CN102075159B

CN102075159B - 带有一致的阶高的阻抗校准电路

Info

Publication number: CN102075159B
Application number: CN201010536668.XA
Authority: CN
Inventors: 徐瑛佑
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: CN102075159A; US20110109422A1; US8362870B2

Abstract

一种集成电路，包括：第一连接线；第二连接线；多个调谐电阻器，每个调谐电阻器都具有序号，并且连接在第一连接线和第二连接线之间；多个开关，每个都与多个调谐电阻器中的一个串联连接。多个调谐电阻器的序号连续。多个调谐电阻器的电阻值是其各自序号的函数。本发明还提供了一种带有一致的阶高的阻抗校准电路。

Description

带有一致的阶高的阻抗校准电路

本申请要求于2009年11月10日提交的美国临时专利申请第61/259,931号名称为“带有一致的阶高的阻抗校准电路”的优先权，将其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本公开基本上涉及集成电路，更具体地来说，涉及用于多转换速率片外驱动器(OCDs)和片内终端器(ODTs)的阻抗校准电路。

背景技术

当数据信号在电路器件之间通信时，如果器件之间的阻抗相互不匹配，就会发生数据信号的反射。这样，信息信号转换系统就需要终端电路来检验终端阻抗以及终止信号传输线，并且终端电路的阻抗需要与信号传输线的阻抗匹配。终端电路抑制了所接收到的信号的反射，从而提高了所传输信号的完整性。该终端电路可以用于多转换速率片外驱动器(OCDs)和片内终端器(ODTs)。

这种终端电路可以置于半导体芯片的内部或者外部，而半导体芯片一般具有集成电路用于处理数据信号。半导体芯片中的终端电路通常称为(芯)片内终端器、(晶)片内终端器、或者有源终端器。

图1示出了传统终端电路，包括多个电阻器R’，每个电阻器的电阻也都记为R’。终端电路可以位于芯片内部。每个电阻器R’都与一个开关相串联。当开关闭合时，相应闭合了的开关与所对应的电阻器相互并联。因此，终端电路的电阻可以通过并联连接不同数量电阻器而进行调节。

终端电路的电阻(阻抗)通过所连接的电阻器的数量确定。例如，如果并联连接的电阻器的数量为k，电阻器的电阻就是R’/k。图2示出了作为数量k的函数的终端电路电阻。很明显，终端电路的电阻处于对数分度，而阶高(由所连接的附加电阻器带来的电阻值差)并非线性。随着数量k的增加，阶高越来越小。

图2同样示出了两条线，代表了在慢-慢(SS)工艺角和快-快(FF)工艺角中集成电路的电阻。对于每条线，当只有一个电阻器R’接入时，能够获得带有最大电阻的数据。从左到右，所连接的电阻器的数量增加。在SS角，终端电路的电阻大于在FF角的电阻，并且因此，为了达到了预设的目标电阻，要连接更多的电阻器。因此，当达到目标电阻时，就连接了多个电阻器，而相对的阶高会变得过小。这就需要非常精确的比较器(未示出)用于确定终端电路的电阻。例如，在240-Ohm片内终端电路中，比较器需要具有5mV的精确度。这是极为苛求的需要。如果没有达到这种精确度，就会发生量化误差，并且进一步需要附加电路用来处理可能出现的量化误差。

另一方面，在FF角，需要连接较少的电阻器，以达到目标电阻。然而，这就意味着前两个阶跃对于达到规格来说太高，并且不能用到相应的阶跃。图3示出了240-Ohm片内终端电路的电阻。示出了这种终端电路需要15个阶跃。糟糕的是，第一个阶高(前两个电阻之间的差)是(283.08-257.34)Ohms，也就是25.7Ohms。这个阶高超过了目标电阻(240Ohm)的10％(即24Ohm)，不能使用。因此，浪费了第一个阶跃。另外，传统的终端电路占据了较大的芯片面积，部分原因是由于需要较多的阶跃。

发明内容

根据本实施例的一个方面，一种集成电路包括第一连接线；第二连接线；多个调谐电阻器，每个调谐电阻器都具有序号并且连接于第一连接线和第二连接线之间；以及多个开关，每个开关都与多个调谐电阻器中的一个串联连接。多个调谐电阻器的序号连续。多个调谐电阻器的电阻值就是各自的序号的函数。

