Circuito integrado con un gran número de circuitos elementales idénticos alimentados en paralelo.

Circuito integrado que comprende una sucesión de N circuitos elementales idénticos (CE1,

CE2, ... CEN),yuxtapuestos en el orden de su fila j que varían desde 1 hasta N, N siendo al menos igual a 20 y, de preferencia,superior a 50, todos unidos a un primer conductor (CA) que está conectado, en un punto (E1a) denominado entradaaguas arriba del primer conductor, a un primer potencial de referencia (Vref), y que se extiende desde esta entradaaguas arriba a lo largo de la sucesión de circuitos elementales, y todos unidos, por otra parte, a un segundoconductor (CB) que está conectado, en un punto (E1b) denominado entrada aguas arriba del segundo conductor, aun segundo potencial de referencia (V0), y que se extiende a partir de esta entrada aguas arriba a lo largo de lasucesión de circuitos elementales, caracterizado porque la entrada aguas arriba del segundo conductor estásituada geográficamente en el lado de la fila 1 de la sucesión de circuitos yuxtapuestos, y la entrada aguas arriba delprimer conductor está situada geográficamente en el lado de la fila N de la sucesión de circuitos yuxtapuestos.

Circuito integrado con un gran número de circuitos elementales idénticos alimentados en paralelo

La invención se refiere a los circuitos integrados que comprenden un gran número de circuitos elementales idénticos que deben recibir en paralelo unas tensiones de referencia idénticas de un circuito elemental al otro.

Por “gran número” se entiende un número de al menos igual a veinte y, de preferencia, al menos cincuenta. Las tensiones idénticas son unas tensiones de referencia que pueden ser eventualmente, pero no obligatoriamente, unas tensiones de alimentación del circuito integrado.

Una aplicación clásica prevista es la de los conversores analógico-digitales de alta resolución, habitualmente los conversores de 12 o 14 bits cuya estructura es estrictamente paralela para permitir garantizar una conversión muy rápida. Los conversores de tipo flash, por ejemplo, tienen una estructura estrictamente paralela en el sentido de que numerosos comparadores de tensión individuales realizan de forma simultánea una operación de comparación entre una tensión de entrada y diferentes tensiones de referencia. Estos comparadores pueden utilizar, cada uno, una o varias fuentes de corriente y todas las fuentes de corriente deben ser perfectamente idénticas entre sí o se corre el riesgo de falsear el resultado de la conversión. En un ejemplo de conversor con resolución de 14 bits, se pueden tener más de trescientas fuentes de corriente yuxtapuestas todas las cuales deben emitir unas corrientes estrictamente idénticas. Para establecer estas corrientes, cada fuente comprende por ejemplo un transistor que recibe dos potenciales de referencia; uno de los potenciales es un potencial de polarización de la base, el otro es un potencial de alimentación (por ejemplo un potencial de masa) al cual está unido el emisor o la fuente del transmisor, directamente o por medio de una resistencia de emisor o de fuente. Para que todas las corrientes establecidas por estas fuentes sean estrictamente idénticas, es necesario, por una parte, que todos los transistores y sus resistencias sean idénticos, y también es necesario que todas reciban el mismo potencial de polarización y el mismo potencial de alimentación.

En estas estructuras con un gran número de circuitos elementales idénticos en las que todos deben recibir en paralelo un mismo potencial, ya sea un potencial de alimentación alto o un potencial de alimentación bajo, o un potencial de referencia, o un potencial que hay que medir, se presenta una dificultad que está ligada al hecho de que los conductores de alimentación de tensión no tienen una conductividad infinita, sino una conductividad limitada por unos factores tecnológicos; ahora bien, los circuitos elementales idénticos consumen, cada uno, una corriente que circula por un conductor de alimentación de tensión; se produce en este conductor una caída de tensión en la proporción de la corriente que consumen los circuitos elementales, de tal modo que los circuitos elementales reciben unas tensiones diferentes según si están colocados más cerca o más lejos de un extremo aguas arriba del conductor.

