電壓校正電路及電壓校正系統的製作方法

2024-01-25 09:02:15

本發明涉及一種電壓校正電路，尤其涉及一種可自動更新待校正電壓的電壓校正電路。

背景技術：

由於集成電路的功能日趨複雜，在同一集成電路內部常需要不同電位的電壓源來驅動不同的功能元件。然而在經過複雜的半導體工藝之後，各個半導體元件的特性可能會有些許差異，使得這些集成電路內部的電壓源所產生的電壓常會與目標值有所差異。舉例來說，應提供1.5V電壓的電壓源可能因為工藝的差異，導致在原先預定的參數條件下，實際上輸出的電壓可能僅有1.2V。為了避免因為電壓不匹配導致功能元件無法正常工作，在集成電路製作完成之後，還需要經過校正的步驟以校調各電壓源的設定參數，使得集成電路中各個電壓源實際上輸出的電壓能夠更加接近目標值。

在現有技術中，為縮短校正所需的時間，常會在集成電路內部設置內置自我測試(Built-In Self-Test，BIST)電路，並與外部的測試器相連接。測試器可提供集成電路所需的電壓目標值，而內置自我測試電路則會將電壓目標值與電壓源實際輸出的電壓加以比較，並持續更改電壓源的設定參數，直到電壓源實際輸出的電壓與目標值足夠接近，才以當下的設定參數作為其電壓源的設定參數。而在測試的過程中，為了使測試器與內置自我測試電路之間能夠得知彼此的狀態以進行對應的步驟，例如測試器需得知內置自我測試電路是否已完成校正以確定是否需提供下一組電壓目標值，而內置自我測試電路則需得知是測試器是否以更新電壓目標值以確定是否需切換至另一待測電壓源以校正其設定參數…等等。因此在集成電路中常需要預留一組通信用的總線，以確保兩者之間能夠互相溝通。而在現有技術當中，通信用的總線可能包含多達8個引腳。由於集成電路對外部電路的引腳數量會影響到集成電路所能使用的封裝殼體，而會大大地影響集成電路最終所需的空間，因此如何減少測試器及自我測試電路之間所需的引腳數量即成為一個有待解決的 問題。

技術實現要素：

本發明的一實施例提供一種電壓校正電路。電壓校正電路包含待校正電壓輸出電路、第一放大器、電源切換指示電路及內置自我測試電路。待校正電壓輸出電路包含多個待校正電壓源，且待校正電壓輸出電路可根據待校正電壓選擇信號選擇多個待校正電壓源中的第一待校正電壓源，並根據第一待校正電壓源輸出待校正電壓。第一放大器具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，第一放大器的第一輸入端接收待校正電壓，第一放大器的第二輸入端接收對應於第一待校正電壓源的參考電壓。電源切換指示電路耦接於第一放大器的輸出端，電源切換指示電路接收並根據指示電壓、參考電壓及第一放大器的輸出端的電壓以輸出電源切換信號。其中指示電壓與待校正電壓之間具有第一固定電壓差。內置自我測試電路耦接於電源切換指示電路、第一放大器及待校正電壓輸出電路，內置自我測試電路根據電源切換信號更新待校正電壓選擇信號以使待校正電壓輸出電路改以選擇多個待校正電壓源中的第二待校正電壓源。

本發明的另一實施例提供一種電壓校正系統。電壓校正系統包含電壓校正電路及控制器。電壓校正電路包含待校正電壓輸出電路、第一放大器、電源切換指示電路及內置自我測試電路。

待校正電壓輸出電路包含多個待校正電壓源，且待校正電壓輸出電路根據待校正電壓選擇信號選擇多個待校正電壓源中的第一待校正電壓源以輸出待校正電壓。第一放大器具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，第一放大器的第一輸入端接收待校正電壓，第一放大器的第二輸入端接收對應於第一待校正電壓源的參考電壓。電源切換指示電路耦接於第一放大器的輸出端，且電源切換指示電路接收並根據指示電壓、參考電壓及第一放大器的輸出端的電壓以輸出電源切換信號。其中指示電壓與待校正電壓之間具有第一固定電壓差。內置自我測試電路，耦接於電源切換指示電路、第一放大器及待校正電壓輸出電路。內置自我測試電路根據第一放大器的輸出端的電壓輸出校正完成信號，並根據電源切換信號更新待校正電壓選擇信號以使待校正電壓輸出電路改以選擇多個待校正電壓源中的第二待校正電壓源。測試器提供對應於第一待校正電壓源的參考電壓，並根據校正完成信號調整參考電 壓。調整後的參考電壓會對應至第二待校正電壓源。

