本公开的实施方案通常涉及用于校准放大器的电路和技术。一些实施方案涉及使用电阻器和开关来校准差示放大器。
背景技术：
放大器在现代电子产品中有很多用途。然而，制造的放大器可能有缺陷。校准放大器可以提高放大器的性能。设备制造商可以在各种电压条件下向放大器销售放大器。
技术实现要素：
本公开的一方面是校准运算放大器系统的性能特性的电路。电路包括运算放大器和电阻网络。运算放大器包括第一输入、第二输入和输出。电阻网络耦合运算放大器的第一输入，并且被构造为调节电阻比。电阻网络包括与电阻串并联电耦合的范围电阻和耦合电阻串的多个开关。
在一些实施方案中，所述多个开关耦合第一输入。在一些实施方案中，电路还包括电阻器，耦合电阻网络和运算放大器的输入。在一些实施方案中，电阻网络耦合运算放大器的输出。在一些实施方案中，所述多个开关的不同开关的激活使第一输入耦合所述电阻串的不同部分。在一些实施方案中，电路还包括多个电阻器，包括第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器，所述多个电阻器布置为配置运算放大器为差示放大器，第一电阻器耦合差示放大器的第一输入，第二电阻器耦合差示放大器的第二输入，第三电阻器耦合参考电压，并且第四电阻器耦合所述差示放大器的输出。在一些实施方案中，电阻网络耦合所述多个电阻器的选择的电阻器，使得选择的电阻器的电阻与电阻网络的电阻结合影响所述差示放大器的共模抑制比或增益。在一些实施方案中，电阻网络以反馈构造耦合第四电阻器合和运算放大器的第二输入。在一些实施方案中，所述范围电阻的电阻小于所述多个电阻器的任一电阻器的电阻。在一些实施方案中，所述多个电阻器占据比所述范围电阻占据的模具面积更小的模具面积。在一些实施方案中，所述多个开关实施为多个晶体管，并且其中多个晶体管中任何激活的晶体管上的电压降小于0.1v。
本公开的另一方面的特征在于用于校准差示放大器的电路。电路包括：运算放大器，被构造为放大第一输入处的信号与第二输入处的信号之间的差；和用于调节共模抑制比(cmmr)或增益的构件。所述用于调节的构件包括：用于使所述运算放大器电耦合所述电阻串的不同部分的构件；和使范围电阻并联耦合电阻串的构件。
在一些实施方案中，用于使所述运算放大器电耦合所述电阻串的不同部分的构件包括多个开关，其中所述多个开关中的每个开关耦合运算放大器的第一输入，其中所述多个开关的不同开关耦合所述电阻串的不同部分，其中第一开关的激活配置具有第一cmmr或增益的不同放大器，并且其中第二开关的激活配置具有第二cmmr或增益的差示放大器。在一些实施方案中，所述用于调节共模抑制比(cmmr)或增益的构件是用于调节cmmr的构件，所述电路还包括用于调节所述差示放大器的增益的构件。在一些实施方案中，电路还包括用于控制运算放大器耦合到的电阻串的哪个部分的构件。在一些实施方案中，用于使所述运算放大器电耦合所述电阻串的不同部分的构件包括用于使所述运算放大器电耦合仅仅电阻串部分的构件。在一些实施方案中，运算放大器耦合所述电阻串的第一部分，使得和当所述运算放大器耦合所述电阻串的不同部分时的结果相比时，cmmr大于或所述增益接近于特定值。在一些实施方案中，电阻串包括多个电阻器，其中所述范围电阻比所述多个电阻器的任一电阻器具有更小的电阻，并且其中所述范围电阻占据比所述多个电阻器更大的模具表面积。
本公开另一方面的特征在于用于校准电路的方法。该方法包括：将第一测试输入电压施加至并联耦合电阻串的范围电阻；和调节点击点，在所述点击点处所述电阻串被接触为使得满足增益误差阈值或共模抑制比阈值。
在一些实施方案中，所述调节点击点包括打开和关闭开关的不同组合，其中所述开关耦合所述电阻串的不同点击点。
本公开的另一方面是用于校准差示放大器的电路。电路包括运算放大器和电阻网络。运算放大器包括：第一输入，被构造为接收第一输入信号；第二输入，被构造为接收第二输入信号；和输出，被构造为至少部分地基于第一输入信号和第二输入信号之间的差异生成输出信号。电阻网络包括范围电阻，电耦合第一电路节点和第二电路节点。电阻网络还可包括彼此串联电耦合的多个电阻器。相对于第一电路节点和第二电路节点，所述多个电阻器并联电耦合范围电阻。电阻网络还包括多个开关。所述多个开关中的每个开关耦合运算放大器的第一输入和所述多个电阻器的至少一个电阻器。所述多个开关的至少第一开关还耦合第一电路节点，并且所述多个开关的至少第二开关还耦合第二电路节点，其中一个开关的激活配置具有第一电阻的电阻网络，并且第二开关的激活配置具有第二电阻的电阻网络。