El fenómeno de caída de tensión se explicita en la figura 1 en el caso del ejemplo de N circuitos elementales CE1, CE2, …CEj, …CEN conectados entre un conductor de polarización CA que transporta un potencial de referencia Vref y un conductor de masa CB que transporta un potencial de alimentación V0 igual a 0 (potencial de masa) . Se supone que los circuitos elementales consumen, cada uno, una corriente ia procedente del conductor de polarización y que devuelven, cada uno, una corriente ib hacia el conductor de masa. En el ejemplo de un circuito elemental que es una fuente de corriente formada por un transistor bipolar, la corriente ia es la corriente que consume la base del transistor, y la corriente ib es la corriente de emisor. El colector se utiliza, por ejemplo, para extraer una corriente ic = ia + ib de un par diferencial (no representado) utilizado en un comparador de tensiones o de corrientes asociado a cada circuito elemental. Se supone que el conductor de masa y el conductor de alimentación tienen ambos una resistividad propia no nula, como la resistencia del conductor entre dos circuitos elementales CEj y CEJ+1 adyacentes, de la fila j y j+1, separados por un paso d que tenga un valor Ra para el primer conductor CA y un valor Rb para el segundo conductor CB.

Para el conductor CA que transporta el potencial Vref, se considera, además, para simplificar los cálculos, que hay una resistencia Ra entre el circuito que elabora la tensión Vref y el primer circuito elemental CE1. Para el conductor de masa CB también se considera que hay una resistencia Rb entre la verdadera masa GND y el primer circuito elemental CE1.

En esas condiciones, se puede mostrar fácilmente que el último tramo de resistencia Ra del conductor CA produce una caída de tensión Ra.ia, que el antepenúltimo produce una caída de tensión 2.Ra.ia, etc. Se puede mostrar entonces, mediante cálculo, que la tensión de alimentación que realmente se aplica en el cabezal del circuito elemental CEj de la fila j no es Vref, sino V’ref (j) = Vref-Ra.ia.j. (2N+1-j) /2, N siendo el número total de circuitos.

Del mismo modo, hay una caída de tensión en el conductor CB, de tal modo que el pie del circuito elemental CEj en la fila j no está conectado al potencial 0 de la masa, sino más bien a un potencial Rb.ib.j. (2N+1-j) /2.

La diferencia de potencial V’ref (j) - V’0 (j) que se aplica entonces entre el cabezal y el pie de un circuito elemental de la fila j es, por lo tanto

La diferencia con respecto a Vref es mayor cuanto más grande es N, y esta diferencia alcanza N. (N+1) . (Ra.ia+Rb.in) /2 para el circuito elemental de la fila j. Si N es superior a 100, se observa que el error en la diferencia de potencial aplicada al circuito de la fila N es 10.000 veces la caída de tensión en un tramo elemental, recorrido por una corriente elemental, de los conductores CA y CB. Si N es igual a 300, es casi 100.000 veces esta caída. Incluso si la caída de tensión elemental es muy baja, el error se vuelve importante cuando N alcanza una o varias centenas.

Para hacer que la diferencia de potencial aplicada sea lo más próxima posible a Vref, la solución clásica es, por lo tanto, reducir todo lo posible el valor de las resistencias Ra y Rb. Se utilizan unos conductores CA y CB de un material muy conductor (aluminio o cobre, de preferencia) , lo suficientemente espesos (pero con las restricciones de la tecnología utilizada) , y lo suficientemente anchos (pero con un tamaño aun más importante) .

La figura 2 representa una disposición física realista de este tipo de circuito integrado; el potencial de referencia Vref lo produce un circuito de generación de tensión CT que forma parte del circuito integrado y que está situado en el extremo de la sucesión de circuitos elementales. El potencial de alimentación V0 es el de la masa y lo puede suministrar un terminal de alimentación exterior PLT del circuito integrado.

También se podría llevar cada tensión individual hacia los circuitos elementales a partir de un conductor central que se ramifica en ramales sucesivos organizados de tal modo que el trayecto desde el potencial de referencia (Vref o V0) presente la misma resistencia hacia cada uno de los circuitos. Pero el tamaño que resultaría de este tipo de estructura arborescente es muy grande si hay centenares de circuitos a los que hay que alimentar.

La invención propone una solución para hacer más uniforme la diferencia de potencial aplicada entre el cabezal y el pie de cada uno de los circuitos elementales yuxtapuestos, sin aumentar de forma poco razonable el tamaño de la estructura.