附圖說明

圖1為本發明一實施例的電壓校正電路的示意圖。

圖2為本發明另一實施例的電壓校正電路的示意圖。

圖3為本發明一實施例的電壓校正系統的示意圖。

附圖標記說明

10 晶片

100、200 電壓校正電路

110 待校正電壓輸出電路

112A、112B、112C 待校正電壓源

114 多工器

120 第一放大器

130 電源切換指示電路

132 第二放大器

134、254 異或門

140 內置自我測試電路

150 壓差元件

M1 電晶體

SCV 待校正電壓選擇信號

SCHG 電源切換信號

VC、VCA、VCA1、VCA2 待校正電壓

Vref 參考電壓

VI 指示電壓

300 電壓校正系統

250 指示電壓輸出電路

252A、252B、252C 指示電壓源

310 控制器

P1、P2 引腳

Sdone 校正完成信號

具體實施方式

圖1為本發明一實施例的電壓校正電路100的示意圖。在圖1的實施例中，電壓校正電路100是設置在晶片10內部用以校正晶片10所需的電壓電源的電路。電壓校正電路100包含待校正電壓輸出電路110、第一放大器120、電源切換指示電路130及內置自我測試(Built-In Self-Test，BIST)電路140。

待校正電壓輸出電路110包含多個待校正電壓源112A、112B及112C，待校正電源112A、112B及112C可用以提供晶片10所需的不同電壓。舉例來說待校正電源112A可用以提供1.5V的電壓，112B可用以提供1.2V的電壓，而112C可用以提供1.8V的電壓，也就是說，待校正電源112A的目標電壓可為1.5V，待校正電源112B的目標電壓可為1.2V，而待校正電源112C的目標電壓可為1.8V。由於實際的半導體工藝可能會造成待校正電源112A、112B及112C的電路特性不如預期，因此若僅根據預設的參數設定待校正電源112A、112B及112C，則待校正電源112A、112B及112C實際上輸出的電壓可能會與各自的目標電壓有不少的差距，而需要進行校正。

待校正電壓輸出電路110可根據待校正電壓選擇信號SCV選擇待校正電壓源112A、112B及112C中欲進行校正的待校正電壓源。舉例來說，在圖1中，待校正電壓輸出電路110可包含多工器114。多工器114可耦接於待校正電壓源112A、112B及112C，並可根據待校正電壓選擇信號SCV導通校正電壓源112A、112B及112C中的一校正電壓源與待校正電壓輸出電路110的輸出端的電性連接以輸出待校正電壓VC。例如當欲對校正電壓源112A進行校正時，亦即當選擇待校正電壓源112A作為第一待校正電壓源並進行校正時，待校正電壓選擇信號SCV即會使多工器114導通待校正電壓源112A與待校正電壓輸出電路110的輸出端的電性連接。

第一放大器120可具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端。第一放大器120的第一輸入端可接收待校正電壓VC，第一放大器120的第二輸入端則可接收對應於第一待校正電壓源112A的參考電壓Vref，亦即1.5V。在本發明的一實施例中，參考電壓Vref是由外部電路所提供。

內置自我測試電路140可耦接於第一放大器120及待校正電壓輸出電路110，並可以根據第一放大器120的輸出端的電壓控制待校正電壓輸出電路110以進行校正。換言之，當內置自我測試電路140欲對待校正電壓源112A 進行校正時，內置自我測試電路140會先送出對應的待校正電壓選擇信號SCV，使得待校正電壓輸出電路110可根據待校正電壓源112A輸出的待校正電壓VCA輸出待校正電壓VC。

待校正電壓源112A可先根據原來預設的參數設定輸出待校正電壓VCA，而內置自我測試電路140即可通過第一放大器120的輸出端的電壓得知待校正電壓VC與參考電壓Vref之間的大小關係。在本發明的部分實施例中，第一放大器120的第一輸入端可為正端，而第一放大器120的第二輸入端可為負端。在此情況下，當待校正電壓VC大於參考電壓Vref時，第一放大器120的輸出端的電壓即為高電位，而當待校正電壓VC小於參考電壓Vref時，第一放大器120的輸出端的電壓即為低電位。

