CN1864116B - 补偿半导体工艺和电路中温度漂移的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种方法设备，用于补偿半导体处理电路(例如基准电路)工作中的温度效应。该方法基于去除在温度范围上的基准电压变化的二阶效应(例如“曲率”)的实现来操作。可以以直线表示在温度范围上的基准电压变化。该方法通过在第一温度处、以温度无关电压将基准电压缩放为希望值来提供绝对值的修正。然后，在第二温度处，通过加上或减去在第一温度处一直为零的电压，来校正输出电压斜率。

Description

补偿半导体工艺和电路中温度漂移的方法和设备
技术领域
本发明涉及半导体工艺和电路。具体地，本发明涉及需要在温度范围上的精确输出的电路。在例如电压或电流基准电路的电路中这种温度漂移的影响尤其明显，并且可能还影响放大器的工作。
背景技术
在半导体电路领域，一些类型的电路需要在温度范围上的可靠工作。在图1中示出了被用于提供恒定基准源的一个这种电路。这种简单电路是这样实现的一种恒定基准电路：使用电流源101，产生与绝对温度(PTAT)成比例的输出电流，电流源101经由电阻102与作为绝对温度的补充(CTAT)的晶体管103的基极-发射极电压相连。如果102两端压降的斜率(PTAT)与基极-发射极电压斜率(CTAT)相平衡，在电流源101和电阻102的公共节点处提供的输出电压实质上在温度上恒定。其他公知的基准源包括使用带隙技术实现的基准源。
提供这种基准电路的问题在于：存在多个可能提供基准电路的性能的变化的参数，这会导致误差。例如，作为在典型基准电路中实现的晶体管的工艺变化的结果，晶体管的基极-发射极电压可以改变。即使晶体管被设置为以相同的发射极电流工作，也可能改变多达10-20mV，从而在基准输出中导致误差。
误差的另一个来源是由于在这种基准电路中产生PTAT电压所使用的典型技术。典型地，利用设置在电路中的、在不同电流密度处工作的两个晶体管的基极-发射极电压的电压差ΔVBE来产生PTAT电压。然后，放大ΔVBE的值以产生在这种带隙电路中使用的所需PTAT电压值。因为PTAT电压是ΔVBE的缩放复制，所以同样放大和增加了ΔVBE中存在的任何漂移，这导致了误差。此外，在这种电路的封装期间会引入附加误差。例如，在封装期间可能施加到晶体管的模制应力可能导致基准值的额外漂移。
在典型带隙电压基准中，输出电压需要修正或调节以便实现在温度范围上的恒定输出电压基准。由于双极性晶体管的电流和基极-发射极电压之间的指数关系，难以改变CTAT电压，所以典型地通过改变PTAT电压来实现修正或调节。典型地，假定双极性晶体管的基极-发射极电 压在绝对零度处具有精确值，必须修正带隙电压基准的绝对电压和温度斜率。在开氏(Kelvin)零度处的基极发射极电压被公知为带隙电压。由于工艺变化，实际带隙电压基准的输出电压和温度斜率或温度系数(TC)在不同器件之间具有不同值。如果需要精确的绝对电压和最小温度系数，则会引起问题。当在室温处调节PTAT电压以便校正温度斜率时，该调节使斜率围绕开氏零度旋转，这还使绝对电压改变。因此，当已经校正了温度斜率时，还必须校正绝对电压。绝对电压的校正可能又改变温度斜率。结果，修正工艺典型地需要使校正温度斜率步骤之后校正绝对电压的步骤重复多次。这表示当需要精确的绝对电压和最小温度系数时，必须采用修正斜率和绝对电压的反复处理。
另一种修正基准电压的方式是记录两个不同温度处的两个基准电压值的最小值，以便找到温度斜率，并随后将PTAT电压调节相应的量并且使基准电压(或者增益)漂移温度恒定值。然而，使用该技术的大规模生产中单元的温度修正具有需要在温度测试期间多次处理和跟踪独立单元的缺点。
已经开发出多种技术用于提供温度效应的补偿。在美国专利No.6,075,354(其内容合并在此作为参考)中公开了这种技术的示例。在该文献中，设置了三个电流DAC以与带隙电压产生器相接口，第一个设置用于修正输出基准电压的一阶温度斜率变化，第二个用于补偿温度斜率曲率，以及第三个用于提供缩放增益调节。为了针对斜率校正调节ΔVBE，使用使外部校正电流流过主带隙单元的第一或第二二极管的技术。该方案的缺点在于：随着PTAT电压改变，基准电压斜率同样改变，这影响基准电压的绝对值。
