CN107228986A - 一种电容失配检测电路及方法 - Google Patents

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王志利
张宁
马腾飞
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Abstract

本发明公开了一种电容失配检测电路及方法，该方法包括：将比较电路的反相输入端接固定直流电压；分别将第一外接电压端口和第二外接电压端口接地，另一端施加缓慢的斜坡电压，并于该比较电路的输出端电压反转时，记录此时所施加的电压值，分别计算第一待测电容与第二电测电容之间的连接节点电压；根据两次获得的第一待测电容与第二电测电容之间的连接节点电压，计算出第一待测电容与第二待测电容的关系，通过本发明，可提高电容失配检测的测试精度。

Description

一种电容失配检测电路及方法
技术领域
本发明涉及CMOS集成电路设计领域，特别是涉及一种电容失配检测电路及方法。
背景技术
小电容间的失配检测对于模拟集成电路设计具有重要作用，比如在电容性DAC(Digital to Analog Converter，数字模拟转换器)设计中，小电容间的失配直接影响了DAC的静态和动态特性。
目前，对于电容间失配的测量方法，大致有两类：第一类是直接测量电容的绝对值，进而计算电容间的失配量，考虑到探针的寄生等非理想因素，但这种方法在测量大电容时可取，在测量小电容时误差较大。
第二类是借助testkey电路来测量小电容间的失配，图1为现有技术中常用的电容失配检测电路。如图1所示，C1和C2为两个小电容，V1和V2为外加电压端，A为跟随器，OUT为电压输出端。测试电容C1和C2的失配时，可以在V1和V2间外加特定电压，如V2接地，V1端施加斜率为k0的斜坡电压，那么由于C1和C2的分压作用，在OUT端也有斜坡电压输出。测量输出电压的斜率k，则可以得到电容C1和C2的关系：
然而，这种用电压直接测量的方式也存在一定的弊端，比如跟随器特性要求越高，输入端的寄生可能越大，对于一个百分之一跟随精度的跟随器，输入端寄生电容可能达到几十fF，该寄生电容将直接影响目标电容的测试精度；以及随器本身的失调可能导致测试不准确。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种电容失配检测电路及方法，以提高电容失配检测的测试精度。
为达上述及其它目的，本发明提出一种电容失配检测电路，包括第一待测电容、第二待测电容以及比较电路，该第一待测电容、第二待测电容串行连接，其连接节点连接至该比较电路的一输入端，该第一待测电容、第二待测电容的另一端分别连接至第一外接电压端口、第二外接电压端口，一参考电压连接至该比较电路的另一端。
进一步地，该参考电压接该比较电路的反相输入端，该第一待测电容与第二待测电容的连接节点接该比较电路的同相输入端。
进一步地，该参考电压为该比较电路的阈值电压。
进一步地，该参考电压接一固定直流电压。
进一步地，该比较电路为一比较器。
进一步地，于进行电容失配检测时时，将该参考电压接一固定直流电压，分别于该第一外接电压端口、第二外接电压端口外加斜坡电压，该比较电路将该连接节点的电压与该参考电进行比较，并于该比较电路的输出端测量输出电压的反转情况，于反转时，分别测得所施加的电压值，计算出连接节点电压，进而获得第一待测电容与第二待测电容的关系。
为达到上述目的，本发明还提供一种电容失配检测方法，应用于该电容失配检测电路，包括如下步骤：
步骤一，将比较电路的反相输入端接固定直流电压；
步骤二，分别将第一外接电压端口和第二外接电压端口接地，另一端施加缓慢的斜坡电压，并于该比较电路的输出端电压反转时，记录此时所施加的电压值，分别计算第一待测电容与第二电测电容之间的连接节点电压；
