電流傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電流傳感器。經(jīng)由一對力端子（5i、5o）注入測試電流（1a）到導(dǎo)體（2）中。經(jīng)由一對感測端子（6ih、6il）接收輸入信號。該輸入信號對應(yīng)于跨導(dǎo)體（2）的電壓降?；谳斎胄盘?，確定由于測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)。確定導(dǎo)體（2）的參考電阻與導(dǎo)體（2）中的初級電流（1）中的至少一個。
【專利說明】
電流傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]各種實(shí)施例涉及系統(tǒng)、設(shè)備以及方法。特別地，各種實(shí)施例涉及確定導(dǎo)體的參考電阻和在導(dǎo)體中流動的初級電流中的至少一個的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)電流傳感器采用分流器。分流器通常是約為I毫歐(mohm)或更小的低歐姆電阻器;分流器具有定義明確的電阻，使得經(jīng)由歐姆定律，可以以高準(zhǔn)確度測量流過分流器的電流。通常，分流器可由具有零電阻溫度系數(shù)(TCR)的特殊合金成分制成。最近，純銅或鋁分流器還在使用中一一在這里，向分流器附接溫度傳感器，該溫度傳感器測量分流器的溫度并計及標(biāo)稱TCR。
[0003]然而，采用專用分流器的電流傳感器面對某些限制和缺點(diǎn)。例如，在基板上或在印刷電路板(PCB)上常常使用電流傳感器。通常，在這樣的情況中，厚銅層在層壓件或基板的中心或核心中。要測量的電流(初級電流)在所述核心層中流動。然后，針對其中采用專用分流器的電流測量，通常要求將導(dǎo)體中斷以使核心層中的電流路徑開路。需要將初級電流路由到基板的表面。這使得系統(tǒng)的設(shè)計更加復(fù)雜，并且在布線方面要求相當(dāng)大的努力。例如，可要求提供大量的過孔。特別地，可要求過孔可以處理相當(dāng)大的電流。在這里，期望的是過孔并不增加顯著的電阻以避免系統(tǒng)的加熱和增加的功率耗散。然后在基板的頂部處將分流器焊接或UV恪接到過孔。
[0004]此外，在如上文所解釋的情況中，通常初級電流的主要部分需要經(jīng)由其中初級導(dǎo)體被中斷的界面處的焊料流動。通常，最大可允許電流密度與在導(dǎo)體中相比在焊料中相當(dāng)較低，因為焊料更易于發(fā)生電迀移。通常，即使當(dāng)溫度適中時，焊料也由于電流流動而退化。結(jié)果，通常要求針對焊料界面采用相當(dāng)大的面積以避免磨損。這進(jìn)而增加基板的所需空間。通常，這導(dǎo)致成本的增加。
[0005]此外，依賴于分流器可以引起相當(dāng)高的插入損耗;通常浪費(fèi)大功率用于電流測量。
[0006]采用專用分流器的另一缺點(diǎn)是所采用材料的賽貝克系數(shù)方面的差異可引起熱偏移。如果分流器由具有恒定TCR的特定合金制成而檢測分流器上的電壓降的感測觸點(diǎn)由電解銅制成，則情況可能如此。這樣的材料配對通常在兩個感測觸點(diǎn)處于不同溫度下時引起熱偏移。這將引起電流測量的零點(diǎn)誤差。此外，由熱偏移引起的這樣的誤差通常顯示出使得其難以補(bǔ)償?shù)亩x不清的壽命漂移。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，存在對減輕或減少上述提到的缺點(diǎn)和缺陷中的至少一些的電流傳感器的需要。特別地，存在對不要求專用分流器的電流傳感器的需要。
[0008]通過獨(dú)立權(quán)利要求來滿足該需要。從屬權(quán)利要求定義實(shí)施例。
[0009]根據(jù)一方面，提供了一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括導(dǎo)體和在第一位置處被耦合到導(dǎo)體的至少一個第一電觸點(diǎn)。該系統(tǒng)還包括在第二位置處被耦合到導(dǎo)體的至少一個第二電觸點(diǎn)。將第一位置和第二位置相對于彼此布置在一距離處。該系統(tǒng)還包括一對力(force)端子，其被配置成經(jīng)由所述至少一個第一電觸點(diǎn)和所述至少一個第二電觸點(diǎn)注入測試電流到導(dǎo)體中。該系統(tǒng)還包括一種設(shè)備。該設(shè)備包括微電子封裝和存儲器。該存儲器被配置成存儲與導(dǎo)體相關(guān)聯(lián)的預(yù)定參考電阻。該設(shè)備還包括一對感測端子。該對感測端子被配置成提供與所述至少一個第一電觸點(diǎn)與所述至少一個第二電觸點(diǎn)之間的跨導(dǎo)體的電壓降有關(guān)的輸入信號。該設(shè)備還包括至少一個處理器。所述至少一個處理器被配置成基于輸入信號和預(yù)定義參考電阻來確定通過導(dǎo)體的初級電流。
[0010]根據(jù)另一方面，提供了一種設(shè)備。該設(shè)備包括微電子封裝和被配置成提供與跨導(dǎo)體的電壓降有關(guān)的輸入信號的一對感測端子。該設(shè)備還包括至少一個處理器。所述至少一個處理器被配置成基于導(dǎo)體中的測試電流且基于輸入信號來確定由于測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)。所述至少一個處理器進(jìn)一步被配置成確定由于通過導(dǎo)體的初級電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)。所述至少一個處理器進(jìn)一步被配置成確定初級電流。
[0011]根據(jù)另一方面，提供了一種方法。該方法包括經(jīng)由一對力端子注入測試電流到導(dǎo)體中。該方法還包括經(jīng)由一對感測端子接收與跨導(dǎo)體的電壓降有關(guān)的輸入信號。該方法還包括基于測試電流且進(jìn)一步基于輸入信號來確定由于測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)。該方法還包括確定由于初級電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)。該方法還包括確定導(dǎo)體的參考電阻和初級電流中的至少一個。
[0012]應(yīng)理解的是上文提到的特征和下面有待于解釋的特征在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下不僅可以以所指示的相應(yīng)組合被使用，而且可以以其它組合或者孤立地被使用。在其它實(shí)施例中可將上文提到的方面和實(shí)施例的特征彼此組合。
【附圖說明】
[0013]在結(jié)合附圖來閱讀時，根據(jù)以下詳細(xì)描述，前述和附加特征和效果將變得顯而易見，在所述附圖中相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。
[0014]圖1A示意性地圖示出根據(jù)各種實(shí)施例的系統(tǒng)，根據(jù)各種實(shí)施例該系統(tǒng)包括傳感器、導(dǎo)體以及用于測量跨導(dǎo)體的電壓降的一對感測端子，其中，鎖定放大器(LIA)外部地連接到系統(tǒng)的所述一對感測端子和一對力端子。
[0015]圖1B圖示出圖1A的細(xì)節(jié)。
[0016]圖2是根據(jù)各種實(shí)施例的系統(tǒng)的橫截面視圖，其中，所述系統(tǒng)包括布置在基板的中心中的鄰接的初級導(dǎo)體。
[0017]圖3示意性地圖示出初級導(dǎo)體和被連接到所述一對感測端子和所述一對力端子的一對電觸點(diǎn)。
[0018]圖4示意性地圖示出根據(jù)各種實(shí)施例的設(shè)備，其中，該設(shè)備包括用于經(jīng)由所述一對力端子、一對感測端子注入測試電流到初級導(dǎo)體中的電流發(fā)生器以及處理器。
[0019]圖5示意性地圖示出根據(jù)各種實(shí)施例的設(shè)備，其中，該設(shè)備包括保護(hù)電路。
[0020]圖6A示意性地圖示出根據(jù)各種實(shí)施例的電流發(fā)生器，其中，該電流發(fā)生器包括電流源。
[0021]圖6B示意性地圖示出根據(jù)各種實(shí)施例的電流發(fā)生器，其中，該電流發(fā)生器包括串聯(lián)的電壓源和電阻器以及安培計。
[0022]圖6C示意性地圖示出根據(jù)各種實(shí)施例的電流發(fā)生器，該電流發(fā)生器包括用于測量被注入到其輸入端子中并在其輸出端子處提供的未知電流的安培計。
