專利名稱：使用單片檢測(cè)電阻器準(zhǔn)確地測(cè)量電流的方法和裝置的制作方法
使用單片檢測(cè)電阻器準(zhǔn)確地測(cè)量電流的方法和裝置有關(guān)申請(qǐng)的交叉參照本申請(qǐng)要求2009年10月22日提交的題為“METHOD AND APPARATUS FOR ACCURATELY MEASURING CURRENTS USING ON CHIP SENSE RESISTORS”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng) 61，253，904(代理人案件號(hào)SE-2722-AN/INTEP101US)的權(quán)益，該申請(qǐng)全部引用在此作為參考。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的示例體系結(jié)構(gòu)的高級(jí)功能模塊圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的示例性方法；圖3示出了測(cè)量模塊的示例實(shí)現(xiàn)方式；圖4示出了控制模塊的示例實(shí)現(xiàn)方式；圖5示出了耦合到補(bǔ)償模塊的測(cè)量模塊的示例實(shí)現(xiàn)方式；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的備選電路實(shí)現(xiàn)方式；圖7示出了用于產(chǎn)生控制信號(hào)的示例方法；圖8示出了用于校正指示檢測(cè)到的實(shí)際負(fù)載電流的信號(hào)的示例方法圖9示出了用于補(bǔ)償模塊的示例方法；以及圖10示出了可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施方式的示例系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施方式涉及使用單片(on-chip)檢測(cè)電阻器準(zhǔn)確地測(cè)量電流，更具 體地講，涉及自適應(yīng)地補(bǔ)償由工藝與溫度變化所引起的單片檢測(cè)電阻器的電阻變化所導(dǎo) 致的誤差。本發(fā)明的實(shí)施方式的應(yīng)用可以包括自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)的精密參數(shù)測(cè)量單元 (PPMU)。在器件測(cè)試期間，可使用PPMU測(cè)量參數(shù)(比如器件引腳處的電壓和電流)并調(diào)節(jié) 這種參數(shù)。PPMU嘗試確保在測(cè)試期間將合適的參數(shù)值應(yīng)用于待測(cè)器件(DUT)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了包括復(fù)制電阻器的控制電路。該控制電路使期望 的負(fù)載電流流過該復(fù)制電阻器，并產(chǎn)生用于指示該復(fù)制電阻器兩端的電壓降的控制信號(hào)， 該控制信號(hào)隨著溫度和工藝條件的變化而變化。包括單片檢測(cè)電阻器的電流檢測(cè)電路檢測(cè) 實(shí)際的負(fù)載電流，并產(chǎn)生用于指示檢測(cè)到的電流的輸出信號(hào)。單片電阻器和復(fù)制電阻器是 由特性基本上相同的材料制成的，并且彼此靠近，使得任何溫度和工藝變化都將以基本上 相同的方式影響著這兩個(gè)電阻器。補(bǔ)償電路被用于在整個(gè)滿刻度負(fù)載電流范圍內(nèi)補(bǔ)償工藝和溫度變化對(duì)單片電阻 器的性能的影響。補(bǔ)償電路使用高度線性的跨導(dǎo)(gm)級(jí)。通過使用上述控制信號(hào)，調(diào)節(jié)線 性gm級(jí)的增益。電流檢測(cè)電路所產(chǎn)生的輸出信號(hào)是作為輸入被提供給線性gm級(jí)的。補(bǔ)償 電路使用控制信號(hào)來更準(zhǔn)確地反映測(cè)得的電流1。結(jié)合附圖描述本發(fā)明，其中相同的標(biāo)號(hào)被用于指代相同的元件。在下面的描述中， 為了解釋，闡明了大量的具體細(xì)節(jié)和示例，為的是透徹理解本發(fā)明的各實(shí)施方式。然而，本發(fā)明的各實(shí)施方式可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下得到實(shí)施，并且并不限于這些具體細(xì) 節(jié)和示例。另外，以框圖形式示出了公知的結(jié)構(gòu)和器件，為的是幫助描述本發(fā)明。此外，在 本文中，“示例性” 一詞意指一個(gè)示例、實(shí)例或示出。本文所描述的“示例性”的任何方面或 設(shè)計(jì)并不必然地被解釋成優(yōu)于其它方面或設(shè)計(jì)。“示例性”一詞的使用旨在以具體的方式呈 現(xiàn)許多概念。此外，“耦合” 一詞意指直接或間接的電或機(jī)械的耦合。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的集成電路芯片(IC)的功能模塊。IC 100包 括控制模塊102、測(cè)量模塊104和補(bǔ)償模塊106。控制模塊102接收兩個(gè)輸入信號(hào)用于指 示測(cè)量模塊104的期望電壓(比如期望的滿刻度電壓)的信號(hào)(VMI_fs)；以及用于指示測(cè) 量模塊104的期望電流(比如期望的滿刻度電流)的信號(hào)(Iref)。通過使Iref電流流過 控制模塊102中所包括的復(fù)制電阻器，控制模塊102為測(cè)量模塊104產(chǎn)生預(yù)期的電壓(比 如預(yù)期的滿刻度電壓)VMI_ref?