系统可包括第一电阻器，耦合差示放大器的输入和运算放大器的第一输入。系统可包括第二电阻网络，耦合差示放大器的输入和运算放大器的第二输入。系统可包括控制电路，被构造为控制所述多个开关的状态。在一些系统中，所述多个开关中只有一个开关处于关闭状态。在一些系统中，所述多个开关中只有一个开关处于关闭状态，并且所述多个开关中至少一个剩余开关处于开启状态。在一些系统中，范围电阻具有比所述多个电阻器的任一电阻器更小的电阻，并且范围电阻占据比所述多个电阻器更大的模具表面积。在一些系统中，所述多个开关中只有一个开关处于关闭状态，并且所述多个开关中至少一个剩余开关处于开启状态，使得差示放大器的共模抑制比(cmrr)与所述多个开关的开关状态的其他排列相比是最大的。在一些系统中，所述多个开关中每个都直接连接运算放大器的第一输入。
本公开的另一方面的特征在于用于校准运算放大器系统的性能特性的电路。电路包括运算放大器，包括第一输入、第二输入和输出。电路还包括耦合运算放大器的电阻网络。电阻网络包括电耦合第一节点和第二节点的范围电阻，多个电阻器彼此串联电耦合，并且从第一节点至第二节点和范围电阻并联电耦合；以及多个开关，所述多个开关的特定开关耦合开关输出节点和所述多个电阻器的特定电阻器。所述多个开关中至少一个开关的激活根据开关输出节点到第二节点的电阻值配置电阻网络。
电路可包括耦合第一输入或第二输入的开关输出节点。电阻器可耦合电阻网络，并且还耦合运算放大器的输入。电阻网络可耦合运算放大器的输出。所述多个开关的不同开关的激活可根据开关输出节点到第二节点的电阻值配置电阻网络。电路可包括多个电阻器，包括第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器，所述多个电阻器布置为配置运算放大器为差示放大器。第一电阻器可耦合差示放大器的第一输入，第二电阻器可耦合差示放大器的第二输入，第三电阻器可耦合差示放大器的参考电压，并且第四电阻器可耦合所述差示放大器的输出。电阻网络可耦合所述多个电阻器的选择的电阻器，使得选择的电阻器的电阻与电阻网络的电阻结合影响差示放大器的cmrr或增益。电阻网络可以以反馈构造耦合第四电阻器和运算放大器的第二输入。范围电阻的电阻可小于所述多个电阻器的任一电阻器的电阻。所述多个电阻器可占据比所述范围电阻占据的模具面积更小的模具面积。所述多个开关可实施为多个晶体管，并且其中多个晶体管中任何激活的晶体管上的电压降可忽略(例如，小于100mv、小于1mv、小于1μv、小于1nv)。
本公开的另一方面的特征在于校准电路的方法。范围电阻并联耦合电阻串，电阻串包括串联耦合的多个电阻器。多个开关耦合电阻串和开关输出节点以形成电阻网络。电阻网络包括范围电阻、电阻串和所述多个开关。电阻网络耦合第一电阻器和运算放大器。所述多个开关中至少一个的状态被构造为满足增益误差阈值或cmrr阈值。
该方法可包括将电路封装到封装电路中。配置所述多个开关中至少一个的状态可以至少部分地基于封装电路的性能特性。
为了概括本公开，本文已经描述了本发明的某些方面，优点和新颖特征。应当理解，根据本发明的任何特定实施例，不一定能够实现所有这些优点。因此，本发明可以以实现或优化本文教导的一个优点或优点组的方式来实现或实施，而不一定实现本文可以教导或建议的其它优点。
附图说明
图1是描述耦合运算放大器的电阻网络的例子的示意图。
图2是描述包括并联范围电阻rr的电阻串的电阻网络的例子的示意图。
图3示出比较两个不同电阻串占用的芯片面积的示例性图像。。
图4是描述具有电阻网络以校准cmrr的示例性差示放大器电路的示意图。
图5是描述具有并联范围电阻以校准增益的电阻串的示例性差示放大器电路的示意图。
图6示出具有电阻串和与电阻串并联的范围电阻以校准cmrr和校准增益的电阻串的示例性差示放大器电路。
图7示出校准电路的示例性方法的框图。
图8示出测试电路的示例性方法的框图。
具体实施方式
放大器具有广泛的应用领域，从消费电子到汽车、微电子、航空航天等领域都有应用。结果，放大器可以在大范围的条件下运行，包括差分输入电压可能非常小(例如，毫伏、约1至10伏)以及共模输入测量数百伏特的情况。小电路、信号检测器和微电子可以放大小于0.1v的信号。另一方面，汽车、机械和航空航天领域可以在大于50伏或更高的大信号上使用放大器。
差示放大器可以通过增益因子放大两个输入信号(例如图4、图5和图6所示的信号vin_n和vin_p)之间的差异，并且拒绝施加到差示放大器的两个输入的共模电压，使得相同的增益将应用于信号输入之间的差分电压，而不管提供给两个输入的任何共模电压信号如何。共模抑制比(cmrr)可用于表征放大器拒绝共模信号的能力。
制造具有精确增益和高cmrr的差示放大器是可取的。然而，制造中的缺陷、环境条件变化、包装应力，以及其他一些变量可以降低增益精度和cmrr。为了解决这些变化，可以使用电路来校准增益精度和cmrr。这可以包括调整耦合到放大器的一个或多个电阻器(例如，图4,5和6中的电阻器r1、r2、r3和r4)的电阻。
