一种应用于CMOS温度传感器的晶圆级校准方法及电路

一种应用于cmos温度传感器的晶圆级校准方法及电路
技术领域
1.本发明涉及cmos温度传感器校准技术领域，具体是一种应用于cmos 温度传感器的晶圆级校准方法及电路。


背景技术：

2.根据实施平台的不同，目前报道的温度传感器校准方案可分为软件校准、硬件校准和软硬件协同校准。软件校准采用最小二乘法、插值法、多项式拟合等，可实现更高的精度，但实时性较差。硬件校准产生更高的实时性能。大多数硬件校准是针对某个电路模块进行的。例如，运算放大器的失调电压通过自动调零、斩波等进行校准。为了设计双极晶体管的精确电流偏置，采用了动态元件匹配。这些硬件校准方法只能间接或部分补偿传感器的输出特性，因此补偿精度较低。此外，还报告了软硬件协同校准。一些研究人员采用了一种批量校准技术，该技术从几个样本中提取校准系数，并应用于同一批次中的所有其他芯片。批量校准方法可以显著降低成本，但会牺牲准确性。还有人提出了一种自动校准技术，该技术采用微调电路和逐次逼近算法。它可用于消除带隙基准电压的工艺误差，但是他需要后续数字模块，这会导致额外的芯片面积、功耗，提高校准成本。因此，它不适用于低成本设计。
3.因此，实现一种具有高精度、低成本和高实时性的校准方法来消除由工艺偏差引起的传感器响应的误差带是非常有必要的。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明所要解决的技术问题是现有校准方案难以以低成本实现高精度校准的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种应用于cmos温度传感器的晶圆级校准方法，包括，
8.获取cmos温度传感器的输出电压，根据所述输出电压确定熔丝烧录方案；
9.在芯片晶圆级中测过程中，基于探针台完成cmos温度传感器的校准调整；
10.通过烧熔丝的方式调整校准电路中接入电路的阻值，实现对芯片整体输出的校准；
11.所述校准电路包括带隙电阻校准电路、反馈电阻校准电路和平衡电阻校准电路。
12.作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准方法的一种优选方案，其中：采用所述带隙电阻校准电路对带隙基准电压进行校准，利用带隙基准电压的典型输出值和实际测量值计算校准系数c1，通过校准系数c1确定带隙熔丝组端口的烧录状s态，进行
所述带隙熔丝组的烧录。
13.作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准方法的一种优选方案，其中：通过所述反馈电阻校准电路校准传感器的输出特性的斜率，利用传感器的输出特性的典型斜率和实际测量斜率计算校准系数c2,通过校准系数c2确定反馈熔丝组端口的烧录状态，进行反馈熔丝组的烧录。
14.作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准方法的一种优选方案，其中：通过所述平衡电阻校准电路校准室温下传感器的输出电压；利用传感器的典型输出电压和实际测量电压，用于计算系数c3，确定平衡熔丝组端口的烧录状态，进行平衡熔丝组的烧录；
15.确定各组熔丝端口状态并烧录，完成对所述cmos温度传感器的晶圆级校准，包括ap、bp、cp的三步烧录过程。
16.本发明还公开了一种基于前述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准方法的电路：包括，
[0017]vref
产生电路，用于产生参考电压v
ref
；
[0018]vctat
产生电路，用于产生与绝对温度成反比例的电压v
ctat
；
[0019]
减法器电路，用于对电压v
ref
和电压v
ctat
进行减法运算，以获取和温度成正比例的输出电压v
temp
；
[0020]vref
产生电路连接v
ctat
产生电路、减法器电路，v
ctat
产生电路连接减法器电路。
[0021]
作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准电路的一种优选方案，其中：所述v
ref
产生电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路和第二支路分别对应连接于放大器op1的正向输入端和反向输入端；
[0022]
所述第一支路上设置有第一晶体管，所述第二支路上设置有由n个第一晶体管并联组成的第二晶体管。
[0023]
作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准电路的一种优选方案，其中：所述第一支路上设置有带隙电阻r1，所述第二支路上设置有带隙电阻r3，所述带隙电阻r1和带隙电阻r3均由带隙调整电阻串联组成，
[0024]
所述减法器电路中设置有反馈电阻r7，所述反馈电阻r7由反馈调整电阻串联组成；
[0025]
所述减法器电路中还设置有可变电阻r
4v
和可变电阻r
5v
，可变电阻r
4v
和可变电阻r
5v
的阻值和固定且等分成多个平衡调整电阻。
[0026]
作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准电路的一种优选方案，其中：带隙电阻校准电路包括带隙开关，所述带隙开关与部分带隙调整电阻并联，并由带隙控制件控制通断；
