專利名稱：一種電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元電源走線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器技術領域，其具體為一種電流舵 型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元電源走線結(jié)構(gòu)。
背景技術：
高速高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，由于其在工藝要求、芯片面積、功耗和速度方面 的巨大優(yōu)勢，近年來取得了較快的發(fā)展。以標準深亞微米CMOS工藝為基礎，目前精度覆蓋 8^14位，速度高達1GHz，以該結(jié)構(gòu)為基礎的單一轉(zhuǎn)換器芯片或集成SOC芯片在通信、工業(yè)、 醫(yī)療成像和國防領域都得到廣泛的應用?，F(xiàn)有的電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，精度為(N+M)位，其中M為其低位數(shù) 值，N為其高位數(shù)值，其低M位B(TB (M-I)控制二進位電流源單元Ι(ΓΙ (Μ-1)，電流大小分 別為1，21，41，81，…，2 (Μ_υΙ。高N位控制2Ν-1個相同的電流源單元IMSB，其電流大小相 等，均為2ΜΙ。隨著高速高精度應用的迅速發(fā)展，電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的速度精度也在不斷提 高，目前最高已經(jīng)出現(xiàn)高達14bit精度的轉(zhuǎn)換器。當高精度的應用出現(xiàn)時，電流源單元間的 輸出電流匹配要求就變得苛刻起來，如12bit，要求0. 25%的匹配誤差。現(xiàn)有結(jié)構(gòu)決定數(shù)模轉(zhuǎn)換器性能的是高N位控制的2n_1個相同的電流源單元，這些 電流源單元輸出電流間的一致性將決定數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能。在MOS工藝中，見圖2，一個MOS管有柵(G)、源(S)、漏(D)、襯底(B)四個端口，或 稱四極，如圖2中所示，MOS管在飽和態(tài)的電流公式如下
β W1 = ^* — *(Fgs- vtk)2
2 Σλ其中 是工藝參數(shù)，由工藝決定，選定工藝后可認為是常數(shù)。ι是閾值電壓，由 工藝決定，選定工藝后可認為是常數(shù)。高位的所有電流源單元的寬長比都一樣，所以從公式 中可知，電流源單元輸出電流的大小和電流源單元管子的柵源電壓差成平方關系。電 流源單元彼此間的柵源電壓差7織將直接決定電流源單元輸出電流彼此間的誤差，而這種 誤差將帶來數(shù)模轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)性能積分非線性誤差(INL)，微分非線性誤差(DNL)的性能 下降，以及動態(tài)性能無雜散動態(tài)范圍(SFDR)的下降。在MOS工藝中，電流源單元MOS管的 柵極是沒有電流的，因而所有電流源單元MOS管的柵極電壓是相同的。所以電流源單元輸 出電流彼此間的誤差，將由電流源單元MOS管的源極電壓誤差決定?，F(xiàn)在的電流舵數(shù)模轉(zhuǎn)換器中電流源單元MOS管多為PMOS管，所有電流源單元 PMOS管的源極是和芯片電源連接在一起的。在芯片的物理實現(xiàn)中，電源線是用金屬線走線， 金屬走線是有電阻的，沿著金屬走線，有電流流過，電源是有壓降的。以Ν=4為例，此時電位電流源包括了 16個相同的電流源單元，其中15個引出通向 外接電阻、1個直接接地，其電流源單元結(jié)構(gòu)見圖3，標有VDD的黑色方塊代表芯片的電源管
3腳，其外接電源，Cl "·α6為16個相同的電流源單元，每個電流源單元流出的電流為I，箭 頭為電流流向，其中C16不通向外接電阻，用一根導線直接把16段流過電流為I的電源線 連接起來，最終為一段電流為161的電源線，到達芯片的電源管腳。為了簡單說明問題，設流過電流I的16段電源線電阻為R1，任一連接這16段的 電源線電阻為R2，電流為161的電源線電阻為R3。電流源單元C8與芯片的電源管腳電源 的壓差為AV8=16I*R3+8I*R2+I*R1。電流源單元C7與芯片的電源管腳電源的壓差為 AV7=16I*R3+8I*R2+7I*R2+I*R1。以此類推，電流源單元Cl與芯片的電源管腳電源的壓 差為AV1=16I*R3+8I*R2+7I*R2+6I*R2+5I*R2+4I*R2+3I*R2+2I*R2+I*R1，由此可知除去 AV2=AV15、AV3=AV14、AV4=AV13, AV5=AV12, AV6=AV1U AV7=AV10, AV8=AV9, 電源管腳的電源到電流源單元Cl至C8的壓降各不相同，C9至C15的壓降也各不相同，也 就是各電流源單元的源極電壓并不完全相同，各電流源單元的柵源電壓差不完全相同。從MOS管在飽和態(tài)的電流公式可知這樣導致的結(jié)果是各電流源單元的電流不完 全相同，進而使得電流源單元間的輸出電流匹配誤差增大，故現(xiàn)有的電流源單元電源走線 結(jié)構(gòu)誤差較大，不能滿足電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位數(shù)精度的性能需求。