对于具有如图6所示的电阻r1、r2、r3和r4的差示放大器(忽略现在其他电路元件的存在)，增益和cmrr通常可以近似如下：
通常，为了校准增益,r4/r2＝r3/r1。cmrr也受r4/r2与r3/r1匹配比的影响。δr表示r1与r4/r2＝r3/r1的理想值的偏差。因此，可以校准r1以使r4/r2更接近于r3/r1。本文描述的原理可以用于校准其他电阻器，而不是校准r1或除r1之外的电阻器。实际上，可以通过修改电路来调整r4/r2和r3/r1的比率，以便在不改变r1、r2，r3的电阻的情况下，沿着与r1、r2、r3或r4串联的电路路径包括一个或多个附加电阻器。然而，本领域普通技术人员将理解这些技术可以被认为是以对r1、r2、r3或r4的电阻的修改为实际目的。
当在诸如硅或其他半导体的晶片上制造的差示放大器可以被校准时，至少有两个操作端口单元：在放大器被封装之前和放大器被封装之后。在放大器封装之前可以调整电阻，例如，通过在晶片级激光修整来改善增益和cmrr。修剪技术在tomastansley等人于2007年7月24日提交的专利号为7,570,114的美国专利申请中公开，本文引用了该公开的全部内容。然而，封装晶片可以引起扭曲增益和cmrr的压力和失配。因此，在包装差示放大器之后，可以执行其他技术来校准增益和cmrr，从而可以解释压力、失配和其他封装效应。
打包后校准电阻的一种方法是在电阻串(例如，如图4-6所示)中激活一个或多个开关，以增加与电阻器串联的增量电阻并校准该电阻。在一些实施方案中，电阻串在与差示放大器相同的晶片上制作。在一些实施方案中，电阻串包含在封装的差示放大器内。在一些实施方案中，电阻串可以添加在封装的放大器芯片之外，以调整一个或多个电阻器。然而，用于实现精细校正分辨率的小电阻可能占用大量物理区域，并且开关可能导致不希望有的电压降。
电阻串在晶片上占据非常大的面积。电阻可以通过等式ω＝ρl/a近似得到，其中ω是以欧姆表示的电阻，ρ是电阻率，l是长度，a是横截面积。例如，1,000欧姆电阻器可以耦合到每个1欧姆的10个电阻器的电阻串上，使得1,000欧姆电阻器的电阻可以以1欧姆的增量调节高达10欧姆。如果1欧姆电阻与1000欧姆电阻器具有相同的电阻率和长度，则每个1欧姆电阻器的面积将大于1000欧姆电阻的1000倍，而十个电阻器的电阻串将占用10,000倍以上的面积。对于给定的制造工艺，电阻率ρ可以有限地减小，并且长度可以缩短到一定的制造极限。尽管是这些有限的调整，小电阻电阻器仍然需要非常大的面积。这会使得在晶片上制造电阻串非常昂贵。
为了减小电阻串的大小，范围电阻可以跨越电阻串进行耦合。范围电阻可以具有较小的电阻，并占据比电阻串中的电阻更大的面积。因此，在一些实施方案中，在电阻串中添加比电阻器所占区域大的区域的范围电阻可以减小电阻串的总体大小。通过添加范围电阻，电阻串中的电阻可以制造成更小的尺寸和更大的电阻，同时仍然达到相同或相似的校准分辨率。例如，图3显示了在有和没有范围电阻的情况下电阻串尺寸比较的模拟。电阻串与范围电阻的示例原理图如图1和图2所示。
电阻串可以使用开关，开关可以是晶体管或其他器件，以选择要包括在串联中的电阻器的增量，从而通过增加串联电阻来允许校准。然而，晶体管和其他类型的开关的导通电阻不能很好地控制，其取决于偏置条件，并且随温度而变化。在差示放大器中，开关的导通电阻会严重降低增益和cmrr校准的有效性。
因此，在一些实施方案中，电阻串可耦合放大器输入端子，使得通过开关的电流非常低或可忽略不计(例如，纳安、皮安、千亿分之一安或更低)，结果，开关的导通电阻对增益和cmrr校准的影响可忽略不计。这可以通过将开关耦合到运算放大器输入端来实现，其允许非常低或可忽略的电流量通过。图4、图5和图6中示出了这种布置的示例。
因此，本文公开的各种实施例可以实现一个或全部下列优点的各种组合。电阻可以校准。电阻器可以在封装后进行校准，以解决包装对电阻的影响。校准电阻可与运算放大器一起使用。可校准差示放大器电路。差示放大器可具有校准增益。差示放大器电路可以具有校准的cmrr。电阻串中的开关可以被校准，使得增益误差与电阻串中的开关的其他配置相比得以最小化。可以校准电阻串中的开关，使得cmrr与电阻串中的其他开关配置相比得以最大化。可以用尺寸较小的电阻串实现一定的分辨率。校准可以在一定大小的电路的精细分辨率下进行。包括范围电阻的电阻串的尺寸可以小于或类似于没有范围电阻的电阻串，但其可以校准相同或相似的分辨率。校准可以允许在共模输入变化后快速建立时间，因为校准后电阻网络平衡良好。经过大型共模输入变化如50v，输出可以在几微秒、不到一微秒或者更短的时间内稳定。在至少一个实施方案中，在大型共模输入变化(如50v)后，输出稳定在纳秒。
