TWI652784B - 具有電流感測線圈之積體電路 - Google Patents

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Abstract

本發明的實施例提供了一種積體電路，包括基板、基板上方的第一導電路徑、基板上方的線圈結構以及與線圈結構電耦合的電壓感測電路。第一導電路徑配置為承載第一時變電流並且基於第一時變電流生成第一時變磁場。線圈結構通過第一時變磁場與第一導電路徑磁性耦合，並且配置為回應於第一時變磁場而生成感應電位。電壓感測電路配置為測量感應電位的電壓準位。

Description

具有電流感測線圈之積體電路
本發明涉及一種半導體積體電路，特別係一種具有電流感測線圈的積體電路。
半導體積體電路(IC)產業經歷了快速增長。在IC演進的過程中，功能密度(即，每晶片面積上互連器件的數量)已普遍增加，而幾何尺寸(即，使用製造工藝可產生的最小元件(或線寬))有所降低。這種維縮工藝通常藉由增加產量效率和降低相關成本來提供很多益處。這種維縮還增大了IC的複雜程度。在一些應用中，IC包括諸如穩壓器的電子元件，其有時基於測量它們的電流進行操作。
本發明的實施例提供了一種積體電路，包括：基板；第一導電路徑，位於所述基板上方，所述第一導電路徑配置為承載第一時變電流並且基於所述第一時變電流生成第一時變磁場；線圈結構，位於所述基板上方，所述線圈結構通過所述第一時變磁場與所述第一導電路徑磁性耦合，並且所述線圈結構配置為回應於所述第一時變磁場而生成感應電位；以及電壓感測電路，與所述線圈結構電耦合並且配置為測量所述感應電位的電壓準位。
本發明的實施例還提供了一種積體電路，包括：基 板；鐵磁結構，位於所述基板上方，所述鐵磁結構具有沿著第一方向延伸的部分；導電路徑，位於所述基板上方，所述導電路徑具有鄰近所述鐵磁結構的所述部分並且沿著不同於所述第一方向的第二方向延伸的部分；以及線圈結構，位於所述基板上方，所述線圈結構纏繞在所述鐵磁結構周圍。
本發明的實施例還提供了一種操作積體電路的方法，包括：基於所述積體電路的導電路徑上的時變電流，生成時變磁場；基於所述時變磁場，藉由所述積體電路的線圈結構生成感應電位，所述線圈結構通過所述時變磁場與所述導電路徑磁性耦合；以及藉由電壓感測電路測量所述感應電位的電壓準位，所述電壓感測電路與所述線圈結構電耦合。
100‧‧‧積體電路
110‧‧‧第一導電路徑
112‧‧‧第一導線
114‧‧‧第二導線
116‧‧‧通孔插塞
120‧‧‧第二導電路徑
122‧‧‧第一導線
124‧‧‧第二導線
126‧‧‧通孔插塞
130‧‧‧線圈結構
132‧‧‧第一導線
134‧‧‧第二導線
136‧‧‧第一端
138‧‧‧第二端
140‧‧‧鐵磁結構
140a‧‧‧部分
140b‧‧‧部分
140c‧‧‧部分
140d‧‧‧部分
150‧‧‧電壓感測電路
I1‧‧‧第一時變電流
I2‧‧‧第二時變電流
B1‧‧‧第一時變磁場
B2‧‧‧第二時變磁場
200‧‧‧積體電路
210‧‧‧第一導電路徑
220‧‧‧第二導電路徑
240‧‧‧鐵磁結構
300‧‧‧積體電路
310‧‧‧第一導電路徑
320‧‧‧第二導電路徑
330‧‧‧線圈結構
332‧‧‧螺旋線圈
334‧‧‧連接線
336‧‧‧端
338‧‧‧端
340‧‧‧導體
400‧‧‧積體電路
410‧‧‧基板
412‧‧‧電子元件
420‧‧‧第一互連層
430‧‧‧鈍化層
440‧‧‧鐵磁結構
442‧‧‧材料
450‧‧‧第二互連層
460‧‧‧接合引線
470‧‧‧球形接合
500‧‧‧方法
510‧‧‧操作
520‧‧‧操作
530‧‧‧操作
540‧‧‧操作
600‧‧‧穩壓器電路
610‧‧‧控制電路
622‧‧‧高側驅動器
624‧‧‧低側驅動器
630‧‧‧電感器
640‧‧‧去耦電容器
650‧‧‧輸出節點
VDD‧‧‧第一電源電壓
VSS‧‧‧第二電源電壓
IP‧‧‧電流
IN‧‧‧電流
IOUT‧‧‧電流
當閱讀隨附的附圖時，從以下詳細的描述可以最清楚地理解本揭露的各個方面。需要強調的是，根據本行業的標準做法，不是按比例繪製各個特徵。事實上，各個特徵的尺寸可以任意增大或減小以便進行清楚的討論。
圖1是根據一個或多個實施例的積體電路的一部分的頂視圖。
圖2是根據一個或多個實施例的另一積體電路的一部分的頂視圖。
圖3是根據一個或多個實施例的另一積體電路的一部分的頂視圖。
