应力受损信号校正电路制造技术

在用于校正电路中的应力受损信号的系统和方法中，校准电路产生基于一个或多个pnp晶体管的基极‑发射极电压的第一校准电压、基于一个或多个npn晶体管的基极‑发射极电压的第二校准电压，以及与绝对温度成比例的电压。基于这些电压生成一组参考值。基于该组参考值和一组温度相关值的函数计算增益校正因子，并且基于该增益校正因子校正应力受损信号。

Signal correction circuit for stress damage

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】应力受损信号校正电路
技术介绍
在需要相对准确和稳定的参考电压的系统中使用带隙基准电路。带隙基准电路通常包括以不同电流密度工作的两个p-n结。该电路可以产生参考电压，所述参考电压通过将两个结之间的电压与两个结之间的电压的比例差进行求和来计算。由于每个结电压与温度成反比，并且比例差与温度成正比，因此总和与温度无关。在常规的布罗考(Brokaw)带隙基准电路中，通过迫使电流流过具有不同发射极面积的两个双极晶体管来获得前述电压。尽管通常认为带隙基准电路是准确的，但机械和/或环境应力(例如，由电路封装和安装、温度变化、氧化等引起的应力)可能会随时间推移造成不均匀性和电压不稳定。因此，电路设计者已试图补偿这种应力引起的不准确。为了降低对封装应力的敏感性，大多数高性能电压基准被封装在昂贵的开式腔气密封装中，例如陶瓷或金属罐中。其他解决方案包括使用MOS(金属氧化物半导体)器件实现应力计，或将电压参考核心悬挂在微机械膜上。这些机制并未产生一致的应力响应，并且通常无法针对不稳定的输入信号进行补偿。附图说明附图被呈现用来帮助对示例方面进行描述，并且仅被提供用于说明实施例而非对其进行限制。图1是示出根据本公开的各个方面的垂直pnp和npn器件的示例性应力敏感性的图。图2是根据本公开的各个方面的示例系统的示图，所述示例系统校正由系统的组件上的应力引入的误差。图3A和图3B是根据本公开的各个方面的另外的示例系统的示图，所述另外的示例系统校正由环境应力和机械应力引入的误差。图4是根据本公开的各个方面的示例系统的示图，所述示例系统校正调节器由于引入到调节器中的应力受损信号而产生的输出电压。图5示出了根据本公开的各个方面的用于生成应力补偿的带隙电压基准的示例电路。图6是根据本公开的各个方面的用于校正电路内的应力受损信号的示例性过程的流程图。具体实施方式在某些电路应用中，某些生成的信号可能基于受应力影响的电压基准，并且不能被验证为准确或稳定。例如，可以将电路设计为利用在设计时未知的外部电压基准。另一个电路可能会产生可观察到的信号，由于在设计或实施时不存在的压力，这些信号会随时间推移而劣化。期望能确保电路组件所使用的参考电压的准确性，或者确保使用这种参考电压的组件的输出的准确性，而不管电路的组件最初是如何进行设计或实现的。本公开的系统提供自动信号校正，所述自动信号校正补偿由提供信号的电路上的应力引起的误差。这些应力可能出现在特定组件封装的内部或外部。本公开的系统可以有益于利用信号路径的应用，包括实现模数转换器和/或电压基准的系统。公开了一种示例系统，其实现了校准电路、多路复用器和处理单元，以利于对模数转换器的应力受损输出信号的校正。在一些实施方式中，所公开的校准电路提供基于一个或多个pnp晶体管的基极-发射极电压的第一校准pnp电压和基于一个或多个npn晶体管的基极-发射极电压的第二校准npn电压。多路复用器连接到校准电路和感测端子，并且提供从校准电路提供的电压和感测端子提供的感测电压中选择的模拟信号。模数转换器基于多路复用器提供的模拟信号和应力受损参考电压生成数字输出信号。处理器被配置为(例如，基于指令集)控制多路复用器以对第一校准电压、第二校准电压以及用于模数转换器的感测电压进行采样。处理器基于应力受损参考电压以及由多路复用器对第一校准电压和第二校准电压的采样，从模数转换器接收一组参考值，并且基于一组参考值和一组温度相关值计算增益校正因子。所公开的系统被配置为基于增益校正因子调节从模数转换器输出的感测电压，以校正由应力受损参考电压引入的误差。图1是示出根据本公开的各个方面的垂直pnp和npn器件的示例性应力敏感性的图。已知晶体管器件上的机械应力直接影响晶体管的基极-发射极电压Vbe。