[0027]
所述带隙控制件包括带隙逻辑判断门和带隙熔丝组。
[0028]
作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准电路的一种优选方案，其中：反馈电阻校准电路包括反馈开关，所述反馈开关与部分反馈调整电阻并联，并由反馈控制件控制通断；
[0029]
所述反馈控制件包括反馈逻辑判断门和反馈熔丝组。
[0030]
作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准电路的一种优选方案，其中：平衡电阻校准电路包括平衡开关，所述平衡开关部分与平衡调整电阻并联，并由于平衡
控制件控制通断；
[0031]
所述平衡控制件包括平衡逻辑判断门和平衡熔丝组。
[0032]
作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准电路的一种优选方案，其中：所述v
ref
产生电路包括带隙电阻r3、带隙电阻r1、放大器op1、 mos管m
n1
，放大器op1的反相端连接带隙电阻r3，放大器op1的同相端连接带隙电阻r1，带隙电阻r3的另一端连接带隙电阻r1的另一端、mos管m
n1
的s极与减法器电路，mos管m
n1
的d极接v
dd
，mos管m
n1
的g极连接放大器op1的输出端，带隙电阻r1、带隙电阻r3阻值相同
[0033]
作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准电路的一种优选方案，其中：所述v
ctat
产生电路包括电阻r2、三极管q2、三极管q1、放大器op2，电阻r2的一端连接放大器op1的反相端，三极管q1的发射极连接放大器op1的同相端、放大器op2的同相端，电阻r2的另一端连接三极管q2的发射极，三极管q2的基极接地，三极管q2的集电极接地，三极管q1的基极接地，三极管q1的集电极接地，放大器op2的反相端连接放大器op2的输出端和减法器电路。
[0034]
作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准电路的一种优选方案，其中：所述减法器电路包括平衡电阻r4、平衡电阻r5、电阻r6、反馈电阻r7、放大器op3，平衡电阻r4的一端连接v
ref
产生电路，平衡电阻r4的另一端连接平衡电阻r5和放大器op3的同相端，电阻r6的一端连接放大器op2的输出端，电阻r6的另一端连接反馈电阻r7和放大器op3的反相端，反馈电阻r7的另一端连接放大器op3的输出端。
[0035]
作为本发明所述应用于cmos温度传感器的晶圆级校准电路的一种优选方案，其中：所述带隙调整电阻包括电阻r
2x
、电阻r
3x
、电阻r
4x
、电阻r
5x
、电阻r
6x
、电阻r
7x
、电阻r
8x
、电阻r
9x
，电阻r
2x
、电阻r
3x
、电阻r
4x
、电阻 r
5x
共同构成带隙电阻r3，电阻r
6x
、电阻r
7x
、电阻r
8x
、电阻r
9x
共同构成带隙电阻r1。
[0036]
本发明的有益效果：本发明通过晶圆级校准技术快速而准确地确定熔丝烧录方案，通过烧熔丝的方式微调该三部分校准电路(带隙电阻校准电路、反馈电阻校准电路和平衡电阻校准电路)中接入电路的阻值，从而实现对芯片整体输出的校准。
附图说明
[0037]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0038]
图1为一种实现线性输出的cmos温度传感器的简化电路图；
[0039]
图2为晶圆级校准技术的整体架构图；
[0040]
图3为新型校准控制电路的原理图；
[0041]
图4为带隙电阻校准电路图；
[0042]
图5为反馈电阻校准电路图；
[0043]
图6为平衡电阻的拆分示意图；
[0044]
图7为平衡电阻校准电路图；
[0045]
图8为带隙参考电压的校准结果图；
[0046]
图9为温度传感器输出特性斜率的校准结果图；
[0047]
图10为温度传感器室温下输出电压的校准结果图；
[0048]
图11为通过晶圆级校准方法校准芯片的结果图；
[0049]
图12为5个校准后的样品的测量误差图。
具体实施方式
[0050]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0051]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0052]
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0053]
再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0054]
实施例1
[0055]
参照图1～12，本实施例提供了一种应用于cmos温度传感器的晶圆级校准方法，包括，
[0056]
获取cmos温度传感器的输出电压，根据所述输出电压确定熔丝烧录方案；
[0057]
通过烧熔丝的方式微调校准电路中接入电路的阻值，实现对芯片整体输出的校准；
[0058]
所述校准电路包括带隙电阻校准电路、反馈电阻校准电路和平衡电阻校准电路。
[0059]
具体的，采用所述带隙电阻校准电路对带隙基准电压进行校准，利用带隙基准电压的典型输出值和实际测量值计算校准系数c1，通过校准系数c1确定带隙熔丝组端口的烧录状态，进行所述带隙熔丝组的烧录。