另一个美国文献(No.6,329,804)同样描述了电压基准的斜率和电平修正DAC。为了修正基准电压斜率，使用电流开关DAC来将PTAT修正电流注入主带隙单元中的两个二极管之一。然而，如美国专利No.6,075,354的情况，该专利还具有如下缺点：ΔVBE的变化改变了基准电压的斜率和绝对值。
因此，存在对提供其中可以独立地调节基准电压和温度系数的修正基准电压的简单方式的方法和电路的需求。
发明内容
本发明的目的是提供用于补偿半导体电路的工作期间的温度效应以克服上述问题的方法和电路。本发明的另一个目的是提供一种用于执行本发明的模拟和数字解决方案。
因此，如所附权利要求所述，本发明提供一种用于补偿半导体电路工作中的温度效应的方法，该方法包括如下动作或步骤：在第一温度处将所述电路的输出值缩放为希望输出值，并且在第二温度处，将所述输出值与所述希望输出值进行匹配，使得所述希望输出值在所述第一温度处保持不变。在基准电压的情况下，假定去除了在温度范围上基准电压变化的二阶效应(例如“曲率”)并且在温度范围上基准电压变化是直线，以实现该方法。
根据提出的方法，首先修正绝对值。在第一或基准温度(典型地是室温)处，将基准电压缩放温度无关电压到希望值。然后，在第二温度处，通过加上或减去在基准温度处一直为零并因此对绝对值无影响的电压，来校正输出电压斜率。有效地，本发明是基于按照由两个点定义的直线来设置输出的分析。在第一步骤中，缩放直线，使其与固定的预定点相交。然后，在第二温度处，围绕该固定点旋转直线。
在第一实施例中，通过使基准向上或向下漂移恒定值为希望输出值，来实现第一步骤。典型地，通过使恒定电流流过电阻来实现。可以由平衡的PTAT/CTAT电流或通过反映电阻两端的基准电压，来产生该电流。假定输出是由方程y＝mx+c定义的直线，则本质上该步骤等同于“c”的附加。
在不同的第二温度处实现第二步骤，并且利用对两个平衡修正PTAT和CTAT电流的差值的加或减来实现斜率的旋转。按照如下方式来平衡这两个修正电流：在第一温度处，它们的和或差是零，并且与每一个单独的电流相比，组合电流具有两倍斜率。
可以在第一和第二步骤之间设置附加步骤，附加步骤适用于确保PTAT和CTAT电流之间的差值在第一温度处等于零。这可以通过PTAT或CTAT电流源的调谐来实现，以实现两者之间的平衡。
在另一个实施例中，提供一种方法，在第一温度处、以温度无关电压将所述电路的输出电压缩放为希望输出电压值，并且在第二温度处，通过加上或减去校正电压来校正表示所述希望输出电压的线在温度范围内的斜率，以在所述第二温度处提供所述希望输出电压，使得所述校正电压在所述第一温度处一直为零，并且所述希望输出电压值在所述第一温度处保持不变。
在另一个实施例中，提供一种适用于提供工作期间的温度效应的补偿的半导体电路，包括：装置，用于在第一温度处将所述电路的输出缩放到希望输出值；以及装置，用于在第二温度处将所述输出值与所述希望输出值进行匹配，使得所述希望输出值在所述第一温度处保持不变。
理想地，由与DAC相连的电流源控制产生恒定电压值的恒定电流值，并且施加到所述DAC的用户控制输入代码值确定恒定电流值。可以设置复用器，确定是否要加上或减去恒定电压值。
优选地，由第一和第二DAC控制修正电流，所述第一和第二DAC的输出与至少一个复用器相连，使得施加到所述复用器的控制信号控制所述差值的加或减。通过调节到与所述电流之一相连的调谐DAC的用户控制输入值，由所述调谐DAC执行修正电流的调谐。
在本发明的另一个实施例中，提供一种适用于提供工作期间温度效应的补偿的半导体电路，该电路包括：数字控制装置，用在第一温度处将所述电路的输出电压数字地缩放为希望输出电压值，并且在第二温度处数字地将所述输出电压与所述希望输出电压值进行匹配，使得所述希望输出电压值在所述第一温度处保持不变。
优选地，数字控制装置包括与每一个DAC的输入相连的寄存器，其中，来自所述寄存器的输出值确定到每一个DAC的输入代码的值。可以使寄存器与数字控制单元和存储器相连，所述输入代码的值被存储在所述存储器中，并且由所述数字控制单元控制从存储器到寄存器的所述输入代码的传送。
