专利名称：利用非易失性存储器对运放偏移电压和静电流的数字微调的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电子元件的制造技术，并特别涉及通过对电子元件内部的非易失性存储器编程以校准和调整电子元件工作特性的技术。
背景技术：
精密模拟元件的制造过程中，例如运算放大器，会导致工作特性变化的模拟元件。这通常是由于制造中工艺和材料的变化而引起的。
近来，为了补偿模拟元件制造中的变动，制造商在模拟元件上提供了熔断器。这些熔断器连接到可调节的单元上，这些单元与模拟元件上的模拟装置相关联。这些熔断器在制造完成后可以有选择地被熔断，以调整或“微调”模拟元件的某些工作特性。在这方面，已制造好的模拟元件的工作状况可以被测量出来，而该测量数据可以被用来确定熔断哪根熔断器以微调该元件，使得它的工作与预定规格更加接近。微调在许多方面都很有利。例如，微调允许制造商提供具有更高精确度和内置可变性的模拟元件，可变性允许为特殊应用优化模拟元件。
通常，集成电路模拟元件上的熔断器被实现为一段多晶硅、金属或是其他材料。这些熔断器通常被有选择性地熔断，使得熔断器造成一个开路，这通常是利用一个激光器或是通过集成电路上的探针焊盘引入一个破坏性的电荷穿过熔断器来做到的。这些技术各自都有若干的不利之处。
首先，通过激光器或是通过应用于探针焊盘上的破坏性电荷熔断一根熔断器，需要在封装集成电路之前熔断熔断器。这是很不利的，因为模拟元件的工作特性，例如它的偏移电压，可能随封装过程以及封装本身的电特性而改变。因此，封装之前的微调并不能让制造商或其他任何人补偿封装对模拟元件的影响。此外，因为大多数模拟元件都在交付给用户前封装完毕，因此用户通常不可能进行微调。
第二，因为以传统方式熔断熔断器是具有破坏性的，因此，即使想取消微调过程也是不可能做到的。另外，熔断熔断器还可能导致损坏钝化层以及集成电路中其他层和结构。这种损坏可能立即或随时间推移导致侵蚀或其他故障。
第三，熔断熔断器可能会留有导电性的残余物，这些残余物会随时间迁移并重新连接，从而导致该部分工作中的故障。
由于以上的种种原因，就需要一种新的技术用于微调模拟元件，尤其是那些实现为集成电路的模拟元件。需要能够在封装前或封装后，制造商、用户或第三方用户都可以进行微调。进一步还需要通过非破坏性的工艺进行微调，以避免出现可靠性问题，并且避免在一些情况下破坏性过程的不可逆转性。还进一步需要能够利用小数量的到模拟元件的输入管脚完成一个微调过程。
发明内容
根据本发明，对一个运算放大器的微调是利用非易失性熔断器电力地完成的。所述的非易失性熔断器能够被电编程而同时不会破坏电子元件上任何钝化层或是其他装置。就一个集成电路模拟元件而言，所述的微调可以在晶片级或是封装级完成。在封装级进行微调允许微调补偿封装所引起的变化。它也同样允许用户或其他第三方使用者对封装元件进行微调。此外，当被实现为可擦除的非易失性熔断器时，这些熔断器就可以被不止一次地编程。微调可以被特别用来调整一个运算放大器的静电流或是偏移电压。
根据本发明的一个实施例，一个运算放大器包括一对输入管脚、一个输出管脚、模拟装置以及非易失性熔断器。所述的模拟装置被连接到上述输入管脚和输出管脚上。该模拟装置能有效地放大两个输入管脚上信号的差值，并输出一个放大的差分信号。该模拟装置包括可调单元用于调整该运算放大器的偏移电压。所述的非易失性熔断器被连接到可调处理单元上，并且可以被电编程以调整所述的可调处理单元来改变偏移电压。
运算放大器典型地被实现为一个集成电路。该运算放大器中的可调单元可以包括多个开关，各个开关串联一个负载装置。所述的非易失性熔断器可以被可控地连接到上述开关上，以启动一个或多个上述的负载装置并改变偏移电压。所述的运算放大器可能进一步包括寄存器用于存储由一个数据管脚接收到的熔断器配置数据。一个多路复接器可以被连接在寄存器输出、非易失性熔断器输出与可调单元的输入之间。该多路复接器是可操作的，它在校准模式期间向可调单元提供来自寄存器的配置数据，而在对模拟元件编程后向可调单元提供来自非易失性熔断器的配置数据。
根据本发明的一个实施例，一种对运算放大器编程的方法包括加载校准数据到运算放大器中，以及当以校准数据配置运算放大器时测量该运放的输出信号。所述的加载和测量以不同的校准数据值进行重复，直到确定了所需要的校准数据为止。所述的非易失性熔断器在运算放大器上被以所需要的校准数据电编程。
该方法可能进而包括对非易失性熔断器的正确编程进行检验以及在编程最后以一个熔断器锁定值对非易失性熔断器编程。该方法可以被用来，例如微调所述运算放大器的静电流或是偏移电压。
