电流传感器的制作方法

专利名称：电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电流传感器，更具体地，涉及具有低损耗、小尺寸、 低成本和高精度的改进的电流传感器。
背景技术：
在如电源之类的各种电路实现方式中，通常需要检测电路中特定 点处提供的电流。例如，检测的电流可以用作反馈，用于控制电路的 其他部分。当前，各种技术被用于感测电子电路中的电流，但每个技
术都有缺点。如图1所示的一种方法利用了电阻器102跨接在运算放 大器104的输入之间，用于提供可以用于确定电流106的电压VSENSE。 可以使用在1Om0hms范围内的低值电阻器。然而，这个方法的缺点 在于电路提供了高损耗。可以通过减小电阻器102的值来消除高损耗， 然而，这也减小了可以检测到的信号VSENSE。虽然这种电路可以用于 感测直流(DC)应用中的电流，但是，电阻器102—般不能被容易地 集成在集成电路上。
现在参照图2，示出了利用Hall效应设备202的另一现有技术的 系统，所述Hall效应器件202跨接在运算放大器204的输入之间。Ha11 效应器件202响应电流206，在运算放大器204的输入之间产生了电 压，以提供输出信号VSENSE。虽然这种方法具有相对低的损耗，可以 用于检测直流(DC)，但是，Hall效应器件202的使用一般提供了更 高成本的电路。进一步，在使用了 Hall器件的电流传感器中，由于 Hall电压相对而言是一个较小的值，因此精度和噪声的问题一般更大。
参照图3，示出了使用磁致电阻传感器的电流传感器。磁致电阻 传感器由磁致电阻元件302组成，磁致电阻元件302跨接在运算放大 器204的输入之间，以检测电流306。磁致电阻元件302具有如下特 性，即该元件的电阻随电流306所产生的磁场而改变。这个电路需要
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使用特殊的技术，从而提高了设备的成本。此外，即使可以以非常低 的损耗感测电流，但是出现了精度问题。
现在参照图4，示出了一种用于通过使用变流器402来检测电流
的选择性的现有技术。如图所示，变流器402的初级线圈侧404带有 单个线圈，次级线圈侧406带有多个线圈。负载电阻408与变流器402 的次级线圈侧406并联。变流器402用于检测电流410。变流器402 产生等于Ip/n的输出电流，其中Ip是检测到的电流，n是变流器402 的匝数比。在这个配置中，变流器的次级线圈侧的电阻以比例1化2反 映在初级线圈侧。虽然变流器对于检测电流工作地很好，但是其尺寸 大并具有中等的损耗水平，而且只能在交流(AC)电路中工作。
另一种测量电路的方法引入了 Rogowski线圈的使用。不幸地， Rogowski线圈中感生的电压非常小，当测量的电流小于例如100Amps 时，容易受干扰。然而，与图4所示的变流器相比，Rogowski电流传 感器具有多个优点。例如，Rogowski电流传感器是线性的，没有磁芯 饱和效应，具有宽的带宽和宽的测量范围、和相对简单的结构。 Rogowski线圈包括螺旋管形的绕组，环绕要测量的导体放置。 Rogowski线圈是有效的互感器，与要测量的电感器耦合，其中绕组的 输出是正比于电流的变化率的EMF。虽然上述技术提供了在某些应用 中感测电流的启示，但是，如上所述，这些技术各自都具有许多缺点。
需要一种在例如功率电子电路之中的用于检测电流的技术，能够 解决上述现有技术的许多缺点。

发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种方法，用于在集成电路管 芯中的至少一个电感器中产生第一电流，所述电感器与承载第二电流 的导体感应耦合。所述导体被放置在容纳集成电路管芯的集成电路封 装中。所述方法还包括在管芯上的积分器电路中对第一电流进行积分， 以提供指示第二电流的感测的电压。
在另一个实施例中，提供了一种用于感测电流的装置，包括至少 一个电感器，当电感器与导体感应耦合时，电感器用于响应导体中的
