專利名稱：隔離式電壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用磁性隧道結(jié)(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)器件的隔離 式模擬電壓傳感器，特別涉及一種利用磁性隧道結(jié)器件測(cè)量連接到測(cè)試點(diǎn)之間的分流電阻 線圈的電流來(lái)測(cè)量測(cè)試點(diǎn)之間電壓的電壓傳感器。
背景技術(shù)：
電壓測(cè)量是工業(yè)、消費(fèi)電子和醫(yī)療電子應(yīng)用領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分。通常，這 些應(yīng)用中存在危險(xiǎn)電壓、瞬變信號(hào)、共模電壓和振蕩電勢(shì)等不穩(wěn)定情況，可能使電子系統(tǒng)受 到破壞，嚴(yán)重的情況下，可能對(duì)與電子設(shè)備接觸的人員造成身體傷害。要克服這些缺點(diǎn)，電 子測(cè)試、測(cè)量和控制系統(tǒng)往往需要與待測(cè)網(wǎng)絡(luò)電氣隔離。電氣隔離通常對(duì)模擬前端電路和后端的系統(tǒng)采用不同的接地，以消除前端共模輸 入信號(hào)的偏差對(duì)后端系統(tǒng)的影響。此外，前端往往是浮動(dòng)接地，可以在與后端系統(tǒng)具有電勢(shì) 差的情況下工作。將共模電壓與電子系統(tǒng)隔離通常采用電感耦合、電容耦合或光學(xué)耦合。變壓器和 電容器分別是最常用的電感耦合和電容耦合方法。在不使用編碼技術(shù)的情況下，如對(duì)電路 輸入側(cè)的電壓-頻率轉(zhuǎn)換，電容器和變壓器技術(shù)僅限于交流信號(hào)。變壓器相對(duì)來(lái)講成本較 高，且難以在保持高靈敏度和低頻性能的條件下內(nèi)置于集成電路中。電容很容易集成到集 成電路當(dāng)中，但是，除了高頻信號(hào)，它需要一個(gè)有源的前端編碼器將信號(hào)編碼以傳遞輸出。 此外，有源前端電路也對(duì)電壓瞬變敏感，因而與對(duì)電壓或電流瞬變敏感的后端系統(tǒng)不兼容。 光隔離器是相對(duì)電容隔離更為昂貴的技術(shù)，并僅限于相對(duì)低功耗的應(yīng)用。磁模擬信號(hào)隔離器件目前應(yīng)用較少，原則上包括一個(gè)產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈，和一個(gè)檢 測(cè)該磁場(chǎng)的磁傳感器。由于磁傳感器檢測(cè)的是磁場(chǎng)絕對(duì)值，而不是磁場(chǎng)的變化速度，因而低 頻時(shí)的靈敏度不會(huì)減小。若采用一個(gè)高靈敏度、高分辨力的磁性傳感器，這樣產(chǎn)生磁場(chǎng)的線 圈不用繞很多圈，從而可以做得很小。此外，如果磁性傳感器適合使用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝生 產(chǎn)，這樣就非常容易將整個(gè)磁隔離設(shè)備集成到小體積、低成本、單片式的半導(dǎo)體芯片中。有多種手段可以用來(lái)檢測(cè)磁信號(hào)，其中有多種磁敏技術(shù)可以集成到半導(dǎo)體芯片當(dāng) 中。這些技術(shù)包括霍爾傳感器和磁電阻傳感器，其中磁電阻器件包括各向異性磁電阻(AMR， Anisotropic Magnetoresistance)禾口巨磁電阻(GMR,Giant Magnetoresistance)。霍爾效 應(yīng)器件價(jià)格相對(duì)較高而分辨率較差。AMR和GMR器件雖然具有相對(duì)高的分辨率，但信號(hào)幅值較 小，因而使得后端電路設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，這使得整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性和尺寸增加，整體成本增加。