对差分对的本征偏移进行补偿的电子电路的制作方法

专利名称：对差分对的本征偏移进行补偿的电子电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用差分对的模拟集成电子电路，差分对可以将两个输入 电压的差转换成两个输出电流的差。
背景技术：
在差分对中，输出电流的差取决于输入电压的差，如果在输入端之间 施加零电势差(例如通过使输入端短路)，那么输出电流的差应该为零。
使构成该差分对的元件进行匹配，它的缺陷在于该差分对具有非零偏 移输入电压，更一般地称为偏移电压；该偏移电压代表了该差分对的本征 不均衡，并且该偏移电压由在零输入差分电压情况下的非零输出电流的差 来反映。实际上，偏移电压是要施加在输入端之间以使输出电流差为零的 补偿电压。
差分对通常包括由同一参考电流源Io供电的两个分支，每个分支包括 晶体管和负载(charge)。将输入电压施加到晶体管的基极，发射极连接到 公共电流源，集电极连接到负载。根据施加到基极的输入电压的差，在两 个分支之间分配电流源的电流。
这些差分对可以被单个地使用，或者在装置更加复杂的时候，可以将 这些差分对分组成相关联的差分对。例如，两个差分对可以共享同一个负 载， 一个差分对的晶体管的集电极可以连接到另一个差分对的晶体管的集 电极。可以将差分对级联连接， 一个差分对的电流输出端连接到另一个差 分对的电流输出端，而另一个差分对自身将其另一电流输出端连接到第三 个差分对等等。根据差分对的用途，可以找到差分对的不同相关组合。本 发明 一般性地适用于所有这些用途。
这样的差分对尤其被用在模数转换器中。例如，它们被用于构成比较 器，每个比较器都包括用于接收输入的差分对，输入一方面是要被转换的 电压，另一方面是参考电压；它们还被用在巻积电路中，仍然是用作转换器；巻积电路包括若干个巻积单元，每个巻积单元由至少一个差分对构成， 这些单元的电流输出端彼此级联，以便确立根据要转换的输入电压而呈钟 形或正弦形变化的电压或模拟输出电流；不同的单元均接收输入电压和相 应的参考电压。
在使用若干差分对的精确模拟电路中，发现缺少操作精确性(尤其是 转换器中的转换缺少精确性)可能是由存在非零偏移电压造成的；从物理 的观点来看，产生这些偏移电压的最重要原因在于，即使相同的电流流经 发射极-基极，差分对各晶体管的发射极-基极电压也不会完全相同。
具体而言，工艺并不完美，两个同时制造的晶体管(至少理论上具有 相同的发射极表面，甚至在集成电路中并排放置，并因此在每种变化上都 是相同的)也没有严格相同的特征。这是由制造过程中不可避免的漂移造 成的。此外，不仅仅差分对的两个晶体管在该差分对中产生偏移电压，而 且恰恰由于这种漂移，集成电路的各种差分对不可避免地具有彼此不同的 偏移电压。
已经提出过利用具有更大晶体管的差分对来减轻这种缺点。因为它们 的尺寸更好控制，所以具有较小的漂移。不过这样一来，电容器更大了， 电路因此而更慢，这在诸如快速模数转换器等应用中是不合乎要求的。对 于后者而言，在差分对中具有更小的晶体管会更好。此外，如果晶体管更 大，那么电路的体积会更大，并且它们消耗更多电流。
后来还提出了个体校准方案测试所制造的转换器，将转换误差存储 在集成电路的EPR0M存储器中，以用于在使用时补偿误差。还有激光调节 方案，尤其是用于单独调节差分分支中存在的电阻。该技术需要根据记录 的转换误差对每个集成电路进行个体测试和个体校正。因此，该方法在工 业上成本极高，因为必须要逐个测试和校正每个电路。

发明内容
本发明的目的是提出一种减轻这些缺点的方案，以便在电路质量、成 本及其功耗方面提供更好的兼顾。
本发明提出在包括差分对或一组关联差分对的电路中并入与该差分对 或该组差分对相关联的自动校准电路；在与正常使用阶段不同的自动校准
阶段期间，在存在零输入差分电压的情况下该电路检査由该差分对产生的