De acuerdo con la invención se propone un circuito integrado que comprende una sucesión de N circuitos elementales idénticos, yuxtapuestos en el orden de su fila j variando desde 1 hasta N, N siendo al menos igual a 20, de preferencia más de 50, todos unidos a un primer conductor que está conectado, en un punto denominado entrada aguas arriba del primer conductor, a un primer potencial de referencia, y que se extiende a partir de esta entrada aguas arriba a lo largo de la sucesión de circuitos elementales, y todos conectados, por otra parte, a un segundo conductor que está conectado, en un punto denominado entrada aguas arriba del segundo conductor, a un segundo potencial de referencia, y que se extiende a partir de esta entrada aguas arriba a lo largo de la sucesión... [Seguir leyendo]

1. Circuito integrado que comprende una sucesión de N circuitos elementales idénticos (CE1, CE2, … CEN) , yuxtapuestos en el orden de su fila j que varían desde 1 hasta N, N siendo al menos igual a 20 y, de preferencia, superior a 50, todos unidos a un primer conductor (CA) que está conectado, en un punto (E1a) denominado entrada aguas arriba del primer conductor, a un primer potencial de referencia (Vref) , y que se extiende desde esta entrada aguas arriba a lo largo de la sucesión de circuitos elementales, y todos unidos, por otra parte, a un segundo conductor (CB) que está conectado, en un punto (E1b) denominado entrada aguas arriba del segundo conductor, a un segundo potencial de referencia (V0) , y que se extiende a partir de esta entrada aguas arriba a lo largo de la sucesión de circuitos elementales, caracterizado porque la entrada aguas arriba del segundo conductor está situada geográficamente en el lado de la fila 1 de la sucesión de circuitos yuxtapuestos, y la entrada aguas arriba del primer conductor está situada geográficamente en el lado de la fila N de la sucesión de circuitos yuxtapuestos.

2. Circuito integrado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la resistencia (Ra) de un tramo elemental de primer conductor entre dos circuitos elementales adyacentes tiene una relación beta con la resistencia Ra de un tramo elemental de segundo conductor entre dos circuitos elementales adyacentes, la relación beta siendo la relación entre la corriente (ib) extraída por el segundo conductor de un circuito elemental y la corriente (ia) extraída del primer conductor por un circuito elemental cuando los potenciales de referencia se aplican a los conductores.

3. Circuito integrado de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la relación de resistencias está comprendida entre 20 y 500, de preferencia entre 100 y 250.

4. Circuito integrado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer conductor tiene una anchura constante y el segundo conductor tiene una anchura variable que disminuye progresivamente desde su entrada aguas arriba.

5. Circuito integrado de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la ley de reducción de anchura sigue al menos en parte una curva con un aspecto general en (N-j+1) /j en función de la fila j del tramo elemental de segundo conductor que une el circuito elemental de la fila j-1 con el circuito elemental de la fila j.

6. Circuito integrado de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los circuitos elementales consumen una corriente nula a partir del primer conductor, caracterizado porque este conductor se extiende a lo largo de la sucesión de circuitos elementales entre su entrada aguas arriba y un extremo aguas abajo, una fuente de corriente extrayendo una corriente im de este conductor que está unido a este extremo aguas abajo.

7. Circuito integrado de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la corriente im de la fuente de corriente tiene un valor tal que:

donde Ra es la resistencia de un tramo elemental de primer conductor entre dos circuitos elementales adyacentes, Rb es la resistencia de un tramo elemental de segundo conductor entre dos circuitos elementales adyacentes, e ib es la corriente extraída de un circuito elemental por el segundo conductor cuando los potenciales de referencia se aplican a los conductores.

8. Circuito integrado de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el segundo conductor tiene una resistencia por unidad de anchura variable a lo largo de la sucesión y una anchura que disminuye de forma progresiva desde su entrada aguas arriba.

9. Circuito integrado de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la ley de reducción de anchura sigue al menos en parte una curva con un aspecto general en la relación N (N-j) / (N-j+1) en función de la fila j del tramo elemental de segundo conductor que une el circuito elemental de fila j-1 con el circuito elemental de fila j.

10. Circuito integrado de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el primer conductor está realizado en un material cuya resistencia por metro cuadrado es más elevada que la del material del segundo conductor.

11. Circuito integrado de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el primer conductor es menos ancho que la anchura media del segundo conductor.