专利名称：一种器件匹配的集成电路及其设计方法
技术领域：
本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及器件匹配的集成电路及其设计方法。
背景技术：
在集成电路的版图设计中，器件匹配一直是我们关注的重要问题。如图1所示，为一种典型的要求器件高度匹配的多通道LED驱动电路。在图1所示的电路中，各通道之间的电流匹配非常关键。其中流过电阻R。的电流I。由用户外部设定，而各LED通道的电流如式⑴所示
______ τ10R() + ^osN( 1 、ILED.N =----(丄)
KN其中为第N个LED通道流过的电流；V。sN为第N个放大器输入端的输入失调电压；由式(1)可以看出，为了保证各通道电流高度匹配，除了要保证分子部分的V-匹配，更需要电阻礼、礼、&、…仏之间的高度匹配。如图2所示，为利用传统的匹配方法实现电阻R0> R1^ R2> ... Rn之间匹配的示意图，以N = 4为例，其将待匹配的电阻R0> R1^ R2> R3> R4 分成若干相同的单位电阻，图2中以分为4个单位电阻为例，R1, R2, R3、R4分别由4个单位电阻并联构成，而Rtl由4个单位电阻串联构成，并将所有的单位电阻均靠近放置，同时保持其方向一致。但采用这样的匹配方法，待匹配的电阻之间无法共质心排布，当各电阻的光刻环境不一致，有掺杂浓度梯度，热分布梯度，应力梯度等因素发生时均会导致电阻不能够精确匹配。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种器件匹配的集成电路及其设计方法，将需要匹配的器件分为一定数目的单位器件，将其共质心的排布，并通过金属引出线和金属连接线以及它们之间的通孔进行连接，以提高器件在版图设计中的匹配精度。依据本发明一实施例的一种器件匹配的集成电路，包括N个待匹配的器件，N条金属引出线和一条公共连接线，其中，所述N条金属引出线平行等距分布，用以引出所述器件，N为正整数，且N彡2 ；N个待匹配的器件均包括牡K个单位器件，所有单位器件构成K个器件阵列，其中， K为正整数；每个器件阵列包括均勻分布在所述金属引出线两侧的四个单位器件组，所述四个单位器件组关于所述金属引出线的中心线方向对称，并关于金属引出线垂直方向对称，每个单位器件组包括沿所述金属引出线的方向依次等距排列的N个单位器件；每个所述器件阵列中关于所述金属引出线的中心线方向及所述金属引出线垂直方向均对称的4个单位器件，与其他器件阵列中处于相应位置处的单位器件，得到的牡K个单位器件串联或并联连接，构成一个所述器件，并通过一条相应的金属引出线与外围电路连接；所述公共连接线与所述单位器件的公共端连接。优选的，牡K个单位器件并联连接构成一个所述器件时，还包括与所述金属引出线垂直、且与所述金属引出线处于不同层次的金属连接线，所述金属连接线的两端分别连接关于所述金属引出线中心线对称的两个单位器件，且所述金属连接线与相应的金属引出线的交点处通过通孔连接。优选的，当所述器件均由牡K个单位器件并联连接时，所述单位器件组中的单位器件沿所述金属引出线方向依次对应的所述金属引出线的排列顺序为从所述金属引出线的中心线分别向左右两侧交替排列。优选的，当所述器件均由牡K个单位器件并联连接时，所述单位器件组中的单位器件沿所述金属引出线的方向依次对应的所述金属引出线的排列顺序为依次从左右两侧交替向所述金属引出线的中心线排列。优选的，牡K个单位器件串联连接构成一个所述器件时，还包括与所述金属引出线位于不同层次的金属连接线，用于串联连接所述4 个单位器件，所述金属连接线与相应的金属引出线的交点处通过通孔连接。优选的，所述公共连接线覆盖在所述单位器件上方且与所述金属引出线位于同一层。优选的，所述器件为有源器件或无源元件。