DE102022127985A1

DE102022127985A1 - Vorrichtung und verfahren zum messen eines elektrischen stroms

Info

Publication number: DE102022127985A1
Application number: DE102022127985.5A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2022-10-24
Filing date: 2022-10-24
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2042-10-25
Also published as: CN117929829A; US20240230735A9; DE102022127985B4; US20240133932A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Leiterbahn einer Leiterplatte, die auch eine zweite Leiterbahn aufweist, wobei ein Verhältnis elektrischer Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn bekannt ist. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zum Messen einer ersten elektrischen Spannung über der ersten Leiterbahn aufgrund des ersten elektrischen Stroms durch die erste Leiterbahn, eine Einrichtung zum Injizieren eines bekannten zweiten elektrischen Stroms in die zweite Leiterbahn, eine Einrichtung zum Messen einer zweiten elektrischen Spannung über der zweiten Leiterbahn aufgrund des bekannten zweiten elektrischen Stroms durch die zweite Leiterbahn und eine Einrichtung zum Ermitteln des ersten elektrischen Stroms basierend auf der ersten elektrischen Spannung, der zweiten elektrischen Spannung, dem bekannten zweiten elektrischen Strom und dem bekannten Verhältnis der elektrischen Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Vorrichtungen und Verfahren zum Messen elektrischer Ströme und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren zum Messen elektrischer Ströme in Leiterbahnen einer Leiterplatte.
Hintergrund
Zur Strommessung sind beispielsweise Strommesswiderstände bekannt, die auch als „Shunt“ bezeichnet werden. Ein Shunt wird zur Strommessung in eine Leitung eines zu messenden Stromes eingebaut. Eine am Shunt abfallende kleine Spannung wird gemessen.
Shunts sind zusätzliche Bauteile mit zusätzlichen Kosten, benötigen Platz, Gewicht, zusätzliche Lötstellen, mehr Volumen und zusätzliche Verdrahtung. Shunts leiden außerdem unter Alterung.
Somit besteht ein Bedarf an alternativen bzw. verbesserten Methoden zur Strommessung, insbesondere zur Strommessung in Leiterbahnen einer Leiterplatte.
Zusammenfassung
Diesem Bedarf wird durch Vorrichtungen und Verfahren der unabhängigen Patentansprüche Rechnung getragen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung zum Messen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Leiterbahn einer Leiterplatte vorgeschlagen. Die Leiterplatte weist auch wenigstens eine zweite Leiterbahn auf. Ein Verhältnis elektrischer Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn ist vorbestimmt bzw. bekannt. Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zum Messen einer ersten elektrischen Spannung über der ersten Leiterbahn aufgrund des ersten elektrischen Stroms durch die erste Leiterbahn. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Einrichtung zum Injizieren eines vorbestimmten bzw. bekannten zweiten elektrischen Stroms in die zweite Leiterbahn und eine Einrichtung zum Messen einer zweiten elektrischen Spannung über der zweiten Leiterbahn aufgrund des vorbestimmten bzw. bekannten zweiten elektrischen Stroms durch die zweite Leiterbahn. Die Vorrichtung umfasst auch eine Einrichtung zum Ermitteln des ersten elektrischen Stroms basierend auf der ersten elektrischen Spannung, der zweiten elektrischen Spannung, dem vorbestimmten bzw. bekannten zweiten elektrischen Strom und dem vorbestimmten bzw. bekannten Verhältnis der elektrischen Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn.
Die vorgeschlagene Messvorrichtung leidet nicht bzw. weniger unter einer Alterung der ersten Leiterbahn (Primärleiter).
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen ist die erste Leiterbahn in wenigstens einer Metallschicht der Leiterplatte implementiert. Die zweite Leiterbahn ist vorzugsweise in derselben wenigstens einen Metallschicht der Leiterplatte implementiert. Der Widerstand der zweiten Leiterbahn (Kalibrierungsspur) steht in einem wohldefinierten Verhältnis zum Widerstand der ersten Leiterbahn (Primärleiter). Daher ist es vorzuziehen, beide Leiterbahnen in derselben Metallschicht eines Leiterplattenlaminats zu realisieren. Besteht die erste Leiterbahn aus mehreren Schichten, kann auch die zweite Leiterbahn aus denselben Schichten bestehen. In einfachen Implementierungen verwendet die erste Leiterbahn nur eine Metallschicht. Dann verwendet auch die zweite Leiterbahn diese Metallschicht.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen sind die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn galvanisch voneinander isoliert. Ein Abstand zwischen den beiden Leiterbahnen ist dabei möglichst größer als eine Kriechstrecke.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen ist die Einrichtung zum Ermitteln des ersten elektrischen Stroms ausgebildet, einen zweiten elektrischen Widerstand der zweiten Leiterbahn basierend auf der zweiten elektrischen Spannung und dem vorbestimmten bzw. bekannten zweiten elektrischen Strom zu ermitteln und den ersten elektrischen Strom basierend auf der ersten elektrischen Spannung, dem zweiten elektrischen Widerstand und dem bekannten Verhältnis der elektrischen Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn zu ermitteln. Die vorgeschlagene Messvorrichtung misst also den ersten Strom durch die erste Leiterbahn auf der Leiterplatte bzw. Platine über die erste Spannung entlang der ersten Leiterbahn. Die zweite Leiterbahn (Kalibrierungsspur) ist an die Messvorrichtung angeschlossen und dient als Referenzwiderstand. Die Messvorrichtung speist den bekannten zweiten Strom (Kalibrierstrom) in die zweite Leiterbahn ein und misst die dadurch abfallende zweite Spannung, woraus der zweite Widerstand (Kalibrierwiderstand) der zweiten Leiterbahn ermittelt werden kann. Anschließend kann der erste Strom (Primärstrom) ermittelt werden, indem die erste Spannung durch den Kalibrierwiderstand geteilt und mit einer Skalierungskonstante multipliziert wird, die durch das bekannte Widerstandverhältnis der beiden Leiterbahnen vorgegeben ist.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen ist der zweite elektrische Widerstand der zweiten Leiterbahn größer (z.B. mindestens 10-mal größer, vorzugsweise mindestens 100-mal grö-ßer) als der erste elektrische Widerstand der ersten Leiterbahn. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem ein zweites Verhältnis von Länge (L₂) zu Breite (W₂) der zweiten Leiterbahn größer (z.B. mindestens 10-mal größer, vorzugsweise mindestens 100-mal grö-ßer) ist als ein erstes Verhältnis von Länge (L₁) zu Breite (W₁) der ersten Leiterbahn. Die erste Leiterbahn kann also eine erste Leiterbahnbreite (W₁) und eine erste Leiterbahnlänge (L₁) aufweisen. Die zweite Leiterbahn kann eine zweite Leiterbahnbreite (W₂) und eine zweite Leiterbahnlänge (L₂) aufweisen. Die zweite Leiterbahnbreite (W₂) kann kleiner sein als die erste Leiterbahnbreite (W₁) und die zweite Leiterbahnlänge (L₂) kann größer sein als die erste Leiterbahnlänge (L₁).
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen ist die Einrichtung zum Injizieren ausgebildet, den vorbestimmten bzw. bekannten zweiten elektrischen Strom als Strompulse mit einer vordefinierten Stromstärke und einer vordefinierten Frequenz in die zweite Leiterbahn zu injizieren. Die vordefinierte Frequenz für den zweiten Strom kann beispielsweise hinreichend größer als 1/(thermische Zeitkonstanten des der ersten Leiterbahn) sein, so dass Messfehler infolge von Thermospannungen vermieden werden können. Die vordefinierte Frequenz für den zweiten Strom kann beispielsweise zwischen 1 kHz und 100 kHz liegen, da dies oberhalb der Eckfrequenz des 1/f-Rauschens von integrierten elektronischen Geräten liegt. Der zweite elektrische Strom kann beispielsweise auch abhängig von Umgebungseinflüssen (wie Temperatur, mechanischer Stress, starke Stromstärkenänderung des ersten Stroms) in einem Bereich um die erste und/oder die zweite Leiterbahn injiziert werden. Ändern sich Umgebungseinflüsse nicht oder wenig, kann der zweite elektrische Strom nur gelegentlich injiziert und damit die zweite elektrische Spannung auch nur gelegentlich gemessen werden. Ändern sich Umgebungseinflüsse regelmäßig, kann der zweite elektrische Strom häufiger injiziert und die zweite elektrische Spannung häufiger gemessen werden. Das heißt, eine Injizierrate des zweiten elektrischen Stroms kann abhängig von einer Änderung von Umgebungseinflüssen eingestellt werden. Je stärker die Änderung, desto höher die Injizierrate.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen weist die zweite Leiterbahn einen ersten Leiterbahnabschnitt und einen zweiten Leiterbahnabschnitt auf. Der erste Leiterbahnabschnitt bildet eine (offene) Leiterschleife für einen Stromfluss mit einem ersten Drehsinn. Der zweite Leiterbahnabschnitt bildet eine (offene) Leiterschleife für einen Stromfluss mit einem zweiten Drehsinn entgegengesetzt zum ersten Drehsinn. Die Einrichtung zum Injizieren kann ausgebildet sein, einen (Kalibrier) Strom entsprechend dem zweiten elektrischen Strom (Stromstärke, Frequenz) im ersten Drehsinn in den ersten Leiterbahnabschnitt und einen Strom entsprechend dem zweiten elektrischen Strom (Stromstärke, Frequenz) im zweiten Drehsinn in den zweiten Leiterbahnabschnitt zu injizieren. Dies kann vorteilhaft sein, um Störungen durch elektromagnetische Interferenzen (EMI) zu begegnen.