MTJ磁性傳感器件通過(guò)使用隧道磁電阻(TMR，TunnelMagnetoresistance)效應(yīng)檢 測(cè)磁場(chǎng)的大小，具有體積小、分辨率高、信號(hào)幅值大的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)可以用來(lái)簡(jiǎn)化后端電 子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而降低系統(tǒng)的整體成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供與被測(cè)電路電氣隔離，具有數(shù)字化輸出，精度和分辨率更高的隔離式電壓傳感器，即一種采用磁性隧道結(jié)器件的隔離式模 擬電壓傳感器。本發(fā)明一方面提供一種獨(dú)立封裝的隔離式電壓傳感器，主要用來(lái)測(cè)量電路中兩個(gè) 節(jié)點(diǎn)之間的電勢(shì)差，該傳感器包括一串聯(lián)的內(nèi)部電阻與電壓分流線圈，其串聯(lián)在隔離電壓傳感器的輸入端之間；一磁性傳感器，該傳感器與電壓分流線圈緊鄰配置，并與其磁耦合；該磁性傳感器 檢測(cè)流過(guò)電壓分流線圈的電流，并響應(yīng)該電流輸出一電壓信號(hào)，該輸出電壓信號(hào)代表隔離 式電壓傳感器兩個(gè)輸入端之間的電勢(shì)差；一對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的采樣模塊；一對(duì)采樣數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)處理模塊；一將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可與后續(xù)的離片系統(tǒng)數(shù)據(jù)形式相兼容的接口邏輯模塊。進(jìn)一步地，磁性傳感器可以是由MTJ器件組成的。進(jìn)一步地，磁性傳感器、采樣模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、接口邏輯模塊與分流電阻線圈 和輸入信號(hào)電氣和物理隔離。隔離是通過(guò)使用的磁耦合和絕緣介電層實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)一步地，磁性傳感器由至少一個(gè)MTJ器件組成。進(jìn)一步地，磁性傳感器偏置電壓響應(yīng)特征曲線可以用來(lái)控制傳感器的響應(yīng)的幅值。優(yōu)選地，至少有一個(gè)磁性傳感器具有一片上電磁鐵，用于改善傳感器的響應(yīng)的線 性。本發(fā)明另一方面提供一種獨(dú)立封裝的隔離式電壓傳感器，主要用來(lái)隔離模擬輸入 信號(hào)和模擬輸出信號(hào)，該傳感器包括一串聯(lián)的內(nèi)部電阻與電壓分流線圈，串聯(lián)在隔離電壓傳感器的輸入端之間；一磁性傳感器，該傳感器與電壓分流線圈緊鄰配置，并與其磁耦合；該磁性傳感器 檢測(cè)流過(guò)電壓分流線圈的電流，并響應(yīng)該電流輸出電壓信號(hào)，該輸出電壓信號(hào)代表隔離式 電壓傳感器兩個(gè)輸入端之間的電勢(shì)差。進(jìn)一步地，磁性傳感器由MTJ器件組成。進(jìn)一步地，磁性傳感器與分流電阻線圈的輸入信號(hào)電氣和物理隔離。電氣隔離是 通過(guò)使用的絕緣介電層實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)一步地，磁性傳感器由至少一個(gè)MTJ器件組成。進(jìn)一步地，磁性傳感器的偏置電壓響應(yīng)特性曲線，可以用來(lái)控制傳感器的響應(yīng)的幅值。進(jìn)一步地，至少有一個(gè)磁性傳感器具有一個(gè)片上電磁鐵，用于線性化傳感器的響應(yīng)。按照本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，該傳感器與被測(cè)網(wǎng)絡(luò)電氣隔離，通過(guò)檢測(cè)流過(guò)并 聯(lián)到測(cè)試點(diǎn)之間的分流電阻線圈的電流來(lái)測(cè)量測(cè)試點(diǎn)之間的電壓。利用經(jīng)絕緣電介質(zhì)與分 流電阻線圈隔離的磁性傳感器來(lái)測(cè)量線圈中的電流，則測(cè)試點(diǎn)之間的電壓與通過(guò)分流電阻 線圈的電流成正比。