DE602004006139T2

DE602004006139T2 - Einstellung analoger elektrischer schaltungsausgangssignale

Info

Publication number: DE602004006139T2
Application number: DE602004006139T
Authority: DE
Inventors: Gennadiy Montreal FROLOV; Leslie M. Montreal LANDSBERGER; Oleg Montreal GRUDIN
Original assignee: MICROBRIGE TECHNOLOGIES Inc; Microbrige Technologies Inc Montreal
Current assignee: MICROBRIGE TECHNOLOGIES Inc; Microbrige Technologies Inc Montreal
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: EP1649496A2; WO2005006100A2; US7555829B2; US20070013389A1; ATE360887T1; EP1649496B1; WO2005006100A3; DE602004006139D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf die Einstellung von Ausgangsparametern von analogen Schaltungen. Noch genauer bezieht sie sich auf die Einstellung von Ausgangsparametern von analogen Schaltungen durch trimmen von Parametern der Komponenten innerhalb einer Schaltung.
Hintergrund der Erfindung
Eine Kalibrierung einer Ausgangsparameters einer analogen Schaltung hängt üblicherweise von einer Einstellung einer oder mehrer einstellbarer Komponenten innerhalb jener Schaltung ab. Spannungsreferenzen sind zum Beispiel eine typische analoge Präzisionsschaltung, bei der eine Einstellung erforderlich sein kann. In manchen Fällen ist die einstellbare Komponente ein Widerstand und der Ausgangsparameter der Schaltung kann unmittelbar durch Trimmen des Widerstandswerts des Widerstand eingestellt werden. Es gibt jedoch auch viel Fälle von elektrischen Schaltungen, bei denen die Abhängigkeit des Ausgangparameters auf den Widerstand indirekt sein kann. Zum Beispiel kann die Temperaturänderung des Ausgangsparameters durch den Widerstandswert beeinflusst sein. In den meisten Fällen hat das Verhalten bestimmter Widerstände in einer Schaltung eine Auswirkung, ob direkt oder indirekt, auf das Verhalten des Ausgangsparameters der gesamten Schaltung.
Spannungsreferenzschaltungen werden in größeren elektrischen Schaltungen in den Fällen verwendet, in denen eine bekannt und stabilere Referenzspannung erwünscht ist, von der andere Spannungen in der größeren Schaltung abgeleitet werden. Zum Beispiel entspricht eine 16-bit absolute Auflösung groß einer 15-ppm Präzision in einer Referenzspannung die Präzision und Genauigkeit der Spannungsreferenz sind von höchster Wichtigkeit, bei der Brauchbarkeit einer Spannungsreferenz in einer elektrischen Schaltung. Diese Tatsache ist augenscheinlich in den Preis/Leistungsschichten im Markt für Spannungsreferenzen.
Schematas von typischen Spannungsreferenzschaltungen nach dem Stand der Technik sind in den 20 und 21 gezeigt. In den meisten Fällen gibt es eine Vielzahl von Widerständen, deren Zweck im Allgemeinen darin besteht, die Ausgangsspannung im gewünschten Ausgangsbereich einzustellen, und die Koeffizienten der Temperaturänderung der Ausgangsspannung so einzustellen, dass sie vorzugsweise nahe Null ist.
Einrichtungen wie Spannungsreferenzen, die durch moderne CMOS- oder BICMOS-Prozesstechnologien hergestellt sind, leiden unter unvermeidbaren statistischen Streuungen in Parametern der Einrichtung wie Ausgangsspannung und Temperaturkoeffizienten. Wenn eine hochpräzise analoge Leistung erwünscht ist, ist eine Art von hochpräziser Kalibrierung oder Trimmen daher essentiell.
Die Widerstände, die in einer Spannungsreferenz eingebunden sind, können möglicherweise getrimmt werden, zum Beispiel durch Verwendung von Lasertrimmen, Zener-Zapping, eines manuellen externen Trimmpotentiometer oder anderer Widerstandstrimmverfahren. Ein Lasertrimmen kann nur vor der Konfektionierung oder Verpackung durchgeführt werden und hat eine begrenzte Präzision. Weiterhin können während oder nach dem Konfektionieren oder Verpacken getrimmte Parameter von den erwünschten Werten weg verstellt werden. Ein Zener-Zapping kann nach dem Konfektionieren oder Verpacken erfolgen, hat jedoch ziemlich begrenzte Präzision in Folge des On-Chip Gebiets, das für einen konfigurierbaren Bereich von festen Widerständen erforderlich ist. Mögliche Nachteile von manuellen Trimmpotentiometern sind ihr manueller Betrieb und ihre relativen Temperaturwiderstandskoeffizienten (RTCR) können ungleich Null sein, was das Temperaturverhalten der gesamten Spannungsreferenz verschlechtern kann.
Eine der populärsten physikalischen Spannungsreferenzzellen ist die „bandgap cell" die in 20 dargestellt ist, die die Basis-Emitterspannung (V_be) eines Bipolartransistors verwendet, um ungefähr 1,2 V bei –273°C (0 K) zu erzeugen. Diese Zelle war der Gegenstand eines Patents ( US-Patent 3,887,863 ). Um als eine Referenz für andere praktische Schaltungsspannungslevel wie 2,0, 2,048, 2,5, 4,096, 5,0, 7,5 und 10,0 V zu dienen, ist üblicherweise ein Verstärker eingebunden mit einem Verstärkungsfaktor, der durch ein Paar von Widerständen definiert wird (eingeschlossen in dem Verstärker, der in 20 dargestellt ist). Diese Verstärkung erfordert ein präzise getrimmtes und vorhersagbares Verhältnis jener Widerstände, die im Inneren des Verstärkers sind. Für Temperaturstabilität der gesamten Spannungsreferenz ist der relative Temperaturkoeffizient (RTCR) dieses Widerstandspaars recht bedeutend. Eine oder mehrere andere Widerstandspaare wie die Paare R3, R4 und R1 und R2, werden ebenfalls in der Schaltung benötigt, um die Temperaturabhängigkeit von V_be zu kompensieren, die ungefähr –2 mV/K ist. Diese anderen Widerstandspaare müssen auch genau abgestimmt auf hohe Präzision sein und ihr RTCR ist ebenfalls von Bedeutung. Ein anderes Patent ( US-Patent 4,250,445 ) und eine Patentanmeldung ( US 2003/0006831 A1 ) lehren, dass es vorteilhaft ist, den RTCR solcher Widerstandspaare modulieren zu können. Diese Widerstandspaare sind üblicher Weise on-Chip umfasst, zusammen mit der physikalischen Zelle und dem Verstärker in kommerziellen integrierten Standardschaltkreisen zur Spannungsreferenz.
Ein weiteres Paar oder Paare von Widerständen, intern oder extern zu einem integrierten Chip, werden üblicherweise auch mit qualitativ höherwertigen Spannungsreferenzen verwendet, um die Ausgangsreferenzspannung fein abzustimmen. Ein Beispiel eines derartigen Widerstandspaars ist als R5/R6 in 20 gezeigt. Viele Standardspannungsreferenzen sind mit externen Standard-Pins zum "Trimmen" ausgestattet, um es dem Benutzer zu ermöglichen, die Referenzspannungen einer Schaltung unter Verwendung eines externen Spannungsteilers fein abzustimmen.
Diese endgültige Einstellung könnte auch von Bedeutung sein, selbst wenn die Genauigkeit der Spannungsreferenz bereits ausreichend für die gewünschte Anwendung in dem Fall ist, in dem die Ausgangsspannung von einem Anfangswert weg getrimmt werden muss. Ein Beispiel besteht bei Anwendungen, die eine binäre Skalierung umfassen (bei der man zum Beispiel 10,24 V anstatt von 10,00 V bräuchte), oder um den Spannungsabfall über die Leiter einer gedruckten Leiterplatte zu kompensieren. In derartigen Fällen wäre der Anwender für den RTCR des externen Spannungsteilers verantwortlich und für seinen Einfluss auf die gesamte Temperaturabhängigkeit. Üblicherweise kann der Anwender ein manuelles Trimmpotentiometer für diesen Zweck auswählen. Man beachte, dass, wenn die Präzision und/oder Temperaturcharakteristiken dieses externen Trimmpotentiometer nicht auf die Qualität des Spannungsreferenzchips abgestimmt sind, dies substantiell die gesamte Genauigkeit und Stabilität der Ausgangsreferenzspannung verschlechtern kann. So kann der Anwender für high-end industrielle Trimmpotentiometer üblicherweise ein hochqualitatives manuelles Mehrwindungstrimmpotentiometer verwenden.
Ein ähnlicher Ansatz zu dem, der für die Bandabstandsreferenz oben umrissen wurde, wird mit anderen Arten von physikalischen Referenzzellen wie zum Beispiel „Zener"-Referenzzellen verwendet, die in 21 gezeigt ist ( US-Patent 5,252,908 ). Im Allgemeinen haben viele integrierte Schaltkreise mit Spannungsreferenz ein Netzwerk von internen Widerstän den und häufig eine Bereitstellung für einen externen Spannungsteiler. Eine Hochpräzisionsregelung sowohl der Widerstandswerte als auch des RTCR ist bei all diesen Widerständen von Bedeutung.
In der Feinabstimmung einer Spannungsreferenz ist es üblicherweise relevant, eine Spannungseinstellung zu einer Präzision im Bereich von wenigen ppm zu berücksichtigen. Eine Anfangsgenauigkeit (ohne einen extern getrimmten Spannungsteiler) im Bereich vom +/– 200 ppm (~12 Bit Auflösung) bis +/– 2000 ppm (~8 Bit Auflösung) ist typisch für Spannungsreferenzen guter Qualität. Temperaturkoeffizienten von weniger als 1 ppm/K sind üblich für die Spannungsreferenzen bester Qualität.
In Handel erhältliche industrielle Spannungsreferenzen von Top-Qualität haben üblicherweise eine absolute Spannungsgenauigkeit von +/– 100 ppm. Spannungsreferenzen, die auf den Bandabstandszellen (20) basieren, erreichen üblicherweise nicht diese Leistung. Zener-basierte Spannungsreferenzen, ähnlich zu der, die in 21 dargestellt ist, können diese Leistung erreichen, erfordern jedoch mehr Leistung, was dazu führt, Zener-basierte, hochpräzise Spannungsreferenzen für Batterie betriebene Anwendungen ungeeignet zu machen.
Daher gibt es ein Bedürfnis für eine Schaltung und ein Verfahren, das eine Einstellung von Ausgangsparametern von Schaltungen auf eine höhere Präzision erlaubt, als die Techniken nach dem Stand der Technik.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung verbessert die Trimmleistung von analogen elektrischen Schaltungen wie Spannungsreferenzen, die eventuell vom Hersteller trimmbar und auch eventuell vom Anwender in machen Fällen trimmbar sind. Elektro-thermisches Trimmen von thermisch trimmbaren Widerständen wird verwendet, um einen oder mehrere einer Vielzahl von Widerständen in oder zugeordnet zu einer analogen elektrischen Schaltung zu trimmen. Der TCR eines jeden einer Untergruppe einer Vielzahl von elektrothermisch trimmbaren Widerständen kann unabhängig vom Widerstand getrimmt werden, um den Ausgangsparameter einer analogen elektrischen Schaltung einzustellen, ohne andere Parameter zu ändern, die durch eine Änderung im Widerstandswert beeinträchtigt würden.
Im Fall einer Spannungsreferenz kann ein Paar von elektrothermisch trimmbaren Widerständen, die extern zum integrierten Spannungsreferenzschaltkreis sind, wie R5 und R6 in 20 mit trimmbaren Widerstandswerten als eine Spannungsteiler verwendet werden, um die Ausgangsspannung der Spannungsreferenz zu trimmen. Ein Paar von elektrothermisch trimmbaren Widerständen, die extern zu einem integrierten Spannungsreferenzschaltkreise sind wie R5 und R6 in 20, wobei sowohl die Widerstandswerte als auch RTCR beide trimmbar sind, kann als ein Spannungsteiler verwendet werden, um sowohl die Ausgangsspannung als auch einen Temperaturkoeffizienten der Ausgangsspannung einer Spannungsreferenz zu trimmen. Wenn die Ausgangsspannung ohne R5 und R6 eine beachtliche lineare Komponente der Temperaturabweichung aufweist, kann ein Trimmen des RTCR von R5 und R6 signifikant eine derartige lineare Komponente der Temperaturabweichung verringern oder eliminieren.
Auf ähnliche Weise kann ein Paar von elektrothermisch trimmbaren Widerständen, das intern in einen Spannungsreferenz integriert ist, verwendet werden, um die Ausgangsspannung oder Ausgangsspannung und Temperaturkoeffizient einer Spannungsreferenz zu trimmen.
Mit Blick auf R1 und R2 in 20 werden in bestimmten typischen Ausführungsformen von Spannungsreferenzschaltungen diese zwei Widerstände vorzugsweise auf einen vorbestimmten Widerstandswert getrimmt. Zusätzlich sollten sie vorzugsweise den selben TCR haben. Ein Paar von elektrothermisch trimmbaren Widerständen wie R1 und R2, wobei die Widerstandswerte als auch RTCR trimmbar sind, können verwendet werden, um das Temperaturverhalten der Ausgangsspannung zu verändern oder zu verbessern.
Mit Blick auf R3 und R4 in 20 werden in bestimmten typischen Ausführungsformern von Spannungsreferenzschaltungen diese zwei Widerstände vorzugsweise auf ein vorbestimmtes Verhältnis getrimmt. Zusätzlich sollten sie denselben TCR haben. Ein Paar von elektrothermisch trimmbaren Widerständen wie R3 und R4, bei denen die Widerstandswerte als auch RTCR trimmbar sind, können verwendet werden, um das Temperaturverhalten der Ausgangsspannung zu verändern oder zu verbessern.
Hinsichtlich der Widerstände R3 und R4 in 20 haben in bestimmten typischen Ausführungsformen von Spannungsreferenzschaltungen, wie in US-Patent 4,250,445 beschrieben, die TCR dieser zwei Widerstände vorzugsweise eine vorbestimmte Differenz, um eine nicht lineare Temperaturänderung in der Ausgangsspannung zu kompensieren. Ein Paar von e lektrothermisch trimmbaren Widerständen wie R3 und R4, wobei die Widerstandswerte als auch RTCR trimmbar sind, können verwendet werden, um eine derartige Verbesserung in der Ausgangsspannung zu verwirklichen.
Mit Blick auf Widerstände R1 und R2 in 20 haben in bestimmten typischen Ausführungsformen von Spannungsreferenzschaltungen, wie sie in US-Patentanmeldung 2003/0006831 A1 beschrieben sind, die TCRs dieser zwei Widerstände vorzugsweise eine vorbestimmte Differenz, um eine nichtlineare Temperaturabweichung in der Ausgangsspannung zu kompensieren. Ein Paar von elektrothermisch trimmbaren Widerständen wie R1 und R2, wobei die Widerstandwerte als auch RTCR trimmbar sind, kann verwendet werden, um derartige Verbesserungen in der Ausgangsspannung zu verwirklichen.
Gemäß einem ersten breiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zu Einstellen eines Ausgangsparameters einer Schaltung gemäß Anspruch 1 vorgesehen, wobei das Verfahren aufweist: (a) Bereitstellen in der Schaltung eine Vielzahl von Komponenten einschließlich wenigstens einem thermisch trimmbaren Widerstands und wenigstens einer anderen Komponente und Positionieren des wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstands in der Schaltung, so dass der Ausgangsparameter durch Änderungen des wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstands beeinflusst wird; (b) Trimmen eines Widerstandswert und eines Widerstandstemperaturkoeffizienten des wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstands auf unabhängig Werte, um eine Änderung im Ausgangsparameter zu verursachen; und (c) Messen des Ausgangsparameters.
Vorzugsweise werden die Schritte (b) und (c) wiederholt, bis ein gewünschter Ausgangsparameter erhalten wird.
Gemäß einen zweiten breiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Einstellen eines Ausgangsparameters einer Schaltung gemäß Anspruch 19 vorgesehen, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Schaltung mit einer Vielzahl von Komponenten einschließlich wenigstens eines thermisch trimmbaren Widerstands und wenigstens einer anderen Komponente, wobei der wenigstens eine thermisch trimmbare Widerstand in den Schaltung so positioniert ist, dass der Ausgangsparameter durch Parameteränderung des wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstands beeinflusst wird; einer Heizschaltung mit einem Entscheidungsfindungsmodul zu Anwendung von Heizzyklen, wobei jeder Heizzyklus eine Folge von Wärmepulsen aufweist, um einen Widerstandswert des thermisch trimmbaren Widerstands in einer ersten Richtung zu trimmen, und eine Folge von Wärmepulsen aufweist, um den Widerstandswert des thermisch trimmbaren Widerstands in eine entgegen gesetzte Richtung zu trimmen, wobei jeder Heizzyklus einen Widerstandstemperaturkoeffizienten des thermisch trimmbaren Widerstand durch ein Inkrement trimmt, und dadurch den Ausgangsparameter der Schaltung beeinflusst; und einer Messschaltung zum Messen des Ausgangsparameters der Schaltung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind mit Blick auf die folgende Beschreibung und die dazugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen, in denen:
1: schematisch die Abhängigkeit des TCR vom thermischen Trimmen des Widerstands gemäß dem Stand der Technik beschreibt;
2: eine elektronische Schaltung mit zwei getrimmten Polysilikon-Widerständen und einstellbarem relativen TCR zeigt;
3: ein Graph ist, der eine Änderung im RTCR zeigt, der einen Trimm- und Erholungszyklus eines Widerstandswerts begleitet;
4: ein Beispiel des Effekts einer Wärmepulsamplitude an einem Beispiel einer Mikrostruktur schematisch zeigt im Kontext eines TCR-Änderungszyklus; und
5: ein Diagram des TCR-Einstellalgorithmus zeigt.
6: ein schematisches Blockdiagramm der Schaltung für eine bidirektionale TCR-Einstellung zeigt.
7: drei Beispiele von Layouts zeigt, die dazu bestimmt sind, mehr Leistung an den Rändern eines der Wärme ausgesetzten Bereichs zu dissipieren;
8: das elektrische Schema von zwei funktionalen Widerständen und zwei Heizwiderständen zeigt, die elektrisch von den funktionalen Widerständen isoliert sind;
9: ein Schema in Draufsicht einer möglichen Konfiguration der Mirkoplattform mit vier Widerständen zeigt, die über einer Kavität aufgehängt sind;
10: ein Querschnitt der Struktur ist, die in 9 gezeigt ist;
11: das Trimmverhalten gegenüber der Pulsamplitude im Allgemeinen zeigt.
12: ein quantitatives Beispiel der Trimmrichtung gegenüber der Pulsamplitude zeigt;
13: eine Widerstandserholung bei einer konstanten Erholungsspannung von 3,5 V zeigt (beinahe optimal, nach dem Stand der Technik etwa 85% des letzten „Abwärts"-Puls)
14: eine Widerstandserholung desselben Widerstands wie in 13 bei konstanten Erholungsspannungen von 3,44 V, 3,6 V, 3,77 V, 3,99 V zeigt, wobei bewiesen wird, dass 3,6 V beinahe optimal in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik ist;
15: das Ergebnis von Pulsserie 1 zeigt, einem Beispiel der erfundenen sich verringenden Sequenz von Erholungspulsen mit einer Beschleunigung der Erholung bei jedem Dekrement der Pulsamplitude;
16: das Ergebnis von Pulsserie 2 zeigt, einem anderen Beispiel der erfundenen sich verringenden Folge von Erholungspulsen;
17: die Geschwindigkeit und den Bereich der Erholung der Sequenzen und der Verwendung von adaptiven Dekrementen mit der Geschwindigkeit und dem Bereich der Erholung der Sequenz analog zum Stand der Technik vergleicht;
18: die Erholungen vergleicht, die von vier 20-sekündigen Erholungspulsfolgen erhalten wird, wobei jede bei verschiedenen Pulsamplituden beginnt und ungefähr bei derselben Pulsamplitude endet; und
19: Graphen experimenteller Daten hinsichtlich einiger TCR-Änderungszyklen zeigt, die den RTCR von zwei Widerständen auf eine sehr hohe Präzision trimmen.
20: eine typische Spannungsreferenzschaltung ( US-Patent 3,887,863 ) zeigt, basierend auf der Bandabstandszelle.
21: eine typische Spannungsreferenzschaltung ( US-Patent 5,252,908 ) zeigt, basierend auf eine Zener-Zelle
22: eine Simulation der Ausgangsspannung über der Temperatur für den Fall der 20 mit R1 = R2 = 10 kOhm, R3 = 100,7 Ohm, R4 = 450 Ohm zeigt und alle Widerstände und der Vergleicher eine Temperaturabweichung von Null haben. Dieses Ergebnis wird auch in einer Vielfalt von anderen Fällen erzielt, wenn zum Beispiel der TCR von R3 und R4 Null oder nahe zu Null ppm/K, R1 = R2 = 10 kOhm mit TCR = 800 ppm/K sind. Dieses Ergebnis wird auch in einer Vielfalt von anderen Fällen erhalten, wenn zum Beispiel der TCR von R3 und R4 900 ppm/K, R1 = 9,84 kOhm mit TCR = 1000 ppm/K und R2 = 10 kOhm mit TCR = 900 ppm/K sind.
23: eine Simulation der Ausgangsspannung über der Temperatur für den Fall der 20 zeigt mit R2 = 10 kOhm, R3 = 100,7 Ohm, R4 = 450 Ohm, TCR = 800 ppm/K für R2, und TCR = 0 ppm/K für R3 und R4 und R1 = 8,90 kOhm mit TCR = 1200 ppm/K.