电流产生感测的电流。所述装置还包括集成电路管芯，所述管芯包括 与至少一个电感器耦合的积分器电路。积分器电路对感测的电流进行
积分并响应感测的电流产生感测的电压，所述感测的电压指示了导体 中的电流。


参照附图，将更好地理解本发明，对本领域技术人员而言，本发 明的多个目的、特征和优点将是显而易见的。 图1示出了现有技术的电流传感器。
图2示出了另一现有技术的电流传感器。 图3示出了又一现有技术的电流传感器。 图4示出了另一现有技术的电流传感器。
图5a示出了与根据本发明实施例的与大电流承载导线紧密接近 的线圈。
图5b示出了集成电路的透视截面视图，包括耦合的线圈和导线。
图6是集成电流传感器封装的第一实施例的横截面视图。
图7是集成电流传感器封装的第一实施例的顶视图。
图8是图6和7中所示的集成电流传感器的模型(等效电路)。
图9是集成电流传感器封装的选择性实施例的横截面视图。
图10是图9的集成电流传感器封装在回流处理步骤之后的横截面。
图11是图9和10中所示的集成电流传感器封装的选择性实施例 的模型(等效电路)。
图12是集成电流传感器的示意图。
图13是示出了在开关电源电路中的集成电流传感器的示意图。
图14是示出了图13的开关电源电路的操作的定时图。
图15示出了用于控制集成电流传感器的复位开关的进一步的电路。
图16是集成电流传感器封装的另一实施例的顶视图。
图17是图16中的集成电流传感器封装的实施例的沿着线17-17 的横截面视图。
图18是图16中的集成电流传感器封装的实施例的沿着线18-18 的另一横截面视图。
图19是电路的电示意图，所述电路包括在降压(转换器buck converter)应用中实现的电流传感器。
图19a是示出了图19的电路的操作的定时图。
图20示出了包括电流传感器的电路，所述传感器带有根据本发明 的一个方面配置的复位电路。
图20a和20b是示出了图20的复位电路的操作的定时图。
图21a示出了使用两个线圈替代了一个线圈来感测电流的实施例。
图21b示出了另一种两个线圈的实施例，其中，在电流传感器封
装上实现的电流承载导线是"U"形的。
图22示出了双线圈电流传感器的实施例的另一视图。
图23A示出了在示例性实施例中，双线圈如何与积分器耦合。
图23B示出了示例性双线圈实施例的横截面。
图24示出了电流承载导体被放置在印刷电路板上的实施例。
图25示出了电流承载导体被放置在承载集成电路管芯的封装的
衬底上的实施例。
图26示出了一个实施例，其中利用了四层衬底，用于感测电流的
电感器被放置在四个衬底的金属层上。
图27示出了图26所示的实施例的顶视图。
图28示出了使用引线框封装的实施例的顶视图。
图29示出了图28所示的实施例的横截面视图。
图30示出了图28所示的实施例的另一个横截面视图。
图31示出了一个实施例，其中，管芯附着在引线框上，承载要感
测的电流的电流承载导体被形成在PCB上。 图32示出了图31所示的实施例的顶视图。 图33示出了图31所示的实施例的顶视图。
图34示出了 一个实施例的横截面视图，实施例中管芯通过玻璃电
介质与导体分离，电感器以图案形式形成在所述玻璃电介质上。
图35示出了图34所示的实施例的顶视图。
图36示出了图34和35所示的实施例的另一个横截面视图。
具体实施例方式
现在参照附图，尤其参照图5a，图5a示出了与大电流承载导线(或 导体)504紧密接近的线圈或电感器502，使得线圈502和电流承载导线 504作为耦合的电感器。耦合的电感器与以下将要讨论的片上电子器件 一起，允许以具有非常低的损耗、非常小的尺寸和非常低的成本的实
现方式来产生VsENSE信号，所述VsENSE信号与输入电流ip成正比。 一般
地，这提供了一种与关于图l-4所描述的实现方式相比更好的解决方 案。通过电流承载导线504提供的电流可以高达例如10A。其他实施例 可以提供与此相当的通过导体的电流承载能力。线圈502被放置在靠近 电流承载导线504的位置，以便建立导线504和线圈502之间的感应耦 合。如图所示，导线504只与线圈502的一侧重叠，使得绕组全部向相 同的方向，磁通量加在一起。这在线圈502的不与导线504重叠的另一