[0023]圖7圖示出根據(jù)各種實(shí)施例的具有容納傳感器的微電子封裝的設(shè)備，其中，該傳感器被實(shí)現(xiàn)在被附接到分流器的芯片上。
[0024]圖8是根據(jù)各種實(shí)施例的方法的流程圖。
[0025]圖9是根據(jù)各種實(shí)施例的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]在下面，將參考附圖來詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。要理解的是不要以限制性意義理解實(shí)施例的下面描述。本發(fā)明的范圍并不意圖受到在下文中描述的實(shí)施例或者受到要僅被理解為說明性的附圖限制。
[0027]要將附圖視為示意性表示，并且附圖中圖示的元件不一定被示出成比例。相反地，各種元件被表示成使得其功能和一般目的變得對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見。還可通過間接連接或耦合來實(shí)現(xiàn)附圖中示出或本文中描述的功能塊、設(shè)備、部件或其它物理或功能單元之間的任何連接或耦合。還可通過無線連接來建立部件之間的耦合。可用硬件、固件、軟件或其組合來實(shí)現(xiàn)功能塊。
[0028]在下文中解釋了允許確定或測量初級電流的技術(shù)。該技術(shù)根據(jù)實(shí)施例而提供各種優(yōu)點(diǎn)。例如，可以有可能采用相當(dāng)簡單的電路設(shè)計來確定初級電流。特別地，在各種實(shí)施例中可不要求專用分流器。這可允許直接地在初級導(dǎo)體中測量初級電流，該初級導(dǎo)體在一對感測觸點(diǎn)之間是鄰接的，并且例如被布置在諸如PCB之類的基板的中心層中。
[0029]—般地，應(yīng)理解的是雖然根據(jù)各種實(shí)施例可不要求專用分流器，但根據(jù)另外實(shí)施例，有可能包括專用分流器。
[0030]作為另一優(yōu)點(diǎn)，可以有可能以相當(dāng)高的準(zhǔn)確度確定初級電流。特別地，根據(jù)各種實(shí)施例，有可能基于已知性質(zhì)的測試電流來確定初級電流。
[0031 ]本發(fā)明的各種實(shí)施例依賴于經(jīng)由一對力端子來注入測試電流到初級導(dǎo)體中。一般地，可在規(guī)劃或校準(zhǔn)階段(即，在初級電流的實(shí)際測量之前一些時間)執(zhí)行測試電流的所述注入?；谠摐y試電流，可確定導(dǎo)體的參考電阻。在初級電流的測量期間，參考電阻可充當(dāng)用于例如根據(jù)歐姆定律來確定初級電流的參考。
[0032]特別地，在這樣的情況中，有可能在校準(zhǔn)階段與實(shí)際測量的執(zhí)行之間，初級導(dǎo)體的溫度改變(溫度漂移)。在這樣的情況中，本申請?zhí)峁┝搜a(bǔ)償溫度漂移的技術(shù)。
[0033]—般地，還有可能測試電流的所述注入在實(shí)際測量期間發(fā)生。然后，可不要求補(bǔ)償任何溫度漂移;然而，可要求提供用于提供測試電流的電流發(fā)生器。在這樣的情況中，不要求在執(zhí)行初級電流的測量之前執(zhí)行校準(zhǔn)階段。
[0034]—般地，根據(jù)各種實(shí)施例，基于具有眾所周知的性質(zhì)(諸如，頻譜和/或時間譜和/或幅度)的測試電流來確定初級導(dǎo)體的電阻。在這里，有可能測量由于測試電流而引起的第一電觸點(diǎn)與第二電觸點(diǎn)之間的跨初級導(dǎo)體的電壓降；由此，可導(dǎo)出參考電阻。基于所確定的初級導(dǎo)體的參考電阻，然后有可能例如經(jīng)由歐姆定律來推斷初級電流。例如，稍后可在其中測試電流不可用的初級電流的后續(xù)測量期間采用參考電阻。因此，可采用參考電阻作為用于測試電流的后續(xù)測量的參考。
[0035]例如，參考電阻可對應(yīng)于一方面的所述至少一個第一電觸點(diǎn)與所述至少一個第二電觸點(diǎn)之間的跨導(dǎo)體的電壓降與另一方面的測試電流之間的比。通常預(yù)期所述至少一個第一電觸點(diǎn)與所述至少一個第二電觸點(diǎn)之間的跨導(dǎo)體的電壓降之間的比不同于參考電阻，因為在測試電流與初級電流的例如空間分布之間可能存在系統(tǒng)差異。例如，可要求考慮計及這樣的偏差的因素。可以從校準(zhǔn)測量來確定該因素。如上文所解釋的，可通過參考電阻來考慮溫度漂移。
[0036]有時，在電壓降的測量期間，可將初級電流和測試電流疊加;這可要求將一方面由于測試電流而引起且另一方面由于初級電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)分離。具體地，在這里，有可能確定由于測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)；由此，可導(dǎo)出導(dǎo)體的電阻。此外，例如基于由于導(dǎo)體的電阻和/或測試電流而引起的所確定的對電壓降的貢獻(xiàn)，可以確定由于初級電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)。然后，有可能確定導(dǎo)體的參考電阻和流過導(dǎo)體的初級電流中的至少一個。
[0037]如從上文可以看到的，在這樣的技術(shù)中一一由于測試電流的已知性質(zhì)一一有可能區(qū)別源自于測試電流和初級電流的對電壓降的貢獻(xiàn)。然后，基于該測試電流，可確定初級導(dǎo)體的電阻。這進(jìn)而允許以高準(zhǔn)確度確定初級電流。因此，具體地，有可能計算由于初級電流和測試電流而引起的第一和第二電觸點(diǎn)之間的電壓降的比。
[0038]一般地，如上文提到的測試電流的已知性質(zhì)可以廣泛地變化。例如，可以有可能通過第一預(yù)定義時間相關(guān)序列來調(diào)制測試電流。然后可以有可能通過使用第二預(yù)定義序列來確定由于測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)。第二預(yù)定義序列可具有與第一序列的確定性預(yù)定義關(guān)系。有可能第一預(yù)定義序列等于第二預(yù)定義序列。在各種實(shí)施例中，第一預(yù)定義序列和第二預(yù)定義序列中的至少一個可以是諸如脈沖形狀或正弦波之類的周期信號。一般地，可以有可能在頻域和時域中的至少一個中區(qū)別測試電流和初級電流。可采用鎖定放大和/或擴(kuò)展頻譜技術(shù)。作為對頻域中的分離的替代或除了頻域中的分離之外，實(shí)現(xiàn)測試電流與初級電流之間的時間上的復(fù)用是可能的。例如，當(dāng)僅測試電流存在而初級電流消失時，可以依賴于某些時間段。在所述時間段期間，可以有可能在沒有來自初級電流的顯著干擾的情況下獲得參考電阻。由于測試電流和感測端子之間的跨導(dǎo)體的相應(yīng)電壓降是已知的，所以可以在有或沒有同時測試電流流動的情況下測量初級電流;這是因為系統(tǒng)可以從測量的感測信號減去對感測信號的測試電流貢獻(xiàn)。
[0039]轉(zhuǎn)到圖1A，描繪了根據(jù)各種實(shí)施例的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括傳感器IULIA12以及初級導(dǎo)體2。傳感器11包括電壓測量設(shè)備6、實(shí)現(xiàn)組合電路的處理器7、溫度傳感器14以及存儲器13。傳感器11包括作為外殼的微電子封裝25。傳感器11包括接口 11ο，可以經(jīng)由接口 Ilo讀出所確定的初級電流和/或可經(jīng)由接口 11 ο接收命令。
[0040]系統(tǒng)100包括一對感測端子6ih、6il。系統(tǒng)100還包括一對力端子51、5o。感測端子6ih、6il可以接收對應(yīng)于電壓降的輸入信號。經(jīng)由力端子51、5o，可以注入測試電流?？蓪⒏袦y端子6ih、6il和/或力端子51、5o實(shí)現(xiàn)為微電子封裝25中的接觸焊盤或觸點(diǎn)。
[0041]此外，系統(tǒng)100包括分別與感測端子6ih、6il和力端子51、5o電連接的第一電觸點(diǎn)3h、4h和第二電觸點(diǎn)31、41。第一電觸點(diǎn)311、411被布置在導(dǎo)體2的第一位置91-1、91-2處。同樣地，第二電觸點(diǎn)31、41被布置在導(dǎo)體2的第二位置92-1、92-2處。在操作期間，經(jīng)由感測端子6ih、6il來接收輸入信號，該輸入信號與感測觸點(diǎn)4h、41之間的跨導(dǎo)體2的電壓降有關(guān)。根據(jù)輸入信號，可導(dǎo)出導(dǎo)體2中的初級電流。因此，可將感測觸點(diǎn)4h、41之間的導(dǎo)體2的區(qū)域稱為有效分流器部分8。