此外，該電壓傳感器通過(guò)控制磁性傳感器的偏置電壓以自動(dòng)調(diào)節(jié)量程， 并能計(jì)算如頻率、峰值電壓、方均根(RMS，Root Mean Square)電壓及瞬時(shí)電壓等所需的電 路參數(shù)。同時(shí)電壓傳感器能提供后續(xù)應(yīng)用所需的不同數(shù)據(jù)形式，并具備與后續(xù)的與電源隔離的數(shù)字通信系統(tǒng)就電路參數(shù)通信的能力。這使得電壓傳感器不再需要進(jìn)行電氣隔離和對(duì) 離散的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，這進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電壓測(cè)量系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)并使整體成本進(jìn) 一步降低。以上所述的電壓傳感器，采用MTJ器件作為磁性敏感元件，MTJ器件的輸出線性正 比于加到MTJ器件上的偏置電壓，該MTJ器件的偏置電壓被用來(lái)對(duì)傳感器的輸出進(jìn)行自動(dòng) 縮放調(diào)整。其中，MTJ器件具有一個(gè)片上電磁鐵，片上電磁鐵用以線性化MTJ傳感器的響應(yīng)。有益效果本發(fā)明主要通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量負(fù)載兩端的電壓。由于磁場(chǎng)的測(cè)量都是與負(fù)載工作的 電路相互電氣隔離，因而測(cè)量用的集成芯片與待測(cè)網(wǎng)絡(luò)之間沒(méi)有直接的電氣連接。因此，關(guān) 鍵的電子器件與供電導(dǎo)線之間隔離，這極大的增強(qiáng)了測(cè)量系統(tǒng)對(duì)供電電壓不穩(wěn)定時(shí)出現(xiàn)的 瞬變的耐受能力，因而工作更加穩(wěn)定可靠。本發(fā)明所述具有數(shù)字輸出的電壓傳感器，具備對(duì)如峰值電壓、RMS電壓、直流電壓 和頻率等電路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算的能力，這些參數(shù)可能在電能計(jì)量中使用。電壓傳感器能提供 后續(xù)計(jì)量應(yīng)用的不同數(shù)據(jù)形式，并具備與后續(xù)的與電源隔離的數(shù)字通信系統(tǒng)就電路參數(shù)通 信的能力。這使得后續(xù)系統(tǒng)不再需要進(jìn)行電氣隔離和對(duì)離散的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，這 進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電壓測(cè)量系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，并使整體成本進(jìn)一步降低。從以上發(fā)明內(nèi)容，結(jié)合磁性隧道結(jié)MTJ本身的特點(diǎn)，可以看出本發(fā)明所提供的電 壓傳感器，具有整體成本更低、工作穩(wěn)定性高、測(cè)量系統(tǒng)與待測(cè)的網(wǎng)絡(luò)電氣隔離的特點(diǎn)。并 且，采用MTJ器件后，系統(tǒng)的靈敏度高，分辨率高，前端電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，并可以提供與后端的 具體應(yīng)用系統(tǒng)匹配的數(shù)據(jù)形式，便于與后續(xù)電路接口。


