开关电容采样检测电路及应用其电路的电池保护芯片制造技术

本发明专利技术涉及电子技术领域，具体涉及一种开关电容采样检测电路及应用其电路的电池保护芯片，本发明专利技术通过采用可调采样电容阵列和时钟交错开关模块对电池电压进行采样，同时这样可以应用芯片内部的低压参考电压进行比较，并通过调节可调采样电容阵列容值比例来设置不同的采样输出电压，这样同一个采样比较电路便可以分时复用，提高复用性，实现多种不同的采样检测功能，简化结构节省芯片面积；通过判断不同检测功能时比较锁存模块放大器和比较器所需要的偏置电流大小，偏置模块可以调节给比较所存模块不同的电流，实现低功耗优化。实现低功耗优化。实现低功耗优化。

【技术实现步骤摘要】
开关电容采样检测电路及应用其电路的电池保护芯片


[0001]本专利技术涉及电子
，具体涉及一种开关电容采样检测电路及应用其电路的电池保护芯片。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为广泛使用的主流电池，拥有着明显优于其他电池的种种优势，然而在锂离子电池充放电过程中，存在电池电压过高或过低、电池电流过大或者温度过高等意外状况，会对锂离子电池本身造成不可逆转的损伤，严重时甚至会造成锂离子电池的燃烧和爆炸，给锂离子电池的使用场景的埋下安全隐患，给生产生活造成困扰。锂离子电池保护芯片可以在锂离子电池充放电过程中发生意外状况时有效切断电池环路，阻止充放电过程继续。
[0003]电池的电压、电流和温度，是电池工作时需要进行有效监测的敏感点，所以电池保护芯片通常需要对多节电池电压进行采集和检测，多节电池的堆叠不可避免地会引入高压信号，这对后级电路对高压采样信号的处理提出了更高的要求；同时对温度和电流的检测又需要电路在低压域对采集来的低压信号进行检测、比较和处理。
[0004]同时需要注意的是，锂电池保护芯片，在非充电的工作状态下，会使用电池本身的电量，作为能源驱动，所以，进一步降低锂电池保护芯片的功耗，不但可以防止锂电池不必要的能量损耗，还可以防止高功耗状态下产生高温。
[0005]现有的锂离子电池保护芯片虽然能够实现对于锂离子电池的保护，但还存在以下缺陷：
[0006]1、锂离子电池保护芯片的面积大：现有锂电池保护芯片中针对高压采样和低压采样后的比较处理时，因为考虑耐压问题，就需要设计不同的比较检测电路，同时设计相差较多的高压比较参考阈值电压和低压比较参考阈值阈值电压，复用性低，且增加了设计的难度，同时也增加了芯片的面积。
[0007]2、功耗高：现有的锂电池保护芯片在高压采样比较中需要加入较多的电阻分压阵列等进行降压采样，这样无疑增加了芯片的功耗。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种开关电容采样检测电路及应用其电路的电池保护芯片，解决现有技术中电池保护芯片面积大、功耗高的技术问题。
[0009]本专利技术解决上述技术问题的方案：
[0010]一种开关电容采样检测电路，其特征在于，包括：
[0011]时钟交错开关模块，用于将可调采样电容阵列两端的输入电压和参考电压的相位进行转换，实现比较锁存模块共模输入电压建立以及可调采样电容阵列的电荷建立；
[0012]可调采样电容阵列，用于根据所述输入电压与参考电压之间的关系调节可调采样电容阵列所构成电容之间的容值比例并进行电荷建立，产生采样输出电压，并将所述采样
输出电压发送给比较锁存模块；
[0013]比较锁存模块，用于对采样输出电压进行处理得到采样结果，通过判断采样结果得到比较结果并输出比较结果信号；
[0014]偏置调节模块：用于根据待检测电压所处的电压阈得到参考电压、共模输入电压和偏置电流。
[0015]进一步限定，所述可调采样电容阵列包括第一电容单元和第二电容单元，所述第一电容单元的输入端和第二电容单元的输入端均与时钟交错开关模块连接，第一电容单元的输出端和第二电容单元的输出端均与比较锁存模块连接。
[0016]进一步限定，所述时钟交错开关模块包括：
[0017]第一交错开关单元，连接于输入电压与参考电压V
ref
之间，实现输入电压与参考电压V
ref
的相位转换；
[0018]第二交错开关单元，分别与第一电容单元的输入端和第二电容单元的输入端连接，用于控制第一电容单元的输入端接地，第二电容单元的输入端接参考电压V
ref
，实现电荷建立，或者控制第一电容单元的输入端接参考电压V
