一種抗干擾差分式電流傳感器芯片的制作方法
【專利摘要】一種抗干擾差分式電流傳感器芯片，其內(nèi)部由四個磁傳感單元及一根檢測導(dǎo)線組成，其中，所述四個磁傳感單元呈長方形陣列排列，所述檢測導(dǎo)線平行于所述四個磁傳感單元所在平面，且所述檢測導(dǎo)線距所述各磁傳感單元的距離相等。所述各磁傳感單元的輸出經(jīng)差分放大單元后輸出。本實(shí)用新型的有益效果在于：通過集成在芯片內(nèi)的四個磁傳感單元間的差分結(jié)構(gòu)，較傳統(tǒng)的電磁屏蔽方法，改善了傳感器抗電磁干擾的效果，減小了傳感器的尺寸。
【專利說明】一種抗干擾差分式電流傳感器芯片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種傳感芯片，特別是一種抗電磁干擾傳感芯片。

【背景技術(shù)】
[0002]電磁傳感器有著廣泛的應(yīng)用,但傳感器應(yīng)用的環(huán)境中往往存在著不可避免的電磁干擾，如周圍存在的導(dǎo)線或使用通信設(shè)備產(chǎn)生的各種干擾電磁場，嚴(yán)重影響磁電傳感器的測量精度。目前公知的抗電磁干擾的方法為電磁屏蔽，即用金屬屏蔽外殼將傳感器與干擾電磁場隔離開來，實(shí)現(xiàn)抗電磁干擾。但電磁屏蔽不可避免有電磁泄露，從而影響屏蔽效果，且由于金屬屏蔽體的存在，使整個系統(tǒng)的體積龐大，不便于使用。尤其是在傳感芯片領(lǐng)域中，對于體積極小的感應(yīng)芯片的金屬屏蔽更加難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型針對現(xiàn)有通過電磁屏蔽方式實(shí)現(xiàn)傳感器抗干擾性能不佳和使用不便的缺點(diǎn)，提出一種抗干擾差分式電流傳感器芯片，其通過多個磁傳感單元的差分結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)抗電磁干擾。
[0004]本實(shí)用新型提出一種抗干擾差分式電流傳感器芯片，其內(nèi)部由四個磁傳感單元及一根檢測導(dǎo)線組成，其中，所述芯片內(nèi)部由四個磁傳感單元及一根檢測導(dǎo)線組成，其中，所述四個磁傳感單元呈長方形陣列排列，所述檢測導(dǎo)線平行于所述四個磁傳感單元所在平面，且所述檢測導(dǎo)線距所述各磁傳感單元的距離相等，所述各磁傳感單元的輸出經(jīng)差分放大單元后輸出。
[0005]本實(shí)用新型所述抗干擾差分式的電流傳感器芯片，優(yōu)選為所述檢測導(dǎo)線在所述四個磁傳感單元所在的平面內(nèi)。
[0006]本實(shí)用新型所述抗干擾差分式的電流傳感器芯片，進(jìn)一步優(yōu)選為所述四個磁傳感單元呈正方形陣列排列。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果在于:通過集成在芯片內(nèi)的四個磁傳感單元間的差分結(jié)構(gòu)，較傳統(tǒng)的電磁屏蔽方法，改善了傳感器抗電磁干擾的效果，減小了傳感器的尺寸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的使用說明圖；
[0009]圖2是干擾電流的電流強(qiáng)度矢量分解示意圖；
[0010]圖3是電流強(qiáng)度矢量在yoz平面內(nèi)的分解及其分量產(chǎn)生的干擾磁場的示意圖；
[0011]圖4是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中磁傳感單元的差分關(guān)系結(jié)構(gòu)圖；
[0012]符號說明:
[0013]1:芯片
[0014]2:檢測導(dǎo)線
[0015]3:干擾導(dǎo)線
[0016]a:第一磁傳感單元
[0017]b:第二磁傳感單元
[0018]c:第三磁傳感單元
[0019]d:第四磁傳感單元
[0020]X、y、z:三維直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)
[0021]i..干擾導(dǎo)線3產(chǎn)生的干擾電流的電流強(qiáng)度矢量
[0022]iyz、iy、iz:干擾導(dǎo)線3產(chǎn)生的干擾電流在yoz平面內(nèi)，沿y軸方向和沿z軸方向上的電流強(qiáng)度矢量分量