还提供一种计算机程序产品，包括其中包含了程序指令的介质，所述程序指令使计算机程序执行上述方法步骤或动作或步骤或动作的序列之一，所述介质可以实现为或包括记录介质、载波信号或只读存储器。
可以在器件封装之前或之后应用本发明实现的调节，并且可以认识到，可以在后期重复本发明，以补偿随着时间的过去电路性能的下降。这种步骤的后期重复可以被用于重新校准电路。
附图说明
图1是简单的现有技术的基准电路的示例；
图2示出了在第一修正步骤之前和之后的电路的基准电压和绝对温度之间的关系的图；
图3示出了良好平衡的PTAT和CTAT电流以及两个修正电流的图；
图4示出了调节正温度斜率的处理的图形表示；
图5示出了调节负温度斜率的处理的图形表示；
图6是根据适用于提供电压基准电路的温度补偿的本发明第一实施例的电路的方案；
图7是针对使用运算放大器的带隙电压基准的图6的电路的修改的示例；
图8是适用于补偿在温度范围上放大器的性能的本发明第二实施例的方案；以及
图9是适用于提供数字电路的性能的补偿的本发明第三实施例的方案。
具体实施方式
参考现有技术来描述图1。
现在参考图2至9中所示的优选实施例来描述本发明。
图2至5是示出了图6至9的补偿电路的工作的不同参数的图，稍后在描述中更为详细地讨论图6至9。
如图6所示，本发明提供了适用于与现有电压基准组件相接口，以在温度范围上提供恒定电压基准的补偿电路。本发明提供了补偿电路，用于在两个阶段中调节电压基准以在温度范围上提供恒定电压基准，这两个阶段即第一校准步骤和第二校准步骤。
在图6中，在块200中实现与图1所示类似的标准电压基准块。电压基准块200包括经由电阻202与晶体管203相连的PTAT电流源201，晶体管203的基极与地相连。在电流源201和电阻202的公共节点处提供输出基准电压Vref。这种电路的工作在本领域中是公知的，并且此处不进行描述。根据本发明，设置两个附加块：第一块300，适用于将基准块的输出缩放为希望基准值；以及第二块100，适用于能够在第二校准温度处进行输出温度斜率的旋转，以便提供在温度范围上具有恒定值的电压基准。
如图6所示，第一块包括：电流DAC 302，在其第一输入处与恒定电流源303相连，并且在其第二输入处具有一串用户控制二进制输入301，输入的选定值确定DAC 302的输出电流的值。经由两个复用器304、305将DAC 302的输出电流馈送给电阻202的任意一侧。通过将电流从电压基准块200推或拉入(这可以通过改变符号控制306来确定)复用器，可以放大或缩小通过电阻202的电流。电流的这种变化导致电压基准的相应的增加或减少。符号控制实现来自电压基准块的电流的推或拉的改变，以便按照需要使电压基准放大或缩小温度无关量。根据本发明，第一校准步骤涉及在第一温度(典型地是室温)处、按照上述方式将基准电压调节为需要值。
可以认识到，图6中设置的第一块300的配置有效地是同时推拉电流DAC。即，推入电阻202的一侧的电流同时从另一侧被拉回到DAC。在所有工作模式中，存在通过电阻202的电流的同时循环。结果，对晶体管203的基极发射极电压VBE没有修改。
当调节输出电压基准值直到达到希望输出值为止时，二进制数301被存储到存储器中。在本发明的优选实施例中，二进制数301被存储到例如EEPROM的非易失性存储器中。
图2示出了第一校准步骤之前和之后的电路的基准电压和温度之间的关系的图形表示。然而，输出电压基准保持易于受温度漂移的影响，从而电路温度的任何改变将改变输出电压的值。线1示出了基准电压值在Tmin至Tmax的温度范围内的典型变化。根据本发明，如线1所示，可以在室温(Tr)处从基准电压的初始值开始将基准电压调节为希望基准值Vref，如上所述。线2示出了假定在室温Tr处对电压基准做出调节时针对输出基准电压的新值的基准电压和温度之间的关系。通过研究线2可以认识到，输出基准电压保持易于受温度漂移的影响。第二控制块100的功能是将该温度斜率减少为零，以便在温度范围上提供恒定基准电压。
再次参考图6，当在第一校准步骤中已经利用第一控制块300将基准电压设置为希望电平时，可以激活第二控制块100，以提供第二校准步骤。第二控制块100提供两个主要功能：它提供PTAT和CTAT电路电流的平衡，并且它还负责将温度斜率调节为零。