圖4是根據一個或多個實施例的積體電路的一部分的截面圖。
圖5是根據一些實施例的操作積體電路的方法的流程圖。
圖6A是根據一個或多個實施例的穩壓器電路的電路圖。
圖6B是根據一個或多個實施例的圖6A中的穩壓器電路的各個電流訊號的時序圖。
以下公開內容提供了多種用於實現本發明的不同特徵的不同實施例或實例。以下將描述元件和佈置的具體實例以簡化本發明。當然，這些僅是實例，而不旨在限制本發明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實施例，並且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成附加的部件，使得第一部件和第二部件不直接接觸的實施例。另外，本發明可以在各個實例中重複參考符號和/或字元。這種重複用於簡化和清楚的目的，並且其本身不表示所述各個實施例和/或配置之間的關係。
此外，為了便於描述，本文可使用諸如“在...下”、“在...下方”、“下部”、“在...上”、“上部”等的空間相對術語，以描述如圖中所示的一個元件或部件與另一元件或部件的關係。除圖中所示的方位之外，空間相對術語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方位)，而本文使用的空間相對描述符可以同樣地作相應的解釋。
諸如穩壓器的特定應用使用高速度和高精度的原位電流測量。在各個實施例中，本發明提出了實施基於管芯上變壓器的電流感測器的若干方法。
在各個應用中，穩壓器依賴於電壓迴授或電流迴授，從而實施用於高速度和高精度調節的控制迴路。在一些實施例中，期望穩壓器具有盡可能快的控制迴路以在最短時間內回應暫態事件。在一些實施例中，電流迴授提供比電壓迴授更快的回應。
本發明描述了測量積體電路中的電流值的各個實施例。在一些實施例中，提供了執行基於變壓器的電流感測操作。在一些實施例中，主路徑(如，輸出級中的電路徑)中的電流與感測級磁 性耦合。磁性耦合並且測量電流的交流電(alternating currnet，AC)元件。一種可能的應用是測量用於切換式穩壓器的電流值，其中，切換式穩壓器的半橋式整流器在切換式穩壓器的電感器的開關側上產生AC電流。在一些實施例中，基於電感器的開關側上的AC電流的測量的電流值，還可確定切換式穩壓器的輸出電流值。
圖1是根據一個或多個實施例的積體電路100的一部分的頂視圖。積體電路100包括基板(如，圖4中的410)、基板上方的第一導電路徑110、基板上方的第二導電路徑120、基板上方的線圈結構130(未在圖1中標出)、基板上方的鐵磁結構140以及電壓感測電路150。
第一導電路徑110沿著X方向延伸。第一導電路徑110包括位於鐵磁結構140下方的第一導線112、位於鐵磁結構140上方的第二導線114以及連接第一導線112和第二導線114的通孔插塞116。在一些實施例中，通孔插塞116與鐵磁結構140共面。在一些實施例中，第一導電路徑110配置為承載第一時變電流I1以及基於第一時變電流I1生成第一時變磁場B1。
第二導電路徑120沿著X方向延伸。第二導電路徑120包括位於鐵磁結構140下方的第一導線122、位於鐵磁結構140上方的第二導線124以及連接第一導線122和第二導線124的通孔插塞126。在一些實施例中，通孔插塞126與鐵磁結構140共面。在一些實施例中，第二導電路徑120配置為承載第二時變電流I2以及基於第二時變電流I2生成第二時變磁場B2。
兩個導電路徑110和120被解釋做為實例。在一些實施例中，省略導電路徑110和120中的一個並且僅測量保留的導電路徑上的電流。在一些實施例中，以與導電路徑110和120相似的方式佈置三個或多個導電路徑，並且基於它們對應的磁場測量三個或多個導電路徑 的電流值。
鐵磁結構140包括具有四個部分140a、140b、140c和140d的鐵磁環。鐵磁結構140的部分140a和140b沿著與方向X不同的方向Y延伸，並且鐵磁結構140的部分140c和140d沿著方向X延伸。在一些實施例中，鐵磁結構140具有的導磁性高於自由空間的導磁性或鄰近鐵磁結構140的介電材料(如，圖4中的材料442或鈍化層430)的導磁性。在一些實施例中，鐵磁結構140具有包括鈷、鋯或鉭的材料、或其它合適的材料。在一些實施例中，鐵磁結構140包括鈷、鋯和鉭的合金或其它合適的材料。在一些實施例中，鐵磁結構140配置為引導第一時變磁場B1和/或第二時變磁場B2的至少一部分穿過線圈結構130。