可选地，在该集成电路中，多个开关中的每个与多个调谐电阻器中的一个结合在一起形成电阻器单元，并且其中电阻器单元的第一端直接与第一连接线相连接，并且电阻器单元的第二端直接与第二连接线相连接，并且多个调谐电阻器的每个的电阻值都是R((n-SN)/n)((n-SN+1)/n)，其中n是整数，R是共同参考电阻值，以及SN是多个调谐电阻器的每个的序号。

可选地，该集成电路进一步包括：连接在第一连接线和第二连接线之间的基础电阻器单元，其中基础电阻器单元的电阻值等于共同参考电阻值R

可选地，该集成电路进一步包括：至少一个连接在第一连接线和第二连接线之间的基础电阻器单元，其中至少一个基础电阻器单元的总电阻值是R/n，其中至少一个基础电阻器单元包括n个并联连接的电阻器，并且其中n个电阻器中的每个的电阻都等于共同参考电阻值R。

可选地，在该集成电路中，多个调谐电阻器的序号从1开始。

可选地，该集成电路集成电路进一步包括：与多个开关相连接的开关控制电路，其中开关控制电路根据各自所连接的调谐电阻器的序号设置成闭合多个开关，只有具有较小序号的所有电阻器都连接上时，才能把开关闭合。

根据本实施例的另一个方面，一种集成电路包括：第一连接线；第二连接线；多个基础电阻器，连接在第一连接线和第二连接线之间，其中多个基础电阻器中的每个的电阻都是R，其中R是参考电阻值，并且所有多个基础电阻器的总数是整数n，其中n大于3；以及多个调谐电阻器单元，每个都具有序号并且连接在第一连接线和第二连接线之间，其中多个调谐电阻器单元的每个都包括开关和与开关相串联连接的调谐电阻器，并且其中多个调谐电阻器单元中的调谐电阻器的电阻值是各自序号和整数n的函数。

可选地，在该集成电路中，多个调谐电阻器单元的序号连续，并且其中多个调谐电阻器单元的序号从1开始。

可选地，在该集成电路中，随着调谐电阻器的序号增大，各自调谐电阻器的电阻值减小，或者多个调谐电阻器中的调谐电阻器的电阻值是R((n-SN)/n)((n-SN+1)/n)，其中SN是多个调谐电阻器单元中的所对应一个的序号。

可选地，该集成电路进一步包括：开关控制电路，与多个调谐电阻器单元中的开关相连接，其中开关控制电路根据各自所连接的电阻器的序号设置成闭合多个开关，其中只有具有较小序号的所有电阻器全部都连接到第一连接线和第二连接线时，才能把开关闭合；多个开关，每个都与多个基础电阻器中的一个串联连接，其中开关控制电路设置成能够将多个开关同时闭合或者打开；以及比较器，其包括与第一连接线和第二连接线中的一个相连接的一个输入节点。

根据本实施例的又一个方面，一种集成电路包括：第一连接线；第二连接线；多个基础电阻器单元，连接在第一连接线和第二连接线之间，其中多个基础电阻器单元具有相同的电阻值R，并且其中多个基础电阻器单元的总数是n；以及多个调谐电阻器单元，每个都具有序号SN并且连接在第一连接线和第二连接线之间，其中多个调谐电阻器单元的序号连续，并且其中多个调谐电阻器单元的电阻值是R((n-SN)/n)((n-SN+1)/n)，其中SN是多个调谐电阻器单元中的所对应一个的序号。

可选地，在该集成电路中，多个调谐电阻器单元的序号从1开始，并且结束于大于3的整数。

可选地，在该集成电路中，多个调谐电阻器单元的序号结束于大于或者等于5的整数。

可选地，在该集成电路中，多个调谐电阻器单元的每个和多个基础电阻器单元的每个都包括串联连接的开关和电阻器。

附图说明

为了更好地理解实施例及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：

图1示出了一种传统的终端电路，包含了多个电阻相同的电阻器；

图2示出了图1中所示的电路的接入的电阻器数量与电阻的函数关系；

图3示出了图1所示的电路的电阻值；

图4示出了根据一个实施例的终端电路；

图5示出了图4中所示的电路的接入的调谐电阻器数量与电阻的函数关系；

图6示出了适于图4中所示的实施例的实例性终端电路；

图7示出了图6中所示的电路的电阻值；以及

图8示出了用在多转换速率片外驱动器中的终端电路。

具体实施方式

下面，详细讨论本发明优选实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出制造和使用本发明的具体方式，而不用于限制本公开的范围。

