基于电阻串数模转换器的版图结构和芯片转让专利
申请号 : CN202111053154.3
文献号 : CN113543470B
文献日 : 2021-12-10
发明人 : 曾令宇 , 覃淑敏 , 陆邦瑞
申请人 : 深圳英集芯科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于电阻串数模转换器的版图结构,其特征在于,包括:至少一个电阻阵列单元、至少一个电压选择开关阵列单元和数字逻辑电路单元,以及第一金属层和第二金属层;
所述至少一个电阻阵列单元、所述至少一个电压选择开关阵列单元和所述数字逻辑电路单元顺序排布;
所述第一金属层用于所述至少一个电阻阵列单元的第一模拟信号线的布线;
所述第二金属层用于所述至少一个电阻阵列单元和所述至少一个电压选择开关阵列单元的第二模拟信号线的布线,以及所述至少一个电压选择开关阵列单元和所述数字逻辑电路单元的第一数字信号线的布线,所述第二模拟信号线和所述第一数字信号线的布线方向一致;
所述至少一个电压选择开关阵列单元包括多个电压选择开关阵列单元,所述版图结构还包括位于所述多个电压选择开关阵列单元和所述数字逻辑电路单元之间的布线单元;
所述布线单元对应的第二金属层包括多条竖直的所述第一数字信号线,所述布线单元对应的第一金属层包括多条横向的第二数字信号线,每条所述第一数字信号线对应一条所述第二数字信号线,所述数字逻辑电路单元用于通过所述第一数字信号线向所述多个电压选择开关阵列单元输出控制信号,其中,对应同一条第二数字信号线的第一数字信号线上的所述控制信号相同;
所述电阻阵列单元包括多个电阻,所述多个电阻中每个电阻竖直放置;所述电阻阵列单元通过所述第一金属层横向布置的所述第一模拟信号线获取预设电压信号;所述电阻阵列单元通过所述第二模拟信号线向所述电压选择开关阵列单元输出参考电压信号;
所述多个电压选择开关阵列单元中每个电压选择开关阵列单元包括多个场效应晶体管,所述多个场效应晶体管中的每个场效应晶体的栅极连接一条所述第一数字信号线。
2.根据权利要求1所述的版图结构,其特征在于,所述至少一个电阻阵列单元还包括多个虚拟电阻,所述多个虚拟电阻位于所述至少一个电阻阵列单元中所有电阻的外围。
3.根据权利要求2所述的版图结构,其特征在于,所述多个虚拟电阻与所述多个电阻的尺寸一致;
或者所述多个虚拟电阻中竖直排列的虚拟电阻与所述多个电阻的尺寸一致。
4.根据权利要求1所述的版图结构,其特征在于,电压选择开关阵列单元包括多个开关管,所述多个开关管排布成n×m的矩形,其中所述n为水平方向上的所述开关管的数量,所述m为竖直方向上的所述开关管的数量;
所述多个开关管中的每个开关管的第一端连接所述第一数字信号线,所述每个开关管的第二端和第三端连接所述第二模拟信号线。
5.根据权利要求4所述的版图结构,其特征在于,所述n和所述m的取值通过如下方式确定:
获取所述开关管的总数量S;
根据所述总数量S确定多个取值集合,所述多个取值集合中每个取值集合中包括一个n的值和一个与其对应的m的值;
所述多个取值集合分别根据公式n×m‑S获取余数k;
根据所述余数k和其对应的取值集合中n与m的差值确定目标取值集合,所述目标取值集合中的n和m的值为所述n和所述m的取值。
6.根据权利要求1所述的版图结构,其特征在于,所述至少一个电阻阵列单元包括第一隔离环,以使得所述至少一个电阻阵列单元和其他类型的单元分隔;
所述至少一个电压选择开关阵列包括第二隔离环,以使得所述至少一个电压选择开关阵列单元分别和其他类型的单元分隔;
所述数字逻辑电路单元包括第三隔离环,以使得所述数字逻辑电路单元和其他类型的单元分隔。
7.根据权利要求1所述的版图结构,其特征在于,所述数字逻辑电路单元包括译码器模块、反相器模块和/或缓冲器模块。