依据本发明一实施例的一种器件匹配的集成电路设计方法，包括以下步骤设置待匹配的N个器件均由牡K个单位器件组成，其中，N为正整数，且N彡2，K 为正整数；设置N条平行且等距排列的金属引出线；将N个单位器件沿所述金属引出线的方向依次排列在所述N条金属引出线的一侧，得到第一单位器件组；将所述第一单位器件组沿所述金属引出线的中心线的方向和金属引出线垂直方向进行镜像得到四个单位器件组构成的第一器件阵列；将所述第一器件阵列沿所述金属引出线垂直方向进行镜像对称，得到K个器件阵列；将所述第一器件阵列中关于所述金属引出线的中心线方向及所述金属引出线垂直方向对称的4个单位器件，以及其他器件阵列中相应位置处的单位器件得到的牡K个单位器件进行串联或并联连接，构成一个器件，并通过相应的金属引出线与外围电路连接；用公共连接线将所述单位器件的公共端连接。优选的，所述单位器件并联连接时，上述的器件匹配的集成电路设计方法还包括 利用与所述金属引出线垂直、且与所述金属引出线处于不同层次的金属连接线，连接关于所述金属引出线的中心线方向对称的两个单位器件，所述金属连接线与所述金属引出线的交叉点处设置通孔。优选的，当所述器件均由单位器件并联连接组成时，所述第一单位器件组中的单位器件沿所述金属引出线的方向依次对应的所述金属引出线的排列顺序为从左右两侧交替向所述金属引出线的中心线排列。
优选的，当所述器件均由单位器件并联连接组成时，所述第一单位器件组中的单位器件沿所述金属引出线的方向依次对应的所述金属引出线的排列顺序为从所述金属引出线的中心线分别向左右两侧交替排列。优选的，所述单位器件串联连接时，还包括利用与所述金属引出线处于不同层次的金属连接线，依次串联连接所述单位器件，所述金属连接线与相应的所述金属引出线的交叉点处设置通孔。优选的，上述器件匹配的集成电路设计方法进一步包括在所述单位器件上方覆盖一条与所述金属弓I出线处于同一层次的公共连接线。优选的，所述器件为有源器件或无源元件。由以上本发明实施例提供的技术方案可见，所述器件匹配的集成电路及其设计方法，通过将需要匹配的器件共质心的排布，降低了掺杂浓度梯度，热扩散梯度、应力梯度等情况对器件匹配度的影响，克服了传统方法的不足。而且，构成待匹配器件的单位器件之间通过金属引出线、金属连接线，以及金属引出线与金属连接线之间的通孔进行连接，从而解决了多个器件进行匹配时的走线问题，使得该器件匹配的集成电路没有器件个数的限制， 使得布线更加容易，降低了生产成本。
图1所示为一种要求器件高度匹配的多通道LED驱动电路；图2所示为利用传统的匹配方法实现电阻匹配的版图方法的示意图；图3所示为依据本发明的器件匹配的集成电路的第一实施例示意图；图4所示为依据本发明的器件匹配的集成电路的第二实施例示意图；图5所示为依据本发明的器件匹配的集成电路的第三实施例示意图；图6所示为依据本发明的器件匹配的集成电路的第四实施例示意图；图7所示为多个MOS管组成的电流镜电路原理框图；图8所示为依据本发明的器件匹配的集成电路的第五实施例示意图；图9所示为依据本发明的器件匹配的集成电路的版图设计方法的一种流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。本申请实施例提供的器件匹配的集成电路包括，N个待匹配的器件、N条金属引出线和一条公共连接线，其中，请参考图3，示出了图1中的多通道LED驱动电路所对应的器件匹配的集成电路的第一实施例的结构示意图，其中，待匹配N个器件为5个电阻分别为礼、 R1、R2, R3和R4, N条平行等距分布的金属引出线分别为Α1,Α2>Α0α3>Α4这5条，以及一条公共连接线。待匹配的5个电阻均由4*K = 4个单位电阻组成，且所有单位电阻构成K个器件阵列，如图3所示，所有单位器件构成1个器件阵列即第一器件阵列。