24: eine Simulation der Ausgangsspannung über der Temperatur für den Fall der 20 zeigt mit R2 = 10 kOhm, R3 = 100,7 Ohm, R4 = 450 Ohm, TCR = 800 ppm/K für R2, TCR = 0 für R3 und R4 und R1 = 9,283 kOhm mit TCR = 1050 ppm/K. Dieses Ergebnis wir auch erhalten in einer Vielzahl von ähnlichen Fällen wie zum Beispiel mit TCR von R3 und R4 = 800 ppm/K.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Über die ganze Beschreibung soll der Begriff „Ausgangsparameter" dahingehend verstanden werden, dass irgendein Parameter gemeint ist, der einen Eigenschaft eines Ausgangssignals darstellt wie Amplitude, Spannung, Strom, Frequenz, Sensorempfindlichkeit, Offset, Verstärkung, Temperaturabweichung (Linearität, Nicht-Linearität oder ein aktueller Wert davon), usw.
Der Begriff „Widerstandstemperaturkoeffizient" und seine Abkürzungen „TCR" und „RTCR" sollen allgemein dahingehend verstanden werden, sowohl lineare und nichtlineare Widerstandstemperaturänderungskoeffizienten zu umfassen.
Der Begriff „aktive Halbleitereinrichtung" soll dahingehend verstanden werden, Dioden, Transistoren, Metalloxyd-Halbleitereinrichtungen, Feldeffekttransistoren und irgendwelche anderen nicht passive elektronische Komponenten zu umfassen, die in einem Halbleiterwafer oder -chip hergestellt sind.
Während der Stand der Technik demonstriert, dass der TCR sich ändert, wenn man den Widerstandswert trimmt, zeigt er nicht, wie TCR zu trimmen ist, während ein konstanter Widerstandswert beibehalten wird.
Dieser Ansatz, den TCR von thermisch veränderlichen Materialen wie Polysilikon zu trimmen, wird auf bestimmten experimentell beobachteten Phänomenen basiert, die ein hystereseartiges Phänomen umfassen, das unten ausgeführt wird:
Ein Polysilikonwiderstand, der von seinem Widerstandswert R_init hergestellt auf einen bestimmten Widerstandswert R_target herunter getrimmt wird, erfährt bekanntlich eine Verschiebung im TCR (bekannt aus US-Patent 6,306,718 ). Dieser Effekt ist im Diagram in 1 dargestellt.
Nach einem derartigen Trimmen kann der Widerstand weiter „nach unten" getrimmt werden und „sich erholen" zurück zu R_target oder er kann sich „erholen" bis zu einem bestimmten Zwischenwiderstandswert höher als R_target und dann zurückgetrimmt werden „nach unten" zu R_target, wobei er in jedem Fall von R_target abweicht und nachfolgend zum selben R_target zurück kehrt. Lassen sie uns einen derartigen Zyklus einen „TCR-Änderungszyklus" oder einen Heizzyklus nennen. Der Effekt eines derartigen Zyklus ist, den TCR des Widerstands auf einen kleinen Betrag (wie auf 100 ppm/K) über oder unter einer der typischen Kurven in 1 einzustellen. Mit anderen Worten kann man den Widerstandswert konstant halten, während man unabhängig den TCR in einem kleinen Bereich um den TCR-Wert ändert, der normalerweise einem bestimmten Widerstandswert auf einer Kurve entsprechen würde, wie er in 1 gezeigt ist.
Der Temperaturzyklus, der mit der Einstellung des Widerstands (entweder nach oben oder nach unten) einher geht, erfordert eine Serie von Wärmepulsen mit empfindlich verschiedenen Amplituden. Die Tendenz ist, dass höhere Wärmepulse entweder zu einem Abwärtstrimmen führen, Pulse mit niedriger Amplitude führen zu einer Widerstandserholung oder einem Heruntertrimmen abhängig von der jüngsten thermischen Historie.
Es wurde experimentell herausgefunden, dass ein TCR-Änderungszyklus der ZUERST wenigstens einen Wärmepuls mit ziemlich hoher Amplitude (um ein Heruntertrimmen zu verursachen) und DANN eine Vielzahl von Erholungspulsen mit niedriger (nicht notwendigerweise konstanter) Amplitude enthält, zu einer Verringerung des TCR führt. Die schnellste Erholung wird erhalten, indem eine Folge von Pulsen angewandt wird, bei der jeder gleich oder niedriger als der vorausgehende ist. Wenn der nächste analoge TCR-Änderungszyklus einen weiteren „ersten" Wärmepuls mit höherer Amplitude als der vorausgehende enthält, verringert sich der TCR wieder.
Es wurde auch experimentell heraus gefunden, dass, falls innerhalb eines TCR-Änderungszyklus der „erste" oder die „ersten" Wärmepulse (die entweder eine moderate Absenkung oder Erhöhung im Widerstand geben können) eine Amplitude hat oder haben, die im wesentlichen niedriger ist als die Amplitude des oder der „ersten" Pulse(s) in einem jüngsten TCR-Änderungszyklus, der TCR verringert, dann der TCR erhöht werden kann anstatt verringert (beachte, dass die Bestimmung, ob TCR erhöht oder verringert wurde, erfolgen muss, nachdem der Widerstand auf R_target zurückgesetzt ist).
Pulse, leicht über (nahe bei) dem Schwellwert für Widerstandstrimmen können den Widerstandswert sehr leicht und allmählich mit nur vernachlässigbaren Änderungen im TCR steigern.
Es wurde herausgefunden, dass ein Absenken des TCR viel weniger steuerbar ist als ein Erhöhen des TCR, da ein Erhöhen des TCR einen „ersten" Puls Zyklus mit hoher Pulsamplitude erfordert. Es wurde auch experimentell herausgefunden, dass die TCR-Änderungszyklen mit „ersten" Wärmepulsen mit niedrigen oder moderaten Amplituden zu einem sanften und allmählichen Anstieg von TCR führen, während eine Verringerung von TCR abrupt geschieht.
Wenn es erwünscht ist, TCR zu senken, muss man zuerst Wärmepulse hoher Amplitude aufbringen und dann sachte Widerstandserholungspulse. Wenn nach dem ersten TCR-Änderungszyklus, der nicht wie erfordert abgesenkt ist, muss im nächsten Zyklus der „erste" Puls oder die „ersten" Pulse hoher Amplitude auf derselben oder höherer Amplitude als die „erste(n)" Puls oder Pulse des vorausgegangenem Verringerungszyklus sein. Dies wird getan, bis der TCR unter TCR_target ist. Danach kann man viel sanftere TCR-Änderungszyklen (einschließlich erster Pulse niedriger Amplitude) anwenden, um allmählich den TCR bis zu seinem Zielwert zu erhöhen.
Es kann einen „Erst"-Pulsamplituden-Schwellwert für eine TCR-Verringerung gegenüber einer -steigerung geben, jedoch scheint dieser Schwellwert mit der thermischen Historie und der Position in zugänglichen trimmbaren Bereich zu variieren.
Die Phänomene eines TCR-Trimmens scheinen am effektivsten bezüglich von Pulsamplituden beschrieben, die Widerstandsänderungen verursachen, im Gegensatz zu den Widerstandsänderungen selbst. Mit anderen Worten erscheint der Effekt auf TCR eines Pulses am meisten auf seine Amplitude bezogen zu sein im Gegensatz zur Widerstandsänderung, die ihn verursacht.
Elektrothermisches Trimmen erlaubt einen Widerstandswert von Polysilikonwiderständen (oder hergestellt aus anderem polykristallinen Material wie Si-Ge) von seinem „wie hergestellt" Wert R_ini zu einem bestimmten Wert R_min~(0,3.. 0,5)·R_ini zu verringern. Es ist auch bekannt, dass nach einem „Herunter"-Trimmen eine Steigerung des Widerstands („Erholung") ebenfalls möglich ist zu einem ungefähren Wert R_max, der typischerweise niedriger ist als R_ini.. Ein Trimmen des Widerstands R_actual kann viele Male zwischen R_max und R_min wiederholt werden (R_min < R_actual < R_max). Üblicherweise wird eine Erholung durch Wärmepulse initiiert, die niedriger sind als die zuvor aufgebrachten Wärmepulse, die ein „Abwärts"-Trimmen verursacht haben. Derselbe Wärmepuls kann verschiedene Effekte eines Trimmens „nach oben" oder „nach unten" abhängig von Amplitude und Effekt von zuvor angewandten Wär mepulsen haben. Daher ist das Ergebnis eines angewandten Trimmpulses empfindlich auf die thermische „Vorgeschichte". Der untere Grenzwert R_min ergibt sich aus der Tatsache, dass eine weitere Verringerung höhere Wärmepulse erfordert, die einen katastrophalen Schaden am Widerstand verursachen. Eine Steigerung des Widerstands höher als R_max andererseits erfordert viel längere Trimmzeiten bis zu Stunden (Babcock et al (J. Babcock, P. Francis, R. Bashir, A. Kabir, D. Shroder, M. Lee, T. Dhayagude, W. Yindeepol, S. Prasad, A. Kalnitskiy, M. Thomas, H. Haggag, K. Egan, A. Bergemont, P. Jansen, Precision Electrical Trimming of very low TCR-Poly-SiGE Resistors IEEE Electron. Dev. Letters, vol. 21 (2000), 6, S. 283-285), Canadian Microelectronic Corporation Report #IC95-08 Sept. 1995). Bei sehr langer Trimmzeit kann R_max höher angehoben werden als R_ini (Canadian Microelectronic Corporation Report #IC95-08 Sept. 1995, and O. Grudin, R. Marinescu, L.M. Landsberger, D. Cheeke, M. Kahrizi, „CMOS Compatible High-Temperature Micro-Heater: Microstructure Release and Testing", Canadian Journal of Elec. And Corp. Engineering, 2000, Vol. 25, No.1, S. 29-34). Praktische Trimmprozesse, die einige Sekunden dauern, sind in dem Bereich R_min < R_actual < R_max < R_ini möglich.
Ein adaptiver Algorithmus zum Trimmen eines Parameterwerts wie eines Widerstandwerts umfasst ein Anwenden einer Pulsfolge, unterbrochen von Widerstandsmessungen, durch die jeder Puls von der vorherigen Pulssequenz lernen kann. Die wichtigen Prinzipien der Anpassung können für thermisch veränderliche Materialien wie Polysilikon und polykristallines SiGe besonders sein.
Die Grundprinzipien sind:
Um eine Erholung zu erhalten, die über einen breiten Widerstandsbereich schnell ist, werden die Pulsamplituden adaptiv verringert von einem Satz an Pulsen zum nächsten, um eine hohe Erholungsrate aufrechtzuerhalten. Dieses adaptive Verringern kann erfolgen, bis der Schwellwert für die Widerstandswerteinstellung erreicht wird.
Um den Erholungsbereich und die Geschwindigkeit zu maximieren, um den größten Erholungsbereich zu erhalten, beginnt die Folge der Erholungspulse mit einem Puls hoher Amplitude, dessen anfänglicher Effekt in manchen Fällen ein großes Trimmen „nach unten" sein kann und dessen Konsequenz es ist, mehr Schritte eines Verringerns in der Pulsamplitude zu erlauben als in (a) oben beschrieben. Dies erlaubt eine Erholung auf höhere Widerstandswerte. Man beachte, dass der erste Puls hoher Amplitude selbst höher sein kann als der letzte „Abwärts"-Puls.
Um die Erholungsgeschwindigkeit für einen gegebenen Erholungsbereich zu maximieren, ist die Amplitude des ersten Hochamplitudenpulses in (b) oben geeignet zu wählen. Für eine schnelle Erholung über einen moderaten Bereich kann eine Zwischenamplitude des ersten Puls in einer Erholungssequenz bevorzugt sein.
Um die Geschwindigkeit der Erholung über einen Zwischenerholungsbereich zu maximieren, werden die Pulsamplituden verringert, sobald die Erholungsgeschwindigkeit unter einen bestimmten Anteil der Anfangsgeschwindigkeit bei einer gegebenen Pulsamplitude fällt.
Um eine sehr präzise Erholung zu erreichen, können Pulse mit einer Amplitude gerade oberhalb der Schwelle für eine Widerstandsänderung verwendet werden, um eine sehr niedrige Erholungsrate zu erhalten, auch um eine sehr feine Einstellung zu erhalten.
Um ein „Abwärts"-Trimmen zu beschleunigen, insbesondere wenn die gewünschte Größe der Einstellung („Distanz") ein signifikanter Bruchteil des Widerstandswertes ist, wird die Pulsamplitude adaptiv erhöht abhängig vom Dekrement im Widerstandswert, der durch den vorherigen Puls erhalten wurde, und von der verbleibenden „Distanz" zum Zielwiderstandswert.
Ebenso kann, um das „Abwärts"-Trimmen zu beschleunigen, wenn eine hohe Präzision nicht gefordert ist oder wenn die verbleibende "Distanz" zum Ziel groß ist, das Zeitintervall zwischen Pulsen, während denen der Widerstandswert gemessen wird, verkürzt werden (z.B. auf 25 ms anstelle von 50 ms, was für eine hochpräzise Messung erforderlich wäre).
Um ein Hochpräzisionstrimmen zu erzielen, können, falls der Zielwiderstandswert R_target (während Erholung) verpasst wurde, mehrere Zyklen (Heruntertrimmen, Aufwärtserholung) durchgeführt werden, bei denen die Pulsparameter vom vorherigen Zyklus „vererbt" auf den nächsten Puls und so verarbeitet werden, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Ziel zu verfehlen, im nächsten Zyklus geringer ist.
11 beschreibt qualitativ das Trimmverhalten als eine Funktion der Pulsamplitude oberhalb des Schwellwerts für eine Widerstandsänderung. Insbesondere zeigt sie, dass die Trimmrichtung („Abwärts" kontra Erholung) resultierend von einer gegebenen Pulsamplitude in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Faktoren variieren kann, insbesondere der thermischen Historie der angewandten Pulse als auch Mikrostrukturlayout, thermischer Isolierung, Resistivität, Dimensionen des Widerstandsmaterials und Kornparameter, Heizerlayout und Widerstandswert. Sie zeigt auch die Anwesenheit eines kleinen Bereichs von Pulsamplitude gerade oberhalb des Schwellwerts, der nur eine Erholung in den meisten Fällen bietet.
12 gibt ein quantitatives Beispiel des Trimmverhaltens für einen bestimmten Widerstand, der wie hergestellt einen Wert von 7200 Ohm hat, abwärts getrimmt ist bis etwa 5500 Ohm und bidirektional mehrere zig mal in dem Bereich von 5000 Ohm bis 6500 Ohm getrimmt worden ist und der unlängst einer aktuellen Sequenz von „Abwärts"-Pulsen unterworfen worden ist, die bei V = 4,3 V endet. In diesem Fall ist die Trimmrichtung stark von der Amplitude des letzten „Abwärts"-Puls beeinflusst (, selbst wenn es mehrere andere Erholungspulse dazwischen gab). Es gibt einen groben Schwellwert, über dem ein kurzes Aussetzen bei einer gegebenen Amplitude oder eine Sequenz von Pulsen mit steigender Amplitude ein Absinken im Widerstandswert verursacht.
Ein anderer Trend, der hinsichtlich des Trimmens vom Polysilikon beobachtet wurde, ist der, dass, wenn man fortfährt die Amplitude der aufgebrachten Pulse zu steigern, man eventuell, (üblicherweise nach ein oder zwei derart steigenden Pulsen) ein „Abwärts"-Trimmen erhält. Ebenso erhält man eventuell dann (üblicherweise nach ein oder zwei fallenden Pulsen) eine „Erholung", wenn man nach dem „Abwärts"-Trimmen eine Sequenz von Pulsen mit fallender Amplitude anwendet. Das Verhalten des Widerstandswerts als eine Funktion des Ausgesetztseins gegenüber einer konstanten Amplitude ist jedoch nicht geradlinig. Ein „Abwärts"-Trimmen wird bei ausreichend kurzer kumulierter Zeit erhalten, jedoch steigt nach längerem Ausgesetztsein bei jener konstanten Amplitude der Widerstandswert eventuell und kann über seinen Wert zu Beginn des Ausgesetztseins mit der konstanten Amplitude ansteigen (dies könnte jedoch Stunden dauern).
Grundsätzlich ist eine bedeutende Eigenschaft des elektrothermischen Widerstandstrimmens seine Abhängigkeit von der thermischen Historie. Derselbe Wärmepuls kann entweder zu einem Ansteigen oder einem Abfallen des Widerstandswerts führen, abhängig von der Amplitude und Effekt vorheriger Pulse. Damit kann ein „starrer" Algorithmus mit festen abgestimmten Parametern nicht effektiv und genau sein, weil die Parameter der Wärmepulse im Wesentlichen von einer Kombination von Bedingungen abhängen, wie die Differenz zwischen dem Widerstandswert R_init wie hergestellt und dem Zielwiderstandswert R_target und dem Vorzeichen und der Größe der Differenz zwischen dem gegenwärtigen Widerstandswert R_actual und dem Zielwiderstandswert R_target, der Positionierung von R_actual und R_target hinsichtlich R_init und einer Historie von thermischen Zyklen (die nicht bekannt sein können). Daher ist ein Trimmalgorithmus mit einem adaptiven Charakter bevorzugt, bei dem die Heizpulspara meter (Amplitude, Pulsweite und Intervall zwischen Pulsen) entschieden oder eingestellt werden basierend auf einer Analyse von vorherigen Wärmepulsen, resultierenden Widerstandsänderungen, Trimmrate, „Distanz" zum Ziel und erforderlicher Präzision des nächsten Trimmschusses.
Adaptives Verringern der Erholungspulsamplitude: Eine Verbessung der Erholungsstufe wird basiert auf den folgenden experimentell entdeckten Phänomenen. Ein Polysilikonwiderstand (p-Typ-dotiert mit einem Flächenwiderstand von 40 Ohm/square), genannt der „funktionale" Widerstand, mit einem Widerstand bei Herstellung von 7200 Ohm wird auf einer aufgehängten Mikrostruktur angeordnet. Ein Hilfs-"Heiz"-Widerstand mit einem Widerstandswert von 960 Ohm wird auf der selben Mikrostruktur nahe dem funktionalen Widerstand platziert und dient dazu, die Mikrostruktur aufzuheizen und den funktionalen Widerstand zu trimmen. Der funktionale Widerstand wird in Serie mit einem konstanten Metallwiderstand mit einem Widerstandswert von 21,9 kOhm in einer Spannungsteilerkonfiguration verbunden. Eine konstante Spannung von 2,5 V wird auf diesen Spannungsteiler angewandt und der Spannungsabfall über dem funktionalen Widerstand wird unter Verwendung eines automatisierten (Computer-gesteuerten) Datenerfassungsboards gemessen (einschließlich eines 8-Kanal 12-Bit ADC und 4-Kanal 12-Bit DAC). Dann wird der Widerstandswert des funktionalen Widerstands berechnet. Eine Selbsterwärmung des funktionalen Widerstand verursacht durch den Messstrom (< 100 μA) übersteigt nicht 1,5°C. Die Datenerfassungsplatine wird auch verwendet, um Spannungspulse auf die Heizer anzuwenden (der elektrisch von den funktionalen Widerstand isoliert ist). Der Temperaturanstieg in der beschriebenen Struktur kann 600-700°C übersteigen, was ein leichtes Glühen in orangener Farbe verursacht, das mit dem Mikroskop sichtbar ist.
Der funktionale Widerstand wird abwärts getrimmt unter Verwendung von Pulsen vom DAC bis 5500 Ohm. Dann wird die Erholungsphase begonnen. 13 zeigt die Widerstandserholung des funktionalen Polysilikonwiderstand, wenn ein konstante Spannung von 3,6 V auf den Heizer angewandt wird. Die hohe Begleittemperatur präsentiert in einem sofortigen Widerstandsanstieg bis zu ungefähr 10.000 Ohm, was unten in der Figur gezeigt ist. Periodisch wird die Heizspannung alle 130 ms für ein Intervall von 30 ms abgeschalten, um es der Struktur zu gestatten, abzukühlen. Der so getrimmte Widerstandswert des funktionalen Widerstands R_trim wird dann bei Raumtemperatur am Ende des 30 ms-Intervalls gemessen. 13 zeigt die Anwendung von 30 Pulsen, jeder mit einer Amplitude von 3,6 V, wobei die gesamte Sequenz etwa 4 Sekunden dauert. Am Ende dieser Sequenz ist zu sehen, dass der Widerstandswert sich um 500 Ohm auf 6000 Ohm erhöht hat.
Zwei Beispiele sind in den 15 und 16 gezeigt, in denen Pulsfolgen mit Spannungen von 3,93 V, 3,77 V, und 3,60 V (15) sowie 3,93 V, 3,77 V, 3,6 V, 3,44 V und 3,28 V (16) verwendet wurden. Signifikant größere Erholungen von 640 Ohm und 700 Ohm wurden in derselben 4-Sekunden Zeitperiode erreicht.
Die oben beschriebenen Experimente, die zum Vergleich in 17 zusammengefasst sind, zeigen zwei Vorteile bei einem adaptiven Verringern der Heizpulsamplitude: a) Ein größerer Erholungsbereich kann erreicht werden; und b) ein gleicher Erholungsbereich kann schneller erreicht werden (z.B. kann eine 500 Ohm Erholung in weniger als zwei Sekunden und unter Verwendung der adaptiven Pulsfolge erreicht werden).
18 vergleicht „tiefere" Erholungen, die bei längeren (20-Sekunden-)Erholungspulsfolgen erreicht werden. Vier 20-Sekunden Erholungspulsfolgen wurden ausgewählt, von denen jede bei verschiedenen Pulsamplituden beginnt und die bei ungefähr derselben Pulsamplitude enden. Wie es in den vorherigen Figuren erfolgt war, wurde das Heizen für 30 ms alle 100 ms unterbrochen, um den Widerstandswert R_x1 bei Raumtemperatur aufzuzeichnen. Zur optischen Klarheit sind diese Unterbrechungen in der Figur nicht gezeigt. Man beachte damit, dass für diese experimentellen 20 Sekunden-Folgen die effektive Trimmzeit 20 s·0,7 = 14 s (70 ms Heizen und 30 ms Kühlen) beträgt. In der Praxis könnte der Einstellalgorithmus diese Unterbrechung verringern, um die Effizienz zu erhöhen.
Hochpräzisionserholung: Für die Zwecke eines effektiven, akkuraten und präzisen Trimmens ist es nicht nur wichtig, schnell zu erholen – es ist häufig wichtig, absichtlich sehr langsam zu erholen. Ansonsten wird eine Annäherung an den Zielwiderstandswert mit einer Genauigkeit von besser als 100 ppm (0,01%) problematisch. Zwei Techniken werden präsentiert, die getrennt oder in Kombination verwendet werden können.

