具有不同偏置的开关的I/O驱动器电路的校准装置的制作方法

本申请涉及用于输入/输出(i/o)驱动器电路的校准装置，尤其涉及具有针对不同温度进行不同偏置的开关的i/o驱动器电路的校准装置。

背景技术：

通常将传输并接收数据的电路称为输入/输出(i/o)装置。校准电路用以在冷启动时以及在传输及接收操作期间i/o装置的温度变化时帮助该i/o装置保持合适的电压。例如，可相对不经历i/o装置所经历的温度变化的外部或晶粒外(off-die)电阻器执行i/o驱动器装置的校准。

因此，常常将高速i/o驱动器校准至外部电阻器的固定阻抗(例如，40欧姆、50欧姆等)。这些驱动器使用二进制加权驱动器组以将阻抗校准至固定外部电阻器。不过，由于此类系统为二进制(该组内的每个电阻器装置为关闭或开启(0或1))，总是存在该驱动器组内的大量电阻器可被同时切换的可能性，从而在该i/o驱动器输出中引入不想要的噪声(noise)。

例如，一个二进制代码可为0111，随着i/o装置温度中的微小变化，它可变为1000。更具体地说，4-电阻器组中从二进制0111至二进制1000的变化将引起该驱动器组的所有成员切换，从而可能产生信号噪声(尤其是如果在数据传输协议(例如，ddr4等)中没有分配校准周期)。为解决此问题，设计人员已使用温度计编码过程；不过，此类解决方案增加预驱动器电路的设计复杂性，增加消耗的芯片面积，并需要从预驱动器至驱动器的信号路由的平衡。

技术实现要素：

本文中的示例集成电路装置包括(除其它组件以外)接收并生成数据信号的逻辑电路，以及与该逻辑电路电性连接的输入/输出驱动器。该输入/输出驱动器具有向及自该逻辑电路传输及接收该数据信号的传输及接收端子。

这些结构还包括与该输入/输出驱动器电性连接的校准电路，与该校准电路及该输入/输出驱动器电性连接的电压偏置生成器，以及与该电压偏置生成器电性连接的温度传感器。该校准电路及该输入/输出驱动器包括电阻器组(至少一个二进制加权组)以及相应开关。该开关的本体与该电压偏置生成器电性连接，且该开关通过由该电压偏置生成器输出的偏置信号偏置。此外，该校准电路包括与该校准电路的该开关及基准(reference)电阻器(固定阻抗)电性连接的比较器装置。

在启动时，执行该开关的其中选定开关的激活(activation)及失活(deactivation)以匹配该基准电阻器。此外，当该温度传感器感测到温度变化时，该电压偏置生成器调节该偏置信号。具体地说，该电压偏置生成器(响应该温度传感器所输出的温度变化)通过仅扫描该校准电路中的该开关的本体偏置电压开始校准过程，直至该校准电路中的该组电阻器(bankofresistor)的输出阻抗匹配外部电阻器的阻抗(由该比较器检测)。一旦该校准电路的该驱动器组与该外部电阻器的阻抗匹配，该相应本体偏置电压就被施加于该校准电路外部的所有输出驱动器。该校准在本质上是线性的，以补偿温度变化。因此，随着该偏置信号变化，该开关改变电流流动，且由该偏置信号变化引起的该电流流动的此改变调节该校准电路如何校准该输入/输出驱动器，而不改变该开关的其中哪些被激活或失活。

另外，在该输入/输出驱动器正在执行上电(powering-up)操作时执行该开关的激活及失活；不过，该电压偏置生成器基于在该输入/输出驱动器完成该上电操作以后所发生的温度变化调节该偏置信号。换句话说，在该输入/输出驱动器完成该上电操作以后，没有任何该开关被激活或失活，因为由该偏置信号变化引起的穿过该电阻器的该电流流动的该改变调节该校准电路如何校准该输入/输出驱动器。

在一些结构中，该输入/输出驱动器及该校准电路位于一个衬底上，而该基准电阻器位于独立于该一个衬底的不同衬底上。

本文中的各种方法包括(除其它过程以外)提供输入/输出驱动器并将校准电路与该输入/输出驱动器连接。该校准电路及该输入/输出驱动器各自(each)包括一组电阻器(例如，二进制加权组)及相应开关。此类方法还通过将该开关的本体与电压偏置生成器连接来将该电压偏置生成器与该校准电路及输入/输出驱动器连接。该开关通过由该电压偏置生成器输出的偏置信号偏置。

