CN114296504A - 带隙基准电压校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带隙基准电压校准方法，基于带隙基准电路实现；校准方法包括：在第一测试阶段：获取在第一温度和第二温度下且修调码为第一修调码时所对应的温度系数误差；获得校准温度系数误差的第二修调码，同时获得对应的第一带隙基准电压。根据本发明实施方式的带隙基准电压校准方法，先在第一测试阶段的第一温度下进行“单点校准”，再在第二测试阶段的第二温度下进行“两点校准”，从而只需两个测试温度点，无需多次迭代，就能算出相当精准的修调码，显著提高了校准的精度，具有高精度、低成本的优势。对封装等应力影响的检测和调整，充分考虑到基准输出电压从第一测试阶段至第二测试阶段的变化从而加以校准，具有很强的工程实施性。

Description

带隙基准电压校准方法
技术领域
本发明是关于集成电路领域，特别是关于一种带隙基准电压校准方法。
背景技术
传统的“单点校准”均是通过校准常温下带隙基准电压VBG的绝对电压来校准一阶温度系数(TC)误差。但是对于高精度的基准reference，如温度系数(TC)<3ppm的基准，由于运算放大器opamp的失调电压Vos、三极管的基极电阻和基极电流、三极管的early效应、基准缓冲器的失调电压Vos等均贡献一部分温度系数误差，所以“单点校准“(即只在一个温度点下做测量和校准)已难以达到需要的TC精度。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带隙基准电压校准方法，其能够校准整个***的温度系数误差，精度高。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种带隙基准电压校准方法，所述校准方法基于带隙基准电路实现，所述带隙基准电路包括一阶校准模块、高阶校准模块、绝对值电压校准模块和基准缓冲器，所述一阶校准模块能够通过修调码D进行一阶校准以获得带隙基准电压VBG，并通过高阶校准模块、绝对值电压校准模块和基准缓冲器获得基准输出电压VREF；所述校准方法包括：
获取在第一温度TH和第二温度TL下且修调码D为第一修调码Draw时所对应的温度系数误差；
获得校准所述温度系数误差的第二修调码Dcal，同时获得对应的第一带隙基准电压VBG_CP。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一修调码Draw通过预设带隙基准电压VBG配合对所述一阶校准模块进行单点校准获得。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述温度系数误差具体为：
Figure BDA0003449991200000021
其中，VREF_H为在第一温度TH下获取的第一基准输出电压，VREF_L为在第二温度TL下获取的第二基准输出电压。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述获得校准所述温度系数误差的第二修调码Dcal具体为：
Figure BDA0003449991200000022
其中，k为玻尔兹曼常数，q为电子电荷量，N为一阶校准模块内三极管Q2与三极管Q1的个数比例。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述校准方法还包括：
在第二温度TL下，根据第二修调码Dcal获得第二带隙基准电压VBG_FT；
根据第二带隙基准电压VBG_FT和第一带隙基准电压VBG_CP的变化与所需调节的修调码值ΔD的映射关系，获得第三修调码Dtrim。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述第二带隙基准电压VBG_FT和第一带隙基准电压VBG_CP的变化与所需调节的修调码值ΔD之间的映射关系具体为：ΔD＝g(ΔVBG)，其中，ΔVBG＝VBG_FT-VBG_CP。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述获得第三修调码Dtrim具体为：Dtrim＝Dcal+ΔD。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述校准方法还包括：在第二温度TL下，进行绝对值电压校准。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述校准方法还包括：在第一温度TH下，配置高阶修调码。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一温度TH高于第二温度TL。