[0060]
通过所述反馈电阻校准电路校准传感器的输出特性的斜率，利用传感器的输出特性的典型斜率和实际测量斜率计算校准系数c2,通过校准系数c2确定反馈熔丝组端口的烧录状态，进行反馈熔丝组的烧录。
[0061]
通过所述平衡电阻校准电路校准室温下传感器的输出电压；利用传感器的典型输出电压和实际测量电压，用于计算系数c3，确定平衡熔丝组端口的烧录状态，进行平衡熔丝组的烧录；
[0062]
确定各组熔丝端口状态并烧录，完成对所述cmos温度传感器的晶圆级校准。
[0063]
进一步的，在本实施例中：请参阅图2，v
ref
产生电路包括带隙电阻校准电路；带隙电阻校准电路，用于控制带隙电阻接入电路的阻值大小，来微调 v
ref
；减法器电路包括反馈电阻校准电路、平衡电阻校准电路；反馈电阻校准电路，用于控制反馈电阻接入电路的阻值大小，来微调芯片电压—温度输出特性曲线的斜率；平衡电阻校准电路，用于在保证平衡电阻总阻值不变的前提下，调节他们阻值的比例，来微调芯片电压—温度输出特性曲线的截
距。
[0064]
在本实施例中：请参阅图3，逻辑判断门(xor或xnor)的输入端与熔丝端口相连。最初，熔丝端口处于低电平，用“0”表示。熔丝烧断后，熔丝端口的电压变为高电平，用“1”表示。因此，可以通过烧熔丝的方式调整校准电路中接入电路的阻值，实现对芯片整体输出的校准；传统控制电路中，逻辑判断门采用反相器,这种结构只能补偿电阻的工艺减小误差，但不能补偿电阻的工艺增大误差。为了实现双向补偿，拟采用xor(或xnor)门代替传统反相器。
[0065]
在本实施例中：请参阅图2和图4，带隙电阻校准电路，用于控制带隙电阻接入电路的阻值大小，来微调v
ref
；带隙电阻包括电阻r
2x
、电阻r
3x
、电阻 r
4x
、电阻r
5x
、电阻r
6x
、电阻r
7x
、电阻r
8x
、电阻r
9x
，电阻值设置如图3 所示。电阻r
2x
、电阻r
3x
、电阻r
4x
、电阻r
5x
共同构成带隙电阻r3，电阻r
6x
、电阻r
7x
、电阻r
8x
、电阻r
9x
共同构成带隙电阻r1，电阻r
5x
的一端连接放大器op的输出端和电阻r
9x
，电阻r
5x
的另一端连接电阻r
4x
和mos管m
n3x
的 d极，mos管m
n3x
的s极连接mos管m
n2x
的d极、电阻r
4x
的另一端和电阻r
3x
，mos管m
n2x
的s极连接mos管m
n1x
的d极、电阻r
3x
的另一端和电阻r
2x
，mos管m
n1x
的s极连接电阻r
2x
的另一端、放大器op的反相端和电阻r
1x
，电阻r
9x
的另一端连接电阻r
8x
和mos管m
n4x
的d极，mos 管m
n4x
的s极连接mos管m
n5x
的d极、电阻r
8x
的另一端和电阻r
7x
，mos 管m
n5x
的s极连接mos管m
n6x
的d极、电阻r
7x
的另一端电阻和r
6x
，mos 管m
n6x
的s极连接电阻r
6x
的另一端、放大器op的同相端，mos管m
n3x
的 g极通过反相器连接第三引脚电平p3，mos管m
n2x
的g极连接第一异或门 xo1的输出端，mos管m
n1x
的g极连接第二异或门xo2的输出端，mos管 m
n4x
的g极通过反相器连接第六引脚电平p6，mos管m
n5x
的g极连接第三异或门xo3的输出端，mos管m
n6x
的g极连接第四异或门xo4的输出端。第一异或门xo1的输入端一端连接第二异或门xo2的输入端一端和第三引脚电平p3，第三异或门xo3的输入端一端连接第四异或门xo4的输入端一端和第六引脚电平p6，第一异或门xo1的输入端另一端连接第二引脚电平p2，第二异或门xo2的输入端另一端连接第一引脚电平p1，第三异或门xo3的输入端另一端连接第五引脚电平p5，第四异或门xo4的输入端另一端连接第四引脚电平p4。
[0066]
在具体实施例中：请参阅图2和图4，对于双极性晶体管(三极管q1、三极管q2)上方阻值相等的两个电阻，他们用来给晶体管提供偏置电流，同时进行反馈产生参考电压。通过熔丝烧录可以控制引脚处连接高或低电平，对应的nmos管开启或关闭，进而控制其源极和漏极跨接的电阻是否被接入电路。由于左右两侧需要校准的电阻阻值相等，所以在设计微调电阻和执行校准操作时必须保持一致性(对称性)。这样才能得到温漂系数较好的参考电压。
[0067]
在设计微调电阻器电路时，应确保可调范围大于误差范围。初始状态下，熔丝端口“1～3”的状态为“000”，r
3x
和r
4x
接入电路。根据当微调带隙电阻部分基于初始带隙电阻值改变单位微调电阻(x1)时，最小补偿带隙参考电压v
mc
为：
[0068][0069]
在芯片布局设计中，所有微调电阻和r2均使用相同类型的电阻实现，并通过叉指共质心结构匹配。它们受到相同程度的温度和工艺的影响。因此，v
mc
可以被视为一个常数。
[0070]
根据实际输出值(v
ref’)和典型输出值(v
ref
)，可以计算需调节的x1的系数 (c1)：
[0071]
round[(v
ref
'-v
ref
)/v
mc
]＝c1ꢀꢀꢀ
(9)
[0072]
系数(c1)的极性决定端口3的状态。当实际输出值(v
ref’)大于或等于典型输出值(v
ref
