电流传感器的制作方法

本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种电流传感器。

背景技术：

电流感测是工业自动化中不可或缺的元素之一。近年来，电流感测的需求从工业用途扩展至智能居家与智慧城市领域的消费者产品与应用。高准确度、快速反应、小体积、低功耗及可靠的品质成为新一代电流传感器所追求的目标。

目前有多种方法可以测量导体中的电流。举例而言，可利用分路电阻器(shuntresistor)通过测量横跨其的电压差来推算出电流。然而，此电阻相量小，因此电流消耗高，而不适用于小型或可携式装置。此外，高电流会产生热，而造成其他问题。

技术实现要素：

本发明提供一种电流传感器，具有高敏感度、高准确度及低功耗。

本发明的一实施例提出一种电流传感器，包括一基板、一第一斜坡面、一第二斜坡面、至少一导线、一第一异向性磁电阻单元、一第二异向性磁电阻单元、一第一磁化方向设定元件及一第二磁化方向设定元件。第一斜坡面与第二斜坡面设于基板上，且排列于一第一方向上。导线沿着一第二方向延伸，且配置于基板的一侧。第一异向性磁电阻单元配置于第一斜坡面上，且第二异向性磁电阻单元配置于第二斜坡面上。第一磁化方向设定元件用以设定第一异向性磁电阻单元的磁化方向，且第二磁化方向设定元件用以设定第二异向性磁电阻单元的磁化方向。当一电流流经导线时，电流于第一斜坡面处所产生的一第三方向上的磁场分量相反于电流于第二斜坡面处所产生的第三方向上的磁场分量。第一方向、第二方向及第三方向彼此不同，且第一异向性磁电阻单元与第二异向性磁电阻单元的感测方向相对于第一方向与第三方向倾斜，且不同于第二方向。第一异向性磁电阻单元与第二异向性磁电阻单元电性连接，以输出一电压信号。此电压信号对应于电流于第一斜坡面处与第二斜坡面处所产生的第三方向上的磁场分量。

在本发明的一实施例中，电流传感器还包括一第三斜坡面、一第四斜坡面、一第三异向性磁电阻单元及一第四异向性磁电阻单元。第三斜坡面与第四斜坡面设于基板上，其中第三斜坡面与第一斜坡面相对，第四斜坡面与第二斜坡面相对，且第一斜坡面、第三斜坡面、第四斜坡面及第二斜坡面依序排列于第一方向上。第三异向性磁电阻单元配置于第三斜坡面上，第一磁化方向设定元件也用以设定第三异向性磁电阻单元的磁化方向。第四异向性磁电阻单元配置于第四斜坡面上，第二磁化方向设定元件也用以设定第四异向性磁电阻单元的磁化方向。当电流流经导线时，因感应于电流所产生的磁场，第一异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化相反于第三异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化，且第二异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化相反于第四异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化。第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元电性连接成一惠斯登电桥(wheatstonebridge)，以输出对应于第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化的电压信号。

在本发明的一实施例中，电流传感器还包括一运算器，电性连接至惠斯登电桥的一输出端，其中第一磁化方向设定元件与第二磁化方向设定元件将第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元的磁化方向组合设定为一第一组合，以使惠斯登电桥之后输出一第一电压信号，且第一磁化方向设定元件与第二磁化方向设定元件再将第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元的磁化方向组合设定为相反于第一组合的一第二组合，以使惠斯登电桥之后输出一第二电压信号。运算器用以将第二电压信号与第一电压信号相减，以输出一对应于电流所产生的磁场的大小的输出电压信号。

在本发明的一实施例中，运算器用以将第一电压信号与第二电压信号相加，以输出一偏移电压信号。

在本发明的一实施例中，惠斯登电桥对应于在第一方向上的外在磁场分量所输出的电压信号为零，对应于在第二方向上的外在磁场分量所输出的电压信号为零，且对应于在第三方向上的外在磁场分量所输出的电压信号为零。

在本发明的一实施例中，第一异向性磁电阻单元包括沿着第二方向的反方向依序排列的一第一异向性磁电阻与一第二异向性磁电阻，第二异向性磁电阻单元包括沿着第二方向的反方向依序排列的一第三异向性磁电阻与一第四异向性磁电阻，第三异向性磁电阻单元包括沿着第二方向的反方向依序排列的一第五异向性磁电阻与一第六异向性磁电阻，且第四异向性磁电阻单元包括沿着第二方向的反方向依序排列的一第七异向性磁电阻与一第八异向性磁电阻。

在本发明的一实施例中，在一第一时间，第一磁化方向设定元件将第一异向性磁电阻与第五异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向的反方向，且将第二异向性磁电阻与第六异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向；在第一时间，第二磁化方向设定元件将第三异向性磁电阻与第七异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向的反方向，且将第四异向性磁电阻与第八异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向；在一第二时间，第一磁化方向设定元件将第一异向性磁电阻与第五异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向，且将第二异向性磁电阻与第六异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向的反方向；在第二时间，第二磁化方向设定元件将第三异向性磁电阻与第七异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向，且将第四异向性磁电阻与第八异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向的反方向。

