CN101379405A - 电流传感器 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

电流传感器
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10mOhms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102一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。Hall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/n2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。
附图说明
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buckconverter)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1-4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15μm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1-2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2μH线圈。与500pH线圈802的第一端连接的是与0.5mOhm电阻器810串联的1.5mOhm电阻器808。与2μH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906具有200×200μm的横截面。管芯902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10中所示实施例的电路图。在这个图中，利用了200×200μm的铜块906，铜块906距离线圈5023μm，初级线圈侧包括与0.5mOhm电阻器1104串联的520pH线圈1102。次级线圈侧由2μH线圈1106与20kOhm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75μm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：
In＝(Lm/R1)(dip/dt)
通过在电容器1214上的积分，输出电压VSENSE根据下列等式得到：
VSENSE＝1/C∫Indt＝(Lm/R1C)ip
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。R1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可以由查找表组成。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φ2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φ1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VSENSE。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φ2。
如图14所示，当信号φ1为低且当信号φ2为高，例如在时间t1，电流ip为零。在阶段2，当信号φ2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φ2作为输入，以驱动对开关1216的复位信号。可以看到，每次信号φ2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t1，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φ1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φ2驱动开关1906进入导通状态。开关1904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φ2也可以作为复位信号，用于驱动开关1908，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φ2的下降沿和信号φ1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φ1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1990中分别示出的控制信号与图19a的信号φ2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，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1960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_1信号中最短一个的脉冲宽度相对应。如此，除了控制信号φ1和φ2的极短的脉冲宽度外，根据实现方式，复位电路1950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，φ2(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φ1或φ2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10千伏的隔离。
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。

Claims (19)

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1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1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1至11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。
15.一种方法，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。
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