Zeitlich schwankende Magnetfelder können Störungen in dem/den Leiterbahnabschnitt(en) hervorrufen. Das System kann zwei schleifenförmige Leiterbahnabschnitte verwenden, die so angeordnet und gestaltet sind, dass in beiden Schleifen die gleichen Störungen auftreten. Beide Leiterbahnabschnitte können so verbunden werden, dass sich die Störungen in einer kombinierten Spannung beider Leiterbahnabschnitte aufheben. Eine solche Anordnung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass Kalibrierströme in den Zentren beider Schleifen Magnetfelder in entgegengesetzten Richtungen in den Zentren der beiden Schleifen erzeugen.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen ist die Einrichtung zum Messen der zweiten elektrischen Spannung ausgebildet, die zweite elektrischen Spannung basierend auf einer Kombination jeweiliger Spannungsabfälle über dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt der zweiten Leiterbahn zu ermitteln. Beispielsweise können die Spannungsabfälle über dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt subtrahiert werden, so dass Störungen rausgerechnet werden können. Dazu weisen der erste und der zweite Leiterbahnabschnitt idealerweise jeweils dieselbe EMI-Aufnahme auf. Das bedeutet, dass die Leiterbahnabschnitte so gestaltet sind, dass homogene Störfelder in den beiden Leiterbahnabschnitten gleiche Störsignale induzieren, sodass sie sich herauskürzen bzw. gegenseitig aufheben. Ferner können die Leiterbahnabschnitte so gestaltet sein, dass auch inhomogene Störfelder der ersten Leiterbahn (Primärleiter) gleiche Störsignale in beiden Leiterbahnabschnitten verursachen, sodass sich auch diese herauskürzen.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen sind die Einrichtung zum Messen der ersten elektrischen Spannung, die Einrichtung zum Messen der zweiten elektrischen Spannung und die Einrichtung zum Ermitteln des ersten elektrischen Stroms in einem gemeinsamen oberflächenmontierten Bauelement (SMD-Bauelement) implementiert, das Anschlüsse für die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn aufweist. Bei dem SMD-Bauelement kann es sich beispielsweise um einen Sensor-IC handeln.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen hat das SMD-Bauelement einen ersten und einen zweiten Anschluss zum Messen der ersten elektrischen Spannung über der ersten Leiterbahn, einen dritten und einen vierten Anschluss zum Messen der zweiten elektrischen Spannung über der zweiten Leiterbahn, und einen fünften und sechsten Anschluss zum Injizieren des zweiten elektrischen Stroms in die zweite Leiterbahn. Bei den Anschlüssen des SMD-Bauelements kann es sich beispielsweise um Lötanschlüsse eines Gehäuses des SMD-Bauelements handeln.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen ist die erste Leiterbahn mit dem ersten und zweiten Lötanschluss verbunden. Die zweite Leiterbahn ist mit dem dritten, vierten, fünften und sechsten Lötanschluss verbunden. Die zweite Leiterbahn kann als einteiliger Leiter (ohne Unterbrechung bzw. Verbindungstück aus anderen Elementen als der betreffenden Metalllage) ausgebildet sein und mit vier Kontakten des SMD-Bauelements (Chips) verbunden sein: Beispielsweise zwei äußere Kontakte zum Strom Ein- und Ableiten, sowie zwei dazwischenliegende Kontakte für den Spannungs-Abgriff. Diese Kontakte können Lötpunkte sein, ggf. in Serie mit Bonddrähten, oder auch Lands oder Balls oder Bumps in moderneren Package-Technologien.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen ist das bekannte Verhältnis der elektrischen Widerstände der ersten und zweiten Leiterbahn in einem (Halbleiter-)Speicher des oberflächenmontierten Bauelements gespeichert, so dass damit der erste elektrische Strom ermittelt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Leiterplatte vorgeschlagen. Die Leiterplatte umfasst eine erste Leiterbahn (Primärleiter) mit einem ersten elektrischen Widerstand und eine zweite Leiterbahn (Kalibrierungsspur) mit einem zweiten elektrischen Widerstand. Der erste elektrische Widerstand und der zweite elektrische Widerstand stehen dabei in einem vordefinierten bzw. bekanntem Verhältnis zueinander. Das Widerstandverhältnis kann beispielweise in einer Vorrichtung zum Messen eines ersten elektrischen Stroms durch die erste Leiterbahn gespeichert werden.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen der Leiterplatte ist die erste Leiterbahn (Primärleiter) in wenigstens einer Metallschicht der Leiterplatte implementiert. Die zweite Leiterbahn (Kalibrierungsspur) ist dann in derselben wenigstens einen Metallschicht der Leiterplatte implementiert. Damit kann erreicht werden, dass der Widerstand der Kalibrierungsspur ein genau definiertes Verhältnis zum Widerstand des Primärleiters hat.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen der Leiterplatte sind die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn galvanisch voneinander isoliert. Dies kann beispielsweise durch einen Mindestabstand zwischen den Leiterbahnen entsprechend einer Kriechstrecke erreicht werden.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen der Leiterplatte ist der zweite elektrische Widerstand der zweiten Leiterbahn größer (z.B. mindestens 10-mal größer, vorzugsweise mindestens 100-mal größer) als der erste elektrische Widerstand der ersten Leiterbahn. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem ein zweites Verhältnis von Länge (L₂) zu Breite (W₂) der zweiten Leiterbahn größer (z.B. mindestens 10-mal größer, vorzugsweise mindestens 100-mal größer) ist als ein erstes Verhältnis von Länge (L₁) zu Breite (W₁) der ersten Leiterbahn. Die erste Leiterbahn kann also eine erste Leiterbahnbreite (W₁) und eine erste Leiterbahnlänge (L₁) aufweisen. Die zweite Leiterbahn kann eine zweite Leiterbahnbreite (W₂) und eine zweite Leiterbahnlänge (L₂) aufweisen. Die zweite Leiterbahnbreite (W₂) kann kleiner sein als die erste Leiterbahnbreite (W₁) und die zweite Leiterbahnlänge (L₂) kann größer sein als die erste Leiterbahnlänge (L₁).
