一种高精度电压校正电路的制作方法

1.本发明属于集成电路技术领域，涉及高精度低温漂带隙基准电压源，具体涉及一种高精度电压校正电路。


背景技术：

2.在集成电路制造过程中由于工艺偏差、失配以及外界负载变化、温度变化等都会影响带隙基准源精度，为了得到高精度的带隙基准源，通常需要采用一些修调校正技术。传统的修调技术一般都是采用激光修调、熔丝修调技术，成本较高且修调后输出基准不可改变，不能应对封装压力、环境温度改变带来的影响。新的校正技术一般都是通过efuse来控制mosfet开关管的开关对电阻分压系数进行修正，这种修正可以在封装后或者老化实验后完成，但是这种修调技术中使用的mosfet开关的导通电阻和漏电流都会使得输出基准电压或者基准电流的温度特性变差，影响基准源精度。
3.现有技术(cn107479617a)提出了一种修调方案，该方案将mosfet开关接在电阻串外，这样开关的导通电阻就不会影响输出电压，但是该方案并没有解决mosfet开关漏电产生的问题，那些流过关闭的开关管的漏电流从分压电阻流出形成的压降便会对输出电压产生误差，漏电流的温度非线性便直接影响输出的电压温度特性；这种方案的另外一个问题是，每个修正单位都需要一个单位电阻，当修正范围较大精度比较高时，需要很多的单位电阻串联，并且此单位电阻会很小，电路是需要很多方块电阻并联才能实现。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例提供一种高精度电压校正电路，可实现高精度细调，并且可进行漏电流补偿，消除由于开关管漏电对输出电压的影响。
5.本技术实施例提供以下技术方案：一种高精度电压校正电路，包括：运算放大器、电阻修调网络，所述运算放大器的正向输入端连接带隙基准电压源产生的基准电压，所述电阻修调网络连接在所述运算放大器的负向输入端和输出端之间，所述电阻修调网络与所述运算放大器组成负反馈电路，将基准电压放大后输出；
6.所述电阻修调网络包括粗调电路和细调电路，所述粗调电路采用第一小电阻并联大电阻的电路结构，对大电阻的阻值进行修调，通过开关管控制实现电阻总阻值的粗调；
7.所述细调电路采用第二小电阻并联由多个等值电阻串联的电阻串的电路结构，通过多个开关管控制实现第二小电阻阻值的细调。
8.根据本技术实施例的一种实施方式，还包括漏电补偿电路，所述漏电补偿电路连接在基准电压和所述运算放大器的正向输入端之间，所述漏电补偿电路与所述电阻修调网络的电路结构相同，使所述运算放大器的正向输入端漏电流与负向输入端漏电流相等，所述漏电补偿电路产生的电压差对输出电压进行补偿。
9.根据本技术实施例的一种实施方式，所述粗调电路包括串联的多个并联电阻单元，所述并联电阻单元包括并联的所述第一小电阻和所述大电阻，所述大电阻的一端串联
开关管。
10.根据本技术实施例的一种实施方式，所述大电阻的阻值是所述第一小电阻的阻值的至少50倍。
11.根据本技术实施例的一种实施方式，所述粗调电路还包括，与多个并联电阻单元串联的第三电阻，通过调节所述并联电阻单元和所述第三电阻的阻值比值，得到不同的输出电压。
12.根据本技术实施例的一种实施方式，所述细调电路包括，由多个等值电阻串联组成的电阻串，所述电阻串与所述第二小电阻并联，所述电阻串中每个等值电阻的一端均串联开关管。
13.根据本技术实施例的一种实施方式，所述电阻串中所述等值电阻的阻值是所述第二小电阻的阻值的至少一倍。
14.根据本技术实施例的一种实施方式，所述开关管为mosfet晶体管。
15.根据本技术实施例的一种实施方式，所述并联电阻单元的数量根据所述基准电压的误差的最大修调范围确定。
16.根据本技术实施例的一种实施方式，所述电阻串中的所述等值电阻的数量根据经过所述粗调电路粗调后剩余的最小修调精度确定。
17.与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本发明实施例能够在可调范围内实现高精度细调，能够实现细调在各种工艺角下精度至0.005％，温度漂移低至0.25ppm/℃。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
19.图1是一种用于基准源输出电压的校正电路；
20.图2是传统的并联开关管的校正电路；
21.图3是本发明实施例的高精度电压校正电路；
22.图4是本发明实施例中的粗调电路；
23.图5是本发明实施例中的细调电路。
具体实施方式
24.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.如图1所示，图1示出了一种电压的校正电路。常用的带隙基准电压源产生一个基准电压vbg，通常为了得到零温度系数的vbg，需要对vbg的温度系数进行修正，修正后的电
压由于工艺角、失调等因数发生变化，为了消除基准电压产生的误差，需要设计校正电路将基准电压校正到理想值附近。图1所示电路可以通过调节r1和r2的比值得到不同的输出电压，通过对r2的校正，可以消除基准电压带来的误差。
27.如图2所示，图2示出了一种传统的电阻并联mosfet开关管的校正电路方案。当b0电压为电源电压时，仅有开关管m0导通，则r2总电阻变成r2-r+rds(on)，不考虑导通电阻相对变化总电阻减少r，同样，如果有开关管m1导通时，不考虑导通电阻相对变化总电阻则减少2r，同理可以实现b7-b0，每个位变化量分别为-128r、64r、32r、16r、8r、4r、2r和1r；通过合理的选择r值，可以实现一定的调节精度和范围。此种方案的主要有以下问题，第一是当开关管的导通时导通电阻直接加入总电阻，较高精度时，导通电阻占比很大，造成输出误差，并且导通电阻的温度特性也会影响输出特性；另外一个问题是，当总电阻比较小，要实现较高精度的输出电压，就会造成r的阻值非常小，甚至可能比导通电阻还要小，比较难实现。