第二控制块包括第一和第二电流源102、103，一个是PTAT，而另一个是CTAT。然后分别使两个电流源102、103与各自DAC 104、105相连。由公共二进制输入代码101控制DAC 104、105。交叉连接DAC的输出，并且作为输入馈送给复用器106、107。由公共控制信号108控制复用器的工作。可见，到复用器106、107的输入之一是具有CTAT和PTAT电流之间的差值的电流，而另一个输入是具有相反符号的相等电流。另一个电流源111作为到DAC 109的输入，DAC 109的输出被馈送给DAC104。二进制输入110控制调谐DAC 109的工作。
为了确保匹配电流源102、103的每一个，并因此不导致电压基准块性能的误差，希望使PTAT和CTAT电流在第一温度处平衡，以产生零差值。当使用第一控制块300、在第一温度(典型地是室温)处设置了电压基准时，如果平衡了电路，利用控制101来改变通过DAC 104、105的电流应该不影响基准电压。
图3示出了当平衡了PTAT和CTAT电流时典型的PTAT电流2和CTAT电流1的图。该图还示出了电流3(PTAT和CTAT电流之间的差值)和电流4(CTAT和PTAT电流之间的差值)的图。从该图可见，在室温Tr处，如果平衡了电流，PTAT和CTAT电流之间的差值应该为零。在第二控制块100中采用该事实，以便平衡电流。
为了检查是否平衡了PTAT和CTAT电流，应该在第一温度处将针对通过调谐DAC 109的电流的控制110和针对DAC 104和105的控制101设置为最小，并且记录基准电压值Vref。当记录了Vref时，可以将控制101设置为最小值，并且监控Vref的值。如果当控制值101改变时Vref的值也改变，这表示没有平衡PTAT和CTAT电流。这是因为如果PTAT和CTAT电流的值相等，到复用器106和107的输入电流(如上所述是CTAT和PTAT电流之间的差值)在第一温度处应该为零，如参考图3所解释的。如果Vref的值随着控制101的改变而改变，则表示没有平衡电流。然后应该将电流调节至平衡。这通过改变控制110以便能够互相相关地调谐PTAT和CTAT电流源来实现。控制110的变化改变了流过DAC 109的电流。当平衡了PTAT和CTAT电流时，将控制值110存储到存储器中，并且Vref针对控制101的改变而保持为相同的值。
第二控制块100的主要功能是将电路的温度斜率减少为零，因此电压基准将在温度范围上保持恒定。这是本发明的第二校准步骤。通过将电路的温度从第一温度改变为第二温度、并且调节电压基准直到针对该第二温度的输出电压与第一温度的需要电压相同为止，来执行将温度斜率减少为零的步骤。在该步骤期间，应该将电路的温度增加到第二温度，并且监控电压基准电路的输出Vref。注意，如果数字输入101是零，随着电路温度的增加，输出电压的值发生漂移。这可以通过实现定义输出的线的旋转来校正。通过从第二控制块100施加可变输入代码101直到再次达到希望值为止，来实现该旋转。当实现了该旋转时，将控制值101存储到存储器中，并且温度斜率应该在希望的整个温度范围上保持为零。
图4和5示出了调节温度斜率的该处理的图形表示。图4示出了正温度斜率的调节的表示。在图4中，电压基准最初具有正温度斜率，如线1所示，因此当电路的温度增加到第二温度Tmax时，输出基准电压值增加。第二控制块100可以通过推或拉电阻202两端的CTAT和PTAT电流之间的适当差值，直到在第二温度处的输出电压与在室温处设置的基准电压相对应为止，来减少该温度斜率。可以由控制101控制CTAT和PTAT电流差的值，复用器106、107上的控制108提供该电流作为对电压基准的增加或减少。图4示出了该处理，线1示出了在斜率校正之前的基准电压变化，以及线3示出了通过增加CATA和PTAT电流2中差的适当值的斜率校正之后的基准电压。在斜率校正之后，基准电压具有零温度斜率，以便在温度范围上产生恒定基准电压3。