在本发明的一实施例中，第一磁化方向设定元件与第二磁化方向设定元件为导电片、导电线圈、导线、导体或永久磁铁。

在本发明的一实施例中，第一方向、第二方向及第三方向彼此互相垂直。

在本发明的一实施例中，上述至少一导线为一个导线，第一斜坡面与第二斜坡面位于基板的一第一侧，而导线位于基板的一第二侧，且第一侧相对于第二侧。

在本发明的一实施例中，第一斜坡面与第二斜坡面分别位于基板的相对两端之一侧，而导线位于基板的中央的一侧。

在本发明的一实施例中，上述至少一导线为二个导线，分别配置于基板的一第一端与一第二端旁，其中第一端相对于第二端，且此二个导线分别与第一端及第二端部分重叠。

在本发明的一实施例中，上述至少一导线为二个导线，分别配置于基板的一第一端与一第二端旁，其中第一端相对于第二端，且此二个导线分别不与第一端及第二端重叠。

在本发明的一实施例中，第一异向性磁电阻单元与第二异向性磁电阻单元电性连接成一惠斯登电桥，以输出对应于第一异向性磁电阻单元与第二异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化的电压信号。

在本发明的实施例的电流传感器中，由于采用了异向性磁电阻单元连接成惠斯登电桥来感测导线中的电流所产生的磁场，因此对电流的感测具有高敏感度与高准确度。此外，由于本发明的实施例的电流传感器是利用感测电流所产生的磁场的方式来反推电流的大小，而异向性磁电阻单元不会直接接触到电流，因此可以具有较低的功耗。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一实施例的一种电流传感器的上视示意图；

图2是图1的电流传感器沿着a-a线的剖面示意图；

图3a与图3b是用以说明图1中的异向性磁电阻的运作原理；

图4a与图4b分别示出图1的电流传感器于第一时间与第二时间的异向性磁电阻的磁化方向及其后的电阻值变化；

图5为图4a与图4b的惠斯登电桥的输出电压-电流曲线图；

图6示出图4a与图4b的惠斯登电桥耦接至一运算器；

图7示出图1的电流传感器于第一时间的异向性磁电阻的磁化方向及其后受到三个不同方向的外在磁场分量时的电阻值变化；

图8及图9分别示出图1的电流传感器于第二时间的异向性磁电阻的磁化方向及其后受到三个不同方向的外在磁场分量时的电阻值变化；

图10为本发明的另一实施例的电流传感器的上视示意图；

图11为本发明的又一实施例的电流传感器的上视示意图；

图12a为本发明的再一实施例的电流传感器的上视示意图；

图12b为图12a的电流传感器沿着a1-a1线的剖面示意图；

图13a为本发明的另一实施例的电流传感器的上视示意图；

图13b为图13a的电流传感器沿着a2-a2线的剖面示意图。

附图标号说明：

100、100a、100b、100c、100d：电流传感器

120：封装体

210：基板

212：第一端

214：第二端

215：绝缘层

222：第一异向性磁电阻单元

224：第二异向性磁电阻单元

226：第三异向性磁电阻单元

228：第四异向性磁电阻单元

300：异向性磁电阻

310：短路棒

312：感测方向

320：铁磁膜

400：运算器

410、420：算术运算器

c，c1，c2：导线

d：延伸方向

d1：第一方向

d2：第二方向

d3：第三方向

h：外在磁场

hc：磁场分量

he1、he2、he3：外在磁场分量

i、i、i1、i2：电流

m、m10、m15、m15’、m20、m26、m26’、m30、m37、m37’、m40、m48、m48’：磁化方向

m1、m1a：第一磁化方向设定元件

m2、m2a：第二磁化方向设定元件

p1、p1’、p2、p2’、p3、p3’、p4、p4’、p5、p5’、p6’：接点

r1：第一异向性磁电阻

r2：第二异向性磁电阻

r3：第三异向性磁电阻

r4：第四异向性磁电阻

r5：第五异向性磁电阻

r6：第六异向性磁电阻

r7：第七异向性磁电阻

r8：第八异向性磁电阻

δr：电阻值变化

s1：第一斜坡面

s2：第二斜坡面

s3：第三斜坡面

s4：第四斜坡面

v1：第一电压信号

v2：第二电压信号

voff：偏移电压信号

vout：输出电压信号

具体实施方式

图1是本发明的一实施例的一种电流传感器的上视示意图，而图2是图1的电流传感器沿着a-a线的剖面示意图。请参照图1与图2，本实施例的电流传感器100包括一基板210、一第一斜坡面s1、一第二斜坡面s2、至少一导线c(图1中是以一个导线c为例)、一第一异向性磁电阻单元222、一第二异向性磁电阻单元224、一第一磁化方向设定元件m1及一第二磁化方向设定元件m2。第一斜坡面s1与第二斜坡面s2设于基板210上，且排列于一第一方向d1上。导线c沿着一第二方向d2延伸，且配置于基板210的一侧。在本实施例中，基板210上设有绝缘层215，而第一斜坡面s1与第二斜坡面s2为绝缘层215的表面。然而，在其他实施例中，第一斜坡面s1与第二斜坡面s2也可以是基板210的表面。

