CN101178421A - 测量微小电容之间差异性的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量微小电容之间差异性的电路，第一组电路包括串联的电容C1和电容C2，电容C1一端连接输入电压，电容C2另一端接地，电容C1与电容C2连接处与晶体管栅极连接，晶体管漏极接地，源极连接电流源流出端，该连接处为输出电压，电流源另一端接地。第二组电路将第一组电路中加在电容C1端的电压加在电容C2上。本发明还公开一种测量微小电容之间差异性的方法，首先，对第一组电路测试多组输入输出电压值；根据上述数据计算输出电压随输入电压变化斜率；对第二组电路测试多组输入输出电压值；第四步，根据第三步数据计算输出电压随输入电压变化斜率；最后，计算微小电容之间差异。本发明能提高测量的精确度和效率。

Description

测量微小电容之间差异性的电路及方法

技术领域

本发明涉及超大规模集成电路制造领域，尤其是一种超大规模集成电路制造中测量微小电容之间差异性的电路，还涉及利用测量微小电容之间差异性的电路进行的测量微小电容之间差异性的方法。

背景技术

在超大规模集成电路制造领域电路设计中，经常会要求两个器件设计结构与特性尽量一致。在测试过程中，需要测试这两个器件的差异性。

对于微小电容差异性的测试尤为困难，已有技术一般采用直接测量微小电容的电容值再进行比较。但微小电容本身容易受到噪声的影响，而且在测量过程中测量精度也对测量结果有很大的影响。

现有的这种直接测量得出微小电容之间差异性方法，会因为噪声和测量精度而产生一定的误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测量微小电容之间差异性的电路，它可以精确的得到微小电容之间的差异。为此，本发明还提供一种测量微小电容之间差异性的方法，它利用上述测量微小电容之间差异性的电路测试数据计算得出微小电容之间的差异，从而提高微小电容差异性的测试精度。

为解决上述技术问题，本发明测量微小电容之间差异性的电路所采用的技术方案是，包括两组电路，第一组电路包括待测电容C1，其一端与待测电容C2相连接，另一端与测试输入电压Vin相连接，测试输入电压Vin的另一端接地，待测电容C2一端与待测电容C1相连接，另一端接地，晶体管Q栅极与待测电容C1和待测电容C2的连接处相连接，漏极接地，源极与电流源I流出端相连接，电流源I流入端接地，测试输出电压Vout在电流源I和晶体管Q源极的连接处；

第二组电路包括待测电容C2，其一端与待测电容C1相连接，另一端与测试输入电压Vin相连接，测试输入电压Vin的另一端接地，待测电容C1一端与待测电容C2相连接，另一端接地，晶体管Q栅极与待测电容C1和待测电容C2的连接处相连接，漏极接地，源极与电流源I流出端相连接，电流源I流入端接地，测试输出电压Vout在电流源I和晶体管Q源极的连接处。

本发明测量微小电容之间差异性的方法所采用的技术方案是，包括以下步骤：

第一步，针对第一组测试电路，在测试输入电压Vin处加电压值Vin，并测量相应的测试输出电压Vout处的电压值Vout，重复多次得到多组测试输入电压值Vin和测试输出电压值Vout；

第二步，根据第一步的数据计算Vout随Vin变化的斜率S1；

第三步，针对第二组测试电路，在测试输入电压Vin处加电压值Vin，并测量相应的测试输出电压Vout处的电压值Vout，重复多次得到多组测试输入电压值Vin和测试输出电压值Vout；

第四步，根据第三步的数据计算Vout随Vin变化的斜率S2；

第五步，通过公式：

$\frac{\mathrm{\ΔC}}{C}=2\frac{S1-S2}{S1+S2}$ 计算得到微小电容之间差异ΔC，其中C为微小电容设定值。

本发明测量微小电容之间差异性的电路将电容测量转换为精度较高的电压测量，同时通过晶体管放大器放大测量信号，再通过正反向的测量解决寄生电容的影响，可以精确测试微小电容的差异性。本发明测量微小电容之间差异性的方法，利用多组数据得出测试输出电压随测试输入电压的变化斜率，计算得出精确的微小电容值差异，可提高测量精度，并且可以降低生产成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明测量微小电容之间差异性的电路第一组电路示意图；

图2为本发明测量微小电容之间差异性的电路第二组电路示意图；

图3为本发明测量微小电容之间差异性的方法流程示意图；

图4为测试输出电压随测试输入电压的变化斜率图。

具体实施方式

如图1所示，测量微小电容之间差异性的第一组电路包括待测电容C1，其一端与待测电容C2相连接，另一端与测试输入电压Vin相连接，测试输入电压Vin的另一端接地，待测电容C2一端与待测电容C1相连接，另一端接地，P型MOS晶体管Q栅极与待测电容C1和待测电容C2的连接处相连接，漏极接地，源极与电流源I流出端相连接，电流源I流入端接地，测试输出电压Vout在电流源I和晶体管Q源极的连接处。

