补偿半导体工艺和电路中温度漂移的方法和设备技术

本发明专利技术提供一种方法设备，用于补偿半导体处理电路（例如基准电路）工作中的温度效应。该方法基于去除在温度范围上的基准电压变化的二阶效应（例如“曲率”）的实现来操作。可以以直线表示在温度范围上的基准电压变化。该方法通过在第一温度处、以温度无关电压将基准电压缩放为希望值来提供绝对值的修正。然后，在第二温度处，通过加上或减去在第一温度处一直为零的电压，来校正输出电压斜率。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

Method and apparatus for compensating for temperature drift in semiconductor processes and circuits

The invention provides a method device for compensating a temperature effect in a semiconductor processing circuit (e.g., a reference circuit). The method is based on the implementation of a two order effect (e.g. curvature) that removes the reference voltage variations in the temperature range. The reference voltage variations in the temperature range can be indicated in a straight line. The method provides correction of the absolute value by scaling the reference voltage to a desired value at the first temperature and at a temperature independent voltage. Then, at the second temperature, the slope of the output voltage is corrected by adding or subtracting the voltage that has been zero at the first temperature.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体工艺和电路。具体地，本专利技术涉及需要在温度范围上的精确输出的电路。在例如电压或电流基准电路的电路中这种温度漂移的影响尤其明显，并且可能还影响放大器的工作。
技术介绍
在半导体电路领域，一些类型的电路需要在温度范围上的可靠工作。在图1中示出了被用于提供恒定基准源的一个这种电路。这种简单电路是这样实现的一种恒定基准电路使用电流源101，产生与绝对温度(PTAT)成比例的输出电流，电流源101经由电阻102与作为绝对温度的补充(CTAT)的晶体管103的基极-发射极电压相连。如果102两端压降的斜率(PTAT)与基极-发射极电压斜率(CTAT)相平衡，在电流源101和电阻102的公共节点处提供的输出电压实质上在温度上恒定。其他公知的基准源包括使用带隙技术实现的基准源。提供这种基准电路的问题在于存在多个可能提供基准电路的性能的变化的参数，这会导致误差。例如，作为在典型基准电路中实现的晶体管的工艺变化的结果，晶体管的基极-发射极电压可以改变。即使晶体管被设置为以相同的发射极电流工作，也可能改变多达10-20mV，从而在基准输出中导致误差。误差的另一个来源是由于在这种基准电路中产生PTAT电压所使用的典型技术。典型地，利用设置在电路中的、在不同电流密度处工作的两个晶体管的基极-发射极电压的电压差ΔVBE来产生PTAT电压。然后，放大ΔVBE的值以产生在这种带隙电路中使用的所需PTAT电压值。因为PTAT电压是ΔVBE的缩放复制，所以同样放大和增加了ΔVBE中存在的任何漂移，这导致了误差。此外，在这种电路的封装期间会引入附加误差。例如，在封装期间可能施加到晶体管的模制应力可能导致基准值的额外漂移。在典型带隙电压基准中，输出电压需要修正或调节以便实现在温度范围上的恒定输出电压基准。由于双极性晶体管的电流和基极-发射极电压之间的指数关系，难以改变CTAT电压，所以典型地通过改变PTAT电压来实现修正或调节。典型地，假定双极性晶体管的基极-发射极电压在绝对零度处具有精确值，必须修正带隙电压基准的绝对电压和温度斜率。在开氏(Kelvin)零度处的基极发射极电压被公知为带隙电压。由于工艺变化，实际带隙电压基准的输出电压和温度斜率或温度系数(TC)在不同器件之间具有不同值。如果需要精确的绝对电压和最小温度系数，则会引起问题。当在室温处调节PTAT电压以便校正温度斜率时，该调节使斜率围绕开氏零度旋转，这还使绝对电压改变。因此，当已经校正了温度斜率时，还必须校正绝对电压。绝对电压的校正可能又改变温度斜率。结果，修正工艺典型地需要使校正温度斜率步骤之后校正绝对电压的步骤重复多次。