TWI446132B - 半導體晶片中金屬電阻器之溫度補償電路、晶片及方法 - Google Patents

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Description

半導體晶片中金屬電阻器之溫度補償電路、晶片及方法
本揭示內容係關於在半導體晶片中體現之金屬電阻器的溫度補償。更明確言之，本揭示內容係有關用於產生一溫度補償參考電壓之電路，以及用於此等電路之佈局和調整技術。
金屬電阻器係在半導體晶片內用於各種目的。在一些應用中，金屬電阻器用以感測該電路之一操作參數，例如當一電池被充電時傳遞至其及/或當其在使用中時從其移走之電流量。
金屬電阻器之電阻大體上隨著溫度的函數波動。因為藉由電阻器金屬、藉由其他組件及/或藉由其他來源產生之熱，此等改變典型會發生。在金屬電阻器之電阻中的此等溫度相依偏差可負面地影響其感測的精度，且繼而相關電路功能之性能。
一種克服此問題之方法係將溫度補償電壓施加至電路中之一適當點以補償成為溫度之函數的金屬電阻器之電阻中的變化。當電阻因為增加溫度而增加時，補償電壓亦增加。當適當地施加時，溫度補償電壓能減少可能將藉由電阻中之溫度偏差造成的誤差。
一用於產生溫度補償電壓之典型方法係使用稱為一三角(delta)Vbe電壓參考電路。此一電路產生一與絕對溫度成比例地變化的電壓，即一對於絕對溫度成比例(「PTAT」)電壓。令人遺憾地，PTAT電壓典型具有一溫度相依曲線，其當外插時在0凱氏溫度處到達零伏特。另一方面，金屬電阻器之電阻典型具有一溫度相依曲線，其當外插時，在除了0凱氏溫度以外到達0歐姆。此等在零交越位置中的差可降低一PTAT電壓準確地補償在藉由溫度變化造成的金屬電阻器之電阻中的偏差之能力。
一溫度補償電路可產生一溫度補償參考電壓(VREF )。該電路可包括一Bandgap參考電路，其係組態成用以產生一Bandgap參考電壓(VBGR )，其係實質上與溫度無關。Bandgap參考電路亦可組態成用以產生一對於絕對溫度成比例參考電壓(VPTAT )，其實質上對於絕對溫度成比例變化。該溫度補償電路可包括一運算放大器，其係連接至Bandgap參考電路且亦具有VREF 所根據之一輸出。溫度補償電路亦可包括一回授電路，其係連接至運算放大器及至Bandgap參考電路。回授電路可經組態成用以造成VREF 實質上等於VPTAT 乘以一常數k1，減去VBGR 乘以一常數k2。
一溫度補償半導體晶片可在半導體晶片內包括一金屬電阻器。一溫度補償電路亦可在經組態成用以產生一溫度補償參考電壓(VREF )的半導體晶片內，其實質上補償在成為溫度之函數的金屬電阻器之電阻中的變化。溫度補償電路可為以上討論之類型。
一種方法可調整一半導體晶片以補償在半導體晶片中之金屬電阻器的電阻內成為溫度之函數的預期變化。半導體晶片可包括一運算放大器，及一回授電路，其具有一連接至該運算放大器的調整裝置。該方法可包括在回授電路中調整該調整裝置以致使參考電壓(VREF )之能力最大化，以補償成為溫度之函數的金屬電阻器之電阻中的變化。
一用於產生一溫度補償參考電壓(VBGR )之溫度補償電路可包括一產生構件，用於產生一Bandgap參考電壓(VBGR )，其係實質上與溫度無關；及一對於絕對溫度成比例參考電壓(VPTAT )，其實質上與絕對溫度成比例地變化。該電路可包括一造成構件，用於造成VREF 實質上等於VPTAT 乘以一常數k1，減去VBGR 乘以一常數k2，其可包括一連接至一運算放大器之回授電路。
現討論說明性具體實施例。其他具體實施例可附加地使用或加以取代。明顯或不必要之細節可加以省略以節省空間或為了更有效呈現。反之，可實現一些具體實施例而無須被揭示之所有細節。
成為溫度之一函數的非磁性金屬之電阻中的變化可藉由以下方程式近似：
其中T係絕對溫度且T Debye 係該金屬之Debye溫度，其係金屬不隨著溫度改變之材料性質。
經濺鍍金屬電阻器可能不精確地支援方程式(1)。然而，其溫度係數仍可與其Debye溫度強烈地相關，且任何測量及擬合之Spice TC1可對映至對應Debye溫度，因此該方法可維持有效。
基於歐姆定律，若施加至電阻器之電壓隨著成為溫度的函數之電阻器的電壓中之改變成比例改變之電阻器(即VREF (T)~R(T))時，行經一電阻器之電流仍可隨著變化溫度保持恆定。基於此原則，方程式(1)可加以處置而產生：
VREF (T)~T-0.15T Debye 　(方程式2)
導入熱電壓其中k係波茲曼(Boltzmann)常數且q係基本電荷，代入方程式2產生
V REF (T)~V TH (T) -0.15‧V TH (T Debye )　(方程式3)
