[发明专利]用于测量电容性元件之间的电容差的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量电容性元件之间的电容差的方法和系统。

背景技术

测量电容在许多测试结构中被用来评估技术性能。然而，该技术的扩展已导致电路中实际使用的电容值降低。当前评估电容匹配的方法不足以准确地测量与电路设计有关的非常小的电容(100fF及充分低)的差异。

例如，根据Dennis Sylvester、James C.Chen等人发表在1998年IEEE JSSC的文章“Investigation of Interconnect Capacitance Characterization Using Charge-Based Capacitance Measurement(CBCM)Technique and Three-Dimensional Simulation(使用基于电荷的电容测量(CBCM)技术和三维仿真对互连电容表征的研究)”，知晓了基于电荷的电容测量方法。该方法能够测量电容器的绝对电容，但其准确度不足。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于更准确地测量电容性元件之间的电容差的方法和系统。

根据本发明，该目的利用独立权利要求的系统和方法来实现。

根据本发明，第一电容性元件与第二电容性元件之间的电容差按如下方式来测量。使用第一DC电压，不同于第一DC电压的第二DC电压，以及第三DC电压(例如，接地电平)。第一电容性元件连接在第一节点与第二节点之间，第二节点可经由第一开关连接到第三DC电压。第二电容性元件连接在第三节点与第四节点之间，第四节点可经由第二开关连接到第三DC电压，第二开关出于对称原因与第一开关匹配，并且第二和第四节点彼此可连接(例如，彼此直接连接或可由又一开关连接)。在测量的第一阶段，第一DC电压施加于第一节点而第二DC电压施加于第三节点以对电容性元件充电，并且第一和第二开关通过非重叠时钟信号交替地闭合。流经第一和第二开关中的至少一者的第一所得电流被测量出(优选地流经第一和第二开关两者的电流被测量出以获得提高的准确度，尽管这不是必须的)。在测量的第二阶段，第一和第二DC电压交替地施加于第一和第三节点，以交替地对电容性元件充电和放电，并且第一和第二开关通过非重叠时钟信号交替地闭合，在这样的实例中，第一和第二DC电压的所述交替在第一开关或第二开关闭合时发生。流经第一和第二开关中的至少一者的第二所得电流被测量出(优选地流经第一和第二开关两者的电流被测量出，尽管这不是必须的)。根据分别在第一阶段和第二阶段期间测量出的第一和第二所得电流，可以确定电容差。

根据本发明，准确度首先通过测量设置的对称性来实现：交流差分电压确保了第一和第三节点上的电压彼此匹配；以及匹配的开关确保了这些开关的寄生影响可被正确地消除。

根据本发明，准确度进一步通过对电路的电容(第一阶段)以及电路的电容连同电容差(第二阶段)的分开测量来实现。结果，仅根据第一和第二阶段期间测量出的电流相减就可以确定电容差。

在一个实施例中，通过将第一和第三节点交替地连接到提供第一DC电压的第一DC电源和提供第二DC电压的第二DC电源，使第一和第二DC电压交替地施加于第一和第三节点。在一个示例中，第一DC电压源可以是芯片的Vdd，而第二DC电压源可以是接地电平。以此方式，可以避免需要两个分开的匹配电压源来生成第一和第二电压。

在一个实施例中，第一和第二电流通过互阻抗放大器或积分器电路来测量。这样的测量装置对于本发明的方法/系统的片上实现而言是合适的示例，尽管不是唯一的示例。

在一个实施例中，第一和第二DC电压的交替由具有50％占空比的互补时钟信号来执行，并且用于操作具有第一和第二开关的非重叠时钟信号具有小于50％占空比。优选地，非重叠时钟信号具有超过40％的占空比以使信号的稳定时间最大化。

在一个实施例中，第一测量用设定成第一组值的第一、第二和第三DC电压来执行，并且第二测量用设定成与第一组值不同的第二组值的第一、第二和第三DC电压来执行。测量的这一组合可被用来例如提取第一和/或第二电容性元件的依赖于电压的特性。

在一个实施例中，第一测量以交替的第一频率和非重叠时钟信号来执行，并且第二测量以交替的第二频率和非重叠时钟信号来执行，第二频率不同于第一频率。以不同频率进行测量可提升测量的准确度。