[0042]經(jīng)由第一電觸點(diǎn)3h、4h且經(jīng)由第二電觸點(diǎn)31、41，分別建立初級導(dǎo)體2與一對感測端子6ih、6il和一對力端子5o、5i之間的電連接。電觸點(diǎn)3h、31被稱為力觸點(diǎn)3h、31。
[0043]經(jīng)由LIA 12的電壓發(fā)生器12g和電阻器12r，有可能經(jīng)由力觸點(diǎn)3h、31注入定義明確的測試電流到初級導(dǎo)體2中；優(yōu)選的是電阻器12r的電阻明顯大于力觸點(diǎn)3h、31之間的導(dǎo)體2的電阻。LIA 12連接到力端子51、5o。此外，LIA 12連接到所述一對感測端子6ih、6il。有可能LIA 12被配置成確定由于測試電流而引起的對成所述一對感測端子41、4h之間的電壓降的貢獻(xiàn)。特別地，有可能將相應(yīng)信息寫入到系統(tǒng)100的傳感器11的存儲器13。例如，可以將初級導(dǎo)體2的參考電阻寫入到存儲器13。為此，LIA 12包括控制信令路徑。有可能一一除了參考電阻之外一一還從溫度傳感器14獲得參考電阻的確定期間的溫度并將該溫度寫入到存儲器13。
[0044]基于參考電阻且進(jìn)一步基于經(jīng)由所述一對感測端子6ih、6il接收到的輸入信號，處理器7可以確定通過導(dǎo)體2的初級電流。為此，電壓測量設(shè)備6確定跨有效分流器部分8的電壓降。處理器7從存儲器17接收參考電阻；該處理器7然后可以基于電壓降并基于參考電阻來確定初級電流。
[0045]—般地，存在確定初級電流的各種可能性。如以上提到的，這可基于歐姆定律。例如，處理器7可以對感測觸點(diǎn)4h、41之間的跨導(dǎo)體2的電壓降做除法?？梢詫⒃撝党艘砸驍?shù)；該因數(shù)可接近于I，例如在0.8與1.2之間。可例如通過線性或二次模型來補(bǔ)償溫度漂移。計算的細(xì)節(jié)可根據(jù)實(shí)施方式而變化。
[0046]可選地，處理器7可考慮在確定參考電阻期間的溫度和當(dāng)前溫度。可以通過考慮導(dǎo)體2的TCR來將溫度漂移考慮在內(nèi)。例如，溫度傳感器14可以確定導(dǎo)體2的當(dāng)前溫度，并且處理器7可例如基于測量或預(yù)定義TCR來相應(yīng)地修改參考電阻?？蓪CR存儲在存儲器13中。一般地，可以將溫度傳感器14熱耦合到導(dǎo)體2并配置成測量導(dǎo)體2的分流器部分8的溫度。一般地，有可能針對多個溫度執(zhí)行導(dǎo)體2的參考電阻的這樣的確定。例如，可通過溫度傳感器14來監(jiān)視導(dǎo)體的溫度。然后，寫入到存儲器13的參考電阻可以包括導(dǎo)體2的電阻的電阻溫度系數(shù)(TCR)0
[0047]在如圖1A中圖示的這樣的情況中，通常僅在操作之前(例如，在傳感器11已被連接到感測觸點(diǎn)4h、41之后)要求一次通過基于測試電流來確定參考電阻對系統(tǒng)100的校準(zhǔn)。然后，在正常操作期間，可不要求提供LIA 12。換言之，可僅在校準(zhǔn)期間要求LIA 12。在該上下文中，可將力觸點(diǎn)3h、31稱為臨時觸點(diǎn)，因為其僅被用來在校準(zhǔn)期間臨時地注入測試電流。
[0048]作為校準(zhǔn)的一部分，測試電流被注入到導(dǎo)體2中。在圖1A的情況中，借助于LIA12來注入測試電流。一般地，還有可能傳感器11包括被配置成生成并注入測試電流的電流發(fā)生器(圖1A中未示出)。
[0049]然后有可能沿著有效分流器部分8測量通過感測觸點(diǎn)4h、41之間的初級導(dǎo)體2的電流。在圖1A的情況中，在校準(zhǔn)期間，通過LIA 12的放大器12h來測量感測觸點(diǎn)4h、41之間的電壓降。然后，將電壓與測試電流的量值的比寫入到傳感器11的存儲器13。這可以例如在用于將該值映射到數(shù)字代碼的有利格式的一些數(shù)學(xué)變換之后采取某種編碼形式。例如，可以將對應(yīng)于Truncate[((VGT/MAG)/NOM - 0.5)*1024]的值寫入到存儲器13，其中，VGT是測量的電壓，MAG是測試電流量值，NOM是預(yù)定義數(shù)，并且與0.5的偏差被按比例調(diào)整為10位字。
[0050]在操作期間，傳感器11的處理器7從存儲器13檢索該值作為參考電阻以根據(jù)下述公式來確定導(dǎo)體2中的初級電流:Iprimary = kl*Vsense/(VGT/MAG)*( 1- TCRnom*(T-Tref ))，其中，kl是因數(shù)，Vsense是由于初級電流而引起的電觸點(diǎn)4h、41之間的跨導(dǎo)體2的電壓降，TCRnom是導(dǎo)體2的標(biāo)稱溫度系數(shù)，T是由傳感器11的溫度傳感器14在操作期間測量的溫度，并且Tref是在用測試電流的校準(zhǔn)期間的溫度。一般地，可能期望還將溫度Tref存儲在存儲器13中；然而，如果參考固定溫度，這可能是可消耗的。例如，在校準(zhǔn)期間，有可能假定標(biāo)稱TCR例如特定于導(dǎo)體2的材料的預(yù)定義TCR來計算導(dǎo)體2的溫度漂移。
[0051]如果初級電流消失時的感測觸點(diǎn)4h、41之間的電壓降與測試電流的比等于測試電流消失時的感測觸點(diǎn)4h、41之間的電壓降與初級電流的比，則因數(shù)kl可等于I。然而，有可能力觸點(diǎn)3h、31中的每一個與感測觸點(diǎn)4h、41中的相應(yīng)一個之間的距離例如由于尺寸限制是相當(dāng)小的;然后，測試電流可相當(dāng)不均勻地分布在分流器部分8中，例如，如果與初級電流相比的話。測試電流的空間分布的這樣的不均勻性可導(dǎo)致針對測試電流和初級電流的電阻方面的系統(tǒng)差異，其通過因數(shù)kl計及。此外，如果測試電流的頻率明顯不同于初級電流的頻率，則針對測試電流和初級電流的電阻可由于導(dǎo)體2中的渦流而不同，其再次地可通過系統(tǒng)因數(shù)kl計及。因數(shù)kl是通過計算(例如，電流流動的數(shù)值模擬)或者通過實(shí)驗室研究憑經(jīng)驗確定的。
[0052]如以上提到的，一般地有可能由傳感器11或由外部設(shè)備(例如由LIA12)生成測試電流。如果測試電流由某一外部部件/電路生成，則測試電流的量值可相當(dāng)大。特別地，如果測試電流的量值相當(dāng)大，則有可能使用DC電流。然而，可以有可能僅在有限的程度上經(jīng)由臨時力觸點(diǎn)3h、31來注入大的測試電流，例如大于IA的測試電流。如果力觸點(diǎn)3h、31由于磨損、腐蝕、不適當(dāng)接觸壓力、灰塵或由于導(dǎo)致熱偏移誤差的加熱而引起的力觸點(diǎn)3h、31的表面上的氧化而不完美，則大的測試電流也受到限制。有時，臨時力觸點(diǎn)3h、31可能是優(yōu)選的，因為其通常僅在上述校準(zhǔn)期間使用一次以注入測試電流到導(dǎo)體2中。在如以上提到的這樣的情況下，使用包括AC分量的測試電流可能是有利的。特別地，可以將LIA 12配置成提供測試電流。通常，LIA 12提供正弦波電壓發(fā)生器，該正弦波電壓發(fā)生器可以被用來注入測試電流到導(dǎo)體2和50歐姆校準(zhǔn)電阻12R的串聯(lián)連接中。在5V下，獲得100 mA的測試電流的量值。使用AC測試電流的優(yōu)點(diǎn)是用相敏檢測器比如LIA 12或擴(kuò)展頻譜技術(shù)，有可能實(shí)現(xiàn)其中高效地抑制來自電力線或其它裝備的噪聲和干擾的穩(wěn)定讀數(shù)。
[0053]然后，在校準(zhǔn)期間，感測端子6ih、6il被連接到LIA12的輸入端，并且測量感測到的電壓降VTG。如果LIA 12經(jīng)由感測端子6ih、6il在與傳感器11相同的感測觸點(diǎn)4h、41處將電壓分接，則可以實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的電流測量。
[0054]如從圖1A可以看到的，布線將感測觸點(diǎn)4h、41與傳感器11的感測端子6ih、6i I連接?？梢詫⒉季€延長以也延伸到LIA 12的輸入端;還有可能LIA 12采用專用布線，只要LIA12的布線和傳感器11的布線兩者都連接到感測觸點(diǎn)4h、41。