这种现象被称为压电结效应，并且是使用晶体管的精密关键器件中不准确的已知原因。压电结效应及其在Vbe和应力之间的关系如图1所示。对于相应的垂直npn和pnp器件，在基极和发射极之间的电压电位Vbe存在已知的相对变化，所述变化是应力的函数。在某些情况下，已知pnp器件在压缩应力下的应力敏感性约为npn器件的应力敏感性的一半。常规的带隙和温度感测器件已经寻求研究相对于压阻效应的压电结效应，所述压阻效应测量当施加机械应变时半导体或金属的电阻率的变化。本文公开的校准带隙电路使用pnp和npn两者的应力敏感性的差异来进行补偿。npn和pnp器件都是次表面器件，它们的应力响应之间的相关性明显好于双极器件和MOS器件之间(例如，表面电流、浅沟槽隔离应力)或双极器件和多晶硅电阻器之间(例如，在金属叠层中，远离硅基板)的相关性。就这一点而言，所公开的校准电路从pnp电路上的应力以及npn电路中的变化得出带隙电压的绝对变化。随后利用两个子电路的输出，并且在应力校准中使用npn和pnp带隙基准之间的差异。图2是根据本公开的各个方面的示例系统200的示图，所述示例系统校正由系统组件上的应力引入的误差。模数转换器(ADC)是一种结果取决于电压基准的准确性的应用。例如，ADC通常需要电压基准输入，并且基准的准确性可能直接影响转换器输出的准确性。在所示示例中，ADC202使用不能被验证为准确或稳定的Vref204。ADC的输出基于npn和pnp带隙基准的组合进行校正。系统200包括ADC202、Vref204、多路复用器(MUX)206、校准电路208、处理单元210和数字增益校正缓冲器212(例如，高速缓存或其他存储器)。在某些方面，一个或多个这些组件可以集成到单个芯片中。例如，ADC202、MUX206、校准电路208、处理单元210和缓冲器212可以集成为单个组件和/或芯片。在其他方面，组件可以在两个或更多个分立组件和/或芯片上实现。处理单元210可以包括多核处理器、通用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)，可编程逻辑器件(PLD)、控制器、状态机、门控逻辑、分立硬件组件或上述各项的组合。处理单元210可以被配置为执行代码或指令以执行本文描述的操作和功能。例如，处理单元210可以被配置为执行计算并生成命令。在一些实施方式中，一个或多个指令序列可以作为固件存储在处理单元210内的存储器上。在一些实施方式中，一个或多个指令序列可以是软件存储的，并且可以从存储介质(未示出)读取。处理单元210可以监视和控制系统200中组件的操作，包括MUX206。例如，处理单元210可以选择相应的输入MUX通道以输入到ADC202、对ADC202的输出进行采样，并且基于多个输入MUX选择对多个输出执行操作以生成结果。结果可以在缓冲器212内存储和/或更新。ADC202可以是常规的测量器件，其将输入模拟电压Vin(或电流)转换成与输入电压(或电流)的大小成比例的数字表示。在所示示例中，基于Vin和参考电压Vref的函数来计算输出数字信号Vout。ADC202可以使用MUX206对多个输入电压进行采样。根据各本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：/n接收基于一个或多个pnp晶体管的基极-发射极电压的第一校准电压、基于一个或多个npn晶体管的基极-发射极电压的第二校准电压，以及应力受损参考电压；/n基于所述第一校准电压、所述第二校准电压以及所述应力受损参考电压确定一组参考值；/n基于所述一组参考值和一组温度相关值的函数计算增益校正因子；/n基于所述应力受损参考电压接收输出信号；以及/n基于所述增益校正因子调节所述输出信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170807 US 15/671,0801.一种方法，包括：
接收基于一个或多个pnp晶体管的基极-发射极电压的第一校准电压、基于一个或多个npn晶体管的基极-发射极电压的第二校准电压，以及应力受损参考电压；
基于所述第一校准电压、所述第二校准电压以及所述应力受损参考电压确定一组参考值；
基于所述一组参考值和一组温度相关值的函数计算增益校正因子；
基于所述应力受损参考电压接收输出信号；以及
基于所述增益校正因子调节所述输出信号。