在本发明的另一个实施例中，一个运算放大器包括一对输入管脚、一个输出管脚、模拟装置以及非易失性熔断器。所述的模拟装置能有效地放大两个输入管脚上信号的差值，并输出一个放大的差分信号。该模拟装置包括可调单元用于调整该运算放大器的静电流。所述的非易失性熔断器被连接到可调处理单元上。这些非易失性熔断器可以被电编程以调整所述的可调单元来改变静电流。所述的可调单元可能包括一个电阻器栈以及多个开关。所述的电阻器栈被一个从静电流中得到的电流所偏置，并且具有若干个抽头点。各个开关一端连接到相应的一个抽头点上，而另一端连接到另一个开关上。所述的非易失性熔断器被可控地连接到上述开关上以选择一个抽头点。开关的另一端被连接到一个偏置放大器上，该放大器根据所选择的抽头点来改变所述的静电流。
图1示出了一个模拟电子元件的原理框图，该元件包括一个据本发明所描述的可编程非易失性熔断器。
图2示出了微调一个模拟元件的方法的实施例，该模拟元件依据本发明的一种实施例所述包括了非易失性熔断器。
图3示出了依据本发明所述的一个运算放大器的实施例。
图4示出了一个电路，该电路利用依据现有技术的可熔断熔断器微调一个运算放大器的静态电流。
图5示出了可调单元的一个实施例以及相关的模拟装置，该装置用于依据本发明的实施例微调静态电流。
图6示出了依据现有技术的一个用于微调偏移电压的电路。
图7示出了可调单元的一个实施例以及相关的模拟装置，该装置用于依据本发明的实施例微调偏移电压。
图8示出了一个运算放大器的输出级。
图9示出了依据本发明实施例的一个优选的非易失性熔断器。
详细说明图1示出了一个模拟元件10的实施例，该元件包括了依据本发明实施例所述的非易失性熔断器。参照图1，所述的模拟元件10包括校准逻辑电路15、非易失性熔断器20以及模拟装置25(见图1)。模拟装置25从模拟电子元件的输入管脚40接收输入信号，对输入信号进行模拟处理，并通过输出管脚45输出模拟信号。所述的模拟装置还包括可调单元30以及监控信号35。所述的可调单元可以通过非易失性熔断器20进行编程，以调整模拟装置25中相关模拟装置的工作。这就使得模拟装置25所执行的模拟处理功能在制造后仍能调整或“微调”。所做的调整可用来补偿制造过程中引入模拟装置的不想要的变化，可用来为某特定应用优化所述的模拟元件，可用来压缩制造容差，还可用来改变所述模拟元件的规格或是用于其他目的。
为了更便于对所述模拟元件进行微调，所述模拟装置可以包括监控信号35，该信号被输出给一个输出管脚45，或是通过一个控制电路如串行输出复接器50输出给一个编程管脚55。所述的监控信号是模拟装置25的内部信号，该信号通常不被输出。然而，为了辅助对非易失性熔断器进行正确的编程，所述的监控信号35在微调模拟元件的过程中可以被输出。
所述的校准逻辑电路15被用来帮助设置一个模拟元件进入微调模式，在该模式期间，所述的非易失性熔断器20可以被编程来调整所述模拟元件的工作。三个编程管脚55是对模拟元件编程所要用的全部管脚。所述的编程管脚55可以与模拟输入和输出管脚40及45复用，也可以是模拟元件10上的独立管脚。数据管脚60向外部元件以及编程装置提供一个串行接口。所述数据管脚60接收一个数据信号，该信号被用来向模拟元件10传送校准数据。所述的数据管脚60还可以在校准过程中输出监控信号35。SCLK时钟管脚65接收一个时钟信号输入，该信号被用来辅助加载校准数据到所述的模拟元件上，以及用于控制所述的编程模式。VPP管脚接收一个编程电压信号，该信号被用来提供足够高的电压以对所述的非易失性熔断器进行编程，以及用来辅助控制所述的编程模式。
参照图1，校准逻辑电路包括一个校准状态机70、寄存器75-85以及多路复接器50和90。所述校准状态机70的输入端中的一个通过1/4分频单元95连接到SCLK管脚，另一个输入端通过一个编程使能单元100连接到VPP管脚。所述的1/4分频单元95将所述的时钟信号分成其输入频率的四分之一。这就把校准状态机的工作频率设置为时钟信号的四分之一。
所述的编程使能单元100检测VPP信号的电压何时上升到一个预定的阈值之上，当这种情况发生时，它向所述的校准状态机70输出一个编程模式信号，指示编程模式已启动。所述的预定阈值通常是VPP管脚上的一个电压，该电压超过应用于模拟元件的电源电压一个或数个晶体管阈值电压或是超过数伏特。所述的编程使能单元100可以包括一个连接到编程管脚的反相器或其他逻辑元件，该元件具有一个翻转阈值，该值设置得比电源电压的电平高。这样，所述的反相器不会激励起所述的编程模式信号，除非所述的编程电压信号被加到编程管脚上并且该编程信号的电压超过了翻转阈值。所述的编程电压可能是，例如13.5伏特。该装置的电源电压可能是，例如3.3或是5伏特。然而可以理解，任何编程电压(高于或低于13.5伏特)或是元件所用的任何电源电平都可以被选择来与模拟元件10的工作要求相一致。
所述的编程使能单元100还可以产生对模拟装置(本图中未示出)中多路复接器的控制信号，该信号被用来激活在其他情况下闲置的信号通道以在编程模式中加以利用，并禁用其他信道。
