用于大量制造的管芯上可微调无源部件的制作方法
【专利摘要】说明的是一种用以微调管芯上无源部件的装置。所述装置包括：电阻器-电容器（RC）控制振荡器，其独立于一阶的晶体管速度依赖性，其中，RC控制振荡器包括一个或多个具有可编程的电阻和电容的电阻器和电容器，并且其中，所述RC控制振荡器用于产生输出信号，所述输出信号的频率实质上依赖于可编程电阻和电容的值；以及可微调电阻器或电容器，所述可微调电阻器或电容器能够进行操作以被微调，从而根据与RC控制振荡器的可编程电阻和电容相关的编程码来补偿工艺变化。
【专利说明】用于大量制造的管芯上可微调无源部件
[0001] 优先权的要求
[0002] 本申请要求于2013年3月15日提交的标题为"Integrated Voltage Regulators" 的美国临时申请61,799, 833和于2013年3月31日提交的标题为"On-Chip Compensator for an Integrated Voltage Regulator"的美国临时申请61，829, 992的优先权，通过引用 的方式将其整体并入本申请中。
【背景技术】
[0003] 为了大量制造诸如稳压器（VR)之类的复杂的模拟部件，在器件和无源部件上的硅 工艺变化的情况下，希望传递恒定的性能。无源部件包括电感器、电阻器和电容器。这些无 源部件在同一晶圆的多个管芯上的特性有所不同。例如，无源电阻器的电阻在不同管芯之 间可以改变4倍。这种变化对这些复杂的模拟电路的性能存在负面影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0004] 根据以下给出的详细说明以及根据本公开内容的多个实施例的附图，将更充分地 理解本公开内容的实施例，然而，它们不应当用来将本公开内容局限于特定实施例，而仅用 于解释和理解。
[0005] 图1A是根据本公开内容的一个实施例的用于为可微调无源器件确定微调码的RC (电阻器一电容器）控制振荡器。
[0006] 图1B是根据本公开内容的一个实施例的具有由RC控制振荡器产生的波形的曲线 图，所述RC控制振荡器用于为可微调无源器件确定微调码。
[0007] 图1C示出了根据本公开内容的一个实施例如何将能够精细调节的二进制电容器 用于选择预期的电容而不论工艺如何变化。
[0008] 图2是根据本公开内容的一个实施例的具有可微调电阻器单位单元的电阻器。
[0009] 图3是根据本公开内容的另一个实施例的可微调电阻器。
[0010] 图4是根据本公开内容的一个实施例的具有可编程电阻的可微调电阻器。
[0011] 图5是根据本公开内容的一个实施例的具有可编程电容的可微调电容器。
[0012] 图6是根据本公开内容的一个实施例的用于对无源器件进行微调的流程图。
[0013] 图7是根据本公开内容的一个实施例的RC配置流程，所述流程采用查找表（LUT) 和/或公式以使用来自图1A的RC控制振荡器的代码来微调电路的电容器和电阻器(例如， 稳压器的补偿器)。
[0014] 图8是根据一个实施例的具有使用图7的RC配置流程而被微调的可微调无源器 件的补偿器。
[0015] 图9是根据本公开内容的一个实施例的具有可微调无源器件的智能设备或计算 机系统或SoC (片上系统)，以及用于对无源器件进行微调的装置/方法。
【具体实施方式】
[0016] 为了在存在硅工艺变化的情况下保持具有公知性能等级的电路动态可编程，描述 了用以使得无源部件性能标准化方法和装置。实施例描述了方法和装置，用以使用RC无源 部件微调的创新方案来实施具有标准化的管芯到管芯性能的可编程无源部件，其中，"R"是 电阻，"C"是电容。
[0017] 根据一个实施例，为了在存在硅工艺变化的情况下提供恒定的性能，其中R和C都 可以改变多达+/-40 %，使用可微调无源元件构建用于模拟电路(例如稳压器）中的无源元 件。在一个实施例中，可以将R和C的值微调为标准化的RC乘积。在一个实施例中，在电 路必须额外保持以可变但标准化的时间常数而能够编程的能力的情况下，那些电路能够以 独立于微调设定的方式来选择无源器件值，所述微调设定使得管芯间的无源器件的值归一 化。
