用于电气元件的串联和并联组合的系统和方法
【专利说明】
[00011 本申请要求于2013年7月30日提交的临时申请第61/859,888号的优先权，通过引 用将其全部内容合并到本文中。
技术领域
[0002] 本发明总体上涉及电子电路的设计。更具体地，本发明涉及用于在半导体电路中 实现部件值的方法。
【背景技术】
[0003] 形成在半导体芯片或晶片上的半导体电路包括若干种类型的电路元件，其中，若 干种类型的电路元件包括例如电阻器、电容器、电感器、晶体管等。这些元件必须以下述方 式创建在半导体芯片上:元件的值或性能满足包括这些元件的电路的要求。
[0004] 任何半导体材料都具有某些特征，并且这些特征中的一些特征使得构造在半导体 上的元件将会具有某值，其中该值整体或部分地取决于元件占据的面积。从而，包括电阻 器、电容器和电感器的若干元件通常被创建成以下大小的几何形状:在给定半导体的特征 的情况下，该大小将会产生由期望电路设计规定的特定值。
[0005] 尤其，某些设计需要使用在值上任意不同但具有特定比率的元件。例如，为了实现 3.33的增益，可以在具有1000〇11111(〇)的电阻器以及3300〇的电阻器(或3.33千欧姆(1^〇) ; 1000 Ω = lk Ω )的所谓的虚拟接地配置中配置运算放大器。实现该配置的一个已知方式是 针对输入lkQ的电阻器使用具有给定宽度和长度的电阻器(半导体材料的表面电阻将确定 电阻器的面积），以及针对3.33kQ的反馈电阻使用具有相同宽度但长度为lkQ的电阻器的 长度的3.33倍的另一电阻器。
[0006] 然而，本领域技术人员将会认识到这样的构造的固有问题。例如，元件的物理尺寸 容易受到制造过程中的误差或变化的影响，这可能不能够可靠地或重复地使所确定的精确 尺寸产生电阻器的期望值。甚至上述示例中期望的lkQ和3.33kQ的电阻器的尺寸的小误 差也会导致其实际电阻的显著差异，并且更重要的是会导致它们之间的比率的显著差异。 虽然这样的尺寸误差可能看起来小，但是它们可能足以使得半导体芯片上的电路的准确度 或性能降低。
[0007] 更进一步地，当在半导体芯片上构造元件时，必须与材料进行连接。例如，为了在 芯片上构造多晶硅电阻器，在每端处必须有接触孔并且有时有不同的掺杂水平，以使金属 迹线实现良好接触。接触孔和相关特征引入了"端效应"，其中，"端效应"通常为与预期电阻 串联的多余的附加电阻，从而被添加到所设计的电阻值。该附加电阻通常在很大程度上依 赖于在芯片材料中切割接触孔的准确程度;该附加电阻也产生偏离期望值的差或误差，从 而产生高于预期值的电阻，并且由于不能精确地知道多余的端效应电阻，所以使得难以精 确地匹配不同的值。
[0008] 此外，假设期望构造具有1比3.33的比率的两个电阻器，其中，一个电阻器为lkQ， 另一个电阻器为3.33kΩ。即使电阻被构造成产生这些值的精确大小，如果"端效应"例如给 每个值增加了 100 Ω，则实际上1. lk Ω的电阻器与3.43k Ω的电阻器之间的比率变成3.118 而不是所期望的3.33，即近乎7%的误差。此外，这会显著地改变电路的期望性能。
[0009]这些问题使得难以在半导体芯片上实现具有精确值的元件，并且更具体地难以实 现具有其值之间的精确比率的多个元件。
[0010]美国专利第8,453,097号中提供了一种可能的解决方案(在下文中称为"该'097专 利"），该美国专利被共同转让给本申请的受让人。然而，在一些实施方式中，该'097专利的 方法考虑计算和存储标称相同阻抗元件的选择数目η的所有可能组合的所有值，这可能不 是期望的。因此，可能期望一种不需要这样的计算或存储的不同方法。