；赩MI_fs和VMI_ref數(shù)值之間的比較，控制模塊102產(chǎn) 生一輸出控制信號(hào)(GM_CTRL)，用于指示復(fù)制電阻器的數(shù)值。為了產(chǎn)生這些信號(hào)并執(zhí)行這種 比較，控制模塊102包括精密的電流源、具有增益控制的線性跨導(dǎo)(gm)放大器、兩個(gè)運(yùn)算放 大器(Op-Amp)以及補(bǔ)償電阻器。測(cè)量模塊104包括至少一個(gè)單片檢測(cè)電阻器。測(cè)量模塊104接收來自輸出級(jí)的實(shí) 際的負(fù)載電流(ILOAD)，并且通過使用單片檢測(cè)電阻器來檢測(cè)該負(fù)載電流。測(cè)量模塊104產(chǎn) 生一輸出信號(hào)(MI_0utput)，用于指示檢測(cè)到的電流。測(cè)量模塊104包括多個(gè)運(yùn)算放大器 (op-amp)以產(chǎn)生MI_0utput信號(hào)，該信號(hào)正比于流過單片檢測(cè)電阻器的電流。復(fù)制電阻器基本上相似于單片電阻器。復(fù)制電阻器可以被設(shè)置在與單片電阻器相 同的(或基本上相似的)材料中，且位置大致相同，同時(shí)隨著工藝中的薄層電阻的變化相同 (或大致相似)，和/或溫度系數(shù)相同(或大致相似)。本文中相對(duì)于復(fù)制電阻器而使用的 術(shù)語(yǔ)“大致相似”意指與單片電阻器足夠相似(比如在電阻值、材料組成等方面)從而使復(fù) 制電阻器的電阻變化與單片電阻器的電阻變化相同、或與后者成比例、和/或是后者經(jīng)縮 放的版本。另外，術(shù)語(yǔ)“大致相似”也可以意指數(shù)值方面相差一個(gè)已知的和/或指定的偏移 值。復(fù)制電阻器可以是測(cè)量模塊104的單片電阻器的經(jīng)縮放的版本，并且可以是在芯片的 內(nèi)部。此外，術(shù)語(yǔ)“位置大致相同，，是指靠近單片電阻器的任何位置，使得單片電阻器和復(fù) 制電阻器經(jīng)歷相同或大致相同的環(huán)境并由此經(jīng)歷相同和/或大致相似的溫度/工藝變化。隨著溫度變化和/或工藝變化，單片電阻器呈現(xiàn)出一些變化，這導(dǎo)致電流檢測(cè)方 面的誤差。這些變化是線性的或接近于線性的。電阻的溫度系數(shù)α可以用百萬分之幾 (PPM)/攝氏度來表達(dá)，并且由下式進(jìn)行定義Rt2 = RTi χ[1+α (T2-Ti)]；其中Ti可以是初始 溫度，T2可以是最終的溫度，RTi可以是初始電阻，Rt2可以是溫度T2時(shí)的電阻，并且α可以 是溫度系數(shù)。α的數(shù)值不是恒定的，但是可能取決于初始溫度，電阻的增量基于該初始溫 度。例如，當(dāng)增量是基于0°C時(shí)測(cè)得的電阻時(shí)，則α可以具有數(shù)值α(ι。在另一個(gè)初始溫度 t °C時(shí)，α的數(shù)值可以是dt。此外，電阻的溫度系數(shù)可以是負(fù)的或正的。補(bǔ)償模塊106接收作為輸入的GM_CTRL和MI_output信號(hào)，并且使用GM_CTRL信 號(hào)來校正MI_0utput信號(hào)中的誤差。MI_0utput信號(hào)中的誤差源自檢測(cè)電阻器的電阻值的 變化，這是因薄層電阻和溫度的變化所導(dǎo)致的。補(bǔ)償模塊106產(chǎn)生作為輸出的經(jīng)校正的MI_ output信號(hào)(MI_C0rrect)。補(bǔ)償模塊106包括具有增益控制的全異線性跨導(dǎo)(gm)放大器、運(yùn)算放大器以及補(bǔ)償電阻器。線性gm放大器的增益可以通過控制部件102所產(chǎn)生的控制 信號(hào)來進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)，該控制信號(hào)是基于薄層電阻和復(fù)制電阻器的溫度的變化?？刂颇?塊102、測(cè)量模塊104和/或補(bǔ)償模塊106可以集成在共同的IC 100上或者在多個(gè)IC(未 示出)中實(shí)現(xiàn)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的控制模塊、測(cè)量模塊和補(bǔ)償模塊的示例方 法。根據(jù)流程圖200，在步驟212處，控制模塊102接收兩個(gè)輸入用于指示測(cè)量模塊104的 期望的滿刻度電壓值的信號(hào)(VMI_fs)；以及用于指示測(cè)量模塊104的期望的滿刻度電流的 信號(hào)(Iref)在步驟214中，通過使Iref流過控制模塊102中所包括的復(fù)制電阻器，確定測(cè) 量模塊214的檢測(cè)電阻器兩端預(yù)期的電壓值(VMI_ref)。在步驟216中，控制模塊102基于 VMI_fs和VMI_ref信號(hào)之間的比較產(chǎn)生輸出控制信號(hào)(GM_CTRL)。在步驟222中，通過使用測(cè)量模塊104中所包括的單片檢測(cè)電阻器，測(cè)量模塊104 測(cè)量負(fù)載電流。在步驟2M中，測(cè)量模塊104產(chǎn)生一輸出信號(hào)(MI_0utput)，用于指示檢測(cè)到 的電流。在步驟232中，補(bǔ)償模塊106接收作為輸入的GM_CTRL和MI_output信號(hào)。在步驟 234中，補(bǔ)償模塊106基于GM_CTRL和MI_output信號(hào)的數(shù)值產(chǎn)生輸出信號(hào)(MI_correct)。圖3示出了測(cè)量模塊104的示例實(shí)現(xiàn)方式。