)时，c1为正值，端口3的状态为“0”，。否则，端口3的状态为“1”。系数(c1)的大小决定端口1～2的状态。确定c1后，将其转换为相应的三位二进制。最后，根据熔丝端口1～3的状态烧写熔丝，为了保证带隙电阻的对称性，4～6号引脚的状态应与1～3号的状态一一对应。例如，当c1为-2时端口1-3的状态为“011”。此时的电流方向如图4中所示。
[0073]
对提出的带隙基准电压校准方案进行了仿真，仿真结果如图8所示。可以看出，在最坏情况下，带隙参考电压的误差范围为0.3v(从1.1v到1.4v)。校准后，误差范围仅为0.01v(从1.24v到1.26v)。
[0074]
在本实施例中：请参阅图2和图5和图9，反馈电阻校准电路，用于控制反馈电阻接入电路的阻值大小，来微调芯片电压—温度输出特性曲线的斜率。反馈电阻校准电路包括电阻r
1y
、电阻r
2y
、电阻r
3y
、电阻r
4y
、电阻r
5y
、电阻r
6y
和电阻r
7y
，电阻值设置如图4所示。电阻r
1y
、电阻r
2y
、电阻r
3y
、电阻r
4y
、电阻r
5y
、电阻r
6y
和电阻r
7y
共同构成反馈电阻r7，电阻r
1y
的一端连接放大器op3的反相端、mos管m
n1y
的d极，mos管m
n1y
的g极连接第五异或门xo5的输出端，mos管m
n1y
的s极连接电阻r
1y
的另一端、电阻r
2y
和mos管m
n2y
的d极，mos管m
n2y
的g极连接第六异或门xo6的输出端， mos管m
n2y
的s极连接电阻r
2y
的另一端、电阻r
3y
和mos管m
n3y
的d极， mos管m
n3y
的g极连接第七异或门xo7的输出端，mos管m
n3y
的s极连接电阻r
3y
的另一端、电阻r
4y
和mos管m
n4y
的d极，mos管m
n4y
的g极连接第八异或门xo8的输出端，mos管m
n4y
的s极连接电阻r
4y
的另一端、电阻r
5y
和mos管m
n5y
的d极，mos管m
n5y
的g极连接第九异或门xo9的输出端，mos管m
n5y
的s极连接电阻r
5y
的另一端、电阻r
6y
和mos管m
n6y
的d极，mos管m
n6y
的g极连接反相器的输出端，mos管m
n6y
的s极连接电阻r
6y
的另一端和电阻r
7y
，电阻r
7y
的另一端连接放大器op3的输出端；
[0075]
第五异或门xo5的输入端一端连接第六异或门xo6的输入端一端、第七异或门xo7的输入端一端、第八异或门xo8的输入端一端、第九异或门xo9的输入端一端、反相器的输入端、第十二引脚电平p
12
，第五异或门xo5的输入端另一端连接第七引脚电平p7，第六异或门xo6的输入端另一端连接第八引脚电平p8，第七异或门xo7的输入端另一端连接第九引脚电平p9，第八异或门 xo8的输入端另一端连接第十引脚电平p
10
，第九异或门xo9的输入端另一端连接第十一引脚电平p
11
。
[0076]
在具体实施例中：通过第五异或门xo5到第九异或门xo9以及反相器控制 nmos管导通与否，进而控制电阻是否有效的接入电路。此时第七到第十一引脚的电平分别与第十二引脚的电平进行异或逻辑运算，通过异或门输出的高低电平控制nmos管的导通或关断，若nmos管导通，那么该管子的源极和漏极之间跨接的电阻被短路；若nmos管关断，那么该管子源极和漏极之间跨接的电阻接入电路。
[0077]
对于反馈电阻校准电路，初始状态下，熔丝端口7～12的状态为“000000”。当微调反馈电阻部分基于初始反馈电阻值改变单位补偿电阻(x2)时，温度传感器输出曲线的最小补偿斜率(k
mc
)为：
[0078][0079]
根据实际斜率(k’)和典型斜率(k)，可以计算出需调整的x2的系数(c2)：
[0080]
round[(k'-k)/k
mc
]＝c2ꢀꢀꢀ
(11)
[0081]
系数(c2)的极性决定端口12的状态，而系数(c2)的大小决定端口7～11的状态。确定c2后，将其转换为相应的六位二进制。最后，根据熔丝端口“7～12”的状态烧录熔丝。例如，c2为-27，则相应端口“7-12”的状态为“110111”。电流方向如图5所示。
[0082]
对提出的输出特性的斜率校准方案进行了仿真，仿真结果如图9所示。可以看出，在最坏情况下，斜率的误差带为5mv/℃(从7.6到12.6mv/℃)。校准后，误差范围减小到0.2mv/℃(从10降低到10.2mv/℃)。
[0083]
在本实施例中：请参阅图2、图6、图7和图10，平衡电阻校准电路，用于在保证平衡电阻总阻值不变的前提下，调节他们阻值的比例，来微调芯片电压—温度输出特性曲线的截距。平衡电阻r4由固定电阻r
4f
、可变电阻r
4v
共同构成，平衡电阻r5由固定电阻r
5f
、可变电阻r
5v
共同构成，可变电阻器r
4v
和r
5v
之和被等分为128部分，每个小电阻被记录为x3，每个小电阻的两端分别依次连接不同的第一mos管的s极，共有128个第一mos管；
[0084]
128个第一mos管中的奇数位第一mos管的栅极连接第一反相器的输出端，128个第一mos管中的偶数位第一mos管的栅极连接第一反相器的输入端，第一反相器的输入端连接第一同或门xn1的输出端，第一个第一mos管的d极连接第二个第一mos管的d和第一个第二mos管的s极，第三个第一mos管的d极连接第四个第一mos管的d极和第二个第二mos管的s 极，依次如此，获取64个第二mos管；
[0085]