圖1是采用MTJ器件和分流電阻線圈來(lái)測(cè)量電路中A、B兩點(diǎn)之間電勢(shì)差、并具有 數(shù)字輸出的完全集成式隔離電壓傳感器的示意圖。圖2是用于控制輸出信號(hào)幅值的MTJ器件輸出對(duì)偏置電壓的響應(yīng)曲線圖。圖3是采用片上電磁鐵控制輸出信號(hào)幅值的MTJ裝置的示意圖。圖4是采用MTJ器件和分流電阻線圈來(lái)測(cè)量電路中A、B兩點(diǎn)之間電勢(shì)差并具有模 擬輸出的完全集成式隔離電壓傳感器的示意圖。圖5是顯示MTJ器件相對(duì)于推挽工作的分流電阻線圈的位置關(guān)系的完全集成式電 壓傳感器的透視圖。圖6是單片隔離式電壓傳感器半導(dǎo)體芯片的橫截面圖。圖7是包含有反饋線圈的單片隔離式電壓傳感器芯片的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述獨(dú)立封裝、電氣隔離的電壓傳感器如各圖中的標(biāo)號(hào)18所示。如圖1所 示，電壓傳感器18的輸入端6和7連接到與電源1、負(fù)載2關(guān)聯(lián)的測(cè)試點(diǎn)A和B，用以測(cè)量 A、B之間的電壓。電壓傳感器18內(nèi)的分流線圈3與電壓傳感器18內(nèi)的一個(gè)電阻串聯(lián)。 分流線圈3的一端連接到輸入端6，電阻的一端連接到輸入端7。A和B之間的電勢(shì)差5產(chǎn)生一個(gè)電流流過(guò)分流線圈3。通過(guò)分流線圈3的電流Isc的大小為Isc = (Va-Vb)/Rsc = V/Rsc方程式 1流過(guò)分流線圈3的電流Ise產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)H.MTJ器件11與分流線圈3磁耦合，MTJ器件11對(duì)流過(guò)分流線圈3的電流Isc所產(chǎn) 生的磁場(chǎng)H敏感。MTJ器件11就是通過(guò)檢測(cè)電流Ise產(chǎn)生的磁場(chǎng)H來(lái)確定待測(cè)電路中A、B 兩點(diǎn)之間的壓降A(chǔ)V = (Va-Vb)。方程式 2在電壓測(cè)量應(yīng)用中，電壓傳感器18中的電阻Rsc必須遠(yuǎn)大于待測(cè)電路的等效電阻 RlMd2。在諸如住宅電表計(jì)量的應(yīng)用中，負(fù)載電阻2 —般小于100 Ω。分流線圈電阻的上 限由該傳感器所需的分辨率決定，下限由待測(cè)電路2的等效電阻決定。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，分流 線圈電阻&。應(yīng)至少100倍于負(fù)載電阻2，在家庭應(yīng)用中，可以將該電阻設(shè)定為> 10kQ。響應(yīng)分流線圈3中的電流，MTJ器件11輸出一個(gè)電壓VM ，其正比于電壓傳感器18 的輸入端6、7之間的電勢(shì)差Δν。隨時(shí)間變化的電壓信號(hào)Vmtt以數(shù)字化的形式提供給微處 理器15，以便計(jì)算電路參數(shù)，這些參數(shù)包括但不限于瞬時(shí)電壓、方均根(RMS)電壓、峰值電 壓、直流電壓和頻率?？梢杂卸喾N方法，從MTJ器件11兩端輸出電壓VMTJ，獲取可以送給微處理器15的 電壓傳感器輸入端6和7的電壓。通常，在傳遞給微處理器15之前，Vmtt需要使用一個(gè)模數(shù) 轉(zhuǎn)換器ADC14進(jìn)行采樣和數(shù)字化。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 14的采樣速率必須至少兩倍于輸入信 號(hào)的諧波的最高頻率。由微處理器15精確計(jì)算所需參數(shù)，依賴于MTJ器件11所提供的縮放電壓VM 。每 個(gè)波形的縮放因子依使用情況和傳感器的具體特性而定。為了簡(jiǎn)化隔離式電壓傳感器18的設(shè)計(jì)和提高準(zhǔn)確性，可以調(diào)節(jié)MTJ器件11的輸 出，以保持在ADC14的最佳輸入范圍內(nèi)。有兩種簡(jiǎn)單的可供選擇的控制MTJ磁性傳感器響 應(yīng)的方法，一種是如圖2中所示控制MTJ器件的偏置電壓；另一種是如圖3所示的，采用閉 環(huán)工作的MTJ補(bǔ)償供電導(dǎo)線或電壓分流線圈3提供給傳感器的磁場(chǎng)。圖2顯示了典型的MTJ傳感器的磁場(chǎng)靈敏度隨偏置電壓的響應(yīng)曲線。對(duì)于較大的 偏置電壓VBiasl，其響應(yīng)曲線如70所示，對(duì)于較小的偏置電壓VBias2，其響應(yīng)曲線如71所示。 在低場(chǎng)區(qū)，傳感器的輸出Vmu線性正比于外加磁場(chǎng)H。