泄漏补偿电路及相应方法、具有泄漏补偿电路的集成电路技术

本发明专利技术涉及泄漏补偿电路及用于泄漏补偿的方法、以及具有该泄漏补偿电路的集成电路。在一种形式中，泄漏补偿电路包括缓冲放大器、链路耦合元件和泄漏补偿元件。缓冲放大器具有输出和耦合到感测节点的输入。链路耦合元件具有输出和耦合到缓冲放大器的输出的输入，其中链路耦合元件在从输入到其输出的方向上是单向的。泄漏补偿元件具有耦合到感测节点的第一电流端子、耦合到链路耦合元件的输出的控制端子、以及耦合到参考电压端子的第二电流端子。

【技术实现步骤摘要】
泄漏补偿电路及相应方法、具有泄漏补偿电路的集成电路
本公开整体涉及集成电路，并且更具体地涉及用于集成电路中的泄漏补偿电路，以及用于泄漏补偿的方法。
技术介绍
某些环境传感器(诸如雨和光传感器、环境光传感器、激光测距和测距(LiDAR)传感器等)在其输入处需要非常高的动态范围。例如，它们可产生大约50微微安(pA)或更小的感测电流。虽然可通过选择适当的电路拓扑或通过増加传感器的电流消耗来降低集成电路和射频(RF)噪声，但由集成电路上产生的泄漏电流引起的直流(DC)偏移仍然非常难以补偿。例如，集成电路输入端子通常由将泄漏电流注入到各种电路节点上的二极管保护。这些DC偏移电流显著地限制了可实现的増益，从而限制了输入范围，并且实际上可完全阻止一些小信号可检测。虽然DC偏移电压可通过具有差分电路结构的斩波机制来移除，但DC泄漏电流通常是单端的。另外，虽然可通过使用开关电容器机制存储偏移电压来移除DC偏移电压，但不能存储电流。此外，泄漏电流通常非常小，并且实际上不可能由任何已知的电流数模转换器(DAC)补偿，因为电流过低而无法使用电流镜进行处理。基于参考泄漏电流的双向电流DAC和具有可选电流镜的单端电流DAC已被证明不足以补偿这些小的泄漏电流。因此，作为集成电路设计的固有特征的泄漏电流限制了传感器的动态范围。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术提供了一种泄漏补偿电路，包括：缓冲放大器，该缓冲放大器具有输出和耦合到感测节点的输入；链路耦合元件，该链路耦合元件具有输出和耦合到缓冲放大器的输出的输入，其中链路耦合元件在从输入到其输出的方向上是单向的；和泄漏补偿元件，该泄漏补偿元件具有耦合到感测节点的第一电流端子、耦合到链路耦合元件的输出的控制端子、以及耦合到参考电压端子的第二电流端子。在另一方面，本专利技术提供了一种具有泄漏补偿电路的集成电路，泄漏补偿电路包括：缓冲放大器，该缓冲放大器具有输出和耦合到感测节点的输入；链路耦合元件，该链路耦合元件具有输出和耦合到缓冲放大器的输出的输入，其中链路耦合元件在从输入到其输出的方向上是单向的；和泄漏补偿元件，该泄漏补偿元件具有耦合到感测节点的第一电流端子、耦合到链路耦合元件的输出的控制端子、以及耦合到参考电压端子的第二电流端子。在另一方面，本专利技术提供了一种对流入或流出感测节点的泄漏电流执行泄漏补偿的方法，包括：缓冲感测节点上的电压，以及响应于缓冲向中间节点提供缓冲电压；将缓冲电压单向耦合到控制节点；以及通过将泄漏补偿元件的控制端子耦合到控制节点，将具有耦合到感测节点的第一电流端子和耦合到参考电压端子的第二电流端子的泄漏补偿元件偏置。附图说明通过参照附图可更好地理解本公开，并且本公开的多个特征和优点对于本领域的技术人员为显而易见的，在附图中：图1以框图形式示出了易于泄漏的传感器电路；图2以局部框图和局部示意图形式示出了根据各种实施方案的泄漏补偿电路；图3以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的缓冲放大器的另一实施方案的缓冲放大器；图4以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的缓冲放大器的又一实施方案的缓冲放大器；图5以局部框图和局部示意图形式示出了根据图2的缓冲放大器的又一实施方案的缓冲放大器；图6以示意图形式示出了根据图2的链路耦合元件的另一实施方案的链路耦合元件；图7以示意图形式示出了根据图2的链路耦合元件的另一实施方案的链路耦合元件的另一实施方案；图8以局部框图和局部示意图形式示出了根据其他实施方案的泄漏补偿电路的部分；图9示出了示出与图2的泄漏补偿电路的操作相关的信号的关系的一组相关曲线图；图10示出了可用于实现图2的泄漏补偿电路的一部分的集成电路的横截面；图11示出了可用于实现图2的泄漏补偿电路的一部分的另一集成电路的横截面；图12示出了可用于实现图2的泄漏补偿电路的一部分的又一集成电路的横截面；图13示出了可用于实现图2的泄漏补偿电路的一部分的又一集成电路的横截面；和图14示出了可用于实现图2的泄漏补偿电路的一部分的又一集成电路的横截面。在不同附图中使用相同的参考符号来指示相同或类似的元件。除非另有说明，否则字词“耦接”以及其相关联的动词形式包括直接连接以及通过本领域已知的方式的间接电连接两者；并且除非另有说明，否则对直接连接的任一描述也暗示使用合适形式的间接电连接的替代实施方案。具体实施方式图1以框图形式示出了易于泄漏的传感器电路100。传感器电路100包括传感器110、标记为“SENSE”的感测节点120、互阻抗放大器130和集成电路端子140。传感器110具有用于响应于感测到多种环境条件(诸如，雨、光、环境光等)中的一种而向感测节点120提供电流的输出。互阻抗放大器120具有连接到感测节点120的输入、以及连接到集成电路端子140以用于向其提供标记为“VOUT”的电压和标记为“1/gm”的相关联互阻抗的输出。某些非理想因素会扭曲传感器110的操作并降低其动态范围。例如，由未知标志的相对较小的泄漏电流引起的直流(DC)偏移仍然非常难以补偿。图1示出了可能影响传感器110的操作的两种可能的泄漏电流。标记为“ILEAK_PUSH”的一种可能的泄漏电流表示注入(或“推入”)到感测节点120上的正电流。标记为“ILEAK_PULL”的另一种可能的泄漏电流表示从感测节点120汲取(或“拉取”)的正电流。在许多集成电路中，这些小电流不能容易地提前估算或测量，甚至泄漏电流的方向也不容易预测，使得它们非常难以补偿。DC偏移电压可通过斩波机制移除。然而，斩波机制不能用于补偿DC泄漏电流，因为它通常涉及差分结构，而DC泄漏电流是单端的。另外，虽然可通过使用开关电容器电路存储偏移电压来移除DC偏移电压，但不能存储泄漏电流。此外，由于泄漏电流通常非常小，因此它们实际上不可能由任何其他已知电路诸如电流数模转换器(DAC)进行补偿。图2以局部框图和局部示意图形式示出了根据各种实施方案的泄漏补偿电路200。泄漏补偿电路200通常包括缓冲放大器210、链路耦合元件220和泄漏补偿元件230。缓冲放大器210具有连接到SENSE节点的输入和连接到标记为“CTRL”的节点的输出。链路耦合元件220具有连接到缓冲放大器210的输出的输入和连接到标记为“MID”的节点的输出。泄漏补偿元件230具有连接到SENSE节点的第一电流端子、连接到MID节点的控制端子、和连接到标记为“REF”的参考电压端子的第二电流端子。在图2所示的实施方案中，缓冲放大器210包括差分放大器212、可变偏移发生器214和偏移电路216。差分放大器212具有被标记为“+”的正输入、标记为“-”的负输入、以及连接到其负输入用于向CTRL节点提供输出电压的输出。可变偏移发生器214具有连接到SENSE节点的负端子、数字控制输入以及连接至差分放大器212的正输入的正端子。偏移电路216具有连接至可变偏移发生器214的数字控制输入的输出，用于提供标记为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泄漏补偿电路，其特征在于，所述泄漏补偿电路包括：/n缓冲放大器，所述缓冲放大器具有输出和耦合到感测节点的输入；/n链路耦合元件，所述链路耦合元件具有输出和耦合到所述缓冲放大器的所述输出的输入，其中所述链路耦合元件在从其所述输入到其所述输出的方向上是单向的；和/n泄漏补偿元件，所述泄漏补偿元件具有耦合到所述感测节点的第一电流端子、耦合到所述链路耦合元件的所述输出的控制端子、以及耦合到参考电压端子的第二电流端子。/n

