一种集成的数字输出的电压电流检测芯片的制作方法

本发明涉及一种电压电流检测芯片。

背景技术：

现有的传感器一般来说只能检测电流大小或者电压大小，而且大都是采用分离器件实现。对电流检测的方法大都采用采样电阻，而采样电阻的引入，会增加电路的功耗。现有的实际应用中需要电路中分别检测电流和电压大小，采用两个传感器，以及额外的电压隔离电路，使得成本高，而且占用面积大，一颗芯片无法同时检测电压和电流的大小。同时功耗的计算需要额外的单片机或者mcu对测量到电压值和电流值进行处理，成本较高。

现有电压电流检测芯片基本是模拟输出，抗干扰能力差，大多电压电流检测芯片不具备电压隔离的工作，大都是通过外围增加光耦或其他隔离电路实现电压隔离。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足而提供一种集成的数字输出的电压电流检测芯片，使其能够同时检测电压和电流的大小以及功耗等参数的计算，并将模数转换电路集成在芯片内部，实现传感器芯片的数字输出。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种集成的数字输出的电压电流检测芯片，其特征在于：包括电流信号采集处理电路、电压信号采集处理电路、存储器、数据处理模块、信号输出接口电路，并且集成在一片芯片上；电流信号采集处理电路将电流值的大小送往存储器存储，电压信号采集处理电路将电压值的大小送往存储器存储，然后通过数据处理模块计算对应的功耗，输出接口电路依据相关协议输出相应的电压值或电流值、功耗大小；

所述电流信号采集处理电路包括金属导线、霍尔阵列、温度补偿电路、动态失调消除电路、第一放大器、编程烧写控制电路、第一adc，所述外部电流信号流过金属导线，所述霍尔阵列检测电流产生的磁场大小，输出霍尔电压，通过第一放大器放大电压，经过第一adc进行模拟信号到数字信号的转换；所述温度补偿电路，为霍尔阵列提供温度补偿对芯片进行温度补偿；所述动态失调消除电路一端与霍尔阵列相连，另一端与第一放大器相连，消除霍尔电压的失调；所述编程烧写控制电路与第一放大器相连接，控制第一放大器放大倍数；

所述电压信号采集处理电路包括第二放大器和第二adc，采样电阻两端的电压输入至第二放大器的两个引脚，第二放大器进行放大，第二adc对放大后的信号进行模数转换。

更好地，上述金属导线电阻在mω级别，这样外部电流流过金属导线时，金属导线消耗的功耗较小，自身的发热不会影响芯片内部温度的变化，避免对芯片其他部分电路造成影响。并与硅片一体化封装，方便电流检测。

更好地，上述霍尔阵列利用半导体工艺以对称的阵列形式在硅片表面形成霍尔阵列，可有效提升有效信号的信噪比，降低了周围杂散磁场的影响。

所述温度补偿电路，为霍尔阵列提供温度补偿对芯片进行温度补偿，保证工作温度范围内芯片性能的一致性；

更好地，所述编程烧写控制电路，一方面通过控制第一放大器的放大倍数，来调节霍尔阵列的灵敏度大小，另一方面通过外部电路进行烧写具体的放大倍数，用于后期芯片出厂时，对芯片测量的电流大小进行校准控制，实现了电流测量范围大小的校准与控制。

更好地，上述第一放大器，采用低失调斩波放大器，将信号调制至高频后放大，然后信号解调至低频输出，这样可以消除一部分1/f噪声。

更好地，上述第一adc,采用2阶σ-δadc结构，通过过采样实现高精度的模数转换，同时不需要消耗太多功耗。

更好地，上述动态失调消除电路，采用旋转电流技术控制驱动霍尔阵列，通过时钟控制驱动电流周期性旋转交换，输出的霍尔电压被周期性反转，但是其自身的失调电压vos保持不变，通过正确的调整，失效电压vos可以被消除。