差分输出电流的值；它将该值与至少一个阈值比较，将结果保存在存储器 中，并根据该结果，在差分对的正常使用阶段中向该差分对的输入施加或 不施加校正。通过如下方式对位于差分对的输入端上游的跟随器级进行校 正对通过跟随器级的晶体管的电流源进行校正；基极-发射极电压将随着 该电流而变化，将该变化传送到差分对的输入，由此其偏移得到部分或全 部校正。
优选地，通过在校准阶段的一系列时隙期间向电容器施加连续的充电 和放电电流脉冲来进行差分电流的测量，其中该差分电流是由施加到输入 端的零差分电压产生的。充电电流是差分对一个分支的电流，放电电流是 另一个分支的电流。在n个脉冲的结尾，与分支间电流的差成正比地对电 容器充电。出于电容器的工艺性结构的原因，优选有两个对称的电容器。
总之，根据本发明的自动校正偏移的方法被应用于包括至少一个差分 对的差分集成电路，该差分对上游具有至少一个包括晶体管和电流源的跟 随器级，所述方法包括如下步骤
-在与正常使用阶段不同的校准阶段期间消除所述差分电路的输入端 上的差分电压，
-在该阶段中，通过所述差分对的分支的输出电流的差来对电容器充
电，
-将所述电容器的端子上的电压与至少一个阈值比较， -在所述校准阶段之后的正常使用阶段期间，在存储器中保存所述比较 的结果，
-根据存储器中保存的结果，在正常使用阶段中对所述电流源(SC1) 施加校正。
因此，根据本发明的具有差分对的电子集成电路包括用于接收两个电 压的至少两个输入端、施加到负载的两个电流输出端和至少一对连接到这 些负载的差分分支、以及所述差分对上游的至少一个跟随器级，所述跟随 器级包括晶体管和连接到该晶体管的发射极的电流源；所述集成电路的特 征在于它包括
-序列发生器，其用于确立所述电路的偏移电压校准阶段和校准之后的
使用阶段，
-至少一个与差分对关联的电容器，
-一组由所述序列发生器激活的换向器(commutator),所述换向器在 所述使用阶段期间将输出电流引导到所述负载，并且所述换向器在所述校 准阶段期间， 一方面向所述输入端施加零差分电压，另一方面在由所述序 列发生器提供的一系列时隙期间，通过交替充电和放电，将所述输出电流 之一和另一个交替地引导到所述电容器，
-用于检测所述电容器的端子上的电压阈值的电路，在所述一系列时隙 的末尾，该电路由所述序列发生器激活，该电路提供状态信号，该状态信 号表示超过或未超过阈值以及所述电容器的端子上的电压的符号，
-用于保持所述检测电路的输出端上的所述状态信号的电路，以便在使 用阶段期间对在所述校准阶段期间确定的状态值进行保持，
-用于根据所述保持电路的输出端上提供的所述状态值来修改所述跟 随器级的电流源的电流的电路。
如果有两个电容器而不是一个，那么该电路包括换向器，用于在一次 交替期间用所述差分对的输出电流之一对所述电容器之一充电，同时由另 一输出电流对另一电容器放电，之后，在下一交替期间，由所述第二输出 的电流对所述第一电容器放电，同时由所述第一输出的电流对所述第二电 容器充电。然后，将电容器串联设置以便将它们的电荷相加并将总电荷与 阈值比较。
可以提供若干个阈值，以便确定若干个可能的校正，或者有两个(或 更多)连续的周期，第一个周期确立跟随器级上的第一电流校正，第二个 周期确立额外的校正而不去除第一校正。
具体而言，本发明最适用于比具有两个晶体管的简单差分对更复杂的
差分对，并且特别适用于包括四个差分分支的交叉差分对，该四个差分分 支两两共有公共负载。具体而言，本发明适用于包括信号巻积级的模数转 换器，该信号巻积级包括若干巻积单元，巻积单元自身由具有四个分支的 交叉差分对构成。


在阅读参考附图给出的以下详细描述后，本发明的其它特征和优点将 变得清楚，在附图中
图1示出了输入的上游为跟随器的差分对；
图2示出了将本发明应用到图1的差分对的图示；
