CN118043680A - 电流传感器 - Google Patents

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Abstract

电流变化率传感器包括布置在基板或印刷电路板上的两个测量线圈。线圈形成回路并且基本上围绕目标测量导体行进。这确保了两个测量线圈都从不是测量操作目标的外部导体接收相同的静电耦合。此外，两个测量线圈被布置为使得第一线圈和第二线圈平均距感兴趣的载流导体相同的距离。

Description

电流传感器
技术领域
本公开涉及电流传感器，尤其涉及差分电流传感器。
背景技术
电流传感器检测并测量通过导体的电流。它们用于许多不同的应用，例如，在公用事业仪表中提供准确的电流测量。
一种类型的电流传感器使用与载流导体串联的分流电阻器。可以测量电阻器两端的电压降，并且通过了解分流器的电阻，可以计算通过电阻器的电流。然而，在更高的电流下，分流器的温度可能会增加，从而改变分流器的电阻，从而提供不准确的电流测量。此外，由于分流器直接位于测量的电流路径中，因此在分流器与灵敏的测量和处理电子器件之间可能需要隔离电路。
另一种类型的电流传感器使用电磁换能器来检测由载流导体产生的磁场的变化。这些场电流变化率传感器，例如Rogowski线圈，不需要到载流导体的任何物理连接，因此与载流导体隔离，而不需要任何进一步的隔离部件。
然而，由于场传感器的变化率依赖于磁场的耦合，它们容易受到传感器附近其他变化磁场产生的干扰。例如，不是测量操作的目标的第二载流导体可以在Rogowski线圈附近通过。该第二载流导体产生的磁场可能会耦合到Rogowski线圈中，从而影响线圈的测量精度。
补偿线、补偿导体或返回线可以用于消除外部横向磁场的影响，所述补偿线从线圈的末端返回到开始，使得Rogowski线圈的两个端子处于同一端。补偿导体与螺旋测量线圈形成一个相反的回路，抵消了外部场的影响。然而，即使使用补偿导体来帮助抑制外部磁场，Rogowski线圈仍然可能由于导体静电耦合到线圈中而受到外部干扰。
Rogowski线圈的一个主要挑战是对附近AC导体的静电或电容耦合的敏感性。例如，在公用事业计量表中，由于AC母线的定位，静电耦合可能是普遍的，AC母线承载待测量的电流，但也承载通常为240V的相电压。通过静电耦合，母线上的电压通过杂散电容耦合到线圈中，并且由于导体的高电压，只有小的杂散电容会导致传感器中的错误信号。
这种耦合对线圈与导体的相对位置以及环境变化的敏感性也很重要，如果要在算法上进行解释和消除的话。由于变化和漂移，这通常在实践中是不可能的，所以需要的是对静电耦合具有较低的灵敏度。
为了减少外部静电干扰的影响，可以在测量线圈周围提供屏蔽。然而，屏蔽线圈可能引入过多的制造需求，以及增加测量设备的尺寸。
发明内容
需要提供一种改进的电流测量方法，其减少外部场对测量精度的影响，和/或减少在测试位置下导体的所有条件下静电耦合到线圈中的影响。
本公开提供了改进的电流传感器(例如Rogowski线圈)的变化率，其被设计为减少静电噪声耦合的影响。电流变化率传感器，被布置为测量载流导体中的电流，包括两个测量线圈，其形成在印刷电路板或基板上。测量线圈可以围绕基本上围绕载流导体行进，这可以降低对载流导体的位置的灵敏度，以及提供噪声场的共模耦合，使得每个测量线圈接收相同量的静电耦合。然后可以容易地消除或去除这种常见的静电耦合。
在本公开的第一方面中，提供了一种电流变化率传感器，所述电流变化率传感器包括:基板，所述基板包括第一层和第二层，其中所述基板包括用于至少一个载流导体的路径；第一多个测量导体，形成在所述基板的第一层上；第二多个测量导体，形成在所述基板的第二层上；第一多个通孔，形成在所述基板中,布置成将所述第一多个测量导体的端与所述第二组测量导体的相应端连接，以形成在第一圆周方向上围绕所述路径行进的第一电流测量线圈和在第二圆周方向上围绕所述路径行进的第二电流测量线圈，其中所述基板的第一层上的每个测量导体在垂直于所述基板表面的径向平面中与所述基板的第二层上的相应测量导体对准。
第一测量线圈和第二测量线圈可以交错，使得第一测量线圈的第一匝包括位于第一径向平面中的第一多个测量导体中的测量导体和第二多个测量导体中的测量导体，并且所述第二测量线圈的第一匝在第二径向平面中包括所述第一多个测量导体中的测量导体和所述第二多个测量导体中的测量导体。
第一圆周方向和第二圆周方向可以是相同的圆周方向。
第一圆周方向和第二圆周方向可以是相反的圆周方向。
电流变化率传感器可以进一步包括：第三多个测量导体，形成在所述基板的第一层上；第四多个测量导体，形成在所述基板的第二层上；和第二多个通孔；其中所述第二多个通孔被布置为将所述第三多个测量导体的端与所述第四多个测量导体的相应端连接，以形成第一返回线圈和第二返回线圈，其中所述第一返回线圈的第一端耦合到所述第一测量线圈的第二端，所述第一返回线圈在与所述第一圆周方向相反的方向上围绕所述路径行进，其中所述第二返回线圈的第一端耦合到所述第二测量线圈的第二端，所述第一返回线圈在与所述第二圆周方向相反的方向上围绕所述路径行进，并且其中所述第一测量线圈的第一端适于耦合到测量电路，并且所述第二测量线圈的第一端适于耦合到所述测量电路。
第一测量线圈、第一返回线圈、第二测量线圈和第二返回线圈可以交错，使得：所述第一返回线圈的第一匝包括位于第三径向平面中的第三多个测量导体的测量导体和第四多个测量导体的测量导体；所述第二返回线圈的第一匝包括位于第四径向平面中的第三多个测量导体的测量导体和第四多个测量导体的测量导体；并且其中所述第一径向平面、所述第三径向平面、所述第二径向平面和所述第四径向平面被布置为使得它们在圆周方向上按顺序相邻。
第一测量线圈的第一端可以适合于耦合到测量电路，并且第二测量线圈的第一端可以适合于耦合到测量电路，所述第一测量电路被配置为确定通过被测量的载流导体的电流。
电流变化率传感器可以进一步包括：第一连接导体，用于将所述第一测量线圈的第一端连接到所述测量电路；和第二连接导体，用于将所述第二测量线圈的第一端连接到所述测量电路，其中所述第一连接导体和所述第二连接导体被布置为在所述基板上形成双绞线布置。
第一测量线圈和第二测量线圈可以使用基板的第一层和测量层耦合到测量电路，其中在所述第一层和所述测量层之间的介电距离小于在所述第一层和第二层之间的介电距离。
所述基板可以包括多于两层，其中所述基板的第一层和所述基板的第二层是所述基板的内层，使得所述电流测量线圈位于所述基板的内层上，并且其中所述基板包括第三层和第四层，所述第三层与第四层位于所述基板的所述第一层和所述第二层的外部，所述第三和第四层包括被配置为减少与所述电流测量线圈的静电耦合的屏蔽。
该路径可以是基板中的通孔，并且该通孔可以被电镀以提供对该通孔的屏蔽。
第一多个通孔可以包括在第一多个测量导体和第二多个测量导体的测量导体的内端处的第一圆形通孔，其中所述第一圆形通孔中的通孔通过连接第一和第二多个测量导体中的测量导体而交替地用于形成第一和第二测量线圈；所述第二多个通孔可以包括在所述第三和第四多个测量导体的测量导体的内端与所述第一圆形通孔同心的第二圆形通孔，其中通过连接所述第三多个测量导体和所述第四多个测量导体的测量导体，交替地使用所述第二圆形通孔的通孔来形成所述第一和第二返回线圈；其中所述第一圆形和所述第二圆形是同心圆。
电流变化率传感器可以进一步包括：第一补偿导体，耦合到所述第一测量线圈，所述第一补偿导体在与所述第一圆周方向相反的圆周方向上围绕所述路径行进；和第二补偿导体，耦合到所述第二测量线圈，所述第二补偿导体在与所述第二圆周方向相反的圆周方向上围绕所述路径行进。
载流导体可以设置在基板上，在基板的外层上布线，然后穿过第一电流测量线圈和第二电流测量线圈的中心。
在本公开的第二方面中，提供了一种电流变化率传感器，所述电流变化率传感器包括:基板，所述基板包括第一层、第二层、第三层和第四层,其中所述基板包括用于至少一个载流导体的路径；第一多个测量导体，形成在所述基板的第一层上；第二多个测量导体，形成在所述基板的第二层上；第三多个测量导体，形成在所述基板的第三层上；第四多个测量导体，形成在所述基板的第四层上；第一多个通孔，形成在所述基板中,被布置为连接所述第一多个测量导体、所述第二多个测量导体，所述第三多个测量导体和所述第四多个测量导体的相应端部，以形成在第一圆周方向上围绕路径行进的第一电流测量线圈和在第二圆周方向上围绕路径行进的第二电流测量线圈,其中所述基板的第一层上的每个测量导体与所述基板的第二层、所述基板的第三层和所述基板的第四层上的相应测量导体对准，使得所述相应测量导体形成基本上垂直于所述基板表面的径向平面。
第一测量线圈和第二测量线圈可以交错，使得第一测量线圈的第一匝包括位于第一径向平面中的第一多个测量导体的测量导体和第三多个测量导线中的测量导体，并且所述第二测量线圈的第一匝包括位于所述第一径向平面中的所述第二多个测量导体中的测量导体和所述第四多个测量导体中的测量导体。
电流变化率传感器可以进一步包括：第五多个测量导体，形成在所述基板的第一层上；第六多个测量导体，形成在所述基板的第二层上；第七多个测量导体，形成在所述基板的第三层上；第八多个测量导体，形成在所述基板的第四层上；第二多个通孔，形成在所述基板上，其中所述第二多个通孔被布置为连接所述第五多个测量导体、所述第六多个测量导体、所述第七多个测量导体和所述第八多个测量导体的相应端部，以形成第一返回线圈和第二返回线圈，其中所述第一返回线圈的第一端耦合到所述第一测量线圈的第二端，所述第一返回线圈在与所述第一圆周方向相反的方向上围绕所述路径行进，其中所述第二返回线圈的第一端耦合到所述第二测量线圈的第二端，所述第一返回线圈在与所述第二圆周方向相反的方向上围绕所述路径行进，并且其中所述第一测量线圈的第一端适于耦合到测量电路，并且所述第二测量线圈的第一端适于耦合到所述测量电路。
第一返回线圈和第二返回线圈可以交错，使得第一返回线圈的第一匝包括位于第二径向平面中的第五多个测量导体中的测量导体和第七多个测量导体中的测量导体，并且所述第二返回线圈的第一匝包括位于所述第二径向平面中的所述第六多个测量导体中的测量导体和所述第八多个测量导线中的测量导线，并且其中所述第二径向平面在圆周方向上与所述第一径向平面相邻。
电流变化率传感器可以进一步包括：第一补偿导体，耦合到所述第一测量线圈，所述第一补偿导体在与所述第一圆周方向相反的圆周方向上围绕所述路径行进；和第二补偿导体，耦合到所述第二测量线圈，所述第二补偿导体在与所述第二圆周方向相反的圆周方向上围绕所述路径行进。
在本公开的第三方面中，提供了一种电流变化率传感器，所述电流变化率传感器包括:基板，所述基板包括用于载流导体的路径；第一测量线圈，形成在所述基板上，被布置为围绕所述基板的第一平面中的路径；第二测量线圈，形成在所述基板上，被布置为围绕所述基板的第一平面中的路径；其中所述第一测量线圈与所述第二测量线圈在围绕所述路径的圆周方向上交错。
在本公开的第四方面中，提供了一种电流变化率传感器，所述电流变化率传感器包括:用于至少一个载流导体的路径；第一测量线圈，其中所述第一测量线圈在第一圆周方向上围绕所述路径行进，所述第一测量线圈具有第一端和第二端；第一返回线圈，所述第一返回线圈具有第一端和第二端，其中所述第一返回线圈的第一端耦合到所述第一测量线圈的第二端，其中所述第一返回线圈在与所述第一圆周方向相反的圆周方向上围绕所述路径行进；第二测量线圈，其中所述第二测量线圈在第二周向上围绕所述路径行进，所述第一测量线圈具有第一端和第二端；以及第二返回线圈，第二返回线圈具有第一端和第二端，其中所述第二返回线圈的第一端耦合到所述第二测量线圈的第二端，其中所述第二返回线圈在与所述第二圆周相反的圆周方向上围绕所述路径行进。