这里已经描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据本发明的任何特定实施例，不一定能够实现所有这些优点。因此，本发明可以以实现或优化本文教导的一个优点或优点组的方式来实现或实施，而不一定实现本文可以教导或建议的其它优点。
示例性放大器电路
图1是示出放大器电路100的示例的示意图，其包括耦合到运算放大器105的电阻网络101和103。运算放大器105被封装在封装107中。放大器电路100还包括电阻元件109和111，并且可以包括其他电路元件(未示出)。
封装107可以对一个或多个电阻元件109、111引起压力。而且，许多其他变量(例如，制造缺陷)可以影响电阻元件109、111的电阻。
如下面将更详细描述的那样，电阻网络101、103可以包括用于校准放大器电路100以补偿电路元件的电阻不准确性的电路。
电阻串运行
图2是示出电阻网络200的示例的示意图，其包括与范围电阻rr并联的电阻串109。多个开关s0、s1、s2、...sm、sn耦合到电阻串109的不同位置。在描述的实施方案中，电阻串109包括耦合在第一节点和第二节点之间的系列中的多个电阻器(或电阻元件)ra、rb、...rn(其中“n”可以表示任何数字)。所述多个电阻器ra、rb、...rn一起形成电阻串109。范围电阻rr也耦合在第一节点和第二节点之间。开关s0、s1、s2、...sm、sn也耦合到开关输出节点。可以使用开关状态(开路、闭合)的不同组合或排列来校准电阻。
所述多个开关s0、s1、s2、...sm、sn可以是诸如cmos晶体管、mems开关或其他类型的开关的晶体管。在图2所示的实施方案中，每个开关的一端耦合到开关输出节点203，不同的开关耦合到电阻串209的不同部分(或不同的“点击点”)。继续参考图2所示的实施例，开关s0的第二端耦合到第一节点205并且还耦合到电阻器ra的一端；开关s1的第二端耦合到电阻器ra的第二端，并且耦合到电阻器rb的一端；开关s2的第二端耦合到电阻器rb的第二端，并且耦合到所述多个电阻器中的下一个电阻器的一端；开关sm的第二端耦合到电阻器rn的第一端，并且耦合到在电阻器rn之前的所述多个电阻器中的电阻器的第二端；开关sn的第二端耦合到电阻器rn的第二端，并且还耦合到第二节点207。在某些情况下，开关可以耦合到一个或多个附加电阻器。例如，如图4和图5所示，开关sn的第二端分别可以是电阻r3或r4，和/或开关s0的第二端分别可以耦合电阻器r1或r2。在某些实施方案中，所述多个开关s0、s1、s2、...sm、sn可以被激活，使得电阻器ra-rn的不同组合或排列被包括在第一节点205和第二节点207之间的电路路径中。通过包含更少或更多的电阻器，可以调整电路通路的电阻。
在一些实施方案中，激活所述多个开关s0、s1、s2、...sm、sn中的一个开关，以将电阻串109电耦合到开关输出节点203。其他开关可以保持打开。根据哪个开关闭合，可以调节从开关输出节点203到第一节点205测量的电阻，同时还调整从开关输出节点203到第二节点207测量的电阻。按照这种方式，开关的组合可以用作选择所述多个电阻器ra、rb、...rn中的位置的数字“滑块”，以实现电耦合，从而导致来自电阻器101和开关输出节点203的电路中包含不同数量的电阻器。在一些实施方案中，连接开关可以物理滑动。在一些实施方案中，由于范围电阻提供低电阻并联通道，并且取决于所述多个电阻器的电阻值，当开关连接在不同位置时，可以实现最大校准调整。所述多个开关s0、s1、s2、…sm、sn的第一末端可耦合所述多个电阻器ra、rb、…rn中多种电阻器的相应末端。所述多个开关的第二末端可耦合开关输出节点203。
开关输出节点203耦合到高阻放大器输入端，使得可忽略的电流或没有电流流过闭合开关。在某些实施方案中，开关输出节点203可以耦合到具有相对于(例如，至少1000倍以上、10000倍以上或更大)其它电路的阻抗(例如，电阻网络200与任何附加电阻器组合，如图6的电阻器r1-r4等)的高阻抗的节点(例如，在千兆欧或更多)。在这些实施方案中，闭合开关上的电压降和闭合开关的导通电阻将由于通过开关的电流可忽略不计而忽略不计。在一些实施例中，开关可以具有较低的电压降(例如，100mv或更小、1μv或更小、1nv或更小等等)。因此，一些实施例解决了跨越开关的电压降随着温度或操作条件而改变并干扰先前设置的校准的情况。因为流过一个闭合的开关s1、s2、…、sn的电流几乎为零，由这些类型的开关造成的先前设定的校准的干扰可以减少到接近零。因此，在一些实施方案中，开关可被构造为降低可忽略的电压量并且具有可忽略的电流量。
