CN116068366A - 一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图 - Google Patents

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易新敏
梁华
徐海峰
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Abstract

一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，其特征在于：芯片包括多组输出功率管、与多组输出功率管源极连接的焊球引脚Vsource、与多组输出功率管漏极连接的焊球引脚Vdrain，以及与多个焊球引脚分别连接的多个采样管；其中，多组输出功率管等间距排成一列；焊球引脚Vsource与焊球引脚Vdrain的数量与多组输出功率管的数量相同；焊球引脚Vsource与焊球引脚Vdrain分别等间距排成两列，分布于各组输出功率管的两侧；多个采样管分别位于一一对应的焊球引脚Vsource和焊球引脚Vdrain之间。本发明方法简单、代价小，降低了芯片工艺要求，提高芯片测试精度。

Description

一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图
技术领域
本发明涉及集成电路领域，更具体地，涉及一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图。
背景技术
目前，随着人类社会对新能源和低碳环保的不断追求，人们对于电源管理(PowerManagement，PM)芯片和类似功率器件的功率密度、工作效率等指标提出了更为严格的要求。设备的稳定、高效、安全的运行离不开电源管理系统，而电源管理系统中，电源管理芯片因其片内集成有具备高功率密度的功率管成为了实现电源管理系统高效、快速、稳定输出的关键元件。
在电源管理芯片中，输出功率管(Power MOS)是否能够进行精准的电压电流采样对于电源管理芯片的输出性能至关重要。现有技术中，通常为了实现输出功率管输出的准确性，会在芯片的版图设计过程中将功率管设置于芯片版图的正中心位置，并通过开尔文连接方式将采样信息引出芯片以实现系统控制。
然而，在现有技术中，尽管管级芯片的内部电路能够有效且大幅的降低寄生压降带来的误差，但在芯片测试或使用过程中，芯片多个焊球引脚PAD与输出功率管之间距离的细微差别将会导致对芯片输出功率管的输出芯片进行采样的过程中，不同焊球引脚PAD的采样比例均与前期设计过程中的理想采样比例有所偏差。另外，由于芯片制造工艺的不同，也存在焊球引脚上连接的焊接球与测试夹具之间的接触不够均匀的问题，而这种问题也将导致电流测试的精确度受到较大程度的影响。
因此，亟需一种新的采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种新的采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，通过将采样用功率管分为多组和与多个焊球引脚的就近连接方式实现对芯片输出性能的准确采样。
本发明采用如下的技术方案。
一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，其中，芯片包括多组输出功率管、与多组输出功率管源极连接的焊球引脚Vsource、与多组输出功率管漏极连接的焊球引脚Vdrain，以及与多个焊球引脚分别连接的多个采样管；其中，多组输出功率管等间距排成一列；焊球引脚Vsource与焊球引脚Vdrain的数量与多组输出功率管的数量相同；焊球引脚Vsource与焊球引脚Vdrain分别等间距排成两列，分布于各组输出功率管的两侧；多个采样管分别位于一一对应的焊球引脚Vsource和焊球引脚Vdrain之间。
优选的，输出功率管基于焊球引脚Vsource与Vdrain的数量实现均匀分组；每组输出功率管中输出功率管的数量均相等。
优选的，每一个采样管与每一组输出功率管的源极和漏极之间均采用大小为nRm的金属导线实现连接；其中，n为输出功率管的组数，Rm为n个采样管并联后的开尔文连接的设计电阻值。
优选的，每个采样管均与其所对应的每组输出功率管的中部对应布置于芯片中的同一垂直位置上；每组输出功率管的源极一侧预留焊球引脚Vsource连接位置，漏极一侧预留焊球引脚Vdrain连接位置。
优选的，芯片采样管采用开尔文连接方式实现与芯片中对应每组输出功率管源极和漏极以及焊球引脚的连接。
优选的，芯片基于采样管与对应的每组输出功率管以及焊球引脚的匹配实现对输出电压或输出电流的高精度采样。
