专利名称：具长期热载子补偿之自动侧向扩散金氧半导体偏压的制作方法
技术领域：
本发明关于供LDMOS装置之自动偏压之系统及方法。本发明特别关于提供LDMO功率晶体管之自动偏压之系统及方法，其可补偿非载子效应及温度改变。该系统及方法可同时设定10个LDMOS装置之偏压点。自动偏压RF功率放大器之系统及方法曾揭示于专利WO02/087075A1及在”Xicor makes signal products foldr”2000，Xicor公司xp002225074。
背景技术：
侧向扩散金氧半导体(LDMOS)装置在过去数年已在此技艺中知名。LDMOS射频(RF)功率晶体管已在高频装置中广泛使用，如机动电信基地台。此等装置当在适当偏压时为线性。此等装置系操作于”AB级模式”。此一操作模式需要为每一装置设定闸极电压或偏压，以获得理想汲极静态电流。在某些案例中，偏压以简单之电压表完成，某案例下以更复杂设施完成，其亦试图补偿温度及/或热电子或热载子效应。老化，雷射调整电位器或外部计算机调整及芯片选择之组合亦用来设定偏压点，或补偿LDMOS装置偏压点中之不准确。
电流偏压技术遭到数项问题。已知技术受到数严重缺点影响，包括消耗时间及昂贵。通常，已知技术必须在每一LDMOS上个别实施，此系由于在多装置上自动实施此程序之复杂性。因为LDMOS装置在时间上之固有变化，传统技术数定之固定偏压点之适当性在时间上退化。例如，常使用老化。老化为一种技术，LDMOS装置在工场中操作一段时间，于是偏压点被永久设定。因为偏压点中之多数剧烈变化发生在LDMOS装置之早期寿命周期中，该方法可避免装置特性中之剧烈变化之后再设定固定偏压点。此方法之一严重缺点系由装置之特性继续变化造成。因此，固定偏压点变成与使用中之装置较少匹配。
固定偏压在时间上退化之问题大多因为所谓热载子效应所引起。热载子效应发生在所有MOS晶体管装置中。在作业条件下之汲极附近，载子时常获得足够之能量以打破无硅/硅氧化物表面载子及进入氧化物。氧化物中之中性中心陷住部分注入之电荷，构成电荷之建立。电荷之建立系累积性，可引起装置之作业特性之随时间大幅改变，导致装置有用寿命降低。
温度效应为此技艺中遭遇之另一问题，因为装置之电特性可由温度之改变而改变。当装置加热或冷却时，此可导致最佳偏压点之改变。温度效应之性质为短暂的，其带来选择固定偏压点之困难。
由于上述LDMOS偏压技艺中之问题及额外之问题，自动调整LDMOS装置之偏压点之改进方法及装置，当设定多装置之偏压点时，可提供在准确上，增加之寿命，降低之制造成本及增加之效率上足够之优点，及时间及复杂性上增加之效率。在开机时再设定一LDMOS装置偏压点之方法及系统将大幅补偿热载子效应。
本发明概述通常，本发明提供设定一LDMOS装置之偏压点之系统及方法。该系统及方法根据装置特性之变化，提供一LDMOS装置之偏压点之自动调整。
揭示之设定一LDMOS装置之偏压点之方法包括感测LDMOS装置之电流吸取步骤，及将LDMOS装置之电流吸取与一参考比较步骤。备有一步骤以施加电压至LDMOS之闸极以便至少部分补偿感测中侦出之差异。上述步骤予以重复直到LDMOS装置之闸极电压保持为实际上一恒定值为止，偏压值于是设定。
根据本发明之另一特性，一LDMOS装置偏压点在每次至LDMOS装置之电源循环时设定。
根据本发明另一特性，连续之温度改正提供至LDMOS装置之偏压点。
根据本发明之有一特性，供LDMOS装置之偏压点设定之系统一电流传感器，以感测LDMOS装置之电流吸取。备有一比较器以将LDMOS装置吸取之电流与一参考电流比较。利用一数字电位器以增量LDMOS装置之闸极偏压以响应比较器输出，及备有一机构以储存LDMOS装置之偏压点。
根据本发明另一特性，该系统尚包括一电路以补偿偏压点以响应温度改变。