侧中产生了感生电流。
现在参照图5b，图5b示出了图5a中所示的线圈502和导线504的透
视截面视图。在这个配置中，耦合的电感器之一被放置在集成电路芯 片的管芯部分606顶部的二氧化硅层604中。线圈502由位于二氧化硅层 604中的金属层(例如M5层)中的金属组成。导线504放置在二氧化硅 层604上足够接近线圈502的位置，使得通过导线504的电流可以在线圈 502中的导线504不位于其上方的部分中感应产生另一个电流。
在芯片封装中实现耦合的电感器配置有多种方式。其中第一种包 括导体602，如图6所示。导体602可以被沉积在管芯606的二氧化硅层 604的顶部。导体602可以包括例如15"m的铜，或其他合适的高导电 性材料。如图所示，电感器502被嵌入二氧化硅层604中。
现在参照图7，图7示出了封装配置的顶视图。导体602被放置在 管芯606 (在图7中未示出)的二氧化硅层604上。电感器502位于二氧 化硅层604中，与导线602平行。连接线702将管芯606上的导体602与外
部输出相连。典型地，键合引线(bond wire) 702支持最大电流l-2安 培，因此，需要许多键合引线与导体602连接以用于更高的电流。附加 键合引线704将管芯606的部分连接至芯片的外部管脚706。使用上述封 装配置，可以容易地构造10A的传感器。
现在参照图8，图8提供了图6和7中所示的感应线圈封装的模型 (等效电路)。线圈802在初级线圈侧，包括500pH线圈。线圈804在次 级线圈侧，包括2yH线圈。与500pH线圈802的第一端连接的是与0.5 mOhm电阻器810串联的1.5 mOhm电阻器808。与2nH线圈804的一个 输出端连接的是20kOhm电阻器812。 0.5mOhm电阻器810包括由线圈 802所提供的电阻。由于铜线602不太粗，并与芯片的线圈502非常靠近， 假定从线圈502 (例如形成在M5层)与铜线602之间的距离约为2微米， 则铜线602与线圈502之间的耦合系数非常好。
现在参照图9，图9示出了一种选择性配置，其中使用了封装引 线框和倒装芯片的配置。引线框可以设计如下。管芯902被倒过来放 置，二氧化硅层904悬挂在大的铜块(slug)或其他合适的导体906 上方一段短的距离处。为了低损耗，铜块906可具有大的横截面面积。 在本实施例中，块卯6具有200X200um的横截面。管芯卯2被悬挂 在焊凸块(solder bump) 908上的导体906上方，焊凸块908放置在 引线框910的顶部。在器件组装期间，当加热时，焊凸块908回流， 导致管芯902的二氧化硅层904直接放置在导体906上。
现在参照图10，图10示出了图9的实施例的视图，其中在回流 操作之后，管芯902的二氧化硅层904直接放置在导体906的顶部。
现在参照图11，图11示出了图9和IO中所示实施例的电路图。 在这个图中，利用了 200X200 P m的铜块906，铜块卯6距离线圈502 3um，初级线圈侧包括与0.5 mOhm电阻器1104串联的520pH线圈 1102。次级线圈侧由H线圈1106与20 kOhm电阻器1108串联组 成。由于块中的低电流密度，耦合系数降低。
参照图16，图16示出了另一配置的顶视图，其中使用了片上引 线(lead-on-chip, LOC)配置。管芯1604通过键合引线1606与引线 框1602连接。通过例如双面胶带、非导电性环氧树脂或其他电介质
1702，将管芯1604附着在电流承载导体(导线)1608上。电流承载 导体1608与管芯1604中的电感器感应耦合。应注意，虽然为了容易 理解，将电介质1702示意为比导体更宽，但是，在优选实施例中，电 介质1702与导体一样宽。
现在参照图17，图17示出了图16沿着线17-17的横截面视图。 如上所述，管芯1604经由胶带1702与导体1608连接。管芯1604经 由键合引线1606与引线框1602连接。胶带1702可以是例如约75u m厚。如图所示，该结构被包含在模料(mold compound) 1704中。 现在参照图18，图18示出了图16沿着线18-18的横截面视图。