优选的，芯片基于焊球引脚以及与焊球引脚匹配的测试夹具实现对芯片自身的测试。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种新的采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，能够通过将采样用功率管分为多组和与多个焊球引脚的就近连接方式实现对芯片输出性能的准确采样与测试。本发明方法简单、代价小，只需要将多个并联的功率管依次就近与焊球引脚连接即可，降低了芯片工艺的精度要求，提高了芯片成品率的同时提高了芯片测试的准确程度。
本发明的有益效果还包括：
1、本发明中的电源管理芯片能够实现多个焊球引脚与MOS管的距离之间是相等的，从而防止了由于金属线长度不同，而导致的内部电阻不同，并进一步防止了测试过程中的误差。在此基础上，可以更加容易且合理的布置多个焊球引脚的位置，使得焊球引脚中的每一个都能够和与之匹配的测试夹具有效连接，降低了芯片焊接球和测试夹具接触不均匀导致的测试精度下降的问题，有效确保了测试的准确性。
2、本发明方法并不改变原始电路结构，只是将输出功率管按设定比例进行拆分，拆分后获得的多个MOS管的大小、尺寸等参数均相等。且为了确保开尔文连接方式对芯片内部参数进行测试的准确性，拆分后的多个MOS管与焊球引脚之间连接的金属线阻值只需要设置为原始阻值的倍数即可实现，方法简单准确。
附图说明
图1为本发明现有技术中一种电源管理芯片的采样版图示意图；
图2为本发明中一种提高测试精度的电源管理芯片的采样版图示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
图1为本发明现有技术中一种电源管理芯片的采样版图示意图。如图1所示，现有技术中经常采用的电源管理芯片中，为了确保版图匹配以及芯片的输出性能，通常将采样管安置于芯片的中心位置，而在芯片的两侧或是周围设置多个与芯片中功率管源极或漏极实现连接的导电引脚(conductive pad)。
在图1中，Vdrain标识的导电引脚分别通过长度不一的金属线实现与MOS管漏极的开尔文接线端连接，而Vsource标识的导电引脚则分别通过长度不一的金属线实现与MOS管源极的开尔文接线端连接。
为了通过开尔文接线方式实现对功率管相关参数的准确测量，可以设置开尔文接线方式部分的电阻阻值为Rm。
如图1所示，由于多个导电引脚与唯一的一个功率管的距离不同，即使将功率管倾斜放置，或者是将开尔文连接引线倾斜放置也不能完全克服因距离不同所导致的金属线长度不同的问题，也就是说金属线的不同电阻阻值将会影响不同焊球引脚对电路测试的精确度。
另一方面，如果还要保证电路测试精度，就需要尽量缩短多个焊球引脚与开尔文连接引线端部或就近位置的距离。因此，就应当使得多个焊球引脚之间的距离尽量的小，这就导致芯片制造工艺难度的升高，以及与芯片适配的测试夹具的制造工艺难度的升高。
图2为本发明中一种提高采样精度的电源管理芯片的采样版图示意图。如图2所示，本发明中一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，其中，芯片包括多组输出功率管、与多组输出功率管源极连接的焊球引脚Vsource、与多组输出功率管漏极连接的焊球引脚Vdrain，以及与多个焊球引脚分别连接的多个采样管；多组输出功率管等间距排成一列；焊球引脚Vsource与焊球引脚Vdrain的数量与多组输出功率管的数量相同；焊球引脚Vsource与焊球引脚Vdrain分别等间距排成两列，分布于各组输出功率管的两侧；多个采样管分别位于一一对应的焊球引脚Vsource和焊球引脚Vdrain之间。
可以理解的是，本发明中，为了使得多个焊球引脚与采样管的距离相等，采用了多个并联的MOS管。多个MOS管并联后，应当与电路初始设计时的输出采样管的参数相同。例如多个并联的MOS管的总的门限开启电流，电压电流比等参数是一致的，以实现芯片的原始功能。
另一方面，本发明中的多个并联MOS管的参数应当完全一致，例如尺寸等，以使得多个不同的焊球引脚测量的参数是相同的，且每一个MOS管与焊球引脚的连接方式也能够完全保持一致。
本发明中，焊球引脚Vsource的数量、焊球引脚Vdrain的数量、多组输出功率管的数量相同，且三者之间的相互连接关系也应当完全一致。
具体参考图2，焊球引脚Vsource可以位于一组输出功率管中的多个输出功率管等间距排成的队列的右侧中间位置，通过开尔文接线方式间接的实现与最近的一个，也就是并排的一个作为采样管的MOS管的源极的连接。
需要说明的是，这里的开尔文接线对每一个MOS管来说都是一致的，通过四条接线的方式，能够使得测量电路测量到每一个MOS管两端的电压和电流数据，从而确保通过多参数的测量实现测试的准确性。本发明的测量可以是对源漏极的电压进行的，因此，焊球引脚也应当是与开尔文接线方式中的电压引脚连接的。
而采样管中的每一个MOS管的左侧则可以分别就近的连接与之对应的一个焊球引脚Vdrain。在这一连接方式中，也是通过开尔文接线方式间接连接的。
优选的，输出功率管基于焊球引脚Vsource与Vdrain的数量实现均匀分组；每组输出功率管中输出功率管的数量均相等。
