[發明專利]對差分對的本征偏移進行補償的電子電路

無效

• 申請號: 200680052829.X
• 申請日: 2006-12-12
• 公開（公告）號: CN101395794A
• 公開（公告）日: 2009-03-25
• 發明（設計）人: F·博爾;S·布呂埃爾
• 申請（專利權）人: E2V半導體公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03M3/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 陳松濤;王 英

技術領域

本發明涉及使用差分對的模擬集成電子電路，差分對可以將兩個輸入電壓的差轉換成兩個輸出電流的差。

背景技術

在差分對中，輸出電流的差取決于輸入電壓的差，如果在輸入端之間施加零電勢差(例如通過使輸入端短路)，那么輸出電流的差應該為零。

使構成該差分對的元件進行匹配，它的缺陷在于該差分對具有非零偏移輸入電壓，更一般地稱為偏移電壓；該偏移電壓代表了該差分對的本征不均衡，并且該偏移電壓由在零輸入差分電壓情況下的非零輸出電流的差來反映。實際上，偏移電壓是要施加在輸入端之間以使輸出電流差為零的補償電壓。

差分對通常包括由同一參考電流源Io供電的兩個分支，每個分支包括晶體管和負載(charge)。將輸入電壓施加到晶體管的基極，發射極連接到公共電流源，集電極連接到負載。根據施加到基極的輸入電壓的差，在兩個分支之間分配電流源的電流。

這些差分對可以被單個地使用，或者在裝置更加復雜的時候，可以將這些差分對分組成相關聯的差分對。例如，兩個差分對可以共享同一個負載，一個差分對的晶體管的集電極可以連接到另一個差分對的晶體管的集電極?？梢詫⒉罘謱壜撨B接，一個差分對的電流輸出端連接到另一個差分對的電流輸出端，而另一個差分對自身將其另一電流輸出端連接到第三個差分對等等。根據差分對的用途，可以找到差分對的不同相關組合。本發明一般性地適用于所有這些用途。

這樣的差分對尤其被用在模數轉換器中。例如，它們被用于構成比較器，每個比較器都包括用于接收輸入的差分對，輸入一方面是要被轉換的電壓，另一方面是參考電壓；它們還被用在卷積電路中，仍然是用作轉換器；卷積電路包括若干個卷積單元，每個卷積單元由至少一個差分對構成，這些單元的電流輸出端彼此級聯，以便確立根據要轉換的輸入電壓而呈鐘形或正弦形變化的電壓或模擬輸出電流；不同的單元均接收輸入電壓和相應的參考電壓。

在使用若干差分對的精確模擬電路中，發現缺少操作精確性(尤其是轉換器中的轉換缺少精確性)可能是由存在非零偏移電壓造成的；從物理的觀點來看，產生這些偏移電壓的最重要原因在于，即使相同的電流流經發射極-基極，差分對各晶體管的發射極-基極電壓也不會完全相同。

具體而言，工藝并不完美，兩個同時制造的晶體管(至少理論上具有相同的發射極表面，甚至在集成電路中并排放置，并因此在每種變化上都是相同的)也沒有嚴格相同的特征。這是由制造過程中不可避免的漂移造成的。此外，不僅僅差分對的兩個晶體管在該差分對中產生偏移電壓，而且恰恰由于這種漂移，集成電路的各種差分對不可避免地具有彼此不同的偏移電壓。

已經提出過利用具有更大晶體管的差分對來減輕這種缺點。因為它們的尺寸更好控制，所以具有較小的漂移。不過這樣一來，電容器更大了，電路因此而更慢，這在諸如快速模數轉換器等應用中是不合乎要求的。對于后者而言，在差分對中具有更小的晶體管會更好。此外，如果晶體管更大，那么電路的體積會更大，并且它們消耗更多電流。

后來還提出了個體校準方案：測試所制造的轉換器，將轉換誤差存儲在集成電路的EPROM存儲器中，以用于在使用時補償誤差。還有激光調節方案，尤其是用于單獨調節差分分支中存在的電阻。該技術需要根據記錄的轉換誤差對每個集成電路進行個體測試和個體校正。因此，該方法在工業上成本極高，因為必須要逐個測試和校正每個電路。

發明內容

本發明的目的是提出一種減輕這些缺點的方案，以便在電路質量、成本及其功耗方面提供更好的兼顧。

本發明提出在包括差分對或一組關聯差分對的電路中并入與該差分對或該組差分對相關聯的自動校準電路；在與正常使用階段不同的自動校準階段期間，在存在零輸入差分電壓的情況下該電路檢查由該差分對產生的差分輸出電流的值；它將該值與至少一個閾值比較，將結果保存在存儲器中，并根據該結果，在差分對的正常使用階段中向該差分對的輸入施加或不施加校正。通過如下方式對位于差分對的輸入端上游的跟隨器級進行校正：對通過跟隨器級的晶體管的電流源進行校正；基極-發射極電壓將隨著該電流而變化，將該變化傳送到差分對的輸入，由此其偏移得到部分或全部校正。

優選地，通過在校準階段的一系列時隙期間向電容器施加連續的充電和放電電流脈沖來進行差分電流的測量，其中該差分電流是由施加到輸入端的零差分電壓產生的。充電電流是差分對一個分支的電流，放電電流是另一個分支的電流。在n個脈沖的結尾，與分支間電流的差成正比地對電容器充電。出于電容器的工藝性結構的原因，優選有兩個對稱的電容器。