导线c沿着一第二方向d2延伸，且配置于基板210的一侧。在本实施例中，第一斜坡面s1与第二斜坡面s2位于基板210的一第一侧(即图2中的上侧)，而导线c位于基板210的一第二侧(即图2中的下侧)，其中第一侧相对于第二侧。此外，绝缘层215是位于基板210的第一侧。在本实施例中，第一斜坡面s1与第二斜坡面s2分别位于基板210的相对两端(即第一端212与第二端214)的一侧(例如第一侧)，而导线c位于基板210的中央的一侧(例如第二侧)。此外，在本实施例中，导线c至第一斜坡面s1的距离可相等于导线c至第二斜坡面s2的距离。

第一异向性磁电阻单元222配置于第一斜坡面s1上，且第二异向性磁电阻单元224配置于第二斜坡面s2上。第一磁化方向设定元件m1用以设定第一异向性磁电阻单元222的磁化方向。第二磁化方向设定元件m2用以设定第二异向性磁电阻单元224的磁化方向。

当一电流i流经导线c时，电流i于第一斜坡面s1处所产生的一第三方向d3上的磁场分量hc(即图2左上角的磁场分量hc)相反于电流i于第二斜坡面s2处所产生的第三方向d3上的磁场分量hc(即图2右上角的磁场分量hc)。第一方向d1、第二方向d2及第三方向d3彼此不同，且第一异向性磁电阻单元222与第二异向性磁电阻单元224的感测方向312相对于第一方向d1与第三方向d3倾斜，且不同于第二方向d2。第一异向性磁电阻单元222与第二异向性磁电阻单元224电性连接，以输出一电压信号。此电压信号对应于电流i于第一斜坡面s1处与第二斜坡面s2处所产生的第三方向d3上的磁场分量hc。

电流传感器100所存在的空间可以由彼此不同的第一方向d1、第二方向d2及第三方向d3所建构，在本实施例中，第一方向d1、第二方向d2及第三方向d3可以彼此互相垂直。然而，在其他实施例中，第一方向d1、第二方向d2及第三方向d3也可以是彼此不垂直且不相同。在本实施例中，第三方向d2是从基板210的第二侧(即图2中的下侧)往基板210的第一侧(即图2中的上侧)的方向。

在本实施例中，电流传感器更包括一第三斜坡面s3、一第四斜坡面s4、一第三异向性磁电阻单元226及一第四异向性磁电阻单元228。第三斜坡面s3与第四斜坡面s4设于基板210上，其中第三斜坡面s3与第一斜坡面s1相对，第四斜坡面s4与第二斜坡面s2相对，且第一斜坡面s1、第三斜坡面s3、第四斜坡面s4及第二斜坡面s2依序排列于第一方向d1上。在本实施例中，第三斜坡面s3与第四斜坡面s4为绝缘层215的表面。也就是说，绝缘层215具有两个凹槽，第一斜坡面s1与第三斜坡面s3是其中一个凹槽的两倾斜侧壁，而第二斜坡面s2与第四斜坡面s4是另一个凹槽的两倾斜侧壁。然而，在其他实施例中，也可以是基板210具有两个凹槽，而第一至第四斜坡面s1、s2、s3及s4为基板210的凹槽的倾斜侧壁。

第三异向性磁电阻单元226配置于第三斜坡面s3上，第一磁化方向设定元件m1也用以设定第三异向性磁电阻单元226的磁化方向。第四异向性磁电阻单元228配置于第四斜坡面s4上，第二磁化方向设定元件m2也用以设定第四异向性磁电阻单元228的磁化方向。当电流i流经导线c时，因感应于电流i所产生的磁场hc，第一异向性磁电阻单元222所产生的电阻值变化相反于第三异向性磁电阻单元226所产生的电阻值变化，且第二异向性磁电阻单元224所产生的电阻值变化相反于第四异向性磁电阻单元228所产生的电阻值变化，且第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元222、224、226及228电性连接成一惠斯登电桥，以输出对应于第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元222、224、226及228所产生的电阻值变化的电压信号。

在本实施例中，第一异向性磁电阻单元222包括沿着第二方向d2的反方向依序排列的一第一异向性磁电阻(anisotropicmagnetoresistor,amr)r1与一第二异向性磁电阻r2，第二异向性磁电阻单元224包括沿着第二方向d2的反方向依序排列的一第三异向性磁电阻r3与一第四异向性磁电阻r4，第三异向性磁电阻单元226包括沿着第二方向d2的反方向依序排列的一第五异向性磁电阻r5与一第六异向性磁电阻r6，且第四异向性磁电阻单元228包括沿着第二方向d2的反方向依序排列的一第七异向性磁电阻r7与一第八异向性磁电阻r8。上述的第一至第八异向性磁电阻r1～r8的数量都是各自以一个为例，然而，在其他实施例中，每一个异向性磁电阻亦可以用串联的多个异向性磁电阻来取代。举例而言，第一异向性磁电阻r1可以用多个串联的第一异向性磁电阻r1来取代。