本发明提供各技术优点包括增加之偏压点准确度，热载子及温度补偿，及可伸缩性使能自动偏压多LDMOS装置，降低成本，增加之效率及增加之LDMOS装置服务寿命。
图式简略说明以上优点及本发明特殊实施例可自以下之说明及配合图式而更加了解，图中
图1为本发明系统及方法之一范例之方块图；图2为图1之电流感测电路之范例略图；图3为一略图显示图1之比较电路范例略图；图4为一略图显示图1之时脉电路范例略图；图5为一略图显示图1之定时器电路范例略图；图6为一略图显示图1之触发电路范例略图；图7为一略图显示图1之数字电位器范例略图；图8为一略图显示图1之温度补偿电路范例略图；图9为方块图，显示本发明之系统及方法之另一范例；图10为略图说明图9之另一温度补偿电路之范例；图11为一程序流程图，显示本发明之方法之各步骤。
各图式中之参考号码及符号代表对应之零件，特别指出者除外。图式未按比例，讨论之某些实施例之特性予以简化或夸大以说明本发明之原理。
较佳实施例详细明以下详细讨论本发明之较佳实施例之制造及利用，应了解，本发明提供许多可应用之新颖观念，其可并入特殊内容之广泛变化中。应了解，本发明可以不同型式及不同构型之LDMOS装置实施。
主要参考图1，一LDMOS装置10(非本发明部分)电连接至偏压电路12如图标。开启时，一定时器14开始运作。一正反器16被再设定，提供一信号至数字电位器20之芯片选择销18，数字电位器20被激活。LDMOS装置10之RF驱动在偏压期间被禁止。一电流感测电路24电连接后以感测LDMOS装置10之电流吸取，较佳经由0.1欧姆感测电阻器26以感测电流。
感测之LDMOS电流吸取(现在转化为电压)被馈至一比较电路28。该比较电路28将LDMOS电流吸取与自一参考电路30之静态电流参考电压，较佳自一分压器(1V＝1A)加以比较。当比较电路28显示LDMOg电流低于参考电路30之电流时，在比较输出32产生一逻辑高。当比较电路28显示LDMOS电流高于参考电路30之电流时，比较输出32产生一逻辑低。数字电位器20根据比较电路28之高或低输出32，其上/下销34被设定滑动，上或下。当然，高/低或上/下逻辑可反转而不致改变本发明之原理。
在次一时脉36脉波时，数字电位器20之接帚22在增量销38增量一步进。接帚22上之电压馈至LDMOS装置10之闸极40。闸极40偏压之增加及降低使LDMOS装置10较大或小导电。自电流感测电路24至闸极40之环路继续发生功能如上所述，导致进一步之闸极40偏压之改变，直到参考电路30设定之理想静态电流与LDMOS装置吸取之实际静态电流间达到平衡。应了解，在此一程序之重复期间，LDMOS装置10系以”A级”闭合环路模式操作。
继续参考图1，定时器14终了时，一逻辑高被发送至正反器16，在次一高时脉36期间，主动低被自数字电位器20之芯片选择销18移除。数字电位器20于是较佳将其接帚22位置写入数字电位器20内或外部之非挥发内存中，RF驱动器亦激活。接帚22一但固定，LDMOS装置10以开路环路”AB级”操作。
LDMOS装置以”AB级”操作时，一热参考42较佳连接一偏压调节器44以提供温度补偿至闸极40。该热参考42应与LDMOS装置10成热链接。
精于此技艺人士应了解，偏压电路12可分类以操作于各LDMOS装置10。原则上，一单定时器14，正反器16，时脉36，及偏压调节器44可用于偏压电路12中，以适应自动设定无数之LDMOS装置10之偏压点，只要每一LDMOS装置10备有各别比较电路24，参考电路28及电位器20即可。本发明可同时应用于并联之多装置中。为说明之清晰及简单起见，图1之构型利用单一装置以说明本发明之一举例。
图2-10用以说明图1方块中之电路组件构型之举例。应了解，所示及说明之较佳实施例可改变组件值或位置而以不同型式实施，不致有悖本发明之原理。