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen bildet die zweite Leiterbahn wenigstens eine (offene) Leiterschleife.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen der Leiterplatte weist die zweite Leiterbahn einen ersten Leiterbahnabschnitt und einen zweiten Leiterbahnabschnitt auf. Der erste Leiterbahnabschnitt bildet eine (offene) Leiterschleife mit einem ersten Drehsinn. Der zweite Leiterbahnabschnitt bildet eine (offene) Leiterschleife mit einem zweiten Drehsinn entgegengesetzt zum ersten Drehsinn. Die Einrichtung zum Injizieren kann ausgebildet sein, einen Strom entsprechend dem zweiten elektrischen Strom (Stromstärke, Frequenz) im ersten Drehsinn in den ersten Leiterbahnabschnitt und einen Strom entsprechend dem zweiten elektrischen Strom (Stromstärke, Frequenz) im zweiten Drehsinn in den zweiten Leiterbahnabschnitt zu injizieren. Dies kann vorteilhaft sein, um Störungen durch elektromagnetische Interferenzen (EMI) zu begegnen.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen der Leiterplatte weisen der erste und der zweite Leiterbahnabschnitt jeweils dieselbe EMI-Aufnahme auf.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Leiterplatte ferner ein oberflächenmontiertes Bauelement (SMD-Bauelement) mit Kontaktierungen zur ersten und zweiten Leiterbahn, wobei das oberflächenmontierte Bauelement ausgebildet ist zum Messen eines ersten Spannungsabfalls über der ersten Leiterbahn aufgrund eines ersten elektrischen Stroms durch die erste Leiterbahn, Injizieren eines bekannten zweiten elektrischen Stroms in die zweite Leiterbahn, Messen eines zweiten Spannungsabfalls über der zweiten Leiterbahn aufgrund des zweiten elektrischen Stroms durch die zweite Leiterbahn und Ermitteln des ersten elektrischen Stroms basierend auf dem ersten Spannungsabfall, dem zweiten Spannungsabfall, dem zweiten elektrischen Strom und dem bekannten Verhältnis der elektrischen Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Messen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Leiterbahn einer Leiterplatte vorgeschlagen, die auch eine zweite Leiterbahn aufweist, wobei ein Verhältnis elektrischer Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn bekannt bzw. vordefiniert ist. Das Verfahren umfasst ein Messen einer ersten elektrischen Spannung über der ersten Leiterbahn aufgrund des ersten elektrischen Stroms durch die erste Leiterbahn, ein Injizieren eines bekannten zweiten elektrischen Stroms in die zweite Leiterbahn, ein Messen einer zweiten elektrischen Spannung über der zweiten Leiterbahn aufgrund des zweiten elektrischen Stroms durch die zweite Leiterbahn und ein Ermitteln des ersten elektrischen Stroms basierend auf der ersten elektrischen Spannung, der zweiten elektrischen Spannung, dem zweiten elektrischen Strom und dem bekannten Verhältnis der elektrischen Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn.
Figurenkurzbeschreibung
Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Messen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Leiterbahn einer Leiterplatte;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Messen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Leiterbahn einer Leiterplatte; und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Messen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Leiterbahn einer Leiterplatte;
4A ein Prinzip von zwei in Serie geschalteten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitten;
4B ein beispielhaftes Schaltungslayout mit zwei in Serie geschalteten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitten;
5A ein Prinzip von zwei parallel geschalteten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitten; und
5B ein beispielhaftes Schaltungslayout mit zwei parallel geschalteten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitten.

Beschreibung
Einige Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Weitere mögliche Beispiele sind jedoch nicht auf die Merkmale dieser detailliert beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Diese können Modifikationen der Merkmale sowie Entsprechungen und Alternativen zu den Merkmalen aufweisen. Ferner soll die Terminologie, die hierin zum Beschreiben bestimmter Beispiele verwendet wird, nicht einschränkend für weitere mögliche Beispiele sein.
Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente beziehungsweise Merkmale, die jeweils identisch oder auch in abgewandelter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. In den Figuren können ferner die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B, sofern nicht im Einzelfall ausdrücklich anders definiert. Als alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen kann „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“ verwendet werden. Das gilt Äquivalent für Kombinationen von mehr als zwei Elementen.
Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch mehrere Elemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion im Folgenden als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei deren Gebrauch das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben beschreiben, dabei aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/einer Gruppe derselben ausschließen.
1 zeigt schematisch eine Leiterplatte bzw. Platine 100 mit einer ersten Leiterbahn 110 (Primärleiterbahn) und einer zweiten Leiterbahn 120 (Kalibrierleiterbahn). Die beiden Leiterbahnen 110, 120 sind voneinander getrennt, d.h. galvanisch voneinander isoliert ausgebildet. Beide Leiterbahnen 110, 120 können beispielsweise aus Kupfer hergestellt sein. Im dargestellten Beispiel knickt die erste Leiterbahn 110 in einem rechten Winkel ab. Die zweite Leiterbahn 120 ist im Knick der ersten Leiterbahn 110 als offene Leiterschleife mit zwei voneinander getrennten Leiterenden ausgebildet. Dem Fachmann wird allerdings einleuchten, dass zahlreiche unterschiedliche Geometrien der beiden Leiterbahnen 110, 120 möglich sind und vom Leiterplattenlayout abhängen.
Die erste Leiterbahn 110 hat einen unbekannten ersten elektrischen Widerstand R1. Die zweite Leiterbahn 120 hat einen unbekannten zweiten elektrischen Widerstand R2. Jedoch ist ein Verhältnis R1/R2 der elektrischen Widerstände der ersten Leiterbahn 110 und der zweiten Leiterbahn 120 layoutbedingt bekannt bzw. vordefiniert. Dies kann beispielsweise durch definierte Geometrien der ersten Leiterbahn 110 und der zweiten Leiterbahn 120 erreicht werden. Beispielsweise kann ein Verhältnis von Länge (L₂) zu Breite (W₂) der zweiten Leiterbahn 120 größer (z.B. mindestens 10-mal größer, vorzugsweise mindestens 100-mal größer) sein als ein Verhältnis von Länge (L₁) zu Breite (W₁) der ersten Leiterbahn 110. Die erste Leiterbahn 110 kann also eine erste Leiterbahnbreite (W₁) und eine erste Leiterbahnlänge (L₁) aufweisen. Die zweite Leiterbahn 120 kann eine zweite Leiterbahnbreite (W₂) und eine zweite Leiterbahnlänge (L₂) aufweisen. Die zweite Leiterbahnbreite (W₂) kann kleiner sein als die erste Leiterbahnbreite (W₁) und die zweite Leiterbahnlänge (L₂) kann größer sein als die erste Leiterbahnlänge (L₁). Dadurch kann ein vordefiniertes Widerstandsverhältnis R1/R2 erreicht werden, obwohl die elektrischen Widerstände R1, R2 der Leiterbahnen 110, 120 selbst nicht bekannt sind. Besonders vorteilhaft kann es sein, die beiden Leiterbahnen 110, 120 in derselben Metallschicht bzw. in denselben Metallschichten der Leiterplatte 100 zu implementieren. Eine Squareanzahl der zweiten Leiterbahn 120 kann (beispielsweise mindestens 10 mal) größer als die Squareanzahl der ersten Leiterbahn 110 sein. Als Squareanzahl bezeichnet man das Verhältnis aus dem Widerstand der jeweiligen Leiterbahn durch den Schichtwiderstand. Der Schichtwiderstand ist das Verhältnis aus spezifischem Widerstand durch Dicke. Falls die Leiterbahnen lange, gerade Streifen sind, entspricht die Squareanzahl dem Aspekt-Ratio L/W.
Beispielsweise kann der erste Widerstand R1 als Parallelschaltung von Leiterbahnen in Metalllagen 1 und 2 realisiert werden, jedoch der zweite Widerstand R2 als Serienschaltung der Metalllagen 1 und 2. Dadurch kann das Widerstandsverhältnis R2/R1 um einen weiteren Faktor 4 erhöht werden (wenn alle Metalllagen gleich dick sind). Bei je 3 Metalllagen kann das Widerstandsverhältnis sogar um einen Faktor 9 erhöht werden. Außerdem wird die erste Leiterbahn bzw. der Primärleiter 110 immer niederohmiger mit der Anzahl der Metalllagen, was oft erwünscht ist.
Das bekannte Widerstandsverhältnis R1/R2 kann zur Ermittlung eines ersten elektrischen Stroms Isense durch die erste Leiterbahn (Primärleiterbahn) 110 genutzt werden.
Die erste Leiterbahn 110 weist dazu an einem ersten Leitungsende eine erste Anschlussleitung 111 (Vsense+) und an einem zweiten Leitungsende eine zweite Anschlussleitung 112 (Vsense-) auf. Die Länge (L₁) der ersten Leiterbahn 110 kann sich also durch eine Strecke der ersten Leiterbahn 110 zwischen den beiden Anschlussleitungen 111, 112 ergeben. Die Anschlussleitungen 111, 112 der ersten Leiterbahn 110 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel auf entsprechende Lötanschlüsse 131, 132 eines Sensor-ICs 130 geführt. Der Sensor-IC 130 umfasst einen ersten integrierten Schaltungsteil (nicht gezeigt) zum Messen einer ersten elektrischen Spannung (Vsense) über der ersten Leiterbahn 110 bzw. zwischen den Anschlussleitungen 111, 112 aufgrund des (unbekannten) ersten elektrischen Stroms Isense durch die erste Leiterbahn 110. Die Anschlussleitungen 111, 112 zum Messen der ersten elektrischen Spannung (Vsense) brauchen nicht notwendigerweise aus mehreren Metalllagen bestehen (deren Widerstand ist unerheblich).