可從方程式(3)見到，一自其減去一較小恆定電壓之PTAT電壓V TH 可產生所需補償參考電壓。此可能因為用於關注中金屬之0.15T Debye 可能恆更小於電路操作處的溫度T。
該較小恆定電壓之產生可藉由用一Bandgap電壓VBGR 除以一係數b且具有用於比例的另一係數a。方程式(3)則可重寫為：V REF (T) =a．V TH (T)-V BGR /b (方程式4)其中V TH (T) 代表一與絕對溫度成比例之PTAT電壓且其中VBGR 代表一Bandgap參考電壓，其維持實質上恆定，不論溫度中之變化。
方程式(4)之淨效應可能自絕對零溫度(0凱氏溫度)朝向較高溫度移離溫度補償參考電壓(VREF )之理論零交越點。藉由控制此偏移之量，可使在成為溫度之函數的溫度補償參考電壓(VREF )到達零處之溫度，實質上匹配在成為溫度之函數的半導體晶片上之金屬電阻器的電阻之零交越，因此增強此補償參考電壓(VREF )的效用。
第1圖係一用於產生一溫度補償參考電壓之溫度補償電路的方塊圖。如第1圖中說明，一Bandgap參考電路101可經組態成用以產生一實質上與溫度無關之Bandgap參考電壓(VBGR )102。其亦可經組態成用以產生一對於絕對溫度成比例參考電壓(VPTAT )105，其實質上對於絕對溫度成比例地變化。任何類型之Bandgap參考電路皆可用於此目的。
一運算放大器103可具有一非反向輸入107，其係連接至Bandgap參考電路101，且尤其係至VPTAT 。運算放大器103可具有一溫度補償參考電壓(VREF )所根據之輸出109。可將輸出109連接至一輸入111至一回授電路113。 至回授電路113之另一輸入115可連接至Bandgap參考電路101，且尤其係至VBGR 102。回授電路113之一輸出117可連接至運算放大器103之一反向輸入119。
回授電路113可經組態成用以形成Bandgap參考電壓VBGR 102及溫度補償參考電壓(VREF )所根據的輸出109之一加權平均。回授電路113可經組態以致造成VREF 實質上等於VPTAT 乘以一常數k1 ，減去VBGR 乘以一常數k2 。換句話說，回授電路113可經組態成用以造成在第1圖內說明之總電路實施以上方程式(4)。
第2圖係一用於產生一溫度補償參考電壓之溫度補償電路的示意圖。其係一可實現第1圖內說明之方塊圖的類型之電路的實例。許多其他類型之電路亦可實施第1圖中所說明之方塊圖。
如第2圖內說明，一Bandgap參考電路201可產生一Bandgap參考電壓VBGR 203(其實質上恆定，與溫度中之波動無關)，以及一對於絕對溫度成比例參考電壓VPTAT 205(其與絕對溫度成比例地變化)。Bandgap參考電路201之此等態樣可符合第1圖內之Bandgap參考電路101的對應態樣。
任何類型之Bandgap參考電路可用於此目的。第2圖所說明之一例如係Brokaw類型之Bandgap參考電路。Brokaw類型之Bandgap參考電路可藉由利用一在電晶體207之PN接面中的電流密度，及一電晶體組209(即一組並聯連接之電晶體)之PN接面中的電流密度間之變化。
電晶體207及電晶體組209的部件可具有實質上相同特性且可透過一電流鏡之使用以實質上相同電流驅動。密度差可藉由在電晶體組209內使用之電晶體的數目(其係在第2圖內之稱號「N」指示)控制。
Bandgap參考電路201可有效地將電晶體207之基極對射極電壓堆疊在VPTAT 205頂部上以產生VBGR 203。一串電阻器(如一與一電阻器213串聯連接的電阻器211)可加以選擇以按比例調整VPTAT 205至一所需量。電阻器213之大小可藉由一調整裝置215調整以致使Bandgap參考電路201被設定至其「幻電壓(magic voltage)」，即VBGR 203隨著溫度的函數變化最少處之電壓。
用於一特定Bandgap電路之「幻電壓」可在一特定溫度(例如室溫)處以經驗決定。相同Bandgap電壓參考電路之所有實例的「幻電壓」可相同。因此，一旦已決定用於一特定電路之「幻電壓」，此電路的所有複製體可藉由將其在相同室溫處調整至此相同電壓而最佳化。
可將任何裝置用於調整裝置215。當在一矽晶片上實施時，調整裝置215可利用調整技術，如多晶矽融合、齊納(zener)間隙、一非揮發性記憶體、及/或任何其他類型之調整技術。
如第2圖中所說明，調整裝置215可設定依零及F間之十六個十六進制值的任一者分接電阻器213。可使用不同數目之分接選擇加以取代。
一運算放大器217可對應至第1圖中之運算放大器103。一串電阻器(如一分接電阻器組態219)可用作第1圖中說明之回授電路113。一調整裝置224可用以控制在分接電阻器組態219上之分接的點。調整裝置224可為任何類型，如以上結合調整裝置215討論的類型之一。
