CN102246115A - 用于半导体芯片内金属电阻器的温度补偿的电路、调修和布图 - Google Patents

Abstract

一种用于生成温度补偿基准电压(V_REF)的温度基准电路，包括被构造用于生成基本上与温度无关的带隙基准电压(V_BGR)和基本上成比例于绝对温度变化的成比例绝对温度基准电压(V_PTAT)的带隙基准电路。所述电路包括连接到所述带隙基准电路并且具有作为V_REF基础的输出的运算放大器。所述电路还包括连接到所述运算放大器和所述带隙基准电路并且被构造以便使V_REF基本上等于VPTAT乘以常数k1减去VBGR乘以常数k2的反馈电路。

Description

用于半导体芯片内金属电阻器的温度补偿的电路、调修和布图

技术领域

本申请涉及包含在半导体芯片内的金属电阻器的温度补偿。更具体地，本申请涉及用于生成温度补偿基准电压的电路，以及所述电路的布图和调修技术。

背景技术

金属电阻器被应用于半导体芯片内以实现各种目的。在某些应用中，金属电阻器用于感应电路的工作参数，例如当电池正在被充电时被输入电池的电流量，和/或当电池正在被使用时从其中输出的电流量。

金属电阻器的电阻值通常作为温度函数而波动。这种变化的发生通常由于金属电阻器、其它部件，和/或其它热源所产生的热量。这种金属电阻器的电阻值随温度变化的偏差可能对其感应的精确度产生消极影响，并且进而，影响相关电路功能的性能。

解决这一问题的一个方法是对电路中适当的点施加温度补偿电压，以便补偿作为温度函数的金属电阻器电阳值的变化。随着所述电阻值由于温度上升而升高，所述补偿电压也升高。当其被适当地施加时，所述温度补偿电压可以降低误差，所述误差是如果不施加该电压时由电阻值的温度偏差所引起的。

一种典型的用于生成温度补偿电压的方法是使用公知的delta Vbe电压基准电路。这种电路生成与绝对温度成比例变化的电压，即，成比例绝对温度(“PTAT”)电压。然而，PTAT电压一般具有随温度变化的曲线，当外推该曲线时，其在0开尔文(Kelvin)处将达到0伏。另一方面，金属电阻器的电阻值一般具有随温度变化的曲线，当外推该曲线时，其在0开尔文以外的温度达到0欧姆。这种在过零点位置上的差异将会降低PTAT电压精确补偿由于温度变化引起的金属电阻器电阻值偏差的能力。

发明内容

温度补偿电路可以生成温度补偿基准电压(V_REF)。所述电路可以包括带隙基准电路，所述带隙基准电路(Bandgap reference circuit)被构造用于生成带隙基准电压(V_BGR)，该电压基本上是温度无关的。所述带隙基准电路还可以被构造用于生成成比例绝对温度基准电压(V_PTAT)(proportional-to-absolute-temperature reference voltage)，该电压基本上与绝对温度成比例变化。所述温度补偿电路还可以包括运算放大器，所述运算放大器连接到所述带隙基准电路并且具有作为V_REF基准的输出值。所述温度补偿电路还可以包括反馈电路，所述反馈电路连接到所述运算放大器和所述带隙基准电路。所述反馈电路可以被构造用于使V_REF基本上等于V_PTAT乘以常数K1，减去V_BGR乘以常数K2。

温度补偿半导体芯片可以包括在所述半导体芯片内的金属电阻器。温度补偿电路也可以在所述半导体芯片内，所述温度补偿电路被构造用于生成温度补偿基准电压(V_REF)，该电压基本上补偿作为温度函数的金属电阻器电阻值变化。所述温度补偿电路可以是上面讨论的类型。

一种方法可以调修半导体芯片以补偿所述半导体芯片内金属电阳器电阻值作为温度函数的预期变化。所述半导体芯片可以包括运算放大器和具有调修装置的反馈电路，所述反馈电路连接到所述运算放大器。该方法可以包括调修在反馈电路中的所述调修装置以便最大化基准电压(V_REF)的能力以便补偿作为温度函数的所述金属电阻器电阻值的变化。

用于生成温度补偿基准电压(V_REF)的温度补偿电路可以包括用于生成基本上温度无关的带隙基准电压(V_BGR)和基本上与绝对温度成比例的成比例绝对温度基准电压(V_PTAT)的装置。所述电路可以包括用于使VREF基本上等于VPTAT乘以常数k1，减去VBRG乘以常数k2的装置，该装置可以包括连接到运算放大器的反馈电路。