图3示出了差分电流测量电路和相关的阈值检测器；
图4示出了信号巻积单元的常规构成，包括具有四个差分分支的交叉 差分对；以及
图5示出了将本发明的原理应用到图4的单元。
具体实施例方式
首先将针对简单差分对解释本发明的一般原理，然后说明如何能将其 应用到一组相关的差分对，尤其是说明如何将其应用到两个交叉布置的一 组差分对(这两个交叉布置的一组差分对形成了为模数转换器设计的信号 巻积单元的一部分)。
图1的图示示出了简单差分对的原理，在实际差分对的每个输入的上 游，其包括控制该输入的电压跟随器级。这种具有跟随器级的装置极其普 通，跟随器级的作用是将施加到差分对的输入电压变为期望的共模电平。
实际的差分对包括两个分支；每个分支包括晶体管和相应的负载CH1、 CH2，第一分支的晶体管为Tl，第二分支的晶体管为T2。差分对的输入端 由晶体管T1和T2的基极构成；输出由负载中的电流Il、 12构成。晶体管 的发射极连接到供应电流Io的恒流电流源SC0。T1的基极上的电压是Vil， T2的基极上的电压是Vi2。该组合连接在地M和电源电压Vcc之间。
晶体管基极的上游是跟随器级。在作为范例给出的简单结构中，控制 电压Vil的跟随器级包括跟随器晶体管Tsl以及连接在Tsl的发射极和地 之间的恒流电流源SC1; Tsl的集电极连接到Vcc。同样地，控制另一差分 分支的晶体管T2的基极的跟随器级包括跟随器晶体管Ts2和电流源SC2， 所述跟随器晶体管Ts2和电流源SC2被连接成与第一跟随器级完全相同。 整个差分电路(差分对和跟随器级)的输入电压是施加到跟随器晶体管Tsl 和Ts2的基极的电压VI和V2。这些晶体管的发射极连接到差分对的晶体管 Tl和T2的基极。电路的输入电压VI和差分对的输入电压Vil之间的差是
跟随器晶体管TS1的基极-发射极电压降。它是由电流源SCl的电流确定的。 这同样适用于V2-Vil电压降。晶体管Tl和T2是相同的；晶体管Tsl和Ts2 是相同的；电流源SC1和SC2是相同的。仅有工艺上的漂移影响这种相似 性。
图2示出了在这一情况下提出的自动偏移校正的示意图。
该校正使用了自动校准电路，在与正常使用阶段分开的校准阶段中激 活该自动校准电路。例如，在每次对电路加电时自动执行校准阶段。未示 出的序列发生器产生运行该阶段所需的逻辑信号。这些逻辑信号尤其是用 于控制图2示出的开关。
首先，校准电路包括开关，该开关在校准阶段期间使差分电路的输入 端短路。例如，开关Kl将Tsl的基极连接到固定的电压基准Vr，开关K2 将Ts2的基极连接到同一电压基准Vr，这是使输入端短路的一种方式。此 时，晶体管Tsl和Ts2的基极与差分电路的正常输入端相隔离。
然后，开关Kla和开关K2a在校准阶段中将Tl或T2的集电极与相应 负载CH1、 CH2隔离开，开关Klb和开关K2b将这些集电极中的每一个连接 到差分电流测量电路MCD的输入端，稍后将对此进行详细论述。该电路产 生用于表示在差分输入电压为零时存在的差分电流的带符号值的电压值。 电流测量电路MCD的输出被施加到比较电路CMP。
比较电路CMP具有两个输出Sl和S2;这些输出上的电压是表示要施加 到差分对上以减小或抵销其偏移电压的偏移校正值的状态信号。在最简单 但在特定情况下足够的方案中，输出是仅具有两种可能状态的二进制输出， 比较电路是具有阈值的比较器；如果未超过阈值，则不施加校正；如果超 过阈值则施加单个校正值，根据在电流测量电路MCD的输出上产生的电压 的符号，利用输出S1或输出S2来进行校正。
在更为复杂的方案中，可以规定比较电路包括更大数量的输出，以便 根据超过若干阈值来施加更为精确的校正。例如，对于高分辨率转换器(例 如12比特)，这将是必需的。
如果要校正的偏移本质上较小，且如果转换器的精确性是有限的(例 如8比特转换器)，那么由单个值进行校正就足够了。图2的图示对应于这 种情况输出Sl是二进制的，如果测得的差分电流保持在阈值之下，那么