Die zweite Leiterbahn (Kalibrierleiterbahn) 120 weist an einem ersten Leitungsende eine erste Anschlussklemme 121 (Vcal+) und an einem zweiten Leitungsende eine zweite Anschlussklemme 122 (Vcal-) auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anschlüsse 112 (Vsense-) und 122 (Vcal-) miteinander kurzgeschlossen und beide mit dem Lötanschluss 132 des Sensor-ICs 130 gekoppelt. Der Lötanschluss 132 ist mit der ersten und der zweiten Leiterbahn 110, 120 verbunden. Die erste Anschlussklemme 121 (Vcal+) der zweiten Leiterbahn 120 ist mit einem Lötanschluss 133 des Sensor-ICs 130 gekoppelt. Die zweite Leiterbahn 120 weist an ihrem ersten Leitungsende ferner eine dritte Anschlussklemme 123 (Ical+) und an ihrem zweiten Leitungsende eine vierte Anschlussklemme 124 (Ical-) auf. Die Anschlussklemmen 123, 124 der zweiten Leiterbahn 120 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mit entsprechenden Lötanschlüssen 134, 135 des Sensor-ICs 130 verbunden. Die Länge (L₂) der zweiten Leiterbahn 120 kann sich also durch die Strecke zwischen den beiden Anschlussklemmen 121, 122 ergeben.
Der Sensor-IC 130 umfasst einen zweiten integrierten Schaltungsteil (nicht gezeigt) zum Injizieren eines vordefinierten bzw. bekannten zweiten elektrischen Stroms Ical in die zweite Leiterbahn 120. Dazu kann der zweite Schaltungsteil des Sensor-ICs 130 beispielsweise eine Stromquelle aufweisen, die ausgebildet ist, den vordefinierten bzw. bekannten zweiten elektrischen Strom (Ical) zu erzeugen. Die Stromquelle kann dazu beispielsweise eine Bandgap-Schaltung aufweisen, um den bekannten zweiten elektrischen Strom als Referenzstrom zu erzeugen. Der zweite elektrische Strom Ical (Kalibrierstrom) kann dann über die beiden an unterschiedlichen Enden der zweiten Leiterbahn 120 befindlichen Anschlussklemmen 123, 124 in die zweite Leiterbahn 120 eingespeist werden. Ein daraus resultierender Spannungsabfall einer zweiten elektrischen Spannung (Vcal) über der zweiten Leiterbahn 120 kann zwischen den Anschlussklemmen 121, 122 vom Sensor-IC 130 gemessen werden. Dazu kann der Sensor-IC 130 einen dritten integrierten Schaltungsteil (nicht gezeigt) umfassen, der ausgebildet ist, die zweite elektrischen Spannung (Vcal) über der zweiten Leiterbahn 120 aufgrund des zweiten elektrischen Stroms (Ical) durch die zweite Leiterbahn 120 zu messen. Aus der zweiten elektrischen Spannung (Vcal) und dem zweiten elektrischen Strom (Ical) kann der zweite elektrische Widerstand R2 der zweiten Leiterbahn 120 gemäß R2 = Vcal/Ical ermittelt werden.
Ein weiterer integrierter Schaltungsteil (nicht gezeigt) des Sensor-ICs 130 kann ausgebildet sein, den ersten elektrischen Strom (Isense) basierend auf der gemessenen ersten elektrischen Spannung (Vsense), der gemessenen zweiten elektrischen Spannung (Vcal), dem vordefinierten zweiten elektrischen Strom (Ical) und dem bekannten Verhältnis RAT = R1/R2 der elektrischen Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn 110, 120 zu ermitteln. Dabei kann der erste elektrische Strom (Isense) basierend auf der gemessenen ersten elektrischen Spannung (Vsense), der gemessenen zweiten elektrischen Spannung (Vcal), dem vordefinierten zweiten elektrischen Strom (Ical) und dem bekannten Verhältnis RAT = R1/R2 berechnet werden. Beispielsweise kann der zweite elektrische Widerstand R2 der zweiten Leiterbahn 120 basierend auf der gemessenen zweiten elektrischen Spannung (Vcal) und dem bekannten zweiten elektrischen Strom (Ical) gemäß R2 = Vcal/Ical berechnet werden. Der erste elektrische Strom (Isense) kann dann basierend auf der gemessenen ersten elektrischen Spannung (Vcal), dem zweiten elektrischen Widerstand (R2) und dem bekannten Verhältnis RAT = R1/R2 gemäß Isense = Vsense/R1 = Vsense/(Vcal/Ical*RAT) bzw. Isense = Vsense/(R2*RAT) berechnet werden. Der so ermittelte erste elektrische Strom (Isense) durch die Primärleiterbahn 110 kann dann beispielsweise über I/O-Anschlüsse 136 des Sensor-ICs 130 ausgegeben werden. Versorgt werden kann der Sensor-IC 130 über Versorgungsanschlüsse 137.
Die beispielhafte Vorrichtung (Sensor-IC) 130 zum Messen des ersten elektrischen Stroms Isense ist in einem SMD-Gehäuse mit 10 Anschlüssen untergebracht. Die linken fünf Klemmen 131-135 können für die Messung verwendet werden: Der Spannungsabfall auf der Primärleiterbahn 110 kann zwischen den Anschlussleitungen 111, 112 bzw. Klemmen 131 (Vsense+) und 132 (Vsense-) gemessen werden. Die lange und schmale Kalibrierleiterbahn 120 kann zwischen den Klemmen 123 (Ical+) und 124 (Ical-) angeschlossen werden, wo der vordefinierte Kalibrierstrom Ical eingespeist werden kann. Der Spannungsabfall auf dieser Kalibrierleiterbahn 120 kann zwischen den Klemmen 121 (Vcal+) und 122 (Vcal)- gemessen werden. Vcal- und Vsense- können identisch sein (siehe 1).
Der Sensor-IC 130 ist also ausgebildet folgendes Verfahren durchzuführen:

• Messen einer ersten elektrischen Spannung Vsense über der Primärleiterbahn 110 aufgrund des zu messenden ersten elektrischen Stroms Isense durch die Primärleiterbahn 110
• Injizieren des bekannten Kalibrierstroms Ical in die Kalibrierleiterbahn 120
• Messen einer zweiten elektrischen Spannung Vcal über der Kalibrierleiterbahn 120 aufgrund des bekannten Kalibrierstroms Ical durch die Kalibrierleiterbahn 120, und
• Ermitteln des ersten elektrischen Stroms Isense basierend auf der ersten elektrischen Spannung Vsense, der zweiten elektrischen Spannung Vcal, dem Kalibrierstrom Ical und dem bekannten Verhältnis RAT der elektrischen Widerstände R1 und R2.

Es sei erwähnt, dass die einzelnen Schritte dieses Verfahrens nicht zeitlich gestaffelt erfolgen brauchen, sondern gegebenenfalls komplett entkoppelt sein können: es kann beispielsweise zwei Subsysteme geben, die asynchron zueinander arbeiten, von denen eines den Spannungsabfall am Primärleiter 110 misst und ein anderes den Spannungsabfall am Kalibrierleiter 120.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der die Klemmen 122 (Vcal-) und 112 (Vsense-) auf unterschiedliche Lötanschlüsse 132 und 131- des Sensor-ICs 130 geführt werden. Dies erhöht dann eine Anzahl von Lötanschlüssen des Sensor-ICs 130. 2 zeigt beispielshaft einen Sensor-IC 130 mit zwölf Lötanschlüssen. Das Ergebnis des gemessenen Stroms kann über die Signal-PO-Leitungen 136 auf der rechten Seite des Gehäuses des Sensor-ICs 130 ausgegeben werden.
Die in 1 und 2 gezeigten Anordnungen eignen sich für Stromsensoren ohne galvanische Trennung zwischen Primärstrom- und Sensorkreis (Versorgungs- und E/A-Anschlüsse).