– Verwende kürzere Erholungspulse bei gegebener Erholungspulsamplitude;
– Verwende niedrigere Erholungspulsamplituden, gerade oberhalb der Schwelle für eine Widerstandswertänderung. Wärmepulse mit viel niedrigeren Amplituden als in den Beispielen oben erwähnt können verwendet werden. 10 zeigt eine Widerstandserholung, wenn Wärmepulse von 2,62 V, 2,79 V und 2,95 V angewandt werden (bei ansonsten denselben experimentellen Bedingungen, wie oben beschrieben). Das Rauschen in den Widerstandswertmessungen wird durch die begrenzte Auflösung des 12-Bit ADC verursacht, begrenzt die genaue Aufzeichnung von feinen Änderungen im Widerstandswert, der bei 2,62 V (und bei niedrigeren Spannungen) erhalten wird. Ein wichtiges experimentelles Ergebnis ist, dass die Steigerung in Wärmepulsamplituden verglichen mit dem vorherigen Puls eine Steigerung des Widerstandswertes ergibt (nicht eine Absenkung, wie es von mehreren Autoren im Stand der Technik herausgefunden wurde, die eine Verwendung von Wärmepulsen steigender Amplituden berichteten, um einen Widerstandswert nach unten zu trimmen). Die durchschnittlichen Widerstandswerterhöhungen, die bei 2,62 V erhalten wurden, waren im Bereich von wenigen 100 ppm je Puls.