它保持为零，如果超出该阈值，那么它切换到1。这同样适用于S2，不过 差分电流符号相反，因此偏移电压符号相反。
输出Sl控制跟随器级之一，而输出S2控制另一个跟随器级。该控制 包括增加额外的恒定电流，其中所述额外的恒定电流与电源SC1或SC2的 电流平行。该恒定电流是低值辅助电源SCla (或相应的SC2a)的电流。因 此，输出Sl控制着与电源SCla串联的晶体管Tla的导通或截止。将电源 SCla和晶体管Tla的组合并联在跟随器级的主电源SC1上。电源SC1通常 由与电阻器串联的晶体管构成。可以将组合SCla+Tla并联在电阻器(优选) 上或电源SC1的组合上。其它跟随器级的设置是相同的，具有辅助电源SC2a 和控制晶体管T2a。
构造比较器CMP，使其在校准阶段之后记住在校准阶段期间经由输出 S1和S2给出的状态。因此，在比较器内设置保持电路或在比较器与晶体管 Tla和Tlb之间插入保持电路。
对偏移的校正源于修改跟随器晶体管Tsl或Ts2的基极-发射极电压 降，其本身源于晶体管中流过较大的发射极电流。如果在校准阶段中测量 的差分电流超过可接受的阈值，则在使用阶段期间施加跟随器晶体管Tsl 或Ts2上的额外电压降，并且它补偿差分对中自然存在的偏移。
要指出的是，差分对的总偏移可能源于晶体管Tl和T2、晶体管Tsl和 Ts2或它们的电流源的匹配缺陷。
图3示出了差分电流测量电路MCD和比较电路CMP的组合的构成。
图3示出了开关Klb和K2b，在校准阶段期间可以利用这些开关来将差 分对的输出电流引导到电路MCD。如果不存在偏移，那么原则上这些电流将 相等。在存在偏移的情况下，认为在第一差分分支的输出上具有电流Ir， 而在第二分支上具有电流Ir+i，其中Ir= (1o-i)/2，电流i是由偏移产生 的差分电流，并且将对其进行测量。
电路MCD包括两个电容器Cl和C2，在校准阶段期间将向电容器Cl和 C2中渐进地注入电流i。要指出的是，不必一定具有两个电容器，仅一个 就足够了，但电容器的工艺是这样的，使得优选具有两个电容器，并且优 选在对一个电容器放电的同时对另一个电容器充电，以防止因制造电容器 的工艺引起的不对称(典型地，电容器的底部极板对基板具有不可忽略的
干扰电容，这与顶部极板不同)。
第一电容器Cl与四个换向器关联，这四个换向器由M0S晶体管表示。 电容器C2与另四个换向器关联。这些换向器由两个互补且具有相同时长T 的时钟信号？和？*交替地激活，在n个连续时钟周期中进行这一操作。在 时隙F期间，打开某些换向器并闭合其它换向器；在下一个时隙？*期间， 正好相反。在时隙F期间闭合的换向器引起源于开关K2a (差分对的第二差 分分支)的电流流入电容器C2中，该电流可以被称为充电电流Ir+i，而源 于开关Kla(第一分支)的电流流入电容器Cl中，该电流被称为充电电流Ir。 在接下来的时隙F4中，换向器反转，并且使放电电流Ir (源于第一分支) 流入电容器C2中，而使放电电流Ir+i (第二分支)流入电容器C1中。
如果T是时隙F的时长，则电容器Cl和C2分别获得电荷(Ir+i) . T 和-Ir.T。选择充分小的时长T，使得电容器端子处的电压不会接近会使传 输电流的晶体管饱和的值。在接下来的时隙？*期间，电容器C2丢失电荷 Ir.T，而电容器C1获得电荷(Ir+i).T。
在一对相继时隙F、 F+的结尾，电容器Cl和C2均具有电荷i.T，符号 相反。
原则上，电容器C1和C2等于共同值C。要指出的是，两个电容器的匹 配可能比同样制造工艺的电阻器或晶体管的匹配好得多(好4到10倍)。