步骤三，根据两次获得的第一待测电容与第二电测电容之间的连接节点电压，计算出第一待测电容与第二待测电容的关系。
进一步地，步骤二进一步包括：
步骤S1，将该第二外接电压端口接地，第一外接电压端口施加缓慢的斜坡电压，当该比较电路的输出端电压反转时，记录此时所施加的电压值，并进一步计算出第一待测电容与第二待测电容之间的连接节点的电压；
步骤S2，将该第一外接电压端口接地，该第二外接电压端口施加缓慢的斜坡电压，当该比较电路的输出端电压反转时，记录此时所施加的电压值，并进一步计算出第一待测电容与第二待测电容之间的连接节点的电压。
进一步地，步骤S1与步骤S2中，该比较电路的阈值电压保持不变。
进一步地，对于比较电路的输入寄生电容引起的测量误差，通过降低比较电路的输入端管子尺寸的方法进行降低。
与现有技术相比，本发明一种电容失配检测电路及方法通过将第一待测电容、第二待测电容串行连接，其连接节点连接至比较电路的同相输入端，第一待测电容、第二待测电容的另一端分别连接至两个外接电压端口，参考电压连接至比较电路的反相输入端，于测量时将参考电压接一固定直流电压，在两个外接电压端口分别外加斜坡电压，通过比较电路将两个待测电容的连接节点电压与参考电压进行比较，然后在比较器的输出端测量电压的反转情况，获得外加的斜坡电压值，并获得连接节点电压，进而获取第一待测电容与第二待测电容之间的关系，从而提高电容失配的测试精度。
附图说明
图1为现有技术中常用的电容失配检测电路的电路示意图；
图2为本发明一种电容失配检测电路的电路示意图；
图3为本发明一种电容失配检测方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种电容失配检测电路的电路示意图。如图2所示，本发明一种电容失配检测电路，包括第一待测电容C1、第二待测电容C2以及比较电路20。
其中第一待测电容C1、第二待测电容C2串行连接，其连接节点E连接至比较电路20的同相输入端，第一待测电容C1、第二待测电容C2的另一端分别连接至外接电压端口V1、V2，参考电压VT作为比较电路的阈值电压，连接至比较电路的反相输入端，在本发明具体实施例中，比较电路20为一比较器。
于进行电容失配检测时时，参考电压VT接一固定直流电压，在外接电压端口V1和V2端，外加斜坡电压，比较电路20将结点E的电压与参考电压VT进行比较，然后在比较电路20的输出端OUT测量输出电压的反转情况。
图3为本发明一种电容失配检测方法的步骤流程图。如图3所示，本发明一种电容失配检测方法，包括如下步骤：
步骤301，将比较电路的反相输入端接固定直流电压VT；
步骤302，分别将外接电压端口V1和V2接地，另一端施加缓慢的斜坡电压，并于比较电路的输出端电压反转时，记录此时所施加的电压值，并分别计算第一待测电容与第二电测电容之间的节点电压。
具体地，步骤302进一步包括：
步骤S1，将外接电压端口V2接地，外接电压端口V1端施加缓慢的斜坡电压，当比较电路的输出OUT端反转时，记录此时所施加的电压V1值，并进一步计算出第一待测电容与第二待测电容之间的节点E的电压；
步骤S2，保持固定直流电压VT不变，将外接电压端口V1端接地，外接电压端口V2端施加缓慢的斜坡电压，当比较电路的输出OUT端反转时，记录此时所施加的电压V2值，并进一步计算出第一待测电容与第二待测电容之间的节点E的电压。
步骤303，根据两次获得的第一待测电容与第二电测电容之间的节点电压，计算出第一待测电容与第二待测电容的关系。
以下将通过具体例子说明本发明的实现原理：
测量时，比较器的反相输入端接固定直流电压VT。第一步，将外接电压端口V2接地，外接电压端口V1端施加缓慢的斜坡电压，当比较器OUT端反转时，记录此时的V1值。此时，E点电压即
第二步，保持VT不变，将V1端接地，V2端施加缓慢的斜坡电压，当OUT端反转时，记录此时的V2值。此时，E点电压即
由于测试条件一致，两次测试比较器的阈值电压应该不变，为