64个第二mos管中的奇数位第二mos管的栅极连接第二反相器的输出端， 64个第二mos管中的偶数位第二mos管的栅极连接第二反相器的输入端，第二反相器的输入端连接第二同或门xn2的输出端，第一个第二mos管的d 极连接第二个第二mos管的d极和第一个第三mos管的s极，第三个第二 mos管的d极连接第四个第二mos管的d和第二个第三mos管的s极，如获取64个mos管一样，获取32个第三mos管，依旧该连接方式依次获取 16个第四mos管，8个第五mos管，4个第六mos管，2个第七mos管；
[0086]
32个第三mos管中的奇数位第三mos管的栅极连接第三反相器的输出端， 32个第三mos管中的偶数位第三mos管的栅极连接第三反相器的输入端，第三反相器的输入端连接第三同或门xn3的输出端；
[0087]
16个第四mos管中的奇数位第四mos管的栅极连接第四反相器的输出端， 16个第四mos管中的偶数位第四mos管的栅极连接第四反相器的输入端，第四反相器的输入端连接第四同或门xn4的输出端；
[0088]
8个第五mos管中的奇数位第五mos管的栅极连接第五反相器的输出端， 8个第五mos管中的偶数位第五mos管的栅极连接第五反相器的输入端，第五反相器的输入端连接第五同或门xn5的输出端；
[0089]
4个第六mos管中的奇数位第六mos管的栅极连接第六反相器的输出端， 4个第六mos管中的偶数位第六mos管的栅极连接第六反相器的输入端，第六反相器的输入端连接第六同或门xn6的输出端；
[0090]
2个第七mos管的d极都连接放大器op3的同相端，2个第七mos管中的第一个第七mos管的栅极连接第七反相器的输出端，第二个第七mos管的栅极连接第七反相器的输入端、第十九引脚电平p
19
、第一同或门xn1的输入端一端、第二同或门xn2的输入端一端、第三同或门xn3的输入端一端、第四同或门xn4的输入端一端、第五同或门xn5的输入端一端和第六同或门xn6的输入端一端，第一同或门xn1的输入端另一端连接第十三引脚电平p
13
，第二
同或门xn2的输入端另一端连接第十四引脚电平p
14
，第三同或门xn3的输入端另一端连接第十五引脚电平p
15
，第四同或门xn4的输入端另一端连接第十六引脚电平p
16
，第五同或门xn5的输入端另一端连接第十七引脚电平p
17
，第六同或门xn6的输入端另一端连接第十八引脚电平p
18
。
[0091]
在具体实施例中：可变电阻器r
4v
和r
5v
之和被等分为128部分，每个小电阻被记录为x3，此时需要7个引脚，第十三到第十八引脚电平p
18
分别与第十九引脚电平p
19
进行2输入同或门逻辑运算，输出的高低电平直接或反相后分别控制第一mos管到第六mos管的导通和关断。第十九引脚电平p
19
还控制最下面两个第七mos管的状态。假设熔丝开始接的是低电平，记为“0”，那么熔断后通过mos的源极连接高电平，记为“1”，那么图6中左侧流程线表示第十三到第十九引脚的电平为“1111110”，此时1～6号熔丝全部熔断，取a 点电压送入放大器op3的同相端；那么图6中右侧流程线表示第十三到第十九引脚的电平为“1111111”，此时7根熔丝全部熔断，取b电电压送入放大器 op3的同相端；类似地，可以取任意两个小电阻之间的电压。
[0092]
对于平衡电阻校准电路，当微调平衡电阻部分基于初始平衡电阻改变单位补偿电阻(x3)时，温度传感器输出曲线的最小补偿截距(b
mc
)为：
[0093][0094]
根据实际输出电压(v
temp(27℃)’)和典型输出电压(v
temp(27℃)
)，可以计算出需要调整的x3的系数(c3)：
[0095]
round[(v
temp(27℃)
'-v
temp(27℃)
)/b
mc
]＝c3ꢀꢀꢀ
(13)
[0096]
系数(c3)的极性决定了端口“19”的状态，系数(c3)的大小决定了端口“13～18”的状态。确定c3后，将其转换为相应的七位二进制。最后，根据熔丝端口“13～19”的状态烧录熔丝。
[0097]
对提出的输出电压v
temp
(27℃)校准方案进行了仿真，仿真结果如图10所示。可以看出，在最坏的情况下，室温下传感器输出电压的误差范围为1.518v (从0.02v到1.538v)。校准后，误差范围为0.046v(0.750v到0.796v)。
[0098]
在本实施例中：晶圆级校准技术为，第一步，利用带隙基准电阻微调电路对带隙基准电压进行校准。利用带隙基准电压的典型输出值v
ref
和实际测量值 v
ref’计算校准系数c1，通过校准系数c1可以确定带隙熔丝组ap也即1～6号熔丝端口的烧录状态，按照该烧录状态进行1～6号熔丝的烧录。第二步，在校准完带隙基准电压后，通过反馈电阻校准电路校准传感器的输出特性的斜率。利用传感器的输出特性的输入典型斜率k和实际斜率k’计算校准系数c2,通过校准系数c2可以确定反馈熔丝组bp也即7～12号熔丝端口的烧录状态，按照该烧录状态进行7～12号熔丝的烧录。第三步，在校准完传感器的输出特性的斜率后，通过平衡电阻校准电路校准室温下传感器的输出电压。利用传感器的典型输出电压v
temp(27℃)
和实际测量电压v
temp(27℃)’计算系数c3，可以确定平衡熔丝组cp也即13～19号熔丝端口的烧录状态，按照该烧录状态进行13～19 号熔丝的烧录。确定1～19号熔丝端口状态并烧录后，校准完成。
[0099]
也即，熔丝烧断后的引脚状态记录为“1”，烧断前的状态记录为“0”；熔丝引脚的状态，决定同或门或异或门的输出状态，进而决定nmos阵列中 nmos管的导通或关闭，最终实