校准范围可以至少部分地根据范围电阻rr的阻力进行设置。在一些实施方案中，范围电阻的电阻可以明显小于电阻串的电阻，使得校准范围主要基于范围电阻的电阻来确定。为了在不使用范围电阻rr的情况下实现精细的校准分辨率，电阻串中的元件的电阻可以比要校准的电阻小得多。例如，如果需要校准的电阻器(图4的电阻器r3)具有10000欧姆的电阻，则范围电阻的电阻可以在10欧姆、1欧姆等的范围内，这取决于电阻器r3的电阻要调整多少。如果电阻器r3的指定电阻为10000欧姆，制造过程变化、封装应力、热事件和物理降解的影响可能导致±1％，则为了补偿范围，范围电阻可以约为100欧姆。在分辨率方面，以1欧姆增量的校准调整将允许实现0.01％的精度。没有范围电阻，范围和分辨率将由电阻ra、rb、...rn的电阻值来设定，并且需要达到100欧姆、1欧姆分辨率，n＝1欧姆的100个电阻的范围。然而，每个1欧姆的100个电阻器将占据大的硅面积、增加制造成本并增加寄生电容。通过使用耦合100欧姆范围电阻并联，电阻器ra、rb、...rn可以具有更大的电阻(例如，100欧姆、500欧姆或10000欧姆)、占用更小的尺寸，但是可以实现100欧姆的相同校准范围和1欧姆的相同分辨率。在某些情况下，相对较大的范围电阻可以使用较少的芯片面积，并以校准分辨率为代价增加可用的校准范围。在某些情况下，较小的范围电阻可以降低可用的校准范围，并提高校准分辨率，同时使用更多的芯片面积。
所述多个电阻器ra、rb、...rn可以与第一节点205和第二节点207之间的范围电阻rr并联。所述多个电阻器可以由制造在模具上的电阻器制成、由主要特性为电阻器的任何材料制成，或由用于其电阻特性的任何材料制成。在一些实施方案中，所述多个电阻器是形成电阻条的电阻段，开关s0、s1、s2、...sm、sn可连接在电阻带的电阻段之间。电阻ra、rb、...rn的数量、电阻ra、rb、...rn的电阻和范围电阻rr的电阻影响校准的粒度或分辨率。在一些实施方案中，所述多个电阻器ra、rb、...rn中的每一个可以具有相同的电阻值。在一些实施方案中，所述多个电阻器ra、rb、...rn可以具有彼此不同的电阻值。在某些实施方案中，电阻器ra、rb、...rn的电阻可以选择，以减小和/或使所述多个电阻器的尺寸最小化。在一些实施方案中，所述多个电阻器以及所述多个电阻器中的任一电阻器，物理尺寸可以小于范围电阻。在一些实施方案中，所述多个电阻器中的每一个可以具有比范围电阻的电阻大2.5、10、100、1000、10000或更高的电阻。
在一些实施方案中，通过与电阻串109耦合并联的范围电阻rr，该电路可以使用具有较高电阻和较小面积的电阻串中的电阻器来实现大致相同的校正分辨率，否则将不具有范围电阻rr。这些效果可以用三种情况来说明：
在第一种情况下，所述多个电阻器ra、rb、...rn包括100个电阻，每个电阻为1欧姆，无并联电阻。多个开关可能会沿着电路路径包含多达100个这些1欧姆电阻器，使得电路路径可以被校准，以从0增加到100欧姆，增量为1欧姆。然而，1欧姆电阻器中的每一个将在模具上占据相对大的面积，因为根据等式ω＝ρl/a，横截面积a将相对较大。
在第二种情况下，所述多个电阻器ra、rb、...rn包括100个电阻，每个电阻为1千欧，无并联电阻。每个1千欧电阻将占据比1欧姆电阻占用的面积小1000倍的模具面积。然而，多个开关可以在电路路径上包含多达100个1千欧的电阻器，使得电路路径可以被校准，以1千欧姆的增量从0增加到100千欧，与第一种情况相比分辨率降低1000倍。
在第三种情况下，将100欧姆的并联电阻加到具有100个电阻、每个电阻为1千欧姆的多个电阻器ra、rb、...rn中。多个开关可能会沿着电路路径包含多达100个1千欧欧的电阻器。然而，由于存在100欧姆并联电阻，电路路径可以被校准，以从0增加到大约100欧姆，增量为大约1欧姆。而且，一个100欧姆电阻器占据的模具面积将比第一种情况下由100个1欧姆电阻占据的模具面积小约100000倍，同时实现与第二种情况的分辨率大致相同的精细分辨率。
示例性尺寸节省
图3示出了两个不同电阻串占用的芯片面积的比较示例图像300。第一区域301示出没有并行范围电阻的第一电阻串的大小。第二区域303示出了具有并行范围电阻的第二电阻串的大小，其中第二电阻串具有与第一电阻串相当的分辨率和校准范围。
图像300大致按比例绘制。第一电阻串101具有每个1欧姆的32个电阻器。包括电阻器材料和金属在内的第一电阻串所占据的硅面积约为330μm×330μm。