Ein Gebrauch einer derart niedrigen Erholungsrate kombiniert mit kurzen Wärmepulsen ist nützlich und zweckdienlich, weil kurze Wärmepulse mit leicht kontrollierter Dauer von 5 bis 30 ms Widerstandsinkremente ergeben können, die so niedrig sind wie wenige ppm oder weniger.
Adaptive Steuerung von Pustweite und Intervall zwischen Wärmepulsen: Grundsätzlich können die Anforderungen für hohe Präzision, sagen wir 0,01% oder weniger Abweichung vom Zielwiderstand, erreicht werden, wenn die Erholungsrate geeignet gesteuert wird. Es ist von Vorteil, eine hohe Erholungsrate zu haben, wenn der „Abstand" vom Ziel beträchtlich ist. Andererseits ist eine Erholungsratenverringerung wichtig in enger Nachbarschaft zum Ziel. Eine Steuerung der Pulsweite ist ein wichtiges Werkzeug, um die Erholungsrate zu steuern und Trimmgenauigkeit mit einer Verringerung der gesamten Trimmzeit zu verbessern.
Die Messung von Temperaturkoeffizienten von Schaltungselementen, die auf einem integrierten Schaltkreis positioniert sind, umfasst ein Aufwärmen eines kleinen Volumens oder Gebiets des integrierten Schaltkreises und ein Messen der im allgemeinen Temperatur empfindlichen Parameter einer Schaltkreiskomponente, während die Komponente sich auf einer erhöhten Temperatur befindet.
Nulldurchgangsbestimmung oder unkalibrierte Messung eines absoluten Temperaturkoeffizienten einer Einzelkomponente: Damit besteht eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung aus einem einzelnen resistiven Element, das in oder auf einer thermisch isolierten Mikrostruktur positioniert ist, begleitet von einem Widerstandsheizer, der in oder auf derselben Mikrostruktur positioniert ist, oder einer eng benachbarten Mikrostruktur, die über derselben mikrobearbeiteten Kavität platziert ist. Diese Grundkonfiguration gestattet eine Messung eines/von Temperaturkoeffizienten auf einer beliebigen oder unkalibrierten Skala relativ zu Null, ohne dass eine genaue Kenntnis der aktuellen Temperatur im erwärmten Element erforderlich ist. Der Heizer erwärmt das als Ziel gesetzte Element und eine Beobachtung des Trends in den elektrischen Parametern des als Ziel gesetzten Elements gestattet eine unkalibrierte Messung und Bestimmung, ob jener elektrische Parameter positiv, null oder librierte Messung und Bestimmung, ob jener elektrische Parameter positiv, null oder negativ ist. Wenn nur eine derartige unkalibrierte Messung oder eine Nulldurchgangsbestimmung erfordert ist, dann kann der Heizer auf derselben oder einer gesonderten Mikrostruktur sein und er muss nicht temperatur-kalibriert sein.
Messung eines absoluten Temperaturkoeffizienten einer Einzelkomponente: Wenn andererseits eine Messung des absoluten Temperaturkoeffizienten erfordert ist, dann muss der Heizer so kalibriert werden, dass er eine bekannte Temperatur an der funktionalen Komponente erzeugt. Natürlich muss der so kalibrierte Heizer stabil und genau bleiben, sonst muss es eine stabile und kalibrierte Temperaturerfassungseinrichtung in der Nähe der funktionalen Komponente geben. Wenn z.B. die funktionale Komponente beim Betrieb (oder z.B. während des thermischen Trimmens) einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, dann kann es dies erforderlich machen, den TCR-Messungsheizer auf einer gesonderten Mikrostruktur zu platzieren, so dass er nicht den höchsten Temperaturen unterworfen wird (und damit stabiler und kalibriert bleibt). Die anfängliche Kalibrierung der Einrichtung, die zum Erfassen der Temperatur verwendet wird, kann auf verschiedene Methoden erfolgen einschließlich unter Verwendung eines Ofens. Nach einer derartigen Kalibrierung (wenn sie stabil ist), kann es vielfach verwendet werden, um den Temperaturkoeffizienten eines als Ziel gesetzten funktionalen Elements zu messen.
Gleichmäßige Temperatur in einer erwärmten Komponente: Da es das Ziel bei einer Messung eines/von Temperaturkoeffizienten ist, die Effekte von Veränderungen in der Umgebungstemperatur nachzuahmen, erfordert eine effektive Bestimmung oder Messung eines/von Temperaturkoeffizienten, dass das erwärmte Element so viel als möglich auf der selben Temperatur ist. Daher sollten Maßnahmen ergriffen werden, um eine relativ konstante Temperaturverteilung in den erwärmten Elementen zu erhalten. Für diese Zwecke verwenden wir Layouts, wie sie in 7 gezeigt sind. Damit ist es für eine genaue Steuerung des Heizers im funktionalen Widerstand von Bedeutung für das gesamte aufzuwärmende funktionale resistive Element, das es auf derselben (und regel- oder steuerbaren) Temperatur gehalten wird. Somit sollte das räumliche T-Profil T(x) in dem der Wärme ausgesetzten Bereich konstant sein. Da jedoch beabsichtigt ist, dass das der Wärme ausgesetzte Element selbst im stationärem Zustand sich auf einer höheren T befindet als seine Umgebung, neigen die Ränder des der Wärme ausgesetzten Bereichs dazu sich auf einer Temperatur zu befinden, die niedriger ist als das T in der Mitte. Um dies zu kompensieren, zeigen die 7a, 7b und 7c Beispiele von Layouts, die dazu bestimmt sind, mehr Leistung an den Rändern des der Wärme ausgesetzten Bereichs zu dissipieren. Mehr Leistung kann an den Rändern des der Wärme ausgesetzten Bereichs dissipiert werden, indem der Widerstandspfad um den Umfang vergrößert wird und/oder die Resistivität der Elemente am Umfang erhöht wird. Bevorzugterweise hat ein großer Anteil des funktionalen Widerstands eine flache Temperaturverteilung. Daher kann eine Verlustleistungsgeometrie für das Heizelement vorsehen, dass mehr Wärme um die Ränder des funktionalen Widerstands herum aufgebracht wird, um einen schnelleren Wärmeverlust an den Rändern und resultierenden Temperaturgradienten über die thermisch isolierte Mikro-Plattform entgegenzuwirken.
Nulldurchgangbestimmung oder unkalibrierte Messung eines relativen Temperaturkoeffizienten einer Vielzahl von Komponenten, die sich eine Betriebsumgebung teilen: Bei vielen Anwendungen wird eine Kombination von zwei oder mehr Widerständen in einer Schaltung verwendet. Einige wichtige Fälle umfassen Spannungsteiler, R-R Teiler, R-2R Teiler, Wheatstone Brücken, Sensoreingabekonditionierungsschaltungen, Widerstandsnetzwerke. Die äquivalente Schaltung eines einfachen Spannungsteilers ist z.B. in 8 gezeigt. Diese Einrichtungen können so hergestellt werden, dass sie sehr stabil sind, selbst wenn die Widerstände TCRs haben, die ungleich Null sind, solange ihre TCRs gut abgestimmt sind. Wenn z.B. die Differenz der TCRs der Widerstände 0,001%/°K (10 ppm) ist, ergibt ein Temperaturungleichgewicht von 10°K eine Unausgeglichenheit des Widerstandswerts von 100 ppm. In solchen Fällen kann es wichtig sein, die relativen Temperaturkoeffizienten zu messen oder wenigstens zu bestimmen, ob die relativen Temperaturkoeffizienten der zwei Komponenten positiv, negativ oder Null sind. Wenn in einem solchen Fall das Ziel ist, die relativen Temperaturkoeffizienten abzugleichen, ist es häufig nicht von Bedeutung, dass die Messung der Nullabweichung kalibriert wird. Eine mögliche Konfiguration dieses Falls ist schematisch in 9-10 gezeigt. In dieser Ausführungsform werden zwei Widerstände auf derselben thermisch isolierten Mikrostruktur platziert und ein oder mehr Heizer werden zusätzlich auf derselben thermisch-isolierten Mikrostruktur platziert, um sie aufzuheizen.
Ohne die Allgemeingültigkeit des Vorhergehenden zu beschränken, ist viel der obigen Phänomene schematisch in 3 und 4 basierend auf der Schaltung in 2 und für ein besonderes Beispiel eines bestimmten Polysilikons, Layouts, Heizers und einer Position im Widerstandseinstellungsbereich beschrieben, wie oben erläutert.
Die in 2 gezeigte Schaltung stellt eine geeignete Ausführungsform dar, um die Prinzipien zu erläutern. Sie enthält zwei elektrisch trimmbare Polysilikonwiderstände R_x1 und R_x2. Jeder dieser Widerstände wird auf gesonderten thermisch isolierten Mikrostrukturen zusammen mit Hilfsheizern R_h1 und R_h2 platziert. Die funktionalen Widerstände sind in einer Wheatstone Brücke mit zwei metallischen Widerständen R_h1 und R_h2 verbunden und werden von einer konstanten Spannung von 2,5 V betrieben. Die Differenzspannung an den beiden Mittelpunkten der Brücke, bezeichnet mit U_br1 und U_br2 in 2 wird durch Instrumentenverstärker A verstärkt und durch eine (nicht gezeigte) externe Datenerfassungsplatine verarbeitet. Die Struktur enthält auch einen Polysilikonwiderstand R_C, der auf einer gesonderten thermisch isolierten Mikrostruktur zwischen Widerständen R_x1 und R_x2 platziert ist, so dass sein Erwärmen, die von einer angewandten Spannung U_Heiz verursacht wird, zu einem symmetrischen (gleichen) Temperaturanstieg in den funktionalen Widerständen R_x1 und R_x2 führt. Falls die Temperatur des Chips gemessen werden muss, wird ein Polysilikonwiderstand R_t mit TCR ~ 900 ppm/K in der Nähe auf dem Chip (nicht auf der Mikrostruktur) platziert. Er ist in Serie mit dem Metallwiderstand R₃ verbunden, wobei der Teiler bei 2,5 V betrieben wird. Die Spannung U_t wird verarbeitet, um die Chiptemperatur zu berechnen.
Ausgehend von einer unbalancierten Brückendifferenzspannung wird Widerstand R_x1 getrimmt, bis die Brücke balanciert ist (bis Verstärkerausgang U_out nahezu Null ist). Dies stellt das Trimmen des Widerstands R_x1 auf seinen Zielwiderstandswert R_target dar (siehe unten).
3 stellt schematisch eine Beispielsfolge von Operationen dar, um TCR einzustellen. Jedes Mal wenn der Widerstandswert von R_target weg getrimmt wird (zu sehen in den Auslenkungen weg von U_out = 0 in 3a), ändert sich der TCR von R_x1 (zu sehen in den Änderungen in dem RTCR der Brücke in 3b). Die Richtung und Größe der Änderung in TCR bezieht sich in einer nichttrivialen Weise auf die Richtung und Größe der anfänglichen Änderung weg von R_target (dargestellt durch den nach oben oder unten gerichteten Pfeil ganz links bei jeder Widerstandswertabgleichung). 3b zeigt die entsprechenden TCR-Verschiebungen nach Pulsfolgen zur Widerstandswerteinstellung (Abweichung von R_target durch „erste" Pulse hoher Amplitude und Widerstandsrückstellung zurück zu R_target durch Pulse niedriger Amplitude). Beachte, dass Wärmepulse höherer Amplituden zu einer deutlicheren Verringerung des Widerstandswerts führen. Grundsätzlich umfasst das Verfahren zum Ändern von TCR, während es einen gegebenen Widerstandswert aufrecht erhält, TCR-Änderungszyklen oder Wärmezyklen, in denen jeder eine Abweichung des Widerstands weg von seinem gegebenen Widerstandswert (R_target) verursacht, und dann eine Wiederherstellung des Widerstandswerts zurück zu R_target verursacht.
4 fasst sehr schematisch ein Beispiel der Wirkung einer Wärmepulsamplitude an einem Beispiel einer Mikrostruktur mit einer bestimmten Variation von Polysilikon und einem Widerstandshilfsheizer von 960 Ohm und einem gegebenen R_target ≈ 0,8·R_init zusammen. Beachte, dass quantitative experimentelle Daten wie diese sich abhängig von Polysilikonvariationen oder Mikrostrukturlayout oder R_target-Abweichungen von R_init unterscheiden können. Für die Zwecke eines Trimmens von Widerstandswert und TCR muss die Wärmepulsspannung höher als ≈ U_puls-min = 2,4 V sein (da niedrigere Spannungen keine Widerstandsänderung initiieren) und muss niedriger sein als ungefähr U_puls-max = 5,4 V (da ein extremes Heizen einen Schaden am Heizwiderstand verursachen kann) (Beachte auch, dass R_min und R_max von Widerstand zu Widerstand in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Bedingungen variieren können). Wenn die Pulsamplitude des „ersten" Wärmepuls (oder -pulse) in einem TCR-Änderungszyklus höher als 2,7 V und niedriger als 5,4 V ist, kann ein Widerstandswert zuerst nach unten vom Zielwert von R_target ≈ 0,8·R_init verringert und dann zurückgesetzt werden. Diese Aktion wird durch das Paar von Pfeilen (abwärts, dann aufwärts) bezeichnet. Wenn die Pulsspannung niedriger als ungefähr 2,7 V ist, ist nur eine Erhöhung des Widerstandswerts von seinem Wert R_target ≈ 0,8·R_init möglich. Auf der rechten Seite von 4 sind die entsprechenden Verhalten des TCR als eine Funktion der Spannung des „ersten" Puls in einem TCR-Änderungszyklus gezeigt. (Damit beschreibt diese Figur das Verhalten von TCR im Kontext eines TCR-Änderungszyklus, wobei die vertikale Achse die Amplitude des „ersten" Puls im TCR-Änderungszyklus darstellt). Die in den Figuren bei 5,4 V, 4,6 V, 3,0 V, 2,7 V und 2,2-2,4 V definierten Schwellen sind Amplituden von Pulsen, die sich in Temperaturschwellen übersetzen, die den TCR des Widerstands verschieden beeinträchtigen in Abhängigkeit des Bereichs des Graphs (siehe Beschreibung der Bereiche unten). Die Schwelle, die bei 4,6 V definiert ist, ist eine ungefähre Umkehrschwelle einer Temperaturkoeffizientenänderung, weil sich die Richtung eines Trimmens des TCR ändert, wenn jene Schwelle überschritten wird.
Der Spannungsbereich kann unter Vorbehalt in mehrere Bereiche eines TCR-Verhaltens aufgeteilt werden.