【技术特征摘要】
20190215 US 62/806,465;20190731 US 16/527,5891.一种泄漏补偿电路，其特征在于，所述泄漏补偿电路包括：
缓冲放大器，所述缓冲放大器具有输出和耦合到感测节点的输入；
链路耦合元件，所述链路耦合元件具有输出和耦合到所述缓冲放大器的所述输出的输入，其中所述链路耦合元件在从其所述输入到其所述输出的方向上是单向的；和
泄漏补偿元件，所述泄漏补偿元件具有耦合到所述感测节点的第一电流端子、耦合到所述链路耦合元件的所述输出的控制端子、以及耦合到参考电压端子的第二电流端子。


2.根据权利要求1所述的泄漏补偿电路，其中，所述缓冲放大器包括：
差分放大器，所述差分放大器具有耦合到所述感测节点的正输入、负输入、以及耦合到所述负输入的输出，所述输出形成所述缓冲放大器的所述输出。


3.根据权利要求1所述的泄漏补偿电路，其中，所述缓冲放大器包括：
单端非反相放大器，所述单端非反相放大器具有耦合到所述感测节点的正输入、以及耦合到所述缓冲放大器的所述输出的输出。


4.根据权利要求1所述的泄漏补偿电路，其中，所述链路耦合元件包括：
二极管，所述二极管具有耦合到所述缓冲放大器的所述输出的阳极以及耦合到所述泄漏补偿元件的所述控制端子的阴极。


5.根据权利要求1所述的泄漏补偿电路，其中，所述泄漏补偿元件包括：
反串联二极管，所述反串联二极管具有耦合到所述感测节点的第一电流端子、耦合到所述参考电压端子的第二电流端子、以及充当所述泄漏补偿元件的所述控制端子的中间端子，所述中间端子耦合到所述链路耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·J·杰森斯，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US