帶有可編程模擬子系統(tǒng)的集成電路器件的制作方法
【專利說明】帶有可編程模擬子系統(tǒng)的集成電路器件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年8月29日提交的美國臨時(shí)專利申請第62/043，924號的權(quán)益，該專利申請的內(nèi)容通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開總體上涉及具有可編程塊的集成電路(1C)器件，并且更具體地涉及具有可編程模擬電路塊的1C器件。
【背景技術(shù)】
[0004]集成電路(1C)器件可以包括固定功能的電路和可重配置的電路?？删幊踢壿嬈骷鞘熘牟⑶铱梢允?C器件能夠被重新配置為廣泛的數(shù)字功能。
[0005]提供可重配置的模擬電路的1C器件，在解決模擬應(yīng)用方面，越來越普及。在一些常規(guī)方法中，可再編程的模擬電路的配置數(shù)據(jù)被加載到存儲電路(例如，寄存器)中，以建立期望的模擬功能。這樣布置的缺點(diǎn)可能涉及在重新配置不同功能之間的電路時(shí)費(fèi)時(shí)/費(fèi)力。
[0006]通常，涉及實(shí)現(xiàn)可重配置模擬電路的連接/路由可能引入對1C器件性能的限制。例如，一些傳統(tǒng)的1C器件可能不適合非常低噪聲的應(yīng)用。類似地，路由路徑中的非常小的阻抗失配阻礙差分輸入信號的高保真性的處理。
[0007]如使用大多數(shù)1C器件一樣，特別是當(dāng)1C器件被部署在便攜式電子器件中時(shí)，任何功率消耗的減少都是很有價(jià)值的。
【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)實(shí)施例的集成電路(1C)器件的示意性框圖。
[0009]圖2是根據(jù)實(shí)施例的1C器件的示意性框圖，其具有可從多個(gè)源進(jìn)行控制和/或配置的模擬部件。
[0010]圖3是根據(jù)實(shí)施例的、具有多個(gè)操作模式的1C器件的示意性框圖。
[0011]圖4是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的1C的詳細(xì)示意性框圖。
[0012]圖5A和5B是示出了關(guān)于與圖4相似的1C器件的一個(gè)可能的配置的圖。
[0013]圖6A和6B是示出了關(guān)于與圖4相似的1C器件的另一個(gè)可能的配置的圖。
[0014]圖7A和7B是示出了關(guān)于與圖4相似的1C器件的另一個(gè)可能的配置的圖。
[0015]圖8A和8B是示出了關(guān)于與圖4相似的1C器件的另一個(gè)可能的配置的圖。
[0016]圖8C和8D是示出了關(guān)于與圖4相似的1C器件的同一 1C器件的不同配置圖。
[0017]圖9是示出了與在圖8B中所示的情況相似的半信號路徑的示意圖。
[0018]圖10是可以在與圖4相似的1C器件中實(shí)現(xiàn)的掃描模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)路徑的示意圖。
[0019]圖11是可以在與圖4的情況相似的1C器件中實(shí)現(xiàn)的掃描比較器路徑的示意圖。
[0020]圖12是可以在與圖4的情況相似的1C器件中實(shí)現(xiàn)的頻移鍵控(FSK)路徑的示意圖。
[0021]圖13是可以在與圖4的情況相似的1C器件中實(shí)現(xiàn)的血糖儀路徑的示意圖。
[0022]圖14是可以在與圖4的情況相似的1C器件中實(shí)現(xiàn)的磁卡讀取器路徑的示意圖。
[0023]圖15是示出了可以在與圖4的情況相似的1C器件中實(shí)現(xiàn)的不同的信號路徑的表格。
[0024]圖16A到16C是示出了可以包括在實(shí)施例中的模擬路由塊的圖。
[0025]圖17是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的可編程模擬子系統(tǒng)(PASS)的框圖。
[0026]圖18A到18C是根據(jù)實(shí)施例示出了 1C器件的模擬塊彼此之間如何同步的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]現(xiàn)在將對各種實(shí)施例進(jìn)行描述，這些實(shí)施例示出了可以包括以下項(xiàng)的集成電路(1C)器件:固定的模擬電路塊、可重配置的模擬電路塊和可重配置的數(shù)字電路塊以及實(shí)現(xiàn)在所有電路塊之間的多樣化的數(shù)字路由的模擬路由結(jié)構(gòu)。各可重配置的電路塊可以根據(jù)各種源進(jìn)行配置，包括針對1C器件本身的邏輯，以及通過處理器接口接收的信號。這些電路的配置可以是靜態(tài)的或動態(tài)的。