在本实施例中，第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2及第一至第四异向性磁电阻单元222、224、226及228可设置于基板210上，而磁化方向设定元件与异向性磁电阻单元之间可通过绝缘层来隔开。在本实施例中，第一磁化方向设定元件m1配置于第一及第三异向性磁电阻单元222、226下方，且第二磁化方向设定元件m2配置于第二及第四异向性磁电阻单元224、228下方。然而，在其他实施例中，亦可以是第一磁化方向设定元件m1配置于第一及第三异向性磁电阻单元222、226上方，且第二磁化方向设定元件m2配置于第二及第四异向性磁电阻单元224、228配置于上方。或者，在其他实施例中，第一磁化方向设定元件m1亦可以是在第一及第三异向性磁电阻单元222、226的上下两方都有分布，且第二磁化方向设定元件m2亦可以是在第二及第四异向性磁电阻单元224、228的上下两方都有分布。

另外，导线c可被一封装体120包覆，而导线c的两端则暴露于封装体120外，其中封装体120例如是绝缘材质。基板210可配置于封装体120上。在本实施例中，导线c沿着第二方向d2延伸。

图3a与图3b是用以说明图1中的异向性磁电阻的运作原理。请先参照图3a，异向性磁电阻300具有理发店招牌(barberpole)状结构，亦即其表面设有相对于异向性磁电阻300的延伸方向d倾斜45度延伸的多个短路棒(electricalshortingbar)310，这些短路棒310彼此相间隔且平行地设置于铁磁膜(ferromagneticfilm)320上，而铁磁膜320为异向性磁电阻300的主体，其延伸方向即为异向性磁电阻300的延伸方向d。此外，铁磁膜320的相对两端可制作成尖端状。

异向性磁电阻300在开始测量外在磁场h之前，可先通过磁化方向设定元件(例如图1的第一磁化方向设定元件m1或第二磁化方向设定元件m2)来设定其磁化方向，其中磁化方向设定元件例如是可以通过通电产生磁场的线圈、导线、金属片或导体。在图3a中，磁化方向设定元件可通过通电产生沿着延伸方向d的磁场，以使异向性磁电阻300具有磁化方向m。

接着，磁化方向设定元件不通电，以使异向性磁电阻300开始测量外在磁场h。当没有外在磁场h时，异向性磁电阻300的磁化方向m维持在延伸方向d上，此时施加一电流i，使电流i从异向性磁电阻300的左端流往右端，则短路棒310附近的电流i的流向会与短路棒310的延伸方向垂直，而使得短路棒310附近的电流i流向与磁化方向m夹45度，此时异向性磁电阻300的电阻值为r。

当有一外在磁场h朝向垂直于延伸方向d的方向时，异向性磁电阻300的磁化方向m会往外在磁场h的方向偏转，而使得磁化方向与短路棒附近的电流i流向的夹角大于45度，此时异向性磁电阻300的电阻值有-δr的变化，即成为r-δr，也就是电阻值变小，其中δr大于0。

然而，若如图3b所示，当图3b的短路棒310的延伸方向设于与图3a的短路棒310的延伸方向夹90度的方向时(此时图3b的短路棒310的延伸方向仍与异向性磁电阻300的延伸方向d夹45度)，且当有一外在磁场h时，此外在磁场h仍会使磁化方向m往外在磁场h的方向偏转，此时磁化方向m与短路棒310附近的电流i流向的夹角会小于45度，如此异向性磁电阻300的电阻值会变成r+δr，亦即异向性磁电阻300的电阻值变大。

此外，通过磁化方向设定元件将异向性磁电阻300的磁化方向m设定为图3a所示的反向时，之后在外在磁场h下的图3a的异向性磁电阻300的电阻值会变成r+δr。再者，通过磁化方向设定元件将异向性磁电阻300的磁化方向m设定为图3b所示的反向时，之后在外在磁场h下的图3b的异向性磁电阻300的电阻值会变成r-δr。

综合上述可知，当短路棒310的设置方向改变时，异向性磁电阻300的电阻值r对应于外在磁场h的变化会从+δr变为-δr或反之，且当磁化方向设定元件所设定的磁化方向m改变成反向时，异向性磁电阻300的电阻值r对应于外在磁场h的变化会从+δr变为-δr或反之。当外在磁场h的方向变为反向时，异向性磁电阻300的电阻值r对应于外在磁场h的变化会从+δr变为-δr或反之。然而，当通过异向性磁电阻300的电流i变成反向时，异向性磁电阻300的电阻值r对应于外在磁场h的变化则维持与原来相同正负号，即原本若为+δr，改变电流方向后仍为+δr，若原本为-δr，改变电流方向后仍为-δr。

