确定机械应力的制作方法

本发明的实施例涉及一种用于提供机械应力水平信号的电路和对应方法。

技术实现要素：

第一实施例涉及一种用于提供机械应力水平信号的电路，所述电路包括：

–至少一个双极型结型晶体管，

–其中所述电路被布置为

–基于所述至少一个双极型结型晶体管的电流增益确定第一机械应力水平并且基于所述至少一个双极型结型晶体管的电流增益确定第二机械应力水平，

–基于第一机械应力水平和第二机械应力水平提供机械应力水平信号。

第二实施例涉及一种用于确定机械应力水平信号的方法，所述方法包括：

–基于至少一个双极型结型晶体管的电流增益确定第一机械应力水平，

–基于所述至少一个双极型结型晶体管的电流增益确定第二机械应力水平，

–基于第一机械应力水平和第二机械应力水平确定机械应力水平信号。

第三实施例涉及一种可直接加载到数字处理装置的存储器中的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于执行本文中描述的方法的步骤的软件代码部分。

附图说明

参照附图示出和图示实施例。附图用于图示基本原理，使得仅图示理解基本原理所必要的方面。附图不是成比例的。在附图中，相同的标号表示同样的特征。

图1示出利用npn晶体管的具有输出电压Vo1的应力传感器的示例性电路图；

图2示出具有输出电压Vo2的应力传感器的示例性电路图，该应力传感器与图1中示出的电路相比具有增加的应力灵敏度；

图3示出利用pnp晶体管的具有输出电压Vo3的应力传感器的示例性电路图；

图4示出用于减小温度漂移的包括pnp晶体管和npn晶体管的示例性电路；

图5示出用于减小温度漂移的替代电路；

图6示出用于减小温度漂移的又一个替代电路；

图7示出通过解耦npn晶体管的集电极电流并且根据图5中描绘的实施例使用这个集电极电流来组合图5和图6中示出的电路的电路的另一示例；

图8A示出其中由电流源将电流注入到npn晶体管的基极中的进一步电路；

图8B示出其中由电流源将电流注入到npn晶体管的基极中的另一电路。

具体实施方式

多数类型的封装(比如，塑料包封(PEL)封装)将机械应力施加在由封装提供的半导体管芯上。这种机械应力的原因是多方面的，并且可基于例如封装组分(模制化合物、半导体管芯、引线框架)的热膨胀系数(CTE)的失配、封装的有机部分(模制化合物、粘合剂)的水分吸收或化学固化收缩。机械应力可具有显著大小，例如高达300 MPa和更高的量。半导体管芯自身可经受压缩(即，负应力)，但管芯涂层、顶部包封（glob top）或陶瓷封装的使用可导致张力(即，正应力)。

应力是影响电路的可靠性的危险因素，并且它可改变半导体管芯的电子部件的参数。这能够减小例如霍尔传感器电路、带隙电路、温度传感器、片上张弛振荡器或电流基准的准确性。

应力向量T和法向量n之间的线性关系是从力的静态平衡和线性动量的守恒的基本定律得出的。在材料中的每个点处的柯西应力张量的分量满足平衡方程(零加速度运动的柯西方程)。此外，角动量的守恒的原理意味着：应力张量是对称的。因此，在任何点和时刻处的介质的应力状态能够由仅六个独立参数而非九个独立参数指定，即

其中元素σ_xx、σ_yy、σ_zz被称为正交法向应力(相对于选择的坐标系)，并且元素σ_xy、σ_xz、σ_yz被称为正交剪切应力(参见例如，https://en.wikipedia.org/wiki/Stress_%28mechanics%29和https://en.wikipedia.org/wiki/Cauchy_stress_tensor)。

由于封装的层状结构，管芯表面的主要部分具有总计σ_xx和σ_yy的主应力分量(在管芯的表面被布置在xy平面中的情况下)。对于这种管芯，特别地对于由该管芯提供的电路，监测或测量机械应力是有益的。

因此，目的是具有一种具有下面的优点中的至少一个优点的应力传感器：

–该应力传感器对特定的一组机械应力分量示出高灵敏度。

–该应力传感器未经历(基本上未经历)来自其它应力分量的串扰。

–该应力传感器示出定义的、低的或减小的温度依赖性。

对机械应力分量σ_xx+σ_yy做出响应的压阻应力传感器是已知的。此外，对机械应力分量σ_xx-σ_yy做出响应的压阻应力传感器和压电MOS应力传感器是已知的。

本文中提出的示例提供应力传感器(应力传感器元件)，所述应力传感器包括利用至少一个双极型结型晶体管的电流增益的机械应力依赖性以高灵敏度测量应力分量σ_xx+σ_yy的电路。