通過使用單片電阻器RmeaSUre306檢 測(cè)輸出級(jí)中的電流，電路104可以測(cè)量實(shí)際的負(fù)載電流IL0AD。由Rmeasure 306檢測(cè)到的電 流被稱為VMI_sense電壓。運(yùn)算放大器308、310和312可以與電阻器314、316、318和320 耦合，正如圖3所示那樣，以形成儀器放大器電路。儀器放大器是一種已配有輸入緩沖器的 差分放大器，不再需要輸入阻抗匹配并由此使該放大器特別適合用于測(cè)量和測(cè)試裝備。根據(jù)應(yīng)用，電阻器314、316、318和320可以具有合適的電阻值或比例。例如，如 圖3所示，電阻器314、316、318和320可以具有數(shù)值Rl或R2，其中Rl和R2可以是任何合 適的電阻值和/或具有任何合適的比例(比如1 2、2 1等)。運(yùn)算放大器308、310和 312可以被設(shè)置成提供最大增益，并且通過改變電阻器314、316、318和320的電阻值，可以 調(diào)節(jié)儀器放大器的增益。電路104在節(jié)點(diǎn)322處產(chǎn)生輸出電壓(VMI_output電壓)，該輸出電壓正比于流 過電阻器306的電流(該電流等于IL0AD)。VMI_output電壓可以按下式計(jì)算VMI_output =Iload χ Rmeasure χ(R2/R1)χ(1+TC χ DeltaT)χ(1+DeltaRSH)，其中 TC 意指溫度系數(shù)， DeltaT意指溫度的變化，并且DeltaRSH意指薄層Iiho的變化。溫度和工藝變化可以引起 用Rmeasure 306檢測(cè)到的電流的誤差。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，控制部件102和補(bǔ)償部件 106被用于消除這些誤差和/或使這些誤差達(dá)到最小。應(yīng)該理解，可以使用其它不包括儀器 放大器的電流測(cè)量電路來實(shí)現(xiàn)測(cè)量部件104。圖4示出了控制模塊102的示例實(shí)現(xiàn)方式。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，控制模塊 102幫助調(diào)節(jié)單片檢測(cè)電阻器的工藝和溫度變化。電路102包括理想的和/或精密的電流 源(Iref)408、復(fù)制測(cè)量電阻器(Rr印lica)410、具有增益控制的線性跨導(dǎo)放大器(Linear_ gm_Ampla)412(也被稱為線性gm放大器、跨導(dǎo)放大器、gm放大器等)、第一運(yùn)算放大器 (Ampla)414、第二運(yùn)算放大器(Amp2)416和補(bǔ)償電阻器(Rcomp)418。Iref電流408可以是測(cè)量模塊104中預(yù)期的滿刻度電流經(jīng)縮放的版本。Rreplica 電阻器410可以是單片電阻器，并且可以是Rmeasure電阻器306經(jīng)縮放的版本。電路102 可以產(chǎn)生被稱為GM_CTRL的輸出控制信號(hào)，其中補(bǔ)償模塊106可以使用GM_CTRL來調(diào)節(jié)檢測(cè)電阻器(Rmeasure) 306的諸多變化(比如但不限于工藝和/或溫度變化)。電路102可 以利用這兩個(gè)輸入信號(hào)VMI_ref和VMI_fs以產(chǎn)生輸出控制信號(hào)。VMI_fs輸入是測(cè)量模 塊104的負(fù)載的期望的滿刻度電壓。VMI_ref輸入是在期望的滿刻度電流處檢測(cè)電阻器 (Rmeasure) 306兩端預(yù)期的電壓。根據(jù)應(yīng)用，VMI_fs和VMI_ref可以包括任何合適的伏特 值。GM_CTRL輸出可以控制線性gm級(jí)(linear_gm_ampla) 412的增益，并且也可以控制補(bǔ)償 部件106中的全異線性gm級(jí)506的增益。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可以從外部電阻器(比如每個(gè)芯片有一個(gè)外部電阻器) 中產(chǎn)生理想的/精密的電流源Iref408。理想的/精密的電流源Iref408可以是溫度穩(wěn)定 的電流源。電阻器Rr印Iica 410可以被設(shè)置在與檢測(cè)電阻器Rmeasure 306同一類型的材 料中，和/或被設(shè)置在與檢測(cè)電阻器Rmeasure 306大致相同的位置處?？梢岳斫猓娮杵?410和306可以被設(shè)置在大部分同一類型的材料(比如金屬、合金、元件等)中，例如，這種 材料具有相同的或基本上相似的電、熱和/或機(jī)械性質(zhì)。電阻器Rr印Iica 410隨工藝中的 薄層電阻的變化可以與Rmeasure 306相同(或大致相似)，并且溫度系數(shù)也相同(或大致 相似)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，VMI_Ref處的電壓可以是正比于電阻器Rr印lica410的 電壓(例如，通過使用歐姆定律V = IxR)。Iref 408的值是已知的或可以是恒定的；然而， Rreplica 410的電阻可以基于各種因素而變化，比如但不限于溫度和/或薄層電阻。相應(yīng) 地，VMI_op電壓可以隨各種因素的變化而變化。VMI_op可以被緩沖到運(yùn)算放大器Ampla 414。最初，當(dāng)線性gm級(jí)412的增益是零時(shí)(比如Linear_gm_Ampla 412是斷開的)，運(yùn)算 放大器414可以將VMI_ref信號(hào)緩沖到運(yùn)算放大器416。此外，運(yùn)算放大器416可以將期望的滿刻度電壓(VMI_fs)與預(yù)期的滿刻度電壓 (VMI_ref)進(jìn)行比較。