所述第一器件阵列包括均勻分布在所述金属引出线两侧的四个器件单位组，且该四个单位器件组关于所述金属引出线的中心线方向对称，并关于金属引出线垂直方向对称，每个单位期间组包括沿所述金属引出线的方向依次等距排列的5个单位器件，如图3所示，四个单位器件组分别为由Rla、R2a> R3a、R4a、R0a组成的单位器件组，Rlb> R2b> R3b> R4b、Rob组成的单位器件组，R0c> Rlc> R2c> R3c> R4c组成的单位器件组，以及RQd、Rld> R2d> R3d> R4d组成的单位器件组。这四个单位期间组关于N条金属引出线的中心线方向，即关于金属引出线Atl左右对称，并关于金属引出线的垂直方向上下镜像对称。第一器件阵列的四个单位器件组中关于所述金属引出线中心线方向及所述金属引出线垂直方向镜像对称的四个单位器件串联或并联连接，构成一个待匹配的器件，并通过相应的金属引出线与外围电路连接，如图所示，电阻队由单位电阻!^、!^、队。、!^并联连接组成；电阻&由单位电阻Ik、R2b> R2c> R2d并联连接组成；电阻R3由单位电阻R3a、R3b> R3。、 R3d并联连接组成；电阻R4由单位电阻R4a、R4b、R4。、R4d并联连接组成；电阻Rtl由单位电阻R。a、 R。b、RQ。、RM串联连接组成。公共连接线300，用于连接所述单位器件的公共端。优选的，如图3所示，关于所述金属引出线中心线方向和所述金属引出线垂直方向镜像对称的四个单位器并联连接时，利用两条与所述金属引出线垂直且处于不同层次的金属连接线，其将其中关于所述金属引出线的中心线对称的两个单位器件连接，所述两条金属连接线与相应的金属引出线的交点处设置一通孔，以单位电阻Ik、R3b、R3。、R3d并联为例，金属连接线301和302分别将单位电阻R3a和R3b，以及单位电阻R3e和R3d连接后，其与金属引出线A3的交点出分别设置通孔31和32，从而实现R3a、R3b> R3c和R3d并联连接。依次类推，通孔11、12分别为金属引出线A1与连接Rla和Rlb及连接Rlc;和Rld的金属连接线之间的通孔，实现!^、!^、队。和Rld并联连接；通孔21、22分别为金属引出线A2与连接R2a和R2b及连接R2。和R2d的金属连接线之间的通孔，实现Ik、&b、&。和R2d并联连接； 通孔41、42分别为金属引出线A4与连接R4a和R4b及连接R4。和R4d的金属连接线之间的通孔，实现R4a、R4b、R4c和R4d并联连接。优选的，如图3所示，单位电阻1^、!^、^。、!^串联连接时，利用一条与所述金属引出线处于不同层次的金属连接线303连接后，金属连接线303与相应的金属引出线Atl的交点处设置一通孔0，通过该金属引出线Atl与外围电路连接。由图3可知，电阻队、&、R3和R4均由4个单位电阻并联而成，而电阻Rtl则由4个单位电阻串联而成，故可推导出LED驱动电路中流过电阻&的电流In与流过电阻Rtl的电流I0的关系如式⑵所示^ = ^ = ^- = 16(2)
I。Rn R/4其中R'为所述单位电阻。由公式(2)可知，通过设定组成电阻Rtl的单位电阻的个数以及连接关系，可以方便地改变LED驱动电路中每个LED支路中的电流与流过电阻Rtl的电流之间的比例。由此可见，按照图3所示的器件匹配的集成电路可以将电阻R。、R1, R2, R3和R4共质心的排布，保证在掺杂浓度梯度，热扩散梯度、应力梯度等情况下电阻值仍然能够精确匹配。同时，通过设定组成电阻R0的单位电阻的个数以及连接关系，我们可以很方便的改变LED驱动电路中流过每路LED的电流与流过电阻Rtl的电流之间的比例关系。这里需要说明的是，上述实施例中单位器件组中单位器件其所对应的金属引出线的排列顺序可以为任意顺序，并不局限于图3所对应的情况。当K为大于1的整数时，可将第一器件阵列沿金属引出线垂直的方向依次镜像得到K个器件阵列。