专利名称：测量交流电流的集成装置的制作方法
技术领域：
本发明源于电流测量仪器的技术领域。它涉及一种用于测量交流电流的集成装置，正如在电表中所应用的。
背景技术：
用于测量交流电流的集成装置例如从EP 710844 B1中已知的。该文献描述了专用线圈装置的应用，该专用线圈装置具有所谓的梯度计的形式，在该梯度计输出的直接附近布置有前置放大单元。因此，其目的是通过该梯度计检测通过测量的电流所产生的磁场，并直接在梯度计输出处执行信号处理。由该梯度计提供的测量信号由此可以被采用，并在没有外部场干扰的情况下由前置放大单元预处理。测量信号的检测和第一前置放大之间的最短路径对通常很小的信号电平起着重要的作用。
尽管这种传统的集成装置已经争取到用小几何尺寸的测量装置获得高的测量精度，但该装置不可能完全满足关于测量精度的高要求。带有集成电路的梯度计的结构尺寸仍然允许仅仅由于几何尺寸经由外部干扰场引起的显著影响。
因此，从根据已知类型的现有技术状态着手，本发明的目的是提供一种用于测量交流电流的集成装置，其允许相对更加精确的测量，并具有与现有技术状态相比明显小的几何尺寸。
发明内容
根据本发明，权利要求1的特征实现该目的。本发明进一步的优势构成是从属权利要求2到5的主题。
以用于测量交流电流的装置，为了实现本发明所基于的目的，将线圈装置单片地设计为半导体芯片的集成构件。以这种方式，带有半导体芯片的线圈装置形成公共电路，其整体地受到由测量电流产生的磁场的影响。由该线圈装置检测的测量信号直接保持在半导体芯片中，其中至少一个第一决定性的信号处理发生。在半导体芯片中测量线圈装置和信号处理单元之间的导线路径由此小到可以忽略。因此由于本发明外部干扰场对实际测量的影响几乎是可忽略的。
线圈装置有利地形成在半导体芯片层中。对于线圈装置在两层或多层半导体芯片上延伸，在本发明范围内也是可以想到的。
有利地，线圈装置实质上布置在外边缘区域上，即所谓的半导体芯片外围。通过此，为了获得感应信号电压的最大值，线圈装置包围尽可能大的通流区域(through-flow area)。
本发明进一步的优势可以从权利要求和下列详细的说明中推断出，其中参考简图详细解释了优选实施例。从而， 图1a、b显示根据本发明的用于测量交流电流的集成装置， 图2a、b是用于测量交流电流的集成装置的实施例变型，和 图3a、b是又一个实施例变型。
具体实施例方式 在图1a和1b中半导体芯片被指示为1，并包含层3和信号处理单元4。图1b在这里是图1a中截面A-A＊的放大截面表示。作为半导体芯片的集成构件的线圈装置(2a，2b)被设计在沿着半导体芯片1的外边缘即所谓外围的层3内。
线圈装置2a、2b被设计用于磁场B的测量，其中在同样没有示出的电导体中作为在此未示出的电流映象的磁场可以用于测量电流。
内线圈绕组2b具有长度ai和导体宽度bi，和外线圈绕组2a具有长度ao和同样的导体宽度bi。这些线圈绕组的长度和宽度指示在下面引证的实施例中发挥它们的作用。两个线圈绕组之间的距离被指示为ba。
图2a和2b-类似于图1a和1b-显示用于感应电流测量的集成装置，区别在于线圈装置2a-f在半导体芯片1的三层3a、3b、3c上延伸，如图2中所表示的。
通过例子显示的用于电流测量的集成装置特别适合于用于检测相关能量单元的电子表中的电流测量。具有单片电路构造结构的半导体芯片1的特别紧凑的构造包含具有线圈装置2a-f和信号处理单元4的一层或多层3a、3b、3c，一方面允许几何尺寸与现有技术状态相比明显降低，另一方面线圈装置2a-f和信号处理单元4之间的连接导线很小(没有明确表示出)以致于外部的干扰影响小到可以忽略。线圈装置2a-f和信号处理单元4之间的有源连接可以类似地不受到从外部作用的场的影响。