[0018] 例如，额定指标为10ΚΩ的电阻器在同一或不同晶圆中的管芯之间可以最终呈现 6ΚΩ或14ΚΩ的电阻。在一个实施例中，以可以从额定值添加或扣除的段来实现电阻器。 在一个实施例中，取决于最终电阻值需要增大还是减小，电阻器的微调设定配置对电阻器 添加或扣除的段的数量。在一个实施例中，电阻器值可以从〇. 6x变化到1. 4x的典型工艺 值。
[0019] 在一个实施例中，以能够被微调的值来构建电容器。分配以微调电阻器和电容器 的比特数量取决于所需的修正精度。在一个实施例中，总共4比特用于微调无源器件。在 其他实施例中，可以将其他数量的比特用于微调无源器件。
[0020] 在一个实施例中，为了找到修正工艺变化所需的微调设定，使用了 RC控制振荡 器。由用于所用无源器件的典型工艺值的设计获知了这个振荡器的振荡频率。在一个实施 例中，通过将这个振荡器的振荡频率于外部频率参考相比较来确定微调设定。在一个实施 例中，振荡器开关频率由RC乘积绝对值来设定，并随着微调设定改变而增大和/或减小。在 一个实施例中，微调FSM (有限状态机）通过无源元件的微调输入设定步进，直到其频率与 参考频率源(例如100MHz)匹配。
[0021] 在以下说明中，论述了多个细节，以便提供对本公开内容的实施例的更透彻的解 释。但对于本领域技术人员来说，显然，可以在无需这些具体细节的情况下实现本公开内容 的实施例。在其他实例中，以框图形式而不是详细地显示了公知的结构和设备，以避免使得 本公开内容的实施例模糊不清。
[0022] 应当注意，在实施例的相应附图中，将信号表示为线。一些线可以较粗，用以指示 更多的组成信号路径，和/或在一个端或多个端具有箭头，用以指示主要信息流方向。这种 指示并非旨在是限制性的。相反，结合一个或多个示例性实施例来使用线以便易于理解电 路或逻辑单元。按照设计需要或优选方式所规定的那样，任何所示的信号实际上都可以包 括一个或多个信号，其可以在任意方向上传输，并可以用任何适合类型的信号方案来实施。
[0023] 在说明书和权利要求书全文中，术语"连接"表示在相连事物之间的直接电连接， 没有任何中间器件。术语"耦合"表示在相连事物之间的直接电连接，或者通过一个或多个 无源或有源中间器件的间接连接。术语"电路"表示一个或多个无源和/或有源部件，将其 设置为彼此协作，以提供预期的功能。术语"信号"表示电流信号、电压信号或数据/时钟 信号中的至少一个。"一"和"所述"的意思包括复数引用。"在……中"的意思包括"在…… 中"和"在……上"。
[0024] 术语"缩放"通常指代将设计(方案和布局）从一个工艺技术转变为另一个工艺技 术。术语"缩放"通常还指代在相同技术节点内缩小布局和器件的尺寸。术语"缩放"还可 以指代相对于另一个参数，例如电源电平，调整(例如减慢）信号频率。术语"基本上"、"接 近于"、"大约"、"附近"、和"约"通常指代在目标值的+/-20%内。
[0025] 除非另有指明，使用序数词"第一"、"第二"、和"第三"等来说明共同的对象，仅仅 指示指代了相似对象的不同实例，并非旨在暗示如此说明的对象必须在时间、空间、排序或 任何其他方式上处于给定的顺序。
[0026] 对实施例而言，晶体管是金属氧化物半导体(M0S)晶体管，其包括漏极、源极、栅极 和体端。晶体管还包括三栅极和FinFet晶体管、全环栅圆柱形晶体管或实现了晶体管功能 的其他器件，如碳纳米管或自旋电子器件。源极和漏极端可以是相同的端子，本文中可互换 地使用。本领域技术人员会意识到，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以使用其他晶 体管，例如双极结型晶体管一BJT PNP/NPN、BiCMOS、CMOS、eFET等。术语"MN"指示η型晶 体管(例如，NM〇S、NPN BJT等)，术语"ΜΡ"指示ρ型晶体管(例如，PM0S、PNT BJT等)。
