[发明专利]对差分对的本征偏移进行补偿的电子电路

说明书

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；它们还被用在卷积电路中，仍然是用作转换器；卷积电路包括若干个卷积单元，每个卷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EPROM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查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。