隨著傳感器偏置電壓的變化，響應(yīng)曲 線的斜率β (Vmas) = VMTT/HS。發(fā)生改變。假定響應(yīng)曲線的斜率β (Vmas)已知，VBias可能會(huì) 各有不同，以最大限度地提高ADC14的信噪比(S·)。這可以通過(guò)使用微處理器15來(lái)計(jì)算 傳感器的最佳偏置電壓VBias，再將電壓經(jīng)導(dǎo)線50反饋到MTJ器件(如圖1所示)。然后，微 處理器15對(duì)波形進(jìn)行如下縮放RAV = ^ SC 、^Ty方程式 3^ScPVBias)其中，α sc = Hsc/Isc是一個(gè)依賴于分流線圈3幾何形狀的常數(shù)。圖3顯示一種提高磁場(chǎng)傳感器線性的方法，其中傳感器被提供一個(gè)與待測(cè)場(chǎng)Hse84 反向的補(bǔ)償磁場(chǎng)Hfb85。這通常被稱為閉環(huán)系統(tǒng)82。在這個(gè)閉環(huán)方法中，補(bǔ)償磁場(chǎng)Hfb 85與 分流線圈磁場(chǎng)Hsc84相反，由片上電磁鐵81提供。在閉環(huán)模式下，通過(guò)改變通過(guò)片上電磁鐵 81的電流而使MTJ傳感器80的輸出VMTJ83保持不變。由于流過(guò)片上電磁鐵81的反饋電流Ifb 86正比于電磁鐵的補(bǔ)償磁場(chǎng)Hfb 85，同時(shí)補(bǔ)償磁場(chǎng)Hfb85等于待測(cè)磁場(chǎng)Hsc84，因此流過(guò) 片上電磁鐵81的反饋電流Ifb 86直接正比于A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差M。如果電磁鐵81的校 正常數(shù)為aFB = HFB/IFB，則A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差Δ V如下式給出ΔΓ = ^t/仲方程式 40cSC通常很容易設(shè)計(jì)微處理器15，以提供合適的校準(zhǔn)參數(shù)以及控制偏置電壓或反饋電 流使MTJ器件的輸出保持在ADC 14的最佳響應(yīng)范圍內(nèi)，而不需使用可變?cè)鲆媲爸梅糯笃?。電壓傳感?8旨在提供一數(shù)字信號(hào)，以將所測(cè)量參數(shù)可與包含數(shù)據(jù)記錄器、微處 理器的一外部系統(tǒng)或使用于電能計(jì)量應(yīng)用中的其它電子系統(tǒng)相通信。為了做到這一點(diǎn)，由 微處理器15計(jì)算和輸出量須轉(zhuǎn)換成與離片的外部系統(tǒng)相兼容的數(shù)據(jù)格式。因此，該電壓傳 感器包括一個(gè)接口邏輯電路16，能將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成包括但不限于USB、RS-232、I2C或SPI等 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，最后經(jīng)隔離輸出19輸出數(shù)據(jù)。如圖4所示，是電壓傳感器18作為模擬電壓信號(hào)隔離器的一個(gè)可供選擇的布置方 案。如圖4，電壓傳感器18的輸入端6、7連接到與電源1、負(fù)載電阻2關(guān)聯(lián)的測(cè)試點(diǎn)A和B， 用以測(cè)量Α、Β之間的差分電壓。電壓傳感器18內(nèi)部的一個(gè)分流線圈3與電壓傳感器18內(nèi) 部的電阻Rse串聯(lián)。分流線圈3的一端與輸入端6相連，內(nèi)部電阻Rse的一端與輸入端7相 連。A和B兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差產(chǎn)生一個(gè)電流流過(guò)分流線圈3。響應(yīng)分流線圈3中的電流，MTJ器件11輸出一個(gè)電壓Vto，正比于電壓傳感器18 輸入端6、7之間的電勢(shì)差A(yù)V。隨時(shí)間變化的電壓信號(hào)Vmtt直接被提供給隔離模擬輸出40 進(jìn)行輸出。由于分流線圈3與MTJ器件11電氣隔離，使得電壓傳感器18的模擬信號(hào)輸出 與輸入信號(hào)ΔΥ電氣隔離。