Es hat sich herausgestellt, daß die Messung eines Stroms durch Messung der Spannung über einem bekamen Widerstand zu ungenau ist, insbesondere wenn der Strom groß genug ist, um eine ohmsche Erwärmung (das heißt i²R-Verluste) in dem Fühler- oder Sensorwiderstand zu bewirken. Es ist daher häufig notwendig, Temperaturabweichungen des Fühlerwiderstands auszugleichen, wenn solche Spannungsmessungen gemacht werden, um eine ausreichende Genauigkeit zu erhalten.

Fühlerwiderstände werden üblicherweise aus Metall hergestellt. Dessen thermische Varianz, die durch den Temperaturkoeffizienten (TC) des Fühlerwiderstands ausgedrückt wird, liegt üblicherweise im Bereich von 2.200 bis 3.600 partes per millionem (ppm) pro Grad Cesius. Im Stand der Technik bekannte Verfahren zum Kompensieren der Temperatur integrierter Schaltkreise sehen üblicherweise eine Spannung mit einem Temperaturkoeffizienten vor, die dem TC des Fühlerwiderstandes präzise folgt. Diese Ausgleichsspannung wird dann in dem integrierten Schaltkreis dazu verwendet, die erfaßte Spannung auf einen isothermen Wert zu korrigieren (das heißt auf die Spannung, die gemessen worden wäre, wenn die Temperatur des Fühlerwiderstandes konstant geblieben wäre), so daß die Stromerfassungsfunktion über einen großen Bereich von Temperaturen und Strömen präzise ausgeführt wird.

Bei dem Verfahren des Standes der Technik muß der integrierte Schaltkreis (IC) auf derselben Temperatur liegen wie der Fühlerwiderstand, so daß die Ausgleichsspannung der Spannung über dem Fühlerwiderstand folgt. Diese Anforderung wird jedoch wegen der schlechten thermischen Kopplung zwischen dem Fühlerwiderstand und dem IC normalerweise nicht erfüllt. Wenn der Fühlerwiderstand durch den durch ihn fließenden Strom erwärmt wird, nimmt seine Temperatur zu. Dann entwickelt sich ein Temperaturgradient, weil der IC sich nicht im Gleichschritt mit dem Fühlerwiderstand aufheizt. Für kleine Ströme (und somit eine geringe Leistungsaufnahme in dem Fühlerwiderstand) ist die Temperaturdifferenz sehr klein und kann ohne wesentlichen Einfluß auf die Meßgenauigkeit vernachlässigt werden. Bei höheren Strömen kann die Temperaturdifferenz jedoch erhebliche Fehler verursachen. Bei einem TC von 3300 ppm pro Grad Celsius erzeugt zum Beispiel eine Temperaturdifferenz von 3 Grad einen Fehler von 1%.

Fig. 1 zeigt einen üblichen Anschlußrahmen 10 mit acht Pins, der im Stand der Technik bekannt ist. Solche Anschlußrahmen werden in Gehäusen (package) für elektronische Schaltkreisanordnungen, wie integrierte Schaltkreisgehäuse, verwendet. Der Anschlußrahmen ist ein strukturierter Leiter, der ausgewählte leitende Kontaktflächen 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 und 28 elektrisch miteinander verbindet, die ihrerseits mit den äußeren Anschlußpins (nicht gezeigt) des Gehäuses verbunden werden. Der Anschlußrahmen 10 umfaßt ein Chip- Montagefeld 30, das in folgendem "Paddel" (paddle) genannt wird, und mehrere Bond-Drähte 40. Die Bond-Drähte 40 verbinden den IC 50 elektrisch mit leitenden Kontaktflächen 21 bis 28. Der Fühlerwiderstand 60 wird als eine strukturierte leitende Verbindung zwischen den Kontaktflächen 21 und 22 ausgebildet. Die Kontaktflächen sind auch über Bond-Drähte 40 mit dem IC 50 verbunden, so daß der IC 50 den Strom erfassen kann, der durch den Fühlerwiderstand 60 fließt, in dem er den Spannungsabfall zwischen den Kontaktflächen 21 und 22 mißt. Die Spannung fällt über dem bekannten Widerstandswert des Fühlerwiderstands 60 ab und erlaubt so eine direkte Berechnung des Stroms gemäß der Formel:



I = V_DROP/R_SENSE



wobei I = Strom, V_DROP = Spannungsabfall und R_SENSE = Widerstandswert des Fühlerwiderstands.

Üblicherweise wird ein Anschlußrahmen durch Ausstanzen einer Struktur aus Verbindungen und Kontaktflächen und eines Chip-Montagepaddels aus einem Metallblech geeigneter Dicke hergestellt. Ein Durchschnittsfachmann wird jedoch erkennen, daß andere Verfahren, wie Ätzen, zum Ausbilden eines Anchlußrahmens aus einem Blech oder anderem leitenden Material eingesetzt werden können.