在交替充电和放电F和F4的n个周期结尾，电容器中的电荷是n. i. T。 选择交替充放电对的数量n，使其充分大(T小)，使得电容器端子处的电 压n. i.T/C远大于所测量的偏移电压和比较电路的偏移电压，从而容易与 比较电路CMP中的阈值比较。必须限制乘积n. T，以免通过电压n. i. T使开 关饱和。时长T大约是2纳秒，电容大约是l皮法，数量n大约为20，以 便对于2. 5微安的电流变化获得大约100mV的充电电压。可以容易地将100 毫伏的电压与阈值比较。
在1^个时隙？和？*之后，序列发生器使两个电容器串联，以提供大小 是每个电容器端子电压两倍的电压，并将该电压施加到比较电路CMP。使三 个开关Klc、 K2c和K3c进入导通状态，以便一方面用于将其串联，另一方 面用于连接电路CMP的输入端之间的和电压。
在该范例中，电路CMP包括两个高输入阻抗跟随器级，其包括两个具
有相应电阻器电桥的M0S晶体管Ql和Q2 (输入Ecl和Ec2在栅极上)，该 电阻器电桥连接到这些晶体管中的每一个的源极上并由电流源供电。施加 到晶体管栅极的电压被传输到源极并限定了电阻器电桥的供电电压。根据 设置要求，这些电桥的两个中间点连接到两个比较器CM1、 CM2，使得
-如果比较器端子之间的电压差小于阈值，则两个比较器都处于第一状 态下，
-如果第一方向的电压差超过阈值，则比较器CM1进行切换，
-如果相反方向的电压差超过同一阈值，则比较器CM2进行切换；通过 进行构造，仅有超过阈值的相关比较器能够进行切换。
在比较器已经发挥其作用之后，序列发生器激活连接到比较器CM1和 CM2的输出端的存储器开关MEM，并且在校准阶段结束后，它在存储器中保 持比较器的输出状态；它在其自己的输出Sl和S2上提供表示该状态的逻 辑值。如参考图2所述，输出Sl和S2控制着辅助电流源SCla、 SC2a。
应该理解，可以进行更加复杂的比较， 一组比较器提供更大数量的输 出来对差分对的输入端上游的每个跟随器级上更大数量的辅助电流源进行 控制，辅助电流源彼此相等或彼此加权(例如以二进制方式)。
同样地，应该理解，可以构思仍然在每个跟随器级上具有更多数量 的额外电流源的情况下，仅利用图3的两个比较器来在若干种情况下执行 校准阶段，条件是存储器MEM具有若干对输出Sla、 S2a、 Slb、 S2b等，以 便存储所述比较器在每个周期中呈现的状态值，并且便于控制更大数量的 辅助电流源。如果每个跟随器级具有两个以上的辅助电流源，那么对校准 阶段的序列发生器进行编程以执行两个相继的周期或更多个周期
-周期A:在第一系列的n对时隙F和F4的结尾进行测量；这最终导 致比较器的第一状态，其以值Sla和S2a的形式被存储在存储器中。存储 器在校准阶段的剩余时间(尤其是在第二周期B期间)并随后在差分电路 的正常使用阶段期间保持这些值；对于整个这段时间来说，值Sla和S2a 控制辅助电流源SCla和SC2a;
-周期B:在第二系列的时隙对F和？*的结尾进行第二测量；这最终
导致了比较器的新状态，该新状态可以与第一状态不同，这是因为该新测
量是在辅助电流源SCla或SC2a之一可能连接的时候进行的；在存储器MEM
中以值Slb、 S2b的形式存储输出的状态，而不丢失值Sla、 S2a的内容。 所存储的值Slb、 S2b控制着与辅助电流源SCla和Sc2a并联的补足辅助电 流源SClb、 SC2b，并且将第二电流源的校正添加到第一电流源的校正上。 可以在两个周期之间进行加权(例如为二进制的)，例如使辅助电流源SClb、 SC2b的电流值是电流源SCla、 SC2a的电流值的一半，并且使第二周期期间 的时钟周期数n加倍，以便能够在比较器中继续使用相同的阈值。
现在将特别针对两个差分对的组合的应用进行描述，该组合由模数转 换器的巻积电路的巻积单元构成。巻积电路包括彼此级联的若干单元。每 个单元包括用于接收两个电压Vin、 Vip形式(对于所有单元，电压Vin、 Vip相同)的要被转换的差分电压Vin-Vip的两个输入端、以及用于接收两 个参考电压Vrefn和Vrefp (对于巻积电路的每个单元，参考电压不同)形 式的参考差分电压Vrefn-Vrefp的两个输入端。