Wichtig ist, dass der Widerstand R2 der Kalibrierleiterbahn 120 in einem wohldefinierten Verhältnis RAT zum Widerstand R1 der Primärleiterbahn 110 zwischen den Vsense-Anschlüssen 111, 112 steht (R1 = RAT*R2). Daher ist es vorzuziehen, beide Leiterbahnen 110, 120 in derselben Metallschicht des Leiterplattenlaminats zu realisieren. Besteht die Primärleiterbahn 110 aus mehreren Metallschichten, sollte auch die Kalibrierleiterbahn 120 aus denselben Metallschichten bestehen. In einfachen Fällen verwendet die Primärleiterbahn 110 nur eine Leistungsmetallschicht (dicker als andere). Dann verwendet auch die Kalibrierleiterbahn 120 diese Leistungsmetallschicht. Außerdem sollte die Breite (W₂) der Kalibrierleiterbahn 120 nicht zu klein sein, um nicht zu große Prozesstoleranzen (Ätztoleranzen) zu provozieren.
Die Kalibrierleiterbahn 120 kann eine Leiterschleife von Klemme 123 (Ical+) zu Klemme 124 (Ical-) öffnen, die elektromagnetische Störungen (z.B. durch steile Impulse des Primärstroms Isense) aufnehmen kann. In der in 3 gezeigten Ausführungsform verwendet die Messschaltung eine Kalibrierleiterbahn 120 mit zwei schleifenförmigen Leiterbahnabschnitten 120-1, 120-2 (Kalibrierungsspuren), in die zwei vordefinierte Kalibrierströme Ical1, Ical2 gleicher Stärke aber entgegengesetzter Polarität eingespeist werden. Die Kalibrierleiterbahn 120 weist hier also einen ersten Leiterbahnabschnitt 120-1 und einen zweiten Leiterbahnabschnitt 120-2 auf. Der erste Kalibrierleiterbahnabschnitt 120-1 bildet eine (offene) Leiterschleife mit einem ersten Drehsinn (z.B. im Uhrzeigersinn) und der zweite Kalibrierleiterbahnabschnitt 120-2 bildet eine (offene) Leiterschleife mit einem zweiten Drehsinn entgegengesetzt zum ersten Drehsinn (z.B. gegen den Uhrzeigersinn). Der Sensor-IC 130 ist ausgebildet, einen ersten vordefinierten Kalibrierstrom Ical1 im ersten Drehsinn in den ersten Leiterbahnabschnitt 120-1 und einen zweiten vordefinierten Kalibrierstrom Ical2 im zweiten Drehsinn in den zweiten Leiterbahnabschnitt 120-2 zu injizieren. Die beiden Kalibrierströme Ical1 und Ical2 können gleiche Stromstärke aufweisen. Das resultiert in einem ersten Spannungsabfall Vcal1 über dem ersten Kalibrierleiterbahnabschnitt 120-1 und in einem zweiten Spannungsabfall Vcal2 über dem zweiten Kalibrierleiterbahnabschnitt 120-2. Der Sensor-IC 130 kann nun die Kalibrierspannung Vcal basierend auf einer Kombination der Kalibrierspannungsabfälle Vcal1 und Vcal2 über dem ersten und dem zweiten Kalibrierleiterbahnabschnitt 120-1, 120-2 ermitteln. Beispielsweise kann der Sensor-IC 130 eine Differenz der Kalibrierspannungsabfälle Vcal1 und Vcal2 bilden. Sind die beiden Kalibrierleiterbahnabschnitte 120-1, 120-2 so verlegt, dass die jeweilige EMI-Aufnahme gleich ist (identische Schleifenbereiche und gleicher Abstand zur Primärleiterbahn 110), heben sich Störungen bei der Subtraktion der Kalibrierspannungsabfälle Vcal1 und Vcal2 auf.
3 zeigt ein Messsystem, das einen positiven Kalibrierstrom in Anschluss Ical1+ des ersten Kalibrierleiterbahnabschnitts 120-1 einspeist. Der erste Kalibrierstrom Ical1+ fließt im gezeigten Beispiel im Uhrzeigersinn durch den oberen ersten Kalibrierleiterbahnabschnitt 120-1 zu Anschluss Ical-. Das System injiziert auch einen positiven Kalibrierstrom in Anschluss Ical2+ des zweiten Kalibrierleiterbahnabschnitts 120-2. Der zweite Kalibrierstrom Ical2+ fließt im gezeigten Beispiel entgegen dem Uhrzeigersinn durch den unteren zweiten Kalibrierleiterbahnabschnitt 120-2 zu Anschluss Ical-. Das System misst die Spannungen (Vcal1+) - (Vcal-) und (Vcal2+) - (Vcal-) und addiert sie. Angenommen, ein homogenes transientes Magnetfeld wirkt senkrecht zur Zeichenebene. Es induziert eine Störspannung zwischen den Klemmen (Vcal1+) - (Vcal-) und auch eine Störspannung zwischen den Klemmen (Vcal2+) - (Vcal-). Beide Störspannungen heben sich jedoch auf, da ihre Richtungen entgegengesetzt sind (im und gegen den Uhrzeigersinn). Es bleibt also nur die durch die Kalibrierströme Ical1+ und Ical2+ verursachte Spannung übrig und die Kalibrierung ist robust gegen elektromagnetische Störfelder.
Wenn die Schleifenflächen der beiden schleifenförmigen Kalibrierleiterbahnabschnitte 120-1, 120-2 identisch sind, heben sie homogene magnetische Störungen perfekt auf. Andererseits entsteht ein magnetisches Störfeld auch durch den Primärstrom Isense, der durch die Primärleiterbahn 110 fließt. Diese Störung ist inhomogen. Die schleifenförmigen Kalibrierleiterbahnabschnitte 120-1, 120-2 können so angeordnet werden, dass sich auch dieses inhomogene Störfeld des Primärstroms Isense aufhebt. Bei komplizierten Formen der Primärleiterbahn 110 kann dies beispielsweise durch numerische Simulation erreicht werden.
Es sind unterschiedliche Implementierungen für die beiden schleifenförmigen Leiterbahnabschnitte 120-1, 120-2 möglich. Die 4A, 4B zeigen eine Implementierung mit zwischen die Kalibrierstromanschlüsse 134 und 135 in Serie geschalteten Leiterbahnabschnitten 120-1, 120-2. Die 5A, 5B zeigen eine Implementierung mit zwischen die Kalibrierstromanschlüsse 134 und 135 parallel geschalteten Leiterbahnabschnitten 120-1, 120-2.
Die Prinzip-Schaltung der 4A zeigt einen ersten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitt 120-1, dessen erster Anschluss mit einem ersten Kalibrierstromanschluss 134 des Sensor-ICs 130 gekoppelt ist. Ein zweiter Anschluss des ersten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitts 120-1 ist mit einem ersten Anschluss eines zweiten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitts 120-1 gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des zweiten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitts 120-2 ist mit einem zweiten Kalibrierstromanschluss 135 des Sensor-ICs 130 gekoppelt. Die beiden schleifenförmigen Leiterbahnabschnitte 120-1, 120-2 sind somit zwischen die Kalibrierstromanschlüsse 134, 135 in Reihe geschaltet. Der Kalibrierstrom Ical durchfließt den ersten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitt 120-1 im Uhrzeigersinn, den zweiten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitt 120-2 entgegen dem Uhrzeigersinn. Dadurch heben sich Störsignale, die durch homogene Störfelder (z.B. Erdmagnetfeld) und/oder durch inhomogene Störfelder (z.B. magnetische Interferenz von Primärleiterbahn 110) in den Leiterbahnabschnitten 120-1, 120-2 induziert werden, auf.
Die 4B zeigt dazu ein Schaltungslayout, bei dem sich Lötanschlüsse Ical+, Vcal+ auf der linken Seite des Sensor-ICs 130 befinden und Lötanschlüsse Ical-, Vcal- auf dessen rechter Seite. Die Lötanschlüsse Ical+, Vcal+ und die Lötanschlüsse Ical-, Vcal- befinden sich an unterschiedlichen Enden der Kalibrierleiterbahn 120. Die Kalibrierleiterbahn 120 erstreckt sich mit dem ersten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitt 120-1 von den Lötanschlüssen Ical+, Vcal+ im Uhrzeigersinn gekrümmt in Richtung Sensor-IC 130 und von dort weiter mit dem zweiten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitt 120-2 entgegen dem Uhrzeigersinn gekrümmt zu den Anschlüssen Ical-, Vcal-.