转到图12，图12示出了电子电路的示意图，当使用图5A和5B 所示的耦合的电感器来检测电流ip时，必需使用这样的电子电路来重 新建立Vsense信号。耦合的电感器1202包括上述的配置封装，或选 择性地，可以包括不同的未描述的配置封装，所述封装将线圈放置在 紧密接近导线的位置，以便将它们感应耦合在一起。初级线圈侧由与 电阻器1206串联的电感器1204来建模。次级线圈侧由与电阻器1210 连接的电感器1208来建模。接着，电阻器1210接地。电感器1208 的与运算放大器1212的负(反相)输入连接的另一端输出感生电流 In。运算放大器1212的正(非反相)输入接地。
通过次级线圈的电流由电阻器1210的电阻损耗决定，由初级线圈 电流导出。积分器电路1218用于积分感生电流In。积分器电路1218 包括运算放大器1212、电容器1214 (连接在运算放大器1212的输出 和运算放大器1212的负输入之间)以及与电容器1214并联的复位开 关1216 (连接在运算放大器1212的输出和运算放大器1212的负输入
之间)。因此，电流In可以根据下列等式确定
通过在电容器1214上的积分，输出电压Vsense根据下列等式得到
在这种情况下，很好地控制了互电感Lm，但是由于组装的变化，互电 感Lm在不同部件之间可能变化。电容C在不同部件之间可能变化，
并可能被控制在+/-5%的精度。
一般地，电容器1214不具有任何明显
的温度系数。R,由线圈的金属电阻决定，在不同部件之间可能变化， 并等于电阻器1210的值，还具有大的温度系数。
为了得到在不同部件之间可能变化的电容C的总体精度，可以采 用使用一次可编程(OTP)存储器1220的出厂校准。在一个优选实施 例中，可以利用低成本的32位OTP存储器。OTP存储器1220为可 编程增益放大器1222提供了控制变量。由可编程放大器1222、可编 程电阻1224和OTP存储器1220组成的第一增益级1223补偿电路的 不同部件之间的变化。在制造厂，基于在此所做的测量，可以对OTP 存储器1220进行编程。可编程增益放大器1222的负输入与运输放大 器1212的输出连接。可编程电阻1224连接在可编程放大器1222的输 出和地之间。可编程放大器1222的正输入与可编程电阻1224连接。 通过OTP存储器1220提供的值，控制了可编程电阻1224的值，从而 控制了第一增益级1223的增益。
第二增益级1226补偿由器件中的温度变化引起的电阻的差异。使 用温度传感器1228和模拟数字转换器(ADC) 1230来产生数字温度 值，用于补偿线圈电阻的温度系数。温度传感器1228检测温度并产生 温度的模拟表示。ADC 1230将模拟信号转换为数字信号。数字温度 信号经由控制总线1231被提供给控制逻辑1232。在一个实施例中， 控制逻辑1232可以由査找表组成。查找表可以包括与特定温度值相关 联的各种控制值。选择性的实施例可以包括被编程为根据各种温度等 级来控制输出的微处理器或其他种类的数字逻辑。控制逻辑1232向可 编程增益放大器1234和可编程电阻1236提供了控制值。放大器1234 的负输入与可编程放大器1222的输出连接。可编程电阻器1236连接 在可编程放大器1234与地之间。放大器1234的正输入与可编程电阻 1236连接。经由控制逻辑1232的输出，控制了可编程电阻1236的特 定值，从而控制了第二增益级1226的增益。放大器1234的输出提供 了已补偿的Vsense信号。在运算放大器1212响应施加在开关1216上 的复位信号而被复位的阶段期间，更新由控制逻辑1232提供的代码。 当感测的电流ip为零时，施加复位信号。
电流传感器被设计用于例如开关电源。当电流ip等于零时，可以