線圈結構130以預定的匝數纏繞在鐵磁結構140的部分140d周圍。例如，在一些實施例中，圖1中的線圈結構130具有五匝。在一些實施例中，線圈結構130具有不同於5的匝數。線圈結構130包括位於鐵磁結構140下方的多條第一導線132和位於鐵磁結構140上方的多條第二導線134。在一些實施例中，線圈結構130的匝數越大，感應電位的電壓準位越大。
線圈結構130具有第一端136和第二端138。線圈結構130通過第一時變磁場B1和/或第二時變磁場B2與第一導電路徑110和/或第二導電路徑120磁性耦合。線圈結構130配置為：回應於第一時變磁場B1和/或第二時變磁場B2而生成感應電位。可從線圈結構130的端136和138測量感應電位的電壓準位。
電壓感測電路150與線圈結構130的端136和138電耦合並且配置為測量線圈結構130的感應電位的電壓準位。測量結果是作為訊號VSENSE的輸出。基於電流I1和電流I2的相位或方向以及安培的右手法則，如通過由線圈結構130觀察到的，第一時變磁場B1和第二 時變磁場B2以相加或相減的方式疊加。例如，如果電流I1和電流I2以相同的方向佈置並且不具有相位偏差，那麼如通過線圈結構130觀察到的，第一時變磁場B1和第二時變磁場B2相加並且訊號VSENSE可用於測量電流(I1+I2)的幅值。例如，如果電流I1和電流I2以相反的方向佈置並且不具有相位偏差，那麼如通過線圈結構130觀察到的，第一時變磁場B1和第二時變磁場B2相減並且訊號VSENSE可用於測量電流(I1-I2)的幅值。因此，取決於導電路徑110和120的配置，訊號VSENSE可用於測量(I1+I2)或(I1-I2)的幅值。
在一些實施例中，電壓感測電路150位於積體電路100中，在積體電路100上形成導電路徑110和/或120以及線圈結構130。在一些實施例中，電壓感測電路150在積體電路100外部。
在一些實施例中，積體電路100包括基板上方的第一互連層(如，圖4中的多個互連層420中的一個)，並且鐵磁結構140位於第一互連層420上方。在一些實施例中，積體電路100包括基板上方的第二互連層(如，圖4中的互連層450)，並且第二互連層450位於鐵磁結構140上方。在一些實施例中，鈍化層(如，圖4中的鈍化層430)位於第一互連層420上方，並且鐵磁結構140位於鈍化層430上方。在一些實施例中，鐵磁結構140至少部分地嵌入在鈍化層430中。
在一些實施例中，多條第一導線132在第一互連層420中，並且多條第二導線134在第二互連層450中。多條第一導線132和多條第二導線134通過對應的通孔插塞連接。
在一些實施例中，第一導電路徑110的第一導線112在第一互連層420中。在一些實施例中，第一導電路徑110的第二導線114在第二互連層450中。在一些實施例中，第二導電路徑120的第一導線122在第一互連層420中。在一些實施例中，第二導電路徑120的第二導線124在第二互連層450中。在一些實施例中，第一導電路徑110的 第二導線114是接合引線(如，圖4中的接合引線460)。在一些實施例中，第二導電路徑120的第二導線124是接合引線(如，圖4中的接合引線460)。在一些實施例中，第一導電路徑110的第二導線114是球形接合(如，圖4中的球形接合470)。在一些實施例中，第二導電路徑120的第二導線124是球形接合(如，圖4中的球形接合470)。單個接合引線460或球形接合470用於說明。其它接合引線或球形接合配置在本發明的預期範圍內。例如，不同數量的接合引線460或球形接合470在本發明的預期範圍內。在一些實施例中，接合引線460或球形接合470被任何其它合適的配置所替代。例如，在一些實施例中，楔形接合或柔性接合用於替代球形接合470。
圖2是根據一個或多個實施例的另一積體電路200的一部分的頂視圖。與圖1中的元件相同或相似的元件被給予相同的參考標號，並且因此省略其詳細的描述。積體電路200包括基板(如，圖4中的410)、基板上方的第一導電路徑210、基板上方的第二導電路徑220、基板上方的線圈結構130(未在圖2中標出)、基板上方的鐵磁結構240以及電壓感測電路150。
第一導電路徑210沿著X方向延伸。第一導電路徑210位於鐵磁結構240下方。在一些實施例中，第一導電路徑210位於鐵磁結構240上方。在一些實施例中，第一導電路徑210配置為承載第一時變電流I1並且基於第一時變電流I1生成第一時變磁場B1。