分接電阻器組態219可定義一串電阻器，如一與一電阻器223有效地串聯連接之電阻器221。或者，該串電阻器221及223可為分離電阻器，其一具有一藉由調整裝置224控制之分接。
如第2圖中所說明，調整裝置224可設定以依0及7間之任何可選擇整數分接該分接電阻器組態219。可提供不同數目之分接選擇來取代。
在方程式(4)及第2圖中所說明電路間之關係可藉由下列方程式描述：
藉由按比例調整電阻器223對電阻器221之比，且藉由控制電阻器211對電阻器213之比來適當地按比例調整VPTAT ，運算放大器217之輸出(VREF )可按比例調整以有效地補償大多數任何類型之金屬電阻器的溫度漂移，例如由銅、鋁及/或金製成之電阻器，其如通常在積體電路中用作互連件。
雖然方程式5中之VPTAT 及VBGR 的係數似乎相關且因此相依，但其可藉由連接運算放大器217之非反向輸入220至一在該串電阻器211及213上的適合分接，及/或藉由按比例調整VBGR 來解耦合。然而，對於已描述的金屬而 言，發現此係非必要，因為電阻器223及221間之所需比係典型小於0.2，如在從0.04至0.1的範圍中。
雖然對於運算放大器217之非反向輸入在第2圖中係經說明為連接至電阻器211及電阻器213間的節點，在其他具體實施例中可直接連接至電晶體組209之射極。
改變電阻器223及221之比可有效地改變運算放大器217之增益，因此有效地控制Bandgap參考電壓VBGR 203之按比例調整。繼而，此可有效地控制外插溫度，在該處VREF 可達到零以致符合其中金屬電阻器之電阻亦達到零的溫度，因此增強溫度補償參考電壓VREF 之效用。
對於其中由八電晶體組成之電晶體組209的Bandgap參考電路，「幻電壓」可為約1.23伏特。為了達到此電壓，電阻器213對電阻器211之比可能需要在5.19至5.52的範圍內。
第3圖係一對映在Bandgap參考電路201內之調整裝置215，對Bandgap參考電路201內的電阻器213對電阻器211之比的表。其說明與電阻器211與213之選擇結合的調整裝置215可經組態加以選擇之一組比值。一圈301說明(例如)對於調整裝置215之「7」的最佳設定，可針對電阻器213對電阻器211之5.34的一比之電路的具體實施例獲得。
電阻器223及電阻器221間所需比(如藉由調整裝置224精細調諧)除了金屬電阻器的溫度特性之外，可取決於調整裝置215的設定。為了在大規模生產期間促進分接電阻器組態219的調整，可產生其基於須補償之金屬電阻器的溫度特性及調整裝置215之最佳調整設定提出調整該調整裝置224的設定之表。現將討論此等表之一說明性組合。
第4(a)圖係一對映一金屬電阻器之溫度係數值及調整裝置215之設定，對回授電路113內之調整裝置224的設定之表。表中之第一行係標示「TC1＠300K[PPm/K]」。此可代表已從Spice模擬決定之金屬電阻器的第一階溫度係數。例如，一特定金屬電阻器可具有3900ppm/K的TC1，如藉由一圍繞代表此溫度係數值之列的一圈401所說明。雖然未顯示，金屬電阻器之Debye溫度TDebye 可額外或取代標示「TC1＠300K[ppm/K]」之該行來列出。
表中剩餘之行可能列出調整裝置215之「幻電壓」調整位元設定。在如以上描述設定調整裝置215以產生「幻電壓」後，代表此設定之行可在表上發現。一圈403說明一在「7」之設定的情況下之此一設定的實例。
在各選定列及行之相交處的單元則可含有用於調整裝置224之適合設定。在以上討論之實例內，此調整設定可為一「2」。
第4(b)圖係一對映在回授電路113內之調整裝置224的設定對於電阻器221至223的比之表。跟隨以上實例，用於「2」之調整設定的列係藉由一圈405突顯，其指向13.42之一對應比。
第5圖係一經組態成用以產生可選擇電阻比值的電路。已在第4(a)圖中識別之調整設定值可在輸入501處施加至一類比多工器503以產生用於電阻器221及223之正確值，其與如第4(b)圖中提出所需之比值一致。為了致使類比多工器503達到此，可如第5圖中所示將一具有「R」之值的固定電阻連接至類比多工器503。
在第3、4(a)及(b)圖內提出之該等值，及第5圖內顯示之電路僅係實例。在其他組態中，該等值及電路可極不同。
已結合第1及2圖中所示電路產生溫度補償參考電壓VREF 之金屬電阻器可用於任何目的。例如，金屬電阻器可用來感測操作參數且載於一半導體晶片內。一金屬電阻器可經組態以感測之一此操作參數係電荷，其係被傳遞至一連接一電池充電器之電池，及/或當電池作為一能源時其係從電池移走。
