电阻、修调方法、高共模抑制比与参考端单位增益设计方法与流程

本发明属于半导体集成电路，具体涉及一种电阻、修调方法、高共模抑制比与参考端单位增益设计方法。

背景技术：

1、随着电子技术的发展，运算放大器也得到了广泛的应用。集成运算放大器种类多种多样，其中仪表放大器作为一种高性能放大器，在数据采集、传感器信号放大、医疗仪器、航空航天等领域都备受青睐。仪表放大器把关键元器件集成在放大器内部，以特定的结构实现高共模抑制比、低非线性度、设置灵活和使用方便等特点。其中，共模抑制比(cmrr)作为高精度仪表放大器的核心指标，其设计与仪表放大器参考端增益密切相关。差分电压放大器作为仪表放大器电路中的核心结构单元，其典型的电路框图如图1所示。输出端vout通过分压电阻r1、r3连接到放大器的反相输入端(-)，电压参考端vref通过电阻r2、r4连接到放大器的同相输入端(+)。其中为实现基本的差分放大功能，电阻的理论值应该满足r1等于r2以及r3等于r4。

2、图1中电路的共模抑制比和参考端单位增益分别为

3、

4、

5、若匹配电阻之间的失配精度为t，电阻r3/r1之间的理论值为k，cmrr和参考端增益的表达式为：

6、

7、

8、从上述公式中我们可以看出，分压电阻串中对应电阻之间的匹配精度决定了差分放大器的cmrr以及参考端单位增益精度的大小。

9、中国专利cn 202010318200.7公开了一种差分放大器共模抑制比和增益修调电路，其电路结构图如图2所示。其中连接于同相输入电压与参考电压之间的第一修调单元和第二修调单元，所述第一修调单元与所述第二修调单元通过抽头开关连接差分放大器的正输入端；连接与反相输入端电压与所述差分放大器输出端之间的第三修调单元和第四修调单元，所述第三修调单元和所述第四修调单元通过抽头开关连接所述差分放大器的负输入端。其中的修调单元指一系列串联的电阻串和并联的修调辅助电阻串。其中，所述的第一修调单元中的第二修调电阻串连接所述的第二修调单元中的第二修调电阻串，所述的第三修调单元中的第二修调电阻串连接所述的第四修调单元中的第二修调电阻串。第一修调单元中的第一修调电阻串包括串联的2n-1个单位电阻并通过开关连接差分放大器的负输入端，所述的第三修调电阻串中的第一修调电阻串包括的2n-1个单位电阻通过开关连接差分放大器的正输入端，所述第一修调辅助电阻串包括1个单位电阻，其中，n为大于1的整数。第二修调电阻串包括2m个单位电阻分别连接到负输入端和正输入端，所述的第二修调辅助电阻串包括相互并联的2n个单位电阻。

10、该方案实现是基于大量的单位电阻，无形中增加了芯片面积压力；该种修调方式要实现更高的修调精度就需要阻值更小准确度更高的单元电阻，而对于一定的工艺条件，阻值太小的单位电阻很难实现，增加了工艺难度；采用全数字修调的方式不能保证高精度仪表放大器的参考端增益和共模抑制比的要求精度，大量的单元电阻修调还增加了修调时间与经济成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服多单元电阻带来的芯片面积压力、阻值过小的单元电阻带来的工艺难度、数字式修调带来的参考端增益精度和共模抑制比修调精度低的问题，提供一种电阻、修调方法、高共模抑制比与参考端单位增益设计方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种电阻，包括电阻本体和调制区，电阻本体和调制区均为竖向结构，电阻本体的长度大于调制区，调制区的宽度大于电阻本体，电阻本体和调制区组成刀状电阻，电阻本体和调制区的顶部以及电阻本体的底部均设置有金属连丝，调制区上开设有粗调电阻切割部a和细调电阻切割部b。

4、本发明进一步的改进在于，细调电阻切割部b的长度大于粗调电阻切割部a。

5、本发明进一步的改进在于，粗调电阻切割部a距离电阻本体的距离小于距离调制区边沿的距离，细调电阻切割部b距离电阻本体的距离大于距离调制区边沿的距离。

6、第二方面，本发明提供一种基于权利要求1所述的电阻的修调方法，包括以下步骤：

7、根据所需阻值切割粗调电阻切割部a，进行阻值初步修调；

8、再切割细调电阻切割部b，完成阻值修调。

9、本发明进一步的改进在于，采用激光单点对薄膜电阻进行切割。

10、第三方面，本发明提供一种高共模抑制比与参考端单位增益设计方法，包括以下步骤：

11、获取整体共模抑制比cmmrd；

12、获取运放的差模增益ad和运放的共模增益ac，得到运放的共模抑制比cmrroa；

13、当运放的共模增益ac为0时，获取由电阻匹配精度产生的共模抑制比cmmrr；

14、建立整体共模抑制比cmmrd和由电阻匹配精度产生的共模抑制比cmmrr的关系；

15、假设各匹配电阻之间的失配程度相等且为t，获取由电阻匹配精度产生的共模抑制比cmmrr和参考端单位增益中最差情况所对应的理想值，得到理想值的比值；

16、根据理想值的比值和整体共模抑制比cmmrd以及参考端单位增益，得到共模抑制比以及参考端单位增益和电阻匹配精度的关系。

17、本发明进一步的改进在于，整体共模抑制比cmmrd的计算方法如下：

18、

19、

20、

21、其中，gd为差模增益，gc为共模增益。

22、本发明进一步的改进在于，由电阻匹配精度产生的共模抑制比cmmrr及参考端单位增益的计算方法如下：

23、

24、

25、本发明进一步的改进在于，整体共模抑制比cmmrd和由电阻匹配精度产生的共模抑制比cmmrr的关系如下：

26、

27、由于cmrrrcmrroa>>1/4，因此，

28、

29、本发明进一步的改进在于，共模抑制比和参考端单位增益与电阻匹配精度的关系如下：

30、

31、

32、其中，k为理想值的比值。

33、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

34、本发明的电阻通过电阻本体和调制区组成刀状电阻，电阻本体和调制区的顶部以及电阻本体的底部均设置有金属连丝，调制区上开设有粗调电阻切割部a和细调电阻切割部b，从而摆脱数字修调方案带来的额外芯片面积的负担，只在一块刀状金属薄膜电阻上即可完成粗调和精调，有效的节省了芯片面积。

35、本发明提出的电阻的修调方法是根据所需阻值切割粗调电阻切割部a，进行阻值初步修调，再切割细调电阻切割部b，完成阻值修调，本发明通过对粗调电阻切割部a和细调电阻切割部b进行切段和单步处理进行调值，由于单步调值变化量微小，能实现相对较小的调值变化量，可以满足调值精度要求，如需要超高精度修调要求，可在薄膜电阻上进行激光单点修调，进行切段处理。

36、本发明提出了一种共模抑制比和参考端单位增益设计方法，通过建立整体共模抑制比、参考端单位增益和由电阻匹配精度产生的共模抑制比和参考端单位增益的直接相关，修调四个电阻匹配精度，降低了匹配误差，降低了测试修调时间与经济成本。