根据一个实施例，提供了一种新式的终端电路。接着将论述该实施例的变化和操作。在各个附图和所示的实施例中，相同的附图标号用于标示出相同的元件。

图4示出了实例性终端电路TC，包括连接线20和22。连接线20可以是电源轨(power rail)。连接线22可以连接到焊盘24，该焊盘24可以是输出焊盘。多个电阻器R(1)到R(n+m)连接于连接线20和22之间，其中，n和m是大于3、5、10、15，或者甚至更大的整数，取决于预期的目标电阻和预期的阶高。电阻器R(1)到R(n+m)中的每一个都进一步分别与相应的开关S(1)到S(n+m)相串联。当开关S(1)到S(n+m)中的一个或者一些闭合时，其各自串联连接的电阻器R(1)到R(n+m)都对于终端电路TC的总电阻RTC起了作用。否则，分别串联连接的电阻器没有对于电阻RTC起作用。

开关S(1)到S(n+m)可以通过开关控制电路进行控制，运行该开关控制电路用以控制需要闭合的开关(以使相应的电阻器连接)和需要打开的开关。通过开关控制电路的操作，接入了更多或者更少数量的电阻器R(1)到R(n+m)，并且因此，电阻RTC可以调节到目标电阻。在一个实施例中，通过比较器(图1中未示出，请参考图6中的比较器CMP)确定电阻RTC。

终端电路TC可以包括基础电阻器R(1)到R(n)以及调谐电阻器R(n+1)到R(n+m)。在一个实施例中，基础电阻器R(1)到R(n)具有相同的电阻R，其中电阻R在通篇说明书中称为(共同)参考电阻。因此，如果接入了所有基础电阻器，基础电阻器R(1)到R(n)的总电阻将会是R/n。在可选的实施例中，基础电阻器的数量和基础电阻器的阻值可以改变。然而，所有基础电阻器的总电阻仍会是R/n。例如，基础电阻器可以只包括一个电阻是R/n的电阻器，或n/2个每个电阻都是R/2的电阻器，等等。

调谐电阻器R(n+1)到R(n+m)中的每个都可以用序号SN标识。例如，第一调谐电阻器R(n+1)具有序号SN＝1，第二调谐电阻器R(n+2)具有序号SN＝2，而第m个调谐电阻器R(n+m)具有序号SN＝m，其中m可以是大于或者等于3、5、或者甚至10的任意整数。序号SN可以连续，也就是说，如果一个电阻器的序号是P+1(P是正整数)，就会有一个电阻器的序号是P(并且还会存在序号从1一直到P的电阻器)。每个调谐电阻器的电阻可以由R(n-SN)(n-SN+1)/(n²)表示。因此，具有序号SN＝1的第一调谐电阻器的电阻是R(n-1)/n，具有序号SN＝2的第二调谐电阻器的电阻是R(n-1)(n-2)/(n²)......并且具有序号SN＝m的最后一个调谐电阻器的电阻是R(n-m)(n-m+1)/(n²)。序号SN增大，相应的调谐电阻器的电阻就减小。在整个论述中，电阻器R(1)到R(n+m)中的每一个以及其对应的开关组合在一起称为电阻器单元，并且该电阻器单元也以相对应的电阻器的序号SN为名称。电阻器单元也称为基础电阻器单元BU(1)到BU(n)，和调谐电阻器单元TU(1)到TU(m)。

基础电阻器R(1)到R(n)可以用作整体单元，并且既可以全部(相应的开关保持闭合)连接，也可以全部(相应的开关保持打开)断开。通过开关控制单元对于基础电阻器单元BU(1)到BU(n)的同步连接或者断开进行控制。随着将所有基础电阻器R(1)到R(n)都连接上从而为终端电路TC带来R/n的电阻，调谐电阻器R(n+1)到R(n+m)可以一个接一个顺序地连接上，以进一步对于电阻RTC进行调谐。在一个实施例中，只有基础电阻器R(1)到R(n)都连接上，并且所有序号SN小于L的调谐电阻器都连接上，序号为L(L＜＝m)的电阻器才可以连接上。再一次，相对应的开关的同步可以通过开关控制电路进行控制。换言之，在一个示例性实施例中，除非图4中所示的一个开关左边的所有开关都闭合，否则这个开关不会闭合。

随着调谐电阻器R(n+1)到R(n+m)顺序接入，终端电路TC的电阻RTC可以以下面方式进行计算。在下面的计算中，已经连接的电阻器视为单个电阻器，并且其应进行计算的电阻用于在接入附加电阻器的时候简化总电阻RTC的计算。

当所有基础电阻器R(1)到R(n)都接入并且没有调谐电阻器接入的时候，电阻RTC可以通过以下等式表示：

RTC＝R(1/n) [等式1]