这表示当需要精确的绝对电压和最小温度系数时，必须采用修正斜率和绝对电压的反复处理。另一种修正基准电压的方式是记录两个不同温度处的两个基准电压值的最小值，以便找到温度斜率，并随后将PTAT电压调节相应的量并且使基准电压(或者增益)漂移温度恒定值。然而，使用该技术的大规模生产中单元的温度修正具有需要在温度测试期间多次处理和跟踪独立单元的缺点。已经开发出多种技术用于提供温度效应的补偿。在美国专利No.6,075,354(其内容合并在此作为参考)中公开了这种技术的示例。在该文献中，设置了三个电流DAC以与带隙电压产生器相接口，第一个设置用于修正输出基准电压的一阶温度斜率变化，第二个用于补偿温度斜率曲率，以及第三个用于提供缩放增益调节。为了针对斜率校正调节ΔVBE，使用使外部校正电流流过主带隙单元的第一或第二二极管的技术。该方案的缺点在于随着PTAT电压改变，基准电压斜率同样改变，这影响基准电压的绝对值。另一个美国文献(No.6,329,804)同样描述了电压基准的斜率和电平修正DAC。为了修正基准电压斜率，使用电流开关DAC来将PTAT修正电流注入主带隙单元中的两个二极管之一。然而，如美国专利No.6,075,354的情况，该专利还具有如下缺点ΔVBE的变化改变了基准电压的斜率和绝对值。因此，存在对提供其中可以独立地调节基准电压和温度系数的修正基准电压的简单方式的方法和电路的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于补偿半导体电路的工作期间的温度效应以克服上述问题的方法和电路。本专利技术的另一个目的是提供一种用于执行本专利技术的模拟和数字解决方案。因此，如所附权利要求所述，本专利技术提供一种用于补偿半导体电路工作中的温度效应的方法，该方法包括如下动作或步骤在第一温度处将所述电路的输出值缩放为希望输出值，并且在第二温度处，将所述输出值与所述希望输出值进行匹配，使得所述希望输出值在所述第一温度处保持不变。在基准电压的情况下，假定去除了在温度范围上基准电压变化的二阶效应(例如“曲率”)并且在温度范围上基准电压变化是直线，以实现该方法。根据提出的方法，首先修正绝对值。在第一或基准温度(典型地是室温)处，将基准电压缩放温度无关电压到希望值。然后，在第二温度处，通过加上或减去在基准温度处一直为零并因此对绝对值无影响的电压，来校正输出电压斜率。有效地，本专利技术是基于按照由两个点定义的直线来设置输出的分析。在第一步骤中，缩放直线，使其与固定的预定点相交。然后，在第二温度处，围绕该固定点旋转直线。在第一实施例中，通过使基准向上或向下漂移恒定值为希望输出值，来实现第一步骤。典型地，通过使恒定电流流过电阻来实现。可以由平衡的PTAT/CTAT电流或通过反映电阻两端的基准电压，来产生该电流。假定输出是由方程y＝mx+c定义的直线，则本质上该步骤等同于“c”的附加。在不同的第二温度处实现第二步骤，并且利用对两个平衡修正PTAT和CTAT电流的差值的加或减来实现斜率的旋转。按照如下方式来平衡这两个修正电流在第一温度处，它们的和或差是零，并且与每一个单独的电流相比，组合电流具有两倍斜率。可以在第一和第二步骤之间设置附加步骤，附加步骤适用于确保PTAT和CTAT电流之间的差值在第一温度处等于零。这可以通过PTAT或CTAT电流源的调谐来实现，以实现两者之间的平衡。在另一个实施例中，提供一种方法，在第一温度处、以温度无关电压将所述电路的输出电压缩放为希望输出电压值，并且在第二温度处，通过加上或减去校正电压来校正表示所述希望输出电压的线在温度范围内的斜率，以在所述第二温度处提供所述希望输出电压，使得所述校正电压在所述第一温度处一直为零，并且所述希望输出电压值在所述第一温度处保持不变。在另一个实施例中，提供一种适用于提供工作期间的温度效应的补偿的半导体电路，包括装置，用于在第一温度处将所述电路的输出缩放到希望输出值；以及装置，用于在第二温度处将所述输出值与所述希望输出值进行匹配，使得所述希望输出值在所述第一温度处保持不变。理想地，由与DAC相连的电流源控制产生恒定电压值的恒定电流值，并且施加到所述DAC的用户控制输入代码值确定恒定电流值。可以设置复用器，确定是否要加上或减去恒定电压值。优选地，由第一和第二DAC控制修正电流，所述第一和第二DAC的输出与至少一个复用器相连，使得施加到所述复用器的控制信号控制所述差值的加或减。通过调节到与所述电流之一相连的调谐DAC的用户控制输入值，由所述调谐DAC执行修正电流的调谐。在本专利技术的另一个实施例中，提供一种适用于提供工作期间温度效应的补偿的半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种补偿半导体电路工作期间的温度效应的方法，包括：在第一温度处将所述电路的输出值缩放为希望输出值；以及在第二温度处将所述输出值与所述希望输出值进行匹配，使得所述希望输出值在所述第一温度处保持不变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬马林卡，托马斯G奥德怀尔，
申请(专利权)人：阿纳洛格装置公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]