利用晶體管閾值電壓調(diào)節(jié)的運(yùn)算放大器輸入偏移校正的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大致涉及集成電路運(yùn)算放大器（op amp)，尤其涉及減少運(yùn)算放大器的輸入 偏移電壓。
【背景技術(shù)】
[0002] 運(yùn)算放大器（op amp)是各種模擬電路設(shè)計中的基本元件。圖12示出了運(yùn)算放 大器1200的示例。運(yùn)算放大器1200可以包括正輸入端（+)、負(fù)輸入端（-)，并且可以在輸 出端1291產(chǎn)生輸出電壓Vout。理想情況下，運(yùn)算放大器1200根據(jù)響應(yīng)進(jìn)行操作，Vout = Gain*(IN(+)-IN(-))，其中Gain是該運(yùn)算放大器的開環(huán)增益，IN(+)是（+)輸入端處的電 壓，并且IN(-)是（-)輸入端處的電壓。因此，在理想的運(yùn)算放大器中，當(dāng)共同的電壓被施 加到（+)輸入端和（_)輸入端時，輸出電壓將為零。
[0003] 實(shí)際上，當(dāng)共同的電壓被施加到運(yùn)算放大器的兩個輸入端時，由于運(yùn)算放大器組 件和/或材料中不可控制的變化，Vout將不會為零。例如，運(yùn)算放大器通常具有帶有設(shè)計 為彼此匹配的輸入晶體管的差分輸入級。這些匹配的輸入晶體管被設(shè)計為具有相同的尺寸 且利用相同的工藝步驟制造而成。然而，在這些輸入晶體管之間可能出現(xiàn)不匹配。僅舉出 幾個示例來說，由于本質(zhì)上隨機(jī)的影響，諸如光刻期間的邊緣效應(yīng)、材料缺陷以及載流子迀 移率的變化，可能存在不匹配。器件不匹配能在輸入晶體管之間造成差異，這些差異包括晶 體管閾值電壓（vt)、電導(dǎo)參數(shù)K以及體效應(yīng)參數(shù)γ的差異。
[0004] 在導(dǎo)致零輸出電壓的運(yùn)算放大器的（+)輸入端和（_)輸入端之間施加的差分電壓 (即，用于消除不匹配的電壓）被稱為運(yùn)算放大器的輸入偏移電壓（Voffset)。
[0005] 解決輸入偏移電壓的傳統(tǒng)方式包括"自動歸零"式運(yùn)算放大器、調(diào)節(jié)輸入級中的偏 置電流或?qū)斎肫骷叽邕M(jìn)行數(shù)字方式調(diào)節(jié)。自動歸零運(yùn)算放大器可能導(dǎo)致電路尺寸較大 而且運(yùn)算復(fù)雜。調(diào)節(jié)偏置電流也可能增大電路復(fù)雜性，尤其當(dāng)在工作溫度和/或電壓的范 圍內(nèi)需要電流非常細(xì)微地改變時。數(shù)字方式調(diào)節(jié)器件尺寸可導(dǎo)致更好的尺寸匹配，但材料 中的隨機(jī)變化仍能導(dǎo)致輸入偏移電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種器件，包括：
[0007] 運(yùn)算放大器電路，具有差分晶體管對，所述差分晶體管對中的第一晶體管被形成 在襯底的第一阱中，而所述差分晶體管對中的第二晶體管被形成在所述襯底的第二阱中；
[0008] 體偏置產(chǎn)生器，被配置為產(chǎn)生針對所述第一阱而非所述第二阱的至少第一體偏置 電壓，所述第一體偏置電壓響應(yīng)于第一體偏置控制值而變化；以及
[0009] 控制電路，被配置為響應(yīng)于所述運(yùn)算放大器的輸入偏移電壓而選擇性地產(chǎn)生所述 第一體偏置控制值。
[0010] 本公開還提供了一種器件，包括：
[0011] 運(yùn)算放大器電路，具有相同導(dǎo)電類型的晶體管對，所述晶體管對中的第一晶體管 被形成在第一阱中且在感測到所述運(yùn)算放大器的正（+)輸入端處的電壓時操作，并且所述 晶體管對中的第二晶體管被形成在第二阱中且在感測到施加在所述運(yùn)算放大器的負(fù)（-) 輸入端處的電壓時操作；
[0012] 體偏置產(chǎn)生器，被配置為改變施加到所述第一阱而非所述第二阱的響應(yīng)于第一體 偏置控制值而變化的第一體偏置電壓；以及
[0013] 控制電路，被配置為響應(yīng)于所述運(yùn)算放大器的輸入偏移電壓而選擇性地產(chǎn)生所述 第一體偏置控制值。
[0014] 本公開還提供了一種方法，包括：
[0015] 確定具有正（+)輸入端和負(fù)（-)輸入端的運(yùn)算放大器的偏移電壓；
[0016] 如果所述偏移電壓大于極限，則對第一晶體管的至少體偏置電壓進(jìn)行改變但不對 第二晶體管的體偏置電壓進(jìn)行相同的改變；
[0017] 在對所述體偏置電壓進(jìn)行改變之后確定所述運(yùn)算放大器的所述偏移電壓；
[0018] 如果所述偏移電壓在所述極限內(nèi)，則將所述體偏置電壓用作所述運(yùn)算放大器的操 作體偏置電壓，并且如果所述偏移電壓保持大于所述極限，則對所述第一晶體管或所述第 二晶體管的所述體偏置電壓進(jìn)行另一次改變；其中