第6圖係一與一電池充電器整合之溫度補償參考電壓電路的圖式。如第6圖內說明，一能源601可經組態成用以充電一電池603。充電電流可藉由一p型MOSFET 605調節及藉由一金屬感測電阻器607感測。橫跨金屬感測電阻器607的電壓可藉由一放大器609放大，且藉由一運算放大器611對於一來自溫度補償電路613之溫度補償參考電壓比較。比較結果可用來控制p型MOSFET 605之閘極，因此實行充電電流之調整。
除了能源601及電池603之外，所有第6圖中說明之組件可在相同矽晶片上。
溫度補償電路613可為任何類型，如在以上討論之第1圖及/或第2圖內說明的該等電路之一。溫度補償電路613可經組態成用以使用調諧技術(如以上結合第1及2圖討論者)產生一參考電壓，其與金屬感測電阻器607之電阻內的改變成比例而隨著溫度的函數改變。
一熱耦合件615可熱耦合溫度補償電路613之關鍵、溫敏組件(例如第2圖內說明之電晶體207及電晶體組209)至金屬感測電阻器607。此可確保藉由溫度補償電路613產生之溫度補償參考電壓，準確地追蹤在金屬感測電阻器607的電阻中之改變以成為金屬感測電阻器607之溫度中改變的函數。此設計的變化(如現應明瞭)可經調適至限制於線性及切換模式電壓調整器中之電流。
第7圖係一乒乓類型庫侖計數器之圖式，其係現藉由Linear Technology公司組件LTC4150所實施。如為人熟知，一庫侖計數器維持一代表在一電池內之總電荷的計數。其藉由追蹤傳遞至電池及自其移除之電荷來進行。電路之操作係藉由積分由一感測電阻器(在第7圖內指示為RSENSE )測量之電流，且藉由將積分值轉換成為電荷的一整數計數。
此類型之庫侖計數器可使用一高及低參考電壓，其在第7圖內指為REFHI及REFLO。此等電壓可用以設定積分反向處之點，如第8圖內所說明。此等臨限值繼而可影響計數的粒性。
在第7圖內說明的電路係設計以使RSENSE 係在半導體晶片外部。然而，RSENSE 在不同具體實施例中可改為置於半導體晶片內。在此組態中，補償在成為溫度之函數的RSENSE 值中的改變可藉由使用一用於REFHI之PTAT電壓來提供，如第9圖內所說明。補償在成為溫度之函數的RSENSE 值中的改變亦可或改為藉由使用一恆定電壓或一用於REFLO之補償對於絕對溫度(「CTAT」)電壓來提供，如第9圖內所說明。
當庫侖計數器中之感測電阻器被移至矽晶片上時，溫度補償電路(例如在第1及2圖內說明及以上討論的電路之一)可有利地用來實行溫度補償。
第10圖係與一庫侖計數器整合之溫度補償參考電壓電路的圖式。如第10圖內說明，一溫度補償電路1001可熱耦合至一金屬電阻器1003，其功能為一庫侖計數器1005中之感測電阻器，用於電池1013之充電及放電。
溫度補償電路1001可為以上結合第1及2圖討論的任何類型。此電路的溫敏部分(例如第2圖內說明之電晶體207及電晶體組209)可藉由一熱耦合件1015熱耦合至金屬電阻器1003。溫度補償電路1001之輸出可按比例調整成為用於庫侖計數器1005所需之VREFHI 及VREFLO 的適當值，例如在第7圖內說明之庫侖計數器需求的REFHI及REFLO。此可藉由使用電阻器的一適合梯形網路進行，例如電阻器1007、1009及1011。在第10圖中說明之所有組件可包含在相同矽晶片上，當然電池1013為例外。
一溫度補償參考電壓VREF 之效用可藉由金屬電阻器及溫度補償電路之溫敏部分間的強熱耦合增強。為了達到此點，熱展開結構可在金屬電阻器的佈局內提供。此等結構可配置使得流經熱展開結構之電流係零或至少與通過電阻器流入主電流路徑之總電流相比係較低。
第11圖說明在一半導體晶片內之金屬電阻器的箔圖案。如第11圖內說明，一或多數焊墊1101可用來將金屬電阻器連接進入一電路。在焊墊間可置放一系列並聯金屬線，其共同用以在電阻器之兩側上的焊墊1101間承載電流。金屬電阻器之電阻可藉由變化此等金屬線之數目及寬度來控制。在約50毫歐姆之區域中的電阻可為典型。
第12圖說明在第11圖內所示的箔圖案之一放大區段1103。如第12圖內說明，箔圖案可包括電流承載部分1201及1203部分及非電流承載部分1205及1207。非電流承載部分可有利改進金屬電阻器及溫度補償電路之溫感組件間之熱耦合件615。
非電流承載部分可具有任何形狀。例如且如第12圖所說明，其可為實質上矩形且可橫跨可能在相同電壓電位處之電流承載部分的點來連接，因此確保電流不行經其。同時，非電流承載部分可代表金屬電阻器之總表面面積的相當大部分及可均勻地分佈於其。雖然在第12圖內說明為係實質上矩形，但非電流承載部分可為任何其他形狀。