如图2所示，测量微小电容之间差异性的第二组电路包括待测电容C2，其一端与待测电容C1相连接，另一端与测试输入电压Vin相连接，测试输入电压Vin的另一端接地，待测电容C1一端与待测电容C2相连接，另一端接地，P型MOS晶体管Q栅极与待测电容C1和待测电容C2的连接处相连接，漏极接地，源极与电流源I流出端相连接，电流源I流入端接地，测试输出电压Vout在电流源I和晶体管Q源极的连接处。

如图3所示，测量微小电容之间差异性的方法包括以下步骤：

第一步，针对第一组测试电路，，加测试输入电压值Vin，并测量相应的测试输出电压值Vout，晶体管栅极电压Vfloat＝Vin*C1/(C1+C2)，在输入电压端子分别加高的偏置电压Vin，hi和低偏置电压Vin，low，并分别测得输出端的电压Vout，hi以及Vout，low，重复多次得到多组测试输入电压值Vin和测试输出电压值Vout。

第二步，根据第一步的数据采用最小二乘法拟合方法计算Vout随Vin变化的斜率S1， $S1=\frac{C1}{C1+C2+\mathrm{Cpar}}.$

第三步，针对第二组测试电路，加测试输入电压值Vin，并测量相应的测试输出电压值Vout，在输入电压端子分别加高的偏置电压Vin，hi和低偏置电压Vin，low，并分别测得输出端的电压Vout，hi以及Vout，low，重复多次得到多组测试输入电压值Vin和测试输出电压值Vout。

第四步，根据第三步的数据采用最小二乘法拟合方法计算Vout随Vin变化的斜率S2， $S2=\frac{C2}{C1+C2+\mathrm{Cpar}}.$

最后，通过如下公式：

$\frac{\mathrm{\ΔC}}{C}=2\frac{S1-S2}{S1+S2}$ 计算得出待测电容C1和待测电容C2的差异，其中C为微小电容设定值。

本发明测量微小电容之间差异性的电路，采用电容分压器和晶体管缓冲器的级链，将微小电容的差异性测试转换为较为容易且具有较高测量精度的电压测试，并且利用P型晶体管的高输入阻抗、低输出阻抗和电压增益的特性，来减少寄生电容、噪声对于测试结果的影响，实现对微小电容差异性的高精度测量。本发明测量微小电容之间差异性的方法，通过测量微小电容之间差异性的电路输出电压随测试输入电压的变化斜率，计算待测微小电容之间的差异。

本发明不仅能够测试微小电容之间的差异性，更可以提高测试精度，增加测试效率。

Claims (4)

1.一种测量微小电容之间差异性的电路，其特征在于，包括两组电路，第一组电路包括待测电容C1，其一端与待测电容C2相连接，另一端与测试输入电压Vin相连接，测试输入电压Vin的另一端接地，待测电容C2一端与待测电容C1相连接，另一端接地，晶体管Q栅极与待测电容C1和待测电容C2的连接处相连接，漏极接地，源极与电流源I流出端相连接，电流源I流入端接地，测试输出电压Vout在电流源I和晶体管Q源极的连接处；

第二组电路包括待测电容C2，其一端与待测电容C1相连接，另一端与测试输入电压Vin相连接，测试输入电压Vin的另一端接地，待测电容C1一端与待测电容C2相连接，另一端接地，晶体管Q栅极与待测电容C1和待测电容C2的连接处相连接，漏极接地，源极与电流源I流出端相连接，电流源I流入端接地，测试输出电压Vout在电流源I和晶体管Q源极的连接处。

2.如权利要求1所述的测量微小电容之间差异性的电路，其特征在于，其中晶体管Q为P型MOS晶体管。

3.一种利用权利要求1所述测量微小电容之间差异性的电路测量微小电容之间差异性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，针对第一组测试电路，在测试输入电压Vin处加电压值Vin，并测量相应的测试输出电压Vout处的电压值Vout，重复多次得到多组测试输入电压值Vin和测试输出电压值Vout；

第二步，根据第一步的数据计算Vout随Vin变化的斜率S1；

第三步，针对第二组测试电路，在测试输入电压Vin处加电压值Vin，并测量相应的测试输出电压Vout处的电压值Vout，重复多次得到多组测试输入电压值Vin和测试输出电压值Vout；

第四步，根据第三步的数据计算Vout随Vin变化的斜率S2；

第五步，通过公式：

$\frac{\mathrm{\ΔC}}{C}=2\frac{S1-S2}{S1+S2}$ 计算得到微小电容之间差异ΔC，其中C为微小电容设定值。

4.如权利要求3所述的测量微小电容之间差异性的方法，其特征在于，第二步和第四步中采用最小二乘法拟合方法计算Vout随Vin变化的斜率S1和S2。

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