现通过微调接入电路中的电阻阻值来微调芯片整体输出。
[0100]
通过晶圆级校准方法校准的芯片结果如图11所示。可以看出，在-40℃
[0101]-125℃的温度范围内，测量值明显偏离典型值。通过提出的晶圆级校准方法进行校准后，校准值非常接近典型值，这大大减少了电阻工艺制造偏差引起的输出偏移。校准后芯片的测量误差如图12所示。实验结果表明，在-40℃-125℃的工作温度范围内，芯片精度可达
±
0.3℃。
[0102]
实施例2
[0103]
参照图1～7，本实施例提供了应用于cmos温度传感器的晶圆级校准电路，具体的，请参阅图1，为一种实现线性输出的cmos温度传感器的简化电路，包括：
[0104]vref
产生电路100，用于产生参考电压v
ref
；
[0105]vctat
产生电路200，用于产生与绝对温度成反比例的电压v
ctat
；
[0106]
减法器电路300，用于对电压v
ref
和电压v
ctat
进行一定比例的减法运算，以获取和温度成正比例的输出电压v
temp
；
[0107]vref
产生电路100连接v
ctat
产生电路200、减法器电路300，v
ctat
产生电路200连接减法器电路300；
[0108]vref
产生电路100包括带隙电阻校准电路101；
[0109]
带隙电阻校准电路101，用于控制带隙电阻接入电路的阻值大小，来微调 v
ref
；
[0110]
减法器电路300包括反馈电阻校准电路301、平衡电阻校准电路302；
[0111]
反馈电阻校准电路301，用于控制反馈电阻接入电路的阻值大小，来微调芯片电压—温度输出特性曲线的斜率；
[0112]
平衡电阻校准电路302，用于保证平衡电阻总阻值不变，调节阻值分配比例，来微调芯片电压—温度输出特性曲线的截距。
[0113]vref
产生电路100包括第一支路102和第二支路103，第一支路102和第二支路103分别对应连接于放大器op1的正向输入端和反向输入端；
[0114]
第一支路103上设置有第一晶体管(三极管q1)，第二支路103上设置有由n个第一晶体管并联组成的第二晶体管(三极管q2)。
[0115]
在本实施例中：请参阅图1，v
ref
产生电路包括带隙电阻r3、带隙电阻r1、放大器op1、mos管m
n1
，放大器op1的反相端连接电阻r3，放大器op1的同相端连接电阻r1，带隙电阻r3的另一端连接带隙电阻r1的另一端、mos管 m
n1
的s极与减法器电路，mos管m
n1
的d极接v
dd
，mos管m
n1
的g极连接放大器op1的输出端，带隙电阻r1、带隙电阻r3阻值相同。
[0116]
在本实施例中：请参阅图1，v
ctat
产生电路包括电阻r2、三极管q2、三极管q1、放大器op2，电阻r2的一端连接放大器op1的反相端，三极管q1的发射极连接放大器op1的同相端、放大器op2的同相端，电阻r2的另一端连接三极管q2的发射极，三极管q2的基极接地，三极管q2的集电极接地，三极管q1的基极接地，三极管q1的集电极接地，放大器op2的反相端连接放大器op2的输出端和减法器电路，三极管q2是由n个并列的三极管q1所组成，为了提高芯片版图的匹配度，n取48。
[0117]mn1
是一个源极跟随器，仿真发现，在电路正常工作时，m
n1
一直处于饱和状态。
[0118]
第一支路102上设置有带隙电阻r1，第二支路103上设置有带隙电阻r3，带隙电阻r1和带隙电阻r3均由带隙调整电阻串联组成，带隙电阻校准电路101 包括带隙开关101a，带
隙开关101a与部分带隙调整电阻并联，并由带隙控制件101b控制通断；
[0119]
带隙控制件101b包括带隙逻辑判断门和带隙熔丝组ap。
[0120]
带隙电阻包括带隙调整电阻，在本实施例中，具体包括电阻r
2x
、电阻r
3x
、电阻r
4x
、电阻r
5x
、电阻r
6x
、电阻r
7x
、电阻r
8x
、电阻r
9x
，电阻r
2x
、电阻 r
3x
、电阻r
4x
、电阻r
5x
共同构成带隙电阻r3，电阻r
6x
、电阻r
7x
、电阻r
8x
、电阻r
9x
共同构成带隙电阻r1；
[0121]
电阻r
5x
的一端连接放大器op的输出端和电阻r
9x
，电阻r
5x
的另一端连接电阻r
4x
和mos管m
n3x
的d极，mos管m
n3x
的s极连接mos管m
n2x
的 d极、电阻r
4x
的另一端和电阻r
3x
，mos管m
n2x
的s极连接mos管m
n1x
的d极、电阻r
3x
的另一端和电阻r
2x
，mos管m
n1x
的s极连接电阻r
2x
的另一端、放大器op的反相端和电阻r
1x
，电阻r
9x
的另一端连接电阻r
8x
和 mos管m
n4x
的d极，mos管m
n4x
的s极连接mos管m
n5x
的d极、电阻 r
8x
的另一端和电阻r
7x
，mos管m
n5x
的s极连接mos管m
n6x
的d极、电阻 r
7x
的另一端电阻和r
6x
，mos管m
n6x
的s极连接电阻r
6x
的另一端、放大器 op的同相端，mos管m
n3x
的g极通过反相器连接第三引脚电平p3，mos管 m
n2x
的g极连接第一异或门xo1的输出端，mos管m
n1x
的g极连接第二异或门xo2的输出端，mos管m
n4x
的g极通过反相器连接第六引脚电平p6， mos管m
n5x