第一圆周方向和第二圆周方向可以是相同的圆周方向，或者第一圆周方向与第二圆周方向可以是相反的圆周方向。
第一测量线圈、第二测量线圈、第一返回线圈和第二返回线圈可以前进到基本上围绕路径。
电流变化率传感器可以是提供差分输出信号的电流差分变化率传感器，其中第一测量线圈的第一端提供差分输入信号的第一信号，并且第二测量线圈的第一端提供差分输出信号的第二信号，第一返回线圈的第二端耦合到第二返回线圈的第二端，并进一步耦合到共同参考信号。
第一测量线圈可以包括第一测量线圈段和第二测量线圈段；所述第一返回线圈可包括第一返回线圈段和第二返回线圈段，其中所述第一测量线圈段可耦合到所述第一返回线圈段，并且所述第二测量线圈段可以耦合到第二返回线圈段；第二测量线圈可以包括第三测量线圈段和第四测量线圈段；所述第二返回线圈可包括第三返回线圈段和第四返回线圈段，其中所述第三测量线圈段耦合到所述第三返回线圈段并且所述第四测量线圈段耦合到所述第四返回线圈段，并且其中每个线圈段围绕所述路径圆周方向行进大致180°。
可以在路径周围、在路径和测量线圈之间提供静电屏蔽。
第一测量线圈和第二测量线圈可以形成在基板的内层上，并且静电屏蔽可以形成在该基板的外层上。
电流变化率传感器还可以包括第一连接导体和第二连接导体，其中所述第一测量线圈的所述第一端适合于使用所述第一连接导体耦合到电流测量电路的第一节点，并且所述第二测量线圈的第一端适合用于使用所述第二连接导体耦合到所述电流测量电路的第二节点，其中所述第一连接导体和所述第二连接导体使用双绞线布置来布置。
在本公开的第五方面中，提供了一种电流变化率传感器，包括：基板，其中所述基板包括用于至少一个载流导体的路径；形成在所述基板上的第一测量线圈，其中，所述第一测量线圈在第一圆周方向上围绕所述路径行进以基本上围绕该路径，所述第一测量线圈具有第一端和第二端；以及形成在基板上的第一返回线圈，第一返回线圈具有第一端和第二端，其中第一返回线圈的第一端耦合到第一测量线圈的第二端，其中所述第一返回线圈围绕所述路径在与所述第一圆周方向相反的圆周方向上行进以基本上围绕所述路径。
第一返回线圈可以被布置为使得其遵循与第一测量线圈相同的圆周方向延伸路径。
电流变化率传感器可以进一步包括用于载流导体的路径，该路径穿过第一测量线圈和第一返回线圈的中心。
在本公开的第六方面中，提供了一种电流变化率传感器，包括：基板，其中所述基板包括用于至少一个载流导体的路径；第一测量线圈，形成在所述基板上，其中所述第一测量线圈在第一圆周方向上围绕所述路径行进；以及第二测量线圈，形成在所述基板上，其中所述第二测量圈在第二圆周方向上围绕所述路径行进。
第一测量线圈和第二测量线圈可以交错在基板上，使得它们都具有与被测量的载流导体相同的平均静电耦合，其中载流导体遵循该路径。
第一测量线圈和第二测量线圈可以在垂直于基板表面的径向平面中交错，使得第一测量线圈的第一匝和第二测量线圈的第一匝位于垂直于基板的表面的同一径向平面中。
第一测量线圈的第一匝可以形成在基板的第一层和第三层上，第二测量线圈的第一匝可以形成于基板的第二层和第四层上。
第一测量线圈和第二测量线圈可以交错，使得第一测量线圈的第一匝位于垂直于基板表面的第一径向平面中，并且第二测量线圈的第一匝处于垂直于基板的表面的第二径向平面中，并且其中所述第一径向平面和所述第二径向平面在圆周方向上彼此相邻。
电流变化率传感器还可以包括：第一补偿导体，形成在基板上并耦合到第一测量线圈，其中第一补偿导体在与第一圆周方向相反的圆周方向上围绕路径行进；以及第二补偿导体，形成在所述基板上并耦合到所述第二测量线圈，其中所述第二补偿导体在与所述第二圆周方向相反的圆周方向上围绕所述路径行进。
第一圆周方向和第二圆周方向可以是相同的圆周方向。
第一测量线圈可以围绕路径行进360°的整数倍，而第二测量线圈可以围绕路径行进相同的360°的整倍
电流变化率传感器还可以包括形成在基板上的双绞线布置，其中双绞线包括第一连接导体和第二连接导体，第一连接导体耦合到第一测量线圈和第一节点，第二连接导体耦合到第二测量线圈和第二节点，所述第一连接导体和所述第二导体被布置在所述基板上以彼此交替地交叉，所述第一节点和第二节点是来自所述电流变化率传感器的输出。
附图说明
现在将仅通过示例的方式并参考附图来描述本公开的各方面，其中相似的附图标记指代相似的部分，并且其中：
图1是Rogowski线圈的示意图；
图2a是具有补偿导体或返回导体的Rogowski线圈的示意图；
图2b是具有补偿或返回导体的分裂或差分Rogowski线圈的示意图；
图3是电流传感器变化率和测量中的载流导体之间存在的寄生阻抗的示意图；
图4是图3中寄生阻抗的简化示意图；
图5a是电流变化率传感器的一个线圈的示意图，其中测量线圈以相反方向缠绕；
图5b是电流变化率传感器的另一个线圈的示意图，其中测量线圈以相反方向缠绕；
图5c是电流传感器变化率的示意图，包括图5a和5b的线圈；
图6a是图5a中线圈的简化电路图；
图6b是图5b中线圈的简化电路图；
图6c是图5c的简化电路图，包括图6a和6b的线圈；
图7a是电流变化率传感器的一个线圈的示意图，其中测量线圈以相同方向缠绕；
图7b是电流变化率传感器的另一个线圈的示意图，其中测量线圈以相同方向缠绕；
图7c是电流传感器变化率的示意图，包括图7a和7b的线圈；
图8a是图7a中线圈的简化电路图；
图8b是图7b中线圈的简化电路图；
图8c是图7c的简化电路图，包括图8a和8b的线圈；
图9a是电流变化率传感器的一个线圈的示意图，其中提供了返回线圈；
图9b是电流变化率传感器的另一个线圈的示意图，其中提供了返回线圈；
图9c是电流传感器变化率的示意图，包括图9a和9b的线圈；
图10a是图9a中线圈的简化电路图；
图10b是图9b中线圈的简化电路图；
图10c是图9c的简化电路图，包括图10a和10b的线圈；
图11是根据图5a-5c的四层电流传感器变化率示意图的平面图；
图12是图11的电流传感器的四层变化率的三维视图；
图13a是图11的四层电流传感器变化率的子部分，仅显示与第一测量线圈有关的导体；
图13b是图11的四层电流传感器变化率的子部分，仅显示了与第二个测量线圈有关的导体；
图13c是图11的四层电流传感器变化率的子部分，显示了与第一测量线圈和第二测量线圈相关的导体；
图14a是图11的电流传感器的第一个线圈的示意图；
图14b是图11的电流传感器的第二个线圈的示意图；
图14c是根据图11的电流传感器变化的示意图，包括图14a和14b的第一和第二线圈；
图15a是图5a的电流传感器的第一线圈的两层实现的示意图；
图15b是图5b的电流传感器的第二线圈的两层表示的示意图；
图15c是根据图5c的电流传感器的变化率的两层实现的示意图，包括图15a和15b的第一和第二线圈；
图16a是图7a的电流传感器的两层实现的第一线圈和第二线圈的示意图；
图16b是图7b的电流传感器的两层实现的第二线圈的示意图；
图16c是根据图7c的电流传感器的变化率的示意图，包括图16a和16b的第一和第二线圈；
图17是根据图9a-9c的两层电流传感器变化率示意图的平面图；
图18是图17中测量线圈示意图的平面图；
图19是图17中回流线圈示意图的平面图；
图20a是图18中测量线圈的示意图；
图20b是图19中回路线圈的示意图；
图20c是图20a的测量线圈和图20b的返回线圈的示意图。
图21是图17中测量导体内圆周处通孔布置的平面图；
图22是从图17的电流传感器的变化率来看的双绞线连接的平面图；
图23是图17中电流传感器变化率的替代连接的平面图；
图24是图17的电流传感器的变化率的表示，包括进一步的静电屏蔽；
图25是由多个线圈段组成的电流传感器的变化率的替代实施方式；
图26是测量电路图以及图25中电流传感器变化率与测量电路的连接图。
具体实施方式
已知的罗氏线圈可能受到静电和磁耦合噪声的负面影响，例如由于其他载流导体靠近罗氏线圈而产生的噪声。静电耦合到差分Rogowski线圈中的噪声在每个差分线圈中可能不同，这意味着它不能容易地被消除或去除。此外，例如使用补偿或返回导体来去除磁耦合噪声的解决方案可能难以在Rogowski线圈的印刷电路板实现中实现。
图1是已知Rogowski线圈的示意图。为了测量流过载流导体100的电流I(t)，测量线圈102被布置为使得载流导体100％穿过测量线圈。测量线圈102被缠绕为螺旋线，使得螺旋线的环或匝包围横截面区域104，A。载流导体100可以是例如母线。
当载流导体100中的电流I(t)改变时，由电流产生的场也改变。测量线圈的定位导致在测量线圈102中感应出与电流变化率dI/dt成比例的电压。因此，对测量线圈的输出v(t)进行积分提供了与电流成比例的值。线圈的每个匝或环在垂直于载流导体的行进的平面中形成测量区域104。
然而，测量线圈中感应的电压可能会受到用户不打算测量的外部导体的影响。与形成多个测量区域104的线圈的环路一样，线圈本身的行进也有效地在载流导体的平面中形成单个环路。为了解决磁场耦合到该单个回路中的问题，可以包括补偿导体。
包括补偿导体的Rogowski线圈如图2a所示。测量线圈200形成为在线圈的一端具有外部电路连接节点204的接近完整的回路。线圈的另一端在节点206处附接到补偿导体202。补偿导体202沿着由测量线圈200形成的环形路径返回到第二外部电路连接节点208。在一些情况下，补偿导体可以被称为返回导体或返回线。
补偿导体202在与测量线圈200相反的圆周方向上形成单匝回路，使得补偿导体202沿着或穿过由测量线圈形成的环形路径返回。这有效地导致补偿导体202中的磁耦合与测量线圈200的大的单匝区域中的磁耦合器相反。
图2b显示了差动线圈(或分裂/分段线圈)，可用于减少静电耦合的影响。Rogowski线圈被提供为两个半线圈210、212，使得每个半线圈行进大约180°。第一半线圈210可以称为线圈-P，第二半线圈212可以称为圈-N。
第一半线圈210的第一端耦合到连接节点216。第一半线圈210的第二端在连接节点218处耦合到补偿导体214的第一端。补偿线214的第二端在连接节点220处耦合到第二半线圈212的第一端。第二半线圈212的第二端耦合到连接节点222。节点218或220可以连接到地或公共参考。
每个半线圈都被设计为差动感应电流，但静电耦合是共模。通过使用连接到线圈输出的差分放大器，可以抑制静电耦合。然而，两个线圈半部之间的静电耦合量之间的任何差异都可能转化为差分放大器的输出处的误差。例如，载流导体100的位置的任何偏移——载流导体被放置为使得其不位于两个半线圈之间的中心——都可能导致线圈P 210中的静电耦合不同于线圈N 212中的静电耦接。静电耦合可以来自载流导体上存在的AC电压，或者来自具有AC电压(dv/dt)信号的附近导体。
图3显示了载流导体或母线与电流测量线圈匝之间存在的寄生电容的示例。线圈-P 304由多匝或多个回路POSTurn1至POSTurnN构成。线圈-N 306由多个匝或回路NEGTurn1到NEGTurnN组成。由于测量线圈和载流导体的物理接近，在载流导体302和测量线圈304、306之间存在寄生电容。如果载流导体上存在AC电压，例如AC电压308，则不期望的电压可以通过寄生电容注入到电流测量线圈中。