[0027] 图1A是根据本公开内容的一个实施例的用于为可微调无源器件确定微调码的RC 控制振荡器100。在一个实施例中，RC控制振荡器100与晶体管速度和工艺变化无关，即振 荡器频率基本上由无源器件的R和C来确定。例如，用于RC控制振荡器100中的晶体管对 晶体管速度贡献为〇或基本为〇的一阶依赖性。RC控制振荡器100是一个此类振荡器的 实例。通过将无源器件（R和C)与晶体管耦合，可以使用具有对晶体管速度为0或基本为0 的一阶依赖性的其他振荡器。
[0028] 在一个实施例中，RC控制振荡器100包括可变电容器C1，可变电阻器Rl、R2和R3， 反相器invl、inv2、inv3、inv4、inv5和inv6。在一个实施例中，为了 RC控制振荡器100振 荡，在节点Vx上的电压达到反相器invl的跳变点。在一个实施例中，Rl=Rt. k、R2=Rt. (1-k) 且R3=Rs。在一个实施例中，对于100MHz的振荡频率，Cl=3. 12pF，k=0.778, Rs=2277Q， Rt=16025 Ω。在其他实施例中，可以将其他值用于实现目标振荡器频率。
[0029] 在一个实施例中，RC控制振荡器100中的每一个或一些无源器件是可微调的。在 该实例中，将7比特用于微调电容器C1。在一个实施例中，节点Vo提供RC控制振荡器100 的输出。在一个实施例中，RC控制振荡器100的RC时间常数确定振荡频率，其中，RC时间 常数与R1、R2、R3和C1的电阻和电容直接相关。在一个实施例中，为了 RC控制振荡器100 的预期目标振荡频率，微调(针对工艺变化)电阻器和电容器。在一个实施例中，微调比特用 于确定用于微调管芯中的其他无源器件的编程码。
[0030] 图1B是根据本公开内容的一个实施例的具有由RC控制振荡器100产生的波形的 曲线图120,所述RC控制振荡器100用于为可微调无源器件确定微调码的。应当指出，图 1B的具有与任何其他附图的元件相同的参考标记(或名称）的那些元件可以以类似于所说 明的任何方式操作或运行，但不限于此。
[0031] X轴是时间，y轴是电压。曲线图120显示了两个波形，在节点Vx和Vo上的电压。 在曲线图120的右侧显示了一部分RC控制振荡器100。V INV表示反相器invl的跳变点。如 参考图 1 论述的，Rl=Rt. k、R2=Rt. (1-k)且 R3=Rs，其中：
[0032] 0〈k〈l
[0033]
【权利要求】
1. 一种装置，包括： 电阻器-电容器（RC)控制振荡器，所述电阻器-电容器（RC)控制振荡器独立于一阶的 晶体管速度依赖性，其中，所述RC控制振荡器包括一个或多个具有可编程的电阻和电容的 电阻器和电容器，并且其中，所述RC控制振荡器用于产生输出信号，所述输出信号具有实 质上依赖于所述可编程的电阻和电容的值的频率；以及 可微调电阻器或电容器，所述可微调电阻器或电容器能够进行操作以被微调，从而根 据与所述RC控制振荡器的所述可编程的电阻和电容相关的编程码来补偿工艺变化。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述RC控制振荡器的每一个电阻器都包括： 第一电阻器； 第二电阻器，所述第二电阻器与所述第一电阻器串联耦合； 第一传输门，所述第一传输门能够进行操作以使得所述第一电阻器和所述第二电阻器 短路；以及 第二传输门，所述第二传输门能够进行操作以使得所述第二电阻器短路。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一传输门能够由与所述编程码相关的一 个或多个信号来控制。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述可微调电阻器包括单位单元，所述单位单元 包括： 第一电阻器； 第二电阻器，所述第二电阻器与所述第一电阻器串联耦合；以及 传输门，所述传输门能够进行操作以使得所述第二电阻器短路。