负温度斜率的调节与正斜率调节相反。图5示出了负温度斜率的调节的表示。在这种情况下，还可以通过加上或减去电阻202两端的PTAT和CTAT电流差的适当值来减少斜率，以便在温度范围上提供恒定电压基准。图5示出了调节负温度斜率的处理，线1示出了在斜率校正之前的基准电压变化，线3示出了通过增加PTAT和CTAT电流2中差的适当值的斜率校正之后的基准电压。如正斜率调节的情况相同，在斜率校正之后基准电压应该具有零温度系数。
可以认识到，在第二温度处的该第二校准步骤的执行不影响作为第一校准结果定义的值。与第一校准块300和电压基准之间的接口类似，对晶体管203的基极发射极电压不产生改变。
可以理解，可以使用CMOS技术来设置上面针对图6所述的所有三个块，并且不必要提供使用BJT电路的电压基准块。可以作为寄生晶体管来提供电压基准块的晶体管。这种CMOS的实施方式的优点在于它的实现更廉价。然而，该技术还可应用于修正在双极性处理上实现的基准电压。
图7示出了对图6的控制块和电压基准块的修改。在该实施例中，使用运算放大器206来实现电压基准块200。
在图7的实施例中，第一晶体管204的发射极与电流源201相连，并且以第一电流密度操作。第一晶体管经由公共基极与以比晶体管204的电流密度低的第二电流密度操作的第二晶体管205相连。第一晶体管还与放大器206的非反向输入相连。放大器的反向输入经由第一电阻202与第二晶体管205的发射极相连。放大器的反向输入还经由第二电阻207与放大器206的输出相连，在放大器206的输出处监控基准电压Vref。如上所述，通过电阻202和207的电流是PTAT电流，并且输出电压是204(CTAT)的基极-发射极电压加上207(PTAT)上的压降。当平衡了PTAT和CTAT电压时，电压基准将不具有温度系数。
在图7的该实施例中，还有第一和第二控制块的一些组件与图6的先前实施例不同。第一控制块不再提供与电压基准的同时推拉接口。而是，设置单个复用器304，使其基于输入符号306的应用，可以从两个电阻202、207的公共节点推或拉电流。按照与参考图6所述的方式类似的方式，这可以实现电压基准输出的缩放，以与希望值相匹配。当在第一温度处实现该缩放时，完成第一校准步骤，然后在第二校准步骤中第二控制块被用于调节斜率。
如图7所示，第二控制块的不同在于仅设置了一个复用器106，因此控制块可以仅根据控制电流的符号112来从两个电流DAC 104和105的公共节点推或拉电流。可选地，平衡PTAT和CTAT电流源102、103，在第一温度处，将温度增加到第二校准温度，并且经由控制101改变到DAC 104和105的输入代码，直到在Vref处测量到的电压与希望输出值相匹配为止。与结合图6所述相类似，为了运算，现在可以存储控制值。
图8示出了本发明技术的进一步应用，这一次不限制于电压基准源，而是应用于补偿放大器的漂移。公知的是MOS放大器具有典型的随温度漂移的漂移。作为整个块400的放大器被划分为第一和第二级。由四个晶体管410、411、412、413设置放大器的第一级，并且由标准放大器代表408设置第二级。由节点402、403提供到放大器的两个输入，并且两个输入与第一和第二晶体管410、411的栅极相连。这些晶体管的每一个的源极与公共电流源401相连。第一晶体管的漏极与第三晶体管412(其栅极和漏极互相相连)相连，而第二晶体管的漏极与第四晶体管413的漏极相连。在输出节点409提供放大器的输出。
根据本发明，可以通将第一和第二控制块与放大器的组件相连来补偿放大器的漂移。如图8所示，可以在配置中提供控制块100、300，适用于提供参考图6描述的同时推拉电流循环。复用器304、305的输出分别与第二晶体管411和第四晶体管413的公共节点以及第一晶体管410和第三晶体管412的公共节点相连。类似地，第二控制块100的复用器107、106的输出同样分别与相同的节点相连。由与复用器相接口的符号控制306、108控制在第一和第二校准步骤期间施加的信号的符号。如上面参考电压基准源所述的，本发明通过在第一和第二温度处针对DAC实现第一和第二组控制比特，并且在电路的正常工作期间使用这些作为控制参数，来提供放大器的温度漂移输出的补偿。