8.一种芯片,其特征在于,包括如权利要求1‑7任一项所述的基于电阻串数模转换器的版图结构。
说明书 :
基于电阻串数模转换器的版图结构和芯片
技术领域
背景技术
性好,广泛应用在集成电路中。RDAC通过输入信号控制n位电压选择开关阵列从电阻串中选
择所需的参考电压,实现数字信号到模拟信号的转换。但随着精度的提高,电路所需的电压
选择开关阵列的开关管数量和电阻数量急剧增长,芯片的面积也随之增大,从而使得芯片
的制造成本也随之增加。
发明内容
属层和第二金属层;
逻辑电路单元的第一数字信号线的布线,所述第二模拟信号线和所述第一数字信号线的布
线方向一致。
个电阻阵列单元的第一模拟信号线的布线,第二金属层用于至少一个电阻阵列单元和至少
一个电压选择开关阵列单元的第二模拟信号线的布线,以及至少一个电压选择开关阵列单
元和所述数字逻辑电路单元的第一数字信号线的布线,第二模拟信号线和第一数字信号线
的布线方向一致。可见,这样的版图结构不仅紧凑美观,而且布局合理,布线简洁分明,既能
满足RDAC对器件匹配的需求,又可以灵活使用,提高版图设计的效率,节省芯片开发成本。
附图说明
申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以
根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没
有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没
有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包
括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和
隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
才行,不仅制造成本高,而且会出现模拟、数字信号间的串扰以及输入信号与输出信号进行
交叉的情况。
阻阵列单元10、至少一个电压选择开关阵列单元20和数字逻辑电路单元30,以及第一金属
层和第二金属层;所述至少一个电阻阵列单元10、所述至少一个电压选择开关阵列单元20
和所述数字逻辑电路单元30顺序排布;所述第一金属层用于所述至少一个电阻阵列单元10
的第一模拟信号线1的布线;所述第二金属层用于所述至少一个电阻阵列单元10和所述至
少一个电压选择开关阵列单元20的第二模拟信号线2的布线,以及所述至少一个电压选择
开关阵列单元20和所述数字逻辑电路单元30的第一数字信号线3的布线,所述第二模拟信
号线2和所述第一数字信号线3的布线方向一致。
例如,在电路实际应用中,给电阻阵列单元中的电阻或电阻串的一端输入一个预设电压信
号(5V),另一端接地(0V),开关阵列单元中的开关管先获取数字逻辑电路单元输入的数字
信号,判断电压选择开关阵列中的开关管的通断状态,然后从电阻阵列的电阻或电阻串获
取相应的参考电压,实现将数字信号转换成模拟信号输出。具体地,例如图2所示,图2是本
申请实施例提供的一种基于电阻串数模转换器的局部电路示意图。如图所示,所述电阻阵
列单元中的电阻串一端连接高电压、另一端连接低电压,开关阵列单元中的开关管为场效
应晶体管,其栅极接数字控制信号,即第一数字信号线(图示为DA[0]‑DA[2]),源极接第二
模拟信号线,以连接电阻阵列单元中的某一电阻节点,漏极为输出的模拟信号。
单元、电压选择开关阵列单元包括多个时,多个相同类型的单元也是分别按顺序排布的。相
当于可以将整个版图结构按排列顺序先划分成三个区域,第一区域包括电阻阵列单元,第
二区域包括电压选择开关阵列单元,第三区域包括数字逻辑电路单元。多个相同类型的单