所述的校准状态机向寄存器75-85、输出复接器50以及非易失性熔断器20输出控制信号。所述的寄存器75-85、输出复接器50在模拟元件10的正常工作期间通常并不启用。然而在对模拟装置编程时，所述的校准状态机70有选择性地激活或启用所述的寄存器、非易失性存储器以及多路复接器50，用于执行编程和监控功能，这些功能组成了所述的微调过程。作为选择，所述的寄存器也可以激活所述的多路复接器50。图2中示出了编程过程和状态的一张流图，该流图在随附的说明中加以描述。
为启动所述的微调过程，所述的编程电压信号被提高到编程电压电平上。所述的时钟和数据信号在编程电压信号的转换期间也要被保持在逻辑0状态。这使得所述的编程使能单元100和校准状态机70中的逻辑电路检测到编程模式并输出合适的控制信号以控制编程过程。
所述的校准状态机70接收1/4频率的时钟信号95以及编程电压信号，并根据这些信号有选择性地激活寄存器。在串行编程的一个优选实施例中，所述的校准状态机认为时钟信号的最先两个或四个脉冲是用来将地址存入串行地址寄存器，而接着的8个时钟脉冲是用来将数据存入串行数据寄存器的。
各个数据比特进入串行寄存器的一端并随各个时钟脉冲顺序进入串行寄存器，直到时钟脉冲不再被加到移位寄存器为止。所述的时钟脉冲被校准状态机70有选择性地传送给串行寄存器。这样，所述的串行寄存器就能被一个串行数据流填充。
所述的串行地址寄存器可以包括任意合适数量的比特，并且通常比特数与模拟元件上的非易失性熔断器数量是相关联的。然而，在本发明的一个优选实施例中，所述的串行地址寄存器储存2或4比特的地址数据。所述的串行数据寄存器也可以包括任意合适数量的比特。在本发明的一个优选实施例中，这个数量是8。所述的串行数据寄存器和地址寄存器具有连接到影寄存器85上的输出端。
所述的影寄存器在微调过程中被用来存储临时的校准数据，这些数据在微调过程中被改变以测试模拟元件10上的模拟装置25。测试的结果被用来确定合适的校准数据，该数据被最终编程到非易失性熔断器20中。对非易失性熔断器进行的编程在校准状态机的控制下进行，并以抬高的电压电平完成，该抬高的电压是从VPP管脚引入的编程电压信号中得出的。所述的校准数据可以从影寄存器85或是从串行数据寄存器80写入非易失性存储器。所述的影寄存器包括至少与非易失性熔断器20数量相当的比特数。所述的串行地址寄存器75和串行数据寄存器80在校准状态机的控制下向影寄存器85输出地址和数据信号以加载所述的校准数据到影寄存器中。所述的非易失性存储器可以被设置为例如8比特容量的可寻址模块。任何合适的宽度都可以被使用，而通常串行地址和数据寄存器都被选择得能够匹配非易失性存储器的容量和可寻址结构。非易失性存储器技术可以是EPROM、EEPROM、flash、UV可擦除EPROM或是任何其他的可进行电编程的非易失性存储器。在使用了可擦除非易失性技术时，所述的校准数据可以被编程并再次编程到非易失性存储器中。
当校准数据被加载到影寄存器后，它就被通过多路复接器90加到模拟装置25中的可调单元30上。所述的多路复接器90有选择性地把来自影寄存器的校准数据或是来自非易失性熔断器的校准数据加到可调单元上。所述的多路复接器90由一个锁定比特控制，该比特在编程过程的最后被编入一根非易失性熔断器中，它表示非易失性熔断器已经被编程。所述的锁定比特没有被连接到模拟元件中的可调单元上。而它被连接到多路复接器90上。在所述的锁定比特被置位之前，送入可调单元的校准数据是通过所述的影寄存器提供的。在这之后，校准数据就由非易失性熔断器提供给可调单元。
微调模拟元件中所使用的编程设备可以在编程期间储存校准数据到影寄存器中，并读出监控信号35。根据编程设备所接收到的监控信号的值，该编程设备可以存储新的校准数据到影寄存器中，并再一次读取监控信号35。基于这些并可能更多的反复操作，所述的编程设备就能确定最终的校准值。该最终校准值被储存在非易失性熔断器20中。在这个过程中，所述的校准状态机会根据校准数据的地址、编程序列中的一个位置或其他信息将合适的监控信号35传送给合适的数据输出管脚45或60。
图2示出了上述校准状态机的一个状态流图。它也将被用来描述根据本发明的一个实施例微调一个模拟元件10的方法。参照图2，在步骤200中，编程设备与校准状态机加载地址数据到串行地址寄存器75中。所述的地址数据可以包含至多4比特的数据。如果所述的地址数据包含少于4比特的数据，那么所述的编程设备必须确保数据信号与时钟信号的边沿被正确地加到模拟元件10上。可以理解在许多场合下可能加上多于4比特的地址数据，包括当时钟频率被划分多于4次的时候、当实施多地址加载循环的时候以及其他合适的场合。
在步骤210和220中，所述的编程设备和校准状态机加载8比特的数据到串行数据寄存器中，一次加载4比特。类似于地址数据，一次加载的数据比特数以及在步骤210和220中总共加载的数据比特数，可能会根据时钟频率被划分的次数、数据加载循环的次数以及其他合适的衡量标准而改变。
