在模拟电路的世界里,没有哪一个模块比“电源”更基础,也没有哪个模块能容忍太多误差。
LDO(低压差线性稳压器)看似只是一个稳压器,但在芯片调试现场,它往往是最敏感的环节之一。为了让它输出的电压落在精准的目标范围内,工程师们设计了一个非常关键的“修正手段”——Trim。它像是电路的“微调螺丝”,悄悄地把因为工艺波动造成的误差一点点拉回设计轨道。
一、LDO:从电源噪声到稳压输出
在芯片内部,LDO(Low Dropout Regulator)的任务是:
从一个略高且带有噪声的输入电压 V_in中,稳稳地压出一个干净、稳定、低噪声的输出电压 V_out。
它的基本结构包括:
最核心的关系式是:
也就是说,只要参考电压和分压比稳定,LDO的输出电压就该稳定。
但理想和现实之间,总隔着一个词——工艺偏差(Process Variation)。
二、工艺偏差带来的麻烦
实际生产时,即便每片晶圆都在同一个工艺线上制造,晶体管的阈值、电阻的阻值、带隙电压的绝对值,都会存在±5%甚至更大的偏差。
这种偏差会直接反映在LDO的输出电压上:
而对于模拟芯片或电源管理IC而言,这种电压漂移往往意味着系统性能下降、逻辑门阈值漂移,甚至数字模块启动异常。
于是,“让LDO输出回到应有的电压值”这件事,就变成了必须要在测试阶段修正的任务。
修正的方法,就是——Trim(修调)。
三、Trim:工艺偏差的终极补偿
“Trim”一词来源于“trimming”,意为“修剪、微调”。
在芯片设计中,Trim指的是在CP或FT阶段,通过选择性调整内部参数,使得最终电路输出符合目标规格。
对LDO来说,Trim的目的就是精确地校准输出电压。Trim的方式有很多种,常见的有:
Trim类型 | 方法 | 特点 |
|---|---|---|
金属层Trim(Metal Option) | 在金属连线层选择不同的电阻支路 | 成本低、一次性固定 |
激光Trim(Laser Fuse) | 用激光切割薄膜电阻或熔丝 | 精度高、测试现场可操作 |
电熔丝Trim(eFuse) | 通过烧断或连接硅熔丝调整参数 | 适合大规模自动化生产 |
数字寄存器Trim | 通过寄存器或OTP存储trim code | 可灵活配置,适用于数字LDO |
这些Trim手段的本质,都是改变电路内部的电阻比或基准电压值,从而让输出电压落在预定范围内。
四、LDO与Trim之间的具体关系
从电路结构来看,LDO与Trim的关系可以分为三种典型情况:
1. 修调带隙电压(Vref Trim)
LDO输出电压最根本取决于带隙参考电压。
设计时会在带隙电路里设置几组电阻网络或电流分支,通过Trim选择不同组合,从而微调Vref(例如1.180V~1.220V间共32级)。
在测试时测得输出偏低,就把Trim code调到偏高档位,让Vref稍微上升一点。这种方法最常见,因为它从根源上校正了整个系统的电压参考。
有些设计会把Trim放在反馈电阻网络上。通过选择不同的分压比(例如开关不同的电阻支路),调整输出电压的放大比例。这种方式的好处是不用动带隙,但可能会带来一点噪声变化或PSRR影响。
在高精度或低噪声LDO里,还可以通过Trim电流源大小来微调误差放大器的工作点。这种方式间接影响Vout,对稳定性和动态响应也有微调作用。
在晶圆级(CP测试)时,测试机会测量每颗Die的LDO输出电压,并与目标值对比。如果偏差超限,测试机会自动计算出所需的Trim code。
例如:
→ 所需Trim code:+10
测试机写入对应的Trim位(烧eFuse或写寄存器),然后重新测一次。结果通常会精确回到1.200 V ±0.5%。在封装后(FT测试)再验证一次,确认修调生效。这一套流程能显著提高出厂一致性和良率。
六、为什么Trim如此重要
没有Trim,LDO输出电压的分布可能呈现出±4%甚至更宽的范围。而加上Trim后,这个分布可以收紧到±1%以内。
这不仅仅是一个数字的改善,它意味着:
在模拟电路的世界里,精度是一种艺术。LDO负责“稳压”,而Trim负责“修正”,一个提供稳定,一个保证精确。两者的结合,让芯片在出厂的那一刻,真正达到了设计师最初设想的理想状态。