另外，这些方法将温度传感器与该电压偏置生成器连接，将比较器装置与该校准电路的该开关连接，以及将该比较器装置与基准电阻器连接。当形成此类连接时，该输入/输出驱动器及该校准电路可位于第一衬底上，且该基准电阻器可位于独立于该第一衬底的不同衬底上。

该比较器装置将该校准电路的电阻与该基准电阻器的电阻匹配。当该温度传感器感测到温度变化时，该电压偏置生成器调节该偏置信号，以及随着该温度及该偏置信号变化，该开关改变电流流动。因此，由该偏置信号变化引起的该电流流动的该改变调节该校准电路如何校准该输入/输出驱动器，而不改变该开关的其中哪些被激活及失活。

该开关的激活及失活发生于该输入/输出驱动器正在执行上电操作时，而该电压偏置生成器基于在该输入/输出驱动器完成该上电操作以后所发生的温度变化调节该偏置信号。因此，在该输入/输出驱动器完成该上电操作以后，没有任何该开关被激活或失活。

附图说明

通过参照附图自下面的详细说明将更好地理解本文中的实施例，所述附图并不一定按比例绘制，且其中：

图1显示依据本文中的实施例的校准i/o电路的示意图；

图2显示图1中所示的电路的一部分的示意图；

图3显示本文中的结构所产生的驱动电流校准变化图；以及

图4显示本文中的方法实施例的流程图。

具体实施方式

如上所述，通过在针对输入/输出(i/o)驱动器电路的校准电路中使用二进制电阻器组，存在该驱动器组内的大量电阻器可被同时切换的可能性，从而在该i/o驱动器输出中引入不想要的噪声。鉴于此，本文中所述的结构及方法提供用于i/o驱动器电路的校准装置及操作，其具有针对不同温度进行不同偏置的开关，而不是切换哪些电阻器活跃(active)，这消除可能与驱动器组内的多个电阻器的同时切换相伴的不想要的噪声的可能性。

更具体地说，通过本文中的装置及方法，当i/o芯片被上电时，驱动器校准操作通过使用外部电阻器发生。这生成纯粹的二进制设置，其用以针对工艺角(process-corner)、供应电压(包括电源供应中的电压下降)以及初始温度的特定组合校准该i/o驱动器。一旦该i/o芯片正在运行并执行传输及接收操作，该驱动器阻抗的大部分变化因温度变化而发生。不过，不是切换哪些电阻器开启(on)及哪些关闭(off)来适应温度变化，相反，利用本体偏置(正向/反向偏置)，通过本文中所揭示的装置来校准该温度变化。在一个例子中，通过本体偏置可实施高达15％的驱动器校准变化。此变化是线性的且不改变在启动时所建立的二进制代码。通过本文中所述的结构，信号整体性较高，无需具有温度计编码，且预驱动器芯片面积及信号拥塞降低。

如图1中所示，本文中的示例集成电路包括(除其它组件以外)接收并生成数据信号的逻辑电路102，以及与逻辑电路102电性连接的输入/输出驱动器104。输入/输出驱动器104具有向及自逻辑电路102传输及接收该数据信号的传输及接收端子122，其中，通过传输及接收端子122，在逻辑电路102与外部装置124之间传递该数据信号。

这些结构还包括与输入/输出驱动器104电性连接的校准电路106，与校准电路106及输入/输出驱动器104电性连接的电压偏置生成器108，以及与电压偏置生成器108电性连接的温度传感器110。校准电路106包括与校准电路106的开关114(图2)以及基准电阻器118(固定阻抗)电性连接的比较器116。状态机132与校准电路106电性连接，以电子储存比较器116所确定的值并设置电压偏置生成器108的输出。

如图1中所示，校准电路106及输入/输出驱动器104各自包括一组电阻器130。简单参照图2，其详细显示一组示例电阻器130，该组电阻器130为至少一个二进制加权组，其包括电阻器1120-112n，以及相应开关114。电阻器1120-112n为二进制加权的，意味着每个连续电阻器(例如，电阻器1121)与前一电阻器(例如，电阻器1120)相比具有更多的电阻，从而更多电阻的电阻器的连接可充分增加总体电阻，以允许断开一个或多个较少电阻的电阻器，同时增加电阻器组130的总体电阻。

另外如图1中所示，输入/输出驱动器104(其可为例如双倍数据速率(doubledatarate；ddr)或类似的输入/输出驱动器)包括与独立逻辑装置12连接的开关126。要注意的是，逻辑装置102不一定是输入/输出驱动器104的组件，而是出于便于说明的目的显示于输入/输出驱动器104内。输入/输出驱动器104包括与开关126连接的差分电阻器128，从而开关126的激活区分哪个差分电阻器128与传输及接收端子122连接并向/自其接收/发送数据。