溫度補償參考電壓電路可置於欲補償之金屬電阻器上或下。對於一些應用(例如當金屬電阻器作為一切換電源供應或一庫侖計數器中之電流感測電阻器時)，來自感測到電流之AC分量的電氣干擾可耦合進入溫度補償電路之敏感節點中。一靜電(「法拉第」)遮蔽可置於金屬電阻器及溫度補償電路間以協助減少此干擾。
使用用於此遮蔽之實心金屬板可能造成大機械壓力且損及關鍵電晶體之匹配，可能干擾電路的精度。第13圖說明一用於靜電遮蔽之不同組態。第14圖說明第13圖中之一子元件1301的放大圖。靜電遮蔽可由一導電金屬製成，例如鋁。如第13及14圖內說明，靜電遮蔽可包括一實質上橫跨一表面展開之金屬箔的圖案，但其無亦完全橫跨該表面展開之金屬箔的不中斷線路徑。
金屬箔之圖案可包括一互連子元件(例如子元件1301)的矩陣。子元件中的金屬箔之圖案可使得一組子元件依無金屬之不中斷路徑橫跨該組子元件的此一方式配置。雖然在第13及14圖內說明一基於兩互鎖U形金屬箔延伸的迷宮圖案，各種其他類型之圖案可額外地使用或加以取代。雖然在第13及14圖內說明之圖案由一組在直角處彼此接合之矩形箔片段組成，但可使用不同形狀之片段且可依不同角度接合，其並非全部係相同數量。
靜電遮蔽可藉由任何程序進行。例如，在一三金屬層程序中，溫度補償電路可以使用金屬一及多晶矽作為互連，而金屬二可用於遮蔽，且金屬三可用作感測電阻器。其他類型之組態及方式可額外地使用或加以取代。
已討論之組件、步驟、特徵、目的、利益及優點僅係說明性。其任一者或有關其之討論皆無意於以任何方式限制保護的範疇。另外涵蓋許多其他具體實施例，包括具有較少、額外及/或不同組件、步驟、特徵、目的、利益及優點的具體實施例。組件及步驟亦可不同地配置且排序。
例如，一切換電容電路可用以替代或除第2圖內說明之電阻器網路以外用於第1圖中說明之回授電路113。
溫度補償電路可使用單一PN接面或單一電晶體作為其溫敏部分，其接著可在至少兩不同電流位準處順序地操作，且在該至少兩不同電流位準間之單一PN接面處的電壓之差被放大以產生一PTAT電壓，且PTAT電壓進一步被增加至PN接面電壓以產生一能帶隙相依參考電壓，其實質上在整個溫度保持恆定。
依此一溫度補償參考電路之放大及相加運算可藉由一切換電容器電路實現。切換電容器電路可經組態用以根據方程式(4)發展溫度補償參考電壓，其係藉由直接加上k1乘以一PTAT電壓(VPTAT )分量且接著減去k2乘以一係在實質上在整個溫度保持恆定之能帶隙相依參考電壓(VBGR )分量。在此一切換電容器電路中之加及減運算可在時間中交插。乘法係數k1及k2可藉由對應數目之加法及減法運算或藉由按比例調整電容器比或兩者來實現。
溫度補償電路之切換電容器為基實施的調整程序可包含決定一第一調整值，其使溫度上之一能帶隙相依電壓的變化減至最小，且使用第一調整值及金屬電阻器之一溫度特性以決定一第二調整值，其係用以設定一溫度補償電路之設定調整構件，以致其輸出電壓Vref係一PTAT電壓乘以一常數k1，減去一能帶隙相依電壓乘以一常數k2。
感測電阻器可使用任何非矩形之幾何形狀，在實例中，一用於電流承載部分之蜂巢狀結構及具有多邊形或圓形之非電流承載部分的蜂巢細胞內側在多邊形或圓形之周邊的一區段處連接至電流承載部分，以致沒有實質電流可流經非電流承載部分。一具有電流承載部分及非電流承載部分之感測電阻器有時亦可藉由在一實心金屬板中形成提供「U」形槽來形成，「U」內之剩餘金屬係非電流承載部分。與「U」形不同的是，可使用產生非電流承載部分之任何適合槽形狀。靜電遮蔽可由不相似之子元件的矩陣組成。
術語「耦合」包含直接及間接耦合。例如，術語「耦合」包含在係耦合之兩點間的中間電路。
片語「用於...之構件」當用於一請求項時包含已被描述及與其等效之對應結構及材料。同樣地，片語「用於...之步驟」當用於一請求項時包含已被描述及與其等效之對應動作。此等片語之缺少意指該請求項不受限於任何對應結構、材料或動作或其等效者。
已陳述或說明者係意於造成任何組件、步驟、特徵、目的、利益及優點或其等效者貢獻於公用，不論其是否已在申請專利範圍內引用。
簡言之，保護之範疇係僅受限隨後之申請專利範圍限制。該範疇係意欲盡可能寬廣以合理地與用於申請專利範圍中之語言一致且包含所有結構及功能等效者。
101‧‧‧Bandgap參考電路
102‧‧‧Bandgap參考電壓/VBGR
103‧‧‧運算放大器
105‧‧‧對於絕對溫度成比例參考電壓/VPTAT
107‧‧‧非反向輸入
109‧‧‧輸出
111‧‧‧輸入
113‧‧‧回授電路
115‧‧‧輸入
117‧‧‧輸出
119‧‧‧反向輸入
201‧‧‧Bandgap參考電
207‧‧‧電晶體
209‧‧‧電晶體組
211‧‧‧電阻器
213‧‧‧電阻器
215‧‧‧調整裝置
217‧‧‧運算放大器
219‧‧‧分接電阻器組態