附图说明

附图公开了示例性的实施方式。它们并未举出全部实施方式。其它实施方式可以附加地或替代地加以使用。为了节约篇幅或者为了更有效的解释，显而易见的或者不必要的细节被省略。相反，某些实施方式可以加以实现而不需要此处所公开的全部细节。当相同的附图标记出现在不同的附图中时，其旨在表示相同或类似的部件或步骤。

图1是用于生成温度补偿基准电压的温度补偿电路的框图；

图2是用于生成温度补偿基准电压的温度补偿电路的示意图；

图3是反映带隙基准电路中调修装置设置值与该带隙基准电路中电阻值比率之间对应关系的表格；

图4(a)是反映金属电阻器的温度系数值和带隙基准电路中调修装置设置值、与反馈电路中调修装置设置值之间对应关系的表格；

图4(b)是反映反馈电路中调修装置设置值与所述反馈电路中电阻比率之间对应关系的表格；

图5是被构造用于生成可选电阻比率值的电路；

图6是集成于电池充电器的温度补偿基准电压电路的示意图；

图7是乒乓(ping-pong)型库仑计数器的示意图；

图8是在图7所示的乒乓(ping-pong)型库仑计数器中积分信号的时序图；

图9示出了可以施加到图7所示的乒乓(ping-pong)型库仑计数器的温度补偿信号；

图10是集成于库仑计数器的温度补偿基准电压电路的示意图；

图11示出了用于半导体芯片中的金属电阻器的金属箔图案；

图12示出了图11中所示的金属箔图案的放大局部；

图13示出了用于静电屏蔽的结构；

图14示出了图13中子单元的放大视图。

具体实施方式

在下文中介绍示例性的实施方式。其它实施方式可以附加地或替代地加以使用。为了节约篇幅或者为了更有效的解释，显而易见的或者不必要的细节被省略。相反，某些实施方式可以加以实现而不需要此处所公开的全部细节。

作为温度函数的非磁性金属电阻值的变化可以通过以下公式来估计：

$R\left(T\right)=R\left(T_{\mathrm{Debye}}\right)\·\frac{T-0.15\·T_{\mathrm{Debye}}}{0.85\·T_{\mathrm{Debye}}}---(\mathrm{Eq}.1)$

其中，T是绝对温度，T_Debye是金属的德拜(Debye)温度，即金属的一种不随着温度而改变的材料特性。

溅射金属电阻器可能不严格遵循Eq.(1)。然而，它们的温度系数仍然可能强烈地相关于它们的德拜(Debye)温度，并且任何测量的或固有的Spice TC1s都能够被映射为相应的德拜(Debye)温度，因此上述方法仍然是可行的。

基于欧姆定律，如果施加到电阻器的电压变化与作为温度函数的电阻器的电阻值变化成比例，流经电阻器的电流随温度变化而保持恒定，即V_REF(T)～R(T)。基于该定理，Eq.(1)可以被变形以形成：

V_REF(T)～T-0.15·T_Debye                                        (Eq.2)

将热电压

带入公式Eq.(2)，其中k是玻尔兹曼(Boltzmann)常数，q是元电荷。

V_REF(T)-V_TH(T)-0.15·V_TH(T_Debye)                               (Eq.3)

从Eq.(3)中可以看到，PTAT电压V_TH可以产生所需要的补偿基准电压，从PTAT电压V_TH中减去一较小固定电压。这是因为对于所讨论的金属而言，0.15*T_Debye总是远小于电路所工作的温度T。

所述较小固定电压可以通过用带隙电压V_BGR除以系数b生成，并且具有另一个系数a以便相平衡。则Eq.(3)可以被改写为：

$V_{\mathrm{REF}}\left(T\right)=a\·V_{\mathrm{TH}}\left(T\right)-\frac{V_{\mathrm{BGR}}}{b}---(\mathrm{Eq}.4)$

其中，V_TH(T)表示与绝对温度成比例的PTAT电压，并且其中V_BGR表示不论温度变化而基本保持固定的带隙基准电压。

Eq.(4)的实际结果是将温度补偿基准电压(V_REF)的理论过零点(zero-crossing point)从绝对零度(0开尔文)向着更高的温度移动。通过控制所述移动的量，可以使作为温度函数的所述温度补偿基准电压(V_REF)达到零的温度，基本上与半导体芯片中作为温度函数的金属电阻器电阻值的过零点相匹配，因而增加了所述补偿基准电压(V_REF)的有效性。

图1是用于生成温度补偿基准电压的温度补偿电路的框图。如图1所示，带隙基准电路101被构造用于生成基本上与温度无关的带隙基准电压(V_BGR)102。它也可以被构造用于生成基本上与绝对温度成比例变化的比例绝对温度基准电压(V_PTAT)105。任何类型的带隙基准电路可以被用于达到此目的。