为了根据两个平衡的PTAT和CTAT修正电流对来提供电压基准，图9示出了在数字环境中实现的本发明的另一个实施例。设置了先前参考图1所述的传统电压基准电路。针对这种基准的电路包括经由电阻502和晶体管503与地相连的PTAT电流源501。从节点504获得电压基准。可以认识到，与参考图1和6所述的类似，可以在CMOS以及双极性实施方式中设置该电压基准的电路。在作为图6的修改的图9的电路中，组合了示出为控制块300、100的控制部件。然而，工作原理是相同的。
电流源505使PTAT电流流入推拉电流DAC 506的输入端。由输入代码508和符号509在数字输入端控制电流DAC 506，因此其输出电流在电阻502中循环，以在电阻502两端加上或减去额外的PTAT电压。类似地，电流源510使CTAT电流流入推拉电流DAC 511的输入端。由输入代码513和符号514在数字输入端控制电流DAC 511，因此其输出电流在电阻502中循环，以在电阻502两端加上或减去CTAT电压。
输入代码508、513和符号代码509、514被存储在两个寄存器507和512中。寄存器507和512经由总线517与数字控制单元516相连。数字控制单元516还具有存储器518。
如果符号509和514使得增加了通过电阻502的PTAT和CTAT修正电流，并且代码508和513分别表示分数N1和N2，基准电压从初始值Vinit变化为：
Vref＝Vinit+(IPTAT*N1+ICTAT*N2)r502    (1)
如上所述，需要按照当校正绝对电压时斜率不受影响并且相反地当校正基准斜率时绝对值不受影响的方式来修正和校准基准电压。
为了在第一温度Tr处检查是否平衡了PTAT和CTAT电流，可以执行下面的过程。设置符号509和514，一个为逻辑“1”，一个为逻辑“0”，并且将输入代码508和513设置为公共最大值Nmax。则应该将N2数字地缩放系数Nd直到基准电压保持为Vinit为止，如方程2所示：
Vref＝Vinit+(IPTAT*Nmax-ICTAT*Nmax*Nd)r502＝Vinit              (2)
然后将系数Nd存储到存储器518中。在相同的第一温度处，将符号514设置为逻辑“1”，并且以相应的输入代码N1将基准电压放大和缩小为希望值Vdes：
Vref＝Vinit+(IPTAT*N1-ICTAT*N1*Nd)r502＝Vdes                   (3)
然后将代码N1载入寄存器507并且将代码N1*Nd载入寄存器512。
在第二温度处，如果基准电压改变，寄存器507从N1变化到N1+N3，并且寄存器512从N1*Nd变化到(N1-N3)*Nd，直到基准电压保持为希望值Vdes为止。因此，基准电压是：
Vr＝Vinit+(IPTAT*N1+ICTAT*N1*Nd+IPTAT*N3-TCTAT*N3*Nd)r502＝Vdes(4)
从方程4可见，在第一温度处括号里面的最后两项互相抵消，并且按照需要基准电压保持为希望值Vdes。
根据图9的实施例的一个优点是仅需要两个电流源和调节DAC。这实现了较小尺寸和低功率的电路。另一个优点是数字地完成PTAT和CTAT电流的平衡，并因此提供更鲁棒的实施方式。
可以理解，以上所述是基于温度漂移是线性效应的假定。实际上，通常这种效应包括弓形效应或具有二次特征。可以认识到，按照适当的技术可以补偿或直线化这种效应，如在未决并且分配了申请号的2003年2月27日申请的美国申请序列号10/375,359和在2002年12月27日申请的美国申请序列号No.10/330,315中所描述的技术。
本发明提供一种技术，基于响应是线性的并且知道线上两点可以定义该响应的假定，补偿半导体电路工作中的温度漂移的效应。本发明提供将电路的工作修正为预定值的第一组值，典型地是等于室温工作的希望值。在物理地施加到电路的第二温度处，可以确定第二值。第二值实现将线性定义的输出响应旋转到等于室温值的值。然后在正常工作期间两个控制值与电路相接口以补偿温度漂移的任何效应。本发明具有绝对值的调节和温度系数的调节互相独立的有用属性。
