[发明专利]一种电流源的一次性修调校准结构

说明书

本发明公开了一种电流源的一次性修调校准结构，包括一次性可编程熔丝地址阵列、类DAC电流源和部分控制逻辑单元；所述一次性可编程熔丝地址阵列由多个可编程熔丝单元组成，每一个可编程熔丝单元对应一个可编程类DAC电流源地址位；所述可编程熔丝单元包括逻辑晶体管MN1A、修调晶体管MN1B以及用电阻符号标识的熔丝Fuse1组成。本发明线路结构简单，可对电流源进行一次性修调校准，不需额外的控制电路，从而降低了系统的复杂度。通过设置地址位数量与修调位权电流大小，可以对校准电流范围进行配置，具有较高的灵活性。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种电流源的一次性修调校准结构。

背景技术

电流源是模拟或数模混合集成中重要的子单元结构，在电路中可以为某单元电路提供偏置电流；在信号放大电路中，由电流源拓展的电流镜也可以作为放大电路中的有源负载。

在某些高精度应用场合，例如传感器电流激励、精密运算放大器、精密电压参考或线性稳压器等，需要用到高精度且稳定的电流源。本专利所涉及的技术是一种通过一次性可编程熔丝，对电流源输出电流精度进行校准的线路实现方案。

最基础的电流源结构如图1所示，这种双晶体管的结构也是构成CMOS电流源或电流镜的基础结构。

在理想状态下，若MN1、MN2管的宽长比一致，那么输出电流i_O可以理解为参考电流i_I的镜像，此时：

i_O＝i_I；

同样在理想状态下，输出电流i_O与参考电流i_I的比例可近似等于晶体管的宽长比的比值。如下式所示：

i_O/i_I＝(L₁W₂/W₁L₂)；

然而在实际工程运用中，输出电流与镜像电流之间的比例难以满足理想状态。主要受到以下几种因素的影响：(1)沟道长度调制效应；(2)晶体管阈值电压偏差；(3)晶体管几何图形的失配。

为了改善电流源的性能，图1所示的基本电流源有多种派生的改进型结构。例如共源共栅电流源、威尔逊恒流源等。这些结构的出现改善了输出电流与参考电流的匹配性，提高了输出阻抗。为了提高输出电流的精度，参考电流通常由内部的带隙基准源产生；通过温度补偿，输出电流的温度稳定性可以进一步提升。这些技术在对于精度要求不苛刻的场合基本够用，本专利报告不再累述。

对于需要更高精度输出电流的场合，则必须要考虑半导体工艺加工过程中客观偏差所导致的输出电流误差。这种因工艺导致的误差往往带有随机性，无法在电路设计时予以预先消除或补偿；必须在芯片晶圆测试或最终测试阶段予以修调校准。

常规的修调校准方法有以下几种：(1)通过对芯片内部集成的金属薄膜电阻进行激光在线修调校准；(2)通过熔丝熔断的方式对关键电阻进行修调；(3)通过类DA转换器动态控制电流源输出校准，但这种方案在工程应用中却有一定局限。

金属薄膜电阻激光在线修调在较早时期的高精度模拟集成电路中应用较广。这种方案的特点在于利用激光修调设备对芯片上关键的金属薄膜电阻进行修调切割，通过控制激光修调的步进，可近似实现精度指标的线性修调校准，修调精度较高。但金属薄膜电阻的制备需要特殊的工艺，这种制备工艺通常是与早期的双极型(Bipolar)工艺相结合，目前较通行的CMOS工艺较少有对于金属薄膜电阻制备流程的支持。