根据[Hussain, Safina等人的"Understanding the impact of temperature variations on measurement of stress dependent parameters of bipolar junction transistors." Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems (ITherm), 2014 IEEE Intersociety Conference on. IEEE, 2014]，(100)硅的垂直双极型结型晶体管(BJT)的电流增益总计

其中

π₁₁、π₁₂是在相应掺杂水平下的发射极和基极中的少数载流子的压阻系数，

是带隙缩窄的变化(=基极和发射极之间的带隙的差异)，

T是绝对温度，并且

k是玻尔兹曼常数。

带隙缩窄的变化ΔE_GBE相对于机械应力基本上不变，并且它的温度依赖性也可能可忽略。

压阻系数π₁₁、π₁₂的值随着较高的掺杂水平而减小。少数载流子的压阻系数类似于多数载流子的压阻系数。

对于具有总计小于或等于10¹⁸/cm³的基极掺杂和大于10²⁰/cm³的发射极掺杂的npn型晶体管，下面的系数是已知的：

这导致针对σ_xx+σ_yy总计(-45%)/GPa的电流增益的应力依赖性以及针对σ_zz总计(+82%)/GPa的电流增益的应力依赖性，其中应力分量σ_zz与xy平面正交。

与具有总计(-24%)/GPa的应力系数的(100)硅的低n掺杂电阻器的横向电阻器L布置(即，以L形式布置在xy平面中的电阻器，特别地的是彼此垂直地布置在xy平面内的两个电阻器)相比，考虑到应力分量之和σ_xx+σ_yy的电流增益的应力灵敏度是大的。

作为应力依赖量的电流增益相对于例如电阻的优点在于：电流增益具有量纲1，而电阻具有量纲电压除以电流。对于电路，相对于不同维度的比较的增加的复杂性，相同维度的两个量的比较是有利的。此外，比较不同维度的值还可导致降低的准确性。

例如，将集电极电流与基极电流进行比较以便确定电流增益是相当高效的。然而，重要的是，将电阻器上的电压与通过这个电阻器的电流进行比较以便确定它的电阻。对于后者，可能需要具有不同的应力依赖性但具有类似的温度依赖性的第二电阻器以通过二者之间的比较来提取应力。利用本文中提出的解决方案，不需要第二晶体管确定机械应力。

该电路可利用下面的电流中的任何两种电流：基极电流Ib、集电极电流Ic或基极电流Ib。电流增益可被确定为集电极电流Ic与基极电流Ib之比，即：

。

然而，发射极电流与基极电流之比等于电流增益加一，即：

。

此外，可考虑发射极电流与集电极电流之比，发射极电流与集电极电流之比等于

。

npn型晶体管的电流增益随着机械应力而减小(例如，按照(-45%)/GPa减小)。pnp型晶体管的电流增益随着应力而增加，因为电流增益的应力依赖性由基极的压电系数确定，对于n掺杂和p掺杂，基极的压电系数具有相反的符号。

因此，通过比较npn型晶体管和pnp型晶体管的电流增益，能够增加应力灵敏度。这种比较抵消(或显著减少)共同项，比如残余温度依赖性。因此，npn型晶体管和pnp型晶体管的电流增益对应力具有相反的依赖性，但具有类似的温度依赖性。通过减法，温度依赖性可被消除(或至少显著减少)，并且应力依赖性可被放大。

晶体管与电阻器的组合能够被用于增加应力传感器的应力灵敏度(特别地，使应力传感器的应力灵敏度最大化)。

替代于垂直晶体管，能够使用横向晶体管。在这种情况下，每个垂直晶体管可由两个相同的横向晶体管(即，具有相同类型)替换，所述两个相同的横向晶体管被布置为垂直于彼此。这也被称为L布局。

也能够通过以下级联来改进晶体管应力传感器的灵敏度：电流被注入到第一晶体管的发射极中并且从第一晶体管的基极被提取，然后乘以例如电流反射镜并且被注入到第二晶体管的发射极中并且从第二晶体管的基极被提取。利用每个另外的晶体管级，应力灵敏度近似地加倍。

图1示出具有输出电压Vo1的应力传感器的示例性电路图。电流源101连接在节点102和节点103之间。朝着节点103提供电流I0。npn晶体管104的集电极连接到节点102。晶体管104的基极连接到节点105，并且晶体管104的发射极连接到NMOS(n沟道MOSFET)106的漏极，其中NMOS 106的源极连接到地。

节点103连接到NMOS 107的漏极，其中NMOS 107的源极连接到地。NMOS 106的栅极连接到NMOS 107的栅极并且连接到节点103。节点103还连接到NMOS 108的栅极。NMOS 108的源极连接到地。

电阻器R1被布置在节点102和节点105之间。电阻器R2被布置在节点102和节点109之间。节点109连接到NMOS 108的漏极。

在节点105和节点109之间提供输出电压Vo1。节点102可连接到电源电压。

NMOS晶体管107和106用作电流源：NMOS 106强迫发射极电流通过NPN晶体管104。这个发射极电流的分数1/(1+β)流经电阻器R1并且流入到晶体管104的基极中。NMOS 108强迫电流通过电阻器R2。输出电压Vo1导致：