[0055]如以上提到的，有可能初級電流除了測試電流之外在導(dǎo)體2中流動。在這樣的情況中，可要求將由于測試電流和初級電流而引起的電壓降的貢獻(xiàn)分離。換言之，可要求確定由于測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)，及進(jìn)一步確定由于初級電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)。如果確定了由于測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)，則有可能確定導(dǎo)體2的參考電阻因為測試電流是定義明確的。
[0056]在圖1A的情況中，基于由LIA12實(shí)現(xiàn)的鎖定技術(shù)而將由于測試電流和初級電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)分離。為此，初級電流優(yōu)選地在LIA 12的有效帶寬內(nèi)不具有或具有可忽略的功率譜。因此如果LIA以10mHz的有效帶寬在例如1kHz下操作，則初級電流不可在9999.9Hz與10000.1Hz之間的頻帶中具有太大的功率。
[0057]可設(shè)想到另外或者替換地可應(yīng)用的將對電壓降的貢獻(xiàn)分離的其它技術(shù)。例如，在測試電流包括AC貢獻(xiàn)的情況下，可以有可能基于頻域中的選擇來確定由于測試電流而引起和由于初級電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)。在簡單情況中，如果測試電流和初級電流的頻率分量是不重疊的，則可以通過低通和/或高通濾波來完成區(qū)別。例如，可以有可能將用于初級電流的測量帶寬限制例如到I MHz的值。然后，可以有可能選擇用于測試電流的更大頻率，例如存在于3 MHz周圍。這樣的不重疊頻帶允許針對初級電流區(qū)別測試電流。因此，一般地，可以有可能注入具有預(yù)定義譜分布的測試電流到導(dǎo)體2中。
[0058]一般地，頻域中的由于測試電流和初級電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)的分離可以基于鎖定技術(shù)和對測試電流的譜分布敏感的擴(kuò)展頻譜技術(shù)中的至少一個。測試電流的譜分布可以存在于O Hz至I MHz的頻帶中，優(yōu)選地在100 kHz至300 kHz的頻率中。
[0059]作為對頻域中的由于測試電流和初級電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)的這樣的分離的替換或除了該分離之外，還有可能在時域中將由于測試電流和初級電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)分離。例如，有可能依賴于時間復(fù)用。例如，可以每當(dāng)確定初級電流未流動時注入測試電流到導(dǎo)體中。在簡單情況中，可以有可能在其中確保初級電流未流動(例如，因為其被手動地關(guān)掉)的專用校準(zhǔn)階段中施加測試電流。然而，還有可能監(jiān)視初級電流以檢測其中初級電流的幅度為零的時間間隔。例如，可借助于由傳感器11的各接口從電源開關(guān)接收到的控制信號來完成初級電流的這樣的監(jiān)視。如果例如初級電流以間斷時間間隔流動，則有可能以相應(yīng)(例如，互補(bǔ)間斷)時間間隔選擇性地注入測試電流。
[0060]在下文中，提供關(guān)于測試電流的量值的各種細(xì)節(jié)。一般地，測試電流的量值可取決于初級導(dǎo)體2的阻抗。例如，如果初級導(dǎo)體2的阻抗低，例如為約I毫歐至100微歐，則跨有效分流器部分8可實(shí)現(xiàn)的電壓降也是相當(dāng)?shù)偷?，例如在滿刻度測試電流下為約10-20 mV。考慮在具有10A的量值的測試電流下具有1 mV的量值的電壓降，這對應(yīng)于100微歐的參考電阻和IW的耗散。
[0061]—般地，可能期望將測試電流大小確定為小的以便減少功率消耗。假設(shè)其中可以提供IA的測試電流的用具有100微歐的電阻的有效分流器部分8的情況，實(shí)現(xiàn)100 μν的感測觸點(diǎn)4h、41之間的電壓降。通常可以以I %的準(zhǔn)確度來測量這樣的電壓降，即用頂級伏特計可以實(shí)現(xiàn)約I UV的偏移誤差。雖然這可對應(yīng)于可接受的準(zhǔn)確度，但顯而易見的是要求約IA的相當(dāng)大的測試電流。雖然該量值的測試電流在系統(tǒng)100的組裝之后的初始校準(zhǔn)期間可能是可接受的，但其在標(biāo)準(zhǔn)操作期間可能是不可接受的或僅在有限程度上是可接受的。特別地，在傳感器11包括電流發(fā)生器(圖1A中未示出)的情況下，與提供高靈敏度的鎖定放大或擴(kuò)展頻譜技術(shù)結(jié)合采用AC測試電流可以是優(yōu)選的；在這里，測試電流的較小量值允許實(shí)現(xiàn)相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確度。特別地，在這樣的情況中，根據(jù)例如經(jīng)由感測觸點(diǎn)4h、41與感測端子6ih、6il之間的布線而獲得的電磁干擾和/或背景噪聲的量，1-10 nV的準(zhǔn)確度是可能的。
[0062]—般地，當(dāng)測試電流包括AC貢獻(xiàn)時，可以有可能將測試電流大小確定為比純DC測試電流小兩個量級，這給出近似10 mA而不是如上文所解釋的I A的量值。應(yīng)用鎖定技術(shù)的附加優(yōu)點(diǎn)是可采用測試電流的相當(dāng)?shù)偷挠行?，使得減少背景噪聲的影響。
[0063]當(dāng)依賴于具有顯著AC分量的測試電流時，應(yīng)考慮到趨膚效應(yīng)。即，在可以預(yù)期導(dǎo)體中的初級電流具有在100 kHz至300 kHz范圍內(nèi)的貢獻(xiàn)的情況下，可能期望施加具有在500kHz至I MHz的頻帶內(nèi)的分量的測試電流。在其中初級導(dǎo)體2是塊狀物體、即是大塊的情況中，由于趨膚效應(yīng)，測試電流通常不能完全滲入到導(dǎo)體2中。因此，測試電流的最高幅度將在導(dǎo)體2的表面上。這可導(dǎo)致確定初級電流時的不準(zhǔn)確。
[0064]為了計及趨膚效應(yīng)，有可能依賴于擴(kuò)展頻譜技術(shù)一一而不是鎖定技術(shù)。在鎖定技術(shù)依賴于單頻分量，即純正弦波或單頻分量的整數(shù)倍(即，周期信號比如脈沖波或類似信號，其可以被分解成傅立葉級數(shù))的情況下，擴(kuò)展頻譜技術(shù)使用隨機(jī)或偽隨機(jī)信號。特別地，在這里，有可能測試電流和初級電流的頻率貢獻(xiàn)重疊。因此，如果采用擴(kuò)展頻譜技術(shù)來注入測試電流，則有可能使用與初級電流相同的頻帶，例如在O Hz -1 MHz的范圍內(nèi)。檢測器然后可以經(jīng)由由擴(kuò)展頻譜技術(shù)提供的測試電流的偽隨機(jī)輸入模式與采樣值之間的相關(guān)性來提取由于跨有效分流器部分8的測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)。在這里，由于測試電流覆蓋與初級電流相同的頻帶，所以由于測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)的確定在測試電流與初級電流之間不遭受頻率失真。
[0065]—般地，擴(kuò)展頻譜技術(shù)在通信工程中是眾所周知的;在擴(kuò)展頻譜技術(shù)的構(gòu)架中，信道的干擾可以等同于初級電流，并且要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以等同于測試電流。由于有效分流器部分8的電阻不快速地改變，例如以明顯長于微秒的時間標(biāo)度、例如以約幾微秒或幾秒的時間標(biāo)度改變，所以有可能應(yīng)用可以用來調(diào)制測試電流的相當(dāng)強(qiáng)大的長偽隨機(jī)代碼。強(qiáng)大可以涉及其中可以以高準(zhǔn)確度恢復(fù)由于測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)而不管強(qiáng)且快速改變的初級電流的情況。
[0066]一般地，導(dǎo)體2的特定形式和形狀可以廣泛地變化。例如，在圖1A中，導(dǎo)體2具有大塊匯流條的形狀，即示出了塊狀導(dǎo)體。導(dǎo)體2可以具有或者不具有均勻橫截面。導(dǎo)體2可以是細(xì)長的或者不是細(xì)長的。導(dǎo)體2可能是塊狀導(dǎo)體或者可能是片狀的。導(dǎo)體2可以在其表面拓?fù)渲邪?、螺栓孔、凹陷、剖面等。?dǎo)體2可以是基本上一維的，諸如典型導(dǎo)線。還有可能導(dǎo)體2是二維的，例如由層形成。導(dǎo)體2可以是三維的，例如如果將導(dǎo)體2夾到汽車的電池的話。