线圈-P的每匝POSTurn1到POSTurnN包括各自的寄生电阻RP1到RPN和各自的寄生电容CP1到CPN。寄生电阻由测量线圈的电阻引起，或者，如果测量线圈在PCB上实现，则由构成测量线圈的铜迹线的电阻引起。如前所述，寄生电容是由于测量线圈和载流导体或母线302的接近而引起的。类似地，线圈-N的每匝NEGTurn1到NEGTurnN包括各自的寄生电阻RN1到RNN和各自的寄生电容CN1到CNN。
图4显示了载流导体和测量线圈之间寄生电容的简化等效静电模型。电容CP1到CPN和CN1到CNN可以分别简化为CP和CN，使得CP表示线圈-P 304和载流导体302之间的总寄生电容，CN表示线圈-N 306和载流导线302之间的全寄生电容。电阻RP1至RPN和RN1至RNN可以分别简化为RP和RN，使得RP表示线圈-P 304的总电阻，RN表示线圈-N的总电阻。这些寄生分量阻抗是感兴趣频率下的Thevenin阻抗。
耦合到线圈-P 304和线圈-N 306中的噪声(来自导体上的电压的假信号)可以由相应寄生部件之间的阻抗分配器来确定。因此，每当CP≠CN或RP≠RN时，由于AC电压308而引起的线圈-P 304和线圈-N 306中的感应噪声应该是不同的。载流导体或母线302的任何偏移，使得其不在线圈-P 304和线圈-N 306的中心，都可能由于母线302与线圈的不同相对位置而导致寄生电容CP和CN的差异。这会导致测量线圈中的耦合不同。同样，线圈寄生电阻的任何差异都可能导致线圈中耦合不同。静电耦合可能来自载流导体上的交流电压，也可能来自具有交流电压(dv/dt)信号的附近导体。
提供包括两个完整线圈的差分线圈，即每个线圈行进360°或大约360°的线圈，可以通过提供每个线圈与载流导体302之间的寄生电容的更紧密匹配而大大降低对载流导体100的位置的灵敏度，而与载流导导体302的位置无关。360°布线可以使两个线圈的位置平均与载流导体的距离相同。这也确保了每个线圈接收相同的共模静电耦合，因为它们遵循相同的路径。
然而，在提供改善静电耦合平衡的电流测量线圈的同时，提供拒绝外部磁场的线圈可能仍然是重要的。
为了提供可以在外部测量电路处消除的平衡的静电噪声耦合，提出了电流传感器布局的许多变化率。
图5a、5b和5c显示了用于测量载流导体500中的电流的电流传感器502的差分变化率图。可以为载流导体500提供路径、孔或孔隙。图5c显示了电流传感器的完整变化率，包括线圈-P、线圈-N及其各自的补偿导体。图5a显示了第一个测量线圈，线圈-P 504及其各自的第一补偿导体506。图5b显示了第二个测量线圈，线圈-N 508及其相应的第二补偿导体510。测量线圈-P 504的前进路径在与测量线圈-N 508的前进路径相反的圆周方向上，使得第一测量线圈和第二测量线圈在基本相反的方向上前进。
第一测量线圈-P 504的第一端在端子或节点512处开始，并且相对于载流导体500沿逆时针方向前进或行进(或者在替代实施方式中，沿顺时针方向)，在第二端或节点514处终止。在图5a所示的示例中，第一补偿导体506相对于载流导体500沿与线圈-P 504相反的方向从节点514向节点516顺时针行进或行进。补偿导体506的第一端514耦合到测量线圈-P504的第二端514。
第二测量线圈-N 508的第一端在端子518处开始，并且相对于载流导体500沿顺时针方向(或者在替代实施方式中，沿逆时针方向)前进或行进，在第二端或节点520处终止。第二补偿导体510相对于图5b中所示的载流导体500沿与线圈N 508相反的方向从节点520行进或行进到节点522。补偿导体510的第一端514耦合到测量线圈-N 508的第二端520。
图5a-5c的示意图显示了线圈-P 504和线圈-N基本上围绕载流导体500行进，使得它们围绕载流导线的路径。围绕路径可以定义为测量线圈围绕路径在180°到360°之间行进。例如，如图4所示，大致360°可以提供卓越的平衡耦合。大致360°可能略小于360°，受径向延伸的测量导体节距的限制。行进超过180°仍然可以提供改进的耦合，与线圈行进不超过180°的电路相比，具有更大的共模分量。测量线圈可以前进超过360°，例如，N*360°，其中N是正整数。通过这种方式，进入每个线圈的静电耦合将仍然是相同的。通过提供具有两个测量线圈的传感器，这两个线圈在基板的基本相同的区域上行进，寄生电容CP和CN可以相似或相同。在一些情况下，节点516和522可以耦合在一起，并且耦合到公共参考，例如地(尽管其可以是任何合适的参考电压)。进一步的差分测量电路可以允许消除第一测量线圈504和第二测量线圈508中的公共静电耦合噪声。
图5a-5c线圈的简化电路图如图6a-6c所示。值得注意的是，第一补偿导体506的第二端516可以耦合到第二补偿导体510的第二末端522。传感器还可以通过将差分端子512和518耦合到电流测量电路，耦合到用于将电流测量线圈检测到的电流变化率转换为电流测量的电路。电流测量电路不是本公开的主题，因此在此不作进一步描述。本领域技术人员将理解，可以使用许多已知的差分电流测量电路。
第一测量线圈504的第一端512可以提供电流传感器的变化率的差分输出信号的第一信号，并且第二测量线圈508的第一端518可以提供差分输出的第二信号。差分输出信号可以被提供或耦合到另外的差分电路。
虽然图5a-6c示出了电流测量线圈在基本相反的圆周方向上行进的传感器，但可以实现电流测量线圈基本相同的圆周方向行进的传感器。
例如，图7a、7b和7c示出了用于测量载流导体500中的电流的电流传感器702的差分变化率的图。图7c显示了电流传感器的完整变化率，包括线圈-P、线圈-N及其各自的补偿导体。图7a显示了第一个测量线圈，线圈-P 704及其各自的第一补偿导体706。图7b显示了第二个测量线圈，线圈-N 708及其相应的第二补偿导体710。测量线圈-P 704的前进路径在与测量线圈-N 708的前进路径相同的圆周方向上。
第一测量线圈-P 704的第一端在端子或节点712处开始，并且相对于载流导体500沿逆时针方向(或者在替代实施方式中，沿顺时针方向)行进或行进，在第二端或节点714处终止。在图7a所示的示例中，第一补偿导体706相对于载流导体500沿与线圈-P 704相反的方向从节点714行进或行进到节点716。补偿导体706的第一端714耦合到测量线圈-P 704的第二端714。
第二测量线圈-N 708的第一端从端子718开始，并相对于载流导体500沿逆时针方向前进或行进(或者在替代实施方式中，沿顺时针方向)，终止于第二端或节点720。第二补偿导体710相对于图7b中所示的载流导体500顺时针方向从节点720向节点722沿与线圈N708相反的方向行进或前进。补偿导体710的第一端714耦合到测量线圈-N 708的第二端720。
与沿相反方向行进的测量线圈相比，沿相同方向行进的第一和第二测量线圈可以改善静电耦合平衡。以相对于线圈中心的相同方向(顺时针或逆时针)启动两个线圈，应使每个线圈的每圈都与载流导体保持相同的接近度。
图7a-7c中线圈的简化电路图如图8a-8c所示。值得注意的是，第一补偿导体706的第二端716可以耦合到第二补偿导体710的第二末端722。传感器还可以通过将差分端子712和718耦合到电流测量电路，耦合到用于将电流测量线圈检测到的电流变化率转换为电流测量的电路。电流测量电路不是本公开的主题，因此在此不作进一步描述。本领域技术人员将理解，可以使用许多已知的差分电流测量电路。
第一测量线圈704的第一端712可以提供电流传感器的变化率的差分输出信号的第一信号，并且第二测量线圈708的第一端718可以提供差分输出的第二信号。差分输出信号可以被提供或耦合到另外的差分电路。
图5a-8c的电流传感器实现的变化率可以为传感器提供改进的静电耦合平衡，这是由于提供了两个线圈，这两个线圈都在载流导体500的路径周围的基本相同的路线上行进。此外，通过提供两条补偿线，传感器应该具有良好的磁抵消。然而，在一些情况下，还可能希望提供具有改进的电流感测灵敏度的传感器，同时仍然保持由补偿线提供的磁抵消。
例如，图9a、9b和9c示出了用于测量载流导体500中的电流的电流传感器902的差分变化率的图。电流变化率传感器包括四个电流测量线圈，可以称为两个正向线圈和两个反向线圈。图9c显示了电流传感器的完整变化率，包括线圈-P、线圈-N及其各自的返回线圈。图9a显示了第一个测量线圈，线圈-P 904及其各自的第一个返回线圈906。图9b显示了第二个测量线圈，线圈-N 908及其相应的第二个返回线圈910。
为了清楚起见，返回线圈被称为返回线圈，但是应当理解，返回线圈以与测量线圈相同的方式测量载流导体中的电流。因此，返回线圈也可以被认为是测量线圈，或者它们可以被认为为各自测量线圈的一部分。
补偿回路导线已更换为称为回路或反向线圈的次级线圈。类似于前面描述的设计，第一测量线圈和第二测量线圈在相同的方向上(在该示例中为逆时针方向)开始它们的周向行进。它们一起行进，保持空间对称以实现完全前进。然后，它们各自连接到各自的返回线圈或反向线圈，这些线圈沿着相同的前进路径但沿顺时针方向返回。如图9a-9c所示，第一测量线圈和第二测量线圈匝以及第一返回线圈和第三返回线圈匝沿着前进路径交错。总的来说，这基本上创建了四个单独的线圈，这些线圈组合起来产生所需的Rogowski线圈。
第一测量线圈-P 904的第一端在端子或节点912处开始，并围绕载流导体500的路径沿逆时针方向前进或行进(或者在替代实施方式中，沿顺时针方向)，在第二端或节点914处终止。在图9a所示的示例中，第一返回线圈906绕载流导体或载流导体500的路径顺时针方向从节点914向节点916沿与线圈-P 904相反的方向行进或前进。第一返回线圈906的第一端914耦合到测量线圈-P 904的第二端914。可以提供包括测量线圈和返回线圈的电流传感器的变化率，以便提供增加的线圈匝数，同时仍然提供磁场的消除。
第二测量线圈-N 908的第一端开始于端子918，并沿顺时针方向围绕载流导体500的路径前进或行进(或者在替代实施方式中，沿逆时针方向)，终止于第二端或节点920。第二返回线圈910沿与线圈-N 908相反的方向从节点920行进或行进到节点922，绕图9b所示的载流导体500的路径逆时针行进。第二返回线圈910的第一端914耦合到测量线圈-N 908的第二端920。
在该实施方式中，测量线圈相对于彼此在相同的圆周方向上行进，然而，线圈可替代地相对于彼此在相反的方向上行进。图9a-9c的示意图显示了线圈-P 904和线圈-N 908基本上围绕载流导体500的路径行进，从而围绕该路径。通过提供具有两个测量线圈的传感器，寄生电容CP和CN可以相似或相同。在一些情况下，节点916和922可以耦合在一起，并且耦合到公共参考，例如地。类似地，返回线圈906、910可以基本上围绕载流导体500的路径行进，从而围绕该路径。
图9a-9c的简化电路图如图10a-10c所示。值得注意的是，第一返回线圈906的第二端916可以耦合到第二返回线圈910的第二末端922。传感器还可以耦合到电路，该电路被配置为通过将差分端子912、918耦合到电流测量电路，将电流测量线圈检测到的电流变化率转换为电流测量。