开关114、126可为可关闭或开启电流的任意合适的装置，例如晶体管，且更具体地说，例如，全耗尽晶体管等。在一个例子中，本文中的结构利用全耗尽晶体管装置(fullydepletedtransistordevice；fdx)，其包括未掺杂半导体层，该未掺杂半导体层具有与沟道耗尽宽度相比较小的厚度。因此，该场效应晶体管的电荷以及相应地本体电位是固定的，其有助于避免或至少减少浮体效应，并通过使用外部偏置提升沟道可控性。

更详细地，校准电路106的电阻器组130与输入/输出驱动器104的差分电阻器128相同。在初始(上电)校准操作期间，状态机132通过启用/禁用(开启/关闭)相应开关114逐步连接电阻器1120-112n的其中之一，直至比较器116标示电阻器组130的电阻与基准电阻器118的电阻匹配。接着，通过逻辑元件102，状态机132向其它i/o驱动器的差分电阻器128施加有关连接及断开的电阻器的特定模式，从而所有输入/输出驱动器104将具有与校准电路106(其匹配基准电阻器118)相同的电阻(阻抗)。如图1及图2中所示，比较器116因此用以激活或失活开关114及126的选定开关，从而连接或断开相应电阻器1120-112n及128的选定电阻器。在一些结构中，输入/输出驱动器104及校准电路106位于一个衬底上，而基准电阻器118位于独立于该一个衬底的不同衬底上，以防止基准电阻器118受到输入/输出驱动器104及校准电路106所经历的热量的影响。

因此，在上电(启动)操作期间，比较器116用以激活或失活校准电路106中的开关114的选定开关(以连接或断开相应电阻器1120-112n的选定电阻器)，直至校准电路106中的各电阻器组130的电阻与基准电阻器118的电阻匹配。该启动设置值(标示哪些电阻器1120-112n通过开关114连接(通常为二进制值(例如，0110))被储存于电子存储器(例如状态机132)中并提供给输入/输出驱动器104，以使输入/输出驱动器104中的所有开关126被类似地启用。这使各输入/输出驱动器104具有与校准电路106相同的阻抗(因为校准电路106是输入/输出驱动器104的副本)。

该上电操作与输入/输出操作不同，因为该上电操作是在向校准电路106及输入/输出驱动器104供电之后立即发生的(例如，在供电后的头几秒内，或者几分之一秒内)；而相比之下，输入/输出操作是在完成该上电操作之后执行的(例如，在供电的头几秒或者几分之一秒以后)。在输入/输出操作期间，传输及接收端子122发送并接收数据信号，而相比之下，在该上电操作期间，不向/自传输及接收端子122发送或接收数据信号。

要注意的是，校准电路106不执行输入/输出操作，因为校准电路106仅用于校准：然而，校准电路106与输入/输出驱动器104一起物理设置并经历输入/输出驱动器104所经历的相同的温度。因此，随着温度变化，校准电路106的电阻/阻抗将与输入/输出驱动器104同样变化。此外，在该上电操作期间，校准电路106及输入/输出驱动器104的操作温度通常较低，因为在该输入/输出操作期间发送及接收数据信号的过程生成热量，其类似地增加校准电路106及输入/输出驱动器104的操作温度。不过，由于基准电阻器118与校准电路106及输入/输出驱动器104物理隔开，因此基准电阻器118不经历校准电路106及输入/输出驱动器104所经历的温度变化(基准电阻器118与这样的温度变化热绝缘)。

如图1及图2中所示，开关114、126的本体与电压偏置生成器108电性连接，且开关114通过由电压偏置生成器108输出的偏置信号120偏置。开关的“本体”是影响晶体管的沟道区且不同于源/漏区、栅极或沟道的元件。因此，“本体”可为上方形成该晶体管的衬底，可为该晶体管的后栅极等，且通过改变该晶体管的“本体”的电压，该晶体管的阈值电压(vt)及电流流动特性(阻抗)被改变。