[0067]在圖1B中，示出了如上文關(guān)于圖1A所討論的系統(tǒng)100的特定實(shí)施方式。在這里，Rh、Rl是保護(hù)電阻，D1、D2、D3、D4是保護(hù)二極管，并且Ch、Cl是濾波電容器。這些保護(hù)元件提供頻率濾波并抑制背景噪聲且可以例如在短路故障的情況下限制電流。這些保護(hù)元件增加針對故障且可能針對靜電放電的安全。
[0068]如從圖1A、IB可以看到的，存在第一對感測端子6ih、6iI和第二對感測端子6ih ’、6il’。兩者都被連接到感測觸點(diǎn)4h、41。感測觸點(diǎn)6ih’、6il’允許連接例如LIA 12以測量由于測試電流而引起的電壓降。
[0069]在圖2中示出了包括導(dǎo)體2的系統(tǒng)100的一個特定設(shè)計。在這里，導(dǎo)體2被掩埋在包括厚核心層21b的部件板內(nèi)部。詳細(xì)地，導(dǎo)體2由基板21的中心層21形成;基板21可實(shí)現(xiàn)電源電路功能。導(dǎo)體2是在塊狀材料中形成的。因此，導(dǎo)體2可以承載大的初級電流I。例如，部件板可以是電源部件板。在部件板的外表面上，傳感器11被布置在微電子封裝25內(nèi)部;例如，傳感器11可由包括電壓測量設(shè)備6的半導(dǎo)體芯片實(shí)現(xiàn)?？赏ㄟ^大塊銅金屬塊或管芯座24將傳感器11附接到外表面。例如通過經(jīng)過基板21的頂部絕緣層的熱過孔在管芯座24與中心層21b之間提供熱耦合22。一般地，熱耦合22可以同時是電耦合，并且因而例如實(shí)現(xiàn)布線。還有可能例如通過在電氣元件與管芯座或金屬塊之間或者在金屬塊與實(shí)現(xiàn)傳感器11的芯片之間提供薄絕緣層來將熱耦合22電隔離。
[0070]觸點(diǎn)311、31、411、41之間的布線3811、4811、381、481包括基板21的表面導(dǎo)電層21&中的跡線;跡線也可以是傳感器封裝的引線框架的一部分。表面層21a具有比中心層21b的厚度小的厚度。通過隔離器將表面層21^與中心層2113分離。布線3811、4811、381、381經(jīng)由結(jié)合導(dǎo)線及感測端子6ih、6il和力端子51、5o(在圖2中未示出)而連接到傳感器?？商峁└鹘佑|焊盤。
[0071]特別地，在圖2中，導(dǎo)體2不被中斷，并且導(dǎo)體2不被路由到基板21的表面。如本文中描述的技術(shù)允許在不引起初級導(dǎo)體2中的功率耗散增加的情況下且在不增加系統(tǒng)100的尺寸的情況下準(zhǔn)確地確定初級電流I。
[0072]如從圖1六和2的比較可以看到的，導(dǎo)體2上的電觸點(diǎn)311、31、411、41的布置可以廣泛地變化。例如，在圖1A的情況中，力觸點(diǎn)3h、31被布置在感測觸點(diǎn)4h、41的外面。不同地，在圖2的情況中，力觸點(diǎn)3h、31之間和感測觸點(diǎn)4h、41之間的距離是基本上相等的。換言之，第一對觸點(diǎn)3h、4h的第一位置91重合；同樣地，第二對觸點(diǎn)31、41的第二位置92重合。在另外實(shí)施例中，第一對觸點(diǎn)3h、4h和第二對觸點(diǎn)3h、41可以是相互成趾狀的。還有可能將力觸點(diǎn)3h、31置于感測觸點(diǎn)4h、41之間?？蓪⒏袦y觸點(diǎn)4h、41和力觸點(diǎn)3h、31置于塊狀導(dǎo)體2的相同或不同表面上。
[0073]在圖2的情況中，存在將一對力觸點(diǎn)3h、31和一對感測觸點(diǎn)4h、31中的每一個分別與傳感器11的各感測端子6;111、6;[1和力端子5;[、50親合的專用布線3811、4811、381、481。然而，還有可能布線3sh、3sh、3sl、3sl包括將一對感測觸點(diǎn)4h、41中的至少一個和一對力觸點(diǎn)3h、31中的至少一個與各端子51、5ο、6ih、6i I耦合的公共連接器。提供公共連接器可減少對構(gòu)建空間的需要。其可以使得能夠?qū)崿F(xiàn)微集成。另一方面，如果與其中存在用于力觸點(diǎn)3h、31和感測觸點(diǎn)4h、41的完全分離布線的如圖2中圖示的情況相比，可以降低準(zhǔn)確度。降低的準(zhǔn)確度特別地可在其中導(dǎo)體2的有效分流器部分8的電阻相當(dāng)小且其中公共連接器的電阻較高的情況中發(fā)生;在這樣的情況中，由于測試電流引起的電壓降可以由公共連接器的電阻主導(dǎo)，這意味著感測到的輸入信號僅僅部分由于有效分流器部分8而引起。
[0074]圖3示意性地圖示出根據(jù)各種實(shí)施例的布線3811、4811、381、481和觸點(diǎn)311、31、411、41。在圖3的情況中，第一觸點(diǎn)3h、4h由導(dǎo)體2的第一突出體形成；第二觸點(diǎn)31、41由導(dǎo)體2的第二突出體形成。如可以看到的，在圖3的情況中，感測觸點(diǎn)4h、41和力觸點(diǎn)3h、31在導(dǎo)體2的表面上的相同位置91、92處形成。特別地，如果與其中將力觸點(diǎn)3h、31和感測觸點(diǎn)4h、41置于塊狀導(dǎo)體2的不同面上的圖1A的情況相比，在圖3的情況中，力觸點(diǎn)3h、31以及感測觸點(diǎn)4h、41兩者被置于導(dǎo)體2的相同面上。一般地，觸點(diǎn)3h、31、4h、41在導(dǎo)體2的面上的定位可以變化。
[0075]應(yīng)避免由于導(dǎo)體2和布線3通、4811、381、481的不同賽貝克系數(shù)而引起的通常由在11V范圍內(nèi)的小電壓引起的熱偏移。特別地，這樣的熱偏移可以在其中感測觸點(diǎn)4h、41的溫度彼此不同的情況中發(fā)生。這可以在電源電路的操作期間發(fā)生，即在其中初級電流I流過導(dǎo)體2并引起(局部)加熱的情況中發(fā)生。在其中測試電流包括AC分量或者是偽隨機(jī)的情況中，熱偏移與由于測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)無關(guān)一一但是其可仍與由于初級電流I而引起的電壓降相關(guān)。然而，在使用測試電流的DC分量來確定由于測試電流而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)的情況下，熱偏移可以發(fā)生并且降低確定參考電阻和初級電流I中的至少一個時的準(zhǔn)確度。
[0076]根據(jù)各種實(shí)施例，有可能提供基本上由與導(dǎo)體2相同的材料制成的布線3sh、4sh、3s1、4sI。例如，導(dǎo)體2和布線的實(shí)質(zhì)部分可以由銅制成?；旧嫌膳c導(dǎo)體2相同的材料制成的布線3sh、4sh、3sl、4sl可以指代其中在系統(tǒng)100的操作期間由于不同的賽貝克系數(shù)而引起的產(chǎn)生的熱偏移保持在某個閾值以下的情況。特別地，產(chǎn)生的熱偏移可以如此小，以致于降低偏移電壓不會顯著地影響初級電流I的測量。
[0077]作為對基于材料的均勻選擇的熱偏移的這樣的抑制的替換或者除了該抑制之外，還有可能減小第一和第二位置91、91-1、91-2、92、92-1、92-2之間的間距。即，如果第一和第二位置91、91-1、91-2、92、92-1、92-2之間的間距是小的，則兩個感測觸點(diǎn)411、41之間的溫度差也預(yù)期是小的。一般地，可要求關(guān)于小的溫度差以及跨有效分流器部分8的足夠大的電阻兩者優(yōu)化第一和第二位置91、91-1、91-2、92、92-1、92-2之間的間距。即，如果有效分流器部分8的電阻太小，則跨導(dǎo)體2的電壓降的確定可能變得不準(zhǔn)確。例如，第一和第二位置91、91_
1、91-2、92、92-1、92-2之間的距離應(yīng)足夠大，使得有效分流器部分8的電阻大于10微歐，對應(yīng)于100 A的電流下的I mV的電壓降。在這樣的情況下，實(shí)現(xiàn)I %的準(zhǔn)確度是困難的，因為這將涉及測量10 nV的電壓降。因此，可以期望將第一和第二位置91、91-l、91-2、92、92-l、92-2之間的間距增加例如至大于10mm。然后，布線3sh、4sh、3sl、4sl也可具有相當(dāng)大的長度。還可要求給傳感器11提供前置放大器等。此外，可以期望將感測端子6ih、6il定位成彼此接近，以便確保兩個感測端子6ih、6il處于相同溫度。這更加重要，因為導(dǎo)線4sh、4sl可具有不同的賽貝克系數(shù)，因為其可至少部分由不同的材料(例如作為感測端子6ih、6il的銅，例如如被用于結(jié)合導(dǎo)線或者作為片內(nèi)互連線的鋁)制成。添加使兩個感測端子6ih、6il之間的溫度梯度平滑化的均化元件也可以是有利的。這通過將半導(dǎo)體管芯心24磨薄并將其附接到大塊銅金屬塊可以是可能的；替換地或另外，可以有可能添加在兩個感測觸點(diǎn)4h、41之間伸展的金屬層。