在步骤230中，所述的编程设备以及校准状态机将来自串行数据寄存器的校准数据、按串行地址寄存器指定的地址写入影寄存器中。步骤230使得模拟装置25中的可调单元成为由所述的校准数据设置的情况。接着在步骤240中，所述的状态机处于一个空状态中，在这个状态中它是不起作用的。所述的编程设备能够利用这个空状态以将测试信号施加到模拟元件上，并测量模拟元件的输出信号。该输出信号可能包含来自模拟装置25的监控信号，该信号通常并不输出，例如静态电流；还可能包含模拟元件正常工作期间所输出的信号。
基于所述编程设备所进行的测量以及该模拟元件的功能规格，编程设备可以改变校准数据并使得步骤100以改变后的校准数据重新开始。以这样的方式，所述的编程设备可以循环地将校准数据加到一个模拟元件上并测试该模拟元件的反应，以便在已知模拟元件特性与规格之间偏差的情况下为该特定模拟元件确定最佳的校准数据。
在步骤250中，所述的编程设备和校准状态机对非易失性熔断器进行编程。接着在步骤260和270中，编程设备检验熔断器的编程。在步骤270之后，步骤240再一次开始，而编程设备就测定上述编程的有效性。如果上述编程是有效的，那么编程设备或是结束微调循环，或是让步骤250再次开始以对另外的熔断器编程。如果上述编程是无效的，那么步骤250就重新开始以合理的次数重复执行编程过程。
微调一个运算放大器图3示出了依据本发明的一个运算放大器300的实施例的方框图。参照图3，其中的运算放大器包括模拟装置310、非易失性熔断器320以及校准逻辑电路330。所述的校准逻辑电路330和非易失性熔断器320可以与图1所示相同的方式连接在一起并连接到模拟装置310。所述的模拟装置310进而包括一个偏压发生器340、一个输入级350以及一个输出级360。所述的偏压生成器产生一个静态电流，该电流被用来为模拟装置，例如N和P型场效应或双极型晶体管，在输入和输出级中产生偏置电压。所述的输入级350从运算放大器300的正与负接线端接收输入信号。作为响应，输入级放大正负接线端上信号之间的差值，并将差分信号输出给输出级350，在输出级中，这些差分信号被进一步放大。所述的校准逻辑电路330以及非易失性熔断器320可以被用来微调该运算放大器的某些工作特性，比如与偏压发生器相关的静态电流，以及与输入级相关的偏移电压。这些技术在下面讨论。
本发明的一个优点在于在编程期间只需使用3个管脚就能对非易失性熔断器进行编程SCLK、VPP以及DATA。进一步的一个优点在于这些管脚可以是模拟元件在正常工作期间用于输入/输出的管脚。
图3示出了SCLK、VPP以及DATA管脚的一个优选实施例，图中显示出这些管脚是与运算放大器上IN+、IN-以及OUT管脚复用的。这样，一个5管脚的运算放大器(其中两个用于电源和接地)就能通过一个三管脚的编程接口(SCLK、VPP和DATA)实现微调。当模拟元件被实现在一个系统中时，也可以以一种称为嵌入式串行编程的方法通过三管脚编程接口对该模拟元件编程。
微调一个运算放大器的静态电流图4示出了一种用来在偏压发生器中建立一个静态电流的技术，该技术根据现有技术包含了激光引信或是多晶硅熔断器。参照图4，依据现有技术的静态电流发生器包含了3个连接到电流镜像器结构上的P型晶体管410。所有这3个P型晶体管的源极都连接到电源上。晶体管412的栅极连接到它的漏极，而它的漏极连接到一个N型晶体管490上。晶体管412的栅极同样也连接到P型晶体管414和416的栅极上。晶体管414和416具有相同的长度和宽度尺寸，因此产生相同的偏置电流IBIAS1和IBIAS2。
晶体管414和416的漏极分别连接到电阻器栈420和440的顶部，如图所示。与电阻器栈420相关的是一个多晶硅熔断器或激光引信栈430。电阻器栈420中的每个电阻都与熔断器栈430中一根相应的熔断器并联。如图所示，电阻器栈420底部的最后一个电阻器没有与一根相应的熔断器并联，而是与一个二极管460串联。
所有这些熔断器起初都是短路的。因此，P型晶体管414和二极管460之间的阻抗起初被设置为底部电阻器的阻值R1。该阻抗可以通过熔断熔断器栈430中的熔断器来提高。
电阻器栈440和相应的熔断器栈450以与电阻器栈和熔断器栈420、430相同的方式工作。然而，电阻器栈440底部的电阻器同样有一根熔断器与它并联，并连接到二极管470。二极管460具有比二极管470大的面积。
一个偏置运算放大器480具有如图所示的正和负两个接线端。它的负接线端连接到电阻器栈420的顶部而它的正接线端连接到电阻器栈440的底部。运算放大器480放大它输入端上信号电压的差值，并向N型晶体管490的栅极输出一个差分信号。所述N型晶体管的源极接地而它的漏极连接到P型晶体管412的漏极和栅极上。这样，就通过与电阻器栈420、440以及二极管460、470相关联的反馈环路设置了静态电流。熔断器可以被熔断以便有选择性地提高一个栈相对于另一个栈的阻抗，从而对静态电流进行优化。
尽管图4中所示的静态电流微调技术是起作用的，但它是一种破坏性的方法，有许多不利之处。这些不利之处包括购买一个激光微调装置所需的开销、必须在封装之前对装置进行微调，以及在熔断熔断器过程中造成的损坏，上面只是举出了一小部分例子。
