用于電氣元件的串聯(lián)和并聯(lián)組合的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[00011 本申請(qǐng)要求于2013年7月30日提交的臨時(shí)申請(qǐng)第61/859,888號(hào)的優(yōu)先權(quán)，通過引 用將其全部內(nèi)容合并到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明總體上涉及電子電路的設(shè)計(jì)。更具體地，本發(fā)明涉及用于在半導(dǎo)體電路中 實(shí)現(xiàn)部件值的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 形成在半導(dǎo)體芯片或晶片上的半導(dǎo)體電路包括若干種類型的電路元件，其中，若 干種類型的電路元件包括例如電阻器、電容器、電感器、晶體管等。這些元件必須以下述方 式創(chuàng)建在半導(dǎo)體芯片上:元件的值或性能滿足包括這些元件的電路的要求。
[0004] 任何半導(dǎo)體材料都具有某些特征，并且這些特征中的一些特征使得構(gòu)造在半導(dǎo)體 上的元件將會(huì)具有某值，其中該值整體或部分地取決于元件占據(jù)的面積。從而，包括電阻 器、電容器和電感器的若干元件通常被創(chuàng)建成以下大小的幾何形狀:在給定半導(dǎo)體的特征 的情況下，該大小將會(huì)產(chǎn)生由期望電路設(shè)計(jì)規(guī)定的特定值。
[0005] 尤其，某些設(shè)計(jì)需要使用在值上任意不同但具有特定比率的元件。例如，為了實(shí)現(xiàn) 3.33的增益，可以在具有1000〇11111(〇)的電阻器以及3300〇的電阻器(或3.33千歐姆(1^〇) ; 1000 Ω = lk Ω )的所謂的虛擬接地配置中配置運(yùn)算放大器。實(shí)現(xiàn)該配置的一個(gè)已知方式是 針對(duì)輸入lkQ的電阻器使用具有給定寬度和長度的電阻器(半導(dǎo)體材料的表面電阻將確定 電阻器的面積），以及針對(duì)3.33kQ的反饋電阻使用具有相同寬度但長度為lkQ的電阻器的 長度的3.33倍的另一電阻器。
[0006] 然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到這樣的構(gòu)造的固有問題。例如，元件的物理尺寸 容易受到制造過程中的誤差或變化的影響，這可能不能夠可靠地或重復(fù)地使所確定的精確 尺寸產(chǎn)生電阻器的期望值。甚至上述示例中期望的lkQ和3.33kQ的電阻器的尺寸的小誤 差也會(huì)導(dǎo)致其實(shí)際電阻的顯著差異，并且更重要的是會(huì)導(dǎo)致它們之間的比率的顯著差異。 雖然這樣的尺寸誤差可能看起來小，但是它們可能足以使得半導(dǎo)體芯片上的電路的準(zhǔn)確度 或性能降低。
[0007] 更進(jìn)一步地，當(dāng)在半導(dǎo)體芯片上構(gòu)造元件時(shí)，必須與材料進(jìn)行連接。例如，為了在 芯片上構(gòu)造多晶硅電阻器，在每端處必須有接觸孔并且有時(shí)有不同的摻雜水平，以使金屬 跡線實(shí)現(xiàn)良好接觸。接觸孔和相關(guān)特征引入了"端效應(yīng)"，其中，"端效應(yīng)"通常為與預(yù)期電阻 串聯(lián)的多余的附加電阻，從而被添加到所設(shè)計(jì)的電阻值。該附加電阻通常在很大程度上依 賴于在芯片材料中切割接觸孔的準(zhǔn)確程度;該附加電阻也產(chǎn)生偏離期望值的差或誤差，從 而產(chǎn)生高于預(yù)期值的電阻，并且由于不能精確地知道多余的端效應(yīng)電阻，所以使得難以精 確地匹配不同的值。
