用于电流感测的设备和方法技术

本公开的各实施例涉及用于电流感测的设备和方法。本公开涉及一种磁场传感器电路(100；200)，包括：至少一个线圈(102)，线圈(102)用于测量磁场；第一级放大器电路(110；112)，第一级放大器电路(110；112)被耦合到线圈(102)，并且具有在第一频率处具有极点的第一传递函数；以及第二级放大器电路(120；122)，第二级放大器电路(120；122)被耦合到第一级放大器电路(110；112)的输出，并且具有在第一频率处具有零点的第二传递函数。在一些实施例中，第一传递函数的极点的温度相关的频率漂移对应于第二传递函数的零点的温度相关的频率漂移。漂移。漂移。

Apparatus and method for current sensing

【技术实现步骤摘要】
用于电流感测的设备和方法


[0001]本公开总体涉及用于感测磁场和/或电流的设备和方法，并且更具体地涉及磁电流传感器和感测方法。

技术介绍

[0002]磁(电流)传感器可以用于开关模式电力供应和马达驱动器中，其中，电流隔离和宽带宽(BW)都是期望的。在CMOS中，霍尔效应传感器被广泛使用，但是它们的电阻导致BW和分辨率之间的基本权衡。线圈具有微分特性并且因此可以获得宽得多的BW和分辨率，但是不能感测直流(DC)。通过使用用于低频的霍尔传感器和用于高频的线圈，可以实现宽带宽的混合传感器。例如，两个霍尔/线圈对可以感测电流轨周围的差分磁场，从而抑制共模(CM)外部场。然而，在一个示例中，其前端感测线圈电压，这限制了其高频动态范围(DR)并且需要基于大的外部电容器的DC伺服回路。在另一个示例中，前端感测单个线圈的电流，并且因此以对作为CM场而交互的干扰场的鲁棒性为代价来实现更宽的带宽。此外，其霍尔和线圈路径在芯片外组合，并且其实现了较低的分辨率并消耗更多的功率。
[0003]因此，可能存在对改进的磁电流传感器的需求。