图2说明一代表图1之偏压电路之电流感测电路24之一例略图。电流感测电路24较佳为此技艺中熟悉之电流镜。电流感测电阻器26较佳为0.1欧姆电阻器，其能承受2W。晶体管Q1为通用目的PNP装置。其较佳与一电流感测IC实施此部分，但电阻器26及R6可为外部。
图3为图1之比较电路28之一例之略图。比较电路28较佳为此技艺中知名之比较器。
图4为显示图1之时脉电路36之略图。时脉电路36为一般比较器电路，虽然其它构型亦可使用，只要其提供时脉信号即可。
图5为一略图显示图1之定时器14之一例。图5之定时器14将被认为一比较器电路。以一时脉信号，其它构型亦可，只要其提供时脉信号。
图6中显示图1之正反器电路16之略图。可使用此技艺中标准之任何构型之正反器电路，只要”Q或非Q”17连接后可激活跨接器19或直接连接至偏压电路12之数字区之芯片选择销图7为图1之数字电位器20之略图。此技艺中有许多数字电位器甚为熟知。较佳为该数字电位器20有一非挥发内存以储存偏压设定。数字电位器20有能力储存偏压点位置之接帚位置。电阻器R27系外部提供至数字电位器20以连接至图1之偏压电路12之偏压调节器44。芯片选择销18连接至偏压电路12之跨接器19。利用多数字电位器20实施本发明以偏压多LDMOS装置10时(图1)，芯片选择销18可连接在一起。
图8为图1偏压电路12之温度补偿电路之偏压调节器44之略图。晶体管Q2为一般目的NPN装置。
图9为一方块图显示LDMOS偏压电路12，具有另一构型46之一例，提供偏压点温度补偿。当然，热参考42应与LDMOS装置10成热链接。
图10为一略图显示图9之温度补偿电路之一例。一热参考42及接帚22耦合至反向运算放大器48之输入，其输出连接至LDMOS闸极40。温度补偿电路46可以标准组件设计。如多LDMOS装置10同时被偏压时，可利用一单一二极管LM335作为一参考。
图11提供程序流程图以说明本发明方法之各步骤。应了解，图11显示及说明之举例与图1及图9显示之LDMOS偏压电路12之各例对应。在激活时，LDMOS装置10以”闭路回路”模式操作，在步骤100，步骤102时，偏压电路12被再设定。步骤104时，偏压点设定在最初开启位置，较佳为中间范围值。或者，前所设定之偏压点值可以保留于非挥发内存中，供随后之开启之用。步骤106时，偏压点调整被激活。
在步骤108时，LDMOS装置之电流吸取被感测到，在步骤110时，与静态电流比较。如决定菱形112所示，比较步骤110可导致侦出二电流之相等，如路径箭头114所示，或不相等时，如路径箭头118所示。在步骤118时，产生一逻辑高或逻辑低，与LDMOS电流是否已决定较参考电流为高或低对应。根据逻辑高或低，LDMOS闸极偏压在步骤120增量。如路径箭头122所示步骤108至120重复，直到LDMOS电流等于决定菱形112处之参考电流。精于此技艺人士将了解，用以作电流比较及决定相等性之容差，可根据本发明特别应用之所用组件及准确度需求变化。
当LDMOS电流及参考电流间未侦出差异时，如路径箭头114所示，方法进行至步骤124。在步骤124时，定时器到期，电流相等，导致偏压调节停止激活于步骤126。在步骤128，目前偏压设定被储存于非挥发内存中。步骤130时，RF驱动器被激活，俾LDMOS装置能以”AB级”操作。
当LDMOS装置以”开路回路”运转时，LDMOS装置之热条件被监视。热补偿被继续提供至偏压点设定。
应了解，LDMOS装置之偏压点设定较佳发生在激活后约100毫秒之内。对照之下，温度改正步骤继续实施。
以上所述之实施例及说明仅为范例目的。虽然本发明之各特性及优点，与本发明细节已揭示如上，此一揭示仅供说明目的，在本发明之原理以内可作在所附权利要求之广泛意义指出之最大范围。
权利要求