[0008] 此外，假設(shè)期望構(gòu)造具有1比3.33的比率的兩個(gè)電阻器，其中，一個(gè)電阻器為lkQ， 另一個(gè)電阻器為3.33kΩ。即使電阻被構(gòu)造成產(chǎn)生這些值的精確大小，如果"端效應(yīng)"例如給 每個(gè)值增加了 100 Ω，則實(shí)際上1. lk Ω的電阻器與3.43k Ω的電阻器之間的比率變成3.118 而不是所期望的3.33，即近乎7%的誤差。此外，這會(huì)顯著地改變電路的期望性能。
[0009]這些問題使得難以在半導(dǎo)體芯片上實(shí)現(xiàn)具有精確值的元件，并且更具體地難以實(shí) 現(xiàn)具有其值之間的精確比率的多個(gè)元件。
[0010]美國專利第8,453,097號(hào)中提供了一種可能的解決方案(在下文中稱為"該'097專 利"），該美國專利被共同轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人。然而，在一些實(shí)施方式中，該'097專利的 方法考慮計(jì)算和存儲(chǔ)標(biāo)稱相同阻抗元件的選擇數(shù)目η的所有可能組合的所有值，這可能不 是期望的。因此，可能期望一種不需要這樣的計(jì)算或存儲(chǔ)的不同方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 公開了一種用于生成標(biāo)稱相同的初始元件的復(fù)雜串聯(lián)和/或并聯(lián)組合以實(shí)現(xiàn)任意 非平凡復(fù)合值的方法和系統(tǒng)。像本文所公開那樣構(gòu)建的組合保持復(fù)合值與初始元件的值之 間的比率以高準(zhǔn)確度保持成幾乎恒定而與制造過程中的變化無關(guān)，以高準(zhǔn)確度將復(fù)合值與 初始元件的值之間的比率，從而也將兩個(gè)復(fù)合值之間的比率以高準(zhǔn)確度保持成幾乎恒定而 與制造過程中的變化無關(guān)。
[0012] -個(gè)實(shí)施方式公開了一種設(shè)計(jì)半導(dǎo)體電路部件的方法，該半導(dǎo)體電路部件具有任 意阻抗值并且被構(gòu)造為重復(fù)的標(biāo)稱相同阻抗元件的組合，其中，每個(gè)阻抗元件為具有電阻 性阻抗的電阻器，或者每個(gè)阻抗元件為具有電感性阻抗的電感器，該方法包括:在計(jì)算裝置 處接收部件的任意阻抗值來作為輸入，并且將任意阻抗值設(shè)置成目標(biāo)值;在計(jì)算裝置處接 收要在部件中使用的重復(fù)的標(biāo)稱相同元件中的每個(gè)元件的標(biāo)稱阻抗值來作為輸入;在計(jì)算 裝置中將部件的初始值限定為零，并且將相同元件的組合限定為空集；由計(jì)算裝置確定目 標(biāo)值是大于標(biāo)稱阻抗值還是小于標(biāo)稱阻抗值;如果目標(biāo)值大于標(biāo)稱阻抗值，則：由計(jì)算裝置 確定阻抗元件的最大數(shù)目，其中，該最大數(shù)目的阻抗元件當(dāng)被串聯(lián)設(shè)置時(shí)具有小于目標(biāo)值 的組合阻抗；由計(jì)算裝置執(zhí)行以下操作:將所確定的數(shù)目的阻抗元件以串聯(lián)方式添加到相 同元件的組合，如果存在最近添加的相同元件，則將所確定的數(shù)目的阻抗元件連接至最近 添加的相同元件，以及計(jì)算部件的更新值；由計(jì)算裝置通過從當(dāng)前目標(biāo)值中減去以串聯(lián)方 式添加的阻抗元件的總阻抗來更新目標(biāo)值;如果目標(biāo)值小于標(biāo)稱阻抗值，則：由計(jì)算裝置確 定阻抗元件的最大數(shù)目，其中，該最大數(shù)目的阻抗元件當(dāng)被并聯(lián)設(shè)置時(shí)具有大于目標(biāo)值的 組合阻抗；由計(jì)算裝置執(zhí)行以下操作:將所確定的數(shù)目的阻抗元件以并聯(lián)方式添加到相同 元件的組合，如果存在最近添加的相同元件，則將所確定的數(shù)目的阻抗元件連接至最近添 