通过提供返回线圈来代替补偿导体，可以在相同量的空间中提供更多匝数，这可以提高线圈对被测量的载流导体中的电流变化率的灵敏度。第一测量线圈和第二测量线圈可以具有平衡的静电耦合，并且第一返回线圈和第三返回线圈可以具有均衡的静电耦合。此外，当第一返回线圈在与第一测量线圈相反的圆周方向上行进时，第一返回线圈可以用作第一测量线圈的补偿导体，并且第二返回线圈可以充当第二测量线圈的补偿导体。
由于匝数的增加(返回线圈也用于感测载流导体中的电流)，输出端子912、918处的输出电压可以大于提供补偿导体代替返回线圈的系统。电流传感器变化率的印刷电路板实现
电流传感器的变化率可以在印刷电路板(PCB)或基板上实现。有利地，在印刷电路板上提供电流传感器的变化率可以允许在与电流测量设备的其他部件相同的电路板上，例如在与电流检测电路、放大器、比较器、积分器相同的电路基板上提供电流传感器的变化率。
然而，当试图在PCB上实现电流测量线圈时，例如图5a-10c中所示的电流测量线圈，在布线两个线圈时可能会遇到困难，使得它们与载流导体的平均距离相同。因此，可能很难确保每个线圈和测量导体之间提供的电容耦合相同，如图3和图4所示。需要提供一种在PCB上实现的电流测量线圈，其实现寄生电容的期望平衡，使得进入每个线圈的静电耦合是相等的，并且该耦合可以通过差分放大器级来消除。如果线圈位于不同的区域，则静电耦合可能不相同，并且可能无法在输出处完全消除或移除。此外，这使得更具挑战性，因为在试图制造改善静电耦合平衡的线圈时，仍然希望提供拒绝外部磁场的线圈。
四层实现：
图5a-6c显示了电流传感器502的变化率，该传感器包括两个电流测量线圈504、508和两个补偿导体506、510，其中电流测量线圈沿相反方向行进。电流传感器的这种变化率可以在基板或印刷电路板(PCB)的四层上实现。
图11显示了电流传感器502的变化率的印刷电路板实现的二维俯视图，包括两个测量线圈(线圈-P和线圈-N)，这两个线圈基本上都围绕载流导体500的路径行进。基本上围绕载流导体500行进可导致电流测量线圈基本上围绕路径行进，从而围绕路径。每个测量线圈部分地由多个导电测量线圈轨道/迹线(也称为测量导体)1102形成。测量导体1102可以是径向元件，因为它们可以在径向方向上从印刷电路板的中心、从载流导体500、或者从路径或孔的位置延伸。它们延伸的平面垂直于基板的表面或主表面。Rogowski线圈状结构可以包括位于线圈中心的基板/电路板中的孔、孔径或路径，从而允许载流导体穿过该路径。多个测量导体1102被布置成周向地围绕该路径。线圈的周向行进可以在外圆周处进行，使用周向行进导体或“扭结”，1106。这些圆周级数导体允许测量线圈。这些周向行进导体允许测量线圈相对于载流导体500周向行进，如关于图5a-5c的描述中所概述的。
图12显示了图11电流传感器变化率的PCB迹线和通孔的三维视图。径向测量导体分布在PCB基板的四层上。例如，第一多个测量导体1202位于板的第一层上。在该示例中，第一层是所表示的最上层。第二多个测量导体1204位于电路板的第二层上，在该示例中，该第二层是在第一层下方(在垂直于或垂直于PCB基板的平面的方向上)的层。第三多个测量导体1206位于电路板的第三层上，在该示例中，该第三层是在第二层下方(在垂直于或垂直于PCB基板的平面的方向上)的层。第四组多个测量导体1208位于电路板的第四层上，在该示例中，该第四层是在第三层下方(在垂直于或垂直于PCB基板的平面的方向上)的层，并且是所表示的最下层。
虽然径向元件分布在电路板的四层上，但电路板本身不一定是四层电路板。例如，电路板可以具有多于四层，例如具有六层、八层或十层的电路板。
第一多个测量导体1202中的每个相应的测量导体与第二多个测量导体、第三测量导体和第四测量导体1204、1206、1208中的相应测量导体对准。这些相应的测量导体在垂直于基板表面的径向平面中排列，基板的表面是基板的主表面。从概念上讲，穿过多个测量导体702、704、706和708中的各个测量导体的平面在整个本公开中可以被称为“径向平面”，因为它是在线圈的径向方向上延伸的平面，垂直于基板的平面。
电流变化率传感器502还包括第一多个通孔，其包括多个外周通孔1210和多个内周通孔1214、1216。第一、第二、第三和第四多个测量导体中的各个测量导体连接到多个外周通孔1210中的各个通孔。外周通孔1210围绕测量导体的外周形成。外周通孔1210可以包括至少一个导电衬里(并且可以可选地完全填充有导电材料)，并且通过周向行进导体1212将电路板的一层上的测量导体与电路板的另一层的测量导体耦合。
各个测量导体也连接到内周通孔1214、1216。内周通孔可以设置在两个圆中，使得通孔1214的第一圆具有第一直径，通孔1216的第二圆具有第二直径，其中第一圆和第二圆是同心圆。第一通孔1214的直径可以小于第二通孔1216的直径。在该示例中，尽管“第一”和“第二”仅仅是标记术语，但是第一通孔1214的圆形成为比第二通孔1216的圆更靠近由测量导体组形成的圆的中心。第一通孔1214和第二通孔1216的每一个都可以包括至少一个导电衬里(并且可以可选地完全填充有导电材料)，并且将所述多个测量导体中的一个测量导体的相应测量导体与所述多条测量导体中第二测量导体的测量导体耦合。
每个线圈的一匝形成一个完整的回路，类似于图1中的104，由电路板不同层上的两个测量导体从多个测量导体中的不同测量导体形成，这些测量导体由第一通孔1214或第二通孔1216中的一个连接。例如，多个第一测量导体1202的测量导体、多个第二测量导体1204的测量导体，多个第三测量导体1206的测量导体和多个第四测量导体1208的测量导体一起形成第一测量线圈(线圈-P)504的匝和第二测量线圈(线圈-N)508的匝的一部分，以及来自第一通孔1214的通孔、第二通孔1216的通孔(在线圈的内周上)和外周通孔1210的通孔(在线圈的外周上)。使用连接区域1212(可替换地称为“扭结”或周向延伸的导体)在外周提供线圈的周向行进。
简单地分别实现两个测量线圈，例如，通过在印刷电路板的层1和2上实现线圈-P和在电路板的3和4上实现线圈-N，可能导致较差的平衡。线圈将位于不同的区域(例如，两个线圈在垂直于基板平面的方向上的平均中点将不同)，使得关于图3和图4描述的寄生电容将不同。如果线圈-N被实现在第一电路板上，线圈-P被实现在第二电路板上也是如此。
相反，线圈-N和线圈-P是交错的。这意味着线圈-N和线圈-P与感兴趣的载流导体或母线的平均距离相同，并且进入每个线圈的静电耦合是相同的(例如，两个线圈在垂直于基板窗格的方向上的平均中点基本上相同)，并且它们具有相同的平均静电耦合。
图13a-13c显示了图12的一个小节。为了便于解释，图13a仅显示了构成第二测量线圈-N的一部分的测量导体，图13b仅显示了形成第一测量线圈-P的一部分。图13c显示了线圈-N和线圈-P的测量导体(因此是图12的真实部分)。此外，图14a、14b和14c表示图13a、13b和13c的PCB实现的简化示意图。虽然图14a-14c显示了线性排列的线圈(即，从右到左或从左到右以直线前进，就好像线圈已经被拉直，而不是围绕中心孔)，但这样做只是为了简化说明。应该理解的是，径向导体元件实际上被布置在围绕中心孔的圆形中，并且位于内边缘和外边缘的通孔也被布置在圆形中，使得通孔标记测量导体的内圆周和外圆周，如图11和图12所示。
第一匝线圈-N(如图13a所示)包括形成在第一多个测量导体1202的PCB的第一层上的测量导体1302，以及形成在第三多个测量导体1206的PCB的第三层上通过第一通孔1214的内周通孔1306连接在测量导体的第一端(更靠近孔、路径或载流导体的一端)的测量导体1304。第二匝线圈-N包括形成在第二多个测量导体1204中的PCB的第二层上的测量导体1308，以及形成在第四多个测量导体1208中的PCB第四层上的通过第二通孔1216的内周通孔1312连接的测量导体1310。第三匝线圈-N包括形成在第一多个测量导体1202的PCB的第一层上的测量导体1314，以及形成在第三多个测量导线1206的PCB的第三层上的通过第一圈通孔1204的内周通孔1318连接的测量导体1316。值得注意的是，构成线圈-N匝的一部分的测量导体在垂直于电路板表面的同一平面内。例如，测量导体1302和测量导体1304以相同的径向延伸平面为中心，其中该平面垂直于板的表面。通孔也连接在测量导体的相应第二端(图12的外周通孔1210)，使得径向元件的第二端耦合到外周上的通孔。然而，为了便于理解，这些外周通孔未在该图中示出。
第一圈线圈-P(如图13b所示)包括形成在第二多个测量导体1204的PCB的第二层上的测量导体1320，以及形成在第四多个测量导体1208的PCB的第四层上的通过第二通孔1216的内周通孔1324连接的测量导体1322。第二匝线圈-P包括形成在第一多个测量导体1202的PCB的第一层上的测量导体1326，以及形成在第三多个测量导体1206的PCB的第三层上通过第一通孔1214的内周通孔1330连接的测量导体1328。第三匝线圈-P包括形成在第二多个测量导体1204中的PCB的第二层上的测量导体1332，以及形成在第四多个测量导体1208中的PCB第四层上通过第二通孔1216的内周通孔1336连接的测量传导体1334。与线圈-N一样，形成线圈-P的每匝的测量导体在相同的径向平面内。为了便于理解，图13b中未显示外周通孔。
从图13c中可以看出，当这两个测量线圈在四层电路板上实现时，它们被布置为使得线圈-N(图13a)的匝与线圈-P(图13b)的匝在相同的径向延伸平面中，使得它们交错。例如，第一组测量导体包括测量导体1302、1304、1320、1322。这组测量导体位于垂直于电路板或基板的主表面的第一径向平面中。第二组测量导体包括测量导体1308、1310、1326和1328。第二组测量导体位于垂直于电路板或基板的主表面的第二径向平面中。第三组测量导体包括位于垂直于电路板或基板的主表面的第三径向平面中的测量导体1314、1316、1332和1334。每组测量导体包括形成线圈-N的一部分的两个测量导体和形成线圈-P的一部分的两个测量导体。
一圈线圈-P的一部分和一圈线圈-N的一部分位于同一平面内。在电路板的第一层上实现的测量导体1302和在电路板第三层上实现地测量导体1304形成线圈N的一部分。在电路板第二层上实施的测量导体1320和在电路基板第四层上实施地测量导体1322形成线圈P的一部分。对于每个连续的匝，线圈-N占据的层和线圈-P占据的层被交换。例如，线圈-N的第二匝包括在电路板的第二层上实现的测量导体1308和在第四层上实施的测量导体1310。第二匝线圈-P包括在电路板的第一层上实现的测量导体1326和在电路板第三层上实现了测量导体1328。
这种布置导致第一匝线圈-N的一部分布置在第一层和第三层上，而第一匝线圈-P的一部分则布置在第二层和第四层上。对于第二圈，线圈-N的测量导体被布置在第二层和第四层上，线圈-P的测量导体布置在第一层和第三层上。当线圈在电路板周围行进时，这种交替模式继续，其中用于路由每个线圈的层交替。以另一种方式描述，对于线圈-N和线圈-P的第一匝，线圈-N包括多个第一测量导体1202和多个第三测量导体1206的测量导体，并且线圈-P包括多个第二测量导体1204和多个测量导体1208的测量导体。对于第二圈线圈-N和线圈-P，线圈-N包括第二多个测量导体1204和第四多个测量导体1204的测量导体，线圈-P包括第一多个测量导体1202和第三多个测量导体1206的测量导体。每转一圈，线圈交替使用测量导体。