图5示出了一种装置500，该装置能依据本发明的一个实施例利用非易失性熔断器微调一个偏压发生器中的静态电流。参照图5，4个P型晶体管512、514、516和518以一个电流镜像器结构连接到一个电源电压上。晶体管512的栅极和漏极以一个二极管结构连接到一个N型晶体管560的漏极上。晶体管512的栅极连接到晶体管514-518上，并因此把它的电流映射给了这些晶体管。晶体管514的漏极连接到一个二极管550上。晶体管516的漏极连接到一个电阻器栈520上。不像现有技术中所示的那样，本装置中并未把熔断器与电阻器栈中的各个电阻并联在一起，依据本发明的熔断器实施方式有所不同。晶体管518的漏极连接到一个多路复接器545上。所述的多路复接器可以接收多个输入。然而，在微调静态电流期间，所述多路复接器的工作是把静态电流从P型晶体管518转送到一个输出点，以便由一个编程系统对其进行测量。
根据本发明的一个实施例，电阻器栈520含有多个位于串联电阻器之间的抽头点。各个抽头点都经由一个开关-比如一个N或P型晶体管-连接到一个运算放大器590的负接线端上。在一个给定的时间上仅有一个开关530是接通的，因此电阻器栈中仅有一个抽头点把它的电压传送到运算放大器590的负接线端上。
为了微调运算放大器，开关530可以被有选择性地而且独立地打开和切断，以测试对静态电流的作用，该静态电流可以通过多路复接器545转接到一个输出点上。当一个合适的值被确定下来后，就可以参照图1及图2所描述方式将该值编写到非易失性熔断器580中。
为了有选择性地开启开关530，一个38的多路输出选择器570被用来施加一个控制信号，一次开启一个开关420。根据所应用的电阻器和开关的数量，可以使用任何合适规模的选择输出器。所述的选择输出器的优点在于它允许使用少于其他情况下所需要的数量的熔断器。
3根非易失性熔断器580被连接到38选择输出器。所述的非易失性熔断器可由校准数据进行电编程，这些校准数据决定了开启哪些开关。所述的三根熔断器足以生成8种开启开关的组合。尽管并未在图中示出，但是还可以连接一个影寄存器到38多路输出选择器570上，以便在微调过程中测试不同的校准数据。一旦校准数据被确定下来，那么最终的校准数据就会被编程到非易失性熔断器中，最终的校准数据是基于上述的测量过程确定的，而测量则是通过影寄存器实现不同的校准数据而完成的。
运算放大器590的负接线端连接到开关530的输出上，而它的正接线端连接到晶体管514的漏极上。二极管540的面积比二极管550的面积大。所述放大器放大它输入电压之间的差值，并向N型晶体管560的栅极输出差分信号。N型晶体管560的源极连接到一个地电压，而它的漏极连接到P型晶体管512的栅极和漏极。所述的N型晶体管偏置了电流镜像器中的P型晶体管512，该偏置是基于包括了二极管540和550的反馈环路的。
微调一个运算放大器的偏移电压运算放大器中的偏移电压是一个不良的特性。它通常出现在输入级；在运放的输入信号处于相等电压上时，偏移电压会导致放大器把它确定为输入电压信号中的差值，从而输出放大的差分信号。为了微调已制造好的运算放大器以尝试消除这个问题，通常都依据现有技术使用图6中所示的电路图。
参照图6，常规的输入级包括一个P型晶体管，该晶体管由一个电压信号偏置以产生一个静态电流，该静态电流流入差动P型晶体管对620和630的源极。晶体管620的栅极连接到运算放大器的负输入端，而晶体管630的栅极则连接到运算放大器的正输入端。晶体管620的漏极连接到一个连成了二极管的N型晶体管640上。晶体管640的漏极和栅极连接在一起。晶体管640的栅极被连接到晶体管650的栅极上，并偏置后者。晶体管650的漏极连接到晶体管630的漏极上，并在连接处向输出级提供差分信号。
晶体管640和650都是负载装置。它们的源级各自连接到电阻器栈上，而电阻器栈中的电阻则各自与相关的激光引信或多晶硅熔断器并联，如图所示。
偏移电压通常在差动晶体管对或是负载晶体管对彼此之间不匹配时，被引入一个输入级。为了校正这种情况，现有技术中所用的电阻器与激光熔断器栈660允许向差动晶体管对的一条管脚或另外一条加上电阻以补偿上述差异。这种技术有许多不利之处。它所有的不利之处都与必须熔断上述的熔断器相关。它另外的不利之处在于向一条管脚增加电阻并不能消除差动晶体管对的管脚之间的差异，这是因为一个电阻器的电流/电压特性与晶体管的电流/电压特性是不同的。
图7示出了依据本发明的一个实施例的一种方法，该方法微调运算放大器的输入级从而减小了偏移电压。根据这个实施例，非易失性熔断器取代了激光熔断器，而且晶体管都被实现为了可调单元而不是靠电阻器来平衡管脚。