這些電壓的差異可能是因Rr印Iica的電阻變化而導(dǎo)致的(比如隨工 藝和溫度的變化而變化)。如果VMI_ref小于VMI_fs，則GM_CTRL信號(hào)是正的，由此增大線 性gm級(jí)412的增益，直到VMI_op等于VMI_fs。如果VMI_ref大于VMI_fs，則GM_CTRL信 號(hào)是負(fù)的，由此減小線性gm級(jí)412的增益，直到VMI_op等于VMI_fs。線性gm級(jí)412可以 包括負(fù)的gm以及正的gm。此外，盡管圖4所示電路102中使用了運(yùn)算放大器414和416， 但是其它電路、部件和/或器件也可以被用于比較和/或放大VMI_ref與VMI_fs之間的差 異(比如電壓方面的差異)。為了示出控制模塊102的操作，作為示例，定義了測(cè)量電流范圍，其中，+1伏特可 以被定義成對(duì)應(yīng)于1安培的電流，-1伏特可以被定義成對(duì)應(yīng)于-1安培的電流。當(dāng)Linear_ gm_Ampla 412是斷開的時(shí)候，通過使用運(yùn)算放大器416可以對(duì)VMI_ref進(jìn)行緩沖并且將其 與VMI_fs進(jìn)行比較。如果薄層電阻很小，則Rr印Iica 410的電阻可能低于預(yù)期/理想的 值，相應(yīng)地，VMI_ref (它被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生相同的滿刻度電壓1伏特)可能實(shí)際上小于1伏特 (比如0. 8伏特)。在那種情況下，Amp2 416可以比較VMI_ref和VMI_fs,并且將GM_CTRL 信號(hào)驅(qū)動(dòng)至高電平，由此增大了 Linear_gm_Ampla 412的gm。當(dāng)GM_CTRL電壓的值增大時(shí)， IOUTN和IOUTP的輸出電流的值也增大。IOUTP可以是源電流，OUTN可以是吸收電流，反之 亦然。IOUTN和IOUTP可以具有相同的值，并且是相等且反向的電流。在本示例中，到Linear_gm_Ampla 412的輸入應(yīng)是0. 8伏特(來自VMI_ref)。當(dāng) Linear_gm_Ampla 412的gm開始上升時(shí)(比如因GM_CTRL的值上升而導(dǎo)致的)，Rcomp電阻器418兩端的電壓將增大。Rcomp電阻器418兩端的電壓被定義為IOOTxRcomp，它可以 等于0. 2伏特，其中IOUT可以是IOUTN或IOUTP的大小。相應(yīng)地，將作為輸入的偏移提供 給運(yùn)算放大器414，它使運(yùn)算放大器414的輸出電壓增大。在本示例中，運(yùn)算放大器414的 輸出電壓可以等于0. 8伏特+0. 2伏特=1伏特。這樣，GM_CTRL可以將偏移提供給運(yùn)算放 大器414的輸入電壓，直到到運(yùn)算放大器416的輸入是相等的。當(dāng)?shù)竭\(yùn)算放大器416的輸 入是相等的時(shí)候，GM_CTRL的值將不再變化。盡管上面的示例描述了 Rr印Iica 410的電阻因溫度變化而變得低于理想值這樣 一種情況，但是Rr印Iica 410的電阻變得高于理想值這樣一種情況也是可能的。在這種情 況下，GM_CTRL的值將是負(fù)的，這將導(dǎo)致負(fù)的輸入電壓被提供給運(yùn)算放大器414。相應(yīng)地，運(yùn) 算放大器414的輸出電壓將被調(diào)節(jié)，使得到運(yùn)算放大器416的輸入(具體來講就是運(yùn)算放 大器414的輸出電壓)與VMI_fs變?yōu)橄嗟取comp 418兩端的電壓即IOUTxRcomp可以在滿刻度電流范圍的線性與其余部分 中變化。例如，在VMI_ref值是OV時(shí)，輸出電流IOUTP可以是0安培。在VMI_ref值是0. 8V 時(shí)，Linear_gm_Ampla 412可以輸出足夠大的電流IOUTP (或I0UTN)以使Rcomp 418兩端 的電壓等于0. 2V，而在VMI_ref值是-0. 8V時(shí)，Linear_gm_Ampla 412可以輸出足夠大的電 流IOUTP (或I0UTN)以使Rcomp 418兩端的電壓等于-0. 2V。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，VMI_ ref值是根據(jù)Iref的預(yù)定值來設(shè)置的。圖5示出了耦合到測(cè)量模塊104的補(bǔ)償模塊106的示例實(shí)現(xiàn)方式。補(bǔ)償模塊 106被用于修改由測(cè)量模塊104所產(chǎn)生的輸出電壓(MI_0utput)。此外，該輸出電壓(MI_ output)正比于流過電阻器Rmeasure 306的電流ILOAD以及電阻器Rmeasure 306的電阻。 當(dāng)Rmeasure 306的電阻值變化時(shí)(例如，隨溫度、工藝等的變化而變化)，輸出電壓(MI_ output)也變化。補(bǔ)償電路106可以調(diào)節(jié)(比如加/減)輸出電壓(MI_output)以抵消電 阻變化的影響。補(bǔ)償電路106包括具有增益控制的線性跨導(dǎo)放大器(Linear_gm_Amp 1)506、運(yùn)算 放大器(Ampl) 504和補(bǔ)償電阻器(Rcomp)508?；趩纹瑥?fù)制電阻器(Rr印lica) 410的薄 層電阻和溫度，由從控制模塊102中接收到的GM_CTRL信號(hào)來設(shè)置線性gm級(jí)506的增益。 Linear_gm_Ampl 506使用GM_CTRL信號(hào)來控制上述增益。