更好地，上述数据处理模块包括乘法器和相位补偿电路，对电压和电流信号进行处理和功耗的计算。

更好地，上述第二放大器，采用隔离放大器，其内部结构是采用调制电路，将采集到电压信号，调制到高频，通过电容进行耦合隔离传递，然后经过解调电路，将信号恢复，然后放大。

更好地，上述第二adc采用2阶σ-δadc结构，通过采样实现高精度的模数转换，同时不需要消耗太多功耗。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用霍尔效应检测电流，采用放大器采集测量电压，不仅可以测量电流和电压，计算出功耗大小，而且可以数字化输出，供用户的mcu直接读取电压与电流、功耗的大小。同时通过编程控制电路对芯片可测量电流大小的范围进行编程控制，以应对不同大小电流的测量需求。而且霍尔测量电流和电压隔离放大器采集电压集成在同一芯片上，有一定的隔离功能，降低了产品的成本，提高了可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例集成的数字输出的电压电流检测芯片的结构示意图。

图2为本发明实施例电流信号采集处理电路示意图。

图3为本发明实施例电压信号采集处理电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图、实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种集成的数字输出的电压电流检测芯片包括电流信号采集处理电路、电压信号采集处理电路、存储器电路、数据处理模块和输出接口电路，电流信号采集处理电路将电流值的大小送往存储器存储，电压信号采集处理电路将电压值的大小送往存储器存储，然后通过数据处理模块计算对应的功耗，输出接口电路依据相关协议输出相应的电压值或电流值、功耗大小。

如图1、2所示，所述电流信号采集处理电路包括金属导线、霍尔阵列、温度补偿电路、动态失调消除电路、放大器1、编程烧写控制电路、adc1，外部电流信号流过ip+和ip-之间的金属导线，导线周围产生微弱的磁场，所述霍尔阵列依据霍尔效应检测电流产生的磁场大小，输出对应大小的霍尔电压vhall，通过放大器1放大vhall电压，经过adc1进行模拟信号到数字信号的转换，转换后的数据输出到存储器中存储，等待输出接口电路对电流大小的数据进行读取；动态失调消除电路的一端与霍尔阵列相连，另一端与放大器1相连接，消除霍尔电压的失调；编程控制电路与放大器1相连接，控制放大器1的放大倍数。

所述温度补偿电路，与霍尔阵列相连，为霍尔阵列提供温度补偿，可保证其在全温度范围内的性能的一致性。

所述动态失调消除电路，采用旋转电流技术控制驱动霍尔阵列，通过时钟控制驱动电流周期性旋转交换，输出的霍尔电压vhall被周期性反转，但是其自身的失调电压vos保持不变，通过正确的调整，失效电压vos可以被消除。

所述放大器1采用低失调斩波放大器，将信号调制至高频后放大，然后信号解调至低频输出，这样可以消除一部分1/f噪声。

所述编程烧写控制电路，一方面通过控制放大器1的放大倍数，来调节霍尔阵列的灵敏度大小，另一方面通过外部电路进行烧写具体的放大倍数，用于后期芯片出厂时，对芯片测量的电流大小进行校准控制。

所述adc1采用2阶σ-δadc结构，通过过采样实现高精度的模数转换，同时不需要消耗太多功耗。

如图1、3虚线框内所示，所述的电压采集处理电路，其包括放大器2和adc2。放大器2的输出端与adc2相连接，放大器2对采样信号进行耦合隔离放大，adc2对其输出信号进行模数转换，转换后的数据输出到存储器中存储，等待输出接口电路对电压大小的数据进行读取。

采样电阻r两端的电压输入至放大器2的vinp和vinn两个引脚，放大器2进行放大，adc2对放大后的信号进行模数转换。

所述放大器2，采用调制电路，将采集到电压信号，调制到高频，通过电容进行耦合隔离传递，然后经过解调电路，将信号恢复，然后放大。

所述adc2，采用2阶σ-δadc结构，通过过采样实现高精度的模数转换，同时不需要消耗太多功耗。

所述的数据处理模块，其包括乘法器和相位补偿电路，对电压和电流数据进行处理，计算出对应的功耗。