这种交错布置可以提供改进的静电耦合性能。例如，在PCB的顶表面附近可能存在外部干扰交流电压承载(dv/dt)导体，或者通常在PCB的正上方存在不期望的场。由于两个线圈在PCB的第一层上包括相同数量的匝数，因此在每个线圈中应该发生相同的静电耦合。
补偿导体1206、1210可以包括在电路板的周边周围。例如，补偿导体可以采取曲流导体的形式，曲流导体位于线圈的外周通孔1210附近并且缠绕在线圈的外圆周通孔1210之间。
内周处的通孔可以布置为两个同心圆1214、1216，从而允许形成测量导体组的四个测量导体连接在形成测量导体的组的同一径向平面中。线圈-N交替地使用内周通孔的第一通孔1214和第二通孔1216。线圈-P交替地使用内周通孔的第一通孔1214和第二通孔1216。
例如，线圈-N的1302、1304的测量导体使用第一通孔1214的通孔1306连接，线圈-P的测量导体1320、1322使用第二通孔1216的通孔1324连接。线圈-N的测量导体1308、1310使用第二通孔1216的通孔1312连接，线圈-P的测量导体1326、1328使用第一通孔1214的通孔1330连接。通常，第一多个测量导体1202和第三多个测量导体1206中的测量导体可以使用第一通孔1214连接。多个第二测量导体1204和多个第四测量导体1208中的测量导体可以使用第二通孔1216连接。虽然已经以这种方式描述通孔但它们也可以以相反的方式连接，例如可以使用第二通孔1216连接第一多个测量导体1202和第三多个测量导体1206的测量导体，并且可以使用第一通孔1214连接第二多个测量导体1204和第四多个测量导体1208的测量导体。由于每个线圈，即线圈-N和线圈-P，以这种交替的方式使用相同数量的第一通孔和第二通孔，因此由线圈包围的面积平均保持相同。这确保了线圈可以提供来自被测量的载流导体的平衡耦合。
图14a显示了构成线圈-N及其各自的第一补偿导体的导电PCB迹线。图14b显示了构成线圈-P和第二补偿导体的导电PCB迹线。图14c显示了线圈-N和线圈-P如何组合以形成电流传感器的差动变化率。图14a-14c的许多特征与图13a-13c的特征相同，然而，图14a-13c更清楚地示出了线圈外周的连接以及补偿导体的布置。图中提供了图例，其中基板不同层上的测量导体使用不同的线格式表示。为了便于理解，测量导体被表示为彼此相邻，而不是直接在同一径向平面内。
在外周，可以使用将测量导体连接到相应外周通孔的周向行进元件来提供线圈-P的周向前进。这些周向行进导体允许测量线圈在周向方向上从连接节点行进并连接到另外的测量导体。
例如，线圈-P 504使用周向延伸的导体1402在逆时针方向上从连接节点512行进到节点514。外周通孔1404将电路板的一层上的周向延伸导体连接到电路板的另一层上，允许周向延伸的导体1402将垂直于电路板的主表面的一个平面中的测量导体连接到另一个平面上的测量导体。
线圈-N使用连接到外周通孔1408的周向延伸的导体1406，相对于载流导体沿顺时针方向从连接节点518行进到节点520。
图14a-14c的示意图上还提供了第一补偿导体506和第二补偿导体510。第一补偿导体被设置为使得其在与线圈P相反的周向上与线圈P的周向导体1402相邻地弯曲，从节点514返回到节点516。第二补偿导体被提供为使得其与线圈N的周向导电体1406相邻地弯曲。以这种方式紧密地跟随各个测量线圈的周向延伸元件确保由补偿导体形成的单个回路与由测量线圈形成的单个环路相同或尽可能相似。
补偿导体形成在电路板的四层上，在这些层之间交替。补偿导体由电路板1410上的沿周向行进的导电迹线形成。补偿导体迹线1410在电路板的四层上延伸，在第一外周通孔1412和第二外周通孔1414之间交替。
虽然上述四层实施方式已描述为电流测量线圈沿相反方向前进，但电流测量线圈也可实施为使其沿相同方向前进，如图7a-7c所示。
两层实现
除了上述电流传感器的变化率(其中测量线圈在相反方向上实现或在电路板的四层上感测)之外，差分电流传感器也可以在电路板上的两层上实现。例如，图5a-5c的实施方式可以在电路板的两层上实施，使得线圈-N和线圈-P在平行于电路板的主表面的平面中交错，而不是在垂直于电路板主表面的面中交错，如图11-14所示。有益的是，与四层电路板实施方式相比，两层电路板实现方式可以提供简化的制造需求，并且降低了产生电流传感器的变化率的成本，同时仍然保持关于噪声耦合的抑制的良好性能。
图15a-15c显示了根据图5a-5c的电流传感器变化率的两层实现的子部分的示意图，其中第一和第二测量线圈围绕载流导体500的中心路径在相反方向上行进。虽然图15a-15c显示了线性排列的线圈(即，从右到左或从左到右以直线前进，就好像线圈已经被拉直，而不是围绕中心孔)，但这样做只是为了简化说明。应当理解，径向导体元件实际上被布置成围绕中心孔或路径的圆形，并且位于内边缘和外边缘的通孔也被布置成圆形，使得通孔标记测量导体的内圆周和外圆周。两层实现的某些方面与四层实现中的相同，在考虑两层实现描述时，还应记住关于图11-14的描述。
图15a显示了第一测量线圈-P 504的一个子段及其第一补偿导体506的示意图。图15b显示了第二测量线圈-N 508和第二补偿导体510的一个子部分的示意图。图15c显示了一个包括图15a和15b的特征的示意图，在电路板的两层上实现。图中提供了图例，其中基板不同层上的测量导体使用不同的线格式表示。为了便于理解，测量导体被表示为彼此相邻，而不是直接在同一径向平面内。
线圈-N和线圈-P跨电路板的两层布置并且交错，使得在垂直于电路板表面的径向延伸平面中形成线圈-N的匝，随后在垂直于线路板表面的不同径向延伸平面内形成线圈-P的匝。例如，第一匝线圈-P 1502形成在电路板的两层上，然后第一匝线圈-N 1504形成在与第一匝线圈P相邻的径向平面中的电路板的二层上，接着第二匝线圈-P 1506形成在与该第一匝线圈N相邻的下一径向平面中电路板的三层上。以这种方式交错测量线圈的匝数允许测量线圈基本上围绕载流导体500的路径行进，同时仍然平均保持与感兴趣的载流导体相同的距离。线圈-P的匝数和线圈-N的匝数是相邻的，使得线圈-P的一匝与线圈-N的一匝在不同但相邻的径向延伸平面中。
第一多个测量导体可以位于基板或电路板的第一层上，第二多个测量导体可位于电路板的第二层上。第一多个测量导体中的每个相应测量导体与第二多个测量导体的相应测量导体在垂直于基板表面的平面中对准，该平面径向延伸。第一测量线圈-P 504的匝可以包括第一多个测量导体的测量导体1508和第二多个测量导体的测量导体1510。这些测量导体1508、1510形成在相同的径向延伸平面(即，垂直于电路板表面的平面)中。第一层上的测量导体1508和第二层上的测量导体1510可以通过内周通孔1512连接。
第二测量线圈-N 508的匝可以包括第一多个测量导体的测量导体1514和第二多个测量导体的测量导体1516。第一层上的测量导体1514和第二层上的测量导体1516可以通过内周通孔1518连接。
在外周，可以使用将测量导体连接到相应外周通孔的周向行进元件来提供线圈-P的周向前进。这些周向行进导体允许测量线圈在周向方向上从连接节点行进并连接到另外的测量导体。
例如，第一测量线圈-P 504使用周向延伸的导体1520围绕载流导体500的路径沿逆时针方向从连接节点512行进到节点514。外周通孔1522将电路板的一层上的周向延伸导体连接到电路板的另一层上，从而允许周向延伸的导体1520将一个径向平面中的测量导体连接到相邻径向平面的测量导体。
第二测量线圈-N 508围绕载流导体500的路径沿顺时针方向从连接节点518行进到节点520。
图15a-15c的示意图中还提供了第一补偿导体506和第二补偿导体510。提供第一补偿导体，使其在与线圈P相反的圆周方向上与从节点514返回到节点516的线圈P的圆周导体1520相邻。提供第二补偿导体，以使其在线圈N的圆周方向相反的方向上与从节点520返回到522的线圈-N的圆周导体相邻。以这种方式紧密地跟随各个测量线圈的圆周延伸元件可以导致由补偿导体形成的单个环路与由测量线圈形成的单个线圈相同或尽可能相似。
补偿导体形成在电路板的两层上，在这些层之间交替。补偿导体由电路板1524上的沿圆周行进的导电迹线形成。补偿导体迹线1524在电路板的两层上延伸，在第一外周通孔1526和第二外周通孔1528之间交替。
补偿导体可以形成在电路板的两层上，使得补偿导体包括在电路板第一层和第二层上以交替顺序形成的导体段。这可以在图15a-15c中看到，其中第一补偿导体的分段1524以交替图案形成在电路板的第一层和电路板的第二层上。这种图案继续，使得补偿导体由布置在电路板的交替层上的多个周向前进的段1524形成。
使用电路板的第一层和第二层上的分段1530以类似的方式形成第二补偿线圈。
图11-15涉及电流传感器变化率的实现，其中两个测量线圈被布置为在相反的圆周方向上前进，如图5a-5c所示。然而，它们也可以实现为使得测量线圈在相同的圆周方向上行进，如图7a-7c所示。
相反方向的测量线圈可能无法完全消除电容耦合，这可能是由图3和图4中所示的寄生阻抗的不完美匹配引起的，该不完美匹配是由不对称地集中在线圈上的干扰导体引起的。例如，如果POSTurn1的寄生阻抗等于NEGTurn1的寄生阻抗，并且对于线圈-P和线圈-N的所有匝直到匝N也是如此，那么应该存在完美的阻抗平衡，使得在第一和第二测量线圈之间不存在差分电压。然而，如果载流导体居中错误，使得其在物理上更接近POSTurn1而不是NEGTurn1，则每匝的载流导体的寄生电容将略有不同，这将导致图4的等效电路中的阻抗失配。以相反的方向布置线圈可能导致线圈遵循不同的路径。
因此，进一步改善寄生阻抗平衡的潜在解决方案是以几乎相同的方式从差动测量电路的端子路由两个线圈，差动测量电路可以连接到线圈的连接节点。启动两个线圈使得它们围绕线圈的中心遵循相同的圆周方向(例如线圈-N和线圈-P都顺时针前进或者线圈-N和圈-P都逆时针前进)可以使线圈的每一匝与载流导体或干扰器保持相同的距离，并且其可以保持线圈(例如718、712、716和722)的端子或连接节点彼此靠近。
在相同的方向上推进两个线圈可以允许它们遵循相同的路径，保持线圈完全前进的空间对称性，因为两个线圈一起行进。它可以进一步允许连接节点712、716、718和722定位在线圈的同一侧，这可以使得连接测量电路更容易，因为所有连接节点都靠近在一起。
图16a-16c显示了根据图7a-7c的两层同向实现的布置示意图。图16a显示了构成第一测量线圈-P 704和第二测量线圈-N 708的导电迹线。图16b显示了构成线圈-N和线圈-P的补偿导体的导电迹线。图16c显示了电流传感器的完整变化率，包括线圈-N、线圈-P及其各自的补偿导体。图中提供了图例，其中基板不同层上的测量导体使用不同的线格式表示。为了便于理解，测量导体被表示为彼此相邻，而不是直接在同一径向平面内。