其中

I₁₀₆是通过NMOS 106的电流，并且

I₁₀₈是通过NMOS 108的电流。

在电路布局中，NMOS晶体管106至108可被布置为靠近彼此以暴露于等量的机械应力以及基本上相同的温度。然后，流经NMOS晶体管的电流可基本上取决于总计W/L(宽度W和长度L之比)的沟道尺寸之比。

作为选择，NMOS 108的尺寸可被修整以在参考应力和/或参考温度将输出电压Vo1调整至预定值。

另一选择是将电阻器R1和R2定位为彼此靠近，使得它们暴露于基本上相同量的机械相等应力以及温度。如果假设相同量的机械应力影响晶体管104以及电阻器R1、R2，则输出电压Vo1导致

其中电流反射镜比

其中I₁₀₇是通过NMOS 107的电流，并且应力灵敏度

其中π₀是电流源101的系数，并且π_β是晶体管104的电流增益的系数。

垂直于芯片表面的应力分量(即，当芯片表面是xy平面时的z分量)能够被省略，因为z方向上的这个应力分量远小于平面内应力分量。

根据已经被包括在用于获得Vo1的公式中的又一假设，包括NMOS 108的电流反射镜被修整以便在零机械应力下(例如，在晶片级上)获得零输出电压Vo1，即：

电阻器R1和R2的压阻系数π₁和π₂与电流增益的压电系数π_β组合。因此，应力灵敏度能够增加：对于系数π_β<0，这可导致π₂<0以及π₁>0。因此，电阻器R2可以是具有总计(-24%)/GPa的应力系数的横向低n掺杂电阻器L，并且电阻器R1可以是具有总计(+53.4%)/GPa的应力系数的垂直低n掺杂电阻器。作为结果，如果电阻器R1和R2二者都相同，则与仅45%/GPa相比，输出电压Vo1的应力灵敏度与成比例。这导致灵敏度增加到原来的2.7倍。

然而，(基本上)相同的电阻器R1和R2仍可具有优点，因为与电阻器R1和R2是具有带有不同温度依赖性的不同类型的电阻器的情况相比，输出电压Vo1的温度依赖性更小。

应力灵敏度甚至可进一步增加。

图2示出具有输出电压Vo2的应力传感器的示例性电路图。图2的电路图基于图1。

与图1相比，节点103未连接到NMOS 108的栅极。替代地，节点102经由电流源201连接到节点202。节点202连接到NMOS 203的漏极。NMOS 203的源极连接到地。NMOS 203的栅极连接到节点202并且连接到NMOS 108的栅极。朝着节点202提供电流I1。

电流I1被包括NMOS 203和NMOS 108的可调整电流反射镜镜像，并且电流I1被迫流经具有压电系数π₂<0的电阻器R2。电流I0被包括NMOS 107和NMOS 106的电流反射镜镜像，并且从npn晶体管104的发射极获得电流I0。在那里，它引起流经具有压电系数π₁>0的电阻器R1的基极电流。

因此，根据图2，能够使电流I0和I1变得应力依赖，其中与电流I1的应力依赖性相比，能够使电流I0的应力依赖性处于相反方向。因此，随着增加的应力，电流中的一个增加，另一个电流减小，这导致输出电压Vo2的应力灵敏度的显著增加。

在图2中，从与电阻器R2相同的类型的电阻得到电流I0。因此，电流I0的应力依赖性具有与电阻器R2的应力依赖性相同的大小和相反的符号。

电流I0被发送通过晶体管104，晶体管104的电流增益β减小。因此，基极电流比电流I0甚至增加得更多。由于电阻器R1也增加，所以电阻器R1上的电压显著增加。相反地，电流I1减小，因为从作为增加的电阻器R1的类型得到电流I1。这个电流I1被镜像到减小的电阻器R2中，使得R2上的电压比电流I1减小得更多。因此，输出电压Vo2与总计的成比例，输出电压Vo2是在电阻器R1和R2将会相同的情况下的几乎4.5倍。

要注意的是，电阻器的“类型”可包括下面的任何类型：

–垂直n掺杂电阻器，

–横向n掺杂电阻器，

–可被按照L形布置(在xy平面中是平面的)的电阻器，

–外延层中的横向电阻器，

–多晶硅电阻器，

–p掺杂电阻器，例如布置在npn晶体管的p掺杂基极中的电阻器。

相同类型的电阻器可具有(基本上)相同的温度系数和相同的应力依赖性，但它们可具有不同的电阻值。

该电路利用npn晶体管104。然而，能够以类似方式应用pnp型晶体管。

图3示出利用pnp晶体管306的具有输出电压Vo3的应力传感器的示例性电路图。

晶体管306的发射极经由电流源302连接到节点303。作为选择，该电流源可以是可调整的。节点303经由电流源301连接到节点304。节点303可连接到电源电压。节点304经由电阻器R3连接到地。晶体管306的基极连接到节点305。节点305经由电阻器R4连接到地。晶体管306的集电极连接到地。从节点303朝着节点304传送电流I3，并且从节点303朝着晶体管306的发射极传送电流I4。在节点304和节点305之间提供输出电压Vo3。