[0028]圖1是根據(jù)實(shí)施例的1C器件100的示意性框圖。1C器件100可以包括到一個(gè)或多個(gè)模擬電路塊的低阻抗可重配的信號路徑。1C器件100可以包括可以集成在相同的1C基板或成套組件中的模擬部件102和數(shù)字部件104。
[0029]模擬部件102可以包括固定的模擬電路塊106、可重配置的放大器電路塊108、模擬路由塊110、帶有切換網(wǎng)絡(luò)的可重配置的模擬電路112以及模擬復(fù)用器(MUX)114。1C器件100可以經(jīng)過輸入端/輸出端(I/O) 116接收輸入信號和提供輸出信號。任何1/0116可以通過可重配置I/O路由118連接到模擬部件102和/或可以具有到模擬部件102的直接連接。
[0030]固定的模擬電路塊106可以包括具有固定功能的一個(gè)或多個(gè)模擬電路。在一些實(shí)施例中，固定的模擬電路塊106可以包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路，該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路包括但不限于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。在特定的實(shí)施例中，固定的模擬電路塊106可以包括逐次逼近寄存器(SAR)類型的ADC電路。
[0031]可重配置放大器電路塊108可以包括可以被重新配置為各種模擬電路的放大器電路。在一些實(shí)施例中，該放大器可以是運(yùn)算放大器(op amps)，其可以被重新配置為多回路，包括但不限于具有各種反饋配置、濾波器、比較器或緩沖器(僅僅舉出幾個(gè)例子)的基于單級和多級運(yùn)算放大器的電路。
[0032]可重配置的放大器電路塊108可以具有內(nèi)置無源電路組件，該內(nèi)置無源電路組件具有到其它電路組件的可配置連接和/或其可以通過1/0116連接到無源電路組件或到1C器件100的其它連接(未示出)。可重配置放大器電路塊108可以被概念化為“時(shí)間上連續(xù)的”電路塊，如同模擬操作可以發(fā)生在連續(xù)的時(shí)域內(nèi)。
[0033]具有切換網(wǎng)絡(luò)的可重配置模擬電路112可以包括具有伴隨切換網(wǎng)絡(luò)的模擬電路。該切換網(wǎng)絡(luò)可以包括連接到節(jié)點(diǎn)的開關(guān)，這些開關(guān)可以通過不同的時(shí)鐘信號單獨(dú)地或成組地進(jìn)行控制。這樣的布置可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)式的電容器類型的電路的形成。在特定的實(shí)施例中，具有切換網(wǎng)絡(luò)的可重配置模擬電路112可以包括具有到開關(guān)式的電容器網(wǎng)絡(luò)的可重配置連接的運(yùn)算放大器。如在可重配置的放大器電路塊108的情況下，具有切換網(wǎng)絡(luò)的可重配置模擬電路112可以具有內(nèi)置無源電路組件，該內(nèi)置無源電路組件具有到其它電路組件的可配置連接和/或其可以通過1/0116連接到無源電路組件或到1C器件的其它連接。具有切換網(wǎng)絡(luò)的可重配置的模擬電路112可以被概念化為“時(shí)間離散的”電路塊，如同模擬操作在采用切換網(wǎng)絡(luò)時(shí)可以發(fā)生在離散時(shí)域中。
[0034]模擬MUX 114可以選擇性地將1/0116中的一些或任何一個(gè)連接到模擬路由塊110。在一些實(shí)施例中，模擬MUX 114可以將一個(gè)或多個(gè)直接連接提供給固定的模擬電路塊106。模擬MUX 114可以包括多于兩個(gè)類型的信號路徑:標(biāo)準(zhǔn)信號路徑120和低阻抗和/或低噪聲信號路徑122。低阻抗/低噪聲信號路徑122可以包括導(dǎo)線和/或具有比標(biāo)準(zhǔn)信號路徑和/或屏蔽結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)更低的阻抗的開關(guān)元件。在一些實(shí)施例中，低阻抗/低噪聲信號路徑122可以包括啟用一個(gè)或多個(gè)差分信號對的輸入的一對或多對信號路徑。
[0035]模擬路由塊110可以包括可將任何模擬塊(106、108、112、114)相互連接的可重配置的切換網(wǎng)絡(luò)。模擬路由塊110也可以將模擬塊(106、108、112、114)的一些或全部連接到數(shù)字部件104。在示出的實(shí)施例中，模擬塊110可以包括至少兩個(gè)不同類型的信號路由:標(biāo)準(zhǔn)路由(理解為存在于整個(gè)塊)和低阻抗和/或低噪聲路由124。低阻抗/低噪聲路由124可以包括導(dǎo)線和/或具有比標(biāo)準(zhǔn)信路由和/或屏蔽結(jié)構(gòu)或其它噪聲降低結(jié)構(gòu)更低的阻抗的開關(guān)元件。類似于模擬MUX114，在一些實(shí)施例中，低阻抗/低噪聲路由124可以啟用匹配信號路徑的格式，實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)差分信號對的路由。在圖1的特定實(shí)施例中，可能存在來自模擬路由塊110和固定的模擬電路塊106的其他的低阻抗/低噪聲信號路徑126。