加的相同元件，以及計(jì)算部件的更新值；由計(jì)算裝置通過確定阻抗值來更新目標(biāo)值，該阻抗 值當(dāng)被設(shè)置成與阻抗元件并聯(lián)時(shí)將產(chǎn)生當(dāng)前目標(biāo)值；由計(jì)算裝置確定部件的更新值是否在 任意阻抗的規(guī)定公差內(nèi)，并且:如果部件的值不在規(guī)定公差內(nèi)，則重復(fù)確定目標(biāo)值是大于標(biāo) 稱電阻值還是小于標(biāo)稱電阻值的步驟以及隨后的步驟;如果部件的值在規(guī)定公差內(nèi)，則退 出該過程并且返回相同元件的組合來作為輸出。
[0013] 另一實(shí)施方式公開了一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ) 介質(zhì)上具有被體現(xiàn)的指令，指令用于使計(jì)算裝置執(zhí)行設(shè)計(jì)半導(dǎo)體電路部件的方法，半導(dǎo)體 電路部件具有任意阻抗值并且被構(gòu)造為重復(fù)的標(biāo)稱相同阻抗元件的組合，其中，每個(gè)阻抗 元件為具有電阻性阻抗的電阻器，或者每個(gè)阻抗元件為具有電感性阻抗的電感器，該方法 包括:在計(jì)算裝置處接收部件的任意阻抗值來作為輸入，并且將該任意阻抗值設(shè)置成目標(biāo) 值;在計(jì)算裝置處接收要在部件中使用的重復(fù)的標(biāo)稱相同元件中的每個(gè)元件的標(biāo)稱阻抗值 來作為輸入;在計(jì)算裝置中將部件的初始值限定為零，并且將相同元件的組合限定為空集； 由計(jì)算裝置確定目標(biāo)值是大于標(biāo)稱阻抗值還是小于標(biāo)稱阻抗值;如果目標(biāo)值大于標(biāo)稱阻抗 值，則：由計(jì)算裝置確定阻抗元件的最大數(shù)目，其中，該最大數(shù)目的阻抗元件當(dāng)被串聯(lián)設(shè)置 時(shí)具有小于目標(biāo)值的組合阻抗；由計(jì)算裝置執(zhí)行以下操作:將所確定的數(shù)目的阻抗元件以 串聯(lián)方式添加到相同元件的組合，如果存在最近添加的相同元件，則將所確定的數(shù)目的阻 抗元件連接至最近添加的相同元件，以及計(jì)算部件的更新值；由計(jì)算裝置通過從當(dāng)前目標(biāo) 值中減去以串聯(lián)方式添加的阻抗元件的總阻抗來更新目標(biāo)值;如果目標(biāo)值小于標(biāo)稱阻抗 值，則：由計(jì)算裝置確定阻抗元件的最大數(shù)目，其中，該最大數(shù)目的阻抗元件當(dāng)被并聯(lián)設(shè)置 時(shí)具有大于目標(biāo)值的組合阻抗；由計(jì)算裝置執(zhí)行以下操作:將所確定的數(shù)目的阻抗元件以 并聯(lián)方式添加到相同元件的組合，如果存在最近添加的相同元件，則將所確定的數(shù)目的阻 抗元件連接至最近添加的相同元件，以及計(jì)算部件的更新值；由計(jì)算裝置通過確定阻抗值 來更新目標(biāo)值，該阻抗值當(dāng)被設(shè)置成與阻抗元件并聯(lián)時(shí)將產(chǎn)生當(dāng)前目標(biāo)值；由計(jì)算裝置確 定部件的更新值是否在任意阻抗的規(guī)定公差內(nèi)，并且:如果部件的值不在規(guī)定公差內(nèi)，則重 復(fù)確定目標(biāo)值是大于標(biāo)稱電阻值還是小于標(biāo)稱電阻值的步驟以及隨后的步驟;如果部件的 值在規(guī)定公差內(nèi)，則退出該過程并且返回相同元件的組合來作為輸出。