依照上述的原则，便可通过设计短路棒310的延伸方向或磁化方向设定元件所设定的磁化方向m来决定当异向性磁电阻300受到外在磁场h的某一分量时，异向性磁电阻300的电阻值r的变化方向，即电阻值r变大或变小，例如变化量是+δr或-δr。此外，与异向性磁电阻300的延伸方向d垂直的方向即为异向性磁电阻300的感测方向(如同图1与图2的感测方向312)，也就是图3a与图3b中平行于外在磁场h的方向。

图4a与图4b分别示出图1的电流传感器于第一时间与第二时间的异向性磁电阻的磁化方向及其后的电阻值变化，并示出了第一至第八异向性磁电阻r1～r8中的短路棒的延伸方向。请参照图4a与图4b，在本实施例中，第一至第八异向性磁电阻r1～r8的延伸方向皆为第二方向d2，而其短路棒310的延伸方向则如图4a所示出，在第一与第四异向性磁电阻单元222与228中，第一、第二、第七及第八异向性磁电阻r1、r2、r7及r8的短路棒310分别在两个不同的方向上与第二方向d2夹45度，且这两个不同的方向是平行第一斜坡面s1与第四斜坡面s4。此外，在第二与第三异向性磁电阻单元224与226中，第三、第四、第五及第六异向性磁电阻r3、r4、r5及r6的短路棒310分别在另两个不同的方向上与第二方向d2夹45度，且这两个不同的方向是平行第二斜坡面s2与第三斜坡面s3。在本实施例中，第一斜坡面s1与第四斜坡面s4平行，第二斜坡面s2与第三斜坡面s3平行，且第一斜坡面s1与第二斜坡面s2分别往不同的方向倾斜。

当导线c被通以电流i(如图1、图2、图4a与图4b所示出)时，在导线c中的电流i的方向例如为第二方向d2。此时，电流i在第一、第二、第五及第六异向性磁电阻r1、r2、r5及r6上产生沿着第三方向d3的磁场分量hc，且电流i在第三、第四、第七及第八异向性磁电阻r3、r4、r7及r8上产生沿着第三方向d3的反方向的磁场分量hc。此外，在本实施例中，当电流i流经导线c时，电流i于第一斜坡面s1及第三斜坡面s3处(即在第一异向性磁电阻单元222与第三异向性磁电阻单元226处)所产生的磁场在第三方向d3上的分量(即图2、图4a与图4b左方的磁场分量hc，其朝向第三方向d3)的方向相反于电流i于第二斜坡面s2及第四斜坡面s4处(即在第二异向性磁电阻单元224与第四异向性磁电阻单元228处)所产生的磁场在第三方向d3上的分量(即图2、图4a与图4b右方的磁场分量hc，其朝向第三方向d3的反方向)的方向。

在一第一时间，第一磁化方向设定元件m1将第一异向性磁电阻r1与第五异向性磁电阻r5的磁化方向m15设定为第二方向d2的反方向，且将第二异向性磁电阻r2与第六异向性磁电阻r6的磁化方向m26设定为第二方向d2。此外，在第一时间，第二磁化方向设定元件m2将第三异向性磁电阻r3与第七异向性磁电阻r7的磁化方向m37设定为第二方向d2的反方向，且将第四异向性磁电阻r4与第八异向性磁电阻r8的磁化方向m48设定为第二方向d2。在本实施例中，第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2例如为可以通过通电产生磁场的导电线圈、导线、导电片(例如金属片)或导体，只要是能够产生沿着磁化方向m15、m26、m37、m48的磁场的导电结构皆可作为第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2。

在第一时间之后，第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2会停止产生磁场，例如第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2不再被通以电流而产生磁场，此时，第一、第二、第五及第六异向性磁电阻r1、r2、r5及r6便能够感应于电流i所产生的磁场分量hc(图2、图4a及图4b左方的磁场分量hc)而分别产生+δr、+δr、-δr及-δr的电阻值变化，且第三、第四、第七及第八异向性磁电阻r3、r4、r7及r8便能够感应于电流i所产生的磁场分量hc(图2、图4a及图4b右方的磁场分量hc)而分别产生-δr、-δr、+δr及+δr的电阻值变化。

在本实施例中，第一异向性磁电阻r1、第二异向性磁电阻r2、第三异向性磁电阻r3及第四异向性磁电阻r4可从接点p1依序串联至接点p2，接点p3可电性连接至第二异向性磁电阻r2与第四异向性磁电阻r4之间的导电路径，第五异向性磁电阻r5与第六异向性磁电阻r6可从接点p1依序串联至接点p4，而第七异向性磁电阻r7与第八异向性磁电阻r8可从接点p2依序串联至接点p5。接点p3可接收参考电压vdd，而接点p4与接点p5可耦接至地(ground)，此时形成的惠斯登电桥中接点p1与接点p2之间的电压差会是(vdd)×(-δr/r)，其可以为输出信号，此输出信号为一差分信号，其大小会对应于磁场分量hc的大小，进而对应于流经导线c的电流i的大小，此后将此输出信号称为第一电压信号v1。在另一实施例中，亦可以是接点p3耦接至地，而接点p4与接点p5接收参考电压vdd。