第二導電路徑220沿著X方向延伸。第二導電路徑220位於鐵磁結構240上方。在一些實施例中，第二導電路徑220位於鐵磁結構240下方。在一些實施例中，第二導電路徑220配置為承載第二時變電流I2並且基於第二時變電流I2生成第二時變磁場B2。
兩個導電路徑210和220被解釋做為實例。在一些實施例中，省略導電路徑210和220中的一個。在一些實施例中，以與導電 路徑210和220相似的方式佈置三個或多個導電路徑，並且基於它們對應的磁場測量三個或多個導電路徑的電流值。
鐵磁結構240包括沿著Y方向延伸的鐵磁條。在一些實施例中，鐵磁結構240具有的導磁性高於自由空間的導磁性或鄰近鐵磁結構240的介電材料(如，圖4中的材料442或鈍化層430)的導磁性。在一些實施例中，鐵磁結構240具有包括鈷、鋯或鉭的材料、或其它合適的材料。在一些實施例中，鐵磁結構240包括鈷、鋯和鉭的合金或其它合適的材料。線圈結構130以預定的匝數纏繞在鐵磁結構240周圍。
基於電流I1和電流I2的相位或方向以及安培右手法則，如通過線圈結構130觀察到的，第一時變磁場B1和第二時變磁場B2以相加或相減的方式疊加。例如，如果電流I1和電流I2以相同的方向佈置並且不具有相位偏差，那麼如通過線圈結構130觀察到的，第一時變磁場B1和第二時變磁場B2相加並且訊號VSENSE可用於測量電流(I1+I2)的幅值。例如，如果電流I1和電流I2以相反的方向佈置並且不具有相位偏差，那麼如通過線圈結構130觀察到的，第一時變磁場B1和第二時變磁場B2相減並且訊號VSENSE可用於測量電流(I1-I2)的幅值。因此，取決於導電路徑210和220的配置，訊號VSENSE可用於測量(I1+I2)或(I1-I2)的幅值。
在一些實施例中，積體電路200包括基板上方的第一互連層(如，圖4中的多個互連層420中的一個)，並且鐵磁結構240位於第一互連層420上方。在一些實施例中，積體電路200包括基板上方的第二互連層(如，圖4中的互連層450)，並且第二互連層450位於鐵磁結構240上方。在一些實施例中，鈍化層(如，圖4中的鈍化層430)位於第一互連層420上方，並且鐵磁結構240位於鈍化層430上方。上述結構是示例性配置，並且積體電路200的元件中的其它佈置在本發 明的預期範圍內。在一些實施例中，積體電路200具有與圖4中示出的配置不同的層的組合或順序。例如，在一些實施例中，第一互連層420、第二互連層450、鐵磁結構240或鈍化層430中的一個或多個位於積體電路200的多層上。例如，在一些實施例中，一個或多個中間層(未示出)位於基板與第一互連層420和互連層450中的一個之間。例如，在一些實施例中，一個或多個中間層(未示出)位於鐵磁結構240和基板之間。
在一些實施例中，第一導電路徑210在第一互連層420中。在一些實施例中，第二導電路徑220在第二互連層450中。在一些實施例中，第二導電路徑220是接合引線(如，圖4中的接合引線460)。
圖3是根據一個或多個實施例的另一積體電路300的一部分的頂視圖。與圖1中的元件相同或相似的部件被給予相同的參考標號，並且因此省略其詳細的描述。積體電路300包括基板(如，圖4中的410)、基板上方的第一導電路徑310、基板上方的第二導電路徑320、基板上方的線圈結構330以及電壓感測電路150。
第一導電路徑310沿著X方向延伸。在一些實施例中，第一導電路徑310配置為承載第一時變電流I1並且基於第一時變電流I1生成第一時變磁場B1。第二導電路徑320沿著X方向延伸。在一些實施例中，第二導電路徑320配置為承載第二時變電流I2並且基於第二時變電流I2生成第二時變磁場B2。在一些實施例中，導電路徑310和320在相同的互連層中(如，圖4中的多個互連層420或450中的一個)。在一些實施例中，導電路徑310和320在不同的互連層中(如，圖4中的多個互連層420或450)。在一些實施例中，第一導電路徑310或第二導電路徑320是接合引線(如，圖4中的接合引線460)。在一些實施例中，第一導電路徑310是球形接合(如，圖4中的球形接合 470)。在一些實施例中，第二導電路徑320是球形接合(如，圖4中的球形接合470)。單個接合引線460或球形接合470用於說明。其它接合引線或球形接合配置在本發明的預期範圍內。例如，不同數量的接合引線460或球形接合470在本發明的預期範圍內。在一些實施例中，接合引線460或球形接合470被任何其它合適的配置所替代。例如，在一些實施例中，楔形接合或柔性接合用於替代球形接合470。