當(dāng)在檢測(cè)電阻器(Rmeasure) 306 兩端檢測(cè)電流時(shí)，線性gm級(jí)(Linear_gm_Ampl) 506可以產(chǎn)生正比電流，該電流可以對(duì)MI_ output加上/減去一電壓以校正和/或補(bǔ)償電阻器Rmeasure 306處的諸多變化(比如但 不限于薄層電阻和/或溫度的變化)。MI_output可以被縮放，使得它可以變得等于ILOAD χ Rmeasure (通過使用歐姆 定律)。例如，在滿刻度處(其中ILOAD等于預(yù)期的滿刻度)，MI_0utput可以是0. 8伏特 (比如因電阻器Rmeasure 306處的變化而導(dǎo)致的)。此外，Linear_gm_Ampl 506的輸入可 以是0. 8伏特，從Linear_gm_Ampl 506中出來的電流可以足夠大以使Rcomp 508兩端的電 壓(V = IxRcomp)等于0.2伏特。此外，linear_gm_Ampl 506的增益可以被GM_CTRL信號(hào) 控制，使得從Linear_gm_Ampl 506中出來的電流可以足夠大以將Rcomp 508兩端的電壓設(shè) 置成等于0.2伏特。相應(yīng)地，在本示例中，Ampl 504可以輸出一個(gè)等于1伏特的電壓MI_ correct ο由此，滿刻度電流ILOAD可以提供滿刻度輸出電壓(MI_correct)。下面的方程示出了用于支持本發(fā)明的實(shí)施方式的理論。在下面的分析中，僅僅是為了示出，假定放大器是理想的并且電阻器具有相同的材料并且絕對(duì)值與溫度系數(shù)都匹 配。也假定R2 = R1，因此，電路104中的儀器放大器的增益等于1。也假定線性gm級(jí)(比 如506)可以是理想線性的。這些假定是有效的且在下文中被證明，并且電路102和106依 賴于這些假定以試著抵消檢測(cè)電阻器306的一階溫度系數(shù)和/或薄層電阻的變化。這些假 定不對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式、數(shù)值等造成限制。 參照?qǐng)D4，相對(duì)于控制模塊102，如果到運(yùn)算放大器416的輸入是相等的，則 Vmi_ref+IOUTPXRcomp = Vmi_fs ；來自上述電路
T (Vmi fs -Vmi ref)Ioutp = -=^l--^ll ；對(duì) IOUTP 求解。Rcomp線性放大器Linear_gm_Ampla 412的增益被定義如下Gm = IOUTP = (WjU ；理論和代入 Vmi _ ref (Rcomp χ Vmi _ ref)參照?qǐng)D5，關(guān)于測(cè)量模塊104和補(bǔ)償模塊106，下面的方程定義了 VMI_CorreCtVmi_Correct = Vmi_sense+(Vmi_senseXGmXRcomp)；來自電路(Vjni fs — Vmi re/")Vmi Correct= Vmi_sense+ Vmi^sensex--—-~ χ Rcomp；代入~_—(Rcompx Vmi_ref)約分和因式分解給出了 (Vmi _ sense χ Vmi _ fs) (Vmi _ sense χ Vmi _ ref)Vmi Correct = Vmi sense + ‘Vmi — refVmi — ref 這可以簡(jiǎn)化為下式(Vmi—sense χ Vmi—fs)
Vmi—Correct = ■一Vmi — ref將上述表達(dá)成溫度項(xiàng)和Delta薄層rho (DELTARSH)項(xiàng)，結(jié)果是.[Iloadx Rmeasurex (l + TCx TEMP) x(l + DELTARSH) χ Vmi—β]Vryii CoWCCt —-—--—[Iref χ Rreplicax (l + TCx TEMP)χ (1 + DELTARSH)]對(duì)溫度或RSH求導(dǎo)將給出零。因此，上述方程證明了 在溫度和/或薄層rho變化 時(shí)，輸出電壓(比如MI_correct)沒有變化。本發(fā)明的實(shí)施方式使用包含線性gm放大器的線性電路，為的是補(bǔ)償溫度和/或工 藝變化。應(yīng)該理解，本文所描述的線性gm放大器(比如Linear_gm_Ampla 412、Linear_gm_ Ampl 506等)是非常線性的。線性gm放大器可以通過方程IOUT = gmxVIN來定義，其中， IOUT是線性gm放大器的輸出電流，VIN是線性gm放大器的輸入處的電壓，且gm是線性gm 放大器的增益?；诰€性gm放大器是線性的，輸出電流將正比于從負(fù)端(比如-0. 8V)到正 端(比如0.8V)的范圍內(nèi)的增益，并且輸出電流隨輸入電壓線性地變化。此外，不管工藝變 化和/或溫度變化如何，Rmeasure 306都是非常線性的，由此，在本發(fā)明的各實(shí)施方式中使 用了高度線性的線性gm放大器。因?yàn)殡娏鞯目傮w測(cè)量是Linear_gm_Amp 412的Rmeasure 306 χ ILOAD與Rcomp χ the IOUT之和，所以總的線性度將取決于這兩個(gè)分量的線性度誤 差之和。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的示例系統(tǒng)600，用于幫助線性地校準(zhǔn)受工藝 變化和/或溫度變化影響的單片電阻器。系統(tǒng)600包括一種電路排列方式，非常相似于包括單片電阻器Rmeasure 306的測(cè)量模塊104。系統(tǒng)600也包括補(bǔ)償電路602，用于提供快 速的方法來補(bǔ)償在電阻器Rmeasure 306兩端測(cè)得的檢測(cè)電流中所包括的誤差。