[0019] 所述第一晶體管被耦接至所述運(yùn)算放大器的一個輸入端而所述第二晶體管被耦 接至所述運(yùn)算放大器的另一個輸入端。
[0020] 采用本公開的技術(shù)方案，來自運(yùn)算放大器的一個或多個晶體管可以通過改變體偏 置而使得它們的閾值電壓改變，從而減小運(yùn)算放大器的輸入偏移電壓。
【附圖說明】
[0021] 圖1A和圖1B為示出如何能夠通過改變體偏置使運(yùn)算放大器（op amp)內(nèi)的多個 晶體管的閾值電壓變化從而解決晶體管不匹配進(jìn)而減小輸入偏移電壓的圖。
[0022] 圖2A和圖2B為根據(jù)實(shí)施例的運(yùn)算放大器的方框示意圖。
[0023] 圖3A和圖3B為根據(jù)實(shí)施例的運(yùn)算放大器輸入部（input section)的示意圖。
[0024] 圖4為根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)的方框示意圖。
[0025] 圖5為根據(jù)實(shí)施例的方法的流程圖。
[0026] 圖6A至圖6C為可以被包括在實(shí)施例中的體偏置電路的方框示意圖。
[0027] 圖7為根據(jù)另一實(shí)施例的系統(tǒng)的方框圖。
[0028] 圖8為根據(jù)又一實(shí)施例的系統(tǒng)的方框圖。
[0029] 圖9為根據(jù)另一實(shí)施例的方法的流程圖。
[0030] 圖10為根據(jù)又一實(shí)施例的方法的流程圖。
[0031] 圖11A至圖11C為可以被包括在具體實(shí)施例中的深耗盡型溝道晶體管示例的示意 圖。
[0032] 圖12示出了傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 現(xiàn)在將參考多個附圖來描述本發(fā)明的各實(shí)施例。這些實(shí)施例示出了通過改變輸入 級中的一個或多個晶體管的閾值電壓來減小運(yùn)算放大器（OP amp)的輸入偏移電壓的系統(tǒng) 和方法。閾值電壓的這種改變能夠通過改變晶體管的體偏置電壓來實(shí)現(xiàn)。
[0034] 在以下實(shí)施例中，類似的部分由相同的附圖標(biāo)記來指代，但是前面的數(shù)字對應(yīng)于 附圖編號。
[0035] 本發(fā)明的實(shí)施例可以包括具有絕緣柵場效應(yīng)晶體管的運(yùn)算放大器。這些晶體管將 在本文被稱為金屬氧化物半導(dǎo)體（M0S)晶體管，但這不應(yīng)當(dāng)被理解為將這些晶體管限制為 任何特定的柵極、柵極絕緣層或體材料。M0S晶體管可以根據(jù)閾值電壓（Vth)進(jìn)行操作，該 閾值電壓（Vth)具有如下公式給定的值：
[0036] 其中γ為如下公式給定的體效應(yīng)參數(shù)：
[0038] 其中Vth。為不具有襯底偏置的閾值電壓，為表面電勢，VBS為襯底偏置，t ^為 柵氧化物厚度，柵氧化物介電常數(shù)，q為電極的電荷，ε Sl為硅的介電常數(shù)，eM為氧化 物的介電常數(shù)，q為電子的電荷，NA為摻雜濃度。
[0039] 圖1A和圖1B為示出多個技術(shù)節(jié)點(diǎn)（22nm、45nm以及90nm)的現(xiàn)有M0S晶體管Vth 相對于體偏置電壓的變化的圖。隨著技術(shù)按比例縮小（即，技術(shù)節(jié)點(diǎn)越來越?。?，對于對應(yīng) 的Vth變化減小，γ略有減小。圖1A示出η溝道晶體管的Vth變化率（Vtn)，而圖1B示出 P溝道晶體管的變化率（Vtp)。
[0040] 本發(fā)明的實(shí)施例能夠使用由體偏置（VBSn、VBSp)引起的晶體管閾值電壓（Vtn或 Vtp)的改變來減小運(yùn)算放大器的輸入偏移電壓。例如，在一些實(shí)施例中，在匹配晶體管具有 不同閾值電壓的情況下，一個或多個晶體管的體偏置能夠被改變以到達(dá)更好的匹配閾值電 壓。在其它實(shí)施例中，改變晶體管中的閾值電壓能夠抵消其它不匹配效應(yīng)。
[0041] 圖2A為示出根據(jù)一個實(shí)施例的運(yùn)算放大器200的示意圖。如圖所示，運(yùn)算放大器 200可以具有：包括η溝道M0S輸入晶體管N20和N22的差分對、相應(yīng)的負(fù)載部204-0/1以 及偏置電路206的輸入級202。晶體管Ν20和Ν22可以具有共同連接至偏置電路206的源 極，該偏置電路206可以為輸入級202提供偏置電流。晶體管Ν20可以具有連接至運(yùn)算放 大器200的（+)輸入端的柵極以及連接至負(fù)載部204-0的漏極。晶體管Ν22可以具有連接 至運(yùn)算放大器200的（-)輸入端的柵極以及連接至負(fù)載部204-1的漏極。
[0042] 在現(xiàn)有運(yùn)算放大器中，相同差分對的晶體管可以被形成在相同的阱中以確保匹配 的制造條件和/或體偏置，與現(xiàn)有運(yùn)算放大器不同，在圖2Α的實(shí)施例中，晶體管Ν20被形成 在一個阱（阱1)中，而晶體管Ν22被形成在不同的阱（阱2