2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
基于初始增益校正值和所述一组参考值的第一参考值计算温度；
基于所计算的温度计算所述一组温度相关值；以及
重复对所述温度、所述一组温度相关值以及所述增益校正因子的计算，直到所述温度和所述增益校正因子收敛到相应值为止，其中每个温度计算都基于最后计算的增益校正因子。


3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
基于通过所计算的温度索引查找表确定所述一组温度相关值；
其中计算所述增益校正因子包括将所述一组温度相关值中的每个温度相关值乘以所述一组参考值中的相应参考值，对每个结果求和，并确定总和的倒数。


4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
基于所述pnp晶体管中一个的基极-发射极电压，接收与绝对温度成比例的第一电压(校准PTAT电压)，
其中基于所述第一校准电压和所述应力受损参考电压确定所述一组参考值中的第一参考值，
其中基于所述第二校准电压和所述应力受损参考电压确定所述一组参考值中的第二参考值，
其中基于所述校准PTAT电压和所述应力受损参考电压确定所述一组参考值中的第三参考值。


5.根据权利要求4所述的方法，其中计算所述增益校正因子包括：
基于所述一组参考值所述一组温度相关值、所述第一校准电压、所述第二校准电压、所述校准PTAT电压和所述应力受损参考电压，由一个或多个多项式方程确定所述增益校正因子。


6.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一校准电压对应于所述一个或多个pnp晶体管的所述基极-发射极电压与所述校准PTAT电压的总和。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一校准电压、所述第二校准电压和所述校准PTAT电压由参考电路生成，所述参考电路被配置为：
基于通过第一pnp晶体管的第一基极的第一基极电流和通过第二pnp晶体管的第二基极的第二基极电流，以匹配对配置操作第一pnp晶体管和第二pnp晶体管，所述一个或多个pnp晶体管包括所述第一pnp晶体管和所述第二pnp晶体管；以及
基于从分压器中去除基于所述第一基极电流的电流，在连接到所述第一pnp晶体管的所述第一基极的所述分压器的第一节点处生成初始与温度成比例电压(初始PTAT电压)，
其中所述校准PTAT电压基于所述初始PTAT电压的函数。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所去除的电流基于在所述第一pnp晶体管的所述第一基极处的第一电压电位与基于连接到所述第二pnp晶体管的第二基极的电阻器的第二电压电位之间的差。


9.根据权利要求7所述的方法，其中多路复用器向模数转换器提供选自所述第一校准电压、所述第二校准电压、所述校准PTAT电压以及一个或多个模拟输入信号的模拟信号，
其中所述模数转换器基于所述应力受损参考电压以及从所述第一校准电压、所述第二校准电压和所述校准PTAT电压中选择的一个生成所述一组参考值中的每个相应参考值，并且基于所述应力受损参考电压和所述模拟输入信号生成所述输出信号，并且
其中处理器从所述模数转换器接收所述一组参考值和所述输出信号、计算所述增益校正因子，并且基于所述增益校正因子调节所述输出信号。


10.一种电路，包括：
用于接收基于一个或多个pnp晶体管的基极-发射极电压的第一校准电压、基于一个或多个npn晶体管的基极-发射极电压的第二校准电压，以及应力受损参考电压的装置；
用于基于所述第一校准电压、所述第二校准电压以及所述应力受损参考电压确定一组参考值的装置；
用于基于所述一组参考值和一组温度相关值的函数计算增益校正因子的装置；
用于基于所述应力受损参考电压接收输出信号的装置；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡林·V·拉扎罗夫，罗伯特·C·齐亚科齐亚，
申请(专利权)人：凌力尔特科技控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US