特別是，補(bǔ) 償電路602使用單個(gè)線性gm放大器(Linear_gm_Ampl)604，由此與補(bǔ)償模塊106相比減少 了補(bǔ)償過程所使用的部件，由此減小了產(chǎn)生經(jīng)校正的輸出電壓MI_c0rrect的處理速度。補(bǔ)償電路602包括線性gm級(jí)604。線性gm放大器604耦合到Rmeasure電阻器 306。補(bǔ)償電路602使用Linear_gm_Ampl 604來測(cè)量直接橫跨Rmeasure電阻器306兩端的 電壓(比如測(cè)量VMI_sense和FV處的電壓)?；谥T多因素(比如但不限于工藝和/或溫 度變化)，Rmeasure電阻器306兩端的電壓可能變化并引起輸出電壓測(cè)量的誤差。GM_CTRL 信號(hào)(比如由控制模塊102產(chǎn)生的)被用于控制Linear_gm_Ampl 604的增益。補(bǔ)償電阻 器Rcomp 606被并入到放大器(IAmp2) 310的反饋路徑中，并且線性gm電流I0UTN、IOUTP 流過電阻器Rcomp。Linear_gm_Ampl 604通過使其輸出電流流過電阻器Rcomp606，提供了 偏移電壓。線性gm級(jí)604可以為正的和負(fù)的gm提供電壓偏移。圖7-9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法和/或流程圖。為了解釋方便，這些 方法被描繪和描述成一系列動(dòng)作/步驟。應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于這些動(dòng)作/ 步驟和/或這些動(dòng)作/步驟的順序。例如，這些動(dòng)作/步驟可以按各種順序發(fā)生和/或同 時(shí)發(fā)生，并且具有本文沒有呈現(xiàn)和描述的其它動(dòng)作。此外，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，并非所有 動(dòng)作都是必需的。另外，應(yīng)該進(jìn)一步理解，本文所揭示的方法能夠?qū)崿F(xiàn)在幫助轉(zhuǎn)移這些方法 的制造物件上。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的示例方法，該方法產(chǎn)生一控制信號(hào)，該控制 信號(hào)幫助調(diào)節(jié)單片電阻器的工藝和溫度變化。根據(jù)流程圖700，在步驟702中，通過使理想 的滿刻度電流Iref 408穿過Rr印Iica 410，控制模塊102在Rr印Iica 410復(fù)制電阻器的 兩端產(chǎn)生VMI_ref電壓。VMI_ref由此正比于Rr印Iica電阻器的電阻，該電阻可以隨溫度 變化而變化。在步驟704中，控制模塊102的Rcomp補(bǔ)償電阻器418兩端的Vcomp電壓最 初是零，這意味著最初沒有電流流過Rcomp電阻器418。在步驟706中，控制模塊102的運(yùn)算放大器414比較VMI_ref值和Vcomp值，并產(chǎn) 生輸出電壓(V_op)。在步驟708中，控制模塊102的運(yùn)算放大器416比較V_op和VMI_fs。 VMI_fs是用于測(cè)量穿過單片檢測(cè)電阻器的電流的電路(即測(cè)量模塊104)的期望的滿刻度 電壓。作為比較的結(jié)果，在步驟710中，基于VMI_fs值和VMI_op值之間的差異，產(chǎn)生了 GM_ CTRL信號(hào)。在步驟712中，GM_CTRL信號(hào)被用于控制補(bǔ)償模塊106中的線性gm放大器(帶 增益)506的增益。補(bǔ)償模塊106使用GM_CTRL信號(hào)來提供一偏移電壓，該偏移電壓可以抵 消溫度/工藝變化對(duì)單片電阻器的影響。在步驟718中，GM_CTRL信號(hào)被用于控制上述控制模塊102中所包括全異線性gm 放大器(帶增益)412的增益。放大器412接收VMI_ref作為輸入。在步驟720中，全異線 性gm放大器412產(chǎn)生電流，該電流所包括的偏移是部分地基于GM_CTRL信號(hào)的值。在步驟 722中，Vcomp電壓是基于流過Rcomp電阻器418的輸出電流而確定的。步驟706-712接下 來被重復(fù)，直到V_op和VMI_fs值變得相等。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的示例方法，用于調(diào)節(jié)單片電阻器的工藝和/ 或溫度變化。在步驟802中，通過使期望的滿刻度負(fù)載電流流過復(fù)制電阻器，產(chǎn)生了控制信 號(hào)。在步驟804中，通過使實(shí)際的滿刻度負(fù)載電流流過單片檢測(cè)電阻器，產(chǎn)生了輸出信號(hào)。從材料、薄層電阻、溫度系數(shù)等方面看，復(fù)制電阻器可以與單片電阻器相同或大致相似。此 外，復(fù)制電阻器可以位于與單片電阻器大致相同的位置和/或兩者靠近。通過使用恒定的 理想的(或幾乎理想的)和/或精密的電流源，可以產(chǎn)生流過復(fù)制電阻器的電流。在步驟 806中，控制信號(hào)被用于控制第二線性gm放大器的增益，該放大器接收輸出信號(hào)作為輸入。 在步驟808中，與第二線性gm放大器的輸出電流成正比的電壓被加到上述輸出信號(hào)，用于 補(bǔ)償由單片電阻器的電阻變化(因溫度和/或工藝變化而導(dǎo)致的)所引起的誤差。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的示例方法，用于線性地校準(zhǔn)受工藝變化和/ 或溫度變化影響的單片電阻器。在步驟902中，通過使期望的滿刻度負(fù)載電流流過復(fù)制電 阻器而產(chǎn)生的控制信號(hào)被接收。在步驟904中，控制信號(hào)被用于控制全異線性gm放大器的 增益，該放大器接收單片檢測(cè)電阻器兩端的電壓作為輸入。