开关芯片及包含其的电子装置的制作方法

1.本实用新型属于集成电路设计制造技术领域，具体地涉及一种开关芯片及包含其的电子装置。


背景技术：

2.随着数字集成电路与模拟集成电路技术的快速发展，模拟开关芯片作为模拟信号与数字信号之间的桥梁，其应用日趋广泛，并越来越受到人们地重视。
3.在数据处理领域，数据无论从中央处理/控制单元到执行终端，还是从各种执行终端到中央处理/控制单元，都需要通过模拟开关来建立中央处理/控制单元和执行终端之间的桥梁；模拟仪表为了取得高精度的测量结果，需要用到高性能的模拟开关；在各种移动通信装置中，需要采用模拟开关对音频或视频信号进行模拟信号与数字信号之间转换；模拟开关还广泛应用于采样保持电路、信号的多路传输系统、n通路的滤波器等电路中。
4.理想的模拟开关，其导通电阻和开关延迟时间为零，而现实中的模拟开关是不可能达到这种要求的，但是为了尽可能地减小导通电阻和开关延迟时间，人们在不断探索不同的途径，研发各种技术手段以最大可能地满足这一应用需求。
5.随着对移动、便携电子装置小型化、轻型化地要求，需要模拟开关芯片的尺寸越来越小，这就要求在确保器件功能和可靠性地前提下，在有限的芯片面积内，对电路各功能模块根据各自地特点和连接关系以及信号传输路径进行科学合理的布局，以满足市场对开关芯片的要求。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种开关芯片及包含其的电子装置，通过对芯片版图的合理布局，优化了芯片内部结构，缩小了芯片尺寸，减小了导通电阻和开关延迟时间，同时降低了生产制造成本。
7.为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
8.本实用新型第一方面提供了一种开关芯片，开关芯片的版图结构包括位于版图边缘的第一版图区，以及被第一版图区所环绕的第二版图区、第三版图区、第四版图区和第五版图区；其中，
9.第一版图区的内周具有相对的第一边和第二边，第一版图区包括控制信号端口、至少一组数据输入端口和至少一个数据输出端口，每组数据输出端口对应一个数据输出端口；
10.第二版图区，与第一边相邻设置，用以接收经控制信号端口输入的信号，并对信号进行调整；
11.第三版图区，与第二版图区相邻设置，用以接收由第二版图区调整过的信号，并对接收到的信号进行电平转换；
12.第四版图区，设置在第三版图区远离第二版图区的区域，用以接收经第三版图区
电平转换后的信号，并对信号进行译码，产生控制信号；
13.第五版图区，设置在第四版图区与第二边之间，用以接收经第四版图区译码后的控制信号，并根据控制信号选择性地控制每组数据输入端口中的一个数据输入端口以及对应的数据输出端口之间导通。
14.在一种可能地实现方式中，第一版图区为输入输出端口版图区；第一版图区还包括保护电路和电源端口，保护电路分别连接电源端口、数据输入端口和数据输出端口。
15.在一种可能地实现方式中，第二版图区为输入电路版图区，包括输入级电路和缓冲级电路，输入级电路接收第一版图区的控制信号端口输出的信号；缓冲级电路与输入级电路电连接。
16.在一种可能地实现方式中，第三版图区为电平变换版图区，包括电平转换电路，电平转换电路用以接收第二版图区调整过的信号并进行电平转换。
17.在一种可能地实现方式中，第四版图区为器件逻辑版图区，包括译码器电路和驱动级电路，
18.译码器电路接收经第三版图区电平转换后的信号并进行译码，将译码后的控制信号通过驱动级电路输出。
19.在一种可能地实现方式中，第五版图区为传输通道版图区，包括传输通道电路，
20.传输通道电路接收经第四版图区译码后的控制信号，根据该控制信号控制传输通道电路的开启或关断，其中传输通道电路开启时，相应的数据输入端口和数据输出端口导通，传输通道电路关断时，相应的数据输入端口和数据输出端口截止。
21.在一种可能地实现方式中，第五版图区包括两部分，两部分第五版图区被第四版图区所间隔；
22.每部分第五版图区包括nmos晶体管和pmos晶体管，nmos晶体管和pmos晶体管组成互补传输通道。