第二区303包括一个32欧姆范围电阻的电阻器材料、32个电阻器(每个电阻为200欧姆)的第二电阻串的电阻器材料以及用于互连的相关金属。第二区域占据的硅面积约为30μm×25μm，面积减少了约150倍。
示例性差示放大器
图4是示出用差示放大器电路400与电阻网络200校准cmrr的示意图。在描述的实施方案中，差示放大器电路400包括具有反相输入403、非反相输入405和运放输出407的运算放大器401。差示放大器电路400还包括耦合到差示放大器配置中的放大器401的电阻器r1、r2、r3和r4、电阻网络200和控制电路411。电阻器r3耦合到包括范围电阻rr、电阻串、包括多个电阻器ra、rb、…rn和多个开关s0、s1、s2、…sm、sn的电阻网络200(关于图2进一步描述)；在描述的实施方案中，封装409封装电路400。封装端口可以包括输入端口vin_n、输入端口vin_p、控制信号端口ctrl、电源vcc、接地端口gnd、参考电压vref和输出端口413。
在描述的实施方案中，运算放大器401被构造为通过增益因子来放大差分信号。通过vin_n和vin_p提供差分信号，vin_n耦合到运算放大器401的反相输入403，vin_p耦合到运算放大器401的非反相输入405。在输出端口413处产生放大的信号。运算放大器401通过vcc和gnd接收电力。
在描述的实施方案中，电阻器r2耦合到vin_n端口和反相输入403。电阻器r4以反馈构造耦合运算放大器输出407和反相输入403。
在描述的实施方案中，运算放大器401的非反相输入405耦合到电阻网络200的开关输出节点203，电阻器r1耦合到vin_p端口和电阻网络200的第一节点205，电阻器r3耦合到vref端口和电阻网络200的第二节点207。
运算放大器的输入403、405可以具有相对于(例如，至少1000倍以上、10000次以上或更多)其它电路的阻抗的非常高的阻抗(例如，千兆欧或更多)，例如电阻器r1、电阻器r3和电阻网络200。因此，在一些实施方案中，开关s0-sn可以被配置为：使得当一个开关闭合时，非常低或可忽略不计的电流将通过开关到达高阻抗节点。
控制电路411可被构造为控制开关s0、s1、s2、...sm、sn，以通过改进cmrr来校准差示放大器的性能。差示放大器可以得到测试，并且根据测试结果，控制电路可以激活、去激活或以其他方式设置开关s0、s1、s2、...sm、sn。差示放大器可以在差示放大器打包后考虑包装的影响。可以使用外部设备或内置自检电路进行测试。基于测试结果，控制电路411可以向开关s0、s1、s2、...sm、sn发送控制信号以激活/去激活它们。在一些实施方案中，控制信号可以通过控制端口ctrl发送到控制电路411。在某些实施方案中，控制信号可以通过封装中的一个或多个其他端口发送到控制电路411，包括通过其他端口的各种组合。控制电路411可以基于开关实现打开或关闭晶体管等，通过熔断保险丝来激活/去激活开关s0、s1、s2、...sm、sn。
根据哪个开关闭合，从开关输出节点测量的电阻器r3或电阻器r1的有效电阻可以改变、有效地允许校准r3/r1的比率。因此，比率r3/r1可以被校准以更接近地匹配r4/r2。可以选择开关s0、s1、s2、...sm、sn的组合或置换状态。在一些实施方案中，选择的开关状态与其他开关状态相比可以使cmrr最大化。然而，应当理解，可以根据需要激活任何开关，并且该开关可以被设置为除了使cmrr最大化之外的目的(例如，调整增益)。
图5是示出为校准增益而具有电阻网络200'的示例放大器电路500的示意图。在描述的实施方案中，差示放大器电路500包括具有反相输入503、非反相输入505和运放输出507的运算放大器501。差示放大器电路500还包括以差示放大器配置耦合到放大器501的电阻器r1、r2、r3和r4、电阻网络200’、控制电路511。电阻器r2耦合到包括范围电阻rr'、包括多个电阻器ra'、rb'、...rn'的电阻串、多个开关s0'、s1'、s2'、...sm'、sn'的电阻网络200'(关于图2进一步描述)。在描述的实施方案中，封装509封装电路500。封装端口可以包括输入端口vin_n、输入端口vin_p、控制信号端口ctrl、电压源vcc、接地端口gnd、参考电压vref和输出端口513。
运算放大器501被构造为通过增益因子放大差分信号。通过vin_n和vin_p提供差分信号，vin_n耦合到运算放大器501的反相输入503，vin_p耦合到运算放大器501的非反相输入505。在输出端口513处产生放大的信号。运算放大器401通过vcc和gnd接收电力。