ref
第二电容单元的输入端接地，实现电荷建立；
[0019]第三交错开关单元，与比较锁存模块连接，用于建立共模输入电压V
cm
。
[0020]进一步限定，所述第一交错开关单元、第二交错开关单元以及第三交错开关单元均由至少一个第一开关SW1和至少一个第二开关SW2构成，所述第一开关SW1和第二开关SW2的相位交错且存在死区时间t
1d
；
[0021]优选的，第一交错开关单元包括两个由一个第一开关SW1和一个第二开关SW2组成的第一开关组，两个所述第一开关组通过控制第一开关SW1的开断和第二开关SW2的开断，实现控制正输入电压V
in+
与第一电容单元输入端连接的同时负输入电压V
in
‑
与第二电容单元的输入端连接；
[0022]或者实现控制正输入电压V
in+
与第二电容单元输入端连接的同时负输入电压V
in
‑
与第一电容单元的输入端连接。
[0023]进一步限定，所述第二交错开关单元包括：
[0024]并联在第一电容单元输入端与第二电容单元输入端之间的两个第二开关组，两个所述第二开关组均包括串联的第一开关SW1和第二开关SW2，一个所述第二开关组的串接点接地，另一个所述第二开关组的串接点接参考电压V
ref
。
[0025]进一步限定，所述第一电容单元和第二电容单元结构相同；
[0026]第一电容单元包括n个依次并联的C1电容支路和m个依次并联的C2电容支路，所述C1电容支路包括第一反相器、第一传输门、第一NMOS管和第一电容；
[0027]n路第一控制信号Vtrimc1与n个C1电容支路一一对应，每一路第一控制信号Vtrimc1通过对应的第一反相器控制第一NMOS管的栅极和对应位数的第一传输门，第一NMOS管的漏极与第一传输门和第一电容的一端连接，第一NMOS管的源极接地；每一个C1电容支路的第一电容的另一端均输出采样输出电压V
inp
，输入电压与每一个C1电容支路的第一传输门的另一端连接，C1电容支路中第一电容的电容值为2
n
‑1C；
[0028]所述C2电容支路包括第二反相器、第二传输门、第二NMOS管和第二电容；
[0029]m路第二控制信号Vtrimc2与m个C2电容支路一一对应，每一路第二控制信号
Vtrimc2通过对应的第二反相器控制第二NMOS管的栅极和对应位数的第二传输门，第二NMOS管的漏极与第二传输门的一端和第二电容的一端连接，第二NMOS管的源极接地；每一个C2电容支路的第二电容的另一端均输出采样输出电压V
inp
，C2电容支路中第二电容的电容值为2
m
‑1C；
[0030]每一个C2电容支路的第二传输门的另一端接地或者连接参考电压V
ref
；
[0031]第二电容单元输出采样输出电压V
inm
。
[0032]进一步限定，所述比较锁存模块包括依次连接的前置放大器、动态比较器和RS锁存器；
[0033]所述前置放大器的输入端接采样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关电容采样检测电路，其特征在于，包括：时钟交错开关模块(1)，用于将输入电压和参考电压的相位进行转换，实现比较锁存模块(3)共模输入电压建立以及可调采样电容阵列(2)的电荷建立；可调采样电容阵列(2)，用于根据输入电压与参考电压之间的关系调节可调采样电容阵列所构成电容之间的容值比例并进行电荷建立，产生采样输出电压，并将所述采样输出电压发送给比较锁存模块(3)；比较锁存模块(3)，用于对采样输出电压进行处理得到采样结果，通过判断采样结果得到比较结果并输出比较结果信号；偏置调节模块(4)：用于根据待检测电压所处的电压阈得到参考电压、共模输入电压和偏置电流。2.根据权利要求1所述的开关电容采样检测电路，其特征在于，所述可调采样电容阵列(2)包括第一电容单元(21)和第二电容单元(22)，所述第一电容单元(21)的输入端和第二电容单元(22)的输入端均与时钟交错开关模块(1)连接，第一电容单元(21)的输出端和第二电容单元(22)的输出端均与比较锁存模块(3)连接。3.根据权利要求2所述的开关电容采样检测电路，其特征在于，所述时钟交错开关模块(1)包括：第一交错开关单元，连接于输入电压与参考电压V
ref
之间，实现输入电压与参考电压V
ref
的相位转换；第二交错开关单元，分别与第一电容单元(21)的输入端和第二电容单元(22)的输入端连接，用于控制第一电容单元(21)的输入端接地，第二电容单元(22)的输入端接参考电压V