Die Prinzip-Schaltung der 5A zeigt einen ersten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitt 120-1, der mit dessen ersten Anschluss mit einem ersten Kalibrierstromanschluss 134 (I-cal+) des Sensor-ICs 130 gekoppelt ist. Ein zweiter Anschluss des ersten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitts 120-1 ist mit einem zweiten Kalibrierstromanschluss 135 (Ical-) des Sensor-ICs 130 gekoppelt. Die Prinzip-Schaltung der 5A zeigt ferner einen zweiten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitt 120-2, der mit dessen ersten Anschluss mit dem ersten Kalibrierstromanschluss 134 (Ical+) des Sensor-ICs 130 gekoppelt ist. Ein zweiter Anschluss des zweiten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitts 120-2 ist mit dem zweiten Kalibrierstromanschluss 135 (Ical-) des Sensor-ICs 130 gekoppelt. Die beiden schleifenförmigen Leiterbahnabschnitte 120-1, 120-2 sind somit zwischen die Kalibrierstromanschlüsse 134, 135 parallel geschaltet. Der Kalibrierstrom Ical durchfließt den ersten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitt 120-1 im Uhrzeigersinn, den zweiten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitt 120-2 entgegen dem Uhrzeigersinn. Dadurch heben sich Störsignale, die durch homogene Störfelder (z.B. Erdmagnetfeld) und/oder durch inhomogene Störfelder (z.B. magnetische Interferenz von Primärleiterbahn 110) in den Leiterbahnabschnitten 120-1, 120-2 induziert werden, auf.
Die 5B zeigt dazu ein Schaltungslayout, bei dem sich Lötanschlüsse Ical+, Vcal+ auf der linken Seite des Sensor-ICs 130 befinden und Lötanschlüsse Ical-, Vcal- auf dessen rechter Seite. Die Kalibrierleiterbahn 120 erstreckt sich mit dem ersten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitt 120-1 von den Lötanschlüssen Ical+, Vcal+ im Uhrzeigersinn gekrümmt zu den Lötanschlüssen Ical-, Vcal. Ferner erstreckt sich die Kalibrierleiterbahn 120 mit dem zweiten schleifenförmigen Leiterbahnabschnitt 120-2 von den Lötanschlüssen I-cal+, Vcal+ entgegen dem Uhrzeigersinn gekrümmt zu den Lötanschlüssen Ical-, Vcal.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Sensor-IC 130 mehrere Primärströme in mehreren Primärleiterbahnen messen. Das heißt, die Leiterplatte 100 kann also auch mehrere erste Primärleiterbahnen 110-1, 110-2, ... aufweisen. Dies kann besonders wirtschaftlich sein, da nur eine Kalibrierleiterbahn 120 (oder zwei EMI-kompensierte Kalibrierleiterbahnabschnitte 120-1, 120-2) benötigt wird, unabhängig von der Anzahl der zu messenden Primärströme Isense1, Isense2, .... Daher kann es in diesen Situationen vorteilhaft sein, dass der Sensor-IC 130 mindestens einen Ausgangsanschluss hat, an dem er Kalibrierinformationen bereitstellt, und mindestens einen Eingangsanschluss, an dem er Kalibrierinformationen empfängt. Außerdem sollte es möglich sein, die Kalibrierstromeinspeisung in die Kalibrierleiterbahn 120 und die entsprechende Aufbereitung und Extraktion der Kalibrierinformationen zu deaktivieren. Dann kann beispielsweise eine Gruppe von N Sensor-ICs 130 zusammenarbeiten: nur ein Sensor-IC 130 hat die Kalibrierstromeinspeisung aktiviert. Es misst den Widerstand R2 der Kalibrierleiterbahn 120 und gibt das Ergebnis an alle anderen Sensor-ICs 130 weiter. Alle anderen Sensor-ICs 130 können die Kalibrierstromeinspeisung deaktivieren, was Strom sparen kann. Jeder Sensor-IC 130-n misst den Spannungsabfall Vsense-n entlang seiner eigenen Primärleiterbahn 110-n und berechnet den Primärstrom Isense-n unter Verwendung desselben Kalibriersignals (Widerstand R2 der Kalibrierungsspur 120).
Es kann vorteilhaft sein, die Anschlussklemmen Vsense+, Vsense- so nahe zueinander wie möglich zu platzieren, um eine gleichmäßige Temperatur zu erreichen und Thermospannungen zu vermeiden, die einen Nullpunktsfehler (Offset) des Stromsensors 130 verursachen. Die Lötanschlüsse 131, 135 für Vsense+, Vsense- können also beispielsweise benachbart zueinander am IC-Gehäuse angeordnet werden.
Der bekannte Kalibrierstrom Ical kann in der Größenordnung von einigen Milliampere liegen (um eine Sensorleistungsaufnahme in akzeptablen Grenzen zu halten). Der bekannte Kalibrierstrom kann ein Gleichstrom (DC-Strom) sein, aber vorzugsweise ist es ein Wechselstrom (AC-Strom), da eine Wechselstromtechnik nicht durch Nullpunktfehler (Offset) signalverarbeitender Teile des Schaltkreises beeinträchtigt und auch nicht durch Thermospannungen beeinträchtigt wird. Eine Wechselstromfrequenz sollte nicht zu hoch sein (< 1MHz), da sonst der Spannungsabfall auf den Kalibrierleiterbahnen 120, 120-1, 120-2 einen nicht zu vernachlässigenden induktiven Anteil hat, der von der Geometrie der Kalibrierleiterbahn abhängt und einen Fehler in der Strommessung ergibt. Eine optimale Frequenz für den Kalibrierstrom Ical liegt zwischen 1kHz und 100kHz, da diese oberhalb der Eckfrequenz des 1/f-Rauschens von integrierten elektronischen Geräten liegt. Die Kalibrierfrequenz sollte nicht mit starken Spektralkomponenten im Primärstrom Isense zusammenfallen (denn dann könnte der Primärstrom Isense durch Übersprechen mit dem Kalibrierstrom Ical interferieren).
Da der Kalibrierstrom Ical viel kleiner ist als der Primärstrom Isense, ist auch der Kalibrierspannungsabfall Vcal in der Regel kleiner. Um eine gute Genauigkeit zu erreichen, kann die Schaltung das SNR (Signal-Rausch-Verhältnis) der Kalibriermessung erhöhen, indem Lockin-Techniken (= frequenz- und phasenselektive Techniken) bei der Erfassung der Kalibrierspannung eingesetzt werden. Daher kann die Bandbreite der Kalibriermessung auf unter 100 Hz, vorzugsweise 10 Hz, 1Hz oder 0,1 Hz, reduziert werden. Mit anderen Worten, eine Wechselspannung zwischen den Anschlussklemmen Vcal+, Vcal- kann mit Zeitkonstanten zwischen 10 ms und 10 s integriert werden. Wenn sich eine Temperatur der Primärspur 110 schneller ändert als eine Temperatur der Kalibrierspur 120, kann eine langsame Kalibriermessung zu einem dynamischen Fehler führen. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung einen (schnellen) Temperatursensor, der eine Temperaturdifferenz (T-Differenz) zwischen Primärleiterbahn 110 und Kalibrierleiterbahn 120 erfassen kann. Der Widerstand R2 der Kalibrierleiterbahn 120 kann dann mit einem Korrekturkoeffizienten TCRnom*T-Differenz multipliziert werden (TCRnom ... nominaler Temperaturkoeffizient des Widerstandes der Leiterplatten-Metallspuren). Die Messvorrichtung kann diese Korrektur abschalten, wenn die Temperaturdifferenz (T-Differenz) unter einem bestimmten Schwellenwert liegt und/oder wenn eine Änderungsrate einer der Temperaturen (der Primärleiterbahn 110 und der Kalibrierleiterbahn 120) unter einem anderen bestimmten Schwellenwert liegt. Die Kalibriermessung kann also beispielsweise auch abhängig von Umgebungseinflüssen (wie Temperatur, mechanischer Stress, starke Stromstärkenänderung des ersten Stroms) einem Bereich um die erste und/oder die zweite Leiterbahn eingestellt werden. Ändern sich Umgebungseinflüsse nicht oder wenig, kann die Kalibriermessung nur gelegentlich bzw. selten durchgeführt werden (z.B. nur einmal pro Sekunde oder nur alle 10 Sekunden). Ändern sich Umgebungseinflüsse regelmäßig, kann die Kalibriermessung häufiger durchgeführt werden. Das heißt, eine Rate der Kalibriermessung kann abhängig von einer Änderung von Umgebungseinflüssen eingestellt werden. Je stärker die Änderung, desto höher die Rate der Kalibriermessung.
