具有磁场传感器的电流传感器芯片制造技术

本发明专利技术涉及具有磁场传感器的电流传感器芯片。本文中描述一种电流传感器芯片。根据一个实施例，电流传感器芯片包括：第一磁场传感器元件，被配置为生成代表由经过外部初级导体的初级电流引起的磁场的第一模拟传感器信号。电流传感器芯片还包括：模数转换器，耦合到第一磁场传感器元件并且被配置为基于第一模拟传感器信号生成数字传感器信号。数字信号处理器耦合到模数转换器以接收数字传感器信号并且被配置为基于数字传感器信号并且基于存储在存储器中的校准参数确定代表初级电流的对应电流测量信号。电流传感器芯片的外部输出管脚耦合到第一磁场传感器元件以接收第一模拟传感器信号或通过模拟信号处理而从其得到的模拟信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及使用磁场传感器的电流测量的领域。
技术介绍
通过使用磁场传感器感测由经过初级导体的电流(还被称为初级电流)引起的磁场，能够完成非接触式电流测量。由初级电流引起的磁场取决于初级电流的大小。对于承载初级电流iP的长直导线的示例，在距导线的距离d处所得到的磁场H的大小与初级电流iP成正比。根据毕奥-萨伐尔定律，如果与距离d相比导线非常长(理论上无限长)，则磁场H的大小等于H=iP/(2πd)。实际上，包括磁场传感器元件(例如，霍尔传感器)的芯片封装被紧挨着初级导体放置。这个芯片封装也被称为传感器封装或电流传感器封装。芯片封装中所包括的磁场传感器元件(或简写为：磁场传感器)因此暴露于由初级电流引起的磁场，并且由磁场传感器元件提供的传感器信号(通常是电压信号)与磁场的大小成比例，并且因此也与初级电流成比例。通常，霍尔传感器和磁阻传感器被用于非接触式电流测量。磁阻传感器经常被称为XMR传感器，XMR传感器是用于各向异性磁阻(AMR)、巨磁阻(GMR)、隧道磁阻(TMR)和庞磁阻(CMR)传感器的共同术语。传感器封装还可包括信号处理电路，信号处理电路接收来自磁场传感器元件的信号(被称为传感器信号)并且从传感器信号得到代表初级电流的测量信号。用于非接触式电流测量的测量装置(也被称为电流传感器)通常包括软磁芯或磁通集中器以便将由初级电流引起的磁场引导到磁场传感器元件上。软磁芯还可保护磁场传感器元件免受干扰的外部磁场的影响，干扰的外部磁场可引起测量误差。然而，由于软磁芯的非线性特性和磁滞，使用通量集中器的软磁芯可引起所不希望的影响。芯的磁滞可在电流测量中导致零点误差。为了避免这种问题，已开发无芯电流传感器。然而，当使用无芯电流传感器时，磁场传感器元件相对于初级导体的精确定位对于准确的电流测量而言是极其重要的。因此，电流传感器的组件的公差必须相对紧密。通常，无芯磁电流测量的准确性受到初级导体(也被称为电流轨道)的几何形状的影响并且受到初级导体相对于磁场传感器元件的位置的影响。为了确保初级导体和磁场传感器元件的精确相对位置，初级导体和磁场传感器元件能够被集成在同一芯片封装(传感器封装)中。这种方案例如被用在Infineon的TLI4970电流传感器系列中。当使用具有集成电流轨道的电流传感器时，承载初级电流的初级导体(例如，导线、线缆、电流杆等)必须被断开(中断)以便插入具有集成电流轨道的芯片封装。在许多应用中，将初级导体断开是不希望或不可能的。当使用完全位于包括磁场传感器元件的芯片封装外部的初级导体时，仍然存在这样的问题：在未精确地知道测量装置的传递特性(初级电流与测量信号)的情况下，测量信号(代表初级电流)将会严重依赖于初级导体和芯片封装的组件的几何形状。因此，存在针对允许精确的无芯和非接触式电流测量的改进的电流传感器的一般需要。
技术实现思路