23.在一种可能地实现方式中，第二版图区与第一版图区之间的间隔距离为40μm至60μm；
24.第三版图区与第二版图区之间的间隔距离为20μm至40μm；
25.第四版图区分别与第五版图区和第三版图区之间的间隔距离为30μm至50μm。
26.在一种可能地实现方式中，第二版图区、第三版图区、第四版图区和第五版图区均包括mos器件，每个mos器件均设有衬底隔离环。
27.本实用新型第二方面提供一种电子装置，该电子装置包括如第一方面所提供的开关芯片。
28.本实用新型提供的开关芯片，通过对开关芯片的版图进行合理布局，使各版图区域沿信号传输方向布局(“信号传输方向”是指信号沿一个方向进行传输，而在信号在传输的过程中不出现交错、返回和/或回绕)，使版图布局更加优化，不仅便于布线以避免信号干扰，减小导通电阻和开关延迟时间，而且缩小了芯片尺寸，从而能够降低芯片的制造成本。
附图说明
29.下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其它有益效果显而易见。
30.图1是本实用新型提供的一种开关芯片的版图示意图；
31.图2是本实用新型提供的另一种开关芯片的版图示意图；
32.图3是本实用新型提供的一种开关芯片的信号传输的示意图，图中箭头代表信号传输方向；
33.图4是本实用新型的三路二选一模拟开关电路示意图，图中箭头代表信号传输方向。
34.附图标记：
35.1、第一版图区；2、第二版图区；3、第三版图区；4、第四版图区；5、第五版图区；51、第五版图区第一部分；52、第五版图区第二部分；6、保护电路；7、输入级电路；8、缓冲级电路；9、电平转换电路；10、译码器电路；11、驱动级电路；12、传输通道电路；13、第一边；14、第二边。
具体实施方式
36.为更进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及其效果，以下结合本实用新型的优选实施例及其附图进行详细描述。
37.为了应对电子装置的尺寸越来越小的发展趋势，需要设计小尺寸的模拟开关芯片(下文将模拟开关芯片称为芯片)，小尺寸的芯片可以为电子装置节省空间，以便电子装置的小型化，还可以利用节省的空间加装其它部件。
38.芯片的版图布局对芯片的尺寸有着较大的影响，合理的版图布局，可以在不影响芯片原有性能的前提下减少芯片的尺寸，甚至还可以提高芯片地性能。因此，本实用新型对芯片的版图进行了优化设计，大体而言，是沿信号单向传输顺序设置各版图的位置和布局，以避免信号产生回路，减小导通电阻和开关延迟时间，提高了芯片的可靠性。
39.如图1至图4所示，将该开关芯片的版图包括五个版图区，分别为第一版图区1、第一版图区2、第三版图区3、第四版图区4和第五版图区5。
40.其中，第一版图区1为输入输出端口版图区，可包括电源端口、控制信号端口、数据输入端口和数据输出端口，上述端口具体可以是设置在版图边缘区域的pad(焊盘)。当然对于不同类型的端口，对应的pad可以根据其功能设置在适宜的位置，以方便外部信号的输入以及与其它版图之间传输相应的信号。
41.第一版图区1设置在版图的周边，第一版图区1环绕第一版图区2、第三版图区3、第四版图区4和第五版图区5，以便于与外部电路连接而实现输入/输出功能。如图1和图2所示，本实施例中，为方便说明，将第一版图区1内周的四个边中，最右侧的边记为第一边13，最左侧的边记为第二边14。当然，若将图1和图2中的版图左右颠倒，则第一边13和第二边14也相应改变，即第一边13位于最左侧。
42.需要说明的是，第一版图区1的环绕结构理解为可包括闭合结构和非闭合结构，闭合结构为第一版图区1周向闭合的设置于版图边沿，非闭合接口为第一版图区1周向，且至少有一个断开的缺口，比如该断开的缺口处未设置pad，而其余区域分布有多个pad。
43.电源端口用以连接电源，为开关芯片供电。控制信号端口用于连接外部电路和第一版图区2，以将外部的信号输出至第一版图区2。数据输入端口用以接收外部电路向芯片输入的信号，数据输出端口用以在该开关芯片的传输通道处于开启状态时，将需要传输的