与现有技术相比，根据本发明实施方式的带隙基准电压校准方法，先在第一测试阶段的第一温度TH下进行“单点校准”，再在第一测试阶段的第二温度TL下进行“两点校准”，从而只需两个测试温度点，无需多次迭代，就能算出相当精准的修调码，显著提高了校准的精度，具有高精度、低成本的优势。基于最终基准输出电压VREF的“两点校准”，可以校准整个***的温度系数误差，达到“单点校准”难以达到的精度的效果。对封装等应力影响的检测和调整，充分考虑到基准输出电压VREF从第一测试阶段至第二测试阶段的变化从而加以校准，具有很强的工程实施性。
附图说明
图1是一种带隙基准电路的电路原理图；
图2是根据本发明一实施方式的带隙基准电压校准方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
实施例1
如图1所示，一种带隙基准电路，包括一阶校准模块10、高阶校准模块TCC trim、绝对值电压校准模块Voltage trim和基准缓冲器buffer，一阶校准模块10能够通过修调码D进行一阶温度系数误差校准以获得带隙基准电压VBG，并通过高阶校准模块TCC trim、绝对值电压校准模块Voltage trim和基准缓冲器buffer获得基准输出电压VREF。
具体的，一阶校准模块10包括电阻R1A、电阻R1B、可调电阻R2、运算放大器opamp、PNP三极管Q1、PNP三极管Q2和PMOS管M1。
PMOS管M1的源极连接电源Vdd，PMOS管M1的漏极连接高阶校准模块TCC trim以及电阻R1A的一端以及电阻R1B的一端，PMOS管M1的栅极连接运算放大器opamp的输出端。电阻R1A的另一端连接运算放大器opamp的负极输入端和PNP三极管Q1的发射极，电阻R1B的另一端连接运算放大器opamp的正极输入端和可调电阻R2的一端，可调电阻R2的另一端连接PNP三极管Q2的发射极，PNP三极管Q2的集电极和PNP三极管Q1的集电极相连且连接电源Vss。
高阶校准模块TCC trim同时通过绝对值电压校准模块Voltage trim与基准缓冲器buffer的正极输入端连接，基准缓冲器buffer的负极输入端与基准缓冲器buffer的输出端连接。
一阶校准模块10输出一阶温度系数误差校准后的带隙基准电压VBG，高阶校准模块TCC trim对带隙基准电压VBG做高阶的曲率校准后输出电压VTCC，电压VTCC经绝对值电压校准模块Voltage trim校准后得到电压VA，最后电压VA通过基准缓冲器buffer后获得基准输出电压VREF。
如图2所示，一种带隙基准电压校准方法，该方法基于上述带隙基准电路实现；校准方法包括：
在第一测试阶段：
S1、获取在第一温度TH和第二温度TL下且修调码D为第一修调码Draw时所对应的温度系数误差。
S2、获得校准温度系数误差的第二修调码Dcal，同时获得对应的第一带隙基准电压VBG_CP。
在第二测试阶段：
S3、在第二温度TL下，根据第二修调码Dcal获得第二带隙基准电压VBG_FT。
S4、根据第二带隙基准电压VBG_FT和第一带隙基准电压VBG_CP的变化与所需调节的修调码值ΔD之间的映射关系，获得第三修调码Dtrim。
在本实施例中，第一测试阶段可以选择为晶圆测试阶段，第二测试阶段可以选择为封装后测试阶段。第一温度TH高于第二温度TL。第一温度TH选择为高温状态，第二温度TL选择为常温状态。第一温度TH和第二温度TL的温度范围不做具体的限定，第一温度TH和第二温度TL相差越大，越有利于校准精度，从而达到高精度、低成本的目的。优选地，第一温度TH可以为100℃～125℃，第二温度TL可以为25℃±5℃。另外，第二温度TL也可以为-40℃的低温，但该低温下的测试成本偏高。
另外，在第一温度TH下，配置高阶修调码以通过高阶校准模块TCC trim对带隙基准电压VBG进行高阶校准。该高阶校准一般在步骤S1前通过实验等方式完成，最大可能消除高阶温度系数误差对基准输出电压VREF的影响，避免对后续的各测试(即两点校准)的精度产生影响。
同时，在第二测试阶段且在第二温度TL下，第二带隙基准电压VBG_FT校准完毕后，通过绝对值电压校准模块Voltage trim进行绝对值电压校准。
具体的，在步骤S1中，第一修调码Draw通过预设带隙基准电压VBG配合对一阶校准模块进行单点校准获得。
结合图1所示，带隙基准电路中的带隙基准电压
Figure BDA0003449991200000051
其中，VBE1为负温度系数电压，ΔVBE为PTAT(与绝对温度成正比关系)电压。上述单点校准可以理解为，可以通过调节可调电阻R2的阻值来调整带隙基准电压VBG的绝对电压值和一阶温度系数误差。
在上述公式中，
Figure BDA0003449991200000061
可以通过校准网络的修调码D来调整，设其函数关系为
Figure BDA0003449991200000062
则
Figure BDA0003449991200000063
其中k为玻尔兹曼常数，q为电子电荷量，N为PNP三极管Q2与PNP三极管Q1的个数比例，皆为常数。所以在预设带隙基准电压VBG的情况下，获得对应的第一修调码Draw。基于
Figure BDA0003449991200000064