如以上所指示，晶体管的电流增益也可取决于温度。因此，输出电压的温度漂移可被补偿。在这个方面，补偿指代减小温度漂移或基于这种温度漂移的负面影响。本文中描述的补偿可指代这种负面影响的部分或完全补偿。通过利用至少一个npn型晶体管和至少一个pnp型晶体管的组合，可特别地减小温度漂移。

图4示出用于减小温度漂移的示例性电路。节点407(节点407可连接到电源电压)连接到pnp晶体管401的发射极。晶体管401的集电极连接到节点403，节点403连接到npn晶体管402的集电极。晶体管402的发射极连接到地。

电流源405连接在pnp晶体管401的基极和地之间。电流I₄₀₁从晶体管401的基极朝着地流动。

电流源406连接在节点408和npn晶体管402的基极之间。电流I₄₀₂从节点408朝着晶体管402的基极流动。要注意的是，节点407和节点408可连接到至少一个电源电压，特别地连接到不同的电源电压。

经由节点403提供输出电流Io4。作为选择，节点403可连接到电流源409以提供偏移。

电流源406强迫npn晶体管402的基极电流I₄₀₂，并且电流源405强迫pnp晶体管401的基极电流I₄₀₁。npn晶体管402和pnp晶体管401的集电极端子短路。如果电阻负载连接到节点403，则输出电流Io4导致两种集电极电流的差异。因此，输出电流Io4如下与npn或pnp晶体管的单个集电极电流相比具有高机械应力灵敏度和降低的温度依赖性：

。

此外，像上述示例中一样，能够基于不同比率从单个电流得到电流I₄₀₁、I₄₀₂。

不同类型的电阻器可被用于增加(或调整)应力灵敏度的水平也是一种选择。

可有益地提供电路，使得电流I₄₀₂随着机械应力而减小，因为npn晶体管402的电流增益也随着机械应力而减小。因此，晶体管402的集电极电流甚至随着机械应力而更有力地减小。相反地，电流I₄₀₁可随着应力而增加，因为pnp晶体管401的电流增益随着应力而增加。因此，晶体管401的集电极电流甚至随着应力而更有力地增加。电流I₄₀₂、I₄₀₁中的至少一个可以是可修整的以解决电阻器的制造效应和/或晶体管的电流增益。

一种选择是，对于输出节点403增加或减少进一步电流(这由电流源409指示)，以便移动输出电流Io4的零点(即，Io4=0处的应力和温度)并且修整输出电流Io4的应力依赖性。

图5示出用于减小温度漂移的示例性电路。节点506经由电流源503连接到pnp晶体管501的发射极。晶体管501的集电极连接到地。节点507经由可选的(可调整的)电流源504连接到npn晶体管502的集电极，晶体管502的发射极连接到地。晶体管501的基极连接到晶体管502的基极。经由节点508提供输出电流Io5，节点508连接到晶体管502的集电极。

节点506和节点507可连接到至少一个电源电压。

npn晶体管502的集电极电流等于npn晶体管502的电流增益与pnp晶体管501的电流增益之比，使得npn晶体管502的集电极电流的应力依赖性与npn晶体管502的压电系数减去pnp晶体管501的压电系数的减法成比例，由此公共热漂移抵消(可至少部分地抵消，特别地完全抵消)。因此，npn晶体管502的集电极电流I_cn总计：

其中I_ep是pnp晶体管501的发射极电流。

通过对节点508增加或减少特别地与电流I_ep成比例的电流，能够修整输出电流Io5的应力依赖性。由电流源504及其与电流源503的连接示例性地指示这一点。要注意的是，可选的电流的极性可以是任意的，使得可选的电流可流入到输出节点508中以及可选的电流可从输出节点508流出。

根据图5中示出的示例，晶体管501和502的基极电流是相同的。由于pnp晶体管501的电流增益可低于npn晶体管502的电流增益，所以电流I_ep可显著小于电流I_cn。如果pnp晶体管501的发射极面积是npn晶体管502的发射极面积的1/5至1/20，则可使两个电流I_ep和I_cn相似。一种选择也是，提取pnp晶体管501的基极电流，例如由电流反射镜操纵该基极电流，并且再一次吸收来自npn晶体管502的基极的该基极电流。这可适合于将“大”pnp基极电流减小至“小”npn基极电流的水平。