【发明内容】
[0011] 公开了一种用于生成标称相同的初始元件的复杂串联和/或并联组合以实现任意 非平凡复合值的方法和系统。像本文所公开那样构建的组合保持复合值与初始元件的值之 间的比率以高准确度保持成几乎恒定而与制造过程中的变化无关，以高准确度将复合值与 初始元件的值之间的比率，从而也将两个复合值之间的比率以高准确度保持成几乎恒定而 与制造过程中的变化无关。
[0012] -个实施方式公开了一种设计半导体电路部件的方法，该半导体电路部件具有任 意阻抗值并且被构造为重复的标称相同阻抗元件的组合，其中，每个阻抗元件为具有电阻 性阻抗的电阻器，或者每个阻抗元件为具有电感性阻抗的电感器，该方法包括:在计算装置 处接收部件的任意阻抗值来作为输入，并且将任意阻抗值设置成目标值;在计算装置处接 收要在部件中使用的重复的标称相同元件中的每个元件的标称阻抗值来作为输入;在计算 装置中将部件的初始值限定为零，并且将相同元件的组合限定为空集；由计算装置确定目 标值是大于标称阻抗值还是小于标称阻抗值;如果目标值大于标称阻抗值，则：由计算装置 确定阻抗元件的最大数目，其中，该最大数目的阻抗元件当被串联设置时具有小于目标值 的组合阻抗；由计算装置执行以下操作:将所确定的数目的阻抗元件以串联方式添加到相 同元件的组合，如果存在最近添加的相同元件，则将所确定的数目的阻抗元件连接至最近 添加的相同元件，以及计算部件的更新值；由计算装置通过从当前目标值中减去以串联方 式添加的阻抗元件的总阻抗来更新目标值;如果目标值小于标称阻抗值，则：由计算装置确 定阻抗元件的最大数目，其中，该最大数目的阻抗元件当被并联设置时具有大于目标值的 组合阻抗；由计算装置执行以下操作:将所确定的数目的阻抗元件以并联方式添加到相同 元件的组合，如果存在最近添加的相同元件，则将所确定的数目的阻抗元件连接至最近添 加的相同元件，以及计算部件的更新值；由计算装置通过确定阻抗值来更新目标值，该阻抗 值当被设置成与阻抗元件并联时将产生当前目标值；由计算装置确定部件的更新值是否在 任意阻抗的规定公差内，并且:如果部件的值不在规定公差内，则重复确定目标值是大于标 称电阻值还是小于标称电阻值的步骤以及随后的步骤;如果部件的值在规定公差内，则退 出该过程并且返回相同元件的组合来作为输出。
[0013] 另一实施方式公开了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储 介质上具有被体现的指令，指令用于使计算装置执行设计半导体电路部件的方法，半导体 电路部件具有任意阻抗值并且被构造为重复的标称相同阻抗元件的组合，其中，每个阻抗 元件为具有电阻性阻抗的电阻器，或者每个阻抗元件为具有电感性阻抗的电感器，该方法 包括:在计算装置处接收部件的任意阻抗值来作为输入，并且将该任意阻抗值设置成目标 值;在计算装置处接收要在部件中使用的重复的标称相同元件中的每个元件的标称阻抗值 来作为输入;在计算装置中将部件的初始值限定为零，并且将相同元件的组合限定为空集； 由计算装置确定目标值是大于标称阻抗值还是小于标称阻抗值;如果目标值大于标称阻抗 值，则：由计算装置确定阻抗元件的最大数目，其中，该最大数目的阻抗元件当被串联设置 时具有小于目标值的组合阻抗；由计算装置执行以下操作:将所确定的数目的阻抗元件以 串联方式添加到相同元件的组合，如果存在最近添加的相同元件，则将所确定的数目的阻 抗元件连接至最近添加的相同元件，以及计算部件的更新值；由计算装置通过从当前目标 值中减去以串联方式添加的阻抗元件的总阻抗来更新目标值;如果目标值小于标称阻抗 