专利名称：集成电路的配电网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路，尤其是涉及一种具有用于减小集成电路上各种位置之间的芯片电压变化的配电网络的集成电路。
背景技术：
集成电路包括用于将功率供给提供在芯片上的各种电路元件的配电网络。配电网络包括电源总线和接地总线，电源总线将功率提供给电源元件，且接地总线接收(sinking)来自其的功率。
设计集成电路通常假设理想的电源可以立即提供任意量的电流，以在整个芯片上保持特定的电压。然而，事实上，集成电路受到集成电路上的不同位置具有不同电压水平的缺点的影响。集成电路上的电压水平变化导致电流穿过电阻元件流动，一般称为“IR降”。在集成电路上任一给定位置处的电压受到配电网络的电源总线和接地总线中IR降的影响，且电压降的量依赖于从电源和接地焊盘到集成电路上的各自位置的有效电阻。
越来越希望使集成电路设计的密度最大，结果是更窄的金属线宽导致了电阻增加，因此集成电路中电压降的量也增加了。
图1示出了用于集成电路的典型的配电网络，其中电源1连接到电源焊盘3和接地焊盘5上。配电网络包括电源总线7和接地总线9，用于将功率(Vpower)提供给集成电路的电路元件。将电源总线各段的电阻表示为分别具有电阻值R11、R12、R13和R14的电阻元件11、12、13、14。同样，将接地总线9各段的电阻表示为分别具有电阻值R21、R22、R23和R24的电阻元件21、22、23、24。示出了电源总线7和接地总线9以逻辑门31、32、33、34的形式将功率提供给电路元件。
可以看出，在每个逻辑门31、32、33、34与电源和接地焊盘3、5之间的有效电阻不同。例如，通过具有电阻R11的一段电源总线7和具有电阻R21的一段接地总线9，将功率提供给逻辑门31。相反，通过具有对应R11+R12+R13的电阻的一段电源总线和具有对应R21+R22+R23的电阻的一段接地总线，将功率提供给逻辑门33。
该电阻差导致分别在逻辑门31、32、33、34的电源引脚处提供的不同电压V1P至V4P。例如，在逻辑门32处的电压V2P在其电源引脚处不具有理想的电源电压VDD，这是因为该电压被沿着电源总线7的电阻R11和R12的累积效应降低了。
类似地，接地总线9上的IR降有效地增加了分别在逻辑门31、32、33、34处的接地电压V1G至V4G。最后的结果是每个逻辑门31、32、33、34都将具有不同的单独电压源。例如，逻辑门32两端的电压源将比逻辑门31两端的电压源小。类似地，由于逻辑门33和34处于更远离电源和接地焊盘3、5的事实，进一步降低了它们两端的电压，由此具有较大的IR降。
电压源的变化会改变集成电路中某些基本结构的延迟特性，其会导致一个逻辑门具有与另一个不同的延迟。该延迟变化会引起芯片时序问题。
US 4,748,494示出了一种减小集成电路上的电压变化的公知方法。在US 4,748,494中提议的解决方案具有需要多个分离的电源总线、且将电路元件分成电路元件组缺点，每组都具有专用的偏置电路。
本发明的目的在于提供一种具有配电网络的集成电路，其减小了集成电路上各个位置之间的芯片上电压变化，而没有以上提到的缺点。
发明内容
根据本发明，提供了一种具有配电网络的集成电路，该配电网络包括电源总线和接地总线，用于将来自各自电源和接地焊盘的功率提供给集成电路上的多个电路元件，其特征在于，配电网络包括多个去耦单元，用于在电源焊盘和接地焊盘之间提供静态电流，且其中配置配电网络，使得对于集成电路上的任一给定电路元件，在电源焊盘与所述电路元件之间、以及接地焊盘与所述电路元件之间的组合距离是恒定的。
为了更好的理解本发明以及更清楚地示出它如何实现，现在将借助例子进行参考附图，其中图1示出了用于集成电路的典型的配电网络；图2示出了图1的配电网络的部分；和图3示出了根据本发明优选实施例的配电网络。
具体实施例方式