要注意的是，晶体管501和502可被实现为组合结构。它可例如利用4层结构，例如pnpn结构。

图6示出用于减小温度漂移的替代电路。PMOS 603(p沟道MOSFET)的栅极连接到节点607并且连接到PMOS 604的栅极。PMOS 603的漏极连接到pnp晶体管601的发射极，其中这个晶体管601的集电极连接到地。PMOS 603的源极连接到节点610。PMOS 603和PMOS 604可被视为经由应用于节点607的信号控制的电流源。PMOS 604可以是可调整的。

晶体管601的基极连接到npn晶体管602的基极。晶体管602的集电极连接到节点608，并且晶体管602的发射极连接到节点605。节点605经由电阻器R5连接到地。

PMOS 604的源极连接到节点609，并且PMOS 604的漏极连接到节点606。节点606经由电阻器R6连接到地。

节点608、609和610(或这些节点的一部分)可连接到相同的电源电压或连接到不同的电源电压。

跨节点605和606提供输出电压Vo6。

根据图6，可使用流经电阻器R5的npn晶体管602的发射极电流。将电阻器R5上的电压降与电阻器R6上的电压降进行比较，电阻器R6上的电压降对应于经过R6的原电流。因此，与图1至图3中示出的实施例相比改进了输出电压Vo6的温度稳定性，因为npn晶体管602和pnp晶体管601的电流增益的温度系数(几乎或完全)彼此抵消。

图7示出通过解耦npn晶体管的集电极电流并且根据图5中描绘的实施例使用这个集电极电流来组合图5和图6中示出的电路的电路的另一示例。

将电源电压馈送给节点709。节点709经由电流源701连接到节点711。NMOS 702的漏极连接到节点711。节点711还连接到NMOS 702的栅极和(可调整)NMOS 703的栅极。NMOS 702的源极和NMOS 703的源极连接到地。

节点710连接到npn晶体管704的集电极。晶体管704的发射极连接到NMOS 703的漏极。晶体管704的基极连接到pnp晶体管705的基极。晶体管705的集电极连接到地，并且晶体管705的发射极连接到节点712。节点712经由电阻器R7连接到节点709。

节点709经由电阻器R8连接到节点713，并且节点713连接到npn晶体管706的集电极。晶体管706的发射极连接到地，并且晶体管706的基极连接到pnp晶体管707的基极。晶体管707的集电极连接到地，并且晶体管707的发射极经由电流源708连接到节点709。

跨节点712和713提供输出电压Vo7。

图7的这个电路提供具有特定应力依赖性的电流(例如，以便偏置霍耳效应装置，由此抵消压电-霍尔依赖性的大部分)，并且该电路提供另外的应力传感器输出信号，所述另外的应力传感器输出信号可被用于布置在管芯上的一些电路的应力感生漂移的精确补偿目的。

图5和图6的实施例具有两个基极发射极结，即串联连接的pnp晶体管的基极发射极结和npn晶体管的基极发射极结。然而，电流被注入到pnp晶体管(即，图5中的晶体管501和图6中的晶体管601)的发射极中。作为替代实施例，也可从npn晶体管的发射极获得电流。然后，pnp晶体管的发射极电流可被解耦并且经电阻器发送。

根据图7，电流I₇₁₄(流入到pnp晶体管705的发射极中的电流)和电流I₇₁₅(从电流源701朝着节点711流动的电流)之比总计：

。

图7的电路的右侧部分716类似于图6中示出的电路。与图6相比，部分716利用npn集电极电流I₇₁₈而不是npn发射极电流。要注意的是，具有大电流增益β的npn晶体管的发射极电流和集电极电流之差可以是可忽略的。

电流I₇₁₈(流入到npn晶体管706的集电极中的电流)和电流I₇₁₉(流入到pnp晶体管707的发射极中的电流)之比总计：

。

与电流比 (其对应于图7中示出的电路的左手侧的部分717)相比，这个电流比(其对应于图7中示出的电路的部分716)具有带有相反的符号的应力依赖性。因此，如果比较电阻器R7和R8上的电压降(通过输出电压Vo7)，则能够获得两倍的机械应力灵敏度。

还要注意的是，图7的电路在没有增加温度漂移的缺点的情况下增加总体应力灵敏度，因为左侧部分717和右侧部分716各自基本上得到温度补偿。

图5至图7的实施例各自示出：npn晶体管和pnp晶体管通过它们的基极来耦合(直接或间接)。因此，晶体管中的一个的基极电流是从另一晶体管的基极电流得到的。作为替代方案，npn晶体管和pnp晶体管可经由它们的发射极耦合。