向开关1216施加复位信号，以复位电容器1214，响应当前从温度传 感器1228所感测到的温度，更新经由控制逻辑1232施加给放大器 1234的逻辑值。现在参照图13，图13提供了如何将复位信号施加给 降压转换器电路中的电流传感器1302的一个示例。在这种情况下，降 压转换器电路控制信号4>2被施加给晶体管1304，晶体管1304的漏极 /源极通道连接在12伏和节点1306之间。第二晶体管1308的漏极/源 极通道连接在节点1306和节点1310之间。晶体管1308由第二控制信 号4),控制。电流传感器1302连接在节点1310与地之间，用于检测电 流ip并提供控制信号Vs^sE。电感器1312连接在节点1306和节点1314 之间。电容器1316连接在节点1314与地之间。负载1318也连接在节 点1314与地之间。在一个实施例中，对电流传感器1302的开关1216
的复位信号可以被配置为控制信号小2。
如图14所示，当信号4h为低且当信号4)2为高，例如在时间q， 电流ip为零。在阶段2，当信号4)2为高期间，复位积分器1218，由
于在此期间电流ip为零，因此电流传感器将接受信号4)2作为输入，
以驱动对开关1216的复位信号。可以看到，每次信号4)2为高，电流 ip为零，使得复位信号能够被施加给积分器电路1218。
现在参照图15，图15示出了一个选择性的实施例，其中对复位 开关1216的复位信号响应单触发电路而产生，所述单触发电路由负短 时脉冲(glitch)检测电路1502和单触发电路1504组成。如图所示， 当电流ip为低，例如在图14中的t,，负短时脉冲检测电路1502将检 测到电流ip的负沿。作为对这一检测的响应，负短时脉冲检测电路1502 向单触发电路1504产生脉冲。接着，单触发电路1504响应来自负短 时脉冲检测电路1502的脉冲，向复位开关1216产生复位信号。也可 以利用其他方法用于检测感测的电流ip何时降为零，以向复位开关 1216产生复位信号。图13-15中所示的示例仅作为其中一些实施例的 示例而提供。
参照图19，图19描述了降压功率转换器1900的相关部分，包括 感测由电源+V提供的电流的电流传感器1902。参照图19a，定时图1970描述了与转换器1900结合使用的各种波形。在这个应用中，信 号4h驱动开关1904使电流"i"流动(从电源+V通过电感器1920)， 通过电感器L1和电容器C1，向负载1912提供功率。流过电感器1920 的电流"i"感应了流过电感器1922和电阻器1924的电流，对电容器 1926进行充电。当开关1904导通时，开关1906位于非导通状态。类 似地，当开关1904位于非导通状态时，信号^驱动开关1906进入导 通状态。开关l卯4和1906可以被实现为例如增强模式场效应晶体管 (FET)。
如图所示，信号小2也可以作为复位信号，用于驱动开关l卯8， 开关1908在导通时将积分器1910的电容器1926短路，并复位电流传 感器1902的积分器1910。可以认识到，为了不对由积分器1910产生 的输出信号VOUT产生不利影响，在电流"i"再次流过电感器1920 之前关闭复位信号是有利的。在现代功率转换器中，由于信号*2的下 降沿和信号^的上升沿可能稍有重叠，因此这样的要求很难满足。在 这种情况下，当电流"i"再次开始流过电感器1920时，积分器1910 可能仍处于复位状态。因此，输出信号VOUT (由积分器1910提供) 不能提供流过电感器1920的电流"i"的精确指示。对于如图19a所 示的电流"i"之类的电流尤为如此，其中感生电流正比与di/dt， "i" 的改变在4>,的起始处最为明显。
转到图20，示出了根据本发明的一个方面配置的复位电路1950 与图19的电流传感器1902结合实现。如在图20a和20b的定时图1980 和19卯中分别示出的控制信号与图19a的信号4)2相对应。然而，可
以认识到，该控制信号可以是例如具有不同极性的不同的信号。复位 电路1950包括单触发多频振荡器1960和与门(或一个或更多逻辑门) 1962。如此处所使用的，术语"单触发电路"或"单触发多频振荡器" 是具有一个稳定状态的器件7在回到稳定状态之前的一个时间段内响 应输入信号而提供输出信号。响应控制信号和在多频振荡器I960的输 出提供的复位—1信号，由与门1962产生复位信号。复位信号的脉冲
宽度与复位和复位一l信号中最短一个的脉冲宽度相对应。如此，除了 控制信号4),和(^的极短的脉冲宽度外，根据实现方式，复位电路1950