兩個導電路徑310和320被解釋做為實例。在一些實施例中，省略導電路徑310和320中的一個。在一些實施例中，以與導電路徑310和320相似的方式佈置三個或多個導電路徑，並且基於它們對應的磁場測量三個或多個導電路徑的電流值。
線圈結構330包括第一互連層420中的螺旋線圈332和第二互連層450中的連接線334。在一些實施例中，螺旋線圈332在第二互連層450中並且連接線在第一互連層420中。在一些實施例中，螺旋線圈332與導電路徑310和320中的一個或兩個共面。在一些實施例中，螺旋線圈332不與導電路徑310和320共面。螺旋線圈332包括繞組配置的彼此連接的多個導體340。在一些實施例中，多個導體340中的至少一個導體與多個導體340中的至少一個導體共面。在一些實施例中，多個導體340中的至少一個導體不與多個導體340中的至少一個導體共面。
線圈結構330通過第一時變磁場B1和/或第二時變磁場B2與第一導電路徑310和/或第二導電路徑320磁性耦合。線圈結構330配置為：回應於第一時變磁場B1和/或第二時變磁場B2而生成感應電位。可從線圈結構330的端336和338測量感應電位的電壓準位。
基於電流I1和電流I2的相位或方向以及安培右手法則，如通過線圈結構330觀察到的，第一時變磁場B1和第二時變磁場B2以相加或相減的方式疊加。因此，取決於導電路徑310和320的配置，訊 號VSENSE可用於測量(I1+I2)或(I1-I2)的幅值。
圖4是根據一個或多個實施例的積體電路400的一部分的截面圖。在一些實施例中，積體電路400對應於積體電路100、200或300。
積體電路400包括基板410、基板410上方的多個互連層420、多個互連層420上方的鈍化層430、鈍化層430上方的並且由材料442圍繞的鐵磁結構440、鈍化層430上方的後鈍化互連層450以及後鈍化互連層450上方的接合引線460。在一些實施例中，未使用接合引線460。在一些實施例中，接合引線460通過球形接合470連接至後鈍化互連層450。在一些實施例中，鐵磁結構440至少部分地嵌入在鈍化層430。在一些實施例中，材料442為介電材料。在一些實施例中，材料442是鈍化層430的延伸部分。上述結構是示例性配置，並且積體電路400的元件中的其它佈置在本發明的預期範圍內。在一些實施例中，接合引線460或球形接合470被任何其它合適的配置所替代。例如，在一些實施例中，楔形接合或柔性接合用於替代球形接合470。在一些實施例中，積體電路400具有與圖4中示出的配置不同的層的組合或順序。例如，在一些實施例中，選自包括多個互連層420、鈍化層430、鐵磁結構440、材料442、後鈍化互連層450、接合引線460或球形接合470的組的一個或多個位於積體電路400的多層上。例如，在一些實施例中，一個或多個中間層(未示出)位於選自包括基板410、多個互連層420、鈍化層430、鐵磁結構440、材料442、後鈍化互連層450、接合引線460或球形接合470的組的兩個層之間。例如，在一些實施例中，不包括積體電路400的一層或多層，如，多個互連層420、鈍化層430、鐵磁結構440、材料442、後鈍化互連層450、接合引線460或球形接合470。
在一些實施例中，鐵磁結構440具有的導磁性高於自由 空間的導磁性或鄰近鐵磁結構440的介電材料442的導磁性。在一些實施例中，鐵磁結構440具有包括鈷、鋯或鉭的材料、或其它合適的材料。在一些實施例中，鐵磁結構440包括鈷、鋯和鉭的合金或其它合適的材料。在一些實施例中，鐵磁結構440對應於鐵磁結構140、240。
積體電路400包括形成在基板410上的一個或多個電子元件412。在一些實施例中，通過一個或多個電子元件412形成電壓感測電路150。
圖5是根據一些實施例的操作積體電路的方法500的流程圖。在本發明中，基於圖1中的積體電路100示出方法500。應該理解，可以在圖5中所述的方法500之前、期間和/或之後執行附加操作，並且本文可以僅簡單地描述一些其它工藝。在一些實施例中，如結合圖1至圖4示出的，方法500對應於操作積體電路100、200或300。
方法500開始於操作510，其中，基於積體電路的導電路徑上的諸如I1或I2的時變電流，生成諸如磁場B1或B2的時變磁場。