图8A示出其中由电流源将电流注入到npn晶体管803的基极中的另一电路。

PMOS 801的栅极连接到节点806并且连接到PMOS 802的栅极。PMOS 801的漏极连接到npn晶体管803的基极。PMOS 801的源极连接到节点807。PMOS 801和PMOS 802可(各自)被视为经由应用于节点806的信号控制的电流源。PMOS 802可以是可调整的。PMOS 802的源极连接到节点808，并且PMOS的漏极连接到节点810。

晶体管803的集电极连接到节点809，并且晶体管803的发射极连接到pnp晶体管804的发射极。晶体管804的集电极连接到地。晶体管804的基极连接到电流反射镜805的输入，电流反射镜805的输出连接到节点810。电流反射镜也连接到地。

经由节点810提供输出电流Io8。节点807、808和809(或这些节点的一部分)可连接到相同的电源电压或连接到不同的电源电压。

因此，电流经由PMOS 801(作为电流源)被注入到npn晶体管803的基极中。晶体管803的发射极电流流入到pnp晶体管804的发射极中。流经pnp晶体管804的电流被电流反射镜805镜像，并且与从流入到npn晶体管803的基极中的原电流缩放的由PMOS 802(作为电流源)提供的电流进行比较(例如，从由PMOS 802提供的电流减去流经pnp晶体管804的电流)。再一次，输出电流Io8基本上得到温度补偿并且应力依赖。

替代地，有可能吸收来自pnp晶体管804的基极的电流，将npn晶体管803的基极连接到电流反射镜的输入，并且比较两个基极电流。

在图8B中指示这种方案。这里，晶体管803的集电极连接到节点809，并且晶体管803的发射极连接到pnp晶体管804的发射极。晶体管804的集电极连接到地。晶体管804的基极经由电流源811连接到地，从而提供电流I₈₁₅。晶体管803的基极连接到电流反射镜810的输入。电流反射镜810的输出提供电流I₈₁₆。能够将电流I₈₁₅和I₈₁₆进行比较以提供应力依赖输出电流信号。

要注意的是，本文中描述的晶体管(即，pnp型晶体管(也被称为pnp晶体管)和npn型晶体管(也被称为npn晶体管))优选地是双极型结型晶体管。它们可以是基底双极型晶体管，其中一个连接是基底。

还要注意的是，能够使用MOSFET或双极型结型晶体管实现电流反射镜。

一种选择是，电流增益的温度系数被(完全地或至少部分地)补偿，使得输入电流获得相反的温度系数。关于图1中可视化的示例，电流I0可具有温度系数，使得考虑到变化的温度，

常数。

因此，如果电流增益β每开尔文(K)增加2%，则电流I0也每K增加2%。出于这种考虑，可忽略电阻器R1和R2。

因此，一种选择是，被迫流经所述至少一个双极型结型晶体管(从其电流增益得到机械应力水平)的电流具有与其电流增益基本上相同的温度依赖性。

一种选择也是，电路包括用于与所述至少一个双极型结型晶体管的温度依赖性相比减小输出信号的温度依赖性的构件。

例如，对于图4，这也可适用：通过将与晶体管401的电流增益β的温度系数的倒数值对应的温度系数添加到电流源405，能够使晶体管401的集电极电流相对于温度不变(即，在温度变化的情况下，由晶体管401提供的电流不改变)，即

因此，如果晶体管401的电流增益β^pnp随着上升的温度而增加，则电流I₄₀₁减小(经由控制电流源405)，使得根据以上的公式的乘积(基本上)不变。

这同样可适用于晶体管402和电流源406。

因此，可控制电流源405、406，使得晶体管401和402的集电极电流各自相对于变化的温度而言不变。此外，可控制电流源405、406(以及可选地的是电流源409)，使得输出电流Io4相对于变化的温度不变，即：

其中I₄₀₉是由电流源409提供的电流。

作为结果，存在三个自由度(即，电流I₄₀₉、I₄₀₁和I₄₀₂)以达到(基本上)温度不变性的目标。

一种选择也是，考虑输出电流Io4自身的温度系数，并且提供用于在随后的处理阶段中补偿输出电流Io4的温度变化的构件。例如，输出电流Io4能够由模数转换器数字化并且在数字电路(例如，微控制器或处理器)中被处理。要注意的是，这种数字化并且可选地的是处理的信号能够被视为电路的输出电流，因为它基于输出电流Io4。转换到数字域可具有优点，因为它提供很大程度的灵活性并且它可利用已经存在的数字部件。例如，在许多应用和电路中，存在模数转换器以及微控制器，使得可在目前情况下利用它们，而不需要另外的硬件(或仅非常有限的硬件)。

本文中提出的示例可特别地基于下面的解决方案中的至少一种解决方案。特别地，能够利用下面的特征的组合以便达到期望的结果。方法的特征能够与装置、设备或系统的（一个或多个）任何特征组合，或者反之亦然。