的g极连接第三异或门xo3的输出端，mos管m
n6x
的g极连接第四异或门xo4的输出端；
[0122]
第一异或门xo1的输入端一端连接第二异或门xo2的输入端一端和第三引脚电平p3，第三异或门xo3的输入端一端连接第四异或门xo4的输入端一端和第六引脚电平p6，第一异或门xo1的输入端另一端连接第二引脚电平p2，第二异或门xo2的输入端另一端连接第一引脚电平p1，第三异或门xo3的输入端另一端连接第五引脚电平p5，第四异或门xo4的输入端另一端连接第四引脚电平p4。
[0123]
带隙开关101a为m
n1x
～m
n6x
，带隙逻辑判断门即异或门xo1～xo4，以及非门。
[0124]
进一步的，在本实施例中：请参阅图1，减法器电路包括平衡电阻r4、平衡电阻r5、电阻r6、反馈电阻r7、放大器op3，平衡电阻r4的一端连接v
ref
产生电路，平衡电阻r4的另一端连接平衡电阻r5和放大器op3的同相端，电阻r6的一端连接v
ctat
产生电路，电阻r6的另一端连接反馈电阻r7和放大器 op3的反相端，反馈电阻r7的另一端连接放大器op3的输出端。
[0125]
具体的，减法器电路300中设置有反馈电阻r7，反馈电阻r7由反馈调整电阻串联组成；反馈电阻校准电路301包括反馈开关301a，反馈开关301a与部分反馈调整电阻并联，并由反馈控制件301b控制通断；反馈控制件301b包括反馈逻辑判断门和反馈熔丝组bp。
[0126]
反馈电阻r7包括电阻r
1y
、电阻r
2y
、电阻r
3y
、电阻r
4y
、电阻r
5y
、电阻 r
6y
和电阻r
7y
，电阻r
1y
、电阻r
2y
、电阻r
3y
、电阻r
4y
、电阻r
5y
、电阻r
6y
和电阻r
7y
共同构成反馈电阻r7，电阻r
1y
的一端连接放大器op3的反相端、 mos管m
n1y
的d极，mos管m
n1y
的g极连接第五异或门xo5的输出端， mos管m
n1y
的s极连接电阻r
1y
的另一端、电阻r
2y
和mos管m
n2y
的d极， mos管m
n2y
的g极连接第六异或门xo6的输出端，mos管m
n2y
的s极连接电阻r
2y
的另一端、电阻r
3y
和mos管m
n3y
的d极，mos管m
n3y
的g极连接第七异或门xo7的输出端，mos管m
n3y
的s极连接电阻r
3y
的另一端、电阻r
4y
和mos管m
n4y
的d极，mos管m
n4y
的g极连接第八异或门xo8的输出端，mos管m
n4y
的s极连接电阻r
4y
的另一端、电阻r
5y
和mos管m
n5y
的d极，mos管m
n5y
的g极连接第九异或门xo9的输出端，mos管m
n5y
的s极连接电阻r
5y
的另一端、电阻r
6y
和mos管m
n6y
的d极，mos管m
n6y
的g极连接反相器的输出端，mos管m
n6y
的s极连接电阻r
6y
的另一端和电阻r
7y
，电阻r
7y
的另一端连接放大器op3的输出端；
[0127]
第五异或门xo5的输入端一端连接第六异或门xo6的输入端一端、第七异或门xo7的输入端一端、第八异或门xo8的输入端一端、第九异或门xo9的输入端一端、反相器的输入端、第十二引脚电平p
12
，第五异或门xo5的输入端另一端连接第七引脚电平p7，第六异或门xo6的输入端另一端连接第八引脚电平p8，第七异或门xo7的输入端另一端连接第九引脚电平p9，第八异或门xo8的输入端另一端连接第十引脚电平p
10
，第九异或门xo9的输入端另一端连接第十一引脚电平p
11
。
[0128]
反馈开关301a为m
n1y
～m
n6y
，mos管反馈逻辑判断门为异或门xo5～xo9，以及非门。
[0129]
减法器电路300中还设置有可变电阻r
4v
和可变电阻r
5v
，可变电阻r
4v
和可变电阻r
5v
的阻值和固定且等分成多个平衡调整电阻；平衡电阻校准电路302 包括平衡开关302a，平衡开关302a部分与平衡调整电阻并联，并由于平衡控制件302b控制通断；平衡控制件302b包括平衡逻辑判断门和平衡熔丝组cp。
[0130]
平衡电阻r4由固定电阻r
4f
、可变电阻r
4v
共同构成，平衡电阻r5由固定电阻r
5f
、可变电阻r
5v
共同构成，可变电阻r
4v
和可变电阻r
5v
的阻值和为20.955 kω，将其等分成127个小电阻，每个小电阻的两端分别依次连接不同的第一 mos管的s极，共有128个第一mos管；
[0131]
128个第一mos管中的奇数位第一mos管的栅极连接第一反相器的输出端，128个第一mos管中的偶数位第一mos管的栅极连接第一反相器的输入端，第一反相器的输入端连接第一同或门xn1的输出端，第一个第一mos管的d极连接第二个第一mos管的d和第一个第二mos管的s极，第三个第一mos管的d极连接第四个第一mos管的d极和第二个第二mos管的s 极，依次如此，获取64个第二mos管；
[0132]
64个第二mos管中的奇数位第二mos管的栅极连接第二反相器的输出端， 64个第二mos管中的偶数位第二mos管的栅极连接第二反相器的输入端，第二反相器的输入端连接第二同或门xn2的输出端，第一个第二mos管的d 极连接第二个第二mos管的d极和第一个第三mos管的s极，第三个第二 mos管的d极连接第四个第二mos管的d和第二个第三mos管的s极，如获取64个mos管一样，获取32个第三mos管，依旧该连接方式依次获取 16个第四mos管，8个第五mos管，4个第六mos管，2个第七mos管；