虽然图16a-16c示出了线性布置的线圈(即，从右到左或从左到右以直线行进，就好像线圈已经被拉直一样，而不是围绕中心孔或路径500)，但这样做只是为了简化呈现。应当理解，径向导体元件实际上围绕载流导体500的路径布置成圆形，并且位于内边缘和外边缘处的通孔也布置成圆，使得通孔标记测量导体的内周和外周。两层实现的某些方面与四层和两层相反方向实现中的那些方面相同，并且在考虑两层相同方向实现的描述时，还应记住关于图11-15的描述。
线圈-N和线圈-P跨电路板的两层布置并且交错使得第一匝线圈-N形成在垂直于电路板表面的径向延伸平面中，随后第一匝线圈-P形成在垂直电路板表面径向延伸平面内，并且在周向上与第一匝线圈N相邻。例如在电路板的两层上形成第一匝线圈-P 1602，然后一匝线圈N 1604与第一匝线圈P 1602周向相邻并形成在电路板的两层上，然后第二匝线圈P 1606与第一匝线圈N周向相邻且形成在电路基板的两层之上。以这种方式交错测量线圈的匝数允许测量线圈在路径或电路板周围行进，同时仍然平均保持到感兴趣的载流导体的相同距离。例如，大致围绕路径前进，例如360°。线圈-P的匝数和线圈-N的匝数在周向上相邻，使得线圈-P的一匝与线圈-N的一匝在不同但在周向相邻的径向延伸平面中。
第一多个测量导体可以位于基板或电路板的第一层上，第二多个测量导体可位于电路板的第二层上。第一多个测量导体和第二多个测量导体中的各个测量导体位于垂直于基板表面的同一径向延伸平面中。一匝线圈-P包括第一多个测量导体的测量导体1608和第二多个测量导体的测量导体1610。这些测量导体形成在相同的径向延伸平面(即，垂直于电路板表面的平面)中。第一多个测量导体的测量导体1608和第二多个测量导体的测量导体1610可以通过内周通孔1612连接，内周通孔与测量导体位于同一径向平面中。
一匝线圈-N由第一多个测量导体的测量导体1614和第二多个测量导体的测量导体1616组成。第一层上的测量导体1614和第二层上的测量导体1616可以通过内周通孔1618连接，内周通孔与测量导体位于同一径向平面内。
在外周，可以使用将测量导体连接到相应外周通孔的周向行进元件来提供线圈-P的周向行进。这些周向行进导体允许测量线圈在周向方向上从连接节点行进并连接到另外的测量导体。
例如，线圈-P 704使用周向延伸的导体1620在绕载流导体的逆时针方向上从连接节点712行进到节点714。周向延伸的导体在外周处连接到通孔，这允许将一个径向延伸平面中的测量导体连接到不同径向延伸平面的径向延伸元件。线圈-N围绕载流导体沿逆时针方向从连接节点718行进到节点720。虽然该图显示两个测量线圈都沿逆时针方向前进，但测量线圈也可以沿顺时针方向前进。
图16a-16c的示意图上还提供了第一补偿导体706和第二补偿导体710。提供第一补偿导体，使其在与线圈P相反的周向上与从节点714返回到节点716的线圈P的周向行进导体1620相邻地蜿蜒。提供第二补偿导体，使得其在线圈N的周向前进导体1620附近蜿蜒。以这种方式紧密地跟随各个测量线圈的周向延伸元件可以意味着由补偿导体形成的单个回路与由测量线圈形成的单个环路相同或尽可能相似。
补偿导体形成在电路板的两层上，在这些层之间交替。补偿导体由电路板1622上的沿周向行进的导电迹线形成。补偿导体迹线1622在电路板的两个层上延伸。
补偿导体可以通过形成与线圈前进相反的抵消环来提供对外部横向场的至少一些磁抗扰性。这种补偿导体可以用次级线圈或返回线圈代替，而不牺牲磁抗扰度。因此，在一些实施方式中，电流传感器的变化率可以不包括补偿导体，而是包括另外的线圈，如图9a-9c所示。以这种方式提供另外的线圈可以允许在电流传感器中包括更多匝，因为返回线圈的匝也提供电流测量。包括更多数量的线圈匝数可以提供对被测量电流的增加的灵敏度，从而为被测量的相同电流提供更大的输出电压。
图17显示了电流传感器902的变化率的印刷电路板实现的二维俯视图。如图9a-9c所示，电流变化率传感器包括第一测量线圈(线圈-P)904、第二测量线圈(圈-N)908、第一返回线圈906和第二返回线圈910。图18和19显示了图17的子部分，图18显示了形成第一测量线圈904和第二测量线圈908的导体。图19显示了形成第一返回线圈906和第二返回线圈910的导体。基板上的第一层上的测量导体表示为实线，基板的第二层上的测定导体表示为虚线。
测量线圈和返回线圈围绕载流导体或路径500行进，例如基本上围绕路径行进，例如围绕路径行进。每个测量线圈部分地由多个导电测量线圈轨道/迹线、测量导体1702形成。测量导体或测量线圈轨道1702可以是径向元件，因为它们可以在径向方向上从传感器的载流导体500的路径延伸。提供了另外的测量导体1706，其形成返回线圈904、908的一部分。多个测量导体1702、1706被布置成周向地围绕载流导体500。线圈的周向行进可以在外圆周处进行，使用周向行进导体或“扭结”1704。这些周向行进导体允许测量线圈相对于载流导体或路径500周向行进，如关于图9a-9c的描述中所述。
图18显示了构成第一和第二测量线圈的多个测量导体1702。测量导体1702包括形成在基板的第一层上的第一多个测量导体和形成在基板第二层上的第二多个测量导体。第一多个测量导体和第二多个测量导体中的各个测量导体位于垂直于基板表面的同一径向延伸平面中。如图18所示为测量线圈的自上而下的透视图，只有位于第一层上的第一多个测量导体可以看到，因为它们遮挡了位于同一径向平面中的第二多个测量导体的视图。
图19显示了构成第一和第二返回线圈的多个测量导体1704。测量导体1704包括形成在基板的第一层上的第三多个测量导体和形成在基板第二层上的第四多个测量导体。第三多个测量导体和第四多个测量导体中的各个测量导体位于垂直于基板表面的同一径向延伸平面中。如图19所示为测量线圈的自上而下的透视图，仅能看到位于第一层上的第三多个测量导体，因为它们遮挡了位于同一径向平面中的第四多个测量导线的视图。使用形成第一圈的第一多个通孔1802将第一多个测量导体的测量导体耦合到第二多个测量导体的测量导体。使用形成第二圈的第二多个通孔1902将第三多个测量导体的测量导体耦合到第四多个测量导线的测量导体。
图20a-20c显示了包括根据图9a-9c的返回线圈的两层实施方式的布置示意图。图20a显示了第一个测量线圈-P和第二个测量线圈-N，如图18所示。图20b显示了第一个返回线圈和第二个返回线圈，如图19所示。图20c显示了电流传感器的完整变化率，包括第一测量线圈904、第二测量线圈908、第一返回线圈906和第二返回线圈910。图中提供了图例，其中基板不同层上的测量导体使用不同的线格式表示。为了便于理解，测量导体被表示为彼此相邻，而不是直接在同一径向平面内。
虽然图20a-20c示出了线性布置的线圈(即，从右到左或从左到右以直线行进，就好像线圈已经被拉直，而不是围绕中心孔)，但这样做只是为了简化呈现。应该理解的是，径向导体元件实际上围绕中心孔或路径布置成圆形，并且位于内边缘和外边缘的通孔也布置成圆，使得通孔标记测量导体的内圆周和外圆周，如图17-19所示。该两层实现的某些方面与其他PCB实现中的相同，在考虑两层实现描述时，还应记住关于图11-16的描述。
线圈-N和线圈-P跨电路板的两层布置并且交错，使得第一测量线圈的匝形成在垂直于电路板的表面的第一径向延伸平面中，随后是周向相邻的匝，第二测量线圈形成在第二径向延伸平面内。以这种方式交错测量线圈的匝数允许测量线圈在电路板周围行进，同时仍然平均保持到载流导体的相同距离。
绕载流导体或载流导体500的路径，以重复模式提供线圈-N匝和线圈-P匝，使得线圈-P匝之后是线圈-N匝。然而，返回线圈可以进一步以这种重复模式交错。第一返回线圈906的第一匝2008被提供为与第二返回线圈910的第一匝2010相邻。这提供了重复的交错图案，使得当在圆周方向上绕传感器时，第一测量线圈904的匝2002与第一返回线圈906的匝2008相邻，该匝2008与第二测量线圈908的与第二返回线圈910的匝2010相邻的匝2004相邻，其邻近第一测量线圈904的下一匝，等等。
第一测量线圈-P 904的匝可以包括第一多个测量导体的测量导体2012和第二多个测量导体的测量导体2014。构成线圈匝的一部分的测量导体位于垂直于基板表面的同一径向延伸平面内。第一层上的测量导体2012和第二层上的测得导体2014可以通过通孔2016连接，该通孔连接与测量导体位于同一平面中的匝的测量导体。
第二测量线圈908的匝可以包括第一多个测量导体的测量导体2018和第二多个测量导体的测量导体2020。第一层上的测量导体2018和第二层上的测量导体2020可以通过通孔2022连接，其中通孔2022与测量导体2018、2020位于同一平面内。
第一返回线圈906的匝可以包括第三多个测量导体的测量导体2024和第四多个测量导线的测量导线2026。第一层上的测量导体2024和第二层上的测量导体2026可以通过通孔1728连接。
第二返回线圈910的匝可以包括第一多个测量导体的测量导体2030和第二多个测量导体的测量导体2032。第一层上的测量导体2030和第二层上的测量导体2032可以通过通孔2034连接。
值得注意的是，第一测量线圈904、第一返回线圈906、第二测量线圈908和第二返回线圈910在基板的平面中交错，使得第一测量线圈的匝在圆周方向上跟随或先于第一返回线圈的匝，接着是第二测量线圈的一匝，然后是第二返回线圈的一圈。
可以对匝进行布线，使得每一匝都增加到组合线圈输出电压。第一测量线圈904的第一匝2002可以进入第一层上的匝并在第二层上离开，导致由于所需磁场的测量而在匝中感应出特定极性EMF。第二测量线圈908的第一匝2004可以进入第二层上的匝并离开第一层上的该匝，导致感应出相对于在第一测量线圈904的第一圈2002中感应出的极性相反的EMF。这些相反的极性在端子912和918处产生差模电压。每个线圈的每一匝都可以以这种方式从端子912和918布线，从而增加每一匝的差模电压。回路线圈的匝数以进一步增加差模电压的方式布线。
第一测量线圈904、第二测量线圈908、第一返回线圈906和第二返回线圈910使用周向行进的元件或导体1704围绕路径500周向行进。线圈的所有圆周级数都发生在测量导体的外端。这可以确保测量线圈和返回线圈的前进环发生在基板的相同区域中，并且每个正向线圈中感应的磁噪声与相应返回线圈中感应到的磁噪声抵消。每个线圈的前进具有相同的环路面积，由于不希望的磁场，导致几乎相同的磁拾取。
第一多个测量导体和第二多个测量导体中的测量导体在测量导体的内圆周处使用通孔耦合，更靠近路径或载流导体500。耦合第一多个测量导体和第二多个测量导体的通孔可以被布置成形成第一通孔圆1708。耦合多个第三测量导体和多个第四测量导体的通孔可以被布置成形成第二通孔1710圈。以这种方式，第一测量线圈904和第二测量线圈908使用第一通孔1708的通孔形成，并且第一返回线圈906和第二返回线圈910使用第二通孔1710的通孔来形成。
测量导体的内圆周处的通孔可以交错，并且正向线圈904和908使用第一通孔圆1708的通孔，而返回线圈906、910使用第二通孔圆1710的通孔。这意味着第一测量线圈904的匝与第二测量线圈908的匝大小相同，并且第一返回线圈906的匝的大小与第二返回线圈910的匝的尺寸相同，并且到第一和第二测量绕组的耦合是平衡的，并且到第一和第二返回绕组的耦合也是平衡的。第一通孔圆1708具有第一直径，第二通孔圆1710具有第二直径，其中第一直径小于第二直径，通孔的第一和第二圆是同心圆。