提出一种用于提供机械应力水平信号的电路，所述电路包括：

–至少一个双极型结型晶体管，

–其中所述电路被布置为

–基于所述至少一个双极型结型晶体管的电流增益确定第一机械应力水平并且基于所述至少一个双极型结型晶体管的电流增益确定第二机械应力水平，

–基于第一机械应力水平和第二机械应力水平提供机械应力水平信号。

因此，基于施加于电路(特别地，施加于电路的至少一个晶体管)的机械应力的改变提供机械应力水平信号。

在实施例中，所述电路包括：处理单元，用于确定第一和第二机械应力水平并且用于提供机械应力水平信号。

在实施例中，基于第一机械应力水平和第二机械应力水平之间的比较确定机械应力水平信号。

在实施例中，经由第一双极型结型晶体管的三个端子中的至少两个端子确定第一机械应力水平，并且经由第一双极型结型晶体管的三个端子中的相同的两个端子或不同的两个端子确定第二机械应力水平。

在实施例中，

–所述至少一个双极型结型晶体管包括第一双极型结型晶体管和第二双极型结型晶体管，

–经由第一双极型结型晶体管的三个端子中的至少两个端子确定第一机械应力水平，并且经由第二双极型结型晶体管的三个端子中的相同的两个端子或不同的两个端子确定第二机械应力水平。

在实施例中，第一双极型结型晶体管是pnp型晶体管并且第二双极型结型晶体管是npn型晶体管，或者反之亦然。

在实施例中，

–所述至少一个双极型结型晶体管包括第一双极型结型晶体管和第二双极型结型晶体管，

–第一双极型结型晶体管是pnp型晶体管并且第二双极型结型晶体管是npn型晶体管，

–由此，所述电路强迫基极电流或发射极电流或集电极电流之比相对于机械应力不变。

要注意的是，“不变”也包括基本上不变。作为进一步示例，第一双极型结型晶体管和第二双极型结型晶体管可经由它们的基极端子、经由它们的集电极端子或经由它们的发射极端子直接(或基本上直接)连接。

所述电路包括不同类型(npn和pnp类型)的两个双极型结型晶体管以及所述两个双极型结型晶体管利用它们的相同类型(发射极、集电极或基极)的端子之一连接具有温度补偿的优点，并且增加所述电路的机械应力灵敏度。

在实施例中，

–所述至少一个双极型结型晶体管包括至少一个pnp型晶体管和至少一个npn型晶体管，

–npn型晶体管的组合发射极面积大于pnp型晶体管的组合发射极面积。

在实施例中，

–所述至少一个双极型结型晶体管包括第一数量的pnp型晶体管和第二数量的npn型晶体管，

–第二数量高于第一数量，

–至少一个pnp型晶体管连接到至少两个npn型晶体管。

因此，单个pnp晶体管可连接到几个npn晶体管。可经由相同类型的端子实现这种连接；即，pnp晶体管的发射极可连接到几个npn晶体管的发射极。替代于发射极，可使用基极或集电极端子。

在实施例中，电流增益包括下面的电流中的两种电流之比：

–基极电流；

–集电极电流；

–发射极电流。

在实施例中，所述电路还包括：调整部件，用于确定第一机械应力水平并且用于存储第一机械应力水平。

因此，在所述电路的生产和/或组装之后，能够确定第一机械应力水平。可由制造商或由所述电路的用户(在应用场景中)实现这一点。也可在所述电路的运行时期间实现这一点。第一机械应力水平可被存储例如在存储器(例如，EPROM)中。

第一机械应力水平能够被调整以提供预定结果，例如参考电压或参考电流。存储用于获得这种预定结果的参数。这种参数允许将第一机械应力水平调整至能够有益于以后的使用情况场景的参考应力水平：例如，可选择参考应力水平，使得在这个参考应力水平附近的偏差(该偏差由相应使用情况场景产生)处于要被检测和处理的优选范围中。

在实施例中，调整部件包括下面各项中的至少一项：

–可调整电流源，

–可调整电阻器。

电流源可由MOSFET或双极型晶体管实现。

在实施例中，调整部件包括温度传感器，温度传感器能够实现根据由温度传感器确定的温度调整第一机械应力水平。

一种选择特别地的是，也基于由温度传感器确定的温度控制可调整电流源。例如，控制单元可控制可调整电流源，使得根据实际温度获得用于第一机械应力水平的预定结果(参考值)。

在实施例中，温度传感器被布置在所述至少一个双极型结型晶体管的基底中或布置在所述至少一个双极型结型晶体管的基底附近。

在实施例中，所述至少一个双极型结型晶体管包括下面各项中的至少一项：

–垂直双极型结型晶体管，

–两个横向双极型结型晶体管，其中所述两个横向双极型结型晶体管被按照L形布置在基本上平行于管芯的表面的xy平面内，

–包括至少一个横向双极型结型晶体管的布置，其中其基极电流的第一半在平行于基底的第一方向上流动，并且该基极电流的第二半在平行于基底的第二方向上流动，其中第一方向和第二方向基本上彼此正交，