220‧‧‧非反向輸入
221‧‧‧電阻器
223‧‧‧電阻器
224‧‧‧調整裝置
501‧‧‧輸入
503‧‧‧類比多工器
601‧‧‧源
603‧‧‧電池
605‧‧‧p型MOSFET
607‧‧‧金屬感測電阻器
609‧‧‧放大器
611‧‧‧運算放大器
613‧‧‧溫度補償電路
615‧‧‧熱耦合件
1001‧‧‧溫度補償電路
1003‧‧‧金屬電阻器
1005‧‧‧庫侖計數器
1007‧‧‧電阻器
1009‧‧‧電阻器
1011‧‧‧電阻器
1013‧‧‧電池
1015‧‧‧熱耦合件
1101‧‧‧焊墊
1103‧‧‧放大區段
1201‧‧‧電流承載部分
1203‧‧‧電流承載部分
1205‧‧‧非電流承載部分
1207‧‧‧非電流承載部分
1301‧‧‧子元件
圖式揭示說明性具體實施例。其並不闡述所有具體實施例。其他具體實施例可額外地使用或加以取代。明顯或不必要之細節可加以省略以節省空間或為了更有效說明。反之，可實現一些具體實施例而無須所有被揭示之細節。當相同數字出現在不同圖式中時，係意欲指相同或類似組件或步驟。
第1圖係用於產生一溫度補償參考電壓之溫度補償電路的方塊圖。
第2圖係用於產生一溫度補償參考電壓之溫度補償電路的示意圖。
第3圖係一對映在Bandgap參考電路內之調整裝置的設定至Bandgap參考電路內的電阻器之比的表。
第4(a)圖係一對映一金屬電阻器之溫度係數值及Bandgap參考電路內之調整裝置設定，至一回授電路內之調整裝置設定之表。
第4(b)圖係一對映在回授電路內之調整裝置的設定至回授電路中之電阻器比的表。
第5圖係一經組態成用以產生可選擇電阻比值的電路。
第6圖係一與一電池充電器整合之溫度補償參考電壓電路的圖式。
第7圖係一乒乓類型庫侖計數器之圖式。
第8圖係第7圖中說明之乒乓類型庫侖計數器中之一整合訊號之時點圖。
第9圖說明可施加至第7圖中所示乒乓類型庫侖計數器的溫度補償訊號。
第10圖係一與一庫侖計數器整合之溫度補償參考電壓電路的圖式。
第11圖說明一用於一半導體晶片內之金屬電阻器的箔圖案。
第12圖說明在第11圖內所示的箔圖案之放大區段。
第13圖說明一靜電遮蔽之組態。
第14圖說明在第13圖內之一子元件的放大圖。
101‧‧‧Bandgap參考電路
102‧‧‧Bandgap參考電壓/VBGR
103‧‧‧運算放大器
105‧‧‧對於絕對溫度成比例參考電壓/VPTAT
107‧‧‧非反向輸入
109‧‧‧輸出
111‧‧‧輸入
113‧‧‧回授電路
115‧‧‧輸入
117‧‧‧輸出
119‧‧‧反向輸入

Claims (31)

  1. 一種溫度補償電路，其係用於產生一用以補償一金屬電阻器之溫度漂移的溫度補償參考電壓(VREF )，該電路包含：一Bandgap參考電路，其經組態成用以產生一Bandgap參考電壓(VBGR )，其係實質上與溫度無關；及一對於絕對溫度成比例參考電壓(VPTAT )，其實質上對於絕對溫度成比例地變化；一運算放大器，其係連接至該Bandgap參考電路且具有VREF 所根據之一輸出；及一回授電路，其係連接至該運算放大器及至該Bandgap參考電路，且經組態成用以造成VREF 實質上等於VPTAT 乘以一常數k1 ，減去VBGR 乘以一常數k2 ；且其中下列組合中之至少一者：(i)該回授電路包括一串電阻器，其在該串中之兩電阻器間具有兩末端及一節點，且該常數k2 係在該串中之該等電阻器的該等電阻之一函數；(ii)該Bandgap參考電路包括一PN接面，其係連接至另一串電阻器，在該串中之兩電阻器間具有一節點，且其中該運算放大器之該非反向輸入係連接至該節點；或(iii)該Bandgap參考電路經組態成用以將一 基極對射極電壓堆疊在一VPTAT電壓之頂部上以產生一能帶隙參考電壓VBGR，該運算放大器之一非反向輸入係耦合至一VPTAT電壓，該回授電路係耦合至VBGR及該運算放大器之該輸出，該回授電路經組態成用以發展VBGR及該運算放大器的該輸出之加權平均電壓，且該運算放大器之一反向輸入係耦合至該加權平均電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之溫度補償電路，其中該回授電路具有一調整裝置，其經組態成用以允許在該回授電路內之該兩電阻器之比被調整。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之溫度補償電路，其中在該回授電路內之該串中之該等電阻器的比已被調整以致使VREF 之能力最大化，以補償在成為溫度之函數的一特定半導體晶片上之一特定金屬電阻器的電阻中的變化。