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确保了积分器的复位比控制信号短，因此在电流升至实质大于零之前， 积分器的复位被释放，从而允许精确地感测电流。可以认识到，上述 复位电路可以被容易地结合到包括电流传感器的相同的集成电路中， 小2 (或其他信号)的使用容易地允许了外部定时控制。因此，根据电
流传感器的位置，可以为一个外部管脚706 (图7)提供合适的4),或 4>2控制信号，用于产生复位信号。图13和19示意了用于降压转换器
的示例性放置。
在另一个实施例中，使用了两个线圈替代一个线圈来感测电流。
参照图21a，可以看到两个线圈2101和2103的顶视图在管芯2105中 与电流承载导线2107在垂直方向上移位放置。为了便于示意而示为单 匝的线圈2101和2103可以是多匝线圈。在示例性实施例中，电流承 载导体的宽度是0.75mm。两个电感器的使用允许明显消除来自外部 源的杂散场，从而在特定环境下允许了更精确的电流感测。此外，两 个电感器的使用允许感应更多的电流，例如与单电感器实施例相比两 倍的电流。在图21b所示的另一个实施例中，电流承载导体2109具有 不同的配置并形成为"U"形。也示意了潜在的干扰导体2111和2115。 在两个实施例中，电流承载导体2107和2109可以是铜，可以形成为 用于容纳带有双线圈的管芯的封装中的引线框架的一部分。图22示出 了双线圈电流传感器实现方式的一个实施例的另一个视图，所述双线 圈电流传感器具有在管芯2205上的两个线圈2201和2203，两个线圈 2201和2203由电介质插入物2209与电流承载导体2107分离。电介 质插入物可以是玻璃、陶瓷、氧化硅、B级环氧树脂、双面胶带或其 他合适的电介质材料。
图23A示意了双线圈如何与积分器耦合的示例性实施例。为了便 于示意，从图中省略了复位电路以及校正和温度补偿电路。如图23A 和23B所示.，电流流动导体2207所产生的磁通量造成线圈2301和 2303中电流的方向。如图23A所示，对于两个线圈，电流流动导体 2207所产生的磁通量的方向是相反的方向(一个向纸页内一个向纸页 外)，从而在特定应用中，与单线圈实施例相比，在消除来自远场干扰 源的干扰方面产生了实质的改进，并增大了从导体2207中的电流感应
的感生电流。同样应注意，在图23中也示出了单匝线圈。在其他实施 例中，线圈可以使用足以提供电流感测能力的合适数目的匝数来实现。
图23B示意了图22所示的两个电感器的实施例的横截面视图。 示出了来自导体2207中的电流流动的磁通量2208。
虽然上述实施例大体示出了电流承载导体结合在带有集成电路管 芯的封装中，但是，其他实施例可以想到，在例如其上安装有电流传 感器的印刷电路板(PCB)上提供电流承载导体。图24示出了一个这 样的实施例。器件2400包括安装在两层衬底2403上的管芯2401。管 芯包括用于例如图12和20所示的电流传感器和感测电路的电感器 2404。两层衬底在表面2405和2407具有金属层。衬底可以通过合适 的衬底材料，如BT、 FR4、弹性胶带、陶瓷或其他合适的材料来形成。 衬底在电流承载导体2409和管芯2401之间提供了高电压电介质。电 流承载导体2409是形成在PCB 2410上的轨迹。通路2411和键合引 线2415提供了管芯2401和印刷电路板2410上的附加轨迹2413之间 的连接。封装上的金属焊盘2412经由焊接点2414与轨迹2413连接。 键合引线和管芯被封装在塑料模具2417中。将电流承载导体从封装上 移开使得封装的制造不那么昂贵，但可以导致电流传感器的校准更加 困难，这是由于，根据所需的精度，可能需要在安装在印刷电路板2410 上之后对其进行校准。