為了提高M(jìn)TJ器件11響應(yīng)的線性度，并能自動(dòng)調(diào)整Vmtt的響應(yīng) 范圍，一模擬輸入線路65被用來(lái)提供反饋電流或偏置電壓給MTJ器件11。如圖5所示，是單片的隔離電壓傳感器18集成電路的透視圖。在這種情況下， 兩個(gè)小尺寸的MTJ器件11都集成到了基板20上。兩個(gè)MTJ器件11都包裹在厚厚的絕 緣介電層25內(nèi)部，絕緣介電層25可以包含各種絕緣介電材料，包括但不限于聚酰亞胺 (polyimide) ,SU-8 環(huán)氧樹(shù)脂，雙苯并環(huán)丁烯(BCB，bisbenzocyclobutene)，氮化硅(SiNx)， 氧化硅(SiOx)，或氧化鋁(AL203)。一個(gè)纏繞的扁平分流線圈3形成在絕緣介電層25的頂 部。分流線圈3和兩個(gè)MTJ器件11布置成使兩個(gè)MTJ器件11分別由分流線圈3產(chǎn)生的磁 場(chǎng)+ffi6、-H27在相反的方向驅(qū)動(dòng)。這通常稱為推挽布置。推挽技術(shù)能盡量減少周?chē)h(huán)境雜 散磁場(chǎng)的影響?？蓪⒏鞣N電接觸墊放置在絕緣介電層25頂部，且可以相應(yīng)的設(shè)置多個(gè)接線 引腳14，線圈分流電阻&。直接沉積在基板20上。以此方式集成時(shí)，可很容易地將單片式 電壓傳感器芯片封裝成不同形狀，包括但不限于TS0P，MSOP, DIP等各種芯片封裝格式。圖6是單片式電壓隔離器芯片的橫截面圖。該單片式電壓隔離器芯片包括一磁屏 蔽和/或磁聚集器30，該磁屏蔽和/或磁聚集器30同時(shí)具有對(duì)分流線圈3的磁場(chǎng)放大的作 用和屏蔽環(huán)境中雜散磁場(chǎng)的影響的作用。圖7所示是另一種單片電壓傳感器芯片，該芯片包括一個(gè)反饋線圈5，其產(chǎn)生反饋 磁場(chǎng)+HFB29，-HFB27用來(lái)線性化單片電壓傳感器的響應(yīng)，并擴(kuò)展其響應(yīng)范圍。在圖6和圖7所示的兩種單片式電壓傳感器方案中，ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器14，微處理器 15和接口邏輯16都可以集成到基板20上。這是低成本電壓傳感器的優(yōu)選實(shí)施方案。
以上對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例結(jié)合圖示進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不僅僅限 定于以上實(shí)施例，在本發(fā)明的所屬技術(shù)領(lǐng)域中，只要掌握通常知識(shí)，就可以在其技術(shù)要旨范 圍內(nèi)，進(jìn)行多種多樣的變更。
權(quán)利要求
1.一種獨(dú)立封裝的隔離式電壓傳感器(18)，其主要用來(lái)測(cè)量電路中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的 電勢(shì)差，其特征是所述傳感器包括串聯(lián)的內(nèi)部電阻(Rsc)與電壓分流線圈(L)，串聯(lián)在隔離電壓傳感器的輸入端之間；一磁性傳感器(11)，該傳感器與電壓分流線圈(L)緊鄰配置，并與其磁耦合，該磁性傳 感器檢測(cè)流過(guò)電壓分流線圈(L)的電流(Isc)，并響應(yīng)該電流(Isc)輸出一電壓信號(hào)(Vmtj)， 該輸出電壓信號(hào)代表隔離式電壓傳感器兩個(gè)輸入端之間的電勢(shì)差；一對(duì)模擬電壓信號(hào)進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的采樣模塊(14)；一對(duì)采樣數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)處理模塊(15)；一將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可與后續(xù)的離片系統(tǒng)數(shù)據(jù)形式相兼容的接口邏輯模塊(16)。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓傳感器，其特征是所述磁性傳感器包括MTJ器件。