[0078]如以上提到的，為了跨有效分流器部分8獲得足夠大的電阻，應(yīng)將感測觸點(diǎn)4h、41之間的距離大小確定為足夠大(參考圖2)。另一方面，感測觸點(diǎn)4h、41之間的大距離允許大的溫度梯度，從而增加遭遇熱偏移的可能性。這可以通過例如由與導(dǎo)體2相同的材料形成布線4sh、4sI (例如，圖的跡線)來實(shí)現(xiàn)。然后，不同的材料僅在微電子封裝25內(nèi)彼此接觸，例如，在其中結(jié)合導(dǎo)線附接在跡線4sh、4sl的末端處的圖2的情況中彼此接觸。然而，在這里，不同材料之間的距離是小的，并且因此不預(yù)期大的溫度梯度;產(chǎn)生的熱偏移是小的。因此，一般地，導(dǎo)體2和布線3sh、3sl、4sh、4sl可以由相同材料制成，特別是在導(dǎo)體2由基板21的中心層2 Ib形成的情況下和布線3sh、3s 1、4sh、4s I由基板21的導(dǎo)電層2 Ia中的跡線形成的情況下。
[0079]上文已圖示了其中例如在初始校準(zhǔn)階段期間將LIA12連接到系統(tǒng)100以確定由于測試電流而引起的跨有效分流器部分8的電壓降的技術(shù)。出于該目的，力觸點(diǎn)3h、31和感測端子6ih、6il需要從外面可接觸。
[0080]還有可能設(shè)備11包括生成測試電流的電流發(fā)生器5(參考圖4)。可在測量期間生成測試電流;可不要求前述的校準(zhǔn)階段。在這里，確定初級電流的準(zhǔn)確度可特別高。電流源5、電壓測量設(shè)備6以及處理器7可以在時域中經(jīng)由控制信令9而同步。這可允許在時域中將初級電流I和測試電流分離。此外，電流源5可以可選地經(jīng)由控制信令向處理器7提供測試電流的值(在圖4中通過虛線和接口 5ov指示)；如果由具有預(yù)定義且已知強(qiáng)度的電流源5生成測試電流，則可不要求這一點(diǎn)。圖4的設(shè)備11包括可選保護(hù)電路10。
[0081]參考圖5來更詳細(xì)地解釋可選保護(hù)電路10。特別地在有效分流器部分8的區(qū)域中的初級導(dǎo)體2可以是例如如上文所解釋的粗導(dǎo)體跡線或匯流條的簡單部分。然而，導(dǎo)體2—般地還可以包括其它電阻元件，比如晶體管500(例如，功率晶體管)的Rds，on電阻。電阻器的電阻Rds，on不一定必須是非常精確地已知的，其也不必隨著溫度或壽命是非常穩(wěn)定的，因為其可以用測試電流來連續(xù)地校準(zhǔn)。通常，Rds，on電阻大于金屬導(dǎo)體或匯流條上的電壓降。因此，如果有效分流器部分8包括Rds，on電阻，則感測到的電壓較大。Rds，on電阻由控制信號510控制。
[0082]如果晶體管500在某些時間段期間是關(guān)閉的，則必須采取預(yù)防措施以免由于例如在初級電流的瞬態(tài)期間的產(chǎn)生的大電壓而損害傳感器11。在晶體管500關(guān)閉的情況下，可以導(dǎo)致高側(cè)和低側(cè)電壓水平之間的相當(dāng)大的差一一因為低側(cè)接近于參考電位，而高側(cè)可處于接近于I kV的電位。
[0083]為了解決這一點(diǎn)，可例如在導(dǎo)體2的高側(cè)處提供保護(hù)電路10。保護(hù)電路10可以是純電阻的、電阻鉗位的、電感的和/或電容的。在后兩種情況下，不存在傳感器11的高側(cè)力/感測端子51、6ih與導(dǎo)體2之間的電耦合，這是特別有利的。
[0084]以上圖4和5示出了其中將電流發(fā)生器5集成到傳感器11中的系統(tǒng)100。電流發(fā)生器5基于控制信號9而生成具有一定時間變化的測試電流(在圖5中通過在最寬泛可能的意義上指代調(diào)制的乘法符號來指示)。時間變化可以例如如在鎖定技術(shù)中那樣在單載波頻率上或者如在擴(kuò)展頻譜技術(shù)中那樣在寬頻帶上發(fā)生。
[0085]然后，測試電流在保護(hù)電路10內(nèi)流動，保護(hù)電路10在圖5的情況中是鉗位電容器10a。二極管鉗位1a并未顯著地改變AC測試電流。二極管鉗位1a保護(hù)傳感器11免于從高側(cè)處的電位突變或瞬態(tài)耦合到傳感器11的電壓峰值。然后，注入測試電流到導(dǎo)體2中一一即，在有效分流器部分8的高側(cè)處。低側(cè)處的測試電流的返回路徑未受到保護(hù)電路的保護(hù)。如果大的電位突變或瞬態(tài)也發(fā)生在低側(cè)處，則可以在低側(cè)信號路徑處提供類似的保護(hù)電路。
[0086]作為電容耦合的替代，還可使用電感耦合。這可以通過緊密接近的例如由銅或鋁線制成的兩個線圈來完成。例如，可以使用集成在半導(dǎo)體芯片的表面上并通過耐受幾千伏電壓的電介質(zhì)層分離的兩個平面線圈。還有可能添加一些可滲透磁性材料以增強(qiáng)兩個線圈的耦合，例如在其周圍纏繞線圈的具有大的相對磁導(dǎo)率的某一材料。
[0087]還借助于保護(hù)電路10來保護(hù)傳感器11的高側(cè)感測端子6il。但是，在這里采用高壓金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管10b，因為保護(hù)電路10還應(yīng)將高側(cè)處的低頻和DC電位傳遞至被連接到感測端子6ih的傳感器11JOS晶體管1b可以每當(dāng)電源開關(guān)500關(guān)斷時關(guān)閉，因為然后大的電壓建立在高側(cè)處且沒有顯著的電流流動。當(dāng)電源開關(guān)500接通時，初級電流2開始流動，并且高側(cè)處的電位僅比在低側(cè)上的大幾毫伏。然后，高壓MOS晶體管1b將來自有效分流器部分8的高側(cè)的電位傳導(dǎo)到電壓測量設(shè)備6。
[0088]作為高壓MOS晶體管1b的替代或與高壓MOS晶體管1b串聯(lián)，可在其中在圖5中連接1b的源極和漏極的節(jié)點(diǎn)(在圖5中未示出)之間連接電阻器:如果電源開關(guān)500關(guān)斷且高側(cè)電位上升至例如lkV，則取決于連接到導(dǎo)體2的負(fù)載，電阻器增加其傳感器輸入側(cè)處的電壓水平，但是二極管對其進(jìn)行鉗位，從而保護(hù)傳感器11不被損壞。
[0089]應(yīng)注意的是控制信號510源自于電源開關(guān)的控制實(shí)體處。傳感器11采用控制信號510或?qū)С鲂盘杹砜刂票Ｗo(hù)HV-MOS 10b。如果生成在電源開關(guān)500被關(guān)斷之前一定時間(例如，幾納秒)將高壓MOS晶體管1b關(guān)斷并在電源開關(guān)500被接通之后一定時間(例如，幾納秒)將高壓MOS晶體管1b接通的不重疊信號，則可能是有利的。這避免了傳感器11上的過大電壓瞬變。因此，可預(yù)期操作保護(hù)電路10以保護(hù)傳感器U。在這方面，傳感器11包括控制接口 10a，其接收指示例如由于電源開關(guān)500的開關(guān)而引起的初級電流I的電流瞬變的控制信號510。然后，可以將一對感測端子6ih、6il配置成根據(jù)接收到的控制信號510來選擇性地提供輸入信號。這可通過高壓MOS晶體管1b的控制而發(fā)生;特別地，可以預(yù)期實(shí)現(xiàn)這樣的控制。
[0090]如可以看到的，可設(shè)想到對保護(hù)電路10的各種變化。一般地，雖然對導(dǎo)體2的高側(cè)和低側(cè)進(jìn)行參考，但也可以將其交換。如果初級電流I是AC電流，則不存在高側(cè)和低側(cè)電位或者其也是交替的。甚至在其中不存在電源開關(guān)500的DC下，高側(cè)與低側(cè)之間的電位僅僅為約mV;因此通常沒有針對傳感器11電路將兩個觸點(diǎn)互換的問題。
[0091]上文已經(jīng)圖示了如何可以采用控制信號510來操作保護(hù)電路10。替換地或另外還可以采用控制信號510用于將測試電流和初級電流2分離。傳感器11可采用控制信號510來計算電流測量是活動的還是不活動的(在后者情況下，HV-M0S關(guān)閉)。
[0092]現(xiàn)在再次參考圖4，電流發(fā)生器5生成測試電流。不要求提供外部電流源等，例如LIA 12。一般地，可根據(jù)如下文中關(guān)于圖6A-6C所解釋的各種實(shí)施例以不同方式實(shí)現(xiàn)電流發(fā)生器5。