在另一个实施例中，如图25所示，电流承载导体2501被形成在 衬底2503上。在图24所示的示例中，当封装被焊接至其下的PCB 2410 时，由于将器件2400耦合至印刷电路板2410的焊接点1414的高度变 化，器件2400和轨迹2409之间的缝隙2416将有轻微变化。这影响了 感测的精度，可能需要在器件被安装在板上之后对其进行校准。然而， 在图25所示的实施例中，电流承载导体是器件2500的一部分。这意 味着，电流承载导体2501与电感器2504之间的距离仅由电介质2503 限定，而不由将器件2500与PCB板连接的焊接点的高度的变化限定。 这使得器件更精确，此外允许器件2500在安装到PCB上之前在制造 厂中进行校准。比较图25和图16-18，应注意，主要的区别是，在图 16-18中管芯与电流承载导体的分离是通过如胶带之类的电介质，而在图25中是通过高电压电介质。在图25所示的实施例中，由于电介
质更厚以及电介质可以是更好质量的电介质，因此有更好的分离，因
此图25所示的实施例可以提供更高的电压隔离。
参照图26，在另一个实施例中，用于感测电流承载导体2619中 的电流的电感器2601被形成在四层衬底2603的金属层上。管芯2605 经由键合引线2609和形成在衬底中的通路2611与线圈连接。附加通 路2615和键合引线2617为管芯2605提供了外部连接。最终，电流承 载导体2619被形成在如图24所示的PCB上，或如图25所示的封装 衬底上。
图26中的方法的一个优点在于，电流/承载导体可以被制作得比 管芯宽。图27示出了电流承载导体被放置在两个线圈之间但明显比线 圈大的顶视图。这与电流承载导体被管芯的尺寸限制的选择性实施例 相比，可以承载明显更多的电流。
现在参照图28，示意了一个实施例的顶视图，该实施例中，器件 2800是在引线框2808上支撑管芯2804的引线框封装。引线框2808 提供了电流承载导体。在一个实施例中，引线框2808是铜。引线框/ 导体2808通过电介质插入物2802与管芯2804分离。键合引线2806 提供了管芯2801与封装的外部连接2809之间的连接。
现在参照图29，图29示出了图28沿着线29-29的横截面视图。 应注意，电介质插入物2802可以是例如玻璃、陶瓷、氧化硅、B级环 氧树脂、双面胶带或其他合适的电介质材料。图30示出了图28沿着 线30-30的横截面视图。
图31示出了另一个实施例，其中，管芯3101被安装在引线框3102 上。然而，承载要感测的电流的电流承载导体3105被形成在PCB上 而不是使用支撑管芯3101的引线框叶片(paddle) 3101。图32示出 了图31所示的实施例的顶视图。图33示出了图31所示的器件的另一 个顶视图，示出了电流承载导体3105在管芯3101下方。
现在参照图34，图34示出了一个实施例的横截面视图，该实施 例中，管芯3401通过玻璃电介质3405与例如由引线框形成的导体 3404分离。然而，与图30中的实施例不同，电感器被以图案方式形
成(pattern)在玻璃电介质上，而不是形成在管芯3401中的金属层中。 由于电感器可以是确定管芯的最小尺寸的一个因素，因此这允许管芯 变小。在玻璃电介质顶部形成电感器可以使用现有技术已知的方式来 完成，例如使用铜、合适的掩模和光阻材料。图35示出了图34所示 的实施例的顶视图。图36示出了图35所示的实施例的另一个横截面 视图。在形成电感器之后，可以在电感器上形成钝化层3602。应注意， 由于电感器被形成在玻璃电介质上，该电感器可以比被形成在管芯中 的电感器更大，从而更敏感。厚度为100微米的玻璃电介质在管芯3401 和电流承载导体之间提供了例如5至IO千伏的隔离。
虽然详细描述了各种实施例，但是，应理解，其中可以做出各种 改变、替代或选择，而不背离由所附权利要求所限定的本发明的范围。
权利要求
1. 一种用于感测电流的装置，包括至少一个电感器，当所述电感器与导体感应耦合时，所述电感器响应所述导体中的电流而产生感测的电流；以及集成电路管芯，所述集成电路管芯包括与所述至少一个电感器耦合的积分器电路，所述积分器电路用于响应感测的电流而产生感测的电压，所述感测的电压指示了所述导体中的电流。
2. 如权利要求l所述的用于感测电流的装置，其中，所述至少一 个电感器被形成在所述集成电路管芯中。