图2示出了如以前在图1中论述的典型配电网络的一个分支。鉴于其他分支与配电网络的其余部分分离，来分析对于配电网络一个分支的电压降。以下等式对于这种分析是有效的VG1＝Vpower-ΔVΔV＝VR11+VR21VR11＝I1R11R=l.ρA]]>ΔV∝lR11+lR21lR11＝Δx+Δy其中VG1是逻辑门31两端的电压，Vpower是电源1，ΔV是电压降，R11/R12分别是电源总线和接地总线的电阻，以及Δx和Δy是电源和接地线的长度。
从以上可以看出，对于芯片上的每个点，电压降依赖于从电源焊盘3(即，VDD焊盘)到接地焊盘5(即，VSS焊盘)的导线的长度。
因此，对于如图1所示的常规的配电网络，对于集成电路上的不同位置电压降将是不同的，导致了在每个逻辑门31、32、33、34处可获得不同的电压。
图3示出了具有根据本发明的配电网络的集成电路51。配电网络包括电源焊盘53和接地焊盘55，其接收来自电源(未示出)的功率。电源焊盘53和接地焊盘55对角地设置在集成电路相对的角处。配电网络包括电源总线(67、69)和接地总线(71、73)，其将功率提供给集成电路51上的电路元件，如标准单元61a、61b或标准子块63。多个去耦单元65提供在配电网络上，用于提供电路元件所需的电流，由此保持了在电源焊盘53和接地焊盘55之间的静态电流。
电源总线包括连接到电源焊盘53上的垂直段67。垂直段67包括一个或多个水平段69，用于将功率提供给各个电路元件。以类似的方式，接地总线包括连接到接地焊盘55上的垂直段71，具有一个或多个水平段73，用于接收来自各个电路元件的功率。电源总线的水平段69与接地总线的水平段73交错以形成行75。将电路元件设置在行75内，使得电源总线连接到电路元件的一侧，而接地总线连接到另一侧。
配置配电网络，使得电源和各电路元件之间的电压降是恒定的，由此导致所有的电路元件受到相同电压的影响。
这通过这样的方式来实现，即，其中使电源总线和接地总线的组合长度对于集成电路上的所有门都是相同的。换句话说，随着离电源焊盘53的距离增加，离接地焊盘55的距离降低了互补的量。因此，对于集成电路上的任一点X、Y，电源总线(67、69)和接地总线(71、73)的总长度是恒定的。
由于电源总线和接地总线包括水平和垂直段，所以本发明将该问题转换成以下示出的等式。为了在整个集成电路上获得相同的电压降ΔV，从电源焊盘53和接地焊盘55到矩形XY之内可能的坐标XY的距离的所有单独的段总体上应当是恒定的。
因此，(xvdd-xG1)+(yvdd-yG1)+(xves-xG1)+(yvar-yG1)＝常数给定的矩形XY根据本发明，将电源和接地点对角地放置在矩形XY的相对的角处。以交错的叉形结构设置对各个单元的配电，以便固定每行的电源和地。这导致X或Y部分被固定。这还意味着，当观看集成电路的平面图时，在一侧连接电源，以及在另一侧接地。然后将这些连接扩展到矩形XY的相对的角上。
本发明提供了一种配电网络，其中所有的电路元件或门都具有从单元到电源焊盘相同的总距离。由于每个单元都具有从单元到电源焊盘的相同的总距离，所以其遵循每个单元都具有恒定的电压降，其导致芯片上电压较小的变化。
优选地，配电网络的去耦单元65是去耦电容器，其提供了由电路元件汲取的绝大部分(如果不是全部的话)的动态电流。使用去耦单元65能够实现在电源焊盘53和接地焊盘55之间将要提供的静态电流。优选地，去耦单元与集成电路上的其它标准单元一样高，由此能够实现将去耦单元65自动地放置在电路元件之间。注意到，某些电路元件例如倒装门，已具有在标准单元之内的电容，且因此不需要另外的去耦单元65。去耦单元的面积代价不高，是因为布局面积通常不如布线面积那么关键。
与以上描述的配电结构一起，使用去耦电容器65提供了一种其中减小了芯片上电压变化的集成电路。
