[发明专利]D/A转换器电流源阵列的版图排列结构及其排布方法

说明书

技术领域

本发明涉及D/A转换器，具体涉及D/A转换器电流源阵列的排列结构及其排布方法。

 

背景技术

现代通信系统，网络技术的高速发展，迫切需求高分辨率，高采样率的D/A转换器（DAC）。分段式电流舵DAC是实现高速转换的最理想也是应用最广泛的结构，作为其核心部分的电流源阵列的设计将直接影响到整个DAC的工作性能。

随着电流舵DAC输出位权重的增加，需要的电流源数目，阵列面积也随之变大，阵列不同区域受到的工艺误差和温度场误差也就越明显，当数字输入代码从全0递增到全1，电流源依次打开，梯度误差和温度场误差会不断积累，最终会严重影响DAC性能。对电流舵DAC而言，积分非线性误差（INL）是由电流源的匹配性质决定，INL是表征制造工艺与DAC规格之间关系的一个重要指标。所以在分段式DAC的电流源版图设计中，主要考虑版图对INL的影响。

电流源匹配误差在版图设计中主要表现为：

1、随机匹配误差，随机误差是由匹配特性决定，取决于单位电流源的尺寸，通常尽可能增加单位电流源管子的尺寸以降低随机匹配误差给电路带来的不利影响，但同时会让电流源阵列具有较大的面积。随着DAC精度的提高，电流源增多，面积随之增大，阵列中的梯度误差及温度场误差也会变得更加明显，需要通过优化各电流源的排布顺序，来弥补梯度误差造成的非线性以及温度场误差的影响。

2、两维的梯度误差，即X方向和Y方向的梯度误差，且具有线性特性。在电流源阵列中，由于各单元、器件之间通过金属连接，金属连线存在电阻，沿着电源线方向，电压存在一个梯度的变化，这个电压梯度变化就会导致电流源电流产生梯度误差。（如图1所示）             

3、温度场误差，芯片工作会散发热量，使得芯片上的温度以某一点为中心向四周逐渐降低，导致芯片各个电流源有一定的温度场误差，对大面积的电流源阵列而言，尤其明显。（如图2所示）要减少此种误差的影响，需要各单元中心对称分布，温度场误差也称为对称误差。

电流源矩阵版图设计的焦点问题是，为了保证DAC具有较好的线性度，需要通过一些特定的排列组合方式尽量减少随机误差，抵消两维的梯度误差以及温度场误差。

常规排布法分为行列式排布法和随机分布法，随机分布法需要编写一种平衡各单元随机分布误差的算法进行单元布局（如国外用到的Q² Random Walk），以使电流源分布误差恰好抵消，但工作量太大，且算法编写较为复杂，尤其是布局完成后的连线通常需要特定工具进行布线以达到各信号支路寄生电阻电容的精确匹配。

对大多数DAC电流源阵列版图设计而言，行列式排布法是最普遍采用的办法，梯度偏差被平均到X和Y两个方向，在行列两个方向上分别优化电流源开关的顺序，是一种非常简单且有效的办法。

电流源阵列内各最高有效位（MSB）单元采用温度计式编码结构，由大量的电流源单元组成，根据温度计编码原理，每一个输入位的误差与更高输出位有叠加效果，各单元需做精确的相互匹配，按常规行列式分布法，采用单向对角线进行分布于阵列，最低有效位（LSB）采用二进制编码，这种编码方式不像温度计编码那样要求每一个输入位与其他输入位需有精确的匹配要求，通常将其位居阵列中心或边缘。(如图3所示)        

图3为常规分布法举例，其中1~8表示MSB电流源，8为伪电流源，LSB表示LSB电流源，每个电流源有8个电流源单元。各单元采用对角线分布，可以抵消掉X和Y方向线性梯度误差的影响，但应用于较大面积的电流源阵列中时，有如下问题出现：

a.  随着LSB数量，面积的增大，电流源布局带来的梯度误差，温度场误差愈加明显。

b.  对大规模分布的MSB电流源而言，对角线的单向性会让阵列对称性不佳，由此导致温度场误差的出现。

 

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种D/A转换器电流源阵列的版图排布结构及其排布方法，本发明首先将MSB电流源、LSB电流源进行共同匹配考虑，将其集成在一起进行中心双对角线对称分布，MSB的奇数列和偶数列按相反方向的对角线分布，可使LSB、MSB梯度误差完全抵消，同时让MSB各部分关于中心对称，减少温度场误差对MSB的影响，同时本发明将LSB电流源在对角线上进行中心对称分布，可有效减少LSB的温度场误差，解决了现有技术中存在的技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：