可以理解的是，本发明中，输出功率管基于焊球引脚的数量均匀分组。例如，当芯片中总共包括20个功率管时，且焊球引脚Vsource与Vdrain的数量的数量分别为5时，则需要将每四个邻近的输出功率管设置为一组，且将这一组中的四个输出功率管的源极和漏极分别接入与之对应的焊球引脚上。
优选地，每一个采样管与每一组输出功率管的源极和漏极之间均采用大小为nRm的金属导线实现连接；其中，n为输出功率管的组数，Rm为n个采样管并联后的开尔文连接的设计电阻值。
本发明的方法为了使得焊球引脚和采样管之间的总电阻阻抗大小满足测试的要求，会使得焊球引脚和采样管之间的每一个电阻阻抗大小为nRm，在并联后，就有功率管源极的接线电阻为Rm，栅极的接线电阻为Rm，从而满足了电路的原始设计要求。
优选地，每个采样管均与其所对应的每组输出功率管的中部对应布置于芯片中的同一垂直位置上；每组输出功率管的源极一侧预留焊球引脚Vsource连接位置，漏极一侧预留焊球引脚Vdrain连接位置。。
可以理解的是，为了使得焊球引脚能够均匀分布在芯片的一侧表面上，使得测试夹具更好适应芯片，并与焊球引脚更加合理可靠的连接，可以按照现有技术中的方法，将多个输出功率管设置在芯片中部，而焊球引脚则等间隔的设置在输出功率管的两侧上。
优选地，芯片采样管采用开尔文连接方式实现与芯片中对应每组输出功率管源极和漏极以及焊球引脚的连接。
如上文中所述，为了内部环路采样以及测试的准确性，本发明采用开尔文连接方式，因此，芯片焊球引脚与MOS管的连接也是通过开尔文连接方式实现的。
优选的，芯片基于采样管与对应的每组输出功率管以及焊球引脚的匹配实现对输出电压或输出电流的高精度采样。
具体来说，本发明中的芯片可以基于采样管的连接方式抵消误差，从而实现对输出电压或输出电流的高精度采样。
优选的，芯片基于焊球引脚以及与焊球引脚匹配的测试夹具实现对芯片自身的测试。
可以理解的是，本发明中的芯片可以基于焊球引脚的间隔来实现芯片对自身的测试，所以合理的设置焊球引脚，并为每一焊球引脚分别分配相同数量的输出功率管和一个对应的采样管，则可以实现测试结果的准确无误。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种新的提高测试精度的电源管理芯片，能够通过将采样用功率管分多组和与多个焊球引脚的就近连接方式实现对芯片输出性能的准确采样和测试。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，其特征在于：
所述芯片包括多组输出功率管、与所述多组输出功率管源极连接的焊球引脚Vsource、与所述多组输出功率管漏极连接的焊球引脚Vdrain，以及与多个焊球引脚分别连接的多个采样管；其中，
所述多组输出功率管等间距排成一列；
所述焊球引脚Vsource与所述焊球引脚Vdrain的数量与所述多组输出功率管的数量相同；
所述焊球引脚Vsource与所述焊球引脚Vdrain分别等间距排成两列，分布于所述各组输出功率管的两侧；
所述多个采样管分别位于所述一一对应的所述焊球引脚Vsource和所述焊球引脚Vdrain之间。
2.根据权利要求1中所述的一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，其特征在于：
所述输出功率管基于所述焊球引脚Vsource与Vdrain的数量实现均匀分组；
每组输出功率管中输出功率管的数量均相等。
3.根据权利要求2中所述的一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，其特征在于：
所述每一个采样管与所述每一组输出功率管的源极和漏极之间均采用大小为nRm的金属导线实现连接；
其中，n为所述输出功率管的组数，Rm为n个采样管并联后的开尔文连接的设计电阻值。
4.根据权利要求3中所述的一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，其特征在于：
所述每个采样管均与其所对应的每组输出功率管的中部对应布置于所述芯片中的同一垂直位置上；
所述每组输出功率管的源极一侧预留所述焊球引脚Vsource连接位置，漏极一侧预留所述焊球引脚Vdrain连接位置。
5.根据权利要求4中所述的一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，其特征在于：
所述芯片采样管采用开尔文连接方式实现与所述芯片中对应每组输出功率管源极和漏极以及焊球引脚的连接。
6.根据权利要求5中所述的一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，其特征在于：
所述芯片基于所述采样管与对应的每组输出功率管以及所述焊球引脚的匹配实现对输出电压或输出电流的高精度采样。
7.根据权利要求6中所述的一种提高采样精度的电源管理芯片中的输出功率管版图，其特征在于：
所述芯片基于所述焊球引脚以及与所述焊球引脚匹配的测试夹具实现对芯片自身的测试。
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