例，所述感測(cè)MOSFET的源極和所述功率MOSFET的源極連接在一起。
[0017]根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步的實(shí)施例，所述感測(cè)M0SFET、所述功率MOSFET以及所述補(bǔ)償MOSFET都是N溝道LD-M0SFET器件或都是P溝道LD-M0SFET器件。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步的實(shí)施例，所述電流感測(cè)裝置還包括分流電阻器，其中所述分流電阻器的一端連接到所述感測(cè)MOSFET的源極，并且所述分流電阻器的另一端連接到所述功率MOSFET的源極。
[0019]根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步的實(shí)施例，所述電流感測(cè)裝置還包括參考電流源、參考電阻器和運(yùn)算放大器，其中所述參考電流源與所述參考電阻器串聯(lián)連接，所述參考電流源與所述參考電阻器的串聯(lián)連接節(jié)點(diǎn)被連接到所述運(yùn)算放大器的第一輸入端，所述運(yùn)算放大器的第二輸入端連接到所述感測(cè)MOSFET的源極，并且所述運(yùn)算放大器的輸出端連接到所述感測(cè)MOSFET的柵極和所述功率MOSFET的柵極。
[0020]根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步的實(shí)施例，所述補(bǔ)償MOSFET的柵極連接到具有固定電壓的電壓源。
[0021]根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步的實(shí)施例，所述補(bǔ)償MOSFET的柵極連接到具有浮動(dòng)電壓的電壓源。
[0022]根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步的實(shí)施例，所述具有浮動(dòng)電壓的電壓源包括可調(diào)節(jié)的偏置電流源、第一 MOSFET以及第二 M0SFET，其中所述第一 MOSFET的柵極和漏極連接在一起，所述第一 MOSFET的柵極和漏極連接到所述可調(diào)節(jié)的偏置電流源和所述補(bǔ)償MOSFET的柵極，所述第一 MOSFET的源極連接到所述第二 M0SFET的漏極，所述第二 M0SFET的柵極連接到所述補(bǔ)償MOSFET的源極，所述第二 MOSFET的源極接地，并且所述感測(cè)MOSFET的柵極連接到具有固定電壓的電壓源，其中所述第一 MOSFET和所述第二 MOSFET都是LD-M0SFET器件。
[0023]根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步的實(shí)施例，所述第一 MOSFET和所述第二 MOSFET都是N溝道LD-M0SFET器件或都是P溝道LD-M0SFET器件。
[0024]通過采用根據(jù)本實(shí)用新型的電流感測(cè)裝置，能夠補(bǔ)償功率MOSFET與感測(cè)MOSFET之間的不匹配性，以使得流過功率MOSFET的電流與流過感測(cè)MOSFET的電流之間的比值基本保持不變，從而能夠通過對(duì)流過感測(cè)MOSFET的電流進(jìn)行檢測(cè)來精確地確定流過功率MOSFET的電流。
【附圖說明】
[0025]本實(shí)用新型的其它特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和益處通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將變得更加顯而易見。其中:
[0026]圖1是示出了用于功率LD-M0SFET器件的電流感測(cè)的常規(guī)電路100的示例性電路示意圖；
[0027]圖2示出了圖1所示的電路100中的LD-M0SFET器件的仿真結(jié)果；
[0028]圖3 (a)和圖3 (b)分別示出了 LD-M0SFET的示例性橫截面圖和直流模型圖；
[0029]圖4示出了通過仿真而獲得的圖1中的功率MOSFET的電流與感測(cè)MOSFET的電流之間的比值；
[0030]圖5示出了在保持圖1中的功率MOSFET的漏源電壓VDS不變時(shí)對(duì)功率MOSFET的柵源電極進(jìn)行DC掃描所得到的仿真結(jié)果；
[0031]圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的用于功率LD-M0SFET器件的電流感測(cè)裝置600的示例性示意圖；
[0032]圖7示出了通過仿真而獲得的圖6中的功率LD-M0SFET的電流與感測(cè)LD-M0SFET的電流之間的比值；
[0033]圖8示出了在保持圖6中的功率MOSFET的漏源電壓VDS不變時(shí)對(duì)功率MOSFET的柵源電極進(jìn)行DC掃描所得到的仿真結(jié)果；
[0034]圖9示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的用于功率LD-M0SFET器件的電流感測(cè)裝置的示例性示意圖；
[0035]圖10示出了對(duì)圖9所示的電流感測(cè)裝置進(jìn)行仿真時(shí)所獲得的仿真結(jié)果；以及
[0036]圖11示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的用于功率LD-M0SFET器件的電流感測(cè)裝置1100的示例性示意圖。
[0037]在所有附圖中，相同或相似的附圖標(biāo)記可以表示相同或相似的技術(shù)特征或功能體。
【具體實(shí)施方式】
[0038]為了查明例如圖1所示的電路中的流過功率LD-M0SFET 130的電流與流過感測(cè)LD-M0SFET 120的電流之間的比值不斷增大的根本原因，本發(fā)明人研究了 LD-M0SFET器件的物理特性。
[0039]圖3示出了 LD-M0SFET 300的橫截面圖及其直流模型，其中圖3 (a)示出了已知LD-M0SFET 300的橫截面圖，而圖3(b)示出了該LD-M0SFET 300的直流模型。如圖3(a)所示，該L