舉例來說，當待校正電壓VC為1.32V而參考電壓Vref為1.5V時，第一放大器120的輸出端的電壓為低電位，此時內置自我測試電路140可控制待校正電壓輸出電路110以調整待校正電壓源112A的參數設定，使得待校正電壓源112A輸出較高的待校正電壓VCA1，例如調整後的待校正電壓VCA1可能為1.44V。由於待校正電壓VCA1仍然較參考電壓Vref小，因此內置自我測試電路140還可繼續調整待校正電壓源112A的參數設定使得待校正電壓源112A輸出更高的待校正電壓VCA2，例如為1.56V。也就是說，待校正電壓源112A可根據內置自我測試電路140的控制，依序輸出多個待校正電壓VCA、VCA1及VCA2。

由於經過再次提升後的待校正電壓VCA2會大於參考電壓Vref，因此第一放大器120的輸出端的電壓會變為高電位。內置自我測試電路140可在第一放大器120的輸出端的電壓由低電位變為高電位時，判定待校正電壓源112A已完成校正，並將當時所使用的參數記錄下來作為待校正電壓源112A的校正後的預設參數，而當待校正電壓源112A使用此校正後的預設參數時，待校正電壓源112A所輸出的電壓即會比校正前更接近其目標電壓。

在本發明的實施例中，內置自我測試電路140亦可在第一放大器120的輸出端的電壓由高電位變為低電位，可在第一放大器120的輸出端的電壓轉變時，又或者僅在待校正電壓VC與參考電壓Vref足夠接近時，才判斷待校正電壓源112A已完成校正。

待校正電壓源112A完成校正之後，內置自我測試電路140即可選擇待校正電壓輸出電路110中的下一個待校正電壓源來進行校正。然而在進行下 一個待校正電壓源的校正程序之前，內置自我測試電路140必須先確定參考電壓Vref已經被對應地更新為下一個待校正電壓源的目標電壓，接著才能重複上述步驟來進行校正。此時內置自我測試電路140即可通過電源切換指示電路130所輸出電源切換信號SCHG來得知參考電壓Vref是否已經被對應地更新。

電源切換指示電路130耦接於第一放大器120的輸出端，且電源切換指示電路130可接收並根據指示電壓VI、參考電壓Vref及第一放大器的輸出端的電壓以輸出電源切換信號SCHG，其中指示電壓VI與待校正電壓VC之間具有第一固定電壓差ΔV1，例如為0.2V。

在圖1的實施例中，電源切換指示電路130可包含第二放大器132及異或(Exclusive OR，XOR)門134。第二放大器132可具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端。第二放大器132的第一輸入端用以接收指示電壓VI，第二放大器132的第二輸入端用以接收參考電壓Vref。在此實施例中，第二放大器132的第一輸入端為正端，而第二放大器132的第二輸入端為負端。異或門134可具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，異或門134的第一輸入端耦接於第一放大器120的輸出端，異或門134的第二輸入端耦接於第二放大器132的輸出端，而異或門134的輸出端可輸出電源切換信號SCHG。

若第一待校正電壓源的目標電壓與下一個欲校正的第二待校正電壓源的目標電壓之間具有第二固定電壓差ΔV2，則第二固定電壓差ΔV2應大於待校正電壓VC及指示電壓VI之間的第一固定電壓差ΔV1。此外若多個第一待校正電壓VCA、VCA1及VCA2彼此間具有第三固定電壓差ΔV3，例如為0.12V，則第三固定電壓差ΔV3應不大於第一固定電壓差ΔV1。

表1為本發明一實施例中，電壓校正電路100在待校正電壓源112A完成校正後的不同時段內，參考電壓Vref、待校正電壓VC、指示電壓VI、第一放大器120的輸出端、第二放大器132的輸出端及電源切換信號SCHG的電壓。

表1

根據表1的實施例，在時段T1中，待校正電壓源112A已完成校正，然而參考電壓Vref尚未更新，仍舊為待校正電壓源112A的目標電壓1.5V，而待校正電壓VC為1.56V。此時第一放大器120的輸出端的電壓為高電位H，且由於指示電壓VI與待校正電壓VC之間具有第一固定電壓差ΔV1，亦即指示電壓VI為1.36V小於參考電壓Vref，因此第二放大器132的輸出端的電壓為低電位L，導致異或門134輸出端的電壓為高電位H，亦即電源切換信號SCHG為高電位H。

在時段T2中，第一待校正電壓源112A已完成校正，且參考電壓Vref已變為下一個待校正電壓源的目標電壓，例如當選擇待校正電壓源112B作為下一個待校正的第二待校正電壓源時，參考電壓Vref會被更新至待校正電壓源112B的目標電壓1.2V。此時由於內置自我測試電路140尚未更新待校正電壓選擇信號SCV，因此待校正電壓VC仍為待校正電壓源112A所輸出的待校正電壓VCA2，即1.56V，而第一放大器120的輸出端的電壓仍為高電位H。