本实施例提供的器件匹配的集成电路，将待匹配的电阻分成多个单位电阻，将所有单位器件分成四个单位器件组，每个待匹配的电阻分别由位于四个单位器件组中的四个单位电阻并联或串联构成，从而实现了待匹配电阻的公质心的排布，降低了掺杂浓度梯度， 热扩散梯度、应力梯度等情况对器件匹配度的影响，克服了传统方法的不足。而且，构成待匹配器件的单位器件之间通过金属引出线、金属连接线，以及金属引出线与金属连接线之间的通孔进行连接，并通过金属引出线与外围电路连接，从而解决了多个器件进行匹配时的走线问题，使得布线更加容易，降低了器件匹配的集成电路的生产成本。参考图4，示出了器件匹配的集成电路第二实施例的结构示意图，包括4个待匹配电阻，每个待匹配的电阻均由4个单位器件构成，与图3所示实施例的不同之处在于，构成待匹配的电阻的4个单位器件均为并联连接，同时，某一单位器件组中的单位器件沿所述金属引出线的方向依次对应的所述金属引出线的排列顺序为从左右两侧交替向金属引出线的中心线排列。以Rla、I 2a、R3a、R4a组成的单位器件组为例，此时，金属引出线的由左至右的排列顺序为Ap A3、A4、A2,即从左右两侧金属引出线A1和A2交替向位于中心的金属引出线A3和A4排列，其中单位电阻并联连接的方式与图3所示实施例相同。从图4中可以看出，金属连接线和金属引出线之间的通孔11、12、21、22、31、32、 41、42的位置近似为共质心分布，从而使金属线上的寄生电阻相互匹配，从而进一步提高了器件的匹配精度。根据本发明的技术方案可推知，当待匹配的器件为多个时，图4对应的实施例中单位器件组的单位器件从上到下的排列顺序及金属引出线由左至右的的排布顺序同样适用。而且，需要说明的是，本申请的技术方案对单位器件组中单位器件由上至下的排列顺序并不限定，只要满足单位器件组中单位器件由上至下的排列顺序对应的金属引出线从左右两侧金属引出线交替向位于中心的金属引出线排列即可。例如，图5所示的器件匹配的集成电路的第三实施例示意图中，单位器件组中单位电阻由上至下的排列顺序为&a、Ik、Rla、 R4a，金属引出线由左至右的排列顺序为A3、A1, A4、A2，此时金属引出线与金属连接线之间的通孔的位置与图4中的通孔的分布相同，近似呈公质心分布，从而进一步提高了器件的匹配精度。上述图4和图5所示实施例中给出的是一种金属引出线与金属连接线之间的通孔位置近似共质心分布的器件匹配的集成电路的结构示意图。请参考图6，所示为依据本发明的集成电路器件匹配的版图的第四实施例示意图， 给出了另一种通孔位置近似共质心分布的器件匹配的集成电路结构示意图，本实施例中待匹配器件的个数为8个，即N = 8，并设置每个待匹配配的器件均由4个单位器件串联组成， 即K = 1为例进行说明，图中采用相同数字代表组成同一个器件的单位器件，并通过对应的金属引出线与外围电路连接，例如，图6中的四个1表示同一器件的单位器件，与其对应的金属引出线为Ap
该器件匹配的集成电路包括1个器件阵列，其中，该器件阵列中的四个单位器件组中关于所述金属引出线的中心线的方向和所述金属引出线的垂直方向镜像对称的四个单位器件并联连接构成相应的待匹配的器件，同时，第一单位器件组中的单位器件从上到下的排列顺序为1、2、3、4、5、6、7、8，金属引出线由左至右的排列顺序为A7、A5、A3、~、A2、A4、 A6、A8，即单位器件组中的单位器件由上至下依次对应的金属引出线从位于中心的金属引出线A1和A2交替向左右两侧金属引出线A7和A8排列，其中单位器件并联连接的方式与图3 所示实施例相同。从图6中可以看出，本实施例中的金属连接线和金属引出线之间的通孔的位置也近似呈现共质心分布，从而使金属线上的寄生电阻相互匹配，进一步提高了器件的匹配精度，达到与图4所示实施例一致的技术效果。