在该输入/输出操作期间(在完成该上电操作以后)，当温度传感器110感测到温度变化时，电压偏置生成器108调节偏置信号120。具体地说，电压偏置生成器108(响应超过温度变化阈值的温度传感器110所输出的温度变化)通过扫描偏置信号120的电压开始校准操作，直至校准电路106中的电阻器组130的输出阻抗与基准电阻器118的阻抗匹配(由比较器116检测)。换句话说，在温度变化诱发校准操作期间，偏置生成器108开始于开始电压(例如，0v)并逐步增加该偏置电压直至校准电路106中的电阻器组130的电阻/阻抗与外部电阻器108的电阻匹配，且偏置生成器108储存该电压值(例如，在状态机132中)。这在没有连接或断开任意电阻器112的情况下执行。一旦电阻器组130与基准电阻器118的电阻/阻抗匹配，本体偏置电压121即可设置状态机132，该状态机控制电压偏置生成器108以向所有输入/输出驱动器104输出新建立的本体偏置电压121。该校准在本质上是线性的，以补偿温度变化。

由于开关114、126通过偏置信号120及本体偏置电压121的变化电压被不同偏置(在完成上电操作以后)，因此开关114、126改变电流流动。例如，图3显示当对晶体管进行不同偏置时流过该晶体管的各种不同的电流140。由偏置信号120中的电压变化引起的该电流流动的此改变调节校准电路106如何在校准操作中校准输入/输出驱动器104，而不改变开关114的其中哪些被激活或失活。例如，当温度传感器110检测到因该输入/输出操作所生成的热量导致温度增加时，电压偏置生成器108改变偏置信号120(增加或降低电压)，从而更多或更少的电流将流过开关114、126到达电阻器1120-112n、128，以补偿该温度变化，从而保持i/o驱动器104的一致阻抗。在一个例子中，随着温度增加，可能增加电流，反之亦然，或者可建立其它关系，等等。

因此，比较器116用以仅当输入/输出驱动器104正在执行上电(启动)操作时且在执行输入/输出操作之前激活及失活开关114；不过，电压偏置生成器108使用比较器116以基于在输入/输出驱动器104完成该上电(启动)操作以后并正在执行输入/输出操作时所发生的温度变化调节偏置信号120。换句话说，在完成该上电操作以后，没有任何开关114被激活或失活，因为由偏置信号120的变化引起的穿过电阻器1120-112n的电流流动的该改变适应不同的温度状况。通过在输入/输出操作期间不改变开关114(相反，仅增加/降低偏置信号120的电压)，本文中的装置避免在输入/输出操作期间改变开关114时可能诱发的噪声。

如图4中的流程图所示，本文中的各种方法包括(除其它过程以外)，提供输入/输出驱动器的步骤(项目200)，该输入/输出驱动器还可为例如ddr，或类似的输入/输出驱动器。在项目202中，这些方法将校准电路与该输入/输出驱动器连接。该校准电路及该输入/输出驱动器各自包括一组电阻器(例如，二进制加权组)以及相应开关。在项目204中，此类方法还通过将该开关的本体与电压偏置生成器连接而将该电压偏置生成器与该校准电路及该输入/输出驱动器连接。在输入/输出操作期间，该开关通过由该电压偏置生成器输出的偏置信号偏置。

另外，在项目206中，这些方法将温度传感器(例如，温度计装置)与该电压偏置生成器连接，在项目208中将比较器装置(例如，运算放大器等)与该校准电路的该开关连接，以及在项目210中，将该比较器与基准电阻器连接。当形成此类连接时，该输入/输出驱动器及该校准电路可位于第一衬底上，且该基准电阻器可位于独立于该第一衬底的不同衬底上。

如上所述，该比较器装置用以将该校准电路的电阻与该基准电阻器的电阻匹配。当该温度传感器感测到温度变化时，该电压偏置生成器调节该偏置信号，且随着该偏置信号变化，改变该开关中的电流流动。因此，由该偏置信号的变化引起的该电流流动的该改变调节该校准电路如何针对在输入/输出操作期间所发生的温度变化校准该输入/输出驱动器，而不改变该开关的其中哪些被激活或失活。

仅当该输入/输出驱动器正在执行上电操作时，该开关的激活及失活才发生，但该电压调节生成器基于在该输入/输出驱动器完成该上电操作以后所发生的温度变化调节该偏置信号。因此，在该输入/输出驱动器完成该上电操作以后，没有任何该开关被激活或失活。