3.如權(quán)利要求1所述的電壓傳感器，其特征是所述磁性傳感器、采樣模塊、數(shù)據(jù)處理 模塊、接口邏輯模塊與分流電阻線圈、輸入信號(hào)電氣和物理隔離，隔離是通過(guò)使用的絕緣介 電層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
4.如權(quán)利要求1所述的電壓傳感器，其特征是所述磁性傳感器由至少一個(gè)MTJ器件 組成。
5.如權(quán)利要求4所述的電壓傳感器，其特征是所述磁性傳感器具有用以控制傳感器 的響應(yīng)幅值的一偏置電壓響應(yīng)特征曲線。
6.如權(quán)利要求4所述的電壓傳感器，其特征是至少有一個(gè)磁性傳感器具有一個(gè)用以 線性化傳感器響應(yīng)的片上電磁鐵。
7.—種獨(dú)立封裝的隔離式電壓傳感器(18)，主要用來(lái)隔離模擬輸入信號(hào)和模擬輸出 信號(hào)，其特征是所述傳感器包括一串聯(lián)的內(nèi)部電阻(Rsc)與電壓分流線圈(L)，串聯(lián)在隔離電壓傳感器的輸入端之間；一磁性傳感器(11)，該傳感器與電壓分流線圈(L)緊鄰配置，并與其磁耦合，該磁性傳 感器檢測(cè)流過(guò)電壓分流線圈的電流，并響應(yīng)該電流輸出一電壓信號(hào)(Vmtt)，該輸出電壓信號(hào) 代表隔離式電壓傳感器兩個(gè)輸入端之間的電勢(shì)差。
8.如權(quán)利要求7所述的電壓傳感器，其特征是所述磁性傳感器包括MTJ器件。
9.如權(quán)利要求7所述的電壓傳感器，其特征是所述磁性傳感器與輸入信號(hào)、分流電阻 線圈電氣和物理隔離，隔離是通過(guò)使用的絕緣介電層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
10.如權(quán)利要求7所述的電壓傳感器，其特征是磁性傳感器由至少一個(gè)MTJ器件組成。
11.如權(quán)利要求10所述的電壓傳感器，其特征是所述磁性傳感器具有用以控制傳感器 的響應(yīng)幅值的的一偏置電壓響應(yīng)特征曲線。
12.如權(quán)利要求10所述的電壓傳感器，其特征是至少一個(gè)磁性傳感器具有一用以線性 化傳感器響應(yīng)的片上電磁鐵。
13.一種采用MTJ器件的隔離式電壓傳感器，其特征是MTJ器件的輸出線性正比于加 到MTJ器件上的偏置電壓，所述MTJ器件及其偏置電壓被用來(lái)對(duì)傳感器的響應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)縮 放調(diào)整。
14.一種采用MTJ器件的隔離式電壓傳感器，其特征是MTJ器件具有一片上電磁鐵，所 述片上電磁鐵用以線性化MTJ傳感器的響應(yīng)。
全文摘要
一種隔離式電壓傳感器，用于測(cè)量電路或輸電網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的交流或直流電壓，該電壓與兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的共模電勢(shì)電氣隔離。電路中兩測(cè)試點(diǎn)之間的電壓降是通過(guò)檢測(cè)流過(guò)并聯(lián)到測(cè)試點(diǎn)之間的分流電阻線圈的電流來(lái)測(cè)量的，流過(guò)分流電阻線圈的電流與測(cè)試點(diǎn)之間的電壓成線性正比，利用經(jīng)絕緣電介質(zhì)與分流電阻線圈隔離的磁性傳感器檢測(cè)線圈中電流的關(guān)聯(lián)磁場(chǎng)，可以測(cè)得分流電阻線圈中的電流。該傳感器可封裝成標(biāo)準(zhǔn)的集成電路，從而提供了一種體積小、成本低的電壓傳感器，用于測(cè)試、測(cè)量、控制和信號(hào)隔離等應(yīng)用場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G01R19/25GK102043089SQ20101051889
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者沈衛(wèi)鋒, 王建國(guó), 薛松生, 詹姆斯·G·迪克, 金英西, 雷嘯鋒 申請(qǐng)人:江蘇多維科技有限公司