Bereich 1. TCR-Änderungszyklen mit einem „ersten" Wärmepuls (oder -pulsen) mit einer Amplitude in diesem Bereich, gefolgt von „Widerstandsrücksetzung"-Pulsen ergeben eine Verringerung von TCR. Je höher die Amplitude des „ersten" Puls (oder Pulse), desto signifikanter ist die Verringerung von TCR.
Bereich 2. TCR-Änderungszyklen mit einem „ersten" Wärmepuls (oder -pulsen) mit einer Amplitude in diesem Bereich, angewandt NACH einem TCR-Änderungszyklus, der mit einem „ersten" Puls vom Bereich 1 begann, gefolgt von „Widerstandsrücksetzung"-Pulsen, ergeben ein Ansteigen von TCR. Über den Großteil dieses Bereichs 2 ist, je niedriger die Amplitude dieses „ersten" Pulses (oder Pulse) ist, desto niedriger die Steigerung von TCR (ausgenommen in der Nähe der Grenze zu Bereich 1).
Bereich 3. Eine sehr niedrige Steigerung in TCR tritt ein, während der Widerstand entweder erhöht oder verringert wird vom Wert eines R_target ≈ 0,8·(Bereich 3a) oder nur erhöht wird durch sehr niedrige (gerade oberhalb der Schwelle) Wärmepulse (Region 3b). Je niedriger die Amplitude des „ersten" Pulses (oder Pulse) in diesem Bereich ist, desto niedriger ist die Steigerung von TCR.

Angenommen, man hat die Möglichkeit, eine kalibrierte oder unkalibrierte Messung des Widerstands und TCR eines gegebenen physikalischen Widerstandselements (passiven Widerstandselements) zu ausreichender Genauigkeit für die unten beschriebenen Manipulationen zu machen (oder von anderen Schaltungsinformationen abzuleiten), ist es möglich, den TCR von Polysilikonwiderständen für einen gegebenen Widerstandswert zu trimmen (der gegebene Widerstandswert wird bei seinem anfänglichen Wert beibehalten bei einer gegebenen Präzision). Die Technik einer TCR Einstellung umfasst die folgenden Schritte:

(a) Eine anfängliche Trimmoperation von einem anfänglichen Widerstandswert (wie hergestellt oder ein anderer anfänglicher Wert) zu einem Zielwiderstandswert R_target. Dieses R_target muss innerhalb dem Bereich (siehe 4) zwischen dem Trimmschwellwert unten und gefährlichen Spannungen oben liegen. Diese anfängliche Einstellung eines Widerstands erfolgt unter Verwendung gepulster Trimmtechniken wie oben beschrieben zu einer gewünschten Präzision δR (z.B. innerhalb δR = 20 ppm von R_target).
(b) Aufzeichnen einer letzten Pulsamplitude eines "Abwärts"-Trimmens eines Widerstandswerts
(c) Messung und Aufzeichnen eines R_actual mit einer Genauigkeit, die ausreichend ist, um zu bestimmen, ob er innerhalb eines δR von R_target ist.
(d) Messung und Aufzeichnung eines TCR_actual zu einer ausreichenden Präzision δTCR (z.B. innerhalb δTCR = 1 ppm/K):
(e) Entscheidung einer gewünschten Richtung einer TCR-Einstellung und Aufstellung eines TCR-Zielwerts (TCR_target). Diese hängt von den Eigenschaften des Poly ab, die aus dem Herstellungsprozess und anfänglichen Messungen bekannt sind.
(f) Absichtliche Einstellung eines Widerstandswerts weg von R_target, so dass R_actual erhöht oder verringert wird: Der Betrag, um den von R_target weggetrimmt wird, wird gemäß den oben beschriebenen Prinzipien entschieden.
(g) Absichtliches Trimmen des Widerstandswerts zurück zu R_target, in der entgegengesetzten Richtung von der, die von obigem Schritt (f) herrührt.
(h) Messung eines TCR_actual. Abhängig von Richtung und Umfang eines Trimmens in Schritt (f), wird das gemessene TCR_actual erhöht oder verringert. Auch der Umfang eines TCR-Trimmen hängt vom Umfang eines Widerstandstrimmens in Schritt (f) ab.
(i) Wiederhole Schritte (e-h) in einer adaptiven Weise, bis TCR_actual gleich dem TCR-Zielwert mit einer gewünschten Präzision δTCR ist.