–至少两个级联的双极型结型晶体管。

在垂直双极型结型晶体管中，基极电流(基本上)垂直于它的基底的表面流动。在横向双极型结型晶体管中，基极电流(基本上)平行于基底的表面流动。

在实施例中，被迫流经所述至少一个双极型结型晶体管的电流与其电流增益具有基本上相同的温度依赖性。

在实施例中，

–在双极型结型晶体管的基极处的电流被迫具有作为其电流增益的温度依赖性的倒数的温度依赖性，或者

–在双极型结型晶体管的集电极或发射极处的电流被迫具有与其电流增益的温度依赖性基本上相同的温度依赖性。

在实施例中，所述电路包括用于与所述至少一个双极型结型晶体管的温度依赖性相比减小输出信号的温度依赖性的构件。

此外，提供一种用于确定机械应力水平信号的方法，所述方法包括：

–基于至少一个双极型结型晶体管的电流增益确定第一机械应力水平，

–基于所述至少一个双极型结型晶体管的电流增益确定第二机械应力水平，

–基于第一机械应力水平和第二机械应力水平确定机械应力水平信号。

在实施例中，

–所述至少一个双极型结型晶体管包括至少一个npn型晶体管和至少一个pnp型晶体管，

–通过比较npn型晶体管和pnp型晶体管的电流增益来确定第一机械应力水平和第二机械应力水平。

在实施例中，提供一种可直接加载到数字处理装置的存储器中的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于执行如本文中所述的方法的步骤的软件代码部分。

在一个或多个示例中，本文中描述的功能可被至少部分地实现在硬件诸如特定硬件部件或处理器中。更一般地讲，技术可被实现在硬件、处理器、软件、固件或其任何组合中。如果被实现在软件中，则所述功能可被作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或者在计算机可读介质上作为一个或多个指令或代码传输以及由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括计算机可读存储介质，计算机可读存储介质对应于有形介质(诸如，数据存储介质)或通信介质(包括促进例如根据通信协议将计算机程序从一个地方传送到另一个地方的任何介质)。以这种方式，计算机可读介质通常可对应于：(1)非暂态的有形计算机可读存储介质，或(2)通信介质(诸如，信号或载波)。数据存储介质可以是能够由一个或多个计算机或一个或多个处理器访问以检索用于实现在本公开中描述的技术的指令、代码和/或数据结构的任何可用介质。计算机程序产品可包括计算机可读介质。

举例来说并且非限制性地，这种计算机可读存储介质能够包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储装置、闪存或者能够被用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且能够由计算机访问的任何其它介质。此外，任何连接被合适地称为计算机可读介质，即计算机可读传输介质。例如，如果使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字用户线路(DSL)或无线技术(诸如，红外、无线电和微波)从网站、服务器或其它远程源传输指令，则同轴线缆、光纤线缆、双绞线、DSL或无线技术(诸如，红外、无线电和微波)被包括在介质的定义中。然而，应该理解，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其它暂态介质，而是替代地涉及非暂态有形存储介质。如本文中所使用，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。以上各项的组合也应该被包括在计算机可读介质的范围内。

指令可由一个或多个处理器(诸如，一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其它等同的集成或分立逻辑电路)执行。因此，如本文中所使用，术语“处理器”可指代任何前述的结构或适合于实现本文中描述的技术的任何其它结构。另外，在一些方面，可在被配置用于编码和解码或被合并在组合编码解码器中的专用硬件和/或软件模块内提供本文中描述的功能。此外，能够在一个或多个电路或逻辑元件中充分地实现所述技术。

可在包括无线手机、集成电路(IC)或一组IC(例如，芯片组)的各种各样装置或设备中实现本公开的技术。在本公开中描述了各种部件、模块或单元以强调被配置为执行公开的技术的装置的功能方面，但未必需要由不同的硬件单元实现。相反地，如上所述，可在单个硬件单元中组合各种单元，或者由一批互操作的硬件单元(如上所述包括一个或多个处理器)结合合适的软件和/或固件提供各种单元。

虽然已公开本发明的各种示例性实施例，但对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够做出各种改变和修改，所述各种改变和修改将实现本发明的一些优点。对于本领域普通技术人员而言将明显的是，执行相同功能的其它部件可被合适地替换。应该提及的是，参照特定附图解释的特征可与其它附图的特征组合，即使在其中未明确地提及这一点的那些情况下也是如此。另外，可在使用适当的处理器指令的所有软件实现方式中或在利用硬件逻辑和软件逻辑的组合实现相同结果的混合实现方式中实现本发明的方法。对本发明构思的这种修改旨在要被所附权利要求覆盖。