方法500進行至操作520，其中，通過鐵磁結構140引導諸如磁場B1或B2的時變磁場的一部分穿過線圈結構130。在一些實施例中，當省略鐵磁結構140時，省略操作520。
方法500進行至操作530，其中，回應於諸如磁場B1或B2的磁場，由線圈結構130生成感應電位。線圈結構130通過時變磁場的至一部分與導電路徑磁性耦合。
方法500進行至操作540，其中，通過電壓感測電路150測量感應電位的電壓準位。電壓感測電路150與線圈結構130電耦合。
圖6A是根據一個或多個實施例的穩壓器電路600的的電路圖。在一些實施例中，穩壓器電路600可用於生成圖1至圖3中的時變電流I1或時變電流I2。在一些實施例中，電流IP或IN分別對應於圖1 至圖3中的時變電流I1或時變電流I2。穩壓器電路600包括控制電路610、高側驅動器622、低側驅動器624、電感器630、去耦電容器640以及輸出節點650。
控制電路610配置為輸出第一電源電壓VDD、第二電源電壓VSS以及至高側驅動器622和低側驅動器624的控制訊號。高側驅動器622是PMOS電晶體，而低側驅動器624是NMOS電晶體。高側驅動器622的源極配置為接收電壓VDD，低側驅動器624的源極配置為接收電壓VSS，以及高側驅動器622和低側驅動器624的汲極耦合在一起。高側驅動器622和低側驅動器624的閘極耦合在一起並且配置為接收控制訊號CRTL。
電感器630耦合在輸出節點650與高側驅動器622和低側驅動器624的汲極之間。去耦電容器640電耦合在輸出節點650和地GND之間。在操作中，高側驅動器622和低側驅動器624交替地導通以從電壓VDD抽取電流IP或從電壓VSS抽取電流IN。因此，電流IOUT是電流IP和電流IN的組合。
圖6B是根據一個或多個實施例的圖6A中的穩壓器電路的各個電流訊號的時序圖。如6B中所述，儘管電流IOUT是調節電流並且具有與直流(direct current，DC)訊號類似的特徵，但是電流IP和電流IN是時變訊號。
在時間T1處，低側驅動器624導通，而高側驅動器622截止。電流IP是零，並且電流IN從零轉變至IH。在從時間T1至時間T2的時間段期間，低側驅動器624保持導通並且高側驅動器622保持截止。因為高側驅動器622和低側驅動器624的汲極與電壓VSS電耦合，其中電壓VSS低於輸出節點650處的預定輸出電壓，所以電流IP保持為零，並且電流IN逐漸減小至IL。
在時間T2處，高側驅動器622導通並且低側驅動器624 截止。電流IN是零，並且電流IP從零轉變至IL。在從時間T2至時間T3的時間段期間，高側驅動器622保持導通並且低側驅動器624保持截止。因為高側驅動器622和低側驅動器624的汲極與電壓VDD電耦合，其中電壓VDD高於輸出節點650處的預定輸出電壓，所以電流IN保持為零，並且電流IP逐漸增大至IH。
電路600的在時間T3和T5處的操作與時間T1處的操作相似，並且因此省略其詳細的描述。電路600的在時間T4和T6處的操作與時間T2處的操作相似，並且因此省略其詳細的描述。
在一些實施例中，通過使用如圖1至圖3的任何中所示的電路測量電流IP和/或電流IN，通過電流IP和/或電流IN的測量值可以測量電流IOUT的值。在一些實施例中，電流IP和/或電流IN的測量值或電流IOUT的匯出值被迴授至用於控制高側驅動器622和低側驅動器624的控制電路610。本發明的各個實施例比其他方法更有優勢。例如，一些穩壓器依賴於電壓迴授控制迴路。與此相對，參照圖1至圖3示出的本發明的各個實施例中，穩壓器配置為依賴於電流迴授控制迴路(如，通過電流100、200或300實施)。通過實施如電路100、200或300中所述的基於線圈的電流感測穩壓器，當與依賴於電壓迴授控制迴路的穩壓器相比，基於線圈的電流感測穩壓器具有對暫態事件更快的回應。在一些實施例中，基於線圈的電流感測穩壓器具有比其他方法更大的頻寬。在一些實施例中，基於線圈的電流感測穩壓器不如其他方法那樣對溫度變化敏感。在一些實施例中，基於線圈的電流感測穩壓器可以在晶片上實施，這是由於它們不如其他方法那樣對電遷移法則敏感。
根據一個實施例，一種積體電路包括基板、基板上方的第一導電路徑、基板上方的線圈結構以及與線圈結構電耦合的電壓感測電路。第一導電路徑配置為承載第一時變電流並且基於第一時變 電流生成第一時變磁場。線圈結構通過第一時變磁場與第一導電路徑磁性耦合，並且配置為：回應於第一時變磁場而生成感應電位。電壓感測電路配置為測量感應電位的電壓準位。