VT0＝VT+Voffset
其中，Voffset为比较器的offset电压。可得：
进而，可以得出C1和C2的关系为
从上可以发现，C1与C2的关系与比较器的offset无关，而比较器的offset与比较器输入对管的尺寸成反比，且管子尺寸越小，寄生电容越小。那么，对于比较器的输入寄生电容这个可能引起测量误差的因素，可以通过降低比较器的输入端管子尺寸的方法进行降低，从而将电容失配的测试精度提高到10个fF以内。
综上所述，本发明一种电容失配检测电路及方法通过将第一待测电容、第二待测电容串行连接，其连接节点连接至比较电路的同相输入端，第一待测电容、第二待测电容的另一端分别连接至两个外接电压端口，参考电压连接至比较电路的反相输入端，于测量时将参考电压接一固定直流电压，在两个外接电压端口分别外加斜坡电压，通过比较电路将两个待测电容的连接节点电压与VT进行比较，然后在比较器的输出端测量OUT的反转情况，获得外加的斜坡电压值，并获得连接节点电压，进而获取第一待测电容与第二待测电容之间的关系，从而提高电容失配的测试精度。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种电容失配检测电路，包括第一待测电容、第二待测电容以及比较电路，其特征在于：该第一待测电容、第二待测电容串行连接，其连接节点连接至该比较电路的一输入端，该第一待测电容、第二待测电容的另一端分别连接至第一外接电压端口、第二外接电压端口，一参考电压连接至该比较电路的另一端。
2.如权利要求1所述的一种电容失配检测电路，其特征在于：该参考电压接该比较电路的反相输入端，该第一待测电容与第二待测电容的连接节点接该比较电路的同相输入端。
3.如权利要求2所述的一种电容失配检测电路，其特征在于：该参考电压为该比较电路的阈值电压。
4.如权利要求3所述的一种电容失配检测电路，其特征在于：该参考电压接一固定直流电压。
5.如权利要求4所述的一种电容失配检测电路，其特征在于：该比较电路为一比较器。
6.如权利要求4所述的一种电容失配检测电路，其特征在于：于进行电容失配检测时时，将该参考电压接一固定直流电压，分别于该第一外接电压端口、第二外接电压端口外加斜坡电压，该比较电路将该连接节点的电压与该参考电进行比较，并于该比较电路的输出端测量输出电压的反转情况，于反转时，分别测得所施加的电压值，计算出连接节点电压，进而获得第一待测电容与第二待测电容的关系。
7.一种电容失配检测方法，应用于如权利要求1所述的电容失配检测电路，包括如下步骤：
步骤一，将比较电路的反相输入端接固定直流电压；
步骤二，分别将第一外接电压端口和第二外接电压端口接地，另一端施加缓慢的斜坡电压，并于该比较电路的输出端电压反转时，记录此时所施加的电压值，分别计算第一待测电容与第二电测电容之间的连接节点电压；
步骤三，根据两次获得的第一待测电容与第二电测电容之间的连接节点电压，计算出第一待测电容与第二待测电容的关系。
8.如权利要求7所述的一种电容失配检测方法，其特征在于，步骤二进一步包括：
步骤S1，将该第二外接电压端口接地，第一外接电压端口施加缓慢的斜坡电压，当该比较电路的输出端电压反转时，记录此时所施加的电压值，并进一步计算出第一待测电容与第二待测电容之间的连接节点的电压；
步骤S2，将该第一外接电压端口接地，该第二外接电压端口施加缓慢的斜坡电压，当该比较电路的输出端电压反转时，记录此时所施加的电压值，并进一步计算出第一待测电容与第二待测电容之间的连接节点的电压。
9.如权利要求8的一种电容失配检测方法，其特征在于：步骤S1与步骤S2中，该比较电路的阈值电压保持不变。
10.如权利要求8的一种电容失配检测方法，其特征在于：对于比较电路的输入寄生电容引起的测量误差，通过降低比较电路的输入端管子尺寸的方法进行降低。
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