在描述的实施方案中，电阻器r1耦合vin_p端口和非反相输入505。电阻器r3耦合vref端口和非反相输入505。
在描述的实施方案中，运算放大器501的反相输入503耦合电阻网络200’的开关输出节点203’。电阻器r2耦合vin_n端口和电阻网络200’的第一节点205’。电阻器r4以反馈构造耦合运算放大器输出507和电阻网络200’的第二节点207’。
输入503、505至运算放大器可以具有相对于(例如，至少1000倍以上、10000次以上或更多)诸如电阻器r2、电阻器r4和电阻网络200'的其它电路的阻抗的非常高的阻抗(例如，千兆欧或更多)。因此，开关可以配置成：使得当一个开关闭合时，非常低或可忽略的电流量将通过开关到达高阻抗节点。
控制电路511被构造为通过改善增益来控制开关s0'、s1'、s2'、...sm'、sn'来校准运算放大器的性能。控制电路511的操作类似于控制电路411(或与之相同的电路)，如图4所述。
根据闭合的开关，根据开关输出节点测量的电阻器r2或电阻器r4的有效电阻发生变化，有效地允许电阻器r2和电阻器r4的校准。因此，可以校正比率r4/r2以改善增益。可以选择开关s0'、s1'、s2'、...sm'、sn'的组合或置换的状态。在一些实施方案中，与其他开关状态相比，选择的开关状态可以使增益与目标增益相匹配。然而，应当理解，任何开关可以根据需要被激活。
图6示出了示差放大器电路600，其具有两个分别用于校准cmrr、校准增益的电阻网络。图6的电路组合了图4和5所述的电路400和500的特征。控制电路611可被构造为控制电阻网络的开关。
除了使用电阻网络校准cmrr以及使用另一个电阻网络来校准增益之外，两个电阻网络可以一起使用，从而根据上述公式对增益进行差分校准。
示例性方法
图7示出校准电路的示例性方法的框图700。
在框701，电阻串耦合放大器。电阻串可以是包括多个电阻器的电阻串。电阻串可包括多个开关，其中多个开关中的每个都耦合开关输出节点。电阻串的开关输出节点可耦合运算放大器的输入。
在框703中，电阻器耦合电阻串。如前面更详细描述，在一些实施方案中，电阻器可以是与电阻串并联的范围电阻。校准范围可以至少部分地基于范围电阻的电阻进行设置。范围电阻可以有任何阻力。在一些实施方案中，范围电阻可以具有比所述多个电阻器或所述多个电阻器中的任一电阻器更小的电阻。范围电阻可以具有比所述多个电阻器或所述多个电阻器中的任一电阻器的面积更小、相似或更大的面积。
在框705中，电路被封装。电路可以包括上述参考图1-6或任何其他电阻器或电子部件布置的组件中的任何一种或任何组合。电路可以在模具上制造。封装过程可能会对电路产生压力影响。而且，包装材料、包装过程的热效应或其他包装效果也可能影响包装电路的许多性能。各种影响可能导致组件值偏离指定的参数。
在框707中，可以测试电路。测试电路可以确定电路参数，如cmrr或增益。测试可以在电路封装后进行，以便对cmrr或增益的任何封装效果都反映在测试结果中。因此，可以确定哪些开关被激活以校准电路。图8描述了测试电路的示例性方法。
在框709，电阻网络可被构造为校准电路。电阻网络的开关如前面更详细描述，可以激活或停用以校准cmrr或增益。在一些实施方案中，电阻网络可以配置为增加和/或最大化cmrr。而且，在某些实施方案中，电阻网络可以配置为更准确地校准电路的增益。在某些情况下，使用电阻网络校准电路可以解释电路封装的影响。
图8示出测试电路的示例性方法的框图800。
在框801中，可以向放大器提供第一测试输入。第一测试输入可用于引起电路的第一特征的可测量的表现。在框803中，基于第一测试输入，可以确定电路的第一特征(例如增益或cmrr)。在框803中，可以调整电阻网络(例如，如图2中所示)的点击点，以校准第一特征。点击点可以是与放大器耦合的电阻串的一部分。点击点可以设置在相对于其他点击点校正第一特征的位置。点击点可以设置在电阻串的单个位置。在一些实施方案中，调整点击点可以包括打开和关闭开关的不同组合和/或排列，并测量每个组合和/或排列的第一特征，并且可以选择导致最佳结果的点击点。在一些实施方案中，点击点可以参考查找表或基于确定特征的计算来设置在框803上(例如，如果特性太低为3％，则将点击点设置在位置x)。可以调整点击点，直到与其他点击点相比达到第一特征的最佳值，或直到第一个特征达到指定的范围/阈值。