图4示出了基本的巻积单元，其不包括根据本发明的改进。它包括第 一差分对(晶体管Tln、 T2n)和第二差分对(晶体管Tip和T2p)，第一差 分对分别接收Vin和Vrefn作为输入，第二差分对接收Vip和Vrefp作为 输入。
负载CH1充当着第一差分对的分支Tln、第二差分对的分支T2p以及未 示出的前一单元(示出了经由单元的端子E1连接的这个前一单元，El连接 到负载CH1)的两个分支的公共负载。未示出的负载连接到单元的端子02， 这是因为它形成了下一单元的一部分；它充当着第一差分对的分支T2n、第 二差分对的分支Tip和下一单元的两个分支的公共负载。
常规上，所述负载可以由级联晶体管和跟随器晶体管构成。
这里，将为每对的两个晶体管供电的电流源(图1的电流源SCO的等 价物)图示为具有发射极电阻器的晶体管形式，这对应于常规的实现方式: 用于第一对的晶体管T3n和阻值为RO的电阻器，相同的晶体管T3p和相同 阻值RO的电阻器用于第二对。
还示出了位于晶体管T2n的基极(输入Vrefn)的上游的跟随器级和位 于晶体管T2p的基极(输入Vrefp)的上游的等价级；没有示出在接收Vin 和Vip的基极的上游处的跟随器级，尽管通常提供该跟随器级(这些级是 接收相同电压Vin和Vip的巻积电路的所有单元所共有的)。第一差分对上
游的跟随器级包括跟随器晶体管T4ri和电流源(晶体管T5n和阻值为R的 发射极电阻器)。第二对上游的跟随器级包括具有电流源的跟随器晶体管 T4p，其中该电流源由晶体管T5p和相同阻值R的发射极电阻器构成。
因此，这样构造的差分电路的输入一方面是电压Vin和Vip (或这些电 压上游的跟随器级输入)，另一方面是跟随器晶体管T4n和T4p的基极上 的电压VRn和VRp;将输入电压VRn和VRp传输到晶体管T4n和T4p的发 射极，即分别连接到T2n和T2p的基极的发射极，同时产生基极-发射极 电压降。
恒定电压Vr0控制着被用作电流源的所有晶体管的基极T3n、 T3p、 T5n、 T5p。
这样描述的实施例可能是最简单的；可以提供更复杂的实施例，这不 会改变所描述的这种单元中的本发明的用途。对于该单元构成的更多细节， 请参考常规上涉及具有巻积电路的模数转换器的文献。
图5示出了如何通过校正由两个交叉差分对(在它们的集电极上共用 相同的负载)的组带来的总偏移而不是校正每对的单个偏移来修改图4的 单元以有利地并入本发明的原理。考虑到偏移校正，现在将示出如何测量 单元的两个输出电流的差，在这种情况下每个输出电流是在两个差分对中 分别取样的两个输出电流之和。
四个开关Kl和K2、K'1和K'2可以在校准阶段期间将差分电路的输入端 连接到两个相应的电压基准Vr和Vr'，使得在Tip和T2p基极之间的差分 电压和Tin和T2n的基极之间的差分电压为零。如果个体跟随器级位于输 入Vin和Vip之前，必须将开关置于这些跟随器的基极上，在这种情况下， 电压Vr和Vr'可以相同(假设跟随器与Vrefn和Vrefp之前的跟随器相同)。 这导致在校准阶段期间使交叉差分对的所有输入端短路到一起，并且在任 何情况下向交叉差分对的输入对施加零差分电压。
两个开关K3和K'3的组合在校准阶段期间打开，而在其余时间闭合， 使其能够
-在该校准阶段期间使该单元与前一单元断开连接， -使负载CHl与差分对的集电极断开连接。
例如，在图5中，在端子E1和负载CH1之间连接K3，在负载CH1和连
接Tin和T2p的集电极的点Al之间连接开关K'3。
开关Klb将节点Al连接到差分电流测量电路MCD的第一输入端。另一 个开关K2b将该电路MCD的第二输入端连接到使晶体管Tip和T2n的集电 极结合到一起的节点A2。