在此之后的一第二时间，第一磁化方向设定元件m1将第一异向性磁电阻r1与第五异向性磁电阻r5的磁化方向m15’设定为第二方向d2，且将第二异向性磁电阻r2与第六异向性磁电阻r6的磁化方向m26’设定为第二方向d2的反方向。此外，在第二时间，第二磁化方向设定元件m2将第三异向性磁电阻r3与第七异向性磁电阻r7的磁化方向m37’设定为第二方向d2，且将第四异向性磁电阻r4与第八异向性磁电阻r8的磁化方向m48’设定为第二方向d2的反方向。

在第二时间之后，第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2会停止产生磁场，此时，第一、第二、第五及第六异向性磁电阻r1、r2、r5及r6便能够感应于电流i所产生的磁场分量hc而分别产生-δr、-δr、+δr及+δr的电阻值变化，且第三、第四、第七及第八异向性磁电阻r3、r4、r7及r8便能够感应于电流i所产生的磁场分量hc而分别产生+δr、+δr、-δr及-δr的电阻值变化。此时形成的惠斯登电桥中接点p1与接点p2之间的电压差会是(vdd)×(δr/r)，其可以为输出信号，此输出信号为一差分信号，其大小会对应于磁场分量hc的大小，进而对应于流经导线c的电流i的大小，此后将此输出信号称为第二电压信号v2。

图5为图4a与图4b的惠斯登电桥的输出电压-电流曲线图，而图6示出图4a与图4b的惠斯登电桥耦接至一运算器。请参照图4a、图4b、图5与图6，在本实施例中，电流传感器100还包括一运算器400，电性连接至惠斯登电桥的一输出端(即接收第一电压信号v1与第二电压信号v2)，其中第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2将第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元222、224、226及228的磁化方向组合设定为一第一组合(即如图4a之磁化方向m15、磁化方向m26、磁化方向m37及磁化方向m48的组合)，以使惠斯登电桥之后输出第一电压信号v1，且第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2再将第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元222、224、226及228的磁化方向组合设定为相反于第一组合的一第二组合(即如图4b之磁化方向m15’、磁化方向m26’、磁化方向m37’及磁化方向m48’的组合)，以使惠斯登电桥之后输出第二电压信号v2。运算器400用以将第二电压信号v2与第一电压信号v1相减，以输出一对应于电流i所产生的磁场的大小的输出电压信号vout。此外，在本实施例中，运算器400亦可用以将第一电压信号v1与第二电压信号v2相加，以输出一偏移电压信号voff。

具体而言，运算器400可包括一算术运算器410与一算术运算器420，其中算术运算器410例如为一加法器，其用以将第一电压信号v1与第二电压信号v2相加，以输出偏移电压信号voff。此外，算术运算器420例如为一减法器，其用以将第二电压信号v2与第一电压信号v1相减，以输出对应于电流i所产生的磁场的大小的输出电压信号vout。

由图5可知，惠斯登电桥的输出电压-电流曲线可能存在一偏移电压信号voff，而第一电压信号v1与第二电压信号v2相加之后则可剩下偏移电压信号voff，且第二电压信号v2与第一电压信号v1相减后，其输出电压-电流曲线会通过电压与电流皆为零的点，而使得在某一段范围内电压与电流几乎成正比，而使得电阻值变化δr可以准确地经由输出电压信号vout来估算。

在本实施例中，接点p1～p5及运算器400例如是存在于基板210中，而基板210为一线路基板，例如是半导体基板。

图7示出图1的电流传感器于第一时间的异向性磁电阻的磁化方向及其后受到三个不同方向的外在磁场分量时的电阻值变化，而图8及图9分别示出图1的电流传感器于第二时间的异向性磁电阻的磁化方向及其后受到三个不同方向的外在磁场分量时的电阻值变化。请先参照图7，第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2在第一时间完成磁化方向m15、m26、m37、m48的设定之后，当有一沿着第一方向d1的外在磁场分量he1存在时，第一至第八异向性磁电阻r1～r8所产生的电阻值变化分别为-δr、-δr、+δr、+δr、-δr、-δr、+δr及+δr，如此一来，当接点p3接收参考电压vdd，而接点p4与接点p5耦接至地时，此时形成的惠斯登电桥中接点p1与接点p2之间的电压差会为零。

请再参照图8，第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2在第二时间完成磁化方向m15’、m26’、m37’、m48’的设定之后，当有一沿着第二方向d2的外在磁场分量he2存在时，第一至第八异向性磁电阻r1～r8所产生的电阻值变化皆为零，这是因为第二方向d2不是第一至第八异向性磁电阻r1～r8所能感测的方向。如此一来，当接点p3接收参考电压vdd，而接点p4与接点p5耦接至地时，此时形成的惠斯登电桥中接点p1与接点p2之间的电压差会为零。