在框807中，可以向放大器提供第二测试输入。第二个测试输入可以用于引起电路的第二特征的可测量的表现。在框803中，基于第二测试输入可以确定电路的第二特征(例如增益或cmrr)。在框803中，可以调整电阻网络的点击点(例如，如图2中所示)，以校准第二特征。点击点可以是与放大器耦合的电阻串的一部分。点击点可以设置在相对于其他点击点校正第二特征的位置。点击点可以设置在电阻串的单个位置。在一些实施方案中，调整点击点可以包括打开和关闭开关的不同组合和/或排列并测量每个组合和/或排列的第二特征，并且可以选择导致最佳结果的点击点。在一些实施方案中，点击点可以参考查找表或基于确定特征的计算来设置在框809中(例如，如果特性过高为2％，则将点击点设置在位置y)。可以调整点击点，直到与其他点击点相比达到第二特征的最佳值，或直到第二个特征达到指定的范围/阈值。
与校准第二个特征的点击点相比，校准第一特征的点击点可以设置在电路的不同部分(例如，不同电阻网络200和200'，如图6所示)。在一些实施方案中，首先可以先校正cmrr然后校正增益。在一些实施方案中，可以先校正增益然后校正cmrr。
另外实施方案
虽然关于差示放大器公开了许多校准技术，但是可以通过调整电阻来校准各种电路和电子设备。放大器可用作缓冲放大器、差示放大器、微分器、滤波器、仪器放大器、反相放大器、非反相放大器、振荡器、求和放大器或任何数量的其他应用。因此，本文讨论的技术可以广泛应用。所述的电阻网络可以耦合到任何类型的电子设备的运算放大器中。所述的电阻网络可以耦合到任何高输入节点(不一定在放大器上)，使得很少或可忽略的电流流过开关。
这里描述的原理和优点可以在各种装置中实现。这样的设备的示例可以包括但不限于消费电子产品、消费电子产品的部件、电子测试设备等。消费电子产品部件的实例可以包括时钟电路、模数转换器、放大器、整流器、可编程滤波器、衰减器、变频电路等。电子设备的示例还可以包括内存芯片、内存模块、光学网络或其他通信网络的电路、蜂窝通信基础设施如基站、盘驱动器电路。消费电子产品可以包括但不限于无线设备、移动电话(例如，智能电话)、医疗监护设备、车载电子系统如汽车电子系统、电话机、电视机、电脑显示器、计算机、手提电脑、平板电脑、笔记本电脑、个人数字助理(pda)、微波、冰箱、立体声系统、盒式录音机或播放器、dvd播放机、cd播放机、数字录像机(dvr)、录像机、mp3播放器、收音机、摄像机、照相机、数码相机、记忆芯片端口、洗衣机、干衣机、洗衣机/烘干机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备、手表、时钟等。此外，设备可以包括未完成的产品。此外，产品可以包括高压应用领域，例如汽车中的车辆控制电路、重型或工业机械中的执行器、航空航天技术等。由于可以实现高cmrr，所以调谐差分放大器可用于高压应用、低电压应用或电压范围从低到高的应用。
除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，“包括”以包容性的意思来解释，而不是排他或详尽的意思，也就是说，意思是“包括但不限于”。这里通常使用的“耦合”或“连接”是指可以直接连接或通过一个或多个中间元件连接的两个或多个元件。此外，当在本申请中使用时，在本申请中,“本文”、“上文”、“下面”和类似的端口的词语是指将本申请作为整体而不是本申请的任何特定端口离子。在上下文许可的情况下，使用单数或复数详细描述的词语也可以分别包括复数或单数。在两个或多个项目的列表中的“或”一词旨在涵盖以下所有对该词的解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中项目的任何组合。本文提供的所有数值旨在包括测量误差内的相似值。对电路和原理的一些讨论可以简化假设和估计，以明确和提高理解。
此外，除非另有特别说明或者在所使用的上下文中以其他方式理解的情况下，本文所使用的条件语言，诸如“可以”、“可能”、“例如”、“如”、“诸如”等，通常旨在表达某些实施例包括但是其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。
本文提供的本发明的教导可以应用于其他系统，而不一定是上述系统。上述各种实施例的元件和动作可以组合得到其他实施例。
虽然本发明已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅以示例的方式呈现，并不意图限制本公开的范围。实际上，本文描述的新颖的方法和系统可以以各种其他形式来体现。而且，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对本文描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本公开的范围和精神内的这些形式或修改。因此，本发明的保护范围通过参考权利要求来定义。