[0093]在圖6A中，電流源生成具有定義明確的量值等的測試電流la?？梢詫⒃撝稻幊痰教幚砥?中。不要求接口5ov。
[0094]還有可能以一些變化而非以定義明確的方式提供測試電流la。如果采用未知強(qiáng)度的電流源或者采用電壓源(參考圖6B)，情況可能如此。在圖6B中圖示出電壓源的內(nèi)部電阻。例如，可以通過拷貝跨電阻器的電壓而在片上方便地生成測試電流Ia:如果電壓和電阻中的一者或兩者例如由于溫度漂移、壽命漂移、由于壓電效應(yīng)而引起的機(jī)械應(yīng)力相關(guān)漂移或者簡單地因為從外部連接設(shè)備施加電壓是定義不清的，則測試電流Ia不是定義明確的。在這樣的情況中，傳感器11可以經(jīng)由安培計電路獨(dú)立于測試電流Ia的生成而測量該測試電流I a。經(jīng)由端子5ο V從電流發(fā)生器5向處理器7提供相應(yīng)值。
[0095]可設(shè)想到其中沒有電流源被包括在傳感器11中的情況。然后，將預(yù)先生成的測試電流經(jīng)由力端子5ο注入到導(dǎo)體2中(參考圖6C)。在這里，測試電流在端子5i’處被輸入到電流發(fā)生器5中，流過測量測試電流Ia的安培計電路，并且然后其被從電流發(fā)生器5輸出，由此，測量的測試電流Ia的值也被經(jīng)由接口 5ov提供給處理器7。
[0096]上文已舉例說明了其中傳感器11被附接到導(dǎo)體2的各種情況。一般地，導(dǎo)體2的有效分流器部分不需要是傳感器11的整體部分。這是因為傳感器11可以是包括微電子封裝25的封裝內(nèi)器件。微電子封裝25可以是塑料密封封裝、陶瓷封裝、層壓或倒裝芯片封裝、引線封裝、表面安裝器件封裝或無引線封裝，如從諸如分立晶體管或運(yùn)算放大器或時鐘發(fā)生器或微處理器等的現(xiàn)有技術(shù)電子器件一般地已知的那樣。微電子封裝25可具有小于10cm、優(yōu)選地小于Icm的最長尺寸。
[0097]特別地，與導(dǎo)體2分離提供傳感器11可以具有不必提供專用分流器的優(yōu)點(diǎn)；可以使得導(dǎo)體2不中斷。然而，還有可能將專用分流器提供為作為傳感器11的封裝的整體部分的導(dǎo)體2，參考圖7。在這里，將導(dǎo)體2實(shí)現(xiàn)為引線框架的一部分。導(dǎo)體2可由基于Cu的合金制成。導(dǎo)體2可具有近似0.2 mm的厚度。
[0098]特別地，在圖7中，感測端子6ih’、6il’可從傳感器11的微電子封裝25外面達(dá)到;這允許在校準(zhǔn)期間將例如LIA 12連接到感測端子6ih’、6il’。即，如以上提到的，需要例如在封裝后組裝測試期間或者在半導(dǎo)體制造商或封裝分包商處的最后測試期間對測試電流Ia進(jìn)行校準(zhǔn)。在這里，確定測試電流Ia的幅度和可選地其它參數(shù)。
[0099]在圖8中，圖示出根據(jù)各種實(shí)施例的方法的流程圖。該方法可在其中傳感器11已被如以上解釋的那樣安裝在基板21上或者在一般情況下在其應(yīng)用中安裝(例如，圖7的傳感器被栓接到匯流條)的時間點(diǎn)處開始。一般地，在此時，導(dǎo)體2的有效分流器部分8的參考電阻是未知的，例如由于材料的材料成分或雜質(zhì)的變化、紋理或晶體結(jié)構(gòu)的變化和/或厚度和橫向尺寸的變化。經(jīng)由力觸點(diǎn)3h、31來注入測試電流Ia(Al)，并且測量感測觸點(diǎn)4h、41之間的關(guān)聯(lián)電壓降(A2)。基于測試電流Ia的已知性質(zhì)，確定由于測試電流Ia而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)(A3)。在這里，可以做出源自于初級電流I和測試電流Ia的對總體電壓降的貢獻(xiàn)的分離。然后，導(dǎo)出導(dǎo)體2的參考電阻和/或初級電流I (A4)?？稍趫?zhí)行初級電流I的測量之前的校準(zhǔn)階段中執(zhí)行A1-A4。
[0100]在圖9的流程圖中圖示出初級電流的測量。測量感測觸點(diǎn)4h、41之間的電壓降(BI);因為沒有測試電流Ia需要被施加，所以電壓降僅僅由于初級電流I引起。然后，基于電壓降并基于參考電阻(B2)來確定初級電流I。在這里，可選地，可執(zhí)行溫度漂移的補(bǔ)償，其中，基于校準(zhǔn)期間的導(dǎo)體2的溫度和TCR來修改參考電阻。
[0101]簡而言之，已解釋了允許準(zhǔn)確地確定初級電流的上述技術(shù)。在各種實(shí)施例中，可通過考慮通過在校準(zhǔn)階段中考慮測試電流而預(yù)定的參考電阻來導(dǎo)出初級電流。在其它實(shí)施例中，還有可能在初級電流的測量期間考慮測試電流。通過這樣的技術(shù)，有可能準(zhǔn)確地考慮導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)體的橫截面和/或感測觸點(diǎn)的間距，即有效分流器部分8的長度。通常，所有這樣的參數(shù)經(jīng)受過程和制造擴(kuò)展;其根據(jù)批次而變化和根據(jù)設(shè)備而變化。該擴(kuò)展通過參考電阻的單個值來表征，參考電阻的單個值可能從部分到部分是不同的，從而反應(yīng)這些參數(shù)的部分到部分?jǐn)U展。因此，通過如以上提到的技術(shù)，有可能準(zhǔn)確地計及這樣的制造擴(kuò)展并精確地確定初級電流。
[0102]雖然已關(guān)于某些優(yōu)選實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解本說明書時將想到等價物和修改。本發(fā)明包括所有這樣的等價物和修改，并且僅僅受到所附權(quán)利要求的范圍的限制。
【主權(quán)項】
1.一種系統(tǒng)(100)，包括: -導(dǎo)體(2)， -至少一個第一電觸點(diǎn)(3h、4h)，在第一位置(91、91-1、91-2)處被耦合到導(dǎo)體(2)， -至少一個第二電觸點(diǎn)(31、41)，在第二位置(92、92-1、92-2)處被耦合到導(dǎo)體(2)，將第一位置(91、91-1、91-2)和第二位置(92、92-1、92-2)相對于彼此布置在一距離處， -一對力端子(51、5o)，被配置成經(jīng)由所述至少一個第一電觸點(diǎn)(3h、4h)和所述至少一個第二電觸點(diǎn)(31、41)注入測試電流(Ia)到導(dǎo)體(2)中， _設(shè)備(11)，包括: -微電子封裝(25)， -存儲器(13)，被配置成存儲與導(dǎo)體(2)相關(guān)聯(lián)的預(yù)定義參考電阻，-一對感測端子^化^^^化’^^’夂被配置成提供與所述至少一個第一電觸點(diǎn)^!!、4h)與所述至少一個第二電觸點(diǎn)(31、41)之間的跨導(dǎo)體(2)的電壓降有關(guān)的輸入信號， 其中，所述一對感測端子(6111、611、6111’、611’)至少部分可從微電子封裝(25)外面達(dá)到， -至少一個處理器(7)，被配置成基于輸入信號和預(yù)定義參考電阻來確定通過導(dǎo)體(2)的初級電流(I)。2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)(100)，還包括: -布線(3811、4811、381、481)，將所述一對感測端子(6ih、6il、6ih’、6il ’)中的第一個和所述一對力端子(51、5o)中的第一個與所述至少一個第一電觸點(diǎn)(3h、4h)耦合，并且進(jìn)一步將所述一對感測端子^化^^^化’^^’彡中的第二個和所述一對力端子^丨^^中的第二個與所述至少一個第二電觸點(diǎn)(31、41)耦合。3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)(100)， 其中，系統(tǒng)(100)包括多個第一電觸點(diǎn)(3h、4h)和多個第二電觸點(diǎn)(31、41)， 其中，布線(3811、4811、381、481)將所述多個第一電觸點(diǎn)(311、411)中的第一個與所述一對感測端子(6讓、6丨1、6讓’、6丨1’)中的第一個耦合， 其中，布線(3通、4通、381、481)將所述多個第二電觸點(diǎn)(31、41)中的第一個與所述一對感測端子(6讓、6丨1、6讓’、6丨1’)中的第二個耦合， 其中，布線(3811、4811、381、481)將所述多個第一電觸點(diǎn)(311、411)中的第二個與所述一對力端子(51、5ο)中的第一個耦合， 其中，布線(3通、4通、381、481)將所述多個第二電觸點(diǎn)(31、41)中的第二個與所述一對力端子(51、5ο)中的第二個親合。4.