技术实现思路

[0004]这种需求通过根据独立权利要求的设备和方法来满足。一些有益的实施例由从属权利要求来解决。
[0005]根据第一方面，本公开提出了一种磁场传感器电路，磁场传感器电路也可以用作电流传感器电路。磁场传感器电路包括用于测量磁场的至少一个线圈(电感)。例如，磁场可以由电流引起。磁场传感器电路还包括第一级放大器电路，第一级放大器电路耦合到线圈并且具有第一传递函数，该第一传递函数具有在第一频率处的极点。磁场电路还包括第二级放大器电路，第二级放大器电路耦合到第一级放大器电路的输出并且具有第二传递函数，该第二传递函数具有在第一频率处的零点。
[0006]传递函数的零点表示传递函数的分子多项式的根，而传递函数的极点表示传递函数的分母多项式的根。极点频率对应于传递函数的幅度曲线的斜率减小20dB/decade处的拐角频率，并且零点频率对应于斜率增加20dB/decade处的拐角频率。
[0007]虽然第一频率处的第一传递函数的极点可以限制由高频(AC)磁场(电流)引起的来自线圈的过载效应，但是相同第一频率处的第二传递函数的零点可以补偿该极点，从而导致第一频率周围的基本平坦的总传递函数。
[0008]在一些实施例中，被包括在第一级放大器电路中的第一滤波器电路被配置为具有第一传递函数的极点的温度相关的频率漂移。这可能是由于第一滤波器电路的电路组件的相应温度系数。被包括在第二级放大器电路中的第二滤波器电路被配置为具有第二传递函数的零点的温度相关的频率漂移。再次，这可能是由于第二滤波器电路的电路组件的相应温度系数。根据本公开的实施例，第一传递函数的极点的温度相关的频率漂移基本对应于
第二传递函数的零点的温度相关的频率漂移。通过实现相同类型的第一和第二滤波器电路的电阻器和电容器，可以获得极点和零点的基本相等的温度相关的频率漂移。例如，当第一滤波器电路的电阻器被实现为n型多晶硅电阻器时，第二滤波器电路中的对应电阻器也应当被实现为n型多晶硅电阻器。对于另一个示例，当第一滤波器电路的电阻器被实现为扩散电阻器时，第二滤波器电路中的对应电阻器也应当被实现为扩散电阻器。
[0009]在一些实施例中，在第一和第二滤波器电路中使用的电阻器的温度系数与线圈的电阻的温度系数的比率r在0.9≤r≤1.2内。电阻温度系数(TCR)是每度温度变化的电阻相对变化的计算。它以ppm/℃(1ppm＝0.0001％)为单位测量并且定义为：TCR＝(R2–
R1)/R1(T2–
T1)。例如，线圈的电阻的温度系数可以对应于金属电阻器的温度系数。因此，在第一和第二滤波器电路中使用的电阻器也可以被实现为金属电阻器，或者被实现为具有与金属电阻器类似的温度系数的类型的电阻器。
[0010]在一些实施例中，第一级放大器电路包括第一RC滤波器，第一RC滤波器耦合在第一放大器的输入和输出之间。第一RC滤波器在第一频率处产生极点并且因此可以被认为是低通滤波器。第二级放大器电路包括第二RC滤波器，第二RC滤波器耦合在第二放大器的输入和输出之间。第二RC滤波器在第一频率处产生零点并且因此可以被认为是高通滤波器。第一RC滤波器的一个或多个电阻器和第二RC滤波器的一个或多个电阻器都可以被实现为硅化多晶硅电阻器(多晶硅电阻器)。更具体地，第一RC滤波器的(多个)电阻器和第二RC滤波器的(多个)电阻器都可以被实现为硅化的n型多晶硅电阻器。这是在假设磁场传感器电路或至少其部分是用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术实现的情况下。集成电路(IC)通常需要集成电阻器以用于正确的电路操作。通常，这种电阻器包括掺杂多晶硅。为了降低多晶硅电阻器中存在的电阻，可以跨掺杂多晶硅的顶部形成金属硅化物层，或者阻止跨掺杂多晶硅的顶部形成金属硅化物层。这种金属硅化物可选方案能够实现两种不同类型的多晶硅电阻器。具有跨掺杂多晶硅顶部的金属硅化物层的第一类型被称为“硅化多晶硅电阻器”(硅化多晶硅电阻器)，并且该电阻器的电传导是经由金属硅化物层。跨掺杂多晶硅的顶部没有金属硅化物层的第二类型被称为“非硅化多晶硅电阻器”(非硅化多晶电阻器)。第二类型的电传导是通过多晶硅，因此取决于对多晶硅的掺杂(p型掺杂或n型掺杂)。
[0011]硅化多晶硅电阻器的电阻温度系数与金属电阻器的电阻温度系数相似。在一些实施例中，硅化多晶硅电阻器的温度系数与线圈的(金属)电阻的温度系数的比率r在0.9≤r≤1.2内。
[0012]在一些实施例中，第二级放大器电路被配置为除了具有在第一频率处的零点外还具有在第二频率处的第二传递函数的极点。因此，第二级放大器电路还包括低通滤波器组件。在一些实施例中，极点的第二频率低于零点的第一频率。