[0023]4Γ47:差分放大單元
[0024]\、Vb、V。、Vd:通過檢測導(dǎo)線2的電流在各磁傳感單元產(chǎn)生的輸出電壓信號
[0025]V4廣V46:差分放大單元41?46的輸出電壓
[0026]Vout:差分放大單元47的輸出電壓。

【具體實(shí)施方式】
[0027]本實(shí)施例中的抗電磁干擾芯片I通過其內(nèi)部的各個磁傳感單元的差分輸出，實(shí)現(xiàn)抗外界干擾導(dǎo)線3通電時的電磁干擾，實(shí)現(xiàn)精確測量檢測導(dǎo)線2采集的檢測電流信號。
[0028]參見圖2，各個磁傳感單元及檢測導(dǎo)線2位于yoz平面內(nèi)，干擾導(dǎo)線3在芯片I外部，方向任意。
[0029]干擾導(dǎo)線3周圍會產(chǎn)生干擾磁場，該磁場會對傳感器的各個磁傳感單元產(chǎn)生干擾。參見圖2，對于上述位于yoz平面內(nèi)的磁傳感單元，只有干擾導(dǎo)線3的干擾電流的電流強(qiáng)度矢量i在yoz平面內(nèi)的投影分量iyz產(chǎn)生的干擾磁場，才對yoz平面內(nèi)的磁傳感單元產(chǎn)生干擾。
[0030]參見圖3，所述iyz對磁傳感單元的干擾磁場又可分解為沿I軸方向和沿z軸方向。
[0031]干擾導(dǎo)線3的干擾電流沿z軸方向的電流強(qiáng)度矢量人產(chǎn)生的干擾磁場對所述磁傳感單元的干擾通過下列步驟去除:
[0032]參見圖1和圖3，由于檢測導(dǎo)線2位于第一磁傳感單元a和第二磁傳感單元b位于傳導(dǎo)檢測電流導(dǎo)線的兩側(cè)，且距干擾導(dǎo)線3的距離相等，故該檢測電流在第一磁傳感單元
a、第二磁傳感單元b產(chǎn)生的磁場大小相等、方向相反(第一磁傳感單元a、第二磁傳感單元b檢測到檢測導(dǎo)線2傳導(dǎo)的電流的輸出信號分別為Va、Vb)，易知Va、Vb大小相等，方向相反，即Va=-Vb=V1，其經(jīng)過差分放大單元后，輸出為ZAAMd為差分放大單元的差模增益)。干擾電流在所述芯片I外部，其距離所述磁傳感單元的距離至少在厘米量級，而所述磁傳感單元集成在芯片I內(nèi)部，其互相之間的間距為納米量級。因此干擾電流的電流強(qiáng)度矢量的z軸分量iz在a, b處產(chǎn)生的干擾磁場大小近似相等,方向相同(第一磁傳感單兀a、第二磁傳感單元b檢測到干擾導(dǎo)線3傳導(dǎo)的電流的輸出信號分別為V、Vb’)，即Va’ =Vb’ =V2,這兩個信號經(jīng)差分放大單元后，輸入近似為O。因此a，b經(jīng)差分放大單元后的輸出可以體現(xiàn)待檢測電流的大小，并去除了干擾導(dǎo)線3的干擾電流沿z軸方向的電流強(qiáng)度矢量人的影響。
[0033]同理，第三磁傳感單元C、第四磁傳感單元d經(jīng)差分放大單元輸出后，可以去除干擾導(dǎo)線3的干擾電流沿z軸方向的電流強(qiáng)度矢量厶的干擾。
[0034]干擾導(dǎo)線3的干擾電流沿I軸方向的電流強(qiáng)度矢量&產(chǎn)生的干擾磁場對所述磁傳感單元的干擾通過下列步驟去除:
[0035]參見圖1和圖3，由于第一磁傳感單元a、第四次傳感單元d位于傳導(dǎo)檢測電流導(dǎo)線的兩側(cè)，且距干擾導(dǎo)線3的距離相等，故檢測電流在第一磁傳感單元a、第四磁傳感單元d上產(chǎn)生的磁場大小相等，方向相反(第一磁傳感單元a、第三磁傳感單元d檢測到檢測導(dǎo)線2傳導(dǎo)的電流的輸出信號分別為Va、Vd)，故Va=-Vd=V115其經(jīng)過差分放大單元后，輸出為2ΑΛ (Ad為差分放大單元的差模增益)。而iy在第一磁傳感單元a、第四磁傳感單元d處產(chǎn)生的干擾磁場大小近似相等，方向相同(第一磁傳感單元a、第四磁傳感單元d檢測到干擾導(dǎo)線3傳導(dǎo)的電流的輸出信號分別為V ’、V/ ’)，即V/ ’ =V/ ’ =V3，這兩個信號經(jīng)差分放大單元后，輸出近似為O。因此第一磁傳感單元a、第四磁傳感單元d經(jīng)差分放大單元后的輸出可以體現(xiàn)待檢測電流的大小，并去除了干擾導(dǎo)線3的干擾電流沿y軸方向的電流強(qiáng)度矢量乙的影響。