在校准阶段期间闭合开关Klb、 K2b、 K1和K2、 K'1和K'2，在其余时间 打开这些开关。
输入端连接到开关Klb和K2b的电流测量电路MCD可以精确地与图3 所示的电路相同，具有两个相同的电容器C1和C2，换向器用于将交替地源 自开关Klb和K2b的电流引导到电容器中，以便在n对时隙F和FH^期间在 电容器中累积与流入两个开关Klb和K2b的电流的差成正比的电压，在差 分对中没有偏移时该差应当为零。
换向器Klc、 K2c、 K3c与图3所示的换向器Klc、 K2c、 K3c相同，它 们可以将电容器Cl和C2连接到比较电路CMP。比较电路CMP可以是相同的， 并且已经将该比较电路CMP表示为矩形形式。比较电路的输出端处的存储 器MEM将两个输出Sl和S2供应到参考输入端VRn、 VRp，其中这两个输出 Sl和S2对与相关的跟随器级的电流源T5n、 R和T5p、 R并联添加的辅助电 流源进行控制。
如图2所示，辅助电流源SCla和SC2a由晶体管Tla和T2a控制，并 且SCla和Tla (或对称的SC2a和T2a)的串联组合与相应跟随器晶体管的 发射极电阻器R并联。
可以用MOS晶体管实现辅助电流源，它的基极由恒定电压控制，该M0S 晶体管具有根据要作出校正所需的辅助电流而选择的尺寸。
如果辅助电流源并联在电阻器R上，那么辅助电流源可以仅仅为电阻 器。应该理解，这种布置增大了主电流源的电流，这等价于设置了与主电 流源并联的辅助电流源。然而，优选以和主电流源相同的方式构成辅助电 流源，以便随温度变化具有相同的变化。
实际上，辅助电流的值的选择由工艺规定对于给定的工艺(和给定 差分对的晶体管的尺寸)而言，偏移电压的预期漂移是已知的，并且可以 估算出能够将漂移限制到更窄范围值的偏移电压增量是多少。在已知跟随 器级晶体管的尺寸的情况下，该偏移电压增量可以确定必须要提供多大的
辅助电流增量来至少部分补偿过大的偏移电压。
应该理解，在两个差分对紧密混合的巻积单元中，测量因偏移产生的 差分电流所必须考虑的输出电流不是差分对的两个分支的单个电流，而是 两个交叉差分对的组的输出电流，即两个差分对的分支电流之和。然而， 也可以提供额外的开关来将两个交叉差分对分隔开，以便单独地校正每个 差分对，只要提供了用于每个差分对的独立测量电路和在每个差分对的两 个输入上具有辅助电流源的跟随器级即可。
该校正没有任何意义，除非在Vip和Vin之前具有单个跟随器。在正 常工作中， 一方面，Tlp和T2n的集电极相连接，另一方面，Tln和T2p的 集电极相连接，在自校准时，保持这些连接并且将所有四个晶体管看作是 单个差分对，那么这样的自校准是足够的，并且可以根据偏移的方向仅对 一个输入Vrefn或Vrefp进行补偿。
上面的描述示出了利用双极晶体管的差分对，但如果晶体管是场效应 晶体管，那么本发明也是适用的，并且将术语基极、发射极和集电极考虑 成也涵盖了场效应晶体管的栅极、源极和漏极。
权利要求
1、一种对包括差分对的差分集成电路的偏移电压进行自动校正的方法，在所述差分对的上游具有至少一个包括晶体管(Ts1、Ts2)和电流源(SC1、SC2)的跟随器级，所述方法包括如下步骤-在与正常使用阶段不同的校准阶段期间消除所述差分电路的输入端上的差分电压，-在该阶段中，通过所述差分对的分支的输出电流的差来对电容器(C1、C2)充电，-将所述电容器的端子上的电压与至少一个阈值比较，-在所述校准阶段之后的正常使用阶段期间，在存储器中保存所述比较的结果，-根据存储器中保存的结果，在所述正常使用阶段中对所述电流源(SC1、SC2)施加校正。