需要说明的是，本实施例提供的技术方案对单位器件组中单位器件由上至下的排列顺序并不限定，只要满足单位器件组中单位器件由上至下的排列顺序对应的金属引出线从位于中心的金属引出线交替向左右两侧排列即可。本发明提供的器件匹配的集成电路对待匹配器件的个数并无限制，待匹配器件的个数可以类推至任意多个；而对于组成每个器件的单位器件的个数为4的倍数，其相应的器件阵列可通过将第一器件阵列沿着所述金属引出线的垂直方向依次镜像得到。例如，当组成每个待匹配器件的单位器件为8个时，即K = 2，将第一器件阵列沿着金属引出线的垂直方向进行一次镜像形成2个器件阵列；当组成每个器件的单位器件为12 个时，即K = 3，将第一器件阵列沿着金属引出线的垂直方向进行两次镜像即形成3个器件阵列。组成一个器件的单位器件的连接形式既可以是并联，也可以是串联。这里需要说明的是，本发明提供的器件匹配的集成电路所能够匹配的器件可以为电阻，电容以及电感等无源元件，也可以为二极管，三极管，场效应晶体管等有源器件，其中，电阻可以是集成电路中任何材质的电阻，如扩散电阻、多晶硅电阻、阱电阻等，而电容， 电感的匹配与上述实施例中电阻的匹配方法类似，在此不再赘述。参见图7，示出了多个MOS管组成的电流镜电路的原理框图。请参见图8，示出了器件匹配的集成电路的第五实施例示意图，具体为MOS管匹配的集成电路的结构示意图，该集成电路包括多个待匹配的MOS管，每个待匹配的MOS管由多个单位MOS管组成，其中，单位MOS管的漏极和源极的连接方式与上述实施例中单位电阻的连接方式相同，而单位MOS管的栅极可以通过控制端金属连接线800连接在一起。假设 MOS1^MOS2,…M0、由4K个单位MOS管并联组成，M0&由m个单位MOS管串联组成，则流过 MOSn的电流Imqsn与流过M0&的电流Imqsq的比值等于MOS管宽长比，如式(3)所示
权利要求
1.一种器件匹配的集成电路，其特征在于，包括N个待匹配的器件，N条金属引出线和一条公共连接线，其中，所述N条金属引出线平行等距分布，用以引出所述器件，N为正整数，且N彡2 ；N个待匹配的器件均包括牡K个单位器件，所有单位器件构成K个器件阵列，其中，K为正整数；每个器件阵列包括均勻分布在所述金属引出线两侧的四个单位器件组，所述四个单位器件组关于所述金属引出线的中心线方向对称，并关于金属引出线垂直方向对称，每个单位器件组包括沿所述金属引出线的方向依次等距排列的N个单位器件；每个所述器件阵列中关于所述金属引出线的中心线方向及所述金属引出线垂直方向均对称的4个单位器件，与其他器件阵列中处于相应位置处的单位器件，得到的牡K个单位器件串联或并联连接，构成一个所述器件，并通过一条相应的金属引出线与外围电路连接；所述公共连接线与所述单位器件的公共端连接。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，牡K个单位器件并联连接构成一个所述器件时，还包括与所述金属引出线垂直、且与所述金属引出线处于不同层次的金属连接线，所述金属连接线的两端分别连接关于所述金属引出线中心线对称的两个单位器件，且所述金属连接线与相应的金属引出线的交点处通过通孔连接。
3.根据权利要求2所述的集成电路，其特征在于，当所述器件均由4 个单位器件并联连接时，所述单位器件组中的单位器件沿所述金属引出线方向依次对应的所述金属引出线的排列顺序为从所述金属引出线的中心线分别向左右两侧交替排列。
4.根据权利要求2所述的集成电路，其特征在于，当所述器件均由4 个单位器件并联连接时，所述单位器件组中的单位器件沿所述金属引出线的方向依次对应的所述金属引出线的排列顺序为依次从左右两侧交替向所述金属引出线的中心线排列。