虽然图3示出了将配电网络应用到集成电路的给定矩形段上，但注意到还可以在分层的基础上使用叉形结构。换句话说，可以在特定的位置使用较小的叉形结构，以便利用类似的配电网络在特定的位置之内分配该功率。这导致具有整个集成电路上较小的芯片上电压变化的配电网络。
注意到，虽然使用了包括水平和垂直段的交错叉形结构描述了优选的实施例，但对于本领域技术人员将显而易见的是，可以使用其它的结构，其提供了所希望的效果，例如设置为斜平行四边形或菱形型结构的配电网络，以便集成电路上的每个坐标都具有到电源和接地供给引脚的相同的总距离。同样，注意到假如保持所需的对称，则可以以其它的方式改变配电网络。此外，虽然配电网络示出了具有恒定宽度的电源总线和接地总线，但假如保持了对称则可以改变这些。例如，假如接地总线具有类似的垂直段71，其比水平段73更宽，则在电源总线中垂直段67可以比水平段69更宽。
在所附的权利要求的范围内的其它变形对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
权利要求
1.一种具有配电网络的集成电路(51)，该配电网络包括电源总线(67、69)和接地总线(71、73)，用于将来自相应的电源和接地焊盘(53、55)的功率提供给集成电路上的多个电路元件(61a、61b、63)，其特征在于，该配电网络包括多个去耦单元(65)，用于在电源焊盘(53)和接地焊盘(55)之间提供静态电流，且其中配置配电网络，使得对于集成电路上的任一给定电路元件，在电源焊盘与所述电路元件之间、以及在接地焊盘与所述电路元件之间的组合距离是恒定的。
2.如权利要求1中所要求的集成电路，其中配置配电网络，以便随着离电源焊盘(53)的任一给定电路元件的距离增加，离接地焊盘(55)的距离以互补的方式减小。
3.如权利要求1或2中所要求的集成电路，其中电源焊盘(53)和接地焊盘(55)对角地设置在集成电路的相对的角处。
4.如在前权利要求中任何一个所要求的集成电路，其中配电网络包括-电源总线，包括连接到电源焊盘(53)的垂直段(67)，和连接到垂直段(67)的一个或多个水平段(69)；-接地总线，包括连接到接地焊盘(55)的垂直段(71)，和连接到垂直段(71)的一个或多个水平段(73)，其中电源总线的垂直段设置为与接地总线的垂直段平行，以便电源总线的一个或多个水平段(69)与接地总线的一个或多个水平段(73)交错。
5.如权利要求4中所要求的集成电路，其中电源总线的水平段(69)和接地总线的水平段(73)形成用于给一个或多个电路元件供电的行(75)。
6.如权利要求5中所要求的集成电路，其中一个或多个电路元件设置在电源总线的水平段(69)和接地总线的水平段(73)之间。
7.如在前权利要求中任何一个所要求的集成电路，其中去耦单元(65)包括去耦电容器。
8.如权利要求7中所要求的集成电路，其中配置去耦单元，以便与电路元件一样的高度。
9.如权利要求8中所要求的集成电路，其中去耦单元设置在集成电路上的电路元件之间。
10.如在前权利要求中任何一个所要求的集成电路，其中配电网络包括具有相同结构的一个或多个较小的配电网络。
全文摘要
一种集成电路(51)包括配电网络，该配电网络具有对角地设置在集成电路(15)相对的角处的电源焊盘(53)和接地焊盘(55)。电源总线(67、69)和接地总线(71、73)将功率提供给集成电路上的电路元件，例如标准单元(61a、61b)或标准子块(63)。多个去耦单元(65)提供在配电网络上，用于保持电源焊盘(53)和接地焊盘(55)之间的静态电流。配置电源总线和接地总线，以便使电源总线和接地总线的组合长度对于集成电路上的所有电路元件相同，由此减小了芯片上电压变化。
文档编号H01L23/522GK1802745SQ200480016111
公开日2006年7月12日 申请日期2004年6月1日 优先权日2003年6月11日
发明者A·W·P·G·G·瓦亚斯森 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司