MEMS实现电动可调被动式电阻

　　在2月6日的ISSCC（国际晶体管电路讨论会）上展示了世界第一个将模拟集成电路与电动可调被动电阻合并的内部工作机制。ISSCC于2月3日-8日在旧金山举办。Microbridge公司展示了一个针对压电传感器可调Wheatstone桥，，通过其基于MEMS（微机电系统）的专利"rejustor"技术实现可调。

　　“芯片设计成一种压电桥传感器的可调装置，”Microbridge技术总监及创办人Les Landsberger说。

　　压电传感器的Wheatstone桥，提供了模拟校准、温度补偿和放大，由一个专有电动可调电阻（或者rejustor）技术实现。Microbridge通过为其客户设计特定应用的分立器件，优化了过去几年中的rejustor。目前，4个芯片制造商正在进行授权谈判，欲将rejustor技术集成到自己的模拟芯片中。

　　但是，该公司在ISSCC上描述的压电传感器的可调Wheatstone桥标志着第一次rejustor集成到CMOS芯片其他电路旁边。Microbridge说更多是在管线。

　　“我们已经拥有了技术，准备在未来几年中，为其他许多设计引入更多的标准IC产品。”战略联盟和业务发展市场营销副总裁Bob Frostholm说。

　　Rejustor设计作为现在使用的昂贵的、激光调节的电阻和错综复杂的有源电路的廉价替代品，以补偿在制造、装配和封装模拟IC过程中引入的误差。压电传感器的可调的Wheatstone桥能够补偿偏移和灵敏度的变化，以及温度引入的漂移和灵敏度漂移。

　　“你不再必须成为一个专业的模拟工程师去设计和创建专业的模拟电路，”Frostholm说，“通过rejustor技术，你能够设计非常便宜的电路并且在竞争中不逊于昂贵的模拟器件——从参考到转换器到通信放大器——通过相对不精确的设计得到高精度的器件。

　　该公司称该技术也可以减少模拟芯片设计的成本，因为与其它高精度电阻技术相比，rejustor消耗更小的裸片面积。

　　“通常，你需要很大的硅片空间来产生一个非常精确的电阻器，但是在你的设计中建立一个rejustor，就能够使用非常小、不精确的电阻，仅仅通过调节rejustor就可以实现任何程度的精确度，”Frostholm说。

　　结构方面独特的方面是rejustors由多晶硅制成，可以进行校准到0.1%的精确度。

　　“我们认为我们的高精度将动摇模拟IC产业，”Frostholm说，“他们所有的设计的电阻，精确度都劣于5%，这就迫使许多电子工程师寻求昂贵的激光调节薄膜电阻或者增加有源电路补偿。”

　　不像数字电位器，rejustors是真正的被动器件，需要极小量的电流调整他们的值。其操作原理是当多晶硅被加热时，电阻改变，依靠退火方法，能够将其调节到一个相对宽的电阻值范围内。

　　加热多晶硅

　　“我们基本发现是，当加热多晶硅到1000摄氏度并且快速冷却，其晶体结构变化，其电阻就变成可控和可预测，”Landsberger说，“我们的发明找出了一个快速加热多晶硅而不会影响其附近电路的途径，可控的改变电阻。”

　　该公司根据MEMS部分发明命名，因为芯片上的微桥在空气间隙上延缓了悬挂可调电阻，从而实现可控加热和多晶硅电阻的精确调节。“该器件的MEMS部分——我们的微桥，使得我们能够加热可调电阻，而不会影响其附近电路，”Landsberger说，任何使用化学气相沉积法CMOS工艺可以被用于创造微桥和他的集成多晶硅电阻。

　　该方法通过将两个多晶硅电阻器靠近放置，一个作为第二个的加热元件，它的值通过加热和退火过程调节。因此，rejustor是一个4针器件，两针用于加热电阻器，另外两针作为可调电阻本身。

　　当一系列的毫秒长脉冲用于加热电阻器，该电阻器与可调电阻器电器绝缘，其电阻变化受到实时监控。一旦达到所需的电阻，加热电阻不再需要供电，除了在可调电阻需要定期调整的应用，例如，补偿其余电路的老化。

　　“你想不时地将电阻器调整到一个不同的值，但是对于大多数应用它是一个一劳永逸的过程，”Landsberger说。

　　其他的MEMS器件形成了移动机械结构，但是rejustor MEMS单元防止加热电阻影响周围电路，只是通过挖掘硅下方的两个电阻形成的空气间隙上的悬挂结构。在这个微桥架构中，加热可调电阻到1000摄氏度仅将周边的温度提升了约5摄氏度。

　　“MEMS技术历史上用于建立机械运动要素，但是据我们所知，这是第一次MEMS用于影响电路性能，”Landsberger说。

　　Microbridge提供了一个套装软件以更好的调节其电阻的值——无论是设定到一个非常精确的值还是通过测量电路中的其他参数，调节电阻值直到达到其他参数最佳值。

　　通过向上或者向下调整电阻值，改变加热多晶硅脉冲的性质。温度系数也可以通过将两个Rejustors串联调整，一个有正温度系数，另外一个是负温度系数。通过这种方式，能够两个系列电阻的总阻值是固定的，通过调整一个向上，另外一个向下，针对电路温度效应产生不同的补偿。