存在各种类型的晶体管，其在如何被用于电路方面稍有差别。例如，双极型晶体管具有被标记为基极、集电极及发射极的端子。在基极端子的小电流(也就是，在基极与发射极之间流动)可控制或切换集电极与发射极端子之间的较大电流。另一个例子是场效应晶体管，其具有被标记为栅极、源极及漏极的端子。栅极的电压可控制源极与漏极之间的电流。在此类晶体管内，半导体(沟道区)位于导电源区与类似导电的漏极(或导电源极/发射极区)之间，且当该半导体处于导电状态时，该半导体允许电流在源极与漏极之间或集电极与发射极之间流动。栅极为导电元件，通过“栅极氧化物”(其为绝缘体)与该半导体电性隔开；且栅极内的电流/电压变化使沟道区导电，以允许电流在源极与漏极之间流动。类似地，在基极与发射极之间流动的电流使半导体导电，以允许电流在集电极与发射极之间流动。

正型晶体管“p型晶体管”在本征半导体衬底内使用杂质例如硼、铝或镓等(以形成价电子不足)作为半导体区。类似地，“n型晶体管”是负型晶体管，其在本征半导体衬底内使用杂质例如锑、砷或磷等(以形成过剩的价电子)作为半导体区。

一般来说，为形成晶体管结构，在衬底中沉积或注入杂质以形成至少一个半导体沟道，该半导体沟道被位于该衬底的顶部(上)表面下方的浅沟槽隔离区环绕。本文中的“衬底”可包括适于给定目的的任意材料(无论现在已知还是未来开发的)，且可为例如硅基晶圆(块体材料)、陶瓷材料、有机材料、氧化物材料、氮化物材料等，无论是已掺杂还是未掺杂。该“浅沟槽隔离”(shallowtrenchisolation；sti)结构通常通过在该衬底内图案化开口/沟槽并生长或用高绝缘材料填充该开口形成(这允许该衬底的不同主动区彼此电性隔离)。

尽管附图中仅显示一个或有限数目的晶体管，但本领域的普通技术人员将理解，可用本文中的实施例同时形成许多不同类型的晶体管，且附图意图显示同时形成多个不同类型的晶体管；不过，出于清晰目的，可简化附图以仅显示有限数目的晶体管，并使读者更容易地意识到所示的不同特征。这并非意图限制此申请，因为如本领域的普通技术人员所理解的那样，此申请适用于附图中所显示的包括许多各类型晶体管的结构。

本文中所使用的术语仅是出于说明特定实施例的目的，并非意图限制上述实施例。除非上下文中另外明确指出，否则本文中所使用的单数形式“一”、“一个”以及“该”也意图包括复数形式。

除显示在各阶段的当前实施例的方法及功能以外，各附图还显示通过一个或多个装置及结构整体或部分实施的方法的逻辑。这些装置及结构经配置以(也就是，包括一个或多个组件，例如电阻器、电容器、晶体管及类似物，它们经连接以实现过程的执行)实施上述方法。换句话说，可创建一个或多个电脑硬件装置，其经配置以实施本文中参照附图及其相应说明所述的方法及过程。

本文中的实施例可用于各种电子应用，包括但不限于高级传感器、存储器/数据储存、半导体、微处理器以及其它应用。制造者可以原始晶圆形式(也就是，作为具有多个未封装芯片的单个晶圆)、作为裸芯片，或者以封装形式分配所得装置及结构，例如集成电路(ic)芯片。在后一种情况中，该芯片设于单芯片封装件中(例如塑料承载件，其具有附着至母板或其它更高层次承载件的引脚)或者多芯片封装件中(例如陶瓷承载件，其具有单面或双面互连或嵌埋互连)。在任何情况下，接着将该芯片与其它芯片、分立电路元件和/或其它信号处理装置集成，作为(a)中间产品例如母板的部分，或者作为(b)最终产品的部分。该最终产品可为包括集成电路芯片的任意产品，涉及范围从玩具及其它低端应用直至具有显示器、键盘或其它输入装置以及中央处理器的先进电脑产品。

尽管上面仅结合有限数目的实施例来详细说明，但很容易理解，本文中的实施例不限于这些公开的内容。相反，可修改本文中的元件以包含此前未说明但符合本文的精神及范围的任意数目的变化、更改、替代或等同布置。此外，尽管已说明各种实施例，但应当理解，本文中的方案可仅被某些所述实施例包括。相应地，下面的权利要求将不被视为被上述说明限制。除非特别说明，否则提及单数元件并不意图意味着“一个且仅一个”，而是“一个或多个”。本申请中所述的各种实施例的元件的所有结构及功能等同(其为本领域的普通技术人员已知的或后来逐渐知道的)通过引用明确包含于此并意图被本申请包括。因此，应当理解，在所揭示的特定实施例中可作变更，其落入如所附权利要求所概述的上述范围内。