2、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，在所述校准阶段中，首 先向所述电容器施加来自所述差分对的第一分支的电流，然后向所述电容 器施加来自所述差分对的第二分支的反方向电流。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述差分对的输出 电流的差来重复进行n次充电和放电，以提高所述电容器的端子上产生的 电压。
4、 根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于，施加到所述跟 随器级的所述电流源(SC1、 SC2)的所述校正包括为所述电流源并联另一 个具有固定值的电流源(SCla、 SC2a)。
5、 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，提供了两个电容 器(Cl、 C2)，并且所述电容器之一由所述输出电流之一充电，而另一个电 容器由另一个电流充电，然后通过交叉所述分支来对所述电容器放电，然后串联设置所述电容器以便与所述阈值进行比较。
6、 一种具有差分对的电子集成电路，所述差分对包括用于接收两个电 压(Vl、 V2)的至少两个输入端、施加到负载(CH1、 CH2)的两个电流输 出端和至少一对连接到这些负载的差分分支(Tl、 T2)、以及所述差分对上 游的至少一个跟随器级，所述跟随器级包括晶体管(Tsl、 Ts2)和连接到 该晶体管的发射极的电流源(SC1、 SC2)，所述电路的特征在于其包括-序列发生器，其用于确立所述电路的偏移电压校准阶段和校准之后的 使用阶段，-与所述差分对关联的至少一个电容器(Cl、 C2)，-一组由所述序列发生器激活的换向器，所述换向器在所述使用阶段期 间将输出电流引导到所述负载，并且所述换向器在所述校准阶段期间，一 方面向所述输入端施加零差分电压，另一方面在由所述序列发生器提供的 一系列时隙期间，通过交替充电和放电，将所述输出电流之一和另一个交 替地引导到所述电容器，-用于检测所述电容器的端子上的电压阈值的电路(CMP)，在所述一系 列时隙的末尾，该电路(CMP)由所述序列发生器激活，该电路提供状态信 号，该状态信号表示超过或未超过阈值以及所述电容器的所述端子上的电 压的符号，-用于保持所述检测电路的输出端上的所述状态信号的电路(MEM)，以 便在所述使用阶段期间对在所述校准阶段期间确定的状态值进行保持，随器级的电流源(SC1、 SC2)的电流的电路。
7、 根据权利要求6所述的电路，其特征在于，它包括两个相同的电容 器和换向器，该换向器用于在一次交替期间用所述差分对的所述输出电流 之一对所述电容器之一充电，同时由另一输出电流对另一电容器放电，之 后，在下一交替期间，由第二输出的电流对第一电容器放电，同时由第一 输出的电流对第二电容器充电。
8、 根据权利要求6或7所述的集成电路，其特征在于，所述差分对是 包括四个差分分支的交叉差分对，所述四个差分分支两两共有公共负载。
9、 根据权利要求8所述的集成电路，其特征在于，所述交叉差分对形 成了模数转换器中的巻积电路的巻积单元的一部分。
全文摘要
本发明涉及使用差分对(T1、T2)的模拟集成电子电路。提出了一种自动校正偏移电压的方法，该方法包括如下步骤在与正常使用阶段不同的校准阶段期间使差分电路的输入端(V1、V2)短路，在该阶段中通过所述差分对的分支的输出电流的差来对电容器充电，将所述电容器的端子上的电压与至少一个阈值比较，在所述校准阶段之后的正常使用阶段期间，在存储器中保存所述比较的结果，在正常使用阶段中，根据存储器中保存的结果对位于差分对上游的跟随器级的电流源(SC1、SC2)进行校正。
文档编号H03M3/00GK101395794SQ200680052829
公开日2009年3月25日 申请日期2006年12月12日 优先权日2005年12月16日
发明者F·博尔, S·布吕埃尔 申请人:E2V半导体公司