實用新型內(nèi)容針對上述問題，本實用新型提供了一種電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元電 源走線結(jié)構(gòu)，其電流源單元間的輸出電流一致，從而確保了高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的 性能。一種電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元電源走線結(jié)構(gòu)，其技術方案是這樣 的精度為(N+M)位的電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中M為其低位數(shù)值，N為其高位數(shù)值，其低位 電流源單元為M個二進位電流源單元，其高位電流源單元為2n個相同的電流源單元，其中2n -1個相同的電流源單元通向外接電阻、1個電流源單元直接接地，其還包括芯片的電源管 腳，其特征在于所述芯片的電源管腳通過N級的電源分流導線分別連接所述2N個相同的 電流源單元，其中每級電源分流導線為一進二出的導線，所述上級的每個電源分流導線的 出口分別連接對應的下級兩根電源分流導線的進口，所述最下一級的電源分流導線的出口 分別對應連接所述2N個相同的電流源單元，所述N級的電源分流導線中每根電源分流導線 的進口到兩個出口的電阻相同，所述N級的電源分流導線中同一級的電源分流導線相同。其進一步特征在于N級的電源分流導線中每根電源分流導線的進口到兩個出口 的導線長度相同。采用上述結(jié)構(gòu)后的高位電流源單元，2N個相同的電流源單元與芯片的電源管腳之 間的連接導線的總電阻均相同，且每段之間的電阻也相同，進而其2N個相同的電流源單元 與芯片的電源管腳之間的壓降相同，從而確保2N個相同的電流源單元的輸出電流相同，其 電流源單元間的輸出電流一致，從而確保了高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能。

圖1為現(xiàn)有的電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；圖2為電流源單元的電源流向示意圖；圖3為現(xiàn)有的電流源單元結(jié)構(gòu)示意圖；[0020]圖4為本實用新型的具體實施方式
一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型的具體實施方式
二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實用新型的具體實施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
精度為(N+M)位的電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中M為其低位數(shù)值，N為其高位數(shù)值，其 低位電流源單元為M個二進位電流源單元，其高位電流源單元為2N個相同的電流源單元， 其中2n -1個相同的電流源單元通向外接電阻、1個電流源單元直接接地，其還包括芯片的 電源管腳，芯片的電源管腳通過N級的電源分流導線分別連接2N個相同的電流源單元，其 中每級電源分流導線為一進二出的導線，上級的每個電源分流導線的出口分別連接對應的 下級兩根電源分流導線的進口，最下一級的電源分流導線的出口分別對應連接相同的 電流源單元。N級的電源分流導線中每根電源分流導線的進口到兩個出口的電阻相同；N級 的電源分流導線中同一級的電源分流導線相同。其原理如下2N個相同的電流源單元與芯片的電源管腳之間的連接導線的總電 阻均相同，且每段之間的電阻也相同，且每級電流源分流導線的電流相同，進而可知每級電 源分流導線的壓降相同，各級壓降相加得到總壓降相同，從而推得2N個相同的電流源單元 的輸出電流相同。
具體實施方式
