CN201966893U - 一种二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局结构 - Google Patents

一种二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局结构 Download PDF

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李云初
严伟
詹三一
赵士燕
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Suzhou Yunchip Microelectronic Technology Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种二进制电流舵式数模转换器的版图布局结构，其特征是，版图中心设置第1位电流源中的1个标准单元，而后，第2位电流源中的2个标准单元对称置于以第1位电流源中的1个标准单元为中心的坐标系横轴或纵轴上，第3位电流源中的4个标准单元分别对称置于以第2位电流源中的2个标准单元为中心的坐标系纵轴或横轴上，第n位电流源中的2n-1个标准单元分别对称置于以第n-1位电流源中的2n-2个标准单元为中心的坐标系纵轴或横轴上。本实用新型充分利用对称原则在版图布局结构上降低工艺参数失配，提高器件之间的匹配性，减少数模转换器的非线性误差，提高其精度。

Description

一种二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局结构
技术领域
本实用新型涉及一种二进制电流舵式数模转换器的版图布局结构，属于半导体集成电路技术领域。
背景技术
随着大规模集成电路的飞速发展，数字信号处理得到了越来越广泛的应用。但几乎所有来自自然界中的物理信号都是模拟信号，例如图像、语音、电磁波、温度等等。数字信号处理芯片需要模数和数模转换器与模拟信号接口。模数转换器是将连续时间模拟信号转换为离散时间数字信号的器件；而数模转换器则将离散时间数字信号转换为连续时间模拟信号。它们的应用几乎遍历所有的电子电器应用领域，例如通信、仪器仪表、工业控制、医疗、交通、航天、国防、计算机和家用电器等等。在这些电子产品中，模拟信号经模数转换器转换为数字信号，以便于处理和存储；而数字信号又经数模转换器转换为模拟信号，以便于与自然界接口。
数模转换器按照有无过采样，可分为奈奎斯特数模转换器和过采样数模转换器。奈奎斯特数模转换器又可分为电阻梯式、电容分荷式、电流舵式和混合式。其中电流舵式数模转换器直接输出电流，不需要额外的输出级做电流电压转换，具有速度高、精度高的优点，是目前速度最快的数模转换器构架，广泛应用于通信系统、测量仪器和医疗设备中。电流舵式数模转换器根据编码方式的不同，可分为二进制编码数模转换器、温度计编码数模转换器、直接编码数模转换器和混合编码数模转换器等。
图5为一个二进制码电流舵式数模转换器的结构示意图。输入数字码（b0 ~ bN?1）通过控制双向开关的状态来改变各个二进制权重电流源的流向，从而产生相应的模拟输出电压。对这样的结构来说，各个二进制权重电流源的比值对模数转换器的性能最为重要。在集成电路制造过程中如电流源阵列版图中，工艺参数的偏差会导致各个尾电流源管电学特性的失配，进而引起各个尾电流源的失配，从而给数模转换器引入严重的非线性误差。为了尽可能降低工艺参数偏差的影响，得到高精度的数模转换器，就必须在版图设计时进行必要的措施。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中的缺陷，提供一种二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局结构，降低工艺参数失配，提高电流源之间的匹配。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局结构，包含n位二进制式电流源，每个电流源包含相同的标准单元，第n位的电流源包含2n-1个标准单元，其中，n的取值为不小于1的整数，其特征是，版图中心设置第1位电流源中的1个标准单元，第2位电流源中的2个标准单元对称置于以第1位电流源中的1个标准单元为中心的坐标系横轴或纵轴上，第3位电流源中的4个标准单元分别对称置于以第2位电流源中的2个标准单元为中心的坐标系纵轴或横轴上，第n位电流源中的2n-1个标准单元分别对称置于以第n-1位电流源中的2n-2个标准单元为中心的坐标系纵轴或横轴上，所述第n-1位电流源中的标准单元布置的坐标系轴向与第n位电流源中的标准单元布置的坐标系轴向垂直。
所述第n位的电流源中的2n-1个标准单元并列连接。
所述版图布局结构成横纵相等的阵列。
所述版图布局结构的阵列中没有标准单元的地方设置Dummy单元。
所述版图布局结构的阵列外围设置Dummy单元。
所述电流源中的标准单元或为场效应管，或为晶体管，或为电阻，或为电容。
本实用新型所达到的有益效果：充分利用对称原则在版图布局结构上降低工艺参数失配，使一个器件工艺参数的变化同时发生在其他所有的器件上，从而提高器件之间的匹配性，减少数模转换器的非线性误差，提高其精度。
附图说明
图1是本发明的二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局电流源电路图；
图2是图1的版图布局图；
图3是本发明的另一种7位二进制电流镜阵列版图布局电流源电路图；
图4是图3的版图布局图；
图5现有技术中的二进制码电流舵式数模转换器示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。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发明的保护范围。
实施例1
如图1所示为发明的一种二进制电流镜阵列版图布局尾电流源电路，为了提高匹配性，每一个电流源都采用同样的标准单元组成，标准单元选择场效应管，即I0管用1个场效应管，2I0管用2个场效应管并联、4I0管用4个场效应管并联……依次类推，第5位的电流源中包含16个并联的场效应管。
图2为图1的版图布局图。进行版图布局时，首先将I0管（图中均省略I0，仅以数字表示）放在整个版图的中央，再将两个2I0管放在I0管的左右两边。根据二进制电流源的特性，每一个2I0管会对应两个4I0管，因此在版图布局时在每个2I0管的上下两侧各放置一个4I0管。之后根据同样的原则，在每个4I0管左右各放置一个8I0管，在每个8I0管的上下各放置一个16I0管……依次类推。
本领域普通技术人员可以意识到，进行版图布局时，也可以首先将I0管放在整个版图的中央后，再将两个2I0管放在I0管的上下两侧，然后，在每个2I0管的左右两侧各放置一个4I0管，依次类推进行版图布局。
实施例2
如图3所示，以一个7位二进制电流舵式数模转换器电流镜阵列的版图布局为例说明本发明的布局方式。每一个电流源都包含同样的场效应管，第n 位的电流源中包含2n-1个场效应管，第个电流源中的场效应管均并联连接，即第1位I0管用1个场效应管、第2位2I0管用2个场效应管并联、第3位4I0管用4个场效应管并联……依次类推，第7位64I0管用64个单元管并联。
如图4所示，对I0管到64I0管（图中均省略I0，仅以数字表示）进行版图布局，布局时，首先将I0管放在整个版图的中央，再将两个2I0管放在I0管的左右两边。根据二进制电流源的特性，每一个2I0管会对应两个4I0管，因此在版图布局时在每个2I0管的上下两侧各放置一个4I0管。之后根据同样的原则，在每个4I0管左右各放置一个8I0管，在每个8I0管的上下各放置一个16I0管，依次类推，在每个16I0管左右各放置一个32I0管，在每个32I0管的上下各放置一个64I0管。为了使每个尾电流管单元具有相同的周边环境，在阵列中没有尾电流管的地方和整个阵列的外围放置了Dummy单元（图中用D表示），使布局构成横纵相等的阵列，恰好布满整个版图。
采用这样的布局结构可以保证每个尾电流管单元都相对I0管中心对称，从而完全消除生产过程中引入的工艺参数线性系统误差。由于各尾电流管的标准单元都很均匀的分布在整个版图上，因此工艺参数的随机误差也能够得以有效的克服。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局结构，包含n位二进制式电流源，每个电流源包含相同的标准单元，第n位的电流源包含2n-1个标准单元，其中，n的取值为不小于1的整数，其特征是，版图中心设置第1位电流源中的1个标准单元，第2位电流源中的2个标准单元对称置于以第1位电流源中的1个标准单元为中心的坐标系横轴或纵轴上，第3位电流源中的4个标准单元分别对称置于以第2位电流源中的2个标准单元为中心的坐标系纵轴或横轴上，第n位电流源中的2n-1个标准单元分别对称置于以第n-1位电流源中的2n-2个标准单元为中心的坐标系纵轴或横轴上，所述第n-1位电流源中的标准单元布置的坐标系轴向与第n位电流源中的标准单元布置的坐标系轴向垂直。
2.根据权利要求1所述的一种二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局结构，其特征是，所述第n位的电流源中的2n-1个标准单元并列连接。
3.根据权利要求1所述的一种二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局结构，其特征是，所述版图布局结构成横纵相等的阵列。
4.根据权利要求1或3所述的一种二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局结构，其特征是，所述版图布局结构的阵列中没有标准单元的地方设置Dummy单元。
5.根据权利要求1或3所述的一种二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局结构，其特征是，所述版图布局结构的阵列外围设置Dummy单元。
6.根据权利要求1所述的一种二进制电流舵式数模转换器的电流镜阵列版图布局结构，其特征是，所述电流源中的标准单元或为场效应管，或为晶体管，或为电阻，或为电容。
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