信号输出给外部电路，通过数据输入端口与数据输出端口建立芯片与外部电路的信号传输通道。本实施例中，第一版图区1包括至少一组数据输入端口和至少一个数据输出端口，每组数据输入端口均对应一个数据输出端口，比如对于“三路二选一”的开关电路，第一版图区1包括三组数据输入端口和三个数据输出端口，且每组数据输入端口有两个数据输入端口。再比如对于“一路二选一”的开关电路，第一版图区1包括一组共两个数据输入端口和一个数据输出端口。
44.进一步地，第一版图区1还可以设有保护电路6，保护电路6起到保护芯片中的电路免于静电和浪涌损坏的作用。本实施例中，保护电路6具体可为esd(electro static discharge，静电释放)保护电路。保护电路6可根据实际需要连接电源端口、数据输入端口和数据输出端口，以便对芯片形成保护。
45.第一版图区2为输入电路版图区，被第一版图区1所环绕，与第一版图区1的第一边13相邻设置，接收经第一版图区1的控制信号端口输出的信号，并对接收的信号进行调整，比如对信号进行稳定和缓冲，为后续电路进行信号的同步处理，使调整后的信号满足后级电路的要求。
46.第一版图区2、即输入电路版图区具体可包括输入级电路7和缓冲级电路8。
47.输入级电路7接收由第一版图区1的控制信号端口输入的信号，并对输入信号的噪声进行调整，例如，输入级电路7可为反相器。缓冲级电路8接收由输入级电路7输出的信号，并对此信号进行处理，以满足后级电路的要求，缓冲级电路8具体可包括多个串联的反相器。
48.本实用新型将缓冲级电路8设置在输入级电路7的输出端附近。还可以根据需要将输入级电路7和缓冲级电路8分设成两个版图区域。
49.第三版图区3可为电平转换版图区，接收由第一版图区2输出的调整后的信号，并对接收到的信号进行电平转换。第三版图区3被第一版图区1所环绕，且与第一版图区2相邻设置，远离第一版图区1的第一边13。即第一版图区2设置在第一版图区1的第一边13与第三版图区3之间。
50.第三版图区3，即电平转换版图区可包括电平转换电路9，电平转换电路9接收经第一版图区2处理过的信号，对接收到的信号进行电平转换，使得转换后的信号的电压域满足第四版图区4的要求。
51.第四版图区4为器件逻辑版图区，接收由第三版图区3输出的信号，对信号进行译码。第四版图区4也被第一版图区1所环绕，并与第三版图区3相邻设置，且设置在第三版图区3远离第一版图区2的区域，即第四版图区4邻近第一版图区1的第二边14设置，而第三版图区3第一版图区2相对远离第一版图区1的第二边14。
52.第四版图区4即器件逻辑版图区，具体可包括译码器电路10和驱动级电路11。其中，译码器电路10接收由第三版图区3输出的信号并进行译码，在译码完成后输出给驱动级电路11。驱动级电路11对译码后的信号进行处理，以满足后级电路对电平或驱动能力的要求。本实施例中，译码器电路10和驱动级电路11可分别设置在两个版图区域，即第四版图区4可进一步分成两个区，一个区对应于译码器电路10，另一个区对应于驱动级电路11。
53.第五版图区5为传输通道版图区，可包括传输通道电路12，传输通道电路12与第四版图区4相邻地设置并被第一版图区1所环绕，接收由驱动级电路11输出的控制信号，该控
制信号控制传输通道电路12的开启或关断，传输通道电路12开启时，相应的数据输入/输出端口导通，传输通道电路12关断时，相应的数据输入/输出端口截止。具体而言，控制信号控制选择性地控制每组数据输入端口中的一个数据输入端口以及对应的数据输出端口之间导通，而每组数据输入端口中的其余数据输入端口以及对应的数据输出端口关断。比如对于“三路二选一”的开关电路，每路都设有两个数据输入端口，控制信号可以使每路中的一个数据输入端口与数据输出端口间的传输通道导通，而每路中的另一个数据输出端口与数据输出端口间的传输通道关断。当然，对于其他规格的芯片，比如四路二选一模拟开关、一路二选一模拟开关等，上述工作原理基本相同，不赘述。
54.第五版图区5设置在第四版图区4远离第三版图区3的方向，以便在芯片中形成单向传输，确保信号在传输的过程中不出现交错、返回和/或回绕。