ref
，实现电荷建立；或者控制第一电容单元(21)的输入端接参考电压V
ref
，第二电容单元(22)的输入端接地，实现电荷建立；第三交错开关单元，与比较锁存模块(3)连接，用于建立共模输入电压V
cm
。4.根据权利要求3所述的开关电容采样检测电路，其特征在于，所述第一交错开关单元、第二交错开关单元以及第三交错开关单元均由至少一个第一开关SW1和至少一个第二开关SW2构成，所述第一开关SW1和第二开关SW2的相位交错且存在死区时间t
1d
；优选的，第一交错开关单元包括两个由一个第一开关SW1和一个第二开关SW2组成的第一开关组，两个所述第一开关组通过控制第一开关SW1的开断和第二开关SW2的开断，实现控制正输入电压V
in+
与第一电容单元(21)输入端连接的同时负输入电压V
in
‑
与第二电容单元(22)的输入端连接；或者实现控制正输入电压V
in+
与第二电容单元(22)输入端连接的同时负输入电压V
in
‑
与第一电容单元(21)的输入端连接。5.根据权利要求3所述的开关电容采样检测电路，其特征在于，所述第二交错开关单元包括：并联在第一电容单元输入端与第二电容单元输入端之间的两个第二开关组，两个所述第二开关组均包括串联的第一开关SW1和第二开关SW2，一个所述第二开关组的串接点接地，另一个所述第二开关组的串接点接参考电压V
ref
。6.根据权利要求2所述的开关电容采样检测电路，其特征在于，所述第一电容单元(21)和第二电容单元(22)结构相同；
第一电容单元(21)包括n个依次并联的C1电容支路(211)和m个依次并联的C2电容支路(212)，所述C1电容支路(211)包括第一反相器、第一传输门、第一NMOS管和第一电容；n路第一控制信号Vtrimc1与n个C1电容支路(211)一一对应，每一路第一控制信号Vtrimc1通过对应的第一反相器控制第一NMOS管的栅极和对应位数的第一传输门，第一NMOS管的漏极与第一传输门和第一电容的一端连接，第一NMOS管的源极接地；每一个C1电容支路(211)的第一电容的另一端均输出采样输出电压V
inp
，输入电压与每一个C1电容支路(211)的第一传输门的另一端连接，C1电容支路(211)中第一电容的电容值为2
n
‑1C；所述C2电容支路(212)包括第二反相器、第二传输门、第二NMOS管和第二电容；m路第二控制信号Vtrimc2与m个C2电容支路(212)一一对应，每一路第二控制信号Vtrimc2通过对应的第二反相器控制第二NMOS管的栅极和对应位数的第二传输门，第二NMOS管的漏极与第二传输门的一端和第二电容的一端连接，第二NMOS管的源极接地；每一个C2电容支路(212)的第二电容的另一端均输出采样输出电压V
inp
，C2电容支路(212)中第二电容的电容值为2
m
‑1C；每一个C2电容支路(212)的第二传输门的另一端接地或者连接参考电压V
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；第二电容单元输出采样输出电压V
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。7.根据权利要求2所述的开关电容采样检测电路，其特征在于，所述比较锁存模块(3)包括依次连接的前置放大器、动态比较器和RS锁存器；所述前置放大器的输入端接采样输出电压(V
inp
，V
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)，前置放大器输出端接共模电压V
cm
，前置放大器将采样输出电压放大后输出放大电压(V
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，V
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)；所述动态比较器比较放大电压(V
outp
，V
outm
)输出比较结果；所述RS锁存器将比较结果锁存，实现比较结果输出。8.根据权利要求4所述的开关电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：王阳，张启东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：