單片檢測(cè)電阻器檢測(cè)實(shí)際的負(fù) 載電流。如上所述，復(fù)制電阻器與單片電阻器大致相似并且靠得很近。在步驟906中，線性 gm放大器的電流輸出被施加到補(bǔ)償電阻器Rcomp。Rcomp可以被包括在反饋環(huán)路中，以校正 因單片電阻器的電阻值的變化所導(dǎo)致的誤差。Rcomp電阻器可以被添加到電流檢測(cè)電路的運(yùn)算放大器的反饋路徑中，該電路通 過使用單片電阻器來測(cè)量實(shí)際的負(fù)載電流。電流檢測(cè)電路可以包括儀器放大器電路，該儀 器放大器電路包括運(yùn)算放大器。來自全異線性gm放大器的輸出電流可以流過Rcomp，在 Rcomp兩端形成補(bǔ)償電壓。線性gm放大器可以產(chǎn)生正的和/或負(fù)的gm。所施加的增益可 以在電流檢測(cè)電路(比如儀器放大器)的輸出處提供經(jīng)校正的輸出電壓，該經(jīng)校正的輸出 電壓正比于流過單片電阻器的全量程電流。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施方式，上述部件和電路元件可以具有任何合適的值。例 如，電阻器可以具有任何合適的電阻，放大器可以提供任何合適的增益，電流源可以提供任 何合適的安培數(shù)等等。電阻器Rmeasure、Rr印lica、Rl、R2、Rcomp等可以具有任何合適的 值，和/或彼此之間具有任何特定的比例。此外，放大器(比如Ampl、Amp2、Ampla、IAmpU IAmp2、IAmp3、Linear_gm_ampla> Linear_gm_ampl 等)可以包括任何合適的增益。圖10示出了可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施方式的示例系統(tǒng)。系統(tǒng)1000包括自動(dòng)測(cè)試裝 備1020，該自動(dòng)測(cè)試裝備1020具有精密參數(shù)測(cè)量單元(PPMU) 1030。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施 方式，PPMU 1030包括IC 100,IC 100包括控制、測(cè)量和補(bǔ)償模塊102、104和106。目標(biāo)IC 1050位于電路板1040上，并且耦合到IC 100。具體來講，目標(biāo)IC 1050是被ATE 1020測(cè) 試的。目標(biāo)IC 1050將負(fù)載電流ILOAD提供給測(cè)量模塊104，更具體地講，提供給測(cè)量模塊 104中的Rmeasure電阻器306。Rmeasure電阻器306被用于檢測(cè)ILOAD電流。上文的描述包括本發(fā)明的實(shí)施方式的示例。當(dāng)然，為了描述本發(fā)明的主題，不可能 描述每一種想得到的部件或方法的組合，應(yīng)該理解，許多進(jìn)一步的組合和排列都是可能的。 相應(yīng)地，該主題旨在包括所有落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的這種變化、修改和變更。上文已經(jīng)結(jié)合若干部件/模塊之間的交互作用描述了許多系統(tǒng)/電路?？梢岳斫猓?這些系統(tǒng)/電路以及部件/模塊可以包括那些部件或規(guī)定的子部件、規(guī)定的部件或子部件 和/或另外的部件中的一些、以及根據(jù)上文的各種排列與組合的部件或子部件。子部件也 可以被實(shí)現(xiàn)成部件，以通信方式耦合到其它部件，而非被包括在母部件之內(nèi)(分層的)。另 外，應(yīng)該注意到，一個(gè)或多個(gè)部件可以被組合成單個(gè)部件，從而提供總的功能，或被劃分成 若干單獨(dú)的子部件，并且可以提供任何一個(gè)或多個(gè)中間層(比如管理層)以通信方式耦合到這種子部件以便提供集成的功能。本文所描述的任何部件也可以與本文并未具體描述但 本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的一個(gè)或多個(gè)其它部件進(jìn)行交互作用。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括包括第一電阻器和第一線性跨導(dǎo)放大器的第一電路，用于產(chǎn)生表示第一電阻器的值的 控制信號(hào)；包括第二電阻器的第二電路，其中，第二電路被配置成產(chǎn)生表示流過第二電阻器的負(fù) 載電流的輸出信號(hào)；以及第三電路，所述第三電路利用所述控制信號(hào)校正所述輸出信號(hào)以補(bǔ)償?shù)诙娮杵鞯碾?阻變化，其中，第二電阻器的電阻變化正比于第一電阻器的電阻變化，并且 第二電阻器位于集成電路芯片上。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第三電路包括第二線性跨導(dǎo)放大器，所述第二線性跨導(dǎo)放大器通過使用所述控制 信號(hào)和所述輸出信號(hào)產(chǎn)生經(jīng)校正的輸出信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一線性跨導(dǎo)放大器使用第一電阻器兩端的電壓來產(chǎn)生用于幫助產(chǎn)生所述控制 信號(hào)的補(bǔ)償電流，其中，所述電壓是第二電路的期望的滿刻度電流的函數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，還包括所述第一電路包括運(yùn)算放大器，用于比較作為補(bǔ)償電流的函數(shù)的補(bǔ)償電壓與第二電路 的期望的滿刻度電壓，以幫助產(chǎn)生所述控制信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述控制信號(hào)是第一輸入信號(hào)、第二輸入信號(hào)以及第一電阻器兩端的電壓的函數(shù)，并 且被用于控制第一線性跨導(dǎo)放大器的增益。