Um einen geeigneten Widerstandswert zu erhalten, hat der Stromfühlerwiderstand 60 im allgemeinen eine ausgedehnte Länge und eine geringe Breite, die so genannte Schlangen- oder Serpentinenstruktur. Die Größe und Form dieses Serpentinen-Fühlerwiderstands wird verändert, um einen ausgewählten Widerstandswert und eine ausgewählte zulässige Stromkapazität zu erreichen. Solche Widerstände sind im Stand der Technik gut bekannt, siehe zum Beispiel US-A-5,534,788 von Smith et al., auf die hier in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird.

Ausgleichs- oder Kompensationssysteme des Standes der Technik, Fig. 1, verlassen sich auf die schlechte thermische Leitung des Gehäuses (package), um den IC 50 und den Fühlerwiderstand 60 auf nahezu derselben Temperatur zu halten. Der Fühlerwiderstand 60 ist von dem Chip-Montagepaddel 30 des IC thermisch isoliert, mit dem Gehäuse jedoch thermisch verbunden. Da der Anschlußrahmen 10 ebenfalls mit dem Gehäuse thermisch verbunden ist, liegen alle Teile des Anschlußrahmens 10 und des IC 50 zu jeder Zeit nominal auf derselben Temperatur, soweit es nicht bedeutende Wärmequellen innerhalb des Gehäuses gibt. Bei Niederstromanwendungen zum Beispiel bewirkt die ohmsche Erwärmung in dem Fühlerwiderstand nur eine vernachlässigbare Temperaturänderung in dem IC.

Bei Anwendungen mit höheren Strömen ist die Erwärmung des Fühlerwiderstands 60 jedoch nicht vernachlässigbar. Da das Gehäuse, üblicherweise ein Kunstharz, schlechte thermische Leiteigenschaften hat, ist der Temperaturanstieg bei dem Widerstand nicht sofort bei dem IC spürbar. Es entwickelt sich daher ein Temperaturgradient zwischen dem Fühlerwiderstand und dem IC, sobald eine erhebliche ohmsche Erwärmung in dem Fühlerwiderstand die Temperatur des Widerstands schneller anhebt, als das Gehäuse die Wärme zu dem IC leiten kann. Es ist bekannt, daß sowohl temperaturabhängige als auch stationäre Temperaturgradienten vorkommen.

Eine Lösung dieses Problems des Temperaturgradienten gemäß dem Stand der Technik besteht darin, den Fühlerwiderstand direkt auf dem IC herzustellen. Ein solches Beispiel dieser Technik findet man zum Beispiel in dem Stromsensorverstärker Maxim® 471 (Maxim ist eine eingetragene Marke der Maxim Integrated Products, Sunnyvale, Kalifornien, USA). Dieses Verfahren erfordert, daß ein erheblicher Teil der Oberfläche des Chips zur Verwendung als Widerstand reserviert wird, was sich nachteilig auf die Chip-Ausbeute und die Kosten auswirkt. Ferner sind Fühlerwiderstände auf dem Chip durch die minimal erzielbaren Widerstandswerte des Fühlerwiderstands beschränkt. Übliche Metallisierungsflächen aus Aluminium (mit einer Standarddicke) haben ein Widerstandswert von 30 Milliohm pro Square. (Wie im Stand der Technik bekannt, ist ein Square ein laufendes Materialstück mit einer üblichen, bekannten Dicke und einem Verhältnis von Länge zu Breite von 1). Häufig sind Widerstandswerte des Fühlerwiderstands von weniger als 10 Milliohm wünschenswert, wobei sich jedoch gezeigt hat, daß diese schwer herzustellen sind. Zusätzlich erfordern Anwendungen mit hohen Strömen (die zum Beispiel mehr als 1 A Strom leiten) sehr dicke urd sehr große Metallisierungsflächen und Bond-Drähte, um den Strom zu leiten. Während dicke Metallisierungen möglich sind, erfordern sie eine spezielle Verarbeitung. Solche Fühlerwiderstände erfordern eine größere Fläche auf dem IC und haben demzufolge höhere Widerstandswerte als erwünscht.

Da der minimale Widerstandswert eines Chipwiderstands höher ist als der eines externen Anschlußrahmenwiderstands, wird die Serienimpedanz und somit die Leistungsaufnahme in der Meßschaltung erhöht. Die höhere Impedanz begrenzt auch den maximalen Strom, der erfaßt werden kann. In modernen elektrischen Schaltkreisen mit niedriger Leistung sind all diese Effekte besonders unerwünscht.