此外，由於第二固定電壓差ΔV2會大於第一固定電壓差ΔV1，亦即待校正電壓源112A的目標電壓1.5V與待校正電壓源112B的目標電壓1.2V之間的第二固定電壓差ΔV2為0.3V，而會大於第一固定電壓差ΔV1的0.2V，因此指示電壓VI會大於更新後的參考電壓Vref，使得第二放大器132的輸出端的電壓也會變為高電位H，進而導致異或門134的輸出端的電壓變為低電位L，亦即電源切換信號SCHG為低電位L。

表2為本發明另一實施例中，電壓校正電路100在待校正電壓源112A完成校正後的不同時段內，參考電壓Vref、待校正電壓VC、指示電壓VI、第一放大器120的輸出端、第二放大器132的輸出端及電源切換信號SCHG的電壓。

表2

根據表2的實施例，在時段T1中，待校正電壓源112A已完成校正，然而參考電壓Vref仍為待校正電壓源112A的目標電壓1.5V，而待校正電壓VC為1.56V。此時第一放大器120的輸出端的電壓為高電位H，且由於指示電壓VI會小於參考電壓Vref，因此第二放大器132的輸出端的電壓為低電位L，導致異或門134輸出端的電壓為高電位H，亦即電源切換信號SCHG為高電位H。

在時段T3中，待校正電壓源112A已完成校正，而參考電壓Vref也已變下一個待校正電壓源的目標電壓，例如當選擇待校正電壓源112C作為下一個待校正的第二待校正電壓源時，參考電壓Vref會被更新至待校正電壓源112C的目標電壓1.8V。此時由於內置自我測試電路140尚未更新待校正電壓選擇信號SCV，因此待校正電壓VC仍為待校正電壓源112A所輸出的待校正電壓VCA2，即1.56V，而由於第二固定電壓差ΔV2會大於第一固定電壓差ΔV1，亦即待校正電壓源112A的目標電壓1.5V與待校正電壓源112C的目標電壓1.8V之間的第二固定電壓差ΔV2為0.3V，而會大於第一固定電壓差ΔV1的0.2V，因此待校正電壓VC會小於更新後的參考電壓Vref，使得第一放大器120的輸出端的電壓變為低電位L。

此外，由於指示電壓VI也會小於更新後的參考電壓Vref，因此第二放大器132的輸出端的電壓仍為低電位L，導致異或門134的輸出端的電壓變為低電位L，亦即電源切換信號SCHG為低電位L。

換言之，在表1或表2的實施例中，不論是選擇待校正電壓源112B或待校正電壓源112C做為下一個待校正電壓源，只要待校正電壓源112B或待校正電壓源112C與待校正電壓源112A的目標電壓間的固定電壓差會大於待校正電壓VC及指示電壓VI之間的第一固定電壓差ΔV1，則當參考電壓Vref已更新為下一個待校正電壓源的目標電壓時，電源切換信號SCHG都會由高電位H變為低電位L。因此內置自我測試電路140可根據電源切換信號 SCHG的電位判斷由外部電路所提供的參考電壓Vref是否已被更新，並在電源切換信號SCHG由高電位H變為低電位L時，更新待校正電壓選擇信號SCV，以使待校正電壓輸出電路110改以選擇待校正電壓源112B或112C做為下一個待校正的第二待校正電壓源。

在本發明的部分實施例中，電壓校正電路100還包含壓差元件150。壓差元件150可耦接於待校正電壓輸出電路110及第二放大器132的第一輸入端，且壓差元件150可接收並根據待校正電壓VC以輸出指示電壓VI。在圖1的實施例中，壓差元件150為電晶體M1。電晶體M1具有第一端、第二端及控制端，電晶體M1的第一端可接收待校正電壓VC，電晶體M1的第二端可輸出指示電壓VI，而電晶體M1的控制端可耦接於電晶體M1的第一端。如此一來，電晶體M1即可等效為二極體，而電晶體M1的第二端的電壓與電晶體M1的第一端之間的第一固定電壓差ΔV1即為等效二極體的導通電壓。在本發明的部分實施例中，為了滿足不同系統的需求，使用者亦可選擇不同種類的電晶體，例如具有超低導通電壓的電晶體。如此一來，即便各個待校正電壓源112A、112B及112C的目標電壓彼此間的電壓差較小，電壓校正電路100仍然能夠正常運作。