元均包含于其对应的区域中,且电阻阵列单元、电压选择开关阵列单元的数量可以根据需
求确定,例如需要设计一个L位的RDAC电路,因此可以根据每个电阻阵列单元和电压选择开
关阵列单元的位数确定各个单元的数量。例如一个电阻阵列单元、一个电压选择开关阵列
单元组成的是16位的RDAC,可以根据L的值确定出需求几个电阻阵列单元和电压选择开关
阵列单元,图1所示的排列顺序仅为一种可能的排列方式。
于获取预设电压信号的第一模拟信号线,还有竖直向下与电压选择开关阵列连接的用于向
电压选择开关阵列单元输出参考电压的第二模拟信号线,电压选择开关阵列单元有通过第
二金属层竖直向上连接电阻阵列单元的第二模拟信号线,还有通过第二金属层竖直向下连
接的第一数字信号线,以获取数字逻辑电路单元的数字信号。因此本方案的版图结构中数
字信号线与模拟信号线不会出现交叉,且数字信号线与模拟信号线并行的距离也是极短
的,既可以降低芯片的制造成本,还可以避免模拟信号与数字信号间产生串扰。且由于每个
单元是独立的,因此还可以根据上述各单元组成基础版图,该基础版图中包括至少一个电
阻阵列单元、至少一个电压选择开关阵列单元和至少一个数字逻辑电路单元。所述的版图
结构组成的基础版图单元经多次调用后,版图结构保持不变,始终满足电路的匹配要求,能
够保证电路性能,同时可达到所述版图结构的有益效果。在电路多次调用同一个r位RDAC电
路的情况下,采用所述的版图结构,将多个r位RDAC电路的版图单元顺次相接并横向对称排
列为若干排也可充分发挥所述的版图结构的作用,实现缩减芯片面积、降低芯片成本的目
标。
个电阻阵列单元的第一模拟信号线的布线,第二金属层用于至少一个电阻阵列单元和至少
一个电压选择开关阵列单元的第二模拟信号线的布线,以及至少一个电压选择开关阵列单
元和所述数字逻辑电路单元的第一数字信号线的布线,第二模拟信号线和第一数字信号线
的布线方向一致。可见,这样的版图结构不仅紧凑美观,而且布局合理,布线简洁分明,既能
满足RDAC对器件匹配的需求,又可以灵活使用,提高版图设计的效率,节省芯片开发成本。
个电压选择开关阵列单元,所述版图结构还包括位于所述多个电压选择开关阵列单元20和
所述数字逻辑电路单元30之间的布线单元40;所述布线单元40对应的第二金属层包括多条
竖直的所述第一数字信号线3,所述布线单元40对应的第一金属层包括多条横向的第二数
字信号线4,每条所述第一数字信号线3对应一条所述第二数字信号线4,所述数字逻辑电路
单元30用于通过所述第一数字信号线3向所述多个电压选择开关阵列单元20输出控制信
号,其中,对应同一条第二数字信号线4的第一数字信号线3上的所述控制信号相同。
版图结构还包括第四区域,该第四区域在第二区域和第三区域之间,这一区域主要用户第
二区域和第三区域间的布线连接,即使第二区域中包括多个电压选择开关阵列单元,这多
个电压选择开关阵列单元的第一数字信号线均通过布线单元与数字逻辑电路单元布线。
单元向多个电压选择开关阵列单元输出数字信号的横向排布的第二数字信号线,此时第一
数字信号线中既包括有电压选择开关阵列与第二数字信号线连接的信号线,又包括有数字
逻辑电路单元与第二数字信号线连接的信号线。例如,版图结构中包括三个电压选择开关
阵列单元,这三个电压选择开关阵列单元在第二区域中从左到右顺序排列,每个电压选择
开关阵列单元包括8条竖直向下连接第二数字信号线的第一数字信号线,因此布线单元中
还包括8条横向布线的第二数字信号线,这三个电压选择开关阵列单元中的每条竖直向下
的第一数字信号线分别与这8条第二数字信号线连接,同时数字逻辑电路单元还包括8个输
出端,这8个输出端分别通过8条竖直向上的第一数字信号线与8条第二数字信号线连接。当