權(quán)利要求2或3的系統(tǒng)(100)， 其中，布線(3sh、4sh、3sl、4sl)包括將所述一對感測端子(6ih、6il、6ih’、6il ’)中的第一個和所述一對力端子(51、5o)中的第一個與所述至少一個第一電觸點(diǎn)(3h、4h)親合的公共連接器。5.權(quán)利要求2- 4中的任一項的系統(tǒng)(100 )， 其中，布線(3811、4811、381、481)和導(dǎo)體(2)基本上由相同材料制成。6.前述權(quán)利要求中的任一項的系統(tǒng)(100)， 其中，系統(tǒng)(100)還包括具有第一導(dǎo)電層(21a)和第二導(dǎo)電層(21b)的基板(21)，第二導(dǎo)電層(21b)在第一位置(91、91-1、91-2)與第二位置(92、92-1、92-2)之間鄰接地形成導(dǎo)體(2)。7.權(quán)利要求6和權(quán)利要求2-5中的任一項的系統(tǒng)(100)， 其中，第一導(dǎo)電層(21a)具有第一厚度，并且其中，第二導(dǎo)電層(21b)具有第二厚度，其中，第一厚度小于第二厚度， 其中，布線(3811、4811、381、481)包括第一導(dǎo)電層(2 Ia)中的跡線。8.權(quán)利要求6或7的系統(tǒng)(100)，其中，微電子封裝(25)被附接到鄰近于第二導(dǎo)電層(21b)的基板(21)的外表面(21-1)。9.權(quán)利要求8的系統(tǒng)(100)， 其中，基板(21)還包括形成導(dǎo)體(2)的第二導(dǎo)電層(21b)與外表面(21-1)之間的熱耦合(22)。10.前述權(quán)利要求中的任一項的系統(tǒng)(100)， 其中，所述一對力端子(51、5o)被配置成注入具有在I mA -1 A的范圍內(nèi)、優(yōu)選地在5mA - 100 mA的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地近似10 mA的幅度的測試電流(la)。11.前述權(quán)利要求中的任一項的系統(tǒng)(100)， 其中，一對力端子(51、5o)可從微電子封裝(25)外面達(dá)到。12.—種設(shè)備(11)，包括: -微電子封裝(25)， -一對感測端子“化^^^化’^^’夂被配置成提供與跨導(dǎo)體^彡的電壓降有關(guān)的輸入信號， -至少一個處理器(7)，被配置成基于導(dǎo)體(2)中的測試電流(Ia)且基于輸入信號來確定由于測試電流(Ia)而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)，確定由于通過導(dǎo)體(2)的初級電流(I)而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)，并確定初級電流(I)。13.權(quán)利要求12的設(shè)備(11)，還包括: -一對力端子(51、5o)，被配置成注入測試電流(Ia)到導(dǎo)體(2)中。14.權(quán)利要求1-11中的任一項的系統(tǒng)(100)或權(quán)利要求12或13的設(shè)備(11)， 其中，設(shè)備(11)還包括: -溫度傳感器(14)，被配置成測量指示溫度的溫度信號，其中，所述至少一個處理器(7)被配置成進(jìn)一步基于溫度信號來確定初級電流(I)。15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)(100)或權(quán)利要求14的設(shè)備(11)， 其中，溫度傳感器(14)被布置在微電子封裝(25)中，使得溫度傳感器(14)的靈敏區(qū)與微電子封裝(25)的外部熱耦合。16.權(quán)利要求1-11和14-15中的任一項的系統(tǒng)(100)或權(quán)利要求12-15中的任一項的設(shè)備(11)， 其中，設(shè)備(11)還包括: -控制接口( 1a)，被配置成接收指示初級電流(I)的電流瞬態(tài)的控制信號， 其中’所述一對感測端子“化^^^化’^^’彡被配置成根據(jù)接收到的控制信號而選擇性地提供輸入信號。17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)(100)或權(quán)利要求16的設(shè)備(11)， 其中，設(shè)備(11)還包括保護(hù)電路(10)，所述保護(hù)電路(10)被配置成基于接收到的控制信號而預(yù)期抑制輸入信號的瞬態(tài)，并且包括串聯(lián)連接電容器、電隔離電感耦合、串聯(lián)連接電阻器以及鉗位二極管中的至少一個。18.權(quán)利要求1-11和14-17中的任一項的系統(tǒng)(100)或權(quán)利要求12-17中的任一項的設(shè)備(11)，還包括: -電流源(5)，被耦合到所述一對力端子(51、5o)并被配置成生成測試電流(la)。19.一種方法，包括: -經(jīng)由一對力端子(5 1、5ο )注入測試電流(I a )到導(dǎo)體(2 )中， _經(jīng)由一對感測端子(6111、611、6111’、611’)接收與跨導(dǎo)體(2)的電壓降有關(guān)的輸入信號， -基于測試電流(Ia)并進(jìn)一步基于輸入信號來確定由于測試電流(Ia)而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)， -確定由于初級電流(I)而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)， -確定導(dǎo)體(2)的參考電阻和初級電流(I)中的至少一個。20.權(quán)利要求19的方法， 其中，在多個溫度下執(zhí)行導(dǎo)體(2)的參考電阻和初級電流(I)中的至少一個的所述確定， 其中，所確定的參考電阻包括電阻溫度系數(shù)。21.權(quán)利要求19或20的方法，還包括: -將導(dǎo)體(2)的參考電阻寫入到存儲器(13)。22.權(quán)利要求19-21中的任一項的方法， 其中，將具有譜分布的測試電流(Ia)注入到導(dǎo)體(2)中， 其中，由于測試電流(Ia)而引起的對電壓降的貢獻(xiàn)的所述確定基于鎖定技術(shù)和對測試電流(Ia)的譜分布敏感的擴(kuò)展頻譜技術(shù)中的至少一個。23.權(quán)利要求22的方法， 其中，譜分布存在于O Hz -1 MHz的頻帶中，優(yōu)選地在100 kHz - 300 kHz的頻帶中。24.權(quán)利要求19-23中的任一項的方法， 其中，將測試電流(Ia)以間斷時間間隔選擇性地注入到導(dǎo)體(2)中。25.權(quán)利要求19-24中的任一項的方法， 其中，測試電流(Ia)包括交流電。26.權(quán)利要求19-25中的任一項的方法， 其中，測試電流(Ia)具有在I mA -1 A的范圍內(nèi)、優(yōu)選地在5 mA - 100 mA的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地近似10 mA的幅度。27.權(quán)利要求19-26中的任一項的方法， 其中，測試電流(a)經(jīng)由在第一位置(91、91-1、91-2)處耦合到導(dǎo)體(2)的至少一個第一電觸點(diǎn)(3h、4h)且經(jīng)由在第二位置(92、92-1、92-2)處耦合到導(dǎo)體(2)的至少一個第二電觸點(diǎn)(31、41)被注入到導(dǎo)體(2)中，將第一位置(91、91-1、91-2)和第二位置(92、92-1、92-2)相對于彼此布置在一距離處，其中，輸入信號對應(yīng)于所述至少一個第一位置(91、91-1、91-2)與所述至少一個第二位置(92、92-1、92-2)之間的跨導(dǎo)體(2)的電壓降。28.權(quán)利要求19-27中的任一項的方法， 其中，所述方法由權(quán)利要求12-18中的任一項的設(shè)備(11)或權(quán)利要求1 -11和14-18中的任一項的系統(tǒng)(100)執(zhí)行。
【文檔編號】G01R19/00GK106053915SQ201610200717
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月1日 公開號201610200717.X, CN 106053915 A, CN 106053915A, CN 201610200717, CN-A-106053915, CN106053915 A, CN106053915A, CN201610200717, CN201610200717.X
【發(fā)明人】U.奧瑟萊希納
【申請人】英飛凌科技股份有限公司