Beachte, dass Pulse gerade oberhalb der Schwelle für eine Widerstandstrimmung dazu neigen, den TCR vernachlässigbar (weniger als δTCR) zu verändern, und daher dieser Fall üblicherweise keinen Schritt (g) erfordert, um einen Widerstandswert zurückzusetzen – man würde üblicherweise diesen Fall nur verwenden, um einen Widerstandswert fein abzustimmen, nachdem TCR bereits innerhalb δTCR des gewünschten TCR-Werts war.
Verwende eine hohe Genauigkeit δR in den späteren Wiederholungsschritten (eine geringere Genauigkeit wird in den anfänglichen Schritten bevorzugt, da sie weniger Zeit benötigen). In Schritt (g) wird R gemessen. Wenn zu diesem Punkt angenommen wird, dass mehr Zyklen im Verfahren verbleiben, kann dieses R-Trimmen mit einer etwas freieren Genauigkeit δR_intermediate erfolgen, um Zeit zu sparen. Ein Widerstandstrimmen mit voller Präzision (was mehr Zeit benötigt) muss nur erfolgen, wenn man TCR erhöht und nahe dem Ziel ist, sagen wir innerhalb von 2·δR_intermediate unterhalb von R_target.
Überlegung zur Widerstandstrimmgenauiqkeit nach jedem TCR-Trimmzyklus: Im Stand der Technik ist offenbart worden, dass eine Änderung im getrimmten Widerstandswert von einer Änderung in TCR begleitet wird (siehe 1). Daher kann eine ungenaue Widerstandsrückstellung nach jedem TCR-Trimmzyklus einen bestimmten Fehler in einer tatsächlichen TCR-Messung ergeben. In unserem Fall erhöht sich TCR um ungefähr 400 ppm/K, wenn der Widerstandswert um 25% verringert wird. Somit ergeben 10 ppm beim Widerstandstrimmen eine Verschiebung von ungefähr 1,6 × 10^-2 ppm/K beim gemessenen TCR. Wenn die erforderliche Genauigkeit beim Trimmen von TCR, sagen wir 0,1 ppm/K ist, ist eine Ungenauigkeit beim R-Trimmen von 60 ppm annehmbar. Andererseits würden weniger rigorose Anforderungen an eine R-Trimmgenauigkeit eine Widerstandsrückstellung vereinfachen, die dann schneller erfolgen könnte. In einer endgültigen Stufe einer Einstellung von R und TCR, nachdem TCR auf seinen Zielwert mit gewünschter Präzision eingestellt worden ist, kann eine Feinabstimmung des Widerstands mit gewünschter Präzision (sagen wir, 10 ppm) erfolgen (Bereich 3a und 3b in 4).
Das Verfahren eines elektrothermischen Trimmens von TCR umfasst die folgenden Schritte, die in 5 als Diagramm dargestellt sind. Das Verfahren beginnt durch ein Trimmen des Widerstands auf einen bestimmten Zielwert R_target (R_min < R_target < R_max). Anfängliche "erste" Pulsamplituden P_low0 und P_high0 werden auf 1,05·U_pulsmax bZW. 1,8·U_puls-min gesetzt.

1) Nach einem Trimmen des Widerstands auf einen bestimmten Zielwert, wird TCR gemessen. Wenn TCR sich von seinem Zielwert TCR_target, um weniger als δTCR unterscheidet, wobei δTCR eine annehmbare Genauigkeit ist, dann ist der Trimmprozess beendet.
Wenn TCR verringert werden muss (TCR > TCR_target. + δTCR), gehe zu Schritt 2. Wenn TCR erhöht werden muss (TCR < TCR_target. – δTCR) gehe zu Schritt 6.
2) Ein Wärmepuls P_high wird angewandt, was zu einer Verringerung des Widerstands R_actual („Abwärts"-Trimmen) führt. Anfänglich wird P_high zu P_high0 gesetzt, der jedes Mal inkrementieren ist, wenn Schritt 5 ausgeführt wird.
3) Widerstand wird zurück zu seinem Zielwert R_target. getrimmt.
4) TCR wird gemessen. Wenn TCR sich von seinem Zielwert TCR_target _. um weniger als δTCR unterscheidet, ist der Trimmprozess beendet. Wenn eine weitere TCR-Verringerung erforderlich ist (TCR > TCR_target. + δTCR), gehe zu Schritt 5. Wenn TCR erhöht werden muss (TCR < TCR_target. – δTCR), gehe zu Schritt 6.
5) Der „erste" Wärmepuls P_high wird inkrementiert oder erhöht und das Verfahren geht in einer Schleife zurück zu Schritt 2, um einen Puls aufzubringen, der höher ist als der vorherige. Schritte 2, 3, 4 und 5 werden in einer Schleife wiederholt, bis TCR sich von seinem Zielwert TCR_target. um weniger als δTCR unterscheidet oder bis die tatsächliche Differenz von TCR unter TCR_target. fällt.
6) Um TCR zu erhöhen, wird ein niedriger „erster" Wärmepuls P_low angewandt. Der Effekt dieses Pulses kann es sein, den Widerstand zu erhöhen oder zu verringern. Zu Beginn jedes TCR-Änderungszyklus, dessen Ziel es ist, TCR zu erhöhen, kann die Pulsamplitude bei P_low0 beginnen oder bei einem höheren Wert von P_low beginnen, wenn es z.B. aus einer bestimmten Charge von Einrichtungen bekannt ist, dass eine optimale Rate einer TCR-Änderung bei einem derart höheren Wert von P_low erhalten werden kann. Auch kann die "erste" Pulsweite variiert werden, um die Rate einer TCR-Änderung in dieser Phase zu modellieren.
7) Widerstandswert wird auf seinen Zielwert R_target. zurückgetrimmt.
8) TCR wird gemessen. Wenn sich TCR von seinem Zielwert TCR_target. um weniger als δTCR unterscheidet, dann ist der Trimmprozess beendet. Wenn eine weitere TCR-Erhöhung erforderlich ist (TCR < TCR_target. – δTCR), gehe zu Schritt 9. Wenn TCR verrin geit werden muss (TCR > TCR_target. + δTCR), gehe zu Schritt 2 (wo der letzte bekannte P_high-Puls angewandt wird).
9) Der „erste" Wärmepuls P_low wird höher inkrementiert, als er in den unmittelbar vorausgehenden steigernden Zyklen verwendet wurde, und dann wird das nächste P_low angewandt. Schritte 7, 8 und 9 werden in einer Schleife wiederholt, bis TCR sich von seinem Zielwert TCR_target. um weniger δTCR unterscheidet oder bis das tatsächliche TCR über TCR_target. gelangt.

In dem Fall, in dem TCR nahezu Null wäre und in dem das Ziel einer Einstellung wäre, das TCR zu Null in einem ausreichend engen Bereich um Null zu verringern, wäre eine genaue Kenntnis der während TCR-Messungen erreichten Temperaturen erforderlich. In diesem Fall wären viele verschiedenen TCR-Mess-Heizgeometrien und -techniken effektiv.
Die oben beschriebenen Techniken können bei Anwendungen angewandt werden, in denen das relative TCR von zwei oder mehr Widerstandselementen wichtig ist. In diesen Fällen muss man nicht notwendigerweise die Temperatur sehr genau messen, aber man muss wissen, dass beide (oder alle) der fraglichen Widerstandselemente soweit möglich auf derselben Temperatur sind. Dies kann effektiv durch Verwendung einer Heizgeometrie erreicht werden, die zentral zwischen zwei symmetrischen funktionalen Widerständen positioniert ist. Andere symmetrische Heizerlayouts sind auch erhältlich.
Ein sehr wichtiges Beispiel ist, wenn man den RTCR eines Spannungsteilers so nahe wie möglich zu Null haben will. Ein anderes Beispiel betrifft die Verwendung von Thermowiderständen in Sensoren. Z.B. wünscht man bei Thermoanemometer-basierten Druck- oder Durchflussmengensensoren, dass die funktionalen Widerstände einen ziemlich hohen, individuellen TCR (für eine maximale Empfindlichkeit des Sensors haben) gleichzeitig mit einem exzellenten Abstimmen der TCRs derselben funktionalen Widerstände. In diesem Fall gibt es üblicherweise bereits einen zentralen Heizer (Teil der Funktion des Thermoanemometers), der hier für den zusätzlichen Zweck eines Messens des TCR durch symmetrisches Heizen der Erfassungswiderstände verwendet werden kann.
19 ist ein Graph, der die Wirkung eines „ersten" Wärmepulses auf den TCR eines Widerstands zeigt (zu sehen in einem RTCR einer Brückenschaltung, die in 2 gezeigt ist). Nachdem die Brücke mit einer Genauigkeit von ungefähr +/– 10 ppm zu Null ausgeglichen ist, wurde ein zentraler Heizer R_c verwendet, um Widerstände R_x1 und R_x2 bis auf ungefähr 40°C über Raumtemperatur zu erwärmen, um RTCR zu messen. Vor Beginn der TCR- Änderungszyklen wurde herausgefunden, dass der RTCR 183 beliebige Einheiten ist, wobei 10 beliebige Einheiten 3 ppm/K innerhalb besser als 50% von 3 ppm/K entspricht. Da der anfängliche RTCR positiv war, wurde ein TCR-Änderungszyklus, der P_high umfasst, im TCR-Änderungszyklus Nr. 1 angewandt. Die Widerstandsabweichung (zu sehen im oberen Teil von 19) infolge des „ersten" Pulses dieses Zyklus war so, dass die Brücke zu –100 mV unausgeglichen wurde. Gemäß dem Verfahren wurde dann der Widerstand so zurückgesetzt, dass die Brücke ausgeglichen war, und der neue TCR wurde gemessen, und es wurde herausgefunden, dass er sich wesentlich verändert hatte – von +183 zu –52 beliebige Einheiten. Da dies unterhalb des Ziel RTCR von Null war, verwendete der nächste TCR-Änderungszyklus (Nr. 2) einen ersten Puls P_low, um den TCR (RTCR) zu erhöhen. In diesem Fall wurde der P_low ausgewählt, über P_low0 zu sein, basierend auf einer Erfahrung mit diesem besonderen Set von Einrichtungen. Der Effekt jenes „ersten" Puls war ein Ungleichgewicht der Brücke um einen kleinen Betrag in der positiven Richtung zu +3 mV. Nach einer nachfolgenden Zurücksetzung des Brückengleichgewichts, war der Effekt auf TCR ein geringer Anstieg von –52 auf –45 beliebige Einheiten. Der Rest der TCR-Änderungszyklen Nr. 3, Nr.4 und Nr.5 wurde in einer ähnlichen Weise mit variierenden Pulsweiten (adaptiv variierend als eine Funktion der „Distanz" zum Ziel) und P_low „ersten" Pulswerten angewandt, wobei jedes Mal der TCR angehoben wurde, bis RTCR im wesentlichen besser als 1 ppm/K erhalten wurde, nachdem schließlich die Brücke am Ende des TCR-Änderungszyklus Nr. 5 ausgeglichen wurde. Beachte dass das Verhalten des Widerstands (oberer Plot) nicht intuitiv hinsichtlich dieses Verhaltens ist, das in den anderen Kurven gezeigt ist.
Die Manipulationen, die in 19 dargestellt sind, würden in einem automatisierten Modus weniger als ungefähr 20 Sekunden dauern. Beachte, dass der TCR-Änderungszyklus Nr. 1 die meiste Zeit beanspruchte, ungefähr 6 Sekunden, infolge der langen Widerstandserhöhung („Erholung") die erforderlich war, um die Brücke nach dem „ersten" Puls hoher Amplitude wieder in den ausgeglichenen Zustand zu bringen, welcher Puls den Widerstand verringerte. Die anderen Zyklen betrugen jeweils 1 bis 3 Sekunden. Eine Ausführung einer RTCR-Messung dauerte ungefähr 50 ms (was vorrangig die Zeit erfordert, um die funktionalen Widerstände zu erwärmen, um die Messung bei einer erhöhten Temperatur vorzunehmen, da der Raumtemperaturwiderstand bereits bekannt war).
Die folgenden Daten begleiten die Graphen in 19:

Erster Zyklus, „erster" Puls: 4,6 V, 50 ms. RTCR (Brücke wieder in Ausgleich bringen) = –52 beliebige Einheiten.
Zweiter Zyklus, „erster" Puls: 3,0 V, 100 ms. RTCR (Brücke wieder in Ausgleich bringen) = –35 beliebige Einheiten.
Dritter Zyklus, „erster" Puls: 3,2 V, 150 ms. RTCR (Brücke wieder in Ausgleich bringen) = –32 beliebige Einheiten.
Vierter Zyklus, „erster" Puls: 3,3 V, 250 ms. RTCR (Brücke wieder in Ausgleich bringen) = –12 beliebige Einheiten.
Fünfter Zyklus, „erster" Puls: 3,2 V, 100 ms. RTCR (Brücke wieder in Ausgleich bringen) = –1 beliebige Einheit.