3. 如权利要求l所述的用于感测电流的装置，其中，所述至少一 个电感器被形成在包含所述集成电路管芯的集成电路封装中。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的用于感测电流的装置，还包括包含所述集成电路管芯的集成电路封装，所述导体被形成在所述集成 电路封装中。
5. 如权利要求1至3中任一项所述的用于感测电流的装置，还包括 包含所述集成电路管芯的集成电路封装，其中，所述导体被形成为印 刷电路板的一部分，所述集成电路封装安装在所述印刷电路板上。
6. 如权利要求4所述的用于感测电流的装置，还包括用于支撑集成电路管芯的引线框。
7. 如权利要求1至5中任一项所述的用于感测电流的装置，其中， 所述积分器电路还包括.-运算放大器，用于响应输出电流而产生感测的电压； 电容器，连接在所述运算放大器的输入和所述运算放大器的输出 之间；以及开关，连接在所述运算放大器的输入和所述运算放大器的输出之 间，用于响应复位信号而复位所述积分器电路。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的用于感测电流的装置，还包括第一补偿电路，用于针对所述积分器电路中的部件差异而补偿感 测的电压；以及第二补偿电路，用于响应感测的温度而补偿感测的电压。
9. 如权利要求8所述的用于感测电流的装置，其中，第一补偿电路还包括第一可编程放大器，用于响应第一控制值而补偿感测的电压，所 述第一控制值将所述第一可编程放大器配置为补偿积分器电路中不同 部件之间的差异；以及存储器，用于存储所述第一控制值；以及第二补偿电路还包括第二可编程放大器，用于响应第二控制值而补偿感测的电压，所述第二控制值将所述第二可编程放大器配置为补偿温度的差异； 温度传感器，用于产生温度信号；以及 控制逻辑，响应温度信号，用于产生第二控制值。
10. 如权利要求1至9中任一项所述的用于感测电流的装置，其中，响应复位控制信号而复位所述积分器电路。
11. 如权利要求10所述的用于感测电流的装置，其中，所述复位信号是根据用于开关电源的开关控制信号而确定的。
12. 如权利要求l至ll中任一项所述的用于感测电流的装置，其 中， 一个或更多个电感器包括与所述积分器电路耦合的两个电感器。
13. 如权利要求1至12中任一项所述的用于感测电流的装置，还包 括引线框，用于支撑所述集成电路管芯及用于承载要感测的电流。
14. 如权利要求1至13中任一项所述的用于感测电流的装置，还包括放置在电流承载导体和管芯之间的玻璃电介质，所述一个或更多个 电感器被形成在所述玻璃电介质上。
15. —种方法，包括在集成电路管芯中的至少一个电感器中产生第一电流，所述至少 一个电感器与承载第二电流的导体感应耦合，所述导体在容纳所述集 成电路管芯的集成电路封装中；以及在所述管芯上的积分器电路中对第一电路进行积分，以提供指示 电流的感测的电压。
16. 如权利要求15所述的方法，还包括由复位控制信号来复位 所述积分器电路，所述复位控制信号是根据用于开关电源的开关控制 信号而确定的。
17. 如权利要求15至16中任一项所述的方法，还包括针对积分器电路中的部件差异来补偿感测的电压。
18. 如权利要求15至17中任一项所述的方法，还包括响应感测的 温度来补偿感测的电压。
19. 如权利要求15至18中任一项所述的方法，还包括感测集成电 路的两个电感器中的第一电流，并向积分器电路提供两个电感器中感 生的电流。
全文摘要
一种电流传感器，包括一个或更多个电感器，当一个或更多个电感器与导体感应耦合时，所述电感器响应导体中的电流而产生感测的输出电流。所述电流感应器包括集成电路管芯，所述管芯包括与一个或更多个电感器耦合的积分器电路，所述积分器电路用于响应感测的电流而产生感测的电压，所述感测的电压指示了导体中的第一电流。所述电感器可以被形成在集成电路中，所述导体可以被结合在容纳管芯的封装中。
文档编号G01R15/18GK101379405SQ200680053050
公开日2009年3月4日 申请日期2006年12月19日 优先权日2005年12月19日
发明者威沃克·萨尔达, 约翰·B·佩沃卡, 蒂莫西·J·迪普伊 申请人:硅谷实验室公司