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一和第二電阻器的電阻值作為溫度變化的函數(shù)而變化。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 第一和第二電阻器彼此靠得很近。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 第一和第二電阻器是由相同類型的材料制成的。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 第一電阻器位于集成電路芯片上。
10.一種用單片電阻器測(cè)量負(fù)載電流的方法，所述方法包括 產(chǎn)生正比于流過單片電阻器的負(fù)載電流的輸出電壓； 產(chǎn)生表示復(fù)制電阻器的電阻值的控制信號(hào)；以及基于所述控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述輸出電壓以補(bǔ)償單片電阻器的電阻值的變化，其中 復(fù)制電阻器的電阻值與單片電阻器的電阻值成正比地變化。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)所述輸出電壓包括用所述控制信號(hào)調(diào)節(jié)線性跨導(dǎo)放大器的增益。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括將所述輸出電壓作為輸入提供給所述線性跨導(dǎo)放大器；以及將與所述線性跨導(dǎo)放大器的輸出電流成正比的電壓添加到所述輸出電壓。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括使所述線性跨導(dǎo)放大器所產(chǎn)生的電流流過補(bǔ)償電阻器以便產(chǎn)生偏移電壓。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，校正誤差包括將所述偏移電壓添加到所述輸出電壓。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于， 所述輸出電壓表示單片電阻器的電阻值。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述線性跨導(dǎo)放大器所產(chǎn)生的電流作為所述輸出電壓的函數(shù)而線性地變化。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括通過使期望的滿刻度電流流過復(fù)制電阻器來產(chǎn)生所述控制信號(hào)；以及 比較復(fù)制電阻器兩端的電壓與期望的滿刻度電壓。
18.一種自動(dòng)測(cè)試裝備(ATE)，用于幫助抵消工藝變化或溫度變化中的至少一個(gè)對(duì)單 片電阻器的影響，所述ATE包括測(cè)試集成電路(IC)，耦合到目標(biāo)IC以便接收來自目標(biāo)IC的負(fù)載電流； 測(cè)試IC包括單片電阻器以及單片電阻器的復(fù)制品； 所述單片電阻器用于檢測(cè)負(fù)載電流；以及控制部件，所述控制部件包括復(fù)制電阻器以及具有增益控制的線性跨導(dǎo)放大器，用于 產(chǎn)生控制信號(hào)，所述控制信號(hào)可被用于產(chǎn)生偏移電壓以便補(bǔ)償在電流測(cè)量期間單片電阻器 的電阻變化，其中，復(fù)制電阻器和單片電阻器是由性質(zhì)大致相似的材料制成的。
19.如權(quán)利要求18所述的ATE，還包括補(bǔ)償部件，所述補(bǔ)償部件包括具有增益控制的全異線性跨導(dǎo)放大器，其中 控制信號(hào)用于控制全異線性跨導(dǎo)放大器的增益；以及 全異線性跨導(dǎo)放大器的輸出電流用于提供偏移電壓。
20.如權(quán)利要求19所述的ATE，還包括電流檢測(cè)部件，用于產(chǎn)生與流過單片電阻器的負(fù)載電流成正比的輸出電壓，其中 所述控制部件和補(bǔ)償部件用于校正所述輸出電壓中的誤差。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用單片檢測(cè)電阻器準(zhǔn)確地測(cè)量電流的方法和裝置。揭示了用于管理單片檢測(cè)電阻器的工藝和溫度變化的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括一種可以利用線性gm電路提供線性增益(正的增益和/或負(fù)的增益)的電路。這種電路的線性度能夠補(bǔ)償整個(gè)電流范圍內(nèi)(從正的到負(fù)的)的溫度和工藝變化。通過使用線性gm放大器和復(fù)制電阻器，產(chǎn)生控制信號(hào)，復(fù)制電阻器大致相似于單片電阻器?？刂菩盘?hào)被用于控制補(bǔ)償電路內(nèi)的全異線性gm放大器的增益，該補(bǔ)償電路提供偏移電壓以補(bǔ)償單片電阻器的電阻變化。
文檔編號(hào)G05F1/10GK102043081SQ201010257289
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
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