本文中描述一种电流传感器芯片。根据一个实施例，电流传感器芯片包括：第一磁场传感器元件，被配置为生成代表由经过外部初级导体的初级电流引起的磁场的第一模拟传感器信号。电流传感器芯片还包括：模数转换器，耦合到第一磁场传感器元件并且被配置为基于第一模拟传感器信号生成数字传感器信号。数字信号处理器耦合到模数转换器以接收数字传感器信号并且被配置为基于数字传感器信号并且基于存储在存储器中的校准参数确定代表初级电流的对应电流测量信号。电流传感器芯片的外部输出管脚耦合到第一磁场传感器元件以接收第一模拟传感器信号或通过模拟信号处理而从其得到的模拟信号。根据另一实施例，电流传感器芯片包括：第一磁场传感器元件，被配置为响应于由经过外部初级导体的初级电流引起的磁场生成第一模拟传感器信号。电流传感器芯片还包括：第二磁场传感器元件，被配置为响应于由经过外部初级导体的初级电流引起的磁场生成第二模拟传感器信号。模数转换器耦合到第二磁场传感器元件并且被配置为基于第二模拟传感器信号生成数字传感器信号。数字信号处理器耦合到模数转换器以接收数字传感器信号并且被配置为基于数字传感器信号并且基于存储在存储器中的校准参数确定代表初级电流的对应电流测量信号。电流传感器芯片的外部输出管脚耦合到第一磁场传感器元件以接收第一模拟传感器信号或通过模拟信号处理而从其得到的模拟信号。此外，本文中描述一种用于校准电流传感器芯片的系统。根据一个实施例，该系统包括：电流测量装置，包括电流传感器芯片和布置为与电流传感器芯片相邻但与电流传感器芯片分开的初级导体。根据本实施例，电流传感器芯片包括：第一磁场传感器元件，被配置为响应于由经过初级导体的初级电流引起的磁场生成第一模拟传感器信号。电流传感器芯片还包括：数模转换器，耦合到第一磁场传感器元件或第二磁场传感器元件并且被配置为分别基于第一模拟传感器信号或基于第二模拟传感器信号生成数字传感器信号。在后者的情况下，第二模拟传感器信号由第二磁场传感器元件生成。此外，电流传感器芯片包括：存储器，用于存储校准参数；和数字信号处理器，被配置为使用存储在存储器中的校准参数和数字传感器信号确定代表初级电流的电流测量信号。电流传感器芯片的输出管脚耦合到第一磁场传感器以接收第一模拟传感器信号或通过模拟信号处理而从其得到的模拟信号并且提供该信号作为模拟输出信号。另外，该系统包括：测试信号发生器，被配置为提供调制的测试电流，其中测试信号发生器耦合到初级导体以将测试电流——作为初级——电流注入到初级导体中。此外，该系统包括：解调器，耦合到电流传感器芯片的输出管脚以接收模拟输出信号，其中解调器被配置为解调模拟输出信号并且提供代表模拟输出信号的大小的测量值。控制器耦合到电流传感器芯片以向电流传感器芯片的存储器传送校准参数，校准参数基于代表模拟输出信号的大小的测量值。此外，本文中描述一种用于校准电流传感器芯片的方法。根据一个实施例，该方法包括：提供电流测量装置，该电流测量装置包括电流传感器芯片和布置为与电流传感器芯片相邻但与电流传感器芯片分开的初级导体；生成具有特定大小的调制的测试电流并且将调制的测试电流——作为初级电流——注入到初级导体中，因此引起磁场；以及在电流传感器芯片的外部管脚处分接模拟输出信号，其中模拟输出信号是模拟传感器信号或通过模拟信号处理而从其得到的信号，并且其中所述模拟传感器信号由电流传感器芯片中所包括的磁场传感器生成。此外，该方法包括：解调模拟输出信号以生成代表模拟输出信号的大小的测量值；其中基于测量值确定校准参数；以及校准参数被存储在电流传感器芯片中所包括的存储器中。附图说明参照下面的描述和附图，能够更好地理解本专利技术。附图中的部件不必成比例，而是将重点放在说明本专利技术的原理。此外，在附图中，同样的标号指定对应的部分。在附图中，图1是图示具有集成初级导体和数字输出的示例性电流传感器芯片的框图。图2是图示供外部初级导体使用的电流传感器芯片的一个实施例的框图；该电流传感器具有数字输出以及模拟输出，该模拟输出提供用于电流传感器的校准的集成霍尔传感器的模拟传感器信号。图3是图示供外部初级导体使用的电流传感器芯片的一个实施例的框图；该电流传感器具有集成霍尔传感器和集成磁阻传感器，其中霍尔传感器的传感器信号被数字化并且被提供给数字输出(在某种信号处理之后)，并且磁阻传感器的传感器信号在模拟输出处被提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流传感器芯片，包括：第一磁场传感器元件，被配置为生成代表由经过外部初级导体的初级电流引起的磁场的第一模拟传感器信号；模数转换器，耦合到第一磁场传感器元件并且被配置为基于第一模拟传感器信号生成数字传感器信号；数字信号处理器，耦合到模数转换器以接收数字传感器信号并且被配置为基于数字传感器信号和存储在存储器中的校准参数确定代表初级电流的对应电流测量信号；和外部输出管脚，耦合到第一磁场传感器元件以接收第一模拟传感器信号或通过模拟信号处理而从其得到的模拟信号。