运算放大器103可以具有连接到带隙基准电路101，并且具体地，连接到V_PTAT105的非反相输入107。所述运算放大器103可以具有作为所述温度补偿基准电压(V_REF)基础的输出109。所述输出109可以被连接到反馈电路113的输入111。所述反馈电路113的另一个输入115可以被连接到所述带隙基准电路101，并且具体地，连接到V_BGR102。反馈电路113的输出117可以被连接到所述运算放大器103的反相输入119。

所述反馈电路113可以被构造用于形成所述带隙基准电压V_BGR102和温度补偿电压V_REF109的加权平均。所述反馈电路113可以被构造为使V_REF基本上等于V_PTAT乘以一常数k1，再减去V_BGR乘以一常数k2。换言之，所述反馈电路113可以被构造为使图1所示的整个电路来执行上述公式Eq.(4)。

图2是用于生成温度补偿基准电压的温度补偿电路的示意图。它是可以实现图1所示框图的一种电路的示例。多种其它类型电路也可以实现图1所示的框图。

如图2所示，带隙基准电路201可以生成不论温度波动而基本固定的带隙基准电压V_BGR203，以及与绝对温度成比例变化的比例绝对温度电压V_PTAT205。所述带隙基准电路201的这些方面可以与图1中的带隙基准电路101的相应方面相符合。

任意类型的带隙基准电路可以被用于实现该目的。例如，图2所示的带隙基准电路是布罗考(Brokaw)型带隙基准电路。所述布罗考(Brokaw)型带隙基准电路可以利用晶体管207的PN结的电流密度和晶体管组209的，即一组并联的晶体管组的PN结的电流密度之间的变化而工作。

所述晶体管207和晶体管组209的成员可以具有基本上相同的特性并且可以通过使用电流镜像以基本相同的电流加以驱动。所述密度差可以通过在晶体管组209中使用的晶体管的数量加以控制，该数量在图2中以符号“N”来表示。

所述带隙基准电路201可以有效地将晶体管207的基极到发射极的电压叠加到V_PTAT205的上端以便生成V_BGR203。一组串联电阻器，如与电阻器213串联的电阻器211，可以被选择以便将V_PTAT205限制在期望值。电阻器213的幅值可以通过调修装置215调整，以便使所述带隙基准电路201能够被设置到其“魔力电压”，即，使V_BGR203作为温度函数变化最小的电压。

特定带隙电路的“魔力电压”可以根据经验由特定温度而确定，例如由室温确定。相同带隙电压基准电路的全部实例的所述“魔力电压”可以是相同的。因此，一旦某一特定电路的“魔力电压”被确定，在相同的室温下该电路的所有复制品可以通过将它们调至这一相同电压而加以最优化调节。

任意装置可以被用作所述调修装置215。当在硅芯片上实现时，所述调修装置215可以采用如多晶硅融合(polysilicon fusing)、齐纳-扎普(Zener zap)修正，非易失性存储器和/或任何其它类型的调修技术。

如图2所示，所述调修装置215可以被设置为将电阻器213调节到16个十六进制值0至F的任意一个。或者可以采用其它数量的调节选项。

运算放大器217可以对应于图1中的运算放大器103。一组串联的电阻器，如可调电阻器结构219，可以被用作图1所示的反馈电路113。调修装置224可以被用于控制可调电阻器结构219上的调节点。所述调修装置224可以采用任意类型，如上述连接调修装置215的类型中的任意一种。

所述可调电阻器结构219可以定义一组串联电阻器，例如与电阻器223有效串联的电阻器221。或者，串联电阻器221和223可以是彼此分离的电阻器，其中之一具有由所述调修装置224控制的调节档位。

如图2所示，所述调修装置224可以被设置为以0到7之间任意可选的整数值来调节所述可调电阻器结构219。或者可以提供不同数量的调节选项。

公式Eq.(4)和图2所示电路之间的关系可以用下面的公式来描述：

$V_{\mathrm{REF}}\left(T\right)=(I+\frac{R_{223}}{R_{221}})\·V_{\mathrm{PTAT}}-\frac{R_{223}}{R_{221}}\·V_{\mathrm{BGR}}---(\mathrm{Eq}.5)$

通过限定电阻器223与电阻器221之间的比率，并且通过以适当控制电阻器211与电阻器213之间的比率来限定V_PTAT，运算放大器217的输出，V_REF，可以被限定为能够有效地补偿绝大多数类型的金属电阻器的温度偏移，例如铜、铝和/或金制电阻器，这些通常在集成电路中用作连线(interconnect)。