在本發明的部分實施例中，電壓校正電路100的壓差元件150亦可直接使用二極體來實作，並使二極體的陽極接收待校正電壓VC，而使二極體的陰極輸出指示電壓VI。

圖2為本發明一實施例的電壓校正電路200的示意圖。電壓校正電路200與電壓校正電路100的結構相似，差別在於電壓校正電路200包含指示電壓輸出電路250。指示電壓輸出電路250與待校正電壓輸出電路110的架構相似，而可包含多個指示電壓源252A、252B及252C及多工器254。指示電壓源252A、252B及252C會分別對應到待校正電壓源112A、112B及112C，且指示電壓源252A、252B及252C所輸出的電壓會分別與待校正電壓源112A、112B及112C所輸出的電壓相差第一固定電壓差ΔV1。指示電壓輸出電路250可同樣根據待校正電壓選擇信號SCV選擇對應的指示電壓源252A、252B及252C以輸出指示電壓VI。舉例來說，當待校正電壓輸出電路110根據待校正電壓選擇信號SCV選擇待校正電壓源112A時，指示電壓輸出電路250會根據待校正電壓選擇信號SCV選擇指示電壓源252A以輸出指示電壓VI。

由於指示電壓輸出電路250是通過不同的指示電壓源252A、252B及252C來產生指示電壓VI，因此使用者可根據系統的需要設定指示電壓輸出電路250，以調整指示電壓VI與待校正電壓VC之間的第一固定電壓差ΔV1的大小，以確保第一固定電壓差ΔV1會小於第二固定電壓差ΔV2，並使第一固定電壓差ΔV1大於或等於第三固定電壓差ΔV3。在本發明的一較佳實施例中，第三固定電壓差ΔV3可等於第一固定電壓差ΔV1，在此情況下，指示電壓源252A、252B及252C可與待校正電壓源112A、112B及112C具有相同的構造，但兩組電壓源之間的設定參數(trim code)會相差一級。舉例來說，在上述過程中，當待校正電壓源112A根據設定參數輸出1.44V的待校正電壓VCA1時，指示電壓源252A會根據待校正電壓源112A前次所使用的設定參數輸出1.32V的指示電壓VI，而當待校正電壓源112A根據下一級的設定參數輸出1.56V的待校正電壓VCA2時，指示電壓源252A則會根據前次待校正電壓源112A所使用的設定參數輸出1.44V的指示電壓VI。如此一來，指示電壓源252A、252B及252C即可與待校正電壓源112A、112B及112C具有相同的構造，而無須另外設計指示電壓源252A、252B及252C的電路。

如此一來，電壓校正電路200亦可根據電源切換信號SCHG的電位判斷由外部電路所提供的參考電壓Vref是否已被更新，並在電源切換信號SCHG由高電位H變為低電位L時，更新待校正電壓選擇信號SCV，使得待校正電壓輸出電路110改以選擇待下一個待校正電壓源。

圖3為本發明一實施例的電壓校正系統300的示意圖。電壓校正系統包含電壓校正電路100及測試器310。電壓校正電路100是設置於晶片10內，而測試器310則是設置於晶片的外部並通過晶片10的引腳與晶片10內部的電壓校正電路100相連接。亦即測試器310可由外部經由晶片10的引腳P1提供對應於欲校正的待校正電壓源的參考電壓Vref，例如待校正電壓源112A的目標電壓1.5V。

而內置自我測試電路140會在完成待校正電壓源112A的校正程序後經由晶片10的引腳P2輸出校正完成信號Sdone至測試器310。測試器310則可根據校正完成信號Sdone調整參考電壓Vref，使得調整後的參考電壓Vref會對應至下一個待校正的第二待校正電壓源，例如待校正電壓源112B。而當參考電壓Vref被更新至待校正電壓源112B的目標電壓1.2V時，電源切換指示 電路130即會根據上述的操作原理更新電源切換信號SCHG。而電壓校正電路100即可根據電源切換信號SCHG的電位判斷測試器310所提供的參考電壓Vref是否已被更新，並在電源切換信號SCHG由高電位H變為低電位L時，更新待校正電壓選擇信號SCV，使得待校正電壓輸出電路110改以選擇待待校正電壓源112B，以進行後續的校正程序。

綜上所述，本發明的實施例所提供的電壓校正電路及電壓校正系統可通過電源切換指示電路判斷參考電壓是否已被對應地更新，以使電壓校正電路能夠進行接續的校正程序，而無須利用額外的外部線路來更新狀態，因此能夠解決現有技術中，因為引腳數量過多所造成集成電路所需空間過大或接線不易的問題。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。