根據另一實施例，一種積體電路包括基板、基板上方的鐵磁結構、基板上方的導電路徑以及基板上方的線圈結構。鐵磁結構具有沿著第一方向延伸的部分。導電路徑的一部分鄰近鐵磁結構的一部分並且沿著不同於第一方向的第二方向延伸。線圈結構纏繞在鐵磁結構周圍。
根據另一實施例，一種操作積體電路的方法包括：基於積體電路的導電路徑上的時變電流生成時變磁場。基於時變磁場，通過積體電路的線圈結構生成感應電位。線圈結構通過時變磁場與導電路徑磁性耦合。通過電壓感測電路測量感應電位的電壓準位，電壓感測電路與線圈結構電耦合。
本發明的實施例提供了一種積體電路，包括：基板；第一導電路徑，位於所述基板上方，所述第一導電路徑配置為承載第一時變電流並且基於所述第一時變電流生成第一時變磁場；線圈結構，位於所述基板上方，所述線圈結構通過所述第一時變磁場與所述第一導電路徑磁性耦合，並且所述線圈結構配置為回應於所述第一時變磁場而生成感應電位；以及電壓感測電路，與所述線圈結構電耦合並且配置為測量所述感應電位的電壓準位。
根據本發明的一個實施例，積體電路還包括：鐵磁結構，位於所述基板上方，所述線圈結構以預定的匝數纏繞在所述鐵磁結構周圍。
根據本發明的一個實施例，其中，所述鐵磁結構包括包含鈷、鋯或鉭的材料；或所述積體電路還包括：第一互連層，位於所述基板上方，所述鐵磁結構位於所述第一互連層上方；以及第二互 連層，位於所述基板上方，所述第二互連層位於所述鐵磁結構上方，其中，所述線圈結構包括：多條第一導線，位於所述第一互連層中；和多條第二導線，位於所述第二互連層中；或者，其中，所述鐵磁結構包括鐵磁環；以及所述第一導電路徑包括：第一導線，位於所述第一互連層中；第二導線，位於所述第二互連層中；和通孔插塞，與所述鐵磁環共面，所述通孔插塞電連接所述第一互連層的第一導線和所述第二互連層的第二導線；或者，其中，所述鐵磁結構包括沿著第一方向延伸的鐵磁條；以及第一導電路徑沿著與所述第一方向不同的第二方向延伸；或所述積體電路還包括：鈍化層，位於所述第一互連層上方，所述鐵磁結構位於所述鈍化層上方。
根據本發明的一個實施例，其中，所述第一導電路徑包括導線，所述導線是互連層的一部分或所述基板上方的接合引線。
根據本發明的一個實施例，積體電路還包括：第一互連層，位於所述基板上方，其中，所述線圈結構包括位於所述第一互連層中的螺旋線圈。
根據本發明的一個實施例，積體電路還包括：第二互連層，位於所述基板上方，所述第二互連層和所述第一互連層中的一個位於另一個上方，其中，所述第一導電路徑包括導線，所述導線是所述第一互連層的一部分或所述第二互連層的一部分。
根據本發明的一個實施例，積體電路還包括：第二導電路徑，位於所述基板上方，所述第二導電路徑配置為承載第二時變電流並且基於所述第二時變電流生成第二時變磁場，其中，所述線圈結構通過所述第二時變磁場與所述第二導電路徑磁性耦合，並且所述線圈結構配置為回應於所述第一時變磁場和所述第二時變磁場而生成所述感應電位。
本發明的實施例還提供了一種積體電路，包括：基 板；鐵磁結構，位於所述基板上方，所述鐵磁結構具有沿著第一方向延伸的部分；導電路徑，位於所述基板上方，所述導電路徑具有鄰近所述鐵磁結構的所述部分並且沿著不同於所述第一方向的第二方向延伸的部分；以及線圈結構，位於所述基板上方，所述線圈結構纏繞在所述鐵磁結構周圍。
根據本發明的一個實施例，其中，所述鐵磁結構包括包含鈷、鋯或鉭的材料；或所述積體電路還包括：第一互連層，位於所述基板上方，所述鐵磁結構位於所述第一互連層上方；以及第二互連層，位於所述基板上方，所述第二互連層位於所述鐵磁結構上方，其中，所述線圈結構包括：多條第一導線，位於所述第一互連層中；和多條第二導線，位於所述第二互連層中；或者，其中，所述鐵磁結構包括鐵磁環；以及所述第一導電路徑包括：第一導線，位於所述鐵磁結構下方的第一互連層中；第二導線，位於所述鐵磁結構上方的第二互連層中；和通孔插塞，與所述鐵磁環共面，所述通孔插塞電連接所述第一互連層的第一導線和所述第二互連層的第二導線；或者，其中，所述鐵磁結構包括沿著所述第一方向延伸的鐵磁條。
本發明的實施例還提供了一種操作積體電路的方法，包括：基於所述積體電路的導電路徑上的時變電流，生成時變磁場；基於所述時變磁場，通過所述積體電路的線圈結構生成感應電位，所述線圈結構通過所述時變磁場與所述導電路徑磁性耦合；以及通過電壓感測電路測量所述感應電位的電壓準位，所述電壓感測電路與所述線圈結構電耦合。