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之溫度補償電路，其中該常數k1 係在該Bandgap參考電路內之該等電阻器的該等電阻之一函數。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之溫度補償電路，其中該Bandgap參考電路包括一調整裝置，其經組態成用以調 整該Bandgap參考電路中之該等電阻器之一的電阻。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之溫度補償電路，其中該Bandgap參考電路中之該等電阻器之一的該電阻已被調整至一使VBGR 在溫度上之相依減至最小的設定，且其中在該回授電路內的該等電阻器之一的該電阻已基於該Bandgap參考電路中之該調整裝置的該設定調整。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之溫度補償電路，其中該Bandgap參考電路包括一第二PN接面，且其中該第二PN接面亦係連接至在該Bandgap參考電路中之兩電阻器間的該節點。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之溫度補償電路，其中在該回授電路內之該串電阻器之一末端係連接至該Bandgap參考電路，該另一末端係連接至該運算放大器之輸出，且在該回授電路內之該串中之兩電阻器間之該節點係連接至該運算放大器之一輸入。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之溫度補償電路，其中該運算放大器具有一反向輸入，在該回授電路內之該串中之兩電阻器間的該節點係連接至該反向輸入，且該串電阻器之一末端係連接至VBGR 。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之溫度補償電路，其中該運算放大器具有一非反向輸入，且其中該非反向輸入係連接至該Bandgap參考電路。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之溫度補償電路，其中該運算放大器之該非反向輸入係連接至VPTAT 。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之溫度補償電路，其中該Bandgap參考電路係Brokaw類型。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之溫度補償電路，其中該回授電路包括一切換電容器電路。
  14. 一種溫度補償半導體晶片，其包含：一金屬電阻器，其係在該半導體晶片內；及一溫度補償電路，其係在該半導體晶片內，其經組態成用以產生一溫度補償參考電壓(VREF )，該溫度補償參考電壓(VREF )實質上補償在成為溫度之函數的該金屬電阻器之電阻中的變化，該溫度補償電路包括：一Bandgap參考電路，其係熱耦合至該金屬電阻且經組態成用以產生一Bandgap參考電壓(VBGR )，其係實質上與溫度無關；及一對於絕對溫度成比例參考電壓(VPTAT )，其實質上對於絕對溫度成比例地變 化；一運算放大器，其係連接至該Bandgap參考電路且其具有VREF 所根據之一輸出；及一回授電路，其係連接至該運算放大器及至該Bandgap參考電路且經組態成用以致造成VREF 實質上等於VPTAT 乘以一常數k1 ，減去VBGR 乘以一常數k2 ；且其中下列組合中之至少一者：(i)該金屬電阻器具有兩連接節點及一在該兩連接節點間之金屬箔的圖案，其包括電流承載部分，其經組態用以在兩節點間導電；及非電流承載部分，其經組態用以不在該等節點間導電；(ii)一靜電遮蔽係置於該金屬電阻器及該溫度補償電路間；或(iii)該金屬電阻器經組態在該半導體晶片內以感測一操作參數。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之溫度補償半導體晶片，其中該Bandgap參考電路係熱耦合至該金屬箔之該非電流承載部分。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之溫度補償半導體晶片，其中該金屬箔之該非電流承載部分係實質上遍布該箔之該電流承載部分。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之溫度補償半導體晶片，其中該金屬箔之該非電流承載部分係在當電流通過該金屬電阻器時將會在實質上相等電位之位置處橫跨電流承載部分連接。