5.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，牡K个单位器件串联连接构成一个所述器件时，还包括与所述金属引出线位于不同层次的金属连接线，用于串联连接所述牡K 个单位器件，所述金属连接线与相应的金属引出线的交点处通过通孔连接。
6.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述公共连接线覆盖在所述单位器件上方且与所述金属引出线位于同一层。
7.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述器件为有源器件或无源元件。
8.一种器件匹配的集成电路设计方法，其特征在于，包括以下步骤设置待匹配的N个器件均由牡K个单位器件组成，其中，N为正整数，且N彡2，K为正整数；设置N条平行且等距排列的金属引出线；将N个单位器件沿所述金属引出线的方向依次排列在所述N条金属引出线的一侧，得到第一单位器件组；将所述第一单位器件组沿所述金属引出线的中心线的方向和金属引出线垂直方向进行镜像得到四个单位器件组构成的第一器件阵列；将所述第一器件阵列沿所述金属引出线垂直方向进行镜像对称，得到K个器件阵列；将所述第一器件阵列中关于所述金属引出线的中心线方向及所述金属引出线垂直方向对称的4个单位器件，以及其他器件阵列中相应位置处的单位器件得到的牡K个单位器件进行串联或并联连接，构成一个器件，并通过相应的金属引出线与外围电路连接；用公共连接线将所述单位器件的公共端连接。
9.根据权利要求8所述的器件匹配的集成电路设计方法，其特征在于，所述单位器件并联连接时，还包括利用与所述金属引出线垂直、且与所述金属引出线处于不同层次的金属连接线，连接关于所述金属引出线的中心线方向对称的两个单位器件，所述金属连接线与所述金属引出线的交叉点处设置通孔。
10.根据权利要求9所述的器件匹配的集成电路设计方法，其特征在于，当所述器件均由单位器件并联连接组成时，所述第一单位器件组中的单位器件沿所述金属引出线的方向依次对应的所述金属引出线的排列顺序为从左右两侧交替向所述金属引出线的中心线排列。
11.根据权利要求9所述的器件匹配的集成电路设计方法，其特征在于，当所述器件均由单位器件并联连接组成时，所述第一单位器件组中的单位器件沿所述金属引出线的方向依次对应的所述金属引出线的排列顺序为从所述金属引出线的中心线分别向左右两侧交替排列。
12.根据权利要求8所述的器件匹配的集成电路设计方法，其特征在于，所述单位器件串联连接时，还包括利用与所述金属引出线处于不同层次的金属连接线，依次串联连接所述单位器件，所述金属连接线与相应的所述金属引出线的交叉点处设置通孔。
13.根据权利要求8所述的器件匹配的集成电路设计方法，其特征在于，进一步包括 在所述单位器件上方覆盖一条与所述金属弓I出线处于同一层次的公共连接线。
14.根据权利要求8所述的器件匹配的集成电路设计方法，其特征在于，所述器件为有源器件或无源元件。
全文摘要
依据本发明的一种器件匹配的集成电路及其设计方法，将需要匹配的器件分为一定数目的单位器件，并通过镜像方法使其共质心的排布，并通过金属引出线和金属连接线以及它们之间的通孔进行连接，降低了掺杂浓度梯度，热扩散梯度、应力梯度等情况对器件匹配度的影响，克服了传统方法的不足。另外，通过将通孔近似共质心的分布使金属线上的寄生电阻相互匹配，进一步提高了匹配的精度；对器件公共端的连接方式的改进，进一步节省了版图的面积。另外，本发明的器件匹配的集成电路设计方法适用于多种器件，同时对于器件的个数没有限制，单位器件的连接只采用两层金属线，布线更加容易，降低了生产成本。
文档编号G06F17/50GK102339826SQ201110339650
公开日2012年2月1日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者程帅 申请人:杭州矽力杰半导体技术有限公司