值，则：由计算装置确定阻抗元件的最大数目，其中，该最大数目的阻抗元件当被并联设置 时具有大于目标值的组合阻抗；由计算装置执行以下操作:将所确定的数目的阻抗元件以 并联方式添加到相同元件的组合，如果存在最近添加的相同元件，则将所确定的数目的阻 抗元件连接至最近添加的相同元件，以及计算部件的更新值；由计算装置通过确定阻抗值 来更新目标值，该阻抗值当被设置成与阻抗元件并联时将产生当前目标值；由计算装置确 定部件的更新值是否在任意阻抗的规定公差内，并且:如果部件的值不在规定公差内，则重 复确定目标值是大于标称电阻值还是小于标称电阻值的步骤以及随后的步骤;如果部件的 值在规定公差内，则退出该过程并且返回相同元件的组合来作为输出。
[0014] 又一实施方式公开了一种设计半导体电路部件的方法，该半导体电路部件具有任 意阻抗值并且被构造为重复的标称相同阻抗元件的组合，其中，每个阻抗元件为具有电容 性阻抗的电容器，该方法包括:在计算装置处接收部件的任意阻抗值来作为输入，并且将任 意阻抗值设置成目标值;在计算装置处接收要在部件中使用的重复的标称相同元件中的每 个元件的标称阻抗值来作为输入;在计算装置中将部件的初始值限定为零，并且将相同元 件的组合限定为空集；由计算装置确定目标值是大于标称阻抗值还是小于标称阻抗值;如 果目标值大于标称阻抗值，则：由计算装置确定阻抗元件的最大数目，其中，该最大数目的 阻抗元件当被并联设置时具有小于目标值的组合阻抗；由计算装置执行以下操作:将所确 定的数目的阻抗元件以并联方式添加到相同元件的组合，如果存在最近添加的相同元件， 则将所确定的数目的阻抗元件连接至最近添加的相同元件，以及计算部件的更新值；由计 算装置通过从当前目标值中减去以并联方式添加的阻抗元件的总阻抗来更新目标值;如果 目标值小于标称阻抗值，则：由计算装置确定阻抗元件的最大数目，其中，最大数目的阻抗 元件当被串联设置时具有大于目标值的组合阻抗；由计算装置执行以下操作:将所确定的 数目的阻抗元件以并联方式添加到相同元件的组合，如果存在最近添加的相同元件，则将 所确定的数目的阻抗元件连接至最近添加的相同元件，以及计算部件的更新值；由计算装 置通过确定阻抗值来更新目标值，该阻抗值当被设置成与阻抗元件串联时将产生当前目标 值；由计算装置确定部件的更新值是否在任意阻抗的规定公差内，并且:如果部件的值不在 规定公差内，则重复确定目标值是大于标称电阻值还是小于标称电阻值的步骤以及随后的 步骤;如果部件的值在规定公差内，则退出该过程并且返回相同元件的组合来作为输出。
【附图说明】
[0015] 图1示出了均具有相同标称值的七个电阻器的一个可能组合；
[0016] 图2是图示出使用以软件实现的本文所描述的递归算法的方法的一个可能实施方 式的流程图；
[0017] 图3至图9图示出根据一个实施方式中的递归算法的包括均具有相同标称值的若 干个电阻器的电阻元件的设计的各个点。
【具体实施方式】
[0018] 本申请描述了用于借助于递归算法生成标称相同的初始元件的复杂串联和/或并 联组合以实现任意复合值的方法和系统。通过使用这样的标称相同的初始元件，复合值与 初始元件的值之间的比率几乎保持恒定(从而两个复合值之间的比率也几乎保持恒定），而 与制造过程中的变化无关，从而该比率不依赖于使部件或标称元件为精确值的能力。使用 本文中所描述的技术，芯片设计师能够实现以下元件匹配的方法，该方法不依赖于在如上 制造中可能变化的元件的精确几何差异，而是仅依赖于它们的连接。
[0019] 在所述方法中，递归算法连续地添加一个或更多个标称相同的二端元件，以生成 标称元件的串