尽管公式Eq.5中V_PTAT和V_BGR的系数表现为相关并且因而是非独立的，它们可以通过将运算放大器217的非反相输入220连接到串联电阻器211和213的适当的调节档位，和/或通过提高V_BGR来消除彼此的相互影响。然而，对于上面介绍的金属，这一措施是不必要的，因为电阻器223和221之间的要求比率通常低于0.2，例如在0.04到0.1的范围内。

尽管图2中示出的运算放大器217的非反相输入被连接到电阻器211和电阻器213之间的节点，在其它实施方式中它可以被直接连接到晶体管组209的各发射极。

改变电阻器223和211的比率可以有效改变运算放大器217的增益，从而有效控制带隙基准电压V_BGR203的幅度。最终，这可以有效控制V_REF达到零的外推温度以便使其与金属电阻器电阻值也达到零的温度重合，从而增强了温度补偿基准电压V_REF的有效性。

对于其中晶体管组209包括8个晶体管的带隙基准电路，所述“魔力电压”可以是大约1.23伏。为了达到该电压，电阻器213与电阻器211的比值可能需要在5.19到5.52的范围内。

图3是反映带隙基准电路201中调修装置215设置值与该带隙基准电路201中电阻器213与电阻器211比率之间对应关系的表格。它示出一组比率值，所述调修装置215可以被构造为与电阻器211和213的选择相关加以选择。圈301表示，例如，对于电路中电阻器213与电阻器211的比率为5.34的实施方式，所述调修装置215可以符合可选设置“7”。

电阻器223和电阻器221之间所需要的比率，随着通过所述调修装置224进行的精细调节，除了金属电阻器的温度特性之外，可以决定于所述调修装置215的设置。为了便于在大规模生产中对可调电阻器结构219的调修，可以生成表格，所述表格表示基于需要补偿的金属电阻器的温度特性的所述调修装置224的设置和所述调修装置215的最佳调修设置。下面介绍所述表格的示例性设置。

图4(a)是反映金属电阻器的温度系数值和调修装置215设置值、与反馈电路113中调修装置224设置值之间对应关系的表格。在该表格中的第一列被标为“TC1300K[ppm/K]”。这表示由Spice仿真确定的金属电阻器的第一顺序温度系数。例如，特定金属电阻器可以具有3900ppm/K的TC1，如横向的圈401所示，表示温度系数值。虽然未示出，该金属电阻器的德拜(Debye)温度T_Debye可以附加或者替代标为“TC1300K[ppm/K]”的列而列出。

在该表中其余的列罗列了可能的调修装置215的“魔力电压”调修位(trim bit)设置。在调修装置215被设置生成如上面所述的“魔力电压”后，表示该设置的列可以在表中找到。圈403示出了在设置值为“7”的情况下所述设置的示例。

在每个选中的行和列交叉处的单元则包含调修装置224的适当设置。在上面讨论的示例中，该调修设置可以是“2”。

图4(b)是反映反馈电路113中调修装置224设置值与所述电阻器221至223比率之间对应关系的表格。继续上面的示例，调修设置值为“2”的行被圈405高亮突出，其指向相应比率13.42。

图5是被构造用于生成可选电阻比率值的电路。图4(a)中被找到的调修设置值被施加于模拟乘法器503的输入501以便生成电阻器221和223的校正值，与图4(b)中示出的所期望的比率值一致。为了使模拟乘法器503达到这一点，具有电阻值“R”的固定电阻可以被连接到该模拟乘法器503，如图5所示。

图3、4(a)和4(b)中示出的值，以及图5中所示的电路，仅仅是示例。在其它结构中，所述的值和电路都可以是显著不同的。

与图1和2中所示的电路相连接的为之生成所述温度补偿基准电压V_REF的金属电阻器可以用于任意目的。例如，所述金属电阻器可以用于感应工作参数并且位于半导体芯片内。所述金属电阻器可以被构造用于感应的一个上述工作参数是电池连接到电池充电器时被输入电池的电荷，和/或是当电池作为电源使用时被输出电池的电荷。

图6是集成于电池充电器的温度补偿基准电压电路的示意图。如图6所示，电压源601可以被构造为为电池603充电。所述充电电流可以被P型MOSFET 605调节并且被金属感应电阻器607所感应。所述金属感应电阻器607两端的电压可以被放大器609放大并且被运算放大器611用来与来自温度补偿电路613的温度补偿基准电压相比较。比较结果可以被用于控制所述P型MOSFET 605的门极，从而更有效地调节充电电流。