Es gibt eine Primärleiterbahn 110, in welcher der zu bestimmende Primärstrom Isense fließt und einen kleinen Spannungsabfall der Primärleiterbahn 110 längs der Stromflussrichtung verursacht Des Weiteren gibt es zwei Fühlleitungen (Vsense-traces) 111, 112, die ein Potential der Primärleiterbahn 110 an zwei Punkten abnehmen und diesen Spannungsabfall zum Sensorpackage 130 (vorzugsweise an benachbarte Lötverbindungen/pins/pads/lands) führen. Die Fühlleitungen 111, 112 sind dadurch charakterisiert, dass im Normalbetrieb (also während der Strommessung) kein nennenswerter Strom durchdiese Fühlleitungen 111, 112 fließt, denn das kann Messfehler verursachen. Ein Widerstand der Fühlleitungen 111, 112 ist unkritisch. Des Weiteren gibt es mindestens eine Kalibrierleitung 120 mit einem Einspeisepunkt 123 und einem Auskopplungspunkt 124. An beiden Punkten 123, 124 kann der Kalibrierstrom Ical ein- bzw. ausgeleitet werden. Die Kalibrierleitung 120 bildet zwischen diesen beiden Punkten 123, 124 keine geschlossene Schleife und auf dem Weg des Kalibrierstroms Ical vom Einspeisepunkt 123 zum Auskopplungspunkt 124 fällt die Spannung Vcal monoton ab. Weiters gibt es zwischen den beiden Punkten 123, 124 zwei Spannungsfühlpunkte 121, 122, die einen Teil (< 100%) der Spannung zwischen Einspeisepunkt 123 zum Auskopplungspunkt 124 abfühlen und dem Chip 130 zur Messung zuführen.
Der erste Widerstand R1 ergibt sich im Primärleiter 110 zwischen den beiden Fühlleitungen (Vsense-traces) 111, 112. Der zweite Widerstand R2 ist in der Kalibrierleitung 120 ebenfalls zwischen den Spannungsfühlpunkten 121, 122.
Nachfolgend wird eine mögliche Dimensionierung der Messschaltung beschrieben.
Wenn ein Nennstrombereich von 50 A für den Primärstrom Isense angenommen wird, dann kann der Widerstand R1 der Primärleiterbahn 110 beispielsweise 200 µOhm betragen (für einen magnetischen Stromsensor desselben Bereichs ist ein Widerstand von 450 µOhm üblich). Bei 50 A ist der Spannungsabfall Vsense+ - Vsense- = 50*200 µ = 10 mV und die Verlustleistung beträgt 0,5 W. Ein magnetischer Stromsensor mit Hall-Platten hat bei Vollbereichsstrom etwa 20 mT. Die Hall-Platte hat eine Empfindlichkeit von 150 mV/T, was eine Hall-Ausgangsspannung von 150µV/mT*20mT = 3 mV bedeutet. Der vorgeschlagene Leiterplatten-Stromsensor hat also nur die Hälfte des Primärwiderstands und die dreifache Eingangsspannung für die Schaltung.
Die Kalibrierleiterbahn 120 kann beispielsweise eine 5-mal kleinere Breite (W₂) und 5-mal größere Länge (L₂) als die Primärleiterbahn 110 haben, was einen 25-mal größeren Widerstand R2 ergibt als die 200 µOhm der Primärstromspur 110. Der Kalibrierstrom Ical kann mit 5 mA gewählt werden, was in dem Beispiel 10000 mal kleiner ist als der Primärstrom Isense. Somit kann die Kalibrierspannung Vcal 400-mal kleiner sein als die Primärspannung Vsense. Daher sollte das SNR der Kalibrierspannung Vcal 400 mal höher sein als der der Primärspannung Vsense. Dies lässt sich beispielsweise durch eine Verringerung der Bandbreite um 400^2 = 160000 erreichen. Tatsächlich ist es relativ einfach, das SNR der Kalibrierspannung durch eine Bandbreitenreduzierung × 400² um den Faktor 400 zu erhöhen: beispielsweise beträgt die Bandbreite der Primärstrommessung 1 MHz und somit muss die Bandbreite der Kalibrierstrommessung auf 10^6/400^2 = 6.25 Hz begrenzt werden, was durch hinlängliche Mittelwertbildung möglich ist.
Wie im vorhergehend beschrieben wurde, kann der vorgeschlagene Leiterplatten-Stromsensor typischerweise 50% weniger Verlustleistung in der Primärleiterbahn 110 und ein 300% höheres Signal aufweisen. Ein Impedanzwert von Hallplatten liegt in der Größenordnung von 1 kΩ, während ein Impedanzwert des Leiterplatten-Stromsensors unter 1 mΩ liegen kann. Dies kann ein 3000-mal höheres SNR, eine bessere Auflösung und weniger Rauschen ergeben, was in eine größere Bandbreite investiert werden kann. Ein begrenzender Faktor für den Impedanzwert des Spannungsabfalls Vsense, der über der Primärleiterbahn 110 gemessen wird, ist die Qualität einer Bonddrahtverbindung. Dann liegt die Impedanz eher in der Größenordnung von Ω als von mΩ, und eine SNR-Verbesserung gegenüber magnetischen Stromsensoren beträgt nur 100 statt 3000 - aber das lässt sich durch eine Verwendung besserer Bonddrähte, mehrerer Bonddrähte pro Kontakt oder anderer Technologien wie Flip-Chip-Montage mit LötbumpsBalls vermeiden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der vorgeschlagene Leiterplatten-Stromsensor die Primärleiterbahn 110 nicht öffnen muss (magnetische Stromsensoren schicken den Strom meist durch einen Leadframe, wo er zwei in Reihe geschaltete Lötstellen passieren muss, die Schwachstellen für Elektromigration sind). Der Leiterplatten-Stromsensor kann nahtlos in das Leiterplattendesign integriert werden ohne zusätzliche Leitungsverluste.
Der Sensor-IC 130 hat keine Beschränkungen hinsichtlich seiner Chipfläche: man kann von schrumpfenden Technologieknoten profitieren -> kleinere Chipgrößen -> günstigerer Preis. Umgekehrt müssen magnetische Stromsensoren zwei Magnetfeldsensoren im Abstand voneinander haben und der größte Teil des Primärstroms muss durch eine Einschnürung in der Primärleiterbahn fließen, die in der Draufsicht zwischen den beiden Sensorelementen liegt ⇒ daher kann bei magnetischen Stromsensoren eine Chip-Größe nicht beliebig schrumpfen, insbesondere nicht für hohe Primärstrombereiche. Der vorgeschlagene Leiterplatten-Stromsensor kann auch robuster gegenüber elektromagnetischen Störungen sein.
Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Leiterplatten-Stromsensors besteht gegenüber herkömmlichen Shunts: Shunts haben größere Widerstände, sie sind zusätzliche Bauelemente mit zusätzlichen Kosten, benötigen zusätzlichen Platz, Gewicht, zusätzliche Lötstellen, mehr Volumen, zusätzliche Verdrahtung. Herkömmliche Shunts leiden unter der Alterung, während der vorgeschlagene Leiterplatten-Stromsensor nicht unter der Alterung des Primärleiters 110 leidet. Wenn ein Widerstand der Metallschicht(en) der Leiterplatte im Laufe der Lebensdauer driftet (aufgrund von Korrosion, Bestrahlung oder einfach aufgrund von Temperaturänderungen), kann der Sensor-IC 130 diese Drift des Widerstands der Kalibrierleiterbahn 120 erkennen. Die Schaltung erzeugt eine Referenzspannung und einen Referenzstrom Ical. Beide sollten sehr stabil sein. Die Referenzspannung kann beispielsweise durch Bandgap-Schaltungen mit Kompensationsschaltungen für mechanische Spannungsdrift erzeugt werden. Der Referenzstrom Ical kann durch Kopieren der Spannung über einen Widerstand mit niedrigem piezoresistivem Koeffizienten erzeugt werden (z. B. einen Metallwiderstand, einen silizidierten Poly-Silizium-Widerstand oder einen p-dotierten Diffusions-/Implantationswiderstand im L-Layout. Die sich daraus ergebende geringe Spannungsdrift dieses Referenzstroms Ical beträgt einige Prozent pro Giga-Pascal; sie kann mit einer Spannungskompensationsschaltung weiter verringert werden, die die Summe der in der Ebene auftretenden Normalspannungskomponenten (= sigXX+sigYY) misst und den Strom entsprechend fein anpasst. Mit all diesen Methoden kann die Piezo-Drift der Kalibrierungswiderstandsmessung auf 1%/GPa begrenzt werden.
Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Es versteht sich ferner, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als zwingend in der beschriebenen Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht im Einzelfall explizit angegeben oder aus technischen Gründen zwingend erforderlich ist. Daher wird durch die vorhergehende Beschreibung die Durchführung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt. Ferner kann bei weiteren Beispielen ein einzelner Schritt, eine einzelne Funktion, ein einzelner Prozess oder eine einzelne Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden.
Wenn einige Aspekte in den vorhergehenden Abschnitten im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder einem System beschrieben wurden, sind diese Aspekte auch als eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zu verstehen. Dabei kann beispielsweise ein Block, eine Vorrichtung oder ein funktionaler Aspekt der Vorrichtung oder des Systems einem Merkmal, etwa einem Verfahrensschritt, des entsprechenden Verfahrens entsprechen. Entsprechend dazu sind Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, eines entsprechenden Elements, einer Eigenschaft oder eines funktionalen Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder eines entsprechenden Systems zu verstehen.
Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Ferner ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hiermit explizit vorgeschlagen, sofern nicht im Einzelfall angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt als abhängig von diesem anderen unabhängigen Anspruch definiert ist.

Claims

Vorrichtung (130) zum Messen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Leiterbahn (110) einer Leiterplatte (100), die eine zweite Leiterbahn (120) aufweist, wobei ein Verhältnis elektrischer Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn bekannt ist, die Vorrichtung (130) umfassend eine Einrichtung zum Messen einer ersten elektrischen Spannung über der ersten Leiterbahn (110) aufgrund des ersten elektrischen Stroms durch die erste Leiterbahn (110); eine Einrichtung zum Injizieren eines bekannten zweiten elektrischen Stroms in die zweite Leiterbahn (120); eine Einrichtung zum Messen einer zweiten elektrischen Spannung über der zweiten Leiterbahn (120) aufgrund des bekannten zweiten elektrischen Stroms durch die zweite Leiterbahn (120); und eine Einrichtung zum Ermitteln des ersten elektrischen Stroms basierend auf der ersten elektrischen Spannung, der zweiten elektrischen Spannung, dem bekannten zweiten elektrischen Strom und dem bekannten Verhältnis der elektrischen Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn (110; 120).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Leiterbahn (110) in wenigstens einer Metallschicht der Leiterplatte implementiert ist und wobei die zweite Leiterbahn (120) in derselben wenigstens einen Metallschicht der Leiterplatte implementiert ist.
Vorrichtung (130) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Leiterbahn (110) und die zweite Leiterbahn (120) galvanisch voneinander isoliert sind.
Vorrichtung (130) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Ermitteln des ersten elektrischen Stroms ausgebildet ist, einen zweiten elektrischen Widerstand der zweiten Leiterbahn (120) basierend auf der zweiten elektrischen Spannung und dem bekannten zweiten elektrischen Strom zu ermitteln, und den ersten elektrischen Strom basierend auf der ersten elektrischen Spannung, dem zweiten elektrischen Widerstand und dem bekannten Verhältnis der elektrischen Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn zu ermitteln.
Vorrichtung (130) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein zweites Verhältnis von Länge zu Breite der zweiten Leiterbahn (120) größer ist als ein erstes Verhältnis von Länge zu Breite der ersten Leiterbahn (110).
Vorrichtung (130) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Injizieren ausgebildet ist, den bekannten zweiten elektrischen Strom als Strompulse mit einer vordefinierten Stromstärke und einer Frequenz in die zweite Leiterbahn (120) zu injizieren.
Vorrichtung (130) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Leiterbahn (120) einen ersten Leiterbahnabschnitt (120-1) und einen zweiten Leiterbahnabschnitt (120-2) aufweist, wobei der erste Leiterbahnabschnitt (120-1) eine Leiterschleife für einen Stromfluss mit einem ersten Drehsinn und der zweite Leiterbahnabschnitt (120-2) eine Leiterschleife für einen Stromfluss mit einem zweiten Drehsinn entgegengesetzt zum ersten Drehsinn bildet, und wobei die Einrichtung zum Injizieren ausgebildet ist, einen Strom entsprechend dem bekannten zweiten elektrischen Strom im ersten Drehsinn in den ersten Leiterbahnabschnitt (120-1) und einen Strom entsprechend dem bekannten zweiten elektrischen Strom im zweiten Drehsinn in den zweiten Leiterbahnabschnitt (120-2) zu injizieren.
Vorrichtung (130) nach Anspruch 7, wobei die Einrichtung zum Messen der zweiten elektrischen Spannung ausgebildet ist, die zweite elektrischen Spannung basierend auf einer Kombination jeweiliger Spannungsabfälle über dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt (120-1; 120-2) zu ermitteln.
Vorrichtung (130) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der erste und der zweite Leiterbahnabschnitt (120-1; 120-2) jeweils im Wesentlichen dieselbe EMI-Aufnahme aufweisen.
Vorrichtung (130) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Messen der ersten elektrischen Spannung, die Einrichtung zum Messen der zweiten elektrischen Spannung und die Einrichtung zum Ermitteln des ersten elektrischen Stroms in einem gemeinsamen oberflächenmontierten Bauelement implementiert sind, das Lötanschlüsse für die erste Leiterbahn (110) und die zweite Leiterbahn (120) aufweist.
Vorrichtung (130) nach Anspruch 10, wobei das oberflächenmontierte Bauelement einen ersten und einen zweiten Lötanschluss zum Messen der ersten elektrischen Spannung über der ersten Leiterbahn, einen dritten und einen vierten Lötanschluss zum Messen der zweiten elektrischen Spannung über der zweiten Leiterbahn, und einen fünften und sechsten Lötanschluss zum Injizieren des zweiten elektrischen Stroms in die zweite Leiterbahn aufweist.
Vorrichtung (130) nach Anspruch 11, wobei die erste Leiterbahn (110) mit dem ersten und zweiten Lötanschluss verbunden ist und wobei die zweite Leiterbahn (120) mit dem dritten, vierten, fünften und sechsten Lötanschluss verbunden ist.
Vorrichtung (130) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das bekannte Verhältnis der elektrischen Widerstände der ersten und zweiten Leiterbahn in einem Speicher des oberflächenmontierten Bauelements gespeichert ist.
Eine Leiterplatte (100), umfassend eine erste Leiterbahn (110) mit einem ersten elektrischen Widerstand; eine zweite Leiterbahn (120) mit einem zweiten elektrischen Widerstand, wobei ein Verhältnis des ersten elektrischen Widerstands der ersten Leiterbahn (110) und des zweiten elektrischen Widerstands der zweiten Leiterbahn (120) bekannt ist; und ein oberflächenmontiertes Bauelement (130) mit Kontaktierungen zur ersten und zweiten Leiterbahn, wobei das oberflächenmontierte Bauelement (130) ausgebildet ist, zum Messen eines ersten Spannungsabfalls über der ersten Leiterbahn (110) aufgrund eines ersten elektrischen Stroms durch die erste Leiterbahn (110); Injizieren eines bekannten zweiten elektrischen Stroms in die zweite Leiterbahn (120); Messen eines zweiten Spannungsabfalls über der zweiten Leiterbahn (120) aufgrund des zweiten elektrischen Stroms durch die zweite Leiterbahn (120); und Ermitteln des ersten elektrischen Stroms basierend auf dem ersten Spannungsabfall, dem zweiten Spannungsabfall, dem zweiten elektrischen Strom und dem bekannten Verhältnis der elektrischen Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn.
Verfahren zum Messen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Leiterbahn (110) einer Leiterplatte (100), die eine zweite Leiterbahn (120) aufweist, wobei ein Verhältnis elektrischer Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn bekannt ist, das Verfahren umfassend Messen einer ersten elektrischen Spannung über der ersten Leiterbahn (110) aufgrund des ersten elektrischen Stroms durch die erste Leiterbahn (110); Injizieren eines bekannten zweiten elektrischen Stroms in die zweite Leiterbahn (120); Messen einer zweiten elektrischen Spannung über der zweiten Leiterbahn (120) aufgrund des zweiten elektrischen Stroms durch die zweite Leiterbahn (120); und Ermitteln des ersten elektrischen Stroms basierend auf der ersten elektrischen Spannung, der zweiten elektrischen Spannung, dem zweiten elektrischen Strom und dem bekannten Verhältnis der elektrischen Widerstände der ersten und der zweiten Leiterbahn.