1.一种用以设定一LDMOS装置的偏压点的方法，其步骤是包含(a)感应一LDMOS装置的一电流吸取；(b)将该LDMOS装置的该电流吸取与一参考比较；(c)因应该比较增加一数字电位器；(d)响应地施加一电压至该LDMOS装置的栅极，以补偿在该比较步骤所侦测的差异；(e)复杂步骤(a)-(d)，直到该栅极电压维持一相当固定的值；以及(f)设定该偏压点为该相当固定的值。
2.如权利要求第1项的方法，更包含每一次电源循环至该LDMOS装置时，执行步骤(a)-(f)。
3.如权利要求第1项的方法，更包含使用一热参考以提供温度校正至该偏压点的步骤。
4.如权利要求第1项的方法，更包含于非挥发性记忆体中储存该偏压点的步骤。
5.如权利要求第1项的方法，更包含在步骤(a)-(f)期间，于一A级放大器模式下运作该LDMOS装置的步骤。
6.如权利要求第1项的方法，更包含继步骤(f)之后，于一AB级放大器模式下运作该LDMOS装置的步骤。
7.同时于复数个并联的LDMOS装置上执行如权利要求第1项的方法。
8.一种用以设定一LDMOS装置的偏压点的系统，包含一电流感应器可作业耦合以感测该LDMOS装置的电流吸取；一比较器作业耦合至电流感应器，以便将LDMOS的电流吸取与一参考比较；一数字电位器作业耦合至该比较器，用以因应该比较器输出增加该LDMOS装置的该栅极偏压；以及一机构用以储存该LDMOS装置的该偏压点，以便该偏压点维持运作该LDMOS装置的设定。
9.如权利要求第8项的系统，更包含一偏压调节器作业耦合至该数字电位器及一热参考，该热参考再作业耦合至该LDMOS装置及该偏压调节器，用以补偿因应温度改变的该偏压点。
10.如权利要求第8项的系统，更包含一运算放大器作业耦合至该数字电位器及一热参考，该热参考再作业耦合至该LDMOS装置，用以补偿因应温度改变的该偏压点。
11.如权利要求第8项的系统，当每次电源循环至LDMOS装置时，适于自动设定偏压点。
12.一种适于同时设定复数电并联LDMOS装置的偏压点的系统，包含复数如权利要求第8项的子系统。
13.如权利要求第8项的系统，其中该LDMOS装置包含一AB级RF功率晶体管。
14.一种用以设定一或多LDMOS装置的偏压点的电路，包含一电流感应器可作业耦合以感测LDMOS的电流吸取；一比较器作业耦合至电流感应器，以便将LDMOS的电流吸取与一参考比较；一数字电位器将其接帚输入作业耦合至该比较器，其接帚输出作业耦合至LDMOS栅极；一定时器作业耦合至正反器；该正反器作业耦合以激活/停止该数字电位器；一时脉作业耦合以激活数字电位器；以及一非挥发内存装置以储存LDMOS的偏压点，俾偏压点继续保留设定以供LDMOS装置的作业。
15.如权利要求第1项的电路，其中该LDMOS装置包含一AB级功率晶体管。
16.如权利要求第1项的电路，当每次电源至LDMOS装置循环时，适于自动设定偏压点。
17.如权利要求第1项的电路，更包含一偏压调节器作业耦合至数字电位器及一热参考，该热参考再作业耦合至该LDMOS装置，以补偿因应温度改变的偏压点。
18.如权利要求第1项的电路，更包含一运算放大器作业耦合至数字电位器及一热参考，该热参考再作业耦合至该LDMOS装置，以补偿因应温度改变的偏压点。
全文摘要
本发明揭示LDMOS装置在激活时自动偏压之系统及方法。本发明提供每次在LDMOS装置激活时具有热载子补偿效应之偏压点设定，及提供装置之作业期间之温度补偿。本发明之系统及方法可调整而使复数个LDMOS装置可同时将其偏压点设定，并备有温度补偿。
文档编号H03F1/30GK1589522SQ02818678
公开日2005年3月2日 申请日期2002年9月23日 优先权日2001年9月24日
发明者C·布赖尔, R·巴托拉, N·V·迪西特 申请人:因芬尼昂技术股份公司