[0013]在一些实施例中，磁场传感器电路还包括RC高通滤波器电路，RC高通滤波器电路耦合在第一级放大器电路和第二级放大器电路之间。RC高通滤波器电路具有第三传递函数，第三传递函数具有在第三频率处的极点。在一些实施例中，第三频率低于第一频率且低于第二频率。
[0014]在一些实施例中，在第一级放大器电路和第二级放大器之间的RC高通滤波器电路的一个或多个电阻器被实现为非硅化多晶硅电阻器。虽然硅化多晶硅电阻器可以具有类似于金属电阻器的相对高的TCR，但非硅化多晶硅电阻器可以具有相当低的TCR。因此，第三频
率处的极点可能不经历温度相关的频率漂移或仅经历很少的温度相关的频率漂移。
[0015]在一些实施例中，磁场传感器电路还包括霍尔传感器电路，霍尔传感器电路耦合到第二级放大器电路的输入。
[0016]在一些实施例中，霍尔传感器电路包括至少一个自旋电流霍尔传感器和斩波放大器电路，斩波放大器电路耦合在自旋电流霍尔传感器和第二级放大器电路之间。斩波放大器，以下也称为斩波放大器电路，是一种对要放大的信号进行调制(斩波)、放大和再次解调的放大器。通过使用这种技术，可以将开关噪声移位到不感兴趣的频带，并且可以降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁场传感器电路(100；200；600)，包括：至少一个线圈(102)，用于测量磁场；第一级放大器电路(110；112)，被耦合到所述线圈(102)，并且具有第一传递函数，所述第一传递函数具有在第一频率处的极点；以及第二级放大器电路(120；122)，被耦合到所述第一级放大器电路(110；112)的输出，并且具有第二传递函数，所述第二传递函数具有在所述第一频率处的零点。2.根据权利要求1所述的磁场传感器电路(100；200；600)，其中，第一滤波器电路(114)被包括在所述第一级放大器电路(110；112)中，所述第一滤波器电路(114)被配置为具有所述第一传递函数的所述极点的温度相关的频率漂移，第二滤波器电路(124)被包括在所述第二级放大器电路(120；122)中，所述第二滤波器电路(124)被配置为具有所述第二传递函数的所述零点的温度相关的频率漂移，其中，所述第一传递函数的所述极点的温度相关的频率漂移对应于所述第二传递函数的所述零点的温度相关的频率漂移。3.根据前述权利要求中任一项所述的磁场传感器电路(100；200；600)，其中，所述第一级放大器电路(110；112)包括第一RC滤波器(114)，所述第一RC滤波器(114)被耦合在第一放大器(112)的输入与输出之间，所述第一RC滤波器引起在所述第一频率处的所述极点(114)，所述第二级放大器电路(120；122)包括第二RC滤波器(124)，所述第二RC滤波器(124)被耦合在第二放大器(122)的输入与输出之间，所述第二RC滤波器(124)引起在所述第一频率处的所述零点，其中，所述第一RC滤波器(114)的电阻器和所述第二RC滤波器(124)的电阻器两者都被实现为硅化多晶硅电阻器。4.根据权利要求3所述的磁场传感器电路(100；200；600)，其中，所述硅化多晶硅电阻器的温度系数与所述线圈(102)的电阻的温度系数的比率r在0.9≤r≤1.2内。5.根据前述权利要求中任一项所述的磁场传感器电路(100；200；600)，其中，所述第二级放大器电路(120；122)被配置为在第二频率处具有所述第二传递函数的极点。6.根据权利要求5所述的磁场传感器电路(100；200；600)，其中，所述极点的第二频率低于所述零点的第一频率。7.根据前述权利要求中任一项所述的磁场传感器电路(100；200；600)，还包括：RC高通滤波器电路(126)，被耦合在所述第一级放大器电路(110；112)与所述第二级放大器电路(120；122)之间，所述RC高通滤波器电路(126)具有第三传递函数，所述第三传递函数具有在第三频率处的极点。8.根据权利要求7所述的磁场传感器电路(100；200；600)，其中，所述第三频率低于所述第一频率、并且低于所述第二频率。9.根据权利要求7或8所述的磁场传感器电路(100；200；600)，其中，所述RC高通滤波器电路(126)的一个或多个电阻器被实现为非硅化多晶硅电阻器。10.根据前述权利要求中任一项所述的磁场传感器电路(100；200；600)，还包括：霍尔传感器电路，被耦合到所述第二级放大器电路(122)的输入。11.根据权利要求10所述的磁场传感器电路(100；200；600)，其中，所述霍尔传感器电
路包括：至少一个自旋电流霍尔传感器(502)；以及斩...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
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：