的一阶温度系数误差校准，参数皆为物理参数，与所用工艺无关，具有很强的工艺性。
在步骤S1中，温度系数误差具体为：
Figure BDA0003449991200000065
其中，VREF_H为在第一温度TH下获取的第一基准输出电压，VREF_L为在第二温度TL下获取的第二基准输出电压。本实施例中，在确定第一修调码Draw之后，在第一温度TH下，通过上述带隙基准电路能够测得对应的第一基准输出电压VREF_H，在第二温度TL下，通过上述带隙基准电路能够测得对应的第二基准输出电压VREF_L，从而能够算出温度系数误差。
在步骤S2中，假设修调码D等于第二修调码Dcal时，能够校准掉上述温度系数误差，从而能够获得校准温度系数误差的第二修调码Dcal，具体为：
Figure BDA0003449991200000066
其中，f-1表示为f的反函数，函数f由校准可调电阻R2的阻值的校准网络决定，VREF和VBG为预设的值，k为玻尔兹曼常数，q为电子电荷量，N为一阶校准模块内三极管Q2与三极管Q1的个数比例。不难发现，当VREF_H等于VREF_L时，第一修调码Draw等于第二修调码Dcal。当VREF_H接近VREF_L时，第一修调码Draw接近理想的修调码D。
在步骤S3中，第二带隙基准电压VBG_FT和第一带隙基准电压VBG_CP的变化与所需调节的修调码值ΔD的映射关系具体为：ΔD＝g(ΔVBG)，其中，ΔVBG＝VBG_FT-VBG_CP。该映射关系反应了从第一测试阶段到第二测试阶段的温度系数误差由常温下带隙基准电压VBG的变化来校准的关系，修调码值ΔD即为从一个修调码D修调到另一个修调码D所要修调的值。该映射关系与封装材料大小和方式等有关，均由实验统计所得。
在步骤S3中，获得第三修调码Dtrim具体为：Dtrim＝Dcal+ΔD。第三修调码Dtrim用于修调从第一阶段到第二阶段所对应的环境变化等因素导致的对基准输出电压VREF产生影响的温度系数误差。本实施方式中，第一阶段为晶圆阶段，第二阶段为封装阶段，封装阶段时的封装应力等因素会导致温度系数误差产生变化，从而对晶圆的基准输出电压VREF产生影响，通过第三修调码Dtrim以修调该温度系数误差。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种带隙基准电压校准方法，其特征在于，所述校准方法基于带隙基准电路实现，所述带隙基准电路包括一阶校准模块、高阶校准模块、绝对值电压校准模块和基准缓冲器，所述一阶校准模块能够通过修调码D进行一阶校准以获得带隙基准电压VBG，并通过高阶校准模块、绝对值电压校准模块和基准缓冲器获得基准输出电压VREF；所述校准方法包括：
在第一测试阶段：
获取在第一温度TH和第二温度TL下且修调码D为第一修调码Draw时所对应的温度系数误差；
获得校准所述温度系数误差的第二修调码Dcal，同时获得对应的第一带隙基准电压VBG_CP。
2.如权利要求1所述的带隙基准电压校准方法，其特征在于，所述第一修调码Draw通过预设带隙基准电压VBG配合对所述一阶校准模块进行单点校准获得。
3.如权利要求1所述的带隙基准电压校准方法，其特征在于，所述温度系数误差具体为：
Figure FDA0003449991190000011
其中，VREF_H为在第一温度TH下获取的第一基准输出电压，VREF_L为在第二温度TL下获取的第二基准输出电压。
4.如权利要求3所述的带隙基准电压校准方法，其特征在于，所述获得校准所述温度系数误差的第二修调码Dcal具体为：
Figure FDA0003449991190000012
其中，k为玻尔兹曼常数，q为电子电荷量，N为一阶校准模块内三极管Q2与三极管Q1的个数比例。
5.如权利要求1所述的带隙基准电压校准方法，其特征在于，所述校准方法还包括：
在第二测试阶段：
在第二温度TL下，根据第二修调码Dcal获得第二带隙基准电压VBG_FT；
根据第二带隙基准电压VBG_FT和第一带隙基准电压VBG_CP的变化与所需调节的修调码值ΔD的映射关系，获得第三修调码Dtrim。
6.如权利要求5所述的带隙基准电压校准方法，其特征在于，所述第二带隙基准电压VBG_FT和第一带隙基准电压VBG_CP的变化与所需调节的修调码值ΔD之间的映射关系具体为：ΔD＝g(ΔVBG)，其中，ΔVBG＝VBG_FT-VBG_CP。
7.如权利要求5所述的带隙基准电压校准方法，其特征在于，所述获得第三修调码Dtrim具体为：Dtrim＝Dcal+ΔD。
8.如权利要求5所述的带隙基准电压校准方法，其特征在于，所述校准方法还包括：在第二温度TL下，进行绝对值电压校准。
9.如权利要求1所述的带隙基准电压校准方法，其特征在于，所述校准方法还包括：在第一温度TH下，配置高阶修调码。
10.如权利要求1所述的带隙基准电压校准方法，其特征在于，所述第一温度TH高于第二温度TL。
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