除了电源601和电池603，图6中所示的所有部件均可以位于同一个硅芯片上。

温度补偿电路613可以是任意类型的，如上面所述的图1和/或图2所示的电路中的任意一个。所述温度补偿电路613可以被构造用于生成基准电压，使用调修技术，如上面结合图1和2所介绍的调修技术，使所述基准电压作为温度的函数与金属感应电阻器607的电阻值变化成比例。

热耦615可以将温度补偿电路613的关键的、温度敏感部件，例如如图2中所示的晶体管207和晶体管组209，热耦合到金属感应电阻器607。其可以确保由温度补偿电路613生成的温度补偿基准电压可靠地跟踪金属感应电阻器607的电阻变化，所述电阻变化是金属感应电阻器607的温度变化的函数。现在可以明白，本设计的变型将被适应于线性电流限制和开关模式电压调节器。

图7是通过凌力尔特有限公司(Linear Technology Corporation component)LTC4150来实现的乒乓(ping-pong)型库仑计数器的示意图。公知的，库仑计数器保持表示电池中总电荷的计数。它通过追踪被输入和被输出电池的电荷加以实现。所述电路通过积分由感应电阻器测量的电流，并且通过将积分值转换为电荷的整数计数来工作，在图7中所述感应电阻器表示为R_SENSE。

这种类型的库仑计数器可以使用高基准电压和低基准电压，图7中表示为REFHI和REFLO。这些电压可以用于设置积分反向的点，如图8所示。这些阈值，最终，将影响计数的间隔尺寸。

图7所示电路被设计为具有外置于半导体芯片的R_SENSE。然而，在其它实施方式中R_SENSE可以替代地被置于所述半导体芯片内。在这种结构中，对作为温度函数的R_SENSE的值的变化的补偿也可以或者替代地通过使用用作REFLO的固定电压或者互补绝对温度(“CTAT”)电压加以提供，如图9所示。

当在库仑计数器中所述感应电阻器被移到硅芯片上时，所述温度补偿电路，如图1和2所示以及上面所述的电路之一，可以方便地用于完成温度补偿。

图10是与库仑计数器集成的温度补偿基准电压电路的示意图。如图10所示，温度补偿电路1001可以热耦合于金属电阻器1003，该金属电阻器1003作为用于对电池1013充电或者放电的库仑计数器1005的感应电阻器。

所述温度补偿电路1001可以是图1和2所示的类型之一。该电路的所述温度敏感部分，如图2所示晶体管207和晶体管组209，可以通过热耦1015热耦合于金属电阻器1003。温度补偿电路1001的输出可以被限定到适当值，作为库仑计数器1005所要求的V_REFHI和V_REFLO，如图7中所示的库仑计数器中所要求的REFHI和REFLO。这可以通过使用合适的电阻器阶梯网络来实现，如电阻器1007、1009和1011。图10所示的所有这些组件可以被包括在同一个硅芯片上，当然除了电池1013以外。

温度补偿基准电压V_REF的有效性可以通过金属电阻器和温度补偿电路的温度敏感部分之间的强热耦合来加强。为了达到这一目的，在所述金属电阻器的布图中可以提供散热结构。可以设置这些结构以便流经所述散热结构的电流是零或者至少比在主电流路径中流过电阻器的总电流低。

图11示出了在半导体芯片中金属电阻器的金属箔图案。如图11所示，一个或者更多的焊盘1101可以被用于将金属电阻器接入电路。在所述焊盘之间可以布置一系列平行金属线，其全部用于承载电阻器两侧焊盘1101之间的电流。所述金属电阻器的电阻值可以通过改变这些金属线的数量和宽度来加以控制。通常该区域的电阻值为50毫欧。

图12示出了图11所示的金属箔图案的放大局部1103。如图12所示，所述金属箔图案包括承载电流部分1201和1203以及非承载电流部分1205和1207。非承载电流部分可以有利于改善金属电阻器和温度补偿电路的温度敏感部件的热耦615。

非承载电流部分可以是任意形状。例如，并且如图12所示，它们可以基本上是矩形的，并且可以被连接于承载电流部分的点之间，所述承载电流部分可能处于相同的电势，因此确保电流不会流经所述非承载电流部分。同时，非承载电流部分可以表示金属电阻器的总表面的相当大的一部分，并且可以均一地分布在其中。尽管图12示出的基本上是矩形的，所述非承载电流部分可以是任何其它形状的。