一，見圖4 精度為10位的電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中6位高位，4位 低位，其低位電流源單元為4 二進位電流源單元(屬于現(xiàn)有成熟結(jié)構(gòu)，圖中未畫出)，其高位 電流源單元為64個相同的電流源單元，其中63個通向外接電阻、1個直接接地，芯片的電源 管腳通過6級電源分流導線分別連接64個相同的電流源單元，其中每級電源分流導線為一 進二出的導線，上級的每個電源分流導線的兩個出口分別連接對應的下級兩根電源分流導 線的進口，最下一級的電源分流導線的出口分別對應連接64個相同的電流源單元，6級的 電源分流導線中每根電源分流導線的進口到兩個出口的電阻相同；6級的電源分流導線中 同一級的電源分流導線相同，6級的電源分流導線中每根電源分流導線的進口到兩個出口 的導線長度相同。
具體實施方式
二，見圖5 精度為8位的電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中4位高位，4位 低位，其低位電流源單元為4 二進位電流源單元(屬于現(xiàn)有成熟結(jié)構(gòu)，圖中未畫出)，其高位 電流源單元為16個相同的電流源單元，其中15個通向外接電阻、1個直接接地，芯片的電源 管腳通過4級電源分流導線分別連接16個相同的電流源單元，其中每級電源分流導線為一 進二出的導線，上級的每個電源分流導線的兩個出口分別連接對應的下級兩根電源分流導 線的進口，最下一級的電源分流導線的出口分別對應連接16個相同的電流源單元，4級的 電源分流導線中每根電源分流導線的進口到兩個出口的電阻相同；4級的電源分流導線中 同一級的電源分流導線相同。
具體實施方式
三，見圖6 精度為12位的電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中7位高位，5位 低位，其低位電流源單元為5 二進位電流源單元(屬于現(xiàn)有成熟結(jié)構(gòu)，圖中未畫出)，其高位 電流源單元為1 個相同的電流源單元，其中127個通向外接電阻、1個直接接地，芯片的電 源管腳通過7級電源分流導線分別連接1 個相同的電流源單元，其中每級電源分流導線 為一進二出的導線，上級的每個電源分流導線的兩個出口分別連接對應的下級兩根電源分流導線的進口，最下一級的電源分流導線的出口分別對應連接1 個相同的電流源單元，7 級的電源分流導線中每根電源分流導線的進口到兩個出口的電阻相同；7級的電源分流導 線中同一級的電源分流導線相同。
權利要求1.一種電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元電源走線結(jié)構(gòu)，精度為N+M位的電流舵 型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中M為其低位數(shù)值，N為其高位數(shù)值，其低位電流源單元為M個二進位電 流源單元，其高位電流源單元為2n個相同的電流源單元，其中2N -1個相同的電流源單元通 向外接電阻、1個電流源單元直接接地，其還包括芯片的電源管腳，其特征在于所述芯片 的電源管腳通過N級的電源分流導線分別連接所述相同的電流源單元，其中每級電源 分流導線為一進二出的導線，所述上級的每個電源分流導線的出口分別連接對應的下級兩 根電源分流導線的進口，所述最下一級的電源分流導線的出口分別對應連接所述2N個相同 的電流源單元，所述N級的電源分流導線中每根電源分流導線的進口到兩個出口的電阻相 同，所述N級的電源分流導線中同一級的電源分流導線相同。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元電源走線結(jié)構(gòu)， 其特征在于N級的電源分流導線中每根電源分流導線的進口到兩個出口的導線長度相 同。
專利摘要本實用新型提供了一種電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元電源走線結(jié)構(gòu)，其電流源單元間的輸出電流一致，從而確保了高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能。精度為(N+M)位的電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中M為低位數(shù)值，N為高位數(shù)值，低位電流源單元為M個二進位電流源單元，其高位電流源單元為2N個相同的電流源單元，其中2N-1個相同的電流源單元通向外接電阻、1個電流源單元直接接地，其特征在于芯片的電源管腳通過N級的電源分流導線分別連接2N個相同的電流源單元，每級電源分流導線為一進二出的導線，上級的每個電源分流導線出口分別連接對應的下級兩根電源分流導線進口，最下一級電源分流導線出口分別對應連接2N個相同的電流源單元。
文檔編號H03M1/66GK201893774SQ201020621788
公開日2011年7月6日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權日2010年11月24日
發(fā)明者吳明遠, 蔣賽尖, 馬輝 申請人:無錫思泰迪半導體有限公司