如果除了所有基础电阻器都接入以外，还接入了附加的调谐电阻器R(n+1)(序号SN＝1，并且电阻是R(n-1)/n)，电阻RTC可以通过以下等式表示：

RTC＝R(1/n)//R(n-1)/n＝R(1/n)((n-1)/n) [等式2]

如果除了已经接入的电阻器以外，还接入了附加的电阻器R(n+2)(序号SN＝2，并且电阻是R((n-1)(n-2)/n²))，电阻RTC可以通过以下等式表示：

RTC＝R(1/n)((n-1)/n)//R((n-1)(n-2)/n²)＝R(1/n)((n-2)/n) [等式3]

如果除了所有在先接入的电阻器以外，还接入了附加的电阻器R(n+3)(序号SN＝3，并且电阻是R((n-2)(n-3)/n²))，电阻RTC可以通过以下等式表示：

RTC＝R(1/n)((n-2)/n)//R((n-2)(n-3)/n²)＝R(1/n)((n-3)/n) [等式4]

继续对每个附加的调谐电阻器R(n+4)到R(n+m)进行计算。当最后一个调谐电阻器R(n+m)接入时，电阻RTC是：

RTC＝R(1/n)((n-m+1)/n)//R((n-m+1)(n-m)/n²)＝R(1/n)((n-m)/n)[等式5]

总的来说，如果接入电阻器R(n+SN)，而电阻器R(n+SN+1)没有接入，终端电路TC的电阻RTC是R(1/n)((n-SN)/n)。很明显，另一接入电阻器R(n+SN+1)会导致电阻从R(1/n)((n-SN)/n)减小到R(1/n)((n-SN-1)/n)，而电阻RTC的差(阶高)是R(1/n²)。换言之，阶高随着接入的电阻器的数量的增加不发生变化而为一个常数，都是R(1/n²)。图5示出了电阻RTC与接入的调谐电阻器的数量的函数关系。可以发现，电阻RTC与接入的调谐电阻器的数量的关系是线性的。

在图4中所示的一个实施例中，终端电路TC的分辨率精度可以很容易地通过调节数量n而进行调节调谐，数量n可以增加到一个足够大的数量，从而达到设计需求。从另一方面来说，阶跃的数量可以通过调节数量m(调谐电阻器的数量)来进行调节。因此，通过调节电阻值R和整数n和m，终端电路TC所覆盖的电阻范围可以轻易地进行被调节。

图6示出了采用图4中所示的终端电路TC的示例性电路。比较器CMP可以用于确定需要在终端电路TC中接入多少电阻器，从而使得终端电路TC的总电阻RTC可以尽可能地接近参考电阻器Rref的电阻。连接线22可以连接到比较器CMP的一个输入节点，而比较器CMP的另一输入节点可以连接到参考电压Vref。

使用图6中所示的电路(带有示例性目标电阻240Ohm)，图7中所示的值可以由FF工艺角的模拟获得。图7中的第一列示出了阻值RTC，而第二列示出了阶高(阻值RTC之间的差)。注意，阶高非常稳定，并且处于大约12.5Ohm到大约13Ohm之间的范围内。由于相对的阶高小于示例性目标电阻(240Ohm)的10％(24Ohm)，假设能够允许的最大阶高是24Ohm，因此所有阶跃均可用。另外，所得到的RTC可以仅用10个阶跃就从大约122Ohm覆盖到大约250Ohm。为了达到设计规格，比较器CMP的精确度只需要大约11mV。作为比较结果，传统终端电路的精确度需要高达大约5mV。随着对于比较器CMP的精确度要求的放宽，发生量化误差的可能性就会更小。如图4所示的相同实施例可以用于其它电路，比如50-Ohm终端电路。从50-Ohm终端器中会获得相似的结果。

而且，在一个实施例中，采用终端电路TC(标记为TC1和TC2)理念的多转换速率片外驱动器(如图8中所示)可以具有1.82E-10秒、2.12E-10秒、2.41E-10秒以及2.72E-10秒的转换速率。此外，转换速率具有大约0.3E-10秒的一致的差。随着转换速率差的一致，覆盖更大的转换速率范围所需要的阶跃更小。

在本公开的一个实施例中，电阻中的调谐是线性标度，并且阶高(或者调谐精度)一致，从而能够覆盖更大的电阻(或者转换速率)范围，而同时，阶跃(电阻器的数量)会减小。随着比较器的精确度需求的放宽，发生量化误差的可能性更小。而且，阶跃数量的减少导致了所需要的芯片面积的减小。