因为外部地施加控制值，可以理解，可以在封装后确定补偿效应，并且可以将在封装期间引入的任何应力的效应并入确定值。本发明另一个优点在于可以在稍后应用或重新应用该技术，以便重新校准工作并因此补偿由于时间导致的任何衰退。此外，本发明能够提供可以整个在CMOS技术中实施的精确的基准电路，避免对并入BJT型器件的需要。
尽管参考优选实施例描述了本发明，可以认识到，这些实施例不是为了限制本发明，而应该按照所附权利要求来考虑本发明。还可以认识到，可以将为了清楚起见而在独立实施例的上下文中描述的本发明的一些特征组合在单个实施例中。相反地，可以独立地设置或在任何适当的子组合中设置为了简明起见而在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征。
参考附图描述的本发明的实施例包括计算机设备和/或在计算机设备中执行的处理。然而，本发明还包括计算机程序，尤其是存储在适用于实现本发明的载体之上或其中的计算机程序。所述程序可以是以源代码、目标代码、或代码中间源和目标代码的形式，例如部分编译形式或者在实现根据本发明的方法的实施方式中使用的适当的任意其他形式。载体可以包括例如ROM的存储介质(例如CD ROM)或者磁性记录介质(例如软盘或硬盘)。载体可以是经由电缆或光缆或者无线地或者其他方式发送的电信号或光信号。
本发明不局限于上述实施例，而可以在结构和细节上进行变化。
此处针对本发明使用的措辞“包括/包含”和措辞“具有/包含”被用于指定所述特征、整数、步骤或组件的存在，而不排除一个或多个它的其他特征、整数、步骤、组件或组的存在或附加。

Claims (30)

1.一种补偿半导体电路工作期间的线性温度效应的方法，包括：
在第一温度处将所述电路的输出值缩放为希望输出值；以及
在第二温度处将所述输出值与所述希望输出值进行匹配，使得所述希望输出值在所述第一温度处保持不变，
其中，通过加上或减去恒定电压值来实现缩放所述输出值的步骤，
其中，通过两个平衡修正与绝对温度成比例PTAT和绝对温度的补充CTAT电流之间的差值的加或减来实现匹配步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使恒定电流流过所述电路的电阻来产生所述恒定电压值。
3.根据权利要求2所述的方法，包括：从平衡组合的与绝对温度成比例PTAT和绝对温度的补充CTAT电流中产生所述电流。
4.根据权利要求2所述的方法，包括：从反映所述电阻两端的基准电压中来产生所述电流。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述修正电流使得每一个电流之间的差值在所述第一温度处是零，并且与每一个单独的修正电流的斜率值相比，单独的修正电流的组合电流值具有两倍斜率。
6.根据权利要求1或5所述的方法，在所述缩放和所述匹配步骤之间包括附加步骤：调谐所述修正电流，使得所述PTAT和CTAT电流之间的差值在所述第一温度处等于零。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，缩放步骤包括：缩放由两个点定义的直线，以适合在所述第一温度处与固定确定点相交的直线。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，匹配步骤包括：在所述第二温度处围绕所述固定确定点旋转所述直线。
9.一种补偿半导体电路工作期间的线性温度效应的方法，包括：
在第一温度处以温度无关电压将所述电路的输出电压缩放为希望输出电压；以及
在第二温度处，通过加上或减去校正电压，在温度范围上校正表示所述希望输出电压的线的斜率，以在所述第二温度处提供所述希望输出电压，使得所述校正电压在所述第一温度处一直为零，并使得所述希望输出电压值在所述第一温度处保持不变，并且，其中，通过使输出电压加上或减去恒定电压值来实现缩放输出电压的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，由两个点定义线的斜率，第一点是在所述第一温度处的希望输出电压，并且第二点是在所述第二温度处的输出电压的值。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，校正电压是反映了所述电路的电阻两端的两个平衡修正与绝对温度成比例PTAT和绝对温度的补充CTAT电流之间的差值。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述修正电流使得每一个电流之间的差值在所述第一温度处是零，并且与每一个单独的电流的斜率值相比，组合电流值具有两倍斜率。