Die Trimmschaltung der Widerstandsbrückenstruktur kann Widerstand und TCR von jedem der zwei Widerstände R_x1 oder R_x2 trimmen. Der funktionale Pulsgenerator (Funktionsgenerator) hat drei Ausgangskanäle. Zwei von Ihnen liefern Wärmepulse an die Widerstandsheizer R_h1 und R_h2 für die Zwecke eines Trimmens der Widerstände R_x1 und R_x2. Der dritte Kanal liefert Wärmepulse U_Puls-Heizen an die zusätzlichen Widerstandsheizer R_c.
Ein Ziel der Schaltung ist es, die Widerstandsbrücke auszugleichen, um die Ausgangsspannung des Verstärkers A zu Null abzustimmen. Es ist auch ein Ziel der Schaltung, den Unterschied in TCR (RTCR) der beiden Widerstände so einzustellen, dass Änderungen in einer Betriebstemperatur die Brücke nicht aus dem Gleichgewicht bringen (keine Änderung der Ausgangsspannung des Verstärkers A verursachen). Um einen Anstieg der Betriebs(Umgebungs-)temperatur nachzuahmen, wird elektrische Leistung im Widerstandsheizer R_c dissipiert, der symmetrisch zwischen den beiden funktionalen Widerständen angeordnet ist. Die Ausgangsspannung des Verstärkers wird gemessen, bevor und während des Heizens des Widerstandsheizers R_c. Abhängig von der Richtung und Wert von Verschiebung in Ausgangsspannung, wird das Trimmen von jedem der Widerstände R_x1 oder R_x2 ausgeführt.
Die Ausgangsspannung wird von dem ADC gemessen und in einem Speicher gespeichert.
Das erste Entscheidungsfindungsmodul berechnet die Spannungspulsamplitude, die auf den Hilfsheizer R_h1 oder R_h2 für die Zwecke eines Trimmens der Brücke aufgebracht wird. Es entscheidet auch, welcher Ausgangskanal oder Kombination von Kanälen des funktionalen Pulsgenerators für den nächsten Wärmepuls aktiviert werden sollte. Um zwei funktionale Widerstände R_x1 und R_x2 durch den Heizer R_c zu heizen, sendet das Entscheidungsfindungsmodul einen Befehl an den Kanalselektor, um den geeigneten Kanal zu wählen, und befiehlt dem funktionalen Pulsgenerator Wärmepulse mit einer bestimmten Amplitude zu erzeugen. Die Spannungspulsamplitude, die vom ersten Entscheidungsfindungsmodul berechnet wird, kann von der Wahl des Kanals abhängen, der für die vorherigen Wärmepulse verwendet wurde, und ist eine Funktion der aktuellen (zuletzt gemessenen) Ausgangsspannung U_actual, Zielspannung U_target (U_target = 0), der Spannung U_previous, die nach vorausgehenden Trimmpulsen gemessen wurde, (gespeichert im Speicher) und Spannungspulsamplituden U_{Puls-Historie} von vorherigen Pulsen:
U_Puls (U_actual, U_target, U_previous, U_{Puls-Historie}).
Das zweite Entscheidungsfindungsmodul berechnet die Pulsweite als eine Funktion von U_actual, U_target, U_previous und t_{Puls-Historie}:
t_Puls (U_actual, U_target, U_previous, t_{Puls-Historie}).
Das dritte Entscheidungsfindungsmodul berechnet das Intervall zwischen Pulsen als Funktion Von U_actual, U_target, U_previous:
t_interval (_Uactual, U_target, U_previous).
Pulsparameter U_Puls, t_Puls und t_interval und Befehle, um ein oder mehrere der drei Ausgangskanäle zu aktivieren, werden an den funktionalen Pulsgenerator gesandt. Parameter U_Puls und t_Puls werden in einem Speicher gespeichert, um sie bei den nächsten Pulsparameterberechnungen zu verwenden.
Der funktionale Pulsgenerator sendet auch Synchronisierungspulse an den ADC, um die Digitalisierung der Analogspannung am Ende des Zeitintervalls zwischen Trimmpulsen zu beginnen (bevor der nächste Trimmpuls aufgebracht wird).
Während mehrere Beispiele im oberen Text eine methodische Lösung für das Trimmen des TCR oder RTCR zeigen, sind einige weniger methodische Verfahren immer noch beim Einstellen von TCR oder RTCR erfolgreich, wenn auch mit weniger Präzision oder weniger Effizienz. Z.B. ist auch ein Verfahren, das auf Widerstandsabweichungen und -rücksetzung basiert, ohne besonders über die „ersten" Pulsamplituden nachzudenken, beim Trimmen von TCR bei einer längeren Zeit erfolgreich. Selbst ein mehr zufälliges adaptives Verfahren wäre in vielen Fällen erfolgreich, um eine moderate Hochpräzisionseinstellung von TCR zu erhalten.
Bei Verwendung der oben beschriebenen Technik, um TCR unabhängig vom Widerstand zu trimmen, kann diese auf viele Arten von Schaltungen angewandt werden, bei denen der TCR von ein oder mehreren Komponenten innerhalb der Schaltung getrimmt wird, um Temperaturänderungen oder andere nicht trimmbare Komponenten zu kompensieren und dadurch verschiedene Ausgangseigenschaften des Ausgangssignal einzustellen. Allgemeine Eigenschaften derartiger Schaltungen sind jene, die eine oder mehrere Einrichtungen mit linearen oder nicht linearen Input-Output Temperatureigenschaften enthalten, wie z.B. aktive Halbleitereinrichtungen. In diesen Fällen kann die Temperaturabweichung des Schaltungsausgangs linear oder nicht linear variieren und ist geeignet zur Kompensation durch Trimmen von R und TCR (oder RTCR) von ein oder mehreren trimmbaren Komponenten innerhalb der Schaltung. Selbst wenn der einstellbare Temperaturkoeffizient des trimmbaren Widerstands linear ist, kann er oft verwendet werden, um Temperaturabweichungen in bestimmten gewünschten Bereichen zu kompensieren (minimieren), ohne vollständig die nicht lineare Temperaturabweichung über den gesamten Schaltungstemperaturbereich zu kompensieren.
Spannungsreferenzschaltungen sind ein sehr repräsentatives Beispiel. Die Paare R1/R2 und/oder R3/R4 und/oder R5/R6 können eingestellt werden. Beachte, dass die trimmbare Widerstandstechnologie die gemeinsame Einstellung von bis zu allen der trimmbaren Komponenten R1 bis R6 erleichtert, um die komplexen Verhalten der aktiven Einrichtungen in der Schaltung zu kompensieren.
In der vorliegenden Erfindung sind R1, R2, R3 und R4 alle passive Widerstände und können alle von derselben Widerstandsschicht hergestellt worden sein, die nominal denselben oder ungefähr denselben Temperaturwiderstandskoeffizienten hat, oder von Widerstandsschichten mit verschiedenen Temperaturwiderstandskoeffizienten.
22, 23 und 24 zeigen Simulationen der Schaltung von 20, in der Widerstand R1 ein Gegenstand des Trimmens ist. Beachte, dass die anderen Widerstände R2, R3 oder R4 ebenfalls mit ähnlichen Ergebnissen getrimmt werden können. 22 zeigt einen Idealfall, in dem die Widerstandswerte abgestimmt sind und die TCRs alle Null sind, so dass sich ein linearer Temperaturkoeffizient von Null für die gesamte Ausgangsspannung ergibt. Beachte jedoch, dass der nichtlineare Temperaturkoeffizient groß ist und es ungefähr 2000 ppm an Spannungsabweichung über den gesamten Temperaturbereich gibt.
Diese Form der Kurve ist auch durch viele andere Variationen der Parameter erreichbar. Insbesondere, wenn R1 = R2 = 10 kOhm mit TCR = 800 ppm/K und R3 = 100,7, R4 = 450 mit TCRs von Null oder nahe Null, dann wird dieselbe Form der Kurve wie in 22 erhalten.
24 zeigt eine dramatische Verbesserung gegenüber 22, wie in den vorherigen Paragraphen beschrieben, durch Trimmen nur des Widerstands und TCR von R1, während der Rest der Schaltung derselbe bleibt. R1 wird auf 9,238 kOhm getrimmt und sein TCR wird auf 1050 ppm/K getrimmt, was in einer nichtlinearen Abweichung von der Nominalspannung resultiert, die zwanzig mal kleiner ist über einen Bereich von 180°C. Dies ist insgesamt weniger als 1 ppm/K. Beachte, dass dies für die Bandabstandsreferenzzelle erhalten wird, für die üblicherweise der besterhältliche Wert ungefähr 3 ppm/K beträgt.
Diese Bedingungen sind ziemlich realistisch für elektrothermisches Trimmen von Polysilikonwiderstände, wie sie in einem typischen integrierten Schaltkreis gefunden werden. Ein elektrothermisches Trimmen von Polysilikon gestattet ein Abwärtstrimmen (Verringerung des Widerstandwertes) über einen signifikanten Abschnitt von seinem Wert wie hergestellt ( PCT/CA 02/01366 , angemeldet am 10. September 2002). Der Stand der Technik ( US-Patent 6,306,718 ) zeigte, dass bei einem typischen Abwärtstrimmen von Polysilikon der Widerstand zu einer Steigerung des TCR bei einer Rate von 25 bis 30 ppm/K je Prozent des Abwärtstrimmens resultiert. Dies gestattet eine Steigerung des TCR von R1 bis zu 1000 bis 1020 ppm/K von seinem Wert von 800 ppm/K wie hergestellt, einfach durch ein Abwärtstrimmen des Widerstands um weniger als 10% von seinem Wert wie hergestellt. Ferner kann der TCR dieses Widerstands in einem Bereich von wenigstens einigen zig ppm/K variiert werden, während der Widerstandswert innerhalb einem Bereich von besser als 10 ppm seines getrimmten Werts beibehalten wird.
Wenn R1 und sein TCR weiter getrimmt werden, würde die nichtlineare Temperaturabweichung mit entgegengesetztem Vorzeichen wieder erscheinen. 23 zeigt diesen Effekt für R1 = 8,9 kOhm mit TCR von 1200 ppm/K.
Die Verbesserung bei einer nichtlinearen Temperaturabweichung, die in 24 dargestellt ist, wurde ebenfalls simuliert und für den Fall bestätigt, in dem R1, R2, R3 und R4 repräsentiert wurden, dass sie alle von demselben typischen CMOS Polysilikon hergestellt wurden, das wie hergestellt einen TCR im Bereich von 800 ppm/K hat, jedoch mit TCR von R3 verschieden gegenüber TCR von R4 um 20 ppm/K. Mit anderen Worten kann ein Trimmen des Widerstandswerts und TCR von R1 kleinere Abweichungen in On-Chip-Widerständen kompensieren.
Ein anderes Beispiel ist das einer Verstärkungsschaltung für einen Sensor. Der trimmbare Widerstand kann die Temperaturabweichungen des Erfassungselements einstellen. In einer typischen Sensorverstärkungsschaltung (einer Schaltung, die ein Erfassungselement und einen Schaltkreis umfasst, um den elektrischen Ausgang des Erfassungselements zu ver stärken und zu konditionieren) sind der Offset und die Verstärkung des Verstärkers kritische Parameter, die für den Konstrukteur der Sensorschaltung von Interesse sind. Der Verstärker und der Sensor selbst können signifikante Nichtidealitäten einschließlich signifikanter Parameterabweichungen mit der Temperatur haben (die z.B. einen nicht trivialen Offset-Fehler und Verstärkungsfehler der gesamten Schaltung verursachen). In solchen Fällen können einstellbare Widerstände R-getrimmt und/oder RTCR-getrimmt werden, um diese Nichtidealitäten zu kompensieren. Wenn z.B. die Empfindlichkeit der Erfassungselements selbst mit der Temperatur variiert, kann der TCR eines oder mehrerer trimmbarer Widerstände getrimmt werden, um den Temperaturabweichungen des Erfassungselements entgegenzuwirken.
Ein Sensor in einer Wheatstone Brücke ist ein anderes Beispiel, bei dem die Temperaturabweichung des Ausgangs des Erfassungselements durch Einstellen des TCR des trimmbaren Widerstands kompensiert wird. Das Erfassungselement oder die Erfassungselemente können auch in einer Wheatstone Brücke positioniert werden, bei der die Mittelpunkte der zwei Teiler in der Brücke mit einem Verstärker verbunden sind. Hier verstärkt der Verstärker die Spannungsdifferenz zwischen jenen beiden Mittelpunkten. Der Fall eines Thermoanemometers würde (z.B.) die beiden unteren Widerstände jedes Teilers, die die Erfassungselemente sind, symmetrisch um ein zentrales Heizelement positioniert haben. Wenn der zentrale Heizer erwärmt wird, und ein Gas über die drei in Serie geschalteten Widerstände fließt, wird die Temperaturverteilung vom zentralen Heizer so verdreht, dass sie über den zentralen Heizer unsymmetrisch wird, und einer der Seitenwiderstände auf eine höhere Temperatur als der andere erwärmt wird. Wenn kein derartiger Gasfluss vorhanden ist, ist es erwünscht, dass die Schaltung einen Nullausgang zeigt. Selbst wenn jedoch die beiden Widerstände identische Widerstandswerte bei Raumtemperatur haben, gibt die Schaltung, wenn ihre TCRs leicht unterschiedlich sind, wenn sie vom zentralen Heizer erwärmt werden, einen Ausgang ungleich Null für einen Nulldurchfluss-Eingang ab. In diesem Fall würde man einen oder beide TCRs der erfassenden Widerstände trimmen wollen, damit sie identisch sind, ohne die Gleichwertigkeit ihrer Widerstandswerte zu stören. Oder falls der Widerstandswert und TCRs der zwei erfassenden Widerstände perfekt abgestimmt ist, jedoch ihre Form leicht unsymmetrisch gegenüber dem zentralen Heizer ist, gibt die Schaltung einen Ausgang ungleich Null bei einem Nulldurchfluss-Eingang ab. In diesem Fall würde man freiwillig die TCRs und/oder Widerstand der beiden Erfassungselemente aus dem Gleichgewicht bringen wollen, um die Asymmetrie zu kompensieren und einen Nullausgang von der Schaltung zu erhalten, wenn es keinen Durchfluss gibt. Dies ist ein besonders interessanter Fall, da ein Trimmen des TCR einer trimmbaren Komponente einen Schaltungsausgangsparameter selbst beeinträchtigt, ohne notwendigerweise signifikant die Temperaturabweichung des Ausgangsparameters zu beeinträchtigen, da die Temperatur der zwei Erfassungselemente mehr durch die lokalen Heizer und eine Sensorfunktion geregelt wird als durch die Umgebungstemperatur.
Ferner ist eine Schaltung, in der ein Trimmen des Widerstandwerts und des TCR eines Widerstands innerhalb der Schaltung den Ausgang beeinträchtigen würde, eine Schaltung, die einen Abschnitt umfasst, in dem die Temperatur weitestgehend nicht von der Umgebungstemperatur, jedoch durch eine lokal in der Schaltung angeordnete Wärmequelle gesteuert wird (wie in einem thermischen Anemometersensors mit thermisch isolierten Elementen). In diesem Fall ist es möglich, dass ein Trimmen der Temperaturabweichung eines trimmbaren Widerstands innerhalb jener Untergruppe der Schaltung den Wert eines Ausgangsparameters der größeren Schaltung einfach beeinträchtigt (z.B. Spannungsoffset), ohne die Abweichung des Ausgangsparameters mit der Umgebungstemperatur zu beeinträchtigen.
Welches Widerstandnetzwerk auch immer verwendet wird, kann die Erfindung, wie sie durch die anhängenden Ansprüche definiert ist, auf einen oder eine Vielzahl von passiven Widerständen angewandt werden, um die Leistung der Spannungsreferenz zu verbessern. Es versteht sich, dass zahlreiche Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sind. Demgemäss sollte die obige Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen als die Erfindung erläuternd und nicht in irgendeinem begrenzendem Sinne verstanden werden. Es versteht sich ferner, dass es beabsichtigt ist, jede Variation, Anwendungen oder Anpassungen der Erfindungen, wie sie durch die anhängigen Ansprüche definiert sind, abzudecken.