这导致构成第一测量线圈904和第二测量线圈908的测量导体的内端到载流导体的距离彼此相同，并且构成第一返回线圈906和第二返回线圈910的测量导体在内端到载电导体的距离相互相同。
这种布置导致测量线圈904、908以这样的方式定位，即它们在空间上相等，因为两者在电路板的每一层上共享相同比例的测量导体，并且使用相同通孔圆的通孔耦合，这意味着测量导体具有相同的长度。这进一步导致线圈在电路板周围行进时包围相同的区域。回流线圈也是如此。
以这种方式交错的通孔分别平衡第一和第二测量线圈以及第一和第三返回线圈的寄生电容。它还允许为所有线圈提供更多匝数，因为内圆周小于外圆周，因此可以限制所实现的通孔/匝数。提供两个内圆周可以增加可以放置在内圆周处的通孔的数量，并因此增加线圈可以具有的匝数。
图21显示了图17的第一圈通孔和第二圈通孔的排列。图21的布置进一步包括载流导体2102。通常，在现有技术的布置中，载流导体居中错误，使得其不位于线圈的中心，将导致到线圈的电容耦合不平衡，如关于图3和图4所述。然而，通过交替第一圈通孔的通孔，使得它们交替地连接第一测量线圈和第二测量线圈的匝的测量导体，第一和第二测线圈与被测载流导体之间的电容耦合应该几乎相等。
类似地，通过交替第二圈通孔的通孔，使得它们交替地连接第一返回线圈和第二返回线圈的匝的测量导体，进入第一和第二回归线圈的电容耦合应该几乎相等。
例如，第一通孔圈的通孔2016形成第一测量线圈906的一匝的一部分，第一通孔圈的通孔2022形成第二测量线圈908的一圈的一部分。由于它们的位置，进入第一和第二测量线圈匝的静电耦合应该相同或相似。以这种方式交错的通孔允许第一测量线圈904和第二测量线圈908的匝数在空间上相等，这意味着仅发生来自外部磁场和静电场的共模噪声拾取。
第一和第二测量线圈可以在顶层和底层之间共享相同比例的时间，并且当它们围绕推进行进时在每一圈中包围相同的正方形区域。这确保了每个测量线圈(以及提供它们的返回线圈)在电路板的每一层上使用相同量的导电迹线或导体。
虽然返回线圈的概念已针对图17-21中的两层PCB实现进行了描述，但很明显，这也可以在电路板的四层上实现。例如，在图14a-14c的实施方式中，补偿导体可以用第一返回线圈和第二返回线圈代替。为了实现跨越四层的第一和第二返回线圈，多个第五测量导体可以设置在基板的第一层上，多个第六测量导体可以设置在基板的第二层上，多个第七测量导体可以设置在基板的三层上，并且多个第八测量导体可以设置在基板的四层上。第一返回线圈和第二返回线圈可以使用第五多个第八多个测量导体以与使用第一多个第四多个测量导线形成第一测量线圈和第二多个测量线圈相同的方式形成。第一和第二返回线圈可以在基板的平面中与第一和第二传量线圈交错，使得第一径向平面包括第一测量线圈和第二测量线圈的测量导体；并且相邻的第二径向平面包括第一和第二返回线圈的测量导体。
图9的电流变化率传感器的端子912、916、918和922可以连接到其他测量电路。如图10a-10c所示，返回线圈的端子916和922可以耦合到公共参考，例如接地。第一和第二测量线圈的端子912、918可以耦合到差分放大器。这可以允许第一测量线圈和第二测量线圈的公共电容耦合信号被放大器抵消。
然而，从线圈到放大器或其他测量电路的连接可能是进一步不想要的电磁拾波的潜在来源，这是由于该连接形成的非预期环路区域。
图22显示了一种可以减少不需要的电磁拾波器的方法。第一测量线圈904和第二测量线圈908的第一端912、918可以使用基板或PCB实现的双绞线布置在节点2202和2204处耦合到测量电路。由双绞线形成的环路被布置为使得双绞线的每个导体平均与任何干扰源相距相同的距离，并且因此接收相同量的噪声耦合，该噪声耦合可以通过取信号的差来消除。基板的第一层上的导体表示为阴影线，基板的第二层上的导电体表示为明线。
使用多个连接导体2206在基板上构造双绞线布置，所述多个连接导线2206使用多个连通孔2208耦合。连接导体2206被布置为使用连接通孔2208在基板的第一层和第二层之间交替。连接导体在基板的第一层和第二层上布置成Z字形并彼此交叉，从而形成双绞线。
值得注意的是，双绞线布置可以在所描述的任何PCB布置以及图5-10的任何示意图中实现。例如，当用图11-14的四层电流变化率传感器实现时，双绞线布置可以在第一层和第四层、第二层和第三层之间交替，或者它们的任何组合。
与图22所述的双绞线布置不同，或与之结合，通过在具有小介电距离的基板层上布线连接导体，与外部测量电路的连接可以减小由连接产生的回路的尺寸。这导致了可忽略不计的环路面积，从而减少了电磁噪声拾取的量。例如，在跨PCB的第一层和第二层实现电流传感器的变化率的情况下，可以跨第一层和PCB的另一“连接”层实现到另一电流测量电路的连接，其中，第一层和连接层之间的介电距离相对于PCB的第一层和第三层之间的电介质距离小。
例如，在四层PCB上，第一层和第二层可以是PCB的内层，并且可以用于第一线圈和第二线圈(即，上述的两层设计)。可以使用外层(在本示例中可以称为“连接”层)以及第一层和第二层中的一层来进行到外部测量电路的连接。
图22显示了在PCB或基板上实现的电流传感器的变化率，该PCB或基板包括四层2302、2304、2306、2308。测量线圈在四个层中的两个层上实现，例如，图17-20中描述的第一层可以是层2304，而图17-20所描述的第二层可以是2306。与外部测量电路的连接可以与图9中所示的测量线圈/返回线圈的端部相同，包括节点912、918、916和922。节点916和922可以一起耦合到公共参考或接地。
不是使用第一层2304将节点916、922路由到测量电路，以及使用第二层2306将节点912和918路由到公共参考，而是可以使用层2302和2304将它们路由。例如，如图23所示，可以使用第一层2304将节点916、922路由到测量电路，使用层2302将节点912和918路由到公共参考(使用t通孔将节点912和918耦合到层2036)。可替换地，节点916、922可以使用层2308被路由到测量电路(其中通孔被用于将节点916和922耦合到层2308)，并且节点912和918使用层2306被路由到公共参考。层2302和2304之间(以及层2306和2308之间)的电介质距离小于层2304和2306之间的电介质距离。这减小了由节点912、918、916和922到测量电路的连接所形成的环路的大小。这进一步允许用于路由测量线圈的基板层之间的更宽的介电距离，这增加了每个线圈匝的面积，从而增加了线圈的灵敏度并增加了电压输出。
通常，可以选择4层PCB堆叠，以在用于测量线圈匝和返回线圈匝的铜层之间具有宽的介电层，但在用于连接到另外的测量电路的层之间具有薄的介电膜。这一概念适用于上述任何PCB设计，因为与外部测量电路的连接是使用比用于布线线圈的大部分匝的层具有更小介电距离的层来布线的。
为了提高线圈的灵敏度，由每个线圈的每匝包围的面积可以尽可能大，同时保持由第一测量线圈的匝包围的区域与由第二测量线圈的圈包围的区域基本相同。
例如，可以提供八层板，并且可以提供四层实现，使得测量线圈实现在板的层1、2、7和8上。这将增加每个线圈匝的面积，然而线圈仍然可以以交替、交错的方式布置在这些层上。类似地，在电路是两层实现的情况下，这两层可以是电路板的层1和层8，以最大化由匝包围的面积。
此外，具有比实现测量线圈所需数量更多的层的板可以用于实现对外部静电耦合的屏蔽。在提供基本上围绕载流导体或路径行进的两个测量线圈提供改进的静电耦合的同时，由于线圈接收平衡耦合，可以通过向PCB添加屏蔽层来进一步减少静电耦合。例如，测量线圈可以在多层PCB的内层上实现，屏蔽可以在PCB的外层上实现。在六层板中，四层测量线圈可以在第二层、第三层、第四层和第五层上以与上述相同的交替交错布置来实现。屏蔽可以通过在导电材料中涂覆层一和层六而在层一和第六上实现。类似地，两层测量线圈可以在四层板的第2层和第3层上实现，屏蔽层可以在第1层和第4层上实现。
例如，图24显示了在四层PCB上实现的电流传感器的变化率。第一静电屏蔽层2402和第二静电屏蔽层2404可以设置在基板的相对于用于实现电流变化率传感器的线圈的层在外部的层上。
PCB通孔技术可能涉及不同级别的制造复杂性，这会影响在PCB上开发电流测量线圈的成本和复杂性。通孔通孔是延伸穿过整个PCB堆叠的通孔，从一个表面层开始，到另一表面层结束。盲孔从表面层开始，并延伸穿过PCB堆叠的一部分。埋入式通孔不延伸穿过表面层，而是在PCB堆叠的内部层上开始和结束。盲孔和埋孔的制造往往比通孔更复杂，但它们允许设计更高密度的PCB。虽然本文所述的电流测量线圈的所有实施方式都可以使用盲孔或埋入式通孔来制造，但这可能是不希望的，因为这增加了制造复杂性，并且本文所设计的实施方式可以全部使用通孔通孔。
在电路板使用非盲通孔的情况下，例如图24中的通孔通孔2406，当通孔到达电路板的表面时，屏蔽导体材料可能无法覆盖整个外层。因此，屏蔽可以延伸以覆盖屏蔽层的不包括通孔通孔的所有区域。例如，除了围绕每个通孔的蚀刻区域2408之外，基板的外层可以在其整个区域上涂覆导体，从而将内部和外部通孔与屏蔽层隔离。
通孔通孔可以设置有足够的间距，使得可以通过从线圈或基板的最外周向基板的中心溢流来制造屏蔽层。
孔、孔径或路径500、2410可以包括在电流测量线圈的中心的基板上，以允许载流导体位于基板上或穿过电流测量线圈中心的基板。孔的内圆周可以通过电镀路径的内圆周而在电路板的所有层上被静电屏蔽2412。可替换地，多个屏蔽通孔可以位于内圆周周围，在孔和测量导体的内圆周处的通孔之间，延伸穿过电路板的所有层，而不是单个屏蔽。这可以在线圈的内部提供屏蔽。
测量线圈可以在多层PCB的内层上实现，使得外层可以用于允许载流导体的布线。这消除了使用单独的、物理的、基于导线的导体的需要，使得电流测量线圈能够更紧凑地实现。相反，该系统可以简单地包括触点，通过该触点可以连接载流导体。在六层PCB上，电流传感器的四层变化率可以在第二层、第三层、第四层和第五层上实现，并且载流导体的路由设置在第一层和第六层上，在测量线圈的中心具有通孔以连接第一层和第二层上的载流导体。
如果在具有八层或更多层的PCB上实现电流传感器的变化率，则可以在基于PCB的载流导体和测量线圈之间实现屏蔽。例如，电流传感器的四层变化率可以在第三层到第六层上实现，屏蔽可以在第二层和第七层上实现并且携带输入电流的PCB迹线可以在第一层和第八层上实现。
虽然这里只描述了屏蔽和路由载流导体的少数例子，但很明显，在印刷电路板具有6层、8层或更多层的情况下，测量线圈、屏蔽和载流导体连接的多种组合可以在电路板的不同层上实现。
电流传感器的变化率可以实现为使得测量线圈基本上围绕孔或载流导体前进，例如360°，如图5-10所示。然而，电流传感器的变化率也可以使用较短线圈的组合来实现，每个线圈的进展小于360°。例如，第一测量线圈可以实现为两个180°线圈，第二测量线圈可以实施为两个180°线圈。
例如，图25显示了包括180°线圈段的电流传感器的变化率。第一个测量线圈由两个180°测量线圈段和两个180°返回线圈段构成。
第一测量段从节点2502开始，以180°前进到节点2504，节点2504还连接到第一返回段，该第一返回段以180°从节点2504行进到节点2506。第二测量段从节点2508开始，行进180°到节点2510，节点2510还连接到第二返回段，第二返回片段从节点2510行进180°到达节点2512。这样，由第一测量段和第二测量段形成行进360°的第一测量线圈。类似地，由第一返回段和第二返回段形成行进360°的第一返回线圈。