【技术特征摘要】
2015.06.08 DE 102015109009.01.一种电流传感器芯片，包括：第一磁场传感器元件，被配置为生成代表由经过外部初级导体的初级电流引起的磁场的第一模拟传感器信号；模数转换器，耦合到第一磁场传感器元件并且被配置为基于第一模拟传感器信号生成数字传感器信号；数字信号处理器，耦合到模数转换器以接收数字传感器信号并且被配置为基于数字传感器信号和存储在存储器中的校准参数确定代表初级电流的对应电流测量信号；和外部输出管脚，耦合到第一磁场传感器元件以接收第一模拟传感器信号或通过模拟信号处理而从其得到的模拟信号。2.根据权利要求1所述的电流传感器芯片，其中所述模拟信号处理不涉及承载关于由初级电流引起的磁场的信息的模拟信号的量化。3.根据权利要求1或2所述的电流传感器芯片，其中所述第一磁场传感器元件是霍尔传感器或磁阻传感器。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电流传感器芯片，还包括以下中的至少一个：温度传感器，被配置为生成温度信号，温度信号被提供给数字信号处理器和/或使温度信号可用于外部装置；芯片应力传感器，被配置为生成应力信号，应力信号被提供给数字信号处理器和/或使应力信号可用于外部装置。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电流传感器芯片，还包括：通信接口电路，连接到数字信号处理器，其中所述数字信号处理器被配置为经由通信接口电路以数字方式与外部装置通信。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电流传感器芯片，其中所述数字信号处理器被配置为经由通信接口接收数据并且将接收的数据作为校准参数存储在存储器中。7.一种电流传感器芯片，包括：第一磁场传感器元件，被配置为响应于由经过外部初级导体的初级电流引起的磁场生成第一模拟传感器信号；第二磁场传感器元件，被配置为响应于由经过外部初级导体的初级电流引起的磁场生成第二模拟传感器信号；模数转换器，耦合到第二磁场传感器元件并且被配置为基于第二模拟传感器信号生成数字传感器信号；数字信号处理器，耦合到模数转换器以接收数字传感器信号并且被配置为基于数字传感器信号和存储在存储器中的校准参数确定代表初级电流的对应电流测量信号；和外部输出管脚，耦合到第一磁场传感器元件以接收第一模拟传感器信号或通过模拟信号处理而从其得到的模拟信号。8.根据权利要求7所述的电流传感器芯片，其中所述模拟信号处理不涉及承载关于由初级电流引起的磁场的信息的模拟信号的量化。9.根据权利要求7或8所述的电流传感器芯片，其中所述第一磁场传感器元件是霍尔传感器或磁阻传感器。10.根据权利要求7至9中任一项所述的电流传感器芯片，还包括以下中的至少一个：温度传感器，被配置为将温度信号提供给数字信号处理器；芯片应力传感器，被配置为将应力信号提供给数字信号处理器。11.根据权利要求7至10中任一项所述的电流传感器芯片，还包括：通信接口电路，连接到数字信号处理器，其中所述数字信号处理器被配置为经由通信接口电路以数字方式与外部装置通信。12.根据权利要求7至11中任一项所述的电流传感器芯片，其中所述数字信号处理器被配置为经由通信接口接收数据并且将接收的数据作为校准参数存储在存储器中。13.一种用于校准电流传感器芯片的系统，所述系统包括：电流测量装置，包括电流传感器芯片和布置为与电流传感器芯片相邻但与电流传感器芯片分开的初级导体；电流传感器芯片包...

【专利技术属性】
技术研发人员：U奥瑟莱希纳，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE