用于電氣元件的串聯和并聯組合的系統和方法
【專利說明】
[00011 本申請要求于2013年7月30日提交的臨時申請第61/859,888號的優先權，通過引 用將其全部內容合并到本文中。
技術領域
[0002] 本發明總體上涉及電子電路的設計。更具體地，本發明涉及用于在半導體電路中 實現部件值的方法。
【背景技術】
[0003] 形成在半導體芯片或晶片上的半導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 式創建在半導體芯片上: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造在半導體 上的元件將會具有某值，其中該值整體或部分地取決于元件占據的面積。從而，包括電阻 器、電容器和電感器的若干元件通常被創建成以下大小的幾何形狀:在給定半導體的特征 的情況下，該大小將會產生由期望電路設計規定的特定值。
[0005] 尤其，某些設計需要使用在值上任意不同但具有特定比率的元件。例如，為了實現 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算放大器。實現該配置的一個已知方式是 針對輸入lkQ的電阻器使用具有給定寬度和長度的電阻器(半導體材料的表面電阻將確定 電阻器的面積），以及針對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，本領域技術人員將會認識到這樣的構造的固有問題。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地使所確定的精確 尺寸產生電阻器的期望值。甚至上述示例中期望的lkQ和3.33kQ的電阻器的尺寸的小誤 差也會導致其實際電阻的顯著差異，并且更重要的是會導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體芯片上的電路的準確度 或性能降低。
[0007] 更進一步地，當在半導體芯片上構造元件時，必須與材料進行連接。例如，為了在 芯片上構造多晶硅電阻器，在每端處必須有接觸孔并且有時有不同的摻雜水平，以使金屬 跡線實現良好接觸。接觸孔和相關特征引入了"端效應"，其中，"端效應"通常為與預期電阻 串聯的多余的附加電阻，從而被添加到所設計的電阻值。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確程度;該附加電阻也產生偏離期望值的差或誤差，從 而產生高于預期值的電阻，并且由于不能精確地知道多余的端效應電阻，所以使得難以精 確地匹配不同的值。
[0008] 此外，假設期望構造具有1比3.33的比率的兩個電阻器，其中，一個電阻器為lkQ， 另一個電阻器為3.33kΩ。即使電阻被構造成產生這些值的精確大小，如果"端效應"例如給 每個值增加了 100 Ω，則實際上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，這會顯著地改變電路的期望性能。
[0009]這些問題使得難以在半導體芯片上實現具有精確值的元件，并且更具體地難以實 現具有其值之間的精確比率的多個元件。
[0010]美國專利第8,453,097號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讓給本申請的受讓人。然而，在一些實施方式中，該'097專利的 方法考慮計算和存儲標稱相同阻抗元件的選擇數目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算或存儲的不同方法。
【發明內容】
[0011] 公開了一種用于生成標稱相同的初始元件的復雜串聯和/或并聯組合以實現任意 非平凡復合值的方法和系統。像本文所公開那樣構建的組合保持復合值與初始元件的值之 間的比率以高準確度保持成幾乎恒定而與制造過程中的變化無關，以高準確度將復合值與 初始元件的值之間的比率，從而也將兩個復合值之間的比率以高準確度保持成幾乎恒定而 與制造過程中的變化無關。
[0012] -個實施方式公開了一種設計半導體電路部件的方法，該半導體電路部件具有任 意阻抗值并且被構造為重復的標稱相同阻抗元件的組合，其中，每個阻抗元件為具有電阻 性阻抗的電阻器，或者每個阻抗元件為具有電感性阻抗的電感器，該方法包括:在計算裝置 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置成目標值;在計算裝置處接 收要在部件中使用的重復的標稱相同元件中的每個元件的標稱阻抗值來作為輸入;在計算 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；由計算裝置確定目 標值是大于標稱阻抗值還是小于標稱阻抗值;如果目標值大于標稱阻抗值，則：由計算裝置 確定阻抗元件的最大數目，其中，該最大數目的阻抗元件當被串聯設置時具有小于目標值 的組合阻抗；由計算裝置執行以下操作:將所確定的數目的阻抗元件以串聯方式添加到相 同元件的組合，如果存在最近添加的相同元件，則將所確定的數目的阻抗元件連接至最近 添加的相同元件，以及計算部件的更新值；由計算裝置通過從當前目標值中減去以串聯方 式添加的阻抗元件的總阻抗來更新目標值;如果目標值小于標稱阻抗值，則：由計算裝置確 定阻抗元件的最大數目，其中，該最大數目的阻抗元件當被并聯設置時具有大于目標值的 組合阻抗；由計算裝置執行以下操作:將所確定的數目的阻抗元件以并聯方式添加到相同 元件的組合，如果存在最近添加的相同元件，則將所確定的數目的阻抗元件連接至最近添 加的相同元件，以及計算部件的更新值；由計算裝置通過確定阻抗值來更新目標值，該阻抗 值當被設置成與阻抗元件并聯時將產生當前目標值；由計算裝置確定部件的更新值是否在 任意阻抗的規定公差內，并且:如果部件的值不在規定公差內，則重復確定目標值是大于標 稱電阻值還是小于標稱電阻值的步驟以及隨后的步驟;如果部件的值在規定公差內，則退 出該過程并且返回相同元件的組合來作為輸出。
[0013] 另一實施方式公開了一種非暫態計算機可讀存儲介質，該非暫態計算機可讀存儲 介質上具有被體現的指令，指令用于使計算裝置執行設計半導體電路部件的方法，半導體 電路部件具有任意阻抗值并且被構造為重復的標稱相同阻抗元件的組合，其中，每個阻抗 元件為具有電阻性阻抗的電阻器，或者每個阻抗元件為具有電感性阻抗的電感器，該方法 包括:在計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置成目標 值;在計算裝置處接收要在部件中使用的重復的標稱相同元件中的每個元件的標稱阻抗值 來作為輸入;在計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； 由計算裝置確定目標值是大于標稱阻抗值還是小于標稱阻抗值;如果目標值大于標稱阻抗 值，則：由計算裝置確定阻抗元件的最大數目，其中，該最大數目的阻抗元件當被串聯設置 時具有小于目標值的組合阻抗；由計算裝置執行以下操作:將所確定的數目的阻抗元件以 串聯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，則將所確定的數目的阻 抗元件連接至最近添加的相同元件，以及計算部件的更新值；由計算裝置通過從當前目標 值中減去以串聯方式添加的阻抗元件的總阻抗來更新目標值;如果目標值小于標稱阻抗 值，則：由計算裝置確定阻抗元件的最大數目，其中，該最大數目的阻抗元件當被并聯設置 時具有大于目標值的組合阻抗；由計算裝置執行以下操作:將所確定的數目的阻抗元件以 并聯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，則將所確定的數目的阻 抗元件連接至最近添加的相同元件，以及計算部件的更新值；由計算裝置通過確定阻抗值 來更新目標值，該阻抗值當被設置成與阻抗元件并聯時將產生當前目標值；由計算裝置確 定部件的更新值是否在任意阻抗的規定公差內，并且:如果部件的值不在規定公差內，則重 復確定目標值是大于標稱電阻值還是小于標稱電阻值的步驟以及隨后的步驟;如果部件的 值在規定公差內，則退出該過程并且返回相同元件的組合來作為輸出。
[0014] 又一實施方式公開了一種設計半導體電路部件的方法，該半導體電路部件具有任 意阻抗值并且被構造為重復的標稱相同阻抗元件的組合，其中，每個阻抗元件為具有電容 性阻抗的電容器，該方法包括:在計算裝置處接收部件的任意阻抗值來作為輸入，并且將任 意阻抗值設置成目標值;在計算裝置處接收要在部件中使用的重復的標稱相同元件中的每 個元件的標稱阻抗值來作為輸入;在計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；由計算裝置確定目標值是大于標稱阻抗值還是小于標稱阻抗值;如 果目標值大于標稱阻抗值，則：由計算裝置確定阻抗元件的最大數目，其中，該最大數目的 阻抗元件當被并聯設置時具有小于目標值的組合阻抗；由計算裝置執行以下操作:將所確 定的數目的阻抗元件以并聯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， 則將所確定的數目的阻抗元件連接至最近添加的相同元件，以及計算部件的更新值；由計 算裝置通過從當前目標值中減去以并聯方式添加的阻抗元件的總阻抗來更新目標值;如果 目標值小于標稱阻抗值，則：由計算裝置確定阻抗元件的最大數目，其中，最大數目的阻抗 元件當被串聯設置時具有大于目標值的組合阻抗；由計算裝置執行以下操作:將所確定的 數目的阻抗元件以并聯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 所確定的數目的阻抗元件連接至最近添加的相同元件，以及計算部件的更新值；由計算裝 置通過確定阻抗值來更新目標值，該阻抗值當被設置成與阻抗元件串聯時將產生當前目標 值；由計算裝置確定部件的更新值是否在任意阻抗的規定公差內，并且:如果部件的值不在 規定公差內，則重復確定目標值是大于標稱電阻值還是小于標稱電阻值的步驟以及隨后的 步驟;如果部件的值在規定公差內，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稱值的七個電阻器的一個可能組合；
[0016] 圖2是圖示出使用以軟件實現的本文所描述的遞歸算法的方法的一個可能實施方 式的流程圖；
[0017] 圖3至圖9圖示出根據一個實施方式中的遞歸算法的包括均具有相同標稱值的若 干個電阻器的電阻元件的設計的各個點。
【具體實施方式】
[0018] 本申請描述了用于借助于遞歸算法生成標稱相同的初始元件的復雜串聯和/或并 聯組合以實現任意復合值的方法和系統。通過使用這樣的標稱相同的初始元件，復合值與 初始元件的值之間的比率幾乎保持恒定(從而兩個復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，從而該比率不依賴于使部件或標稱元件為精確值的能力。使用 本文中所描述的技術，芯片設計師能夠實現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，遞歸算法連續地添加一個或更多個標稱相同的二端元件，以生成 標稱元件的串