Claims

Verfahren zum Einstellen eines Ausgangsparameters einer Schaltung, wobei das Verfahren aufweist: (a) Bereitstellen einer Vielzahl von Komponenten in der Schaltung einschließlich wenigstens eines thermisch trimmbaren Widerstandes und wenigstens einer anderen Komponente, wobei der thermische trimmbare Widerstand eine Hysteresecharakteristik hinsichtlich einer Abhängigkeit eines Temperaturkoeffizienten vom Widerstand besitzt, und Positionieren des wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstandes in der Schaltung, so dass der Ausgangsparameter von Veränderungen von Parametern des wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstands beeinflusst wird; (b) Trimmen eines Widerstandswertes und eines Widerstandstemperaturkoeffizienten des wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstands auf unabhängige Werte R_target bzw. TCR_target, um eine Veränderung in dem Ausgangsparameter durch Trimmen des Widerstands des wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstands auf einen Zielwert R_target zu verursachen und danach Trimmen des Widerstandstemperaturkoeffizienten auf einen bestimmten TCR_target durch zyklisches Durchlaufen des Widerstandswertes weg vom und zurück zum R_target, wobei die Hysteresecharakteristik des thermisch trimmbaren Widerstandes verwendet wird; und (c) Messen des Ausgangsparameters.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es ferner ein Wiederholen der Schritte (b) und (c) umfasst, bis der Ausgangsparameter wie gewünscht eingestellt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Trimmen ein Anwenden wenigstens eines Heizzyklus aufweist und der wenigstens eine Heizzyklus eine Folge von Wärmepulsen aufweist, um den Widerstandwert in einer ersten Richtung zu trimmen, und eine Folge von Wärmepulsen aufweist, um den Widerstandswert in eine entgegengesetzte Richtung zu trimmen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der wenigstens eine Heizzyklus den Widerstandwert weg von und dann zurück zu seinem Anfangswert trimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei das Trimmen ein Auswählen von Parametern des wenigstens einen Heizzyklus umfasst, um eine Richtung des Trimmens und einen Betrag des Trimmens des Temperaturkoeffizienten zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Auswählen von Parametern ein Auswählen eines ersten Wärmepulses der Folge von Wärmepulsen des wenigstens einen Heizzykluses umfasst, der von einer gegebenen Amplitude ist, um eine Änderung im Temperaturkoeffizienten zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Trimmen ein Herunterfahren des Temperaturkoeffizienten unter Verwendung eines ersten Pulses hoher Amplitude über einen Umkehrschwellwert eines Temperaturkoeffizientenwechsels und ein Hochfahren des Temperaturkoeffizienten unter Verwendung niedrigerer erster Pulse unter den Schwellwert umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Parameter bei Raumtemperatur gemessen werden kann und der Widerstandstemperaturkoeffizient ohne Änderung einer Umgebungstemperatur der Schaltung vor Anwendung eines nachfolgenden Wärmepulses gemessen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Temperaturkoeffizient während eines Kühlens der Komponente hinsichtlich einer beliebigen Skala gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Trimmen ein Bereitstellen wenigstens eines Heizzyklus mit einem ersten Puls gerade oberhalb eines Trimmtemperaturschwellwertes umfasst, um eine langsame Änderungsrate des Parameters zu erhalten und eine vernachlässigbare Änderung im Temperaturkoeffizienten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Bereitstellen in der Schaltung das Bereitstellen wenigstens einer aktiven Halbleitereinrichtung und/oder ein Bereitstellen einer Spannungsreferenzschaltung mit wenigstens einem trimmbaren Widerstand umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Trimmen ein Trimmen umfasst, um eine Änderung einer nichtlinearen Temperaturabweichung eines Ausgangs der Schaltung zu verursachen und/oder eine Änderung an einer Ausgangsspannung der Schaltung zu verursachen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der wenigstens eine trimmbare Widerstand ein Paar von trimmbaren Widerständen aufweist und das Trimmen ein Trimmen des Paars von trimmbaren Widerständen umfasst und vorzugsweise eine Verwendung des Paars an trimmbaren Widerständen als einen zu trimmenden Spannungsteiler umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Trimmen ein Trimmen des Paars von trimmbaren Widerständen auf vorbestimmte Widerstandwerte und/oder auf ein vorbestimmtes Verhältnis von Widerstandswerten und/oder auf abgestimmte Temperaturkoeffizienten von Widerstandwerten und/oder auf einen vorbestimmten Temperaturkoeffizienten einer Widerstandsdifferenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bereitstellen einer Spannungsreferenzschaltung ein Bereitstellen wenigstens eines externen Widerstands umfasst, der extern zu einem Chip ist, der die Schaltung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der wenigstens eine trimmbare Widerstand den wenigstens einen externen Widerstand umfasst und das Trimmen ein Trimmen des externen Widerstands umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bereitstellen des wenigstens einen externen Widerstands ein Bereitstellen eines Paars von externen Widerständen umfasst und das Trimmen ein Trimmen des Paars von externen Widerständen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Bereitstellen in der Schaltung ein Bereitstellen eines thermisch trimmbaren Widerstands mit einem Bereich von Temperaturkoeffizientenwerten umfasst, die zum Trimmen so zugänglich sind, dass er andere Komponenten in der Schaltung kompensieren kann.
Vorrichtung zum Einstellen eines Ausgangsparameters einer Schaltung, wobei die Schaltung eine Mehrzahl von Komponenten einschließlich wenigstens eines thermisch trimmbaren Widerstandes und wenigstens einer anderen Komponente hat, wobei der thermisch trimmbare Widerstand eine Hysteresecharakteristik hinsichtlich einer Abhängigkeit eines Temperaturkoeffizienten vom Widerstand besitzt, wobei der wenigstens eine thermisch trimmbare Widerstand in der Schaltung so positioniert ist, dass der Ausgangsparameter durch Veränderungen von Parametern des wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstands beeinflusst wird, wobei ein Widerstand des wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstands auf einen bestimmten Wert R_target getrimmt wird; wobei die Vorrichtung aufweist: eine Heizschaltung mit einem Entscheidungsfindungsmodul zur Anwendung wenigstens eines Heizzyklus, wobei jeder Heizzyklus eine Folge von Wärmepulsen zum Trimmen eines Widerstandswertes des thermisch trimmbaren Widerstands in einer ersten Richtung und eine Folge von Wärmepulsen zum Trimmen des Widerstandwert des thermisch trimmbaren Widerstands in einer entgegengesetzten Richtung aufweist, und wobei jeder Heizzyklus einen Widerstandstemperaturkoeffizienten des thermisch trimmbaren Widerstands durch ein Inkrement auf einen bestimmten Wert TCR_target durch zyklisches Durchlaufen des Widerstandwert weg von und zurück zu R_target trimmt, wobei die Hysteresecharakteristik des thermisch trimmbaren Widerstand verwendet wird, und dadurch den Ausgangsparameter der Schaltung beeinflusst; und einer Messschaltung zum Messen des Ausgangsparameters der Schaltung.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Entscheidungsfindungsmodul zur Bestimmung einer Amplitude eines Wärmepulses, einer Dauer des Wärmepulses und einem Zeitintervall vor einem nachfolgenden Wärmepuls vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei die Heizschaltung ein Heizelement zum Heizen der elektrischen Komponente aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei das Entscheidungsfindungsmodul die Amplitude eines Wärmepulses, eine Dauer des Wärmepulses und ein Zeitintervall vor einem nachfolgenden Wärmepuls als eine Funktion einer Historie von Pulsen bestimmt, die auf die elektrische Komponente angewandt worden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die Messschaltung und die Berechnungsschaltung auf dem selben Chip wie die Schaltung sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die Schaltung wenigstens eine aktive Halbleitereinrichtung und/oder eine Spannungsreferenzschaltung mit dem wenigstens einem thermisch trimmbaren Widerstand aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei der wenigstens eine thermisch trimmbare Widerstand ein Paar von thermisch trimmbaren Widerständen aufweist, wobei vorzugsweise das Paar von Widerständen ein Spannungsteiler ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Heizschaltung dafür bestimmt ist, das Paar von thermisch trimmbaren Widerständen auf vorbestimmte Widerstandwerte und/oder auf ein vorbestimmtes Verhältnis an Widerstandswerten und/oder auf abgestimmte Temperaturkoeffizienten von Widerstandwerten und/oder auf einen vorbestimmten Temperaturkoeffizienten einer Widerstandsdifferenz zu trimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 25, wobei die Spannungsreferenzschaltung wenigstens einen externen Widerstand aufweist, der extern zu einem Chip ist, der die Schaltung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei der wenigstens eine thermisch trimmbare Widerstand den wenigstens einen externen Widerstand umfasst und/oder wobei der wenigstens eine externe Widerstand ein Paar von externen Widerständen aufweist und wobei der wenigstens eine thermisch trimmbare Widerstand das Paar von externen Widerständen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, wobei der Ausgangsparameter eine nichtlineare Temperaturabweichung auf den Ausgang der Schaltung umfasst und/oder eine Ausgangsspannung der Schaltung umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 29, wobei der wenigstens eine thermisch trimmbare Widerstand einen Bereich von Temperaturkoeffizientenwerten hat, die zum Trimmen so zugänglich sind, dass er die anderen Komponenten in der Schaltung kompensieren kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 30, wobei die Messschaltung auch dafür bestimmt ist, den Widerstand und den Widerstandstemperaturkoeffizienten des wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstands zu messen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 30, wobei die Schaltung wenigstens eine Mikro-Plattform aufweist, die über einer Aushöhlung aufgehängt ist, und wobei der wenigstens eine thermisch trimmbare Widerstand auf der Mikro-Plattform ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei der wenigstens eine thermisch trimmbare Widerstand ein Paar von thermisch trimmbaren Widerständen ist und das Paar auf der Mikro-Plattform ist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die Schaltung einen symmetrisch positionierten Heizer zwischen dem Paar von thermisch trimmbaren Widerständen auf der Mikro-Plattform umfasst und/oder eine Wärmequelle mit einer Leistungsableitungsgeometrie aufweist, die dafür bestimmt ist, eine im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung über den wenigstens einen thermisch trimmbaren Widerstand zu erhalten, wenn eine Temperatur des thermisch trimmbaren Widerstands für Trimmzwecke angehoben wird.