参照图7，常规的输入级包含一个P型晶体管，该晶体管由一个电压信号偏置以产生一个静态电流，该静态电流流入差动P型晶体管对720和730的源极。晶体管720的栅极连接到运算放大器的负输入端，而晶体管730的栅极则连接到运算放大器的正输入端。晶体管720的漏极连接到N型晶体管740的漏极上。晶体管740的栅极由信号VB1偏置，该信号可由偏压发生器以任何熟知的方式从静态电流中得出。晶体管750的栅极也连接到信号VB1上。晶体管750的漏极连接到晶体管730的漏极上。所述输入级的输出，也就是差分信号可以从晶体管750和730之间的连接处引出。作为选择，如图所示，可以使用一个栅地阴地放大器结构，其中栅地阴地放大器负载755被连接到所述差动晶体管对的漏极上，如图所示。栅地阴地放大器装置可以从偏压发生器接收一个偏置信号，比如VB2。在栅地阴地放大器结构中，向运算放大器输出级输出的差分信号可以从晶体管765的漏极引出。
为了补偿图6中所示的输入级管脚之间的差值，根据本发明的一个实施例，引入了可调元件760和770。可调元件被非易失性熔断器780有选择性地连接到上述差动晶体管对的漏极上，这里的连接是以存储在非易失性熔断器中的配置数据为依据的。可调元件包括一个开关元件760和一个负载元件770。开关元件760可以是如图所示的一个晶体管，它的源极连接到上述差动晶体管对中的一个元件的漏极上，它的栅极连接到一根非易失性熔断器(或是连接到非易失性熔断器的解码器)上，而它的漏极则连接到一个负载元件770的源极上。负载元件770可以被视为向相应的负载晶体管740或750提供额外的宽度。
为了保证负载元件770和相应的负载晶体管740或750之间合适的匹配，负载元件770可以物理上被安置在一个集成电路中，并接近于相应的负载晶体管740或750。当一个或多个开关760被非易失性熔断器780或影寄存器开启时，电流就从相应P型晶体管的漏极转移到对应于被开启开关760的负载晶体管770上。通过有选择性地开启合适的开关，负载晶体管或是可能在输入级引入偏移电压的差动晶体管对之间的差值就可以在微调期间被补偿，而所述的开启不同的开关是通过在非易失性熔断器中存储合适的校准数据做到的。通过微调引入额外的负载晶体管的技术比现有的使用电阻器的技术更为有效，因为晶体管更接近地匹配了输入级的已有特性。此外，使用影寄存器允许用不同的校准数据进行试验以确定用于对非易失性熔断器编程的最佳校准数据。
图7中所示的技术仅仅说明了用来调整偏移电压的技术。例如，除了包含与负载装置740和750并联的可调元件760和770之外，还可以添加与差动晶体管对并联的可调元件。在图7所示的实施例中，添加到差动晶体管对上的可调元件应该是P型晶体管。在另一种变形中，可调元件只是如上述那样被添加到差动晶体管对上。
在另一种变形中，上述的负载装置可以是P型晶体管，而不是N型晶体管。N型晶体管可以实现差动晶体管对。在该实施例中，可调元件760和770可以被添加到差动晶体管对中一个或两个晶体管上，或是如上述那样被添加到负载装置上。
图8示出了一种常规的输出级800，根据本发明，该输出级可以被使用。输出级从偏压发生器接收一个或多个偏置信号作为输入，并接收输入级所产生的差分信号。这些输入信号被提供给一个AB类控制单元，该控制单元生成用于驱动输出晶体管804和806的信号。输出晶体管804和806分别是P型和N型晶体管。晶体管804的源极连接到电源，而晶体管806的源极接地。晶体管804和806的漏极连接在一起并产生运算放大器的输出信号。
非易失性熔断器实施方式图9根据本发明的一个实施例示出了一种新型非易失性无电流熔断器900。无电流熔断器900在被编程状态或未被编程状态都不会引入较大的电流。它使用两个交叉耦合的EPROM晶体管来实现各个熔断器，而非使用单个的EPROM晶体管。
参照图9，熔断器900包含一个P型晶体管930，该晶体管的栅极连接到VBIAS，而它的源极连接到一个编程电压VPP上。熔断器900还包含两个N型晶体管940和945，两个EPROM晶体管970和975，以及两个P型晶体管980和985。
在交叉耦合的EPROM熔断器一端，一个两输入NAND(与非)门950的输出连接到一个反相器兼电平移动器955上，而该反相器的输出则连接到晶体管940的栅极上。晶体管940的漏极连接到晶体管930的漏极上，而晶体管940的源极则连接到EPROM晶体管970的漏极上。2输入与非门950的输入端连接到一个FUSEIN信号和一个编程信号PGM上。EPROM晶体管970的漏极连接到晶体管940的源极，它的栅极连接到一个FUSEGATE电压，而它的源极则接地。
在交叉耦合的EPROM熔断器另一端，一个两输入NOR(或非)门960的输出与一个非反相的电平移动器965相接，而该电平移动器的输出则连接到晶体管945的栅极上。晶体管945的漏极连接到晶体管930的漏极，而晶体管945的源极则连接到EPROM晶体管975的漏极。2输入或非门960的输入端连接到FUSEIN信号以及一个负编程信号NPGM上。所述的NPGM信号和PGM信号彼此反相。EPROM晶体管975的漏极连接到晶体管945的源极，它的栅极连接到一个FUSEGATE电压，而它的源极则接地。