[0036]同理，第二磁傳感單元b第三磁傳感單元d經(jīng)差分放大單元輸出后，可以去除干擾導(dǎo)線3的干擾電流沿z軸的電流強(qiáng)度矢量厶的干擾。
[0037]參見圖4，具體說明所述各磁傳感單元的輸出電壓的差分方式。如上所述，Va=Vb=-Vc=-Vd=V1, V =V =V =V =V2, V’ =V ’ =V ’ =V ’ =V3,且差分放大單元 41 ?47的差模增益均為Ad。
[0038]檢測導(dǎo)線2的電流在第一磁傳感單元a的輸出電壓Va、第二磁傳感單元b的輸出電壓Vb經(jīng)差分放大單元41后，輸出ν41=2ΑΛ，而干擾導(dǎo)線3的干擾電流沿Z方向的電流強(qiáng)度矢量對第一磁傳感單元a的干擾信號V、第二磁傳感單元b的干擾信號Vb’為共模輸入，經(jīng)差分放大器41后，輸出O。故經(jīng)差分放大器41后，干擾導(dǎo)線3的干擾電流對第一磁傳感單元a、第二磁傳感單元b的干擾信號得以消除。
[0039]同理，經(jīng)過差分放大單元42，干擾導(dǎo)線3的干擾電流對第三磁傳感單元C、第四磁傳感單元d的干擾信號得以消除，差分放大單元42的輸出經(jīng)一反相單元，為ν42=-2ΑΛ。
[0040]差分放大單元41的輸出V41與差分放大單元42的輸出V42又作為差分放大單元45的差模輸入，故差分放大單兀45的輸出電壓V45=AAd2V115
[0041]檢測導(dǎo)線2的電流在第一磁傳感單元a的輸出電壓Va、第四磁傳感單元d的輸出電壓Vd經(jīng)差分放大器43后，輸出為V43=ZAd2V1，干擾導(dǎo)線3的干擾電流沿y方向的電流強(qiáng)度矢量對第一磁傳感單元a的干擾信號V ’、第四磁傳感單元d的干擾信號V/ ’為共模輸入，經(jīng)差分放大器43后,輸出為O。故經(jīng)差分放大器43后,干擾導(dǎo)線3的干擾電流對第一磁傳感單元a、第四磁傳感單元d的干擾信號得以消除。
[0042]同理，經(jīng)差分放大器44，干擾導(dǎo)線3的干擾電流對第二磁傳感單元b、第三磁傳感單元c的干擾信號得以消除，差分放大單元44的輸出經(jīng)一反相單元，為ν44=-2ΑΛ。
[0043]差分放大器43的輸出V43與差分放大單元44的輸出V44又作為差分放大單元46的差模輸入，故差分放大單兀46的輸出電壓經(jīng)一反相單兀后，為V46=-AAd2Vp
[0044]最后，差分放大單元45的輸出V45與差分放大單元的輸出V46作為差分放大單元的差模輸入，使差分放大單元47的輸出Vout=SAd3Vp這樣，差分放大器47的輸出完全消除了干擾導(dǎo)線3的干擾電流對各磁傳感單元的干擾。
[0045]本實(shí)用新型保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員據(jù)其了解的本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)及掌握的本領(lǐng)域基本實(shí)驗(yàn)手段，根據(jù)本實(shí)用新型公開的內(nèi)容作出的不同實(shí)施例均應(yīng)視為在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種抗干擾差分式電流傳感器芯片，其特征在于:包含四個磁傳感單元及一根檢測導(dǎo)線；其中，所述四個磁傳感單元呈長方形陣列排列，所述檢測導(dǎo)線平行于所述四個磁傳感單元所在平面，且所述檢測導(dǎo)線距所述各磁傳感單元的距離相等，所述各磁傳感單元的輸出經(jīng)差分放大單元后輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的抗干擾差分式的電流傳感器芯片，其特征在于:所述檢測導(dǎo)線在所述四個磁傳感單元所在的平面內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的抗干擾差分式的電流傳感器芯片，其特征在于:所述四個磁傳感單元呈正方形陣列排列。
【文檔編號】G01R15/20GK204008811SQ201420402371
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】陳 全, 樓永偉, 鐘政, 汪飛, 高彬, 李武華, 陳潼, 茅曉捷, 王浩軍, 陳熒, 謝明 申請人:浙江巨磁智能技術(shù)有限公司