13.根据权利要求11或12所述的方法，在所述缩放和所述校正步骤之间包括附加步骤：调谐所述修正电流，使得所述PTAT和CTAT电流之间的差值在所述第一温度处等于零。
14.一种适用于提供工作期间的温度效应的线性补偿的半导体电路，包括：
装置，用于通过使所述电路的输出加上或减去恒定电压值，在第一温度处将所述输出缩放为希望输出值；以及
装置，用于在第二温度处将所述输出值与所述希望输出值进行匹配，使得所述希望输出值在所述第一温度处保持不变，
其中，将两个平衡修正与绝对温度成比例PTAT和绝对温度的补充CTAT电流之间的差值的加或减提供给用于匹配的装置。
15.根据权利要求14所述的电路，其中，用于缩放所述输出的装置包括复用器。
16.根据权利要求15所述的电路，其中，通过使恒定电流流过所述电路的电阻来产生所述恒定电压值。
17.根据权利要求16所述的电路，其中，由与数模转换器DAC相连的电流源控制恒定电流的值，用户控制输入代码的值被施加到所述DAC以确定恒定电流的值。
18.根据权利要求17所述的电路，其中，至少由与所述DAC的两个输出相连的所述复用器之一控制恒定电压值的加或减，以确定是否要加上或减去恒定电压值。
19.根据权利要求17所述的电路，其中，由到所述DAC的第二输入来控制恒定电压值的加或减。
20.根据权利要求14所述的电路，其中，所述修正电流使得每一个电流之间的差值在所述第一温度处是零，并且与每一个单独的修正电流的斜率值相比，组合电流值具有两倍斜率。
21.根据权利要求14或20所述的电路，其中，由第一和第二数模转换器DAC控制PTAT和CTAT修正电流，所述第一和第二DAC的输出与至少一个复用器相连，使得施加到所述复用器的控制信号控制所述差值的加或减。
22.根据权利要求14或20所述的电路，包括：调谐装置，用于调谐所述修正电流，使得所述PTAT和CTAT电流之间的差值在所述第一温度处等于零。
23.根据权利要求22所述的电路，其中，通过调节到与所述PTAT或CTAT电流相连的调谐数模转换器DAC的用户控制输入值，利用所述调谐DAC来提供所述调谐装置。
24.根据权利要求17至19之一所述的电路，其中，用户控制输入代码值被存储在存储器中。
25.根据权利要求23所述的电路，其中，用户控制输入代码值被存储在存储器中。
26.根据权利要求20所述的电路，其中，提供所述差值的所述修正电流值被存储在存储器中。
27.一种适用于提供工作期间的线性温度效应的补偿的半导体电路，所述电路包括数字控制装置，所述数字控制装置包括：
装置，用于在第一温度处，将所述电路的输出电压数字地缩放为希望输出电压值；以及
装置，用于在第二温度处，将所述输出电压值与所述希望输出电压值进行数字匹配，使得所述希望输出电压值在所述第一温度处保持不变，
其中，将两个平衡修正与绝对温度成比例PTAT和绝对温度的补充CTAT电流之间的差值的加或减提供给用于匹配的装置。
28.根据权利要求27所述的半导体电路，其中，由与绝对温度成比例PTAT和绝对温度的补充CTAT电流源的平衡组合产生恒定电流，每一个电流源与数模转换器DAC相连，施加到每一个DAC的输入端的输入代码值确定恒定电流值，并且，其中，由到每一个DAC的第二输入控制恒定电压值的加或减。
29.根据权利要求28所述的半导体电路，其中，所述数字控制装置包括寄存器，所述寄存器与每一个DAC的输入端相连，其中，来自所述寄存器的输出值确定到每一个DAC的输入代码值。
30.根据权利要求29所述的半导体电路，其中，所述数字控制装置还包括数字控制单元，所述寄存器与所述数字控制单元和存储器相连，所述输入代码值被存储在所述存储器中，并且由所述数字控制单元控制从存储器到寄存器的所述输入代码的传送。
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