为了对无电流熔断器中两个EPROM单元的任意一个进行编程，VPP和FUSEGATE必须呈现编程电压电平，典型的为10-15V，而VBIAS则被设置为VPP和地之间的一个电平，以保证晶体管930能有效工作并产生足够大的电流和电压穿过相应的待编程EPROM晶体管970或975。当EPROM晶体管970或975的栅极和漏极都处于编程(高)电压上时，EPROM晶体管970或975的沟道中的电子变得“热”起来了。这些热电子隧穿过一道栅氧化物，该氧化物是用来隔开EPROM晶体管970或975的栅极与沟道的。在编程期间，栅极就以这种方式积蓄电子，这种方式能够抬高开启EPROM晶体管所必需的阈值电压。当EPROM晶体管970或975的阈值电压被抬升到一个高于正常工作下施加于电子装置的电源电压的电平上时，编程就完成了。
信号PGM和NPGM总是带有相反的逻辑状态。这些信号可以被用来对一个熔断器阵列中的一组熔断器进行同时编程。每个熔断器都有一个分开的、独立的FUSEIN信号用于确定在编程工作期间对两个EPROM晶体管970或975中的哪一个进行编程。为了对EPROM晶体管970进行编程，PGM和FUSEIN信号都必须是高电平，并且电平移动器955的输出是一个高电压，该电压开启了晶体管940并允许编程电流从VPP流过晶体管930、940以及970。相反地，晶体管945是截止的，因为电平移动器965的输出是低电平。
相似的，为了对EPROM晶体管975进行编程，NPGM和FUSEIN信号都必须是低电平。电平移动器965的输出是一个高电压信号，该信号开启了晶体管945并允许编程电流从VPP流过晶体管930、945以及975。相反地，晶体管940是截止的，因为电平移动器955的输出是低电平。
一旦无电流熔断器900被编程完毕，FUSEGATE信号就被保持在电源电压上。被编程的EPROM晶体管已经积累了电子并且具有高于FUSEGATE的阈值电压。因此，它保持在“截止”状态。未被编程的EPROM晶体管没有积累电子，因而具有一个低于FUSEGATE电位的阈值电压。它保持在开启状态。
在编程后的正常工作期间，晶体管940和945的栅极被驱动到低电平上。这些晶体管因此就截止了。因此熔断器的工作就由交叉耦合非易失性EPROM晶体管970和975进行控制。编程过程仅造成两个EPROM晶体管中的一个被编程。每个EPROM晶体管的源极都接地、它的栅极连接到一个FUSEGATE电压，而它的漏极则连接到一个对应的P型晶体管980和985的漏极上。晶体管980和985的源极连接到电源上而它们的栅极则连接到交叉耦合的另一方的漏极-漏极接口上。
举例来说，当EPROM晶体管970被编程时，它就被截止了而不能导引任何电流。因此，它的漏极电压-同时也是熔断器输出信号-在晶体管980的推动下上升到一个高电压电平。EPROM晶体管970的漏极上的电压被施加到P型晶体管985的栅极上。这就截止了P型晶体管985。EPROM晶体管975则处在开启状态，因为它没有被编程。因此它的漏极节点处在低电压电平上，但是它并不导引任何电流。
当一个熔断器被编程时，交叉耦合熔断器的任一条管脚都不会导引电流。而在两个熔断器都未被编程时，上述的无电流熔断器就会导引电流。然而，这种情况会被编程过程纠正。两个熔断器决不会同时被编程。如上面所讨论的那样，交叉耦合EPROM晶体管的输出信号被施加给电子元件内的可调单元。
当电源被加到一个包含了无电流熔断器的电子元件上时，DC(直流)电流流过未被编程的EPROM晶体管的管脚，而不会流过已被编程的EPROM晶体管的管脚。接着，无电流熔断器中的交叉耦合晶体管就使得熔断器达到一个稳定状态，在该稳定状态中，除了漏电流外，实际上没有电流流经任何一个EPROM晶体管。这样，该无电流熔断器就能达到合适的稳定状态而不需要任何初始化电路。
虽然本文已经示出并描述了本发明的一些具体实施例，然而凡是具有关于本技术的常识的人都可以理解，在不偏离本发明基本思想和作用范围的前提下，仍可以对那些实施例作改变。
权利要求
1.一种运算放大器，包括一对输入管脚和一个输出管脚；连接到输入管脚对和输出管脚上的模拟装置，该模拟装置工作来放大输入管脚上的信号之间的差值，并输出一个放大的差分信号，该模拟装置包括可调单元用于调节所述运算放大器的偏移电压；以及连接到可调处理单元上的非易失性熔断器，该非易失性熔断器可以被电编程以调节可调处理单元来改变偏移电压。
2.根据权利要求1所述的运算放大器，其中所述的运算放大器是一个集成电路。
3.根据权利要求2所述的运算放大器，其中所述的可调单元包括若干个开关，每个开关与一个负载装置串联；其中的非易失性熔断器被可控地连接到所述开关上以开启一个或多个负载装置并改变偏移电压。
4.根据权利要求2所述的运算放大器，进而包括连接到至少一个输入管脚上的寄存器，所述寄存器存储了从一个数据管脚接收来的熔断器配置数据。
5.根据权利要求4所述的运算放大器，进而包括一个连接在寄存器输出端、非易失性熔断器输出端以及可调单元输入端之间的多路复接器；其中所述的多路复接器可以被操作来在一个校准模式中向可调单元提供来自寄存器的配置数据，而在对模拟元件编程后向可调单元提供来自非易失性熔断器的配置数据。