请再参照图9，第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2在第二时间完成磁化方向m15’、m26’、m37’、m48’的设定之后，当有一沿着第三方向d3的外在磁场分量he3存在时，第一至第八异向性磁电阻r1～r8所产生的电阻值变化分别为-δr、-δr、-δr、-δr、+δr、+δr、+δr及+δr。如此一来，当接点p3接收参考电压vdd，而接点p4与接点p5耦接至地时，此时形成的惠斯登电桥中接点p1与接点p2之间的电压差会为零。

也就是说，在本实施例中，惠斯登电桥对应于在第一方向d1上的外在磁场分量he1所输出的电压信号为零，对应于在第二方向d2上的外在磁场分量he2所输出的电压信号为零，且对应于在第三方向d3上的外在磁场分量he3所输出的电压信号为零。因此，无论外在磁场是在哪个方向上，都不会影响本实施例的电流传感器100的感测结果，也就是不会对电流传感器100的输出电压产生干扰。

以上惠斯登电桥对于外在磁场分量he1的反应是以第一时间之后的反应为例，而以上惠斯登电桥对于外在磁场分量he2及he3的反应是以第二时间之后的反应为例，至于在第二时间之后，即在第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2在第二时间完成如图4b的磁化方向m15’、m26’、m37’、m48’的设定之后，第一至第八异向性磁电阻r1～r8反应于外在磁场分量he1所产生的电阻值变化分别为+δr、+δr、-δr、-δr、+δr、+δr、-δr及-δr，如此一来，当接点p3接收参考电压vdd，而接点p4与接点p5耦接至地时，此时形成的惠斯登电桥中接点p1与接点p2之间的电压差会为零。而在第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2在第一时间完成如图4a的磁化方向m15、m26、m37、m48的设定之后，对于外在磁场分量he2，第一至第八异向性磁电阻r1～r8不会受到它们的影响，因此不会产生电阻值变化，因此惠斯登电桥中接点p1与接点p2之间的电压差仍会为零；而对于外在磁场分量he3，第一至第八异向性磁电阻r1～r8反应于外在磁场分量he3所产生的电阻值变化分别为+δr、+δr、+δr、+δr、-δr、-δr、-δr及-δr，如此一来，当接点p3接收参考电压vdd，而接点p4与接点p5耦接至地时，此时形成的惠斯登电桥中接点p1与接点p2之间的电压差会为零。所以，无论是在第一时间或第二时间之后，本实施例的电流传感器100皆不会受到任何方向的外在磁场的干扰。

此外，基板210中或基板210上也可设有一反馈线圈(feedbackcoil)，其与第一至第八异向性磁电阻r1～r8至少部分重叠，以作为闭回路控制(close-loopcontrol)的用途。

图10为本发明的另一实施例的电流传感器的上视示意图。请参照图10，本实施例的电流传感器100a类似于图1、图2、图4a及图4b的电流传感器100，而两者的差异如下所述。在本实施例中，电流传感器100a的第一磁化方向设定元件m1a与第二磁化方向设定元件m2a皆为永久磁铁，其中第一磁化方向设定元件m1a用以将第一、第二、第五及第六异向性磁电阻r1、r2、r5及r6的磁化方向设定为磁化方向m1256，其指向第二方向d2的反方向，且第二磁化方向设定元件m2a用以将第三、第四、第七及第八异向性磁电阻r3、r4、r7及r8的磁化方向设定为磁化方向m3478，其指向第二方向d2的反方向。

此外，第一、第三、第五及第七异向性磁电阻r1、r3、r5及r7的短路棒的延伸方向可分别相同于图4a中的第一、第三、第五及第七异向性磁电阻r1、r3、r5及r7的短路棒的延伸方向，而与图4a不同的是，在本实施例中，第二异向性磁电阻r2的短路棒的延伸方向相同于第一异向性磁电阻r1的短路棒的延伸方向，第四异向性磁电阻r4的短路棒的延伸方向相同于第三异向性磁电阻r3的短路棒的延伸方向，第六异向性磁电阻r6的短路棒的延伸方向相同于第五异向性磁电阻r5的短路棒的延伸方向，且第八异向性磁电阻r8的短路棒的延伸方向相同于第七异向性磁电阻r7的短路棒的延伸方向。

如此一来，当电流i流经导线c时，第一至第八异向性磁电阻r1～r8所连接而成的惠斯登电桥亦能够输出对应的电压信号。

图11为本发明的又一实施例的电流传感器的上视示意图。请参照图11，本实施例的电流传感器100b类似于图4a的电流传感器100，而两者的差异如下所述。本实施例的电流传感器100b包括第一异向性磁电阻单元222与第二异向性磁电阻单元224，但不包括如图4a的第三异向性磁电阻单元226与第四异向性磁电阻单元228。