28.基于此，如图3所示，本发明实施例提供了一种高精度电压校正电路，包括：运算放大器、电阻修调网络，所述运算放大器的正向输入端连接带隙基准电压源产生的基准电压，所述电阻修调网络连接在所述运算放大器的负向输入端和输出端之间，所述电阻修调网络与所述运算放大器组成负反馈电路，将基准电压vbg放大到想要的输出电压；
29.所述电阻修调网络包括粗调电路和细调电路，所述粗调电路采用第一小电阻并联大电阻的电路结构，对大电阻的阻值进行修调，通过开关管控制实现电阻总阻值的粗调；
30.所述细调电路采用第二小电阻并联由多个等值电阻串联的电阻串的电路结构，通过多个开关管控制实现第二小电阻阻值的细调。
31.还包括漏电补偿电路，所述漏电补偿电路连接在基准电压和所述运算放大器的正向输入端之间，所述漏电补偿电路与所述电阻修调网络的电路结构相同，使所述运算放大器的正向输入端漏电流与负向输入端漏电流相等，所述漏电补偿电路产生的电压差对输出电压进行补偿。
32.本发明实施例的所述高精度电压校正电路主要包括运算放大器，粗调电路，细调电路以及漏电流补偿电路。该校正方案中，先通过粗调电路将输出电压修调至较高的精度，再通过细调电路得到目标精度值。
33.具体地，所述的粗调电路通过小电阻并联大电阻的方式实现修调，通过修调大电阻阻值实现电阻的总电阻的变化，通过粗调电路实现大的可调范围。
34.所述的细调电路，由一个小的电阻并联一个由数个大的等值电阻串联的电阻串，通过数个mosfet开关控制实现对此小电阻的细调，此方案可实现高精度细调，且减少mosfet导通电阻的影响。
35.所述的漏电补偿电路，补偿由于mosfet开关漏电对输出的影响。具体地，所述的漏电补偿电路接在基准电压vbg和运放的正向输入端。当电阻修调网络的开关有漏电时，流入电阻修调网络的漏电流产生的电压造成输出的电压误差和温度非线性；本技术实施例通过漏电补偿电路到运放正端漏电流等于负端的漏电流，漏电补偿电路产生的电压差正好补偿输出端电压误差，同时补偿rdson的影响。
36.接下来，结合附图4-图5对本技术实施例进一步说明。
37.如图4所示，图4示出了本发明实施例中的粗调电路。所述粗调电路包括串联的多
个并联电阻单元，所述并联电阻单元包括并联的所述第一小电阻和所述大电阻，所述大电阻的一端串联mosfet开关管。所述粗调电路还包括，与多个并联电阻单元串联的第三电阻r1，通过调节所述并联电阻单元和所述第三电阻r1的阻值比值，得到不同的输出电压。其中，所述并联电阻单元的数量根据所述基准电压的误差的最大修调范围确定。
38.图4的粗调电路是一种改进的并联大电阻串联开关管修调电路。当开关晶体管m0关闭时，rb0两端间的等效电阻为r，当开关管m0导通时，此时rb0两端间的等效电阻为r和100r的并联值。
[0039][0040]
则开关管导通和关闭前后的电阻差δr为：
[0041][0042]
当电阻r与rdson阻值相当，或者电阻r阻值大于rdson阻值的时候，rdson相对于101r的阻值就相对较小，忽略rdson，则此修调位修调的电阻值大致为0.01r，相对附图2的传统方案，此方案可实现更小的更高精度的修调精度值，且rdson的影响较小。
[0043]
但在更高精度要求的系统中，可调电阻值r非常小的时候，可能rdson相对于101r都不能忽略；这样就达到了粗调极限，粗调后精度仍不能满足要求。同样的8位修调至少要有大于8*r的总阻值。
[0044]
具体地，本实施例中点vbg值约为2.3v，输出电压为2.5v，可调电阻值在1k左右，输出精度要求0.005％，粗调电路将输出电压粗调至0.5％，因此粗调后精度仍不能满足要求。然后结合本技术实施例的细调电路，将剩下的0.5％细调至0.005％。
[0045]
如图5所示，图5示出了本发明实施例中的细调电路。所述细调电路包括，由多个等值电阻rx串联组成的电阻串，所述电阻串与所述第二小电阻r并联，所述电阻串中每个等值电阻rx的一端均串联mosfet开关管。所述电阻串中所述等值电阻rx的阻值是所述第二小电阻r的阻值的至少一倍。其中，所述电阻串中的所述等值电阻的数量根据经过所述粗调电路粗调后剩余的最小修调精度确定。
[0046]
图5的细调电路中，当粗调电路补偿至0.5％，可调电阻变得很小，根据工艺要求已经不在可能细分至更小，本发明实施例中细调电路通过串联n个相同的阻值为rx的电阻，n＝128；选取rx远大于r，此时修调电阻r并联的电阻总电阻值为n*rx，此并联电阻远远大于r，对并联后的总电阻阻值影响可以忽略不计。本发明实施例中的n个mosfet开关晶体管则分别通过efuse来选通n个电阻中的值。当第m个开关管导通时，此时反馈电阻为：
[0047][0048]
每个控制位控制的反馈电阻相对阻值为由于r相对于第三电阻r1非常的小，由于开关导通对第三电阻r1的带来的误差可以忽略。
[0049]
虽然开关管的导通电阻并没有接入反馈电阻环路中，但是由于粗调电路中的漏电流会流过导通的开关，一样会对输出造成误差，因此需要在漏电补偿电路中加入一样的控
制开关来补偿。
[0050]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。