所述温度补偿基准电压电路可以设置在被补偿的金属电阻器的上面或者下面。在某些应用中，当金属电阻器在开关功率电源或者库仑计数器中作为电流感应电阻器时，所述感应电流的AC分量的电气干扰可能馈入所述温度补偿电路的敏感点。一静电(法拉第“Faraday”)屏蔽可以被置于金属电阻器和温度补偿电路之间以便帮助降低这种干扰。

使用固体金属板作为此种屏蔽可能引起机械应力和关键晶体管的削弱匹配(impairmatching)，可能影响电路的精确性。图13示出了静电屏蔽的不同结构。图14示出了图13中子单元1301的放大视图。所述静电屏蔽可以由导体金属制成，例如铝。如图13和14所示，所述静电屏蔽可以包括基本上沿表面延伸的金属箔图案，但是没有完整的金属箔线性路径在整个表面上延伸。

金属箔的图案可以包括相互连接的子单元的矩阵，如子单元1301。在子单元中所述金属箔的图案如下：一组子单元被设置为没有完整的金属线性路径在子单元组中延伸。尽管基于两个互锁的U形金属箔延伸的类似谜宫的图案在图13和14中示出，其它类型的图案的变形也可以附加地或替代地使用。尽管图13和14所示图案包括一组彼此以直角结合的矩形金属箔部分，其它形状的部分也可以加以使用并且可以以不同的角度加以结合，这些角度并不是全部为相同的值。

所述静电屏蔽可以用任何方法来制作。例如，在三金属层方法中，所述温度补偿电路可以使用金属层一和多晶硅互连，而金属层二可以用于屏蔽，而金属层三用于感应电阻器。其它类型的结构和方式也可以附加地或替代地使用。

上述部件、步骤、特征、目标、益处和优点均完全是示例性的。它们及与其相关的介绍均不作为对保护范围的任何限制。多种其它实施方式可以被考虑，包括具有更少、更多或者不同部件、步骤、特征、目标、益处和优点的实施方式。所述部件和步骤也可以以不同顺序设置或安排。

例如，开关电容电路可以被用于代替或者补充图2所示的电阻器网络从而用于图1所示的所述反馈电路113。

温度补偿电路可以采用单PN结或者单晶体管作为其温度敏感部分这些元件可以顺序地在至少两个不同的电流水平上工作，并且在单PN结上所述至少两个不同的电流水平之间的电压差被放大以产生PTAT电压，并且所述PTAT电压进而被加入所述PN结电压以产生带隙非独立基准电压，该电压基本上是与温度无关而保持固定的。

在温度补偿基准电路中所述放大和加法运算可以受到开关电容电路的影响。所述开关电容电路可以被构造用于直接通过加k1乘以PTAT电压(V_PTAT)分量并且接着减去k2乘以带隙非独立电压(V_BGR)分量(其基本是与温度无关而保持固定的)，来按照公式Eq.4产生温度补偿基准电压。在所述开关电容电路中所述加和减运算是可以时间交叉的。所述乘法系数k1和k2可以通过相应数量的加法和减法运算或者通过限定电容率，或者二者来实现。

基于开关电容的温度补偿电路实现方式中所述调修方法可以包括确定第一调修值的步骤，所述第一调修值最小化带隙非独立电压随温度的变化，和使用所述第一调修值和金属电阻器的温度特性来确定第二调修值的步骤，所述第二调修值用于设置温度补偿电路的调修方式，以便其输出电压Vref是PTAT电压乘以常数k1减去带隙非独立电压乘以常数k2。

所述感应电阻器可以使用任意非矩形几何形状，例如，蜂巢形状结构作为承载电流部分，并且在所述蜂巢单元中具有多边形的或者圆形的非承载电流部分，在所述多边形或者圆形的周界的仅一部分连接所述承载电流部分，从而没有实际电流流经所述非承载电流部分。具有承载电流部分和非承载电流部分的感应电阻器也可以通过在固体金属板上形成“U”形缝隙来实现，“U”形内部保留的金属作为非承载电流部分。除了“U”形，也可以使用产生非承载电流部分的任意合适的缝隙形状。所述静电屏蔽可以由不相似的子单元矩阵构成。

术语“连接(coupled)”包含直接和间接连接。例如，术语“连接”包括在被“连接”的两个点之间存在干涉电路的情况。

权利要求中所述术语“用于…的装置”包括所描述的相应的结构和材料及其等同替换。类似的，权利要求中的术语“用于…的步骤”包括所描述的相应的动作及其等同替换。如果没有这些术语则表示权利要求不限于任何相应的结构、材料、动作或者其等同替换。