尽管已经详细地描述了本发明及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的本发明主旨和范围的情况下，做各种不同的改变，替换和更改。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员应理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结果的工艺、机器、制造，材料组分、装置、方法或步骤根据本发明可以被使用。因此，所附权利要求应该包括在这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤的范围内。此外，每条权利要求构成单独的实施例，并且多个权利要求和实施例的组合在本发明的范围内。

Claims

1.一种集成电路，包括：

第一连接线；

第二连接线；

多个调谐电阻器，每个所述调谐电阻器都具有序号，并且连接在所述第一连接线和所述第二连接线之间，其中所述多个调谐电阻器的序号连续，并且其中所述多个调谐电阻器的电阻值是其各自所述序号的函数；以及

多个开关，每个所述开关都与所述多个调谐电阻器中的一个串联连接。

2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述多个开关中的每个与所述多个调谐电阻器中的一个结合在一起形成电阻器单元，并且其中所述电阻器单元的第一端直接与所述第一连接线相连接，并且所述电阻器单元的第二端直接与所述第二连接线相连接，以及

其中所述多个调谐电阻器的每个的电阻值都是R((n-SN)/n)((n-SN+1)/n)，其中n是整数，R是共同参考电阻值，以及SN是所述多个调谐电阻器的每个的序号。

3.根据权利要求2所述的集成电路，进一步包括：连接在所述第一连接线和所述第二连接线之间的基础电阻器单元，其中所述基础电阻器单元的电阻值等于所述共同参考电阻值R。

4.根据权利要求2所述的集成电路，进一步包括：至少一个连接在所述第一连接线和所述第二连接线之间的基础电阻器单元，其中至少一个所述基础电阻器单元的总电阻值是R/n，

其中至少一个所述基础电阻器单元包括n个并联连接的电阻器，并且其中所述n个电阻器中的每个的电阻都等于所述共同参考电阻值R。

5.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述多个调谐电阻器的序号从1开始。

6.一种集成电路，包括：

第一连接线；

第二连接线；

多个基础电阻器，连接在所述第一连接线和所述第二连接线之间，其中所述多个基础电阻器中的每个的电阻都是R，其中R是参考电阻值，并且所有所述多个基础电阻器的总数是整数n，其中n大于3；以及

多个调谐电阻器单元，每个都具有序号并且连接在所述第一连接线和所述第二连接线之间，其中所述多个调谐电阻器单元的每个都包括开关和与所述开关相串联连接的调谐电阻器，并且其中所述多个调谐电阻器单元中的所述调谐电阻器的电阻值是各自序号和整数n的函数。

7.根据权利要求6所述的集成电路，其中所述多个调谐电阻器单元的序号连续，并且其中所述多个调谐电阻器单元的序号从1开始。

8.根据权利要求6所述的集成电路，其中随着所述调谐电阻器的序号增大，各自所述调谐电阻器的电阻值减小，或者

其中所述多个调谐电阻器单元中的所述调谐电阻器的电阻值是R((n-SN)/n)((n-SN+1)/n)，其中SN是所述多个调谐电阻器单元中的所对应一个的序号。

9.根据权利要求6所述的集成电路，进一步包括：开关控制电路，与所述多个调谐电阻器单元中的所述开关相连接，其中所述开关控制电路根据各自所连接的电阻器的序号设置成闭合所述多个调谐电阻器单元的开关，其中只有具有较小序号的所有电阻器全部都连接到所述第一连接线和所述第二连接线时，才能把开关闭合；

多个开关，每个都与所述多个基础电阻器中的一个串联连接，其中所述开关控制电路设置成能够将所述多个开关同时闭合或者打开；以及

比较器，其包括与所述第一连接线和所述第二连接线中的一个相连接的一个输入节点。

10.一种集成电路，包括：

第一连接线；

第二连接线；

多个基础电阻器单元，连接在所述第一连接线和所述第二连接线之间，其中所述多个基础电阻器单元具有相同的电阻值R，并且其中所述多个基础电阻器单元的总数是n；以及

多个调谐电阻器单元，每个都具有序号SN并且连接在所述第一连接线和所述第二连接线之间，其中所述多个调谐电阻器单元的序号连续，并且其中所述多个调谐电阻器单元的电阻值是R((n-SN)/n)((n-SN+1)/n)，其中SN是所述多个调谐电阻器单元中的所对应一个的序号，

其中所述多个调谐电阻器单元的每个和所述多个基础电阻器单元的每个都包括串联连接的开关和电阻器。