5. 根据权利要求4所述的装置，其中，所述传输门能够由与所述编程码相关的一个或 多个信号来控制。
6. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述可微调电阻器包括单位单元，所述单位单元 包括： 电阻器；以及 传输门，所述传输门能够进行操作以将所述电阻器与另一个部件耦合。
7. 根据权利要求6所述的装置，其中，所述传输门能够由与所述编程码相关的一个或 多个信号来控制。
8. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述RC控制振荡器的每一个电容器都包括： 第一电容器；以及 多个电容器，所述多个电容器能够进行操作以经由相应的多个传输门与所述第一电容 器并联耦合，并且其中，所述多个传输门能够由与所述编程码相关的一个或多个信号来控 制。
9. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述可微调电容器包括单位单元，所述单位单元 包括： 第一电容器；以及 多个电容器，所述多个电容器能够进行操作以经由相应的多个传输门与所述第一电容 器并联耦合，并且其中，所述多个传输门能够由与所述编程码相关的一个或多个信号来控 制。
10. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括查找表αυτ)，所述查找表用于将所述编 程码转换为用于对所述可微调电阻器或电容器进行微调的代码。
11. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括在其上具有指令的存储介质，当执行所 述指令时，使得逻辑将所述编程码转换为用于对所述可微调电阻器或电容器进行微调的代 码。
12. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述可微调电阻器或电容器是稳压器的一部 分。
13. -种方法，包括： 确定目标频率； 独立于一阶的晶体管速度依赖性而对电阻器-电容器（RC)控制振荡器进行操作以实 现所述目标频率，其中，所述RC控制振荡器包括一个或多个具有可编程的电阻和电容的电 阻器和电容器，并且其中，所述RC控制振荡器用于产生输出信号，所述输出信号具有实质 上依赖于所述可编程的电阻和电容的值的目标频率；以及 对可微调电阻器或电容器进行微调，从而根据与所述目标频率相对应的编程码来补偿 工艺变化，所述编程码与所述RC控制振荡器的所述可编程的电阻和电容相关。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述可微调电阻器包括： 第一电阻器； 第二电阻器，所述第二电阻器与所述第一电阻器串联耦合；以及 传输门，所述传输门能够进行操作以使得所述第二电阻器短路。
15. 根据权利要求14所述的方法，进一步包括通过与所述编程码相关的一个或多个信 号来控制所述传输门。
16. 根据权利要求13所述的方法，进一步包括，使用查找表（LUT)来将所述编程码转换 为用于对所述可微调电阻器或电容器进行微调的代码。
17. -种系统，包括： 存储器单元； 处理器，所述处理器耦合到所述存储器单元，根据装置权利要求1至12中的任意一项 来进行处理；以及 无线接口，所述无线接口用于使得所述处理器与另一个设备进行通信。
18. 根据权利要求17所述的系统，进一步包括显示单元，所述显示单元用于显示由所 述处理器处理的内容。
【文档编号】H03K3/02GK104242876SQ201410095370
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】F·帕耶, G·施罗姆, A·利亚霍夫, G·L·贾诺普洛斯, R·S·文纳姆, J·K·霍奇森 申请人:英特尔公司