以上任何所阐明或解说的内容均不旨在构成对任何组件、步骤、特征、目标、好处、优点或等同替换对公众的捐献，无论其是否引入权利要求书。

总之，本发明的范围通过附加的权利要求条款加以限制。其保护范围限定于权利要求书所使用的语言所构成的范围，并且包括全部等同替换的结构和功能。

Claims (38)

1.一种用于生成补偿金属电阻器温度偏移的温度补偿基准电压(V_REF)的温度补偿电路，包括：

带隙基准电路，被构造用于生成带隙基准电压(V_BGR)，该电压基本上是温度无关的，以及用于生成成比例绝对温度基准电压(V_PTAT)，该电压基本上与绝对温度成比例变化；

运算放大器，连接到所述带隙基准电路并且具有作为V_REF基准的输出值；

反馈电路，连接到所述运算放大器和所述带隙基准电路，被构造用于使V_REF基本上等于V_PTAT乘以常数k1，减去V_BGR乘以常数k2。

2.根据权利要求1所述的温度补偿电路，其中，所述反馈电路包括一组串联电阻器，所述一组串联电阻器具有两个端点和在该组中两个电阻器之间的节点。

3.根据权利要求2所述的温度补偿电路，其中，所述常数k2是在所述一组串联电阻器中的电阻器电阻值的函数。

4.根据权利要求3所述的温度补偿电路，其中，所述反馈电路具有调修装置，所述调修装置被构造用于使所述两个电阻器的比率可以调节。

5.根据权利要求4所述的温度补偿电路，其中，在所述一组串联电阻器中电阻器的比率被调节至使V_REF补偿在特定半导体芯片中的特定金属电阻器作为温度函数的电阻值变化的能力最大化。

6.根据权利要求5所述的温度补偿电路，其中，所述带隙基准电路包括连接到一组串联电阻器的PN结，所述一组串联电阻器在该组的两个电阻器之间具有节点，并且其中，所述运算放大器的非反相输入连接到该节点。

7.根据权利要求6所述的温度补偿电路，其中，所述常数k1是带隙基准电路中电阻器的电阻值的函数。

8.根据权利要求7所述的温度补偿电路，其中，所述带隙基准电路包括构造用于调修所述带隙基准电路中电阻器之一的电阻值的调修装置。

9.根据权利要求8所述的温度补偿电路，其中，所述带隙基准电路中电阻器之一的电阻值被调修至最小化V_BGR对温度的依赖的设置值，并且其中在所述反馈电路中电阻器之一的电阻值被基于在带隙电路中调修装置的设置值而加以调修。

10.根据权利要求6所述的温度补偿电路，其中，所述带隙基准电路包括第二PN结，并且其中所述第二PN结也被连接到所述带隙基准电路两个电阻器之间的节点。

11.根据权利要求2所述的温度补偿电路，其中，所述一组串联电阻器的的一端连接到所述带隙基准电路，另一端连接到所述运算放大器的输出，并且在所述一组串联电阻器的两个电阻器之间的节点被连接到所述运算放大器的输入。

12.根据权利要求11所述的温度补偿电路，其中，所述运算放大器具有反相输入，在一组串联电阻器中两个电阻器之间的节点连接到该反相输入，并且所述一组串联电阻器的一端连接到V_BGR。

13.根据权利要求1所述的温度补偿电路，其中，所述运算放大器具有非反相输入，并且其中，所述非反相输入连接到所述带隙基准电路。

14.根据权利要求13所述的温度补偿电路，其中，所述运算放大器的非反相输入被连接至V_PTAT。

15.根据权利要求1所述的温度补偿电路，其中，所述带隙基准电路是布罗考型。

16.根据权利要求1所述的温度补偿电路，其中，所述反馈电路包括开关电容电路。

17.根据权利要求1所述的温度补偿电路，其中，所述带隙基准电路被构造用于将基极到发射极的电压叠加到VPTAT电压的上端以便生成带隙基准电压VBGR，所述运算放大器的非反相输入端连接到VPTAT电压，所述反馈电路连接到VBGR和所述运算放大器的输出，所述反馈电路被构造用于生成VBGR和所述运算放大器输出的加权平均电压，并且所述运算放大器的反相输入连接到所述加权平均电压。