数字逻辑电路单元输出数字信号时,三个电压选择开关阵列单元中连接同一条第二数字信
号线的竖直向下的第一数字信号线上的数字信号是相同的。
上,可以使版图结构更简洁清晰,避免多个电压选择开关阵列单元的数字信号线在数字逻
辑电路单元上出现连线混乱和交叉。
预设电压信号;所述电阻阵列单元通过所述第二模拟信号线向所述电压选择开关阵列单元
输出参考电压信号。
成5排4列,且每个电阻均是竖直放置的。
个电阻可以连接一条第一模拟信号线,每个电阻又分别连接一条其对应的第二模拟信号
线。当然,位于同一列的电阻对应的第二模拟信号线可以是同一条信号线,也可以不同,位
于同一行的电阻对应的第一模拟信号线可以是同一条信号线也可以是不同的。电压选择开
关阵列单元可以通过获取的数字信号使得每个电阻阵列单元通过其对应的第二模拟信号
线,向电压选择开关阵列单元输出参考电压信号,以使得电压选择开关阵列单元根据该参
考电压信号输出所需的模拟信号。
位于所述至少一个电阻阵列单元中所有电阻101的外围。
含的所有电阻的外围,若同时有多个电阻阵列单元,则虚拟电阻布置在所有电阻阵列单元
包含的所有电阻的外围。
版图大小来确定。
所述开关管的数量;所述多个开关管中的每个开关管的第一端连接所述第一数字信号线,
所述每个开关管的第二端和第三端连接所述第二模拟信号线。
(MOS管),因此开关管的第一端为MOS管的栅极,开关管的第二端为MOS管的源极和漏极。即
MOS管的栅极通过第一数字信号线接来自数字逻辑电路单元的控制信号,MOS管的源极接电
阻阵列单元的模拟信号,漏极输出所需的模拟信号。
括一个n的值和一个与其对应的m的值;所述多个取值集合分别根据公式n×m‑S获取余数k;
根据所述余数k和其对应的取值集合中n与m的差值确定目标取值集合,所述目标取值集合
中的n和m的值为所述n和所述m的取值。
元中的电阻,电压选择开关阵列单元中的开关管的间距可以均为工艺允许的最小间距,例
如为0.2mm‑0.3mm,各信号线间的线宽也均为最小间距,例如为0.1mm。上述公式中的余数k
即为根据其对应的排布方式可能浪费的开关管数量。n和m的差值越小该电压选择开关阵列
单元中开关管的排布越接近正方形,每个目标取值集合代表一个n和m的组合方式。例如当
前需要的开关管数量为20,则n和m的组合可以有多种,则可以有多个取值集合,例如3×7、4
×5、5×5、2×10等多个。
和m的值为所述n和所述m的取值。即A=a×k+b×(|n‑m|),其中,a+b=1。a和b的值可以根据需
求确定,可以根据侧重的排布方式确定不同的权重值。例如侧重的排布方式为使开关管有
较少的浪费,则上述例子中可以确定a的值为0.7,b的值为0.3,因此确定的最终n和m的值为
4和5。还可以先选择出余数k小于预设值的所有n×m的选项,然后确定差值最小的为最终取
值,或者先选择出差值小于预设值的所有n×m的选项,然后再确定预设最小的为最终取值。
关管的浪费。
环50,以使得所述至少一个电阻阵列单元10和其他了类型的单元分隔;所述至少一个电压
选择开关阵列20包括第二隔离环51,以使得所述至少一个电压选择开关阵列单元20分别和
其他类型的单元分隔;所述数字逻辑电路单元30包括第三隔离环52,以使得所述数字逻辑
电路单元30和其他类型的单元分隔。
布线单元和其他类型的单元分隔。每个类型的单元有一个独立的隔离环,但这些隔离环可
以共用同一条边也就是说各个隔离环之间可以重叠。第一隔离环和第二隔离环包括金属材
料,各个隔离环的形状可以调整为长度一致的矩形。
图结构。
来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保
护范围。因此本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。