[0014] 又一實(shí)施方式公開了一種設(shè)計(jì)半導(dǎo)體電路部件的方法，該半導(dǎo)體電路部件具有任 意阻抗值并且被構(gòu)造為重復(fù)的標(biāo)稱相同阻抗元件的組合，其中，每個(gè)阻抗元件為具有電容 性阻抗的電容器，該方法包括:在計(jì)算裝置處接收部件的任意阻抗值來作為輸入，并且將任 意阻抗值設(shè)置成目標(biāo)值;在計(jì)算裝置處接收要在部件中使用的重復(fù)的標(biāo)稱相同元件中的每 個(gè)元件的標(biāo)稱阻抗值來作為輸入;在計(jì)算裝置中將部件的初始值限定為零，并且將相同元 件的組合限定為空集；由計(jì)算裝置確定目標(biāo)值是大于標(biāo)稱阻抗值還是小于標(biāo)稱阻抗值;如 果目標(biāo)值大于標(biāo)稱阻抗值，則：由計(jì)算裝置確定阻抗元件的最大數(shù)目，其中，該最大數(shù)目的 阻抗元件當(dāng)被并聯(lián)設(shè)置時(shí)具有小于目標(biāo)值的組合阻抗；由計(jì)算裝置執(zhí)行以下操作:將所確 定的數(shù)目的阻抗元件以并聯(lián)方式添加到相同元件的組合，如果存在最近添加的相同元件， 則將所確定的數(shù)目的阻抗元件連接至最近添加的相同元件，以及計(jì)算部件的更新值；由計(jì) 算裝置通過從當(dāng)前目標(biāo)值中減去以并聯(lián)方式添加的阻抗元件的總阻抗來更新目標(biāo)值;如果 目標(biāo)值小于標(biāo)稱阻抗值，則：由計(jì)算裝置確定阻抗元件的最大數(shù)目，其中，最大數(shù)目的阻抗 元件當(dāng)被串聯(lián)設(shè)置時(shí)具有大于目標(biāo)值的組合阻抗；由計(jì)算裝置執(zhí)行以下操作:將所確定的 數(shù)目的阻抗元件以并聯(lián)方式添加到相同元件的組合，如果存在最近添加的相同元件，則將 所確定的數(shù)目的阻抗元件連接至最近添加的相同元件，以及計(jì)算部件的更新值；由計(jì)算裝 置通過確定阻抗值來更新目標(biāo)值，該阻抗值當(dāng)被設(shè)置成與阻抗元件串聯(lián)時(shí)將產(chǎn)生當(dāng)前目標(biāo) 值；由計(jì)算裝置確定部件的更新值是否在任意阻抗的規(guī)定公差內(nèi)，并且:如果部件的值不在 規(guī)定公差內(nèi)，則重復(fù)確定目標(biāo)值是大于標(biāo)稱電阻值還是小于標(biāo)稱電阻值的步驟以及隨后的 步驟;如果部件的值在規(guī)定公差內(nèi)，則退出該過程并且返回相同元件的組合來作為輸出。
【附圖說明】
[0015] 圖1示出了均具有相同標(biāo)稱值的七個(gè)電阻器的一個(gè)可能組合；
[0016] 圖2是圖示出使用以軟件實(shí)現(xiàn)的本文所描述的遞歸算法的方法的一個(gè)可能實(shí)施方 式的流程圖；
[0017] 圖3至圖9圖示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式中的遞歸算法的包括均具有相同標(biāo)稱值的若 干個(gè)電阻器的電阻元件的設(shè)計(jì)的各個(gè)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 本申請(qǐng)描述了用于借助于遞歸算法生成標(biāo)稱相同的初始元件的復(fù)雜串聯(lián)和/或并 聯(lián)組合以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)合值的方法和系統(tǒng)。通過使用這樣的標(biāo)稱相同的初始元件，復(fù)合值與 初始元件的值之間的比率幾乎保持恒定(從而兩個(gè)復(fù)合值之間的比率也幾乎保持恒定），而 與制造過程中的變化無關(guān)，從而該比率不依賴于使部件或標(biāo)稱元件為精確值的能力。使用 本文中所描述的技術(shù)，芯片設(shè)計(jì)師能夠?qū)崿F(xiàn)以下元件匹配的方法，該方法不依賴于在如上 制造中可能變化的元件的精確幾何差異，而是僅依賴于它們的連接。
[0019] 在所述方法中，遞歸算法連續(xù)地添加一個(gè)或更多個(gè)標(biāo)稱相同的二端元件，以生成 標(biāo)稱元件的串