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之溫度補償半導體晶片，其中該靜電遮蔽包含一實質上橫跨一表面展開之金屬箔的圖案，但其無完全橫跨該表面展開之金屬箔的不中斷線路徑。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之溫度補償半導體晶片，其中該靜電遮蔽包含互連子元件之一矩陣，各子元件包含金屬箔之一圖案，其形成之形狀使得一組子元件可依其金屬箔係電氣互連但無金屬箔之不中斷路徑橫跨該組子元件展開的此一方式配置。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之溫度補償半導體晶片，其中該靜電遮蔽包含互連子元件之一矩陣，各子元件包含至少兩互鎖U形金屬箔組件，其藉由至少一另外金屬箔組件電氣連接。
  21. 如申請專利範圍第14項所述之溫度補償半導體晶片，其中該金屬電阻器經組態以感測一電荷量，其被傳遞至一電池或自該電池移走。
  22. 如申請專利範圍第14項所述之溫度補償半導體晶片，其中該金屬電阻器經組態以感測一電流量，其係在一電池充電期間被傳遞至該電池。
  23. 一種調整一半導體晶片以補償在該半導體晶片中之一金屬電阻器的電阻之與溫度呈函數關係的預期變化之方法，該半導體晶片亦包括一運算放大器及具有連接至該運算放大器的一調整裝置之一回授電路，該方法包含以下步驟：調整在該回授電路中的該調整裝置，以使一參考電壓(VREF )的補償能力極大化，該參考電壓補償該金屬電阻器之該電阻與溫度呈函數關係的變化。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之方法，其中該半導體晶片亦包括一Bandgap參考電路，該Bandgap參考電路包括一調整裝置，且該方法更包含調整該Bandgap參考電路中之該調整裝置，以極小化一Bandgap參考電壓(VBGR )對溫度的相依性。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該Bandgap參考電路內之該調整裝置的該調整步驟導致一調整設定之選擇，且其中調整該回授電路內之該調整裝置的該步驟係基於針對該Bandgap參考電路中之該調整裝置所選擇的調整設定。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中調整該回授電路中之該調整裝置的該步驟係亦基於該金屬電阻器之一溫度特性，該溫度特性與該金屬電阻器的溫度相依性有關。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中該金屬電阻器之物理性質係其Debye溫度。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中該金屬電阻器之物理性質係一第一階溫度係數。
  29. 如申請專利範圍第23項所述之方法，其中調整該調整裝置之該步驟造成VREF 在和該金屬電阻器具有一零之外插電阻時有實質上相同溫度處，具有一零之外插電壓。
  30. 一種用於產生一溫度補償參考電壓(VBGR )之溫度補償電路，其包含：一產生構件，其係用於產生一Bandgap參考電壓(VBGR )，該Bandgap參考電壓(VBGR )係實質上與溫度無關；及與絕對溫度成比例的一參考電壓(VPTAT )，該參考電壓實質上與絕對溫度成比例地變化；及一造成構件，用於造成VREF 實質上等於VPTAT 乘以一常數k1 ，減去VBGR 乘以一常數k2 ，該造成構件包括一回授電路，其係連接至一運算放大器；且其中該回授電路包括一串電阻器，其在該串中之兩電阻器間具有兩末端及一節點，且該常數k2 係在該串中之該等電阻器的該等電阻之一函數；且其中該Bandgap參考電路包括一PN接面，其係連接至另一串電阻器，在該串中之兩電阻器間具有一節點，其中該運算放大器之該非反向輸入係連接至該節點，且該常數k1 係在該Bandgap參考電路內之該等電阻器的該等電阻之一函數。
  31. 一種用於調整一半導體晶片以補償在該半導體晶片中之一金屬電阻器的電阻與溫度呈函數關係的預期變化之方法，該方法包含以下步驟： 決定一第一調整值，以極小化一能帶隙相依電壓在溫度方面的變化；基於該第一調整值及該金屬電阻器之一溫度特性，決定一第二調整值；使用該第二調整值設定一在一溫度補償電路中之調整裝置，使得該溫度補償電路之輸出電壓(VREF )的值是：和絕對溫度成比例的一參考電壓(VPTAT )乘以一常數k1，減去一能帶隙相依電壓乘以一常數k2。
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