[0133]
32个第三mos管中的奇数位第三mos管的栅极连接第三反相器的输出端， 32个第三mos管中的偶数位第三mos管的栅极连接第三反相器的输入端，第三反相器的输入端连接第三同或门xn3的输出端；
[0134]
16个第四mos管中的奇数位第四mos管的栅极连接第四反相器的输出端， 16个第四mos管中的偶数位第四mos管的栅极连接第四反相器的输入端，第四反相器的输入端连接第四同或门xn4的输出端；
[0135]
8个第五mos管中的奇数位第五mos管的栅极连接第五反相器的输出端， 8个第五mos管中的偶数位第五mos管的栅极连接第五反相器的输入端，第五反相器的输入端连接第五同或门xn5的输出端；
[0136]
4个第六mos管中的奇数位第六mos管的栅极连接第六反相器的输出端，4个第六mos管中的偶数位第六mos管的栅极连接第六反相器的输入端，第六反相器的输入端连接第六同或门xn6的输出端；
[0137]
2个第七mos管的d极都连接放大器op3的同相端，2个第七mos管中的第一个第七mos管的栅极连接第七反相器的输出端，第二个第七mos管的栅极连接第七反相器的输入
端、第十九引脚电平p
19
、第一同或门xn1的输入端一端、第二同或门xn2的输入端一端、第三同或门xn3的输入端一端、第四同或门xn4的输入端一端、第五同或门xn5的输入端一端和第六同或门xn6的输入端一端，第一同或门xn1的输入端另一端连接第十三引脚电平p
13
，第二同或门xn2的输入端另一端连接第十四引脚电平p
14
，第三同或门xn3的输入端另一端连接第十五引脚电平p
15
，第四同或门xn4的输入端另一端连接第十六引脚电平p
16
，第五同或门xn5的输入端另一端连接第十七引脚电平p
17
，第六同或门xn6的输入端另一端连接第十八引脚电平p
18
。
[0138]
反馈开关301a为第一mos管～第七mos管组成的开关矩阵，平衡逻辑判断门包括同或门xn1～xn6以及非门。
[0139]
进一步的，在本实施例中：请参阅图1，三极管q2、三极管q1、电阻r2、电阻r1、电阻r3、放大器op1共同构成带隙基准电路，三极管q2、三极管q1的基极-发射极电压v
be2
与v
be1
是负温度系数电压，而v
be2
与v
be1
的差值δv
be
是正温度系数电压，带隙基准电路中的运算放大器可以将具有正温度系数和负温度系数的电压相加，以产生近似与温度无关的电压(v
ref
)。与温度成反比的电压v
ctat
取自三极管q1的基极-发射极电压v
be1
，由于v
ref
和v
ctat
电压的驱动能力较差，需要分别使用源极跟随器m
n1
和单位增益放大器op2来提高驱动能力。减法器电路用于对电压v
ref
和电压v
ctat
进行一定比例的减法运算，以获取和温度成正比例的高线性度的输出电压v
temp
。
[0140]
在本实施例中：请参阅图1，带隙参考电压(v
ref
)可以表示为：
[0141][0142]
温度传感器的输出电压(v
temp
)可以表示为：
[0143][0144]
通过对输出电压(v
temp
)求导，可获得其温度系数：
[0145][0146]
当等于0时:
[0147][0148]
在本实施例中：电源电压为5v，温度范围为-40℃至125℃。带隙参考电压的温度漂移系数为26.5ppm/℃，这表明v
ref
具有较低的温度漂移系数。此外，电源抑制比(psrr)非常高，在低频时约为70db。当电源电压为4-7v 时，v
temp
的变化在1mv以内，电源电压灵敏度为0.05℃/v。输出特性线性拟合的相关系数为0.99996。此时，温度传感器的典型温度-电压输出曲线方程可近似写成：
[0149]vtemp
(mv)＝kt b(5)
[0150]
在本实施例中：请参阅图1，在批量制造过程中，不可避免的工艺变化，如杂质分布、掩模对准模糊和厚度不均匀等，会导致电阻的跟踪误差。在铸造制造过程中，r
1-r7的跟踪误差约为
±
10％。因此，根据公式(7)、(8)和(9)，对于同一批芯片，输出电压(v
temp
)的斜率和截距以及带隙参考电压(v
ref
)可能会产生不可避免的误差。考虑到工艺偏差的影响，传感器的实际输出电压(v
temp’)可以写为：
[0151]vtemp
'(mv)＝k't b'
ꢀꢀꢀ
(6)
[0152]
k'和b'都与工艺偏差有关：
[0153][0154]
因此，根据不同的功能，将图1电阻分为三部分。第一部分为带隙电阻r1和r3。第二部分为反馈电阻r7。第三部分为减法器电路的平衡电阻r4和r5。通过调整这三个部分的电阻值，可以有效地补偿工艺偏差。
[0155]
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本技术的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
[0156]
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
[0157]
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
[0158]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。