18.一种温度补偿半导体芯片，包括：

在该半导体芯片内的金属电阻器，以及

在该半导体芯片内的温度补偿电路，被构造用于生成补偿作为温度函数的所述金属电阻器电阻值的变化的温度补偿基准电压(V_REF)，所述温度补偿电路包括：

带隙基准电路，热耦合于所述金属电阻器，并且被构造为生成基本上温度无关的带隙基准电压(V_BGR)和与绝对温度成比例变化的成比例绝对温度基准电压(V_PTAT)；

运算放大器，连接所述带隙基准电路并且具有作为V_REF的基准的输出；以及

反馈电路，连接到所述运算放大器和所述带隙基准电路，并且被构造用于使V_REF基本上等于V_PTAT乘以常数k1，减去V_BGR乘以常数k2。

19.根据权利要求18所述的温度补偿半导体芯片，其中，所述金属电阻器具有两个连接节点和在所述两个连接节点之间的金属箔图案，所述金属箔图案包括被构造用于在所述两个节点之间传导电流的承载电流部分，以及被构造在节点之间不传导电流的非承载电流部分。

20.根据权利要求19所述的温度补偿半导体芯片，其中，所述带隙基准电路热耦合于金属箔的所述非承载电流部分。

21.根据权利要求19所述的温度补偿半导体芯片，其中，所述金属箔的非承载电流部分基本上分布于整个所述金属箔的承载电流部分。

22.根据权利要求19所述的温度补偿半导体芯片，其中所述金属箔的非承载电流部分跨接在所述承载电流部分的当电流流经所述金属电阻器时基本上等电势的位置。

23.根据权利要求18所述的温度补偿半导体芯片，其中，静电屏蔽位于所述金属电阻器和温度补偿电路之间。

24.根据权利要求23所述的温度补偿半导体芯片，其中，所述静电屏蔽包括基本上横跨表面的金属箔图案，并且横跨整个表面的金属箔图案没有完整的线性路径。

25.根据权利要求23所述的温度补偿半导体芯片，其中，所述静电屏蔽包括相互连接的子单元矩阵，每个子单元包括金属箔图案，所述金属箔图案的形状为使一组所述子单元可以按如下方式设置：其金属箔电性连接但是没有完整的线性路径横跨所述一组子单元。

26.根据权利要求23所述的温度补偿半导体芯片，其中，所述静电屏蔽包括相互连接的子单元矩阵，每个子单元包括至少两个互锁的U形金属箔部件，二者通过至少一个其它金属箔部件电性连接。

27.根据权利要求18所述的温度补偿半导体芯片，其中，所述金属电阻器被构造于所述半导体芯片内用于感应工作参数。

28.根据权利要求27所述的温度补偿半导体芯片，其中，所述金属电阻器被构造用于感应被输入或者输出电池的电荷量。

29.根据权利要求27所述的温度补偿半导体芯片，其中，所述金属电阻器被构造用于感应在对电池充电期间被输入电池的电流量。

30.一种用于调修半导体芯片以补偿所述半导体芯片内作为温度函数的金属电阻器电阻值预期变化的方法，所述半导体芯片包括运算放大器和连接到所述运算放大器的具有调修装置的反馈电路，所述方法包括：

调修在反馈电路中的所述调修装置以便最大化基准电压(V_REF)的能力以补偿作为温度函数的所述金属电阻器电阻值的变化。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述半导体芯片还包括具有调修装置的带隙基准电路，并且所述方法进一步包括：调修所述带隙基准电路中的调修装置以便最小化带隙基准电压(V_BGR)对温度的依赖。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述对带隙基准电路中调修装置的调修导致对调修设置值的选择，并且其中在反馈电路中所述调修装置的调修基于为带隙基准电路中所述调修装置所选择的调修设置值。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述反馈电路中的调修装置的调修还基于所述金属电阻器与其温度依赖性相关的温度特性。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，金属电阻器的物理特性是其德拜温度。

35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述金属电阻器的物理特性是其第一顺序温度系数。

36.根据权利要求30所述的方法，其中，对所述调修装置的调修使V_REF在所述金属电阻器具有零外推电阻并在相同的温度下具有零外推电压。

37.一种用于生成温度补偿基准电压(V_REF)的温度补偿电路，包括：

用于生成基本上与温度无关的带隙基准电压(V_BGR)和基本上与绝对温度成比例变化的成比例绝对温度基准电压(V_PTAT)的装置；

用于使V_REF基本上等于V_PTAT乘以常数k1，减去V_BRG乘以常数k2的装置，该装置包括连接到运算放大器的反馈电路。

38.一种用于调修半导体芯片以补偿半导体芯片中作为温度函数的金属电阻器电阻值预期变化的方法，所述方法包括：

确定使带隙非独立电压随温度变化最小化的第一调修值；

基于所述第一调修值和所述金属电阻器的温度特性确定第二调修值；

在温度补偿电路中使用所述第二调修值设置调修装置，以便所述温度补偿电路的输出电压(V_REF)的变化为成比例绝对温度，乘以常数k1，减去带隙非独立电压，乘以常数k2。

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