6.根据权利要求5所述的运算放大器，其中所述的寄存器包括串行寄存器来通过所述的数据管脚串行地接收配置数据。
7.根据权利要求6所述的运算放大器，其中所述的运算放大器的数据管脚、一个时钟管脚以及一个编程电压管脚可以共同被操作来对非易失性熔断器编程。
8.根据权利要求7所述的运算放大器，其中所述的一个数据管脚、一个时钟管脚以及一个编程电压管脚中至少有一个还可以在正常工作期间被用作一个模拟输入管脚。
9.根据权利要求5所述的运算放大器，其中所述的配置数据包括熔断器锁定数据，该数据设置多路复接器将非易失性熔断器的输出转送给可调单元。
10.对一个运算放大器进行编程的一种方法，包括向运算放大器加载校准数据；测量由该校准数据进行配置的运算放大器的输出信号；以不同的校准数据重复加载和测量过程，直到确定了所需的校准数据为止；以及用所需的校准数据对运算放大器上的非易失性熔断器进行电编程。
11.根据权利要求10所述的编程方法，进而包括检验对非易失性熔断器进行的适当编程。
12.根据权利要求10所述的编程方法，进而包括在编程的最后用一个熔断器锁定值对非易失性熔断器编程。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述的加载是通过运算放大器上的一个数据管脚串行完成的。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述的数据管脚在运算放大器的正常工作期间被用作一个模拟输入端。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述的校准数据被用来微调运算放大器的静态电流。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述的校准数据被用来微调运算放大器的偏移电压。
17.一种运算放大器，包括一对输入管脚对和一个输出管脚；连接到输入管脚对和输出管脚上的模拟装置，该模拟装置工作来放大输入管脚上的信号之间的差值，并输出一个放大的差分信号，该模拟装置包括可调单元用于调节所述运算放大器的静态电流；以及连接到可调处理单元上的非易失性熔断器，该非易失性熔断器可以被电编程以调节可调处理单元来改变静态电流。
18.根据权利要求17所述的运算放大器，其中所述的电子元件是一个集成电路。
19.根据权利要求18所述的运算放大器，进而包括连接到至少一个输入管脚上的寄存器，所述寄存器存储了从一个数据管脚接收来的熔断器配置数据。
20.根据权利要求19所述的运算放大器，进而包括一个连接在寄存器输出端、非易失性熔断器输出端以及可调单元输入端之间的多路复接器；其中所述的多路复接器可以被操作来在一个校准模式中向可调单元提供来自寄存器的配置数据，而在对模拟元件编程后向可调单元提供来自非易失性熔断器的配置数据。
21.根据权利要求20所述的运算放大器，其中所述的寄存器包括串行寄存器用来通过所述的数据管脚串行地接收配置数据。
22.根据权利要求21所述的运算放大器，其中所述的运算放大器的数据管脚、一个时钟管脚以及一个编程电压管脚可以共同被操作来对非易失性熔断器编程。
23.根据权利要求22所述的运算放大器，其中所述的一个数据管脚、一个时钟管脚以及一个编程电压管脚中至少有一个还可以在正常工作期间被用作一个模拟输入管脚。
24.根据权利要求20所述的运算放大器，其中所述的配置数据包括熔断器锁定数据，该数据设置多路复接器将非易失性熔断器的输出转送给可调单元。
25.根据权利要求23所述的运算放大器，进而包括一个校准状态机，它的输入连接到所述的时钟管脚和信号编程电压管脚，它的输出连接到所述的寄存器和非易失性熔断器，该校准状态机可被操作来基于从时钟管脚、编程电压管脚和数据管脚上接收来的信号，控制对寄存器和非易失性熔断器的编程。
26.根据权利要求17所述的运算放大器，其中所述的可调单元包括一个电阻器栈，该电阻器栈由从静态电流导出的电流偏置并具有多个抽头点；以及若干个开关，每个开关的一端连接到一个对应的抽头点上，而另一端则连接到其他各个开关上，所述的非易失性熔断器被可控地连接到所述的开关上以选择抽头点中的一个；其中所述开关的另一端连接到一个偏置放大器上，该偏置放大器基于所选择的抽头点来改变静态电流。
全文摘要
利用非易失性熔断器对一种运算放大器进行电微调。所述的非易失性熔断器可以被电编程而不会破坏任何钝化层或是电子元件中的其他装置。就一个集成电路模拟元件而言，所述的微调可以在晶片级或是封装级完成。所述的微调可以被特别实现来调整运算放大器的静态电流或是偏移电压。
文档编号H03F3/45GK1444796SQ01813396
公开日2003年9月24日 申请日期2001年6月25日 优先权日2000年6月26日
发明者詹姆斯·B·诺兰, 邦妮·贝克 申请人:微芯片技术公司