本发明一个实施例变型表示在图3a中，其中线圈绕组2a-f在接触面B-B＊处以这样的方式彼此连接，即形成具有参考电势的参考电压Ur的连接定位，并且电压抽头U+和电压抽头U-关于这个参考电压对称地形成。这些电压抽头U+和U-关于幅度彼此对称地大小相等。有利地，为了消除测量误差的目的，这些电压U+和U-可以彼此相加或相减。
关于信号处理单元4带有几何和电约束和要求的实际实施方式的例子如下所示 实践示例 1.线圈的几何参数 内部边缘长度 ai＝1.90·mm 外部边缘长度 aa＝2.00·mm 有效的边缘长度 ae＝1.951mm 线圈面积 As＝aa2-ai2As＝0.390mm2 线圈窗口的面积 Af＝ai2 Af＝3.610mm2 相对于窗口的线圈面积 (对于线圈成本很重要)α＝10.803％ 条形导体宽度 bl＝1.5·μm 条形导体距离 ba＝0.5·μm 绕组数量 N＝50 2.线圈的电参数 -转换成rad/s的输入信号50Hz的频率 -以满负载(最大负载)的输入信号感应Bm＝40·mT -线圈绕组的薄层电阻 r＝0.08·Ω -线圈绕组的电阻是 RC＝20.8kΩ -线圈电阻的噪声电压密度 -在最大感应处B＝Bm的线圈信号电压 Um＝ω·ae2·N·BmUm＝2.391mV 3·信号处理的要求 在上下文中，设置两个重要参数用于线圈的信号处理 -信号处理U0的最大容许直流偏移小于最大信号电压Um的值的25％ -处于满负载σsm的整个系统的信/噪密度比的最小值 对信号处理的要求可以如下用上面引用的电参数规定 -信号处理的最大直流偏移 U0max＝0.25·UmU0max＝0.598mV -来自整个系统的噪声电压密度un的信号处理的最大容许噪声电压密度una，同时减去线圈电阻的噪声电压密度unc 可以实现信号处理的最后专用参数，而不存在适当优化电路的问题。
参考符号列表 1 半导体芯片 2a-f线圈装置 3a-c层 4 信号处理单元 5 导电层 ai 线圈绕组长度 ao 线圈绕组长度 bi 线圈绕组宽度 bo 线圈绕组宽度 ci 线圈绕组的导体宽度 co 导体距离 U+ 电压抽头 U- 电压抽头 Ur 参考电压 B 磁场
权利要求
1.一种用于根据感应原理测量交流电流的集成装置，其中该集成装置受到由交流电流产生的磁场(B)的影响，其特征在于用于检测磁场(B)的线圈装置(2a-f)被设计为半导体芯片(1)的集成构件。
2.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于线圈装置(2a-f)被设计在半导体芯片(1)的一层(2)或多层(3a-c)中
3.根据前述权利要求之一所述的集成装置，其特征在于半导体芯片(1)包围信号处理装置(4)的一部分，该信号处理装置有源连接到线圈装置(2a-f)。
4.根据前述权利要求之一所述的集成装置，其特征在于线圈装置(2a-f)被实质上布置在半导体芯片(1)的外边缘区域(外围)上。
5.根据前述权利要求之一所述的集成装置，其特征在于线圈装置(2a-f)被设计为至少一个平面线圈。
6.根据前述权利要求之一所述的集成电路，其特征在于通过至少一个导电层(5)至少屏蔽线圈装置(2a-f)的区域。
7.根据前述权利要求之一所述的集成电路，其特征在于线圈装置(2a-f)的中点被设计为参考电压Ur，并且将正电压抽头U+和负电压抽头U-对于该中点对称地布置在线圈装置(2a-f)的末端处。
全文摘要
本发明涉及一种用于根据感应原理测量交流电流的集成装置。所述装置包含产生交流电流的磁场(B)。被用来检测磁场(B)的线圈装置(2a-f)被实施为半导体芯片(1)的集成构件。
文档编号G01R15/18GK101120258SQ200580041508
公开日2008年2月6日 申请日期2005年11月30日 优先权日2004年12月4日
发明者J·佩特尔, M·沙勒, P·霍德尔, D·普法夫 申请人:兰迪斯+盖尔股份有限公司