55.第五版图区5可根据需要设置成一个或多个版图区，比如图2中，第五版图区5的数量为一个；或者如图1所示，第五版图区5也可成两个版图区，为了方便理解和区分，分别称作第五版图区第一部分51和第五版图区第二部分52，二者之间以第四版图区4分隔，比如第五版图区第一部分51和第五版图区第二部分52相对设置。比如图1中的左侧上方可为第五版图区第一部分51，左侧下方可为第五版图区第二部分52。其中，第五版图区第一部分51和第五版图区第二部分52的传输通道电路12均可包括nmos晶体管和pmos晶体管；nmos晶体管和pmos晶体管组成互补传输通道，即cmos传输门。
56.第五版图区第一部分51和第五版图区第二部分52均与第一版图区1的数据输入端口和数据输出端口连接。比如对于“三路二选一”开关芯片，第五版图区5连接三路数据输入端口和数据输出端口，其中，每路包括两个数据输入端口和一个数据输出端口。
57.本实用新型实施例，从输入到输出，信号依次经过第一版图区1、第一版图区2、第三版图区3、第四版图区4、第五版图区5，由于信号传输过程中，没有交错回绕，有效地降低信号在传输中的延迟和干扰，此外还能够满足设计规则和工艺制作要求。
58.不难理解，上述各相邻版图区之间应隔离预定距离。若间隔距离太大，不利于实现芯片小型化，反倒造成了尺寸的浪费，而间隔距离过小，不仅不利于布线，而且还可能会造成相邻版图区间电路之间的干扰。
59.在具体实施过程中，第一版图区2与第一版图区1之间的间隔距离为40μm至60μm，优选45μm；第三版图区3与第一版图区2之间的间隔距离为20μm至40μm，优选25μm；第四版图区4分别与第五版图区5和第三版图区3之间的间隔距离为30μm至50μm，优选45μm。通过上述设置，最大限度地减小芯片面积，同时有效避免了各个版图区内的电子元器件以及电路之间的干扰或串扰。
60.需要说明的是：尽管在上文中提到了通过间隔将各个版图区间隔开，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，版图区之间的电路以及端口可以通过金属布线建立电气连接，从而实现开关芯片的功能。
61.在前述基础上，第一版图区2、第三版图区3、第四版图区4和第五版图区5的电路均可包括mos(金属氧化物半导体场效应晶体管)器件，每个mos器件的周围，均可设计有衬底隔离环，有效减小器件寄生效应，增强器件抗闩锁能力，提高器件可靠性。
62.结合图3和图4，对于三路二选一模拟开关电路的芯片，若第五版图区5为两个版图区，第五版图区第一部分51和第五版图区第二部分52均可包括三个nmos晶体管和三个pmos
晶体管；一个nmos晶体管和一个pmos晶体管组成一路互补传输通道，即cmos传输门，形成共计六路传输通道。
63.在信号传输过程中，来自于外部的信号依次经过第一版图区1的控制信号端口、保护电路6、输入级电路7、缓冲级电路8、电平转换电路9、译码器电路10和驱动级电路11到达第五版图区5的传输通道电路12，两个第五版图区5中每个第五版图区5可包括三路传输通道。
64.由译码器电路10选择两个驱动级电路11(第四版图区4包括两个驱动级电路11)中的一个，再由被选中的驱动级电路11控制与其连接的第五版图区5中的一路传输通道电路12开启，相应的s端(s端为传输通道信号输入端)信号传输到d端(d端为传输通道信号输出端)。即为三路二选一模拟开关电路的芯片工作方式。两个s端在不同的时间将信号传输到d端，利用不同的传输通道进行信号地传输。
65.需要说明的是，本示例选用三路二选一模拟开关电路的芯片进行示例性地说明，但不限于三路二选一模拟开关电路，例如，可以根据实际需要，扩展为任意多路二选一开关电路。
66.本实用新型还提供一种电子装置，电子装置包括上述的开关芯片。
67.带有上述开关芯片的电子装置例如可以是信号切换装置、采样电路装置等。
68.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。