在本实施例中，第一异向性磁电阻r1的短路棒310的延伸方向相同于图4a中的第一异向性磁电阻r1的短路棒310的延伸方向，且第三异向性磁电阻r3的短路棒310的延伸方向相同于图4a中的第三异向性磁电阻r3的短路棒310的延伸方向。然而，与图4a不同之处在于，在本实施例中，第二异向性磁电阻r2的短路棒310的延伸方向相同于第一异向性磁电阻r1的短路棒310的延伸方向，且第四异向性磁电阻r4的短路棒310的延伸方向相同于第三异向性磁电阻r3的短路棒310的延伸方向。

此外，在第一时间，第一磁化方向设定元件m1将第一异向性磁电阻r1的磁化方向设定为磁化方向m10，其指向第二方向d2的反方向；第一磁化方向设定元件m1将第二异向性磁电阻r2的磁化方向设定为磁化方向m20，其指向第二方向d2；第二磁化方向设定元件m2将第三异向性磁电阻r3的磁化方向设定为磁化方向m30，其指向第二方向d2的反方向；第二磁化方向设定元件m2将第四异向性磁电阻r4的磁化方向设定为磁化方向m40，其指向第二方向d2。如此一来，在第一时间之后，当电流i流经导线c时，且当第三接点p3’与第四接点p4’接收参考电压vdd，而第五接点p5’与第六接点p6’耦接至地时，第一至第四异向性磁电阻r1、r2、r3及r4的电阻值变化会分别为+δr、-δr、-δr、+δr，此时第一接点p1’与第二接点p2’之间的电压差会是(vdd)×(-δr/r)，其可以为输出信号，此输出信号为一差分信号，其大小会对应于磁场分量hc的大小，进而对应于流经导线c的电流i的大小。同理，在第二时间时，当第一磁化方向设定元件m1与第二磁化方向设定元件m2将第一至第四异向性磁电阻r1～r4的磁化方向组合设定为相反于图11的组合时，第一接点p1’与第二接点p2’之间的电压差会是(vdd)×(+δr/r)。

在本实施例中，第一异向性磁电阻r1与第二异向性磁电阻r2从第三接点p3’依序串联至第五接点p5’，第三异向性磁电阻r3与第四异向性磁电阻r4从第四接点p4’依序串联至第六接点p6’，第一接点p1’耦接至第一异向性磁电阻r1与第二异向性磁电阻r2之间的导电路径，而第二接点p2’耦接至第三异向性磁电阻r3与第四异向性磁电阻r4之间的导电路径。

换言之，在本实施例中，第一异向性磁电阻单元222与第二异向性磁电阻单元224电性连接成一惠斯登电桥，以输出对应于第一异向性电阻单元222与第二异向性电阻单元224所产生的电阻值变化的电压信号。

图12a为本发明的再一实施例的电流传感器的上视示意图，而图12b为图12a的电流传感器沿着a1-a1线的剖面示意图。请参照图12a与图12b，本实施例的电流传感器100c类似于图1与图2的电流传感器100，而两者的差异如下所述。在本实施例中，电流传感器100c具有二个导线c1与c2，分别配置于基板的第一端212与第二端214旁，其中第一端212相对于第二端214，且二个导线c1与c2分别不与第一端212及第二端214重叠。在本实施例中，导线c1与c2均沿着第二方向d2延伸。当电流i1与i2沿着第二方向d2的反方向分别流经导线c1与导线c2时，电流i1会在第一斜坡面s1与第三斜坡面s3处产生指向第三方向d3的磁场分量hc，而电流i2会在第二斜坡面s2与第四斜坡面s4处产生指向第三方向d3的反方向的磁场分量hc。如此一来，第一至第四异向性磁电阻单元222、224、226及228所连接而成的惠斯登电桥便能够输出对应于电流i1与电流i2的大小的电压信号。在本实施例中，电流i1的大小与方向相同于电流i2的大小与方向。

本发明不限制电流传感器100c中导线的数量，在其他实施例中，电流传感器100c中的导线也可以是大于2个。

图13a为本发明的另一实施例的电流传感器的上视示意图，而图13b为图13a的电流传感器沿着a2-a2线的剖面示意图。请参照图13a与图13b，本实施例的电流传感器100d类似于图12a与图12b的电流传感器100c，而两者的差异如下所述。在本实施例的电流传感器100d中，导线c1与导线c2分别与基板210的第一端212与第二端214部分重叠，如此仍然可以在第一斜坡面s1与第三斜坡面s3处产生指向第三方向d3的磁场分量hc，且可以在第二斜坡面s2与第四斜坡面s4处产生指向第三方向d3的反方向的磁场分量。

综上所述，在本发明的实施例的电流传感器中，由于采用了异向性磁电阻单元连接成惠斯登电桥来感测导线中的电流所产生的磁场，因此对电流的感测具有高敏感度与高准确度。此外，由于本发明的实施例的电流传感器是利用感测电流所产生的磁场的方式来反推电流的大小，而异向性磁电阻单元不会直接接触到电流，因此可以具有较低的功耗。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。