根據本發明的一個實施例，方法還包括：通過所述積體電路的鐵磁結構引導所述時變磁場的一部分穿過所述線圈結構。
上面概述了若干實施例的特徵，使得本領域的技術人員可以更好地理解本發明的方面。本領域的技術人員應該理解，可以 很容易地使用本發明作為基礎來設計或更改其他用於實施與本文所介紹實施例相同的目的和/或實現相同優點的其他工藝和結構。本領域的技術人員也應該意識到，這種等同構造並不背離本發明的精神和範圍，並且在不背離本發明的精神和範圍的情況下，本文中他們可以做多種變化、替換以及改變。

Claims (9)

  1. 一種積體電路，包括：基板；第一導電路徑，位於所述基板上方，所述第一導電路徑配置為承載第一時變電流並且基於所述第一時變電流生成第一時變磁場；線圈結構，位於所述基板上方，所述線圈結構通過所述第一時變磁場與所述第一導電路徑磁性耦合，並且所述線圈結構配置為回應於所述第一時變磁場而生成感應電位；電壓感測電路，與所述線圈結構電耦合並且配置為測量所述感應電位的電壓準位；一第一互連層；以及一第二互連層；其中該積體電路更包括一鐵磁結構，該鐵磁結構包括鐵磁環；所述第一導電路徑包括：第一導線，位於所述第一互連層中；第二導線，位於所述第二互連層中；以及通孔插塞，與所述鐵磁環共面，所述通孔插塞電連接所述第一互連層的所述第一導線和所述第二互連層的所述第二導線。
  2. 如請求項1所述的積體電路，其中該鐵磁結構，位於所述基板上方，所述線圈結構以預定的匝數纏繞在所述鐵磁結構周圍。
  3. 如請求項2所述的積體電路，其中 該第一互連層，位於所述基板上方，所述鐵磁結構位於所述第一互連層上方；以及該第二互連層，位於所述基板上方，所述第二互連層位於所述鐵磁結構上方，其中，所述線圈結構包括：該等第一導線，位於所述第一互連層中；以及該等第二導線，位於所述第二互連層中。
  4. 如請求項1所述的積體電路，其中該第一互連層，位於所述基板上方，其中，所述線圈結構包括位於所述第一互連層中的螺旋線圈。
  5. 如請求項4所述的積體電路，其中，該第二互連層，位於所述基板上方，所述第二互連層和所述第一互連層中的一個位於另一個上方，其中，所述第一導電路徑包括該導線，所述導線是所述第一互連層的一部分或所述第二互連層的一部分。
  6. 如請求項1所述的積體電路，還包括：第二導電路徑，位於所述基板上方，所述第二導電路徑配置為承載第二時變電流並且基於所述第二時變電流生成第二時變磁場，其中，所述線圈結構通過所述第二時變磁場與所述第二導電路徑磁性耦合，並且所述線圈結構配置為回應於所述第一時變磁場和所述第二時變磁場而生成所述感應電位。
  7. 一種積體電路，包括：基板； 鐵磁結構，位於所述基板上方，所述鐵磁結構具有沿著第一方向延伸的部分；導電路徑，位於所述基板上方，所述導電路徑具有鄰近所述鐵磁結構的所述部分並且沿著不同於所述第一方向的第二方向延伸的部分；以及線圈結構，位於所述基板上方，所述線圈結構纏繞在所述鐵磁結構周圍，其中所述鐵磁結構包括鐵磁環；以及所述導電路徑包括：一第一導線，位於所述鐵磁結構下方的一第一互連層中；一第二導線，位於所述鐵磁結構上方的一第二互連層中；和一通孔插塞，與所述鐵磁環共面，所述通孔插塞電連接所述第一互連層的所述第一導線和所述第二互連層的所述第二導線。
  8. 如請求項7所述的積體電路，其中所述第一互連層，位於所述基板上方，所述鐵磁結構位於所述第一互連層上方；以及其中所述第二互連層，位於所述基板上方，所述第二互連層位於所述鐵磁結構上方，其中，所述線圈結構包括：多條第一導線，位於所述第一互連層中；和多條第二導線，位於所述第二互連層中。
  9. 一種操作積體電路的方法，包括：基於所述積體電路的導電路徑上的時變電流，生成時變磁場； 通過所述積體電路的一鐵磁結構引導所述時變磁場的一部分穿過所述線圈結構；所述積體電路的一積體電路的一基於所述時變磁場，通過所述積體電路的線圈結構生成感應電位，所述線圈結構通過所述時變磁場與所述導電路徑磁性耦合；以及通過電壓感測電路測量所述感應電位的電壓準位，所述電壓感測電路與所述線圈結構電耦合其中所述鐵磁結構包括一鐵磁環；以及所述導電路徑包括：一第一導線，位於所述鐵磁結構下方的一第一互連層中；一第二導線，位於所述鐵磁結構上方的一第二互連層中；和一通孔插塞，與所述鐵磁環共面，所述通孔插塞電連接所述第一互連層的所述第一導線和所述第二互連層的所述第二導線。
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