第三测量段从节点2514开始，行进180°到节点2516，节点2516还连接到第三返回段，第三返回片段从节点2516行进180°到达节点2518。第四测量段从节点2520开始，行进180°到节点2522，节点2522还连接到第四返回段，第四返回片段从节点2522行进180°到达节点2524。以这种方式，由第三测量段和第四测量段形成行进360°的第二测量线圈。类似地，由第三返回段和第四返回段形成行进360°的第二返回线圈。
这种布置提供了一种系统，其中第一和第二测量线圈以及返回线圈仍然提供平衡耦合，同时还在测量线圈的顶部留下间隙。这可以允许在多个(例如两个)基板或电路板上提供电流传感器的变化率。
各个测量线圈段可以位于同一印刷电路板上，或者可替换地可以位于单独的电路板上。后者将适用于各种电流传感器的夹持式，或者在由于拆卸限制而不可能使载流导线穿过传感器的Brown现场应用中。
此外，每个测量线圈或返回线圈可以由两个以上的段构成，例如，第一测量线圈可以使用四个测量段来实现，每个段提供90°级数，使用六个测量段来实现，每个段提供60°级数，或者使用八个测量段来实现，每个段提供45°级数。
图25的第一测量线圈和第二测量线圈在结构上是相同的，不同之处在于第二个测量线圈上的层可以相对于第一个测量线圈倒置。换言之，第一测量线圈可以在第一层上开始，而第二测量线圈可以从第二层开始。层反转可以导致期望的信号，即与载流导体的磁耦合，在两个线圈之间具有相反的极性，以及来自外部磁场或静电场的非期望信号，在两线圈之间具有相同的极性。在电路中，非期望信号因此可以被抵消，而期望信号可以相长地相加。
图26显示了图25电路的每个节点如何连接到其他测量电路的一个示例。第一差分放大器2602接收来自节点2502和2514的信号作为输入。节点2506和2518可以连接到公共参考，例如地。第二差分放大器2604接收来自节点2508和2520的信号作为输入。节点2512和2524可以连接到公共参考，例如地。第一差动放大器2602和第二差动放大器2604的输出可以连接到第三差动放大器2606。第三差分放大器2608的输出可以是电流测量信号。
可以通过添加、删除或替换特征的方式对上述实施例进行各种修改，以提供进一步的实施例，其中的任何和所有实施例都旨在被所附权利要求所涵盖。

Claims (20)

1.一种电流变化率传感器，所述电流变化率传感器包括：
基板，所述基板包括第一层和第二层，其中所述基板包括用于至少一个载流导体的路径；
第一多个测量导体，形成在所述基板的第一层上；
第二多个测量导体，形成在所述基板的第二层上；
第一多个通孔，形成在所述基板中，布置成将所述第一多个测量导体的端与所述第二组测量导体的相应端连接，以形成在第一圆周方向上围绕所述路径行进的第一电流测量线圈和在第二圆周方向上围绕所述路径行进的第二电流测量线圈，
其中所述基板的第一层上的每个测量导体在垂直于所述基板表面的径向平面中与所述基板的第二层上的相应测量导体对准。
2.根据权利要求1所述的电流变化率传感器，其中，所述第一测量线圈和所述第二测量线圈交错，使得所述第一测量线圈的第一匝包括位于第一径向平面中的第一多个测量导体的测量导体和第二多个测量导体的测量导体，并且所述第二测量线圈的第一匝包括位于第二径向平面中的第一多个测量导体的测量导体和第二多个测量导体的测量导体。
3.根据任一前述权利要求所述的电流变化率传感器，其中，所述第一圆周方向和所述第二圆周方向是相同的圆周方向。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的电流变化率传感器，其中，所述第一圆周方向和所述第二圆周方向是相反的圆周方向。
5.根据权利要求2所述的电流变化率传感器，所述电流变化率传感器还包括：
第三多个测量导体，形成在所述基板的第一层上；
第四多个测量导体，形成在所述基板的第二层上；和
第二多个通孔；
其中所述第二多个通孔被布置为将所述第三多个测量导体的端与所述第四多个测量导体的相应端连接，以形成第一返回线圈和第二返回线圈，
其中所述第一返回线圈的第一端耦合到所述第一测量线圈的第二端，所述第一返回线圈在与所述第一圆周方向相反的方向上围绕所述路径行进，
其中所述第二返回线圈的第一端耦合到所述第二测量线圈的第二端，所述第一返回线圈在与所述第二圆周方向相反的方向上围绕所述路径行进，并且
其中所述第一测量线圈的第一端适于耦合到测量电路，并且所述第二测量线圈的第一端适于耦合到所述测量电路。
6.根据权利要求5所述的电流变化率传感器，其中，所述第一测量线圈、所述第一返回线圈、所述第二测量线圈和所述第二返回线圈交错，使得：
所述第一返回线圈的第一匝包括位于第三径向平面中的第三多个测量导体的测量导体和第四多个测量导体的测量导体；
所述第二返回线圈的第一匝包括位于第四径向平面中的第三多个测量导体的测量导体和第四多个测量导体的测量导体；和
其中，所述第一径向平面、所述第三径向平面、所述第二径向平面和所述第四径向平面被布置为使得它们在圆周方向上按顺序相邻。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的电流变化率传感器，其中所述第一测量线圈的第一端适于耦合到测量电路，并且所述第二测量线圈的第一端适于耦合到所述测量电路，所述第一测量电路被配置为确定通过被测量的载流导体的电流。
8.根据权利要求7所述的电流变化率传感器，还包括：
第一连接导体，用于将所述第一测量线圈的第一端连接到所述测量电路；和
第二连接导体，用于将所述第二测量线圈的第一端连接到所述测量电路，
其中所述第一连接导体和所述第二连接导体被布置为在所述基板上形成双绞线布置。
9.根据权利要求7所述的电流变化率传感器，其中，所述第一测量线圈和所述第二测量线圈使用所述基板的第一层和测量层耦合到所述测量电路，其中，在所述第一层和所述测量层之间的介电距离小于在所述第一层和第二层之间的介电距离。
10.根据任一前述权利要求所述的电流变化率传感器，其中，所述基板包括多于两层，并且
其中所述基板的第一层和所述基板的第二层是所述基板的内层，使得所述电流测量线圈位于所述基板的内层上，并且
其中，所述基板包括第三层和第四层，所述第三层与第四层位于所述基板的所述第一层和所述第二层的外部，所述第三和第四层包括被配置为减少与所述电流测量线圈的静电耦合的屏蔽。
11.根据任一前述权利要求所述的电流变化率传感器，其中，所述路径是所述基板中的通孔，并且所述通孔被电镀以提供对所述通孔的屏蔽。
12.根据任一前述权利要求所述的电流变化率传感器，其中：
所述第一多个通孔包括在所述第一和第二多个测量导体的测量导体的内端处的第一圆形通孔，其中所述第一圆形通孔中的通孔通过连接第一和第二多个测量导体中的测量导体而交替地用于形成第一和第二测量线圈；
所述第二多个通孔包括在第三多个和第四多个测量导体的测量导体的内端与所述第一圆形通孔同心的第二圆形通孔，其中通过连接所述第三多个测量导体和所述第四多个测量导体的测量导体，交替地使用所述第二圆形通孔的通孔来形成所述第一和第二返回线圈；
其中，所述第一圆形和所述第二圆形是同心圆。
13.根据权利要求1所述的电流变化率传感器，其中，所述电流变化率传感器还包括：
第一补偿导体，耦合到所述第一测量线圈，所述第一补偿导体在与所述第一圆周方向相反的圆周方向上围绕所述路径行进；和
第二补偿导体，耦合到所述第二测量线圈，所述第二补偿导体在与所述第二圆周方向相反的圆周方向上围绕所述路径行进。
14.根据任一前述权利要求所述的电流变化率传感器，其中，所述载流导体设置在所述基板上，在所述基板的外层上布线，然后穿过所述第一电流测量线圈和所述第二电流测量线圈的中心。
15.一种电流变化率传感器，所述电流变化率传感器包括:
基板，所述基板包括第一层、第二层、第三层和第四层，其中所述基板包括用于至少一个载流导体的路径；
第一多个测量导体，形成在所述基板的第一层上；
第二多个测量导体，形成在所述基板的第二层上；
第三多个测量导体，形成在所述基板的第三层上；
第四多个测量导体，形成在所述基板的第四层上；
第一多个通孔，形成在所述基板中，被布置为连接所述第一多个测量导体、所述第二多个测量导体，所述第三多个测量导体和所述第四多个测量导体的相应端部，以形成在第一圆周方向上围绕路径行进的第一电流测量线圈和在第二圆周方向上围绕路径行进的第二电流测量线圈，
其中，所述基板的第一层上的每个测量导体与所述基板的第二层、所述基板的第三层和所述基板的第四层上的相应测量导体对准，使得所述相应测量导体形成基本上垂直于所述基板表面的径向平面。
16.根据权利要求15所述的电流变化率传感器，其中所述第一测量线圈和所述第二测量线圈交错，使得所述第一测量线圈的第一匝包括位于第一径向平面中的所述第一多个测量导体中的测量导体和所述第三多个测量导体中的测量导体，并且所述第二测量线圈的第一匝包括位于所述第一径向平面中的所述第二多个测量导体中的测量导体和所述第四多个测量导体中的测量导体。
17.根据权利要求16所述的电流变化率传感器，所述电流变化率传感器还包括:
第五多个测量导体，形成在所述基板的第一层上；
第六多个测量导体，形成在所述基板的第二层上；
第七多个测量导体，形成在所述基板的第三层上；
第八多个测量导体，形成在所述基板的第四层上；
第二多个通孔，形成在所述基板上，其中所述第二多个通孔被布置为连接所述第五多个测量导体、所述第六多个测量导体、所述第七多个测量导体和所述第八多个测量导体的相应端部，以形成第一返回线圈和第二返回线圈，
其中所述第一返回线圈的第一端耦合到所述第一测量线圈的第二端，所述第一返回线圈在与所述第一圆周方向相反的方向上围绕所述路径行进,
其中所述第二返回线圈的第一端耦合到所述第二测量线圈的第二端，所述第一返回线圈在与所述第二圆周方向相反的方向上围绕所述路径行进，和
其中所述第一测量线圈的第一端适于耦合到测量电路，并且所述第二测量线圈的第一端适于耦合到所述测量电路。
18.根据权利要求17所述的电流变化率传感器，其中，所述第一返回线圈和所述第二返回线圈交错，使得所述第一返回线圈的第一匝包括位于第二径向平面中的所述第五多个测量导体中的测量导体和所述第七多个测量导体中的测量导体，并且第二返回线圈的第一匝包括位于第二径向平面中的第六多个测量导体中的测量导体和第八多个测量导体中的测量导体，以及
其中所述第二径向平面在圆周方向上与所述第一径向平面相邻。
19.根据权利要求15所述的电流变化率传感器，其中所述电流变化率传感器还包括:
第一补偿导体，耦合到所述第一测量线圈，所述第一补偿导体在与所述第一圆周方向相反的圆周方向上围绕所述路径行进；和
第二补偿导体，耦合到所述第二测量线圈，所述第二补偿导体在与所述第二圆周方向相反的圆周方向上围绕所述路径行进。
20.一种电流变化率传感器，所述电流变化率传感器包括:
基板，所述基板包括用于载流导体的路径；
第一测量线圈，形成在所述基板上，被布置为围绕所述基板的第一平面中的路径；
第二测量线圈，形成在所述基板上，被布置为围绕所述基板的第一平面中的路径；
其中所述第一测量线圈与所述第二测量线圈在围绕所述路径的圆周方向上交错。
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