[0036]仍參考圖1，數(shù)字部件104可以包括以下項(xiàng)中的任意項(xiàng):可重配數(shù)字塊128、控制和時(shí)序電路130、處理器接口(I/F) 132或數(shù)字系統(tǒng)互聯(lián)(DSI) 131，以用于連接到數(shù)字電路?？芍嘏渲脭?shù)字塊128可以包括可重配置數(shù)字電路。控制和時(shí)序電路130可以提供控制信號以用于執(zhí)行包括模擬電路功能的預(yù)定操作。但是正如一個(gè)示例，控制和時(shí)序電路可以包括狀態(tài)機(jī)或用于控制固定模擬電路塊106內(nèi)的電路的操作的其它結(jié)構(gòu)。處理器I/F132可以包括適于與處理器總線通信的信號路徑連接。在特定的實(shí)施例中，處理器I/F132可以包括用于接收地址的地址總線、接收指令的控制總線、用于輸出讀取數(shù)據(jù)的讀取數(shù)據(jù)總線和用于接收寫入數(shù)據(jù)的寫入數(shù)據(jù)總線。在一個(gè)非常特定的實(shí)施例中，處理器I/F132可以是與英國劍橋的ARM有限公司公布的高級高性能總線(AHB)協(xié)議兼容的。
[0037]在操作中，1C器件100可以通過可重配置的模擬路由塊110的操作來提供在任何模擬塊(106、108、112、114)之間和在1/0116和模擬塊(106、108、112、114)之間的高度多樣化的模擬信號路由。這連同數(shù)字部件的集成，可以在同一設(shè)備的各個(gè)域間啟用信號處理，所述各個(gè)域包括連續(xù)時(shí)域(例如，固定模擬電路塊和/或可重配置的放大器電路塊108)、離散時(shí)域(例如，具有實(shí)現(xiàn)開關(guān)式的電容器網(wǎng)絡(luò)的切換網(wǎng)絡(luò)的可重配置模擬電路112)以及數(shù)字域(例如，可重配置數(shù)字塊128)。
[0038]另外，1C器件100可以實(shí)現(xiàn)用于高性能應(yīng)用的低阻抗和/或低噪聲信號路徑的形成。此外，這樣的信號可以包括差分信號對。根據(jù)實(shí)施例，模擬MUX114可以被配置為將一個(gè)或多個(gè)1/0116通過其低阻抗/低噪聲信號路徑122連接到模擬路由塊110。模擬路由塊110可以被配置為，使用低阻抗/低噪聲路由124，將這樣的信號路徑路由到期望的模擬電路。在一些實(shí)施例中，通過低電路/噪聲信號路徑126，信號路由可以到固定的模擬電路塊106和/或可重配置放大器電路塊108。
[0039]圖2是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的1C器件200的示意性框圖。圖2示出了具有使用高度靈活的可重配置構(gòu)造的模擬部件的1C器件200，該使用高度靈活的可重配置構(gòu)造的模擬部件可以根據(jù)各個(gè)范例進(jìn)行配置和控制。1C器件200可以包括與圖1的那些相似的項(xiàng)，且這樣的相似項(xiàng)由相同的引用字符引用，但是第一位用“ 2 ”取代了 “ 1”。
[0040]圖2與圖1的不同在于其示出了應(yīng)用到模擬部件202的各個(gè)塊(206、208、210、212,214)的配置和控制值(CFG)。值CFG可以關(guān)于特定功能配置各個(gè)塊并且在一些情況中控制如何執(zhí)行這樣的功能。
[0041]如在圖2中所示，值CFG可以源自多個(gè)源中的任意源，包括:可重配置數(shù)字塊228、控制和時(shí)序電路230、處理器接口 232或DSI 231。值CFG可以是靜態(tài)的或動態(tài)的，實(shí)現(xiàn)模擬部件202的模擬功能被設(shè)置和如果期望的話則被改變。這與其中可再編程源的配置數(shù)據(jù)被加載到來自單個(gè)源的一組寄存器中的常規(guī)的方法大不相同。
[0042]在這種方式下，1C器件200可以提供用于可重配置模擬電路的廣泛的配置/控制范式。例如，可重配置模擬塊可以在針對1C器件本身的專用邏輯下進(jìn)行操作，或經(jīng)由處理器接口 132通過另一個(gè)基于處理器的器件(例如，微控制器)進(jìn)行操作。
[0043]圖3是根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例的1C器件300的示意性框圖。圖3示出了具有固定的和可重配置模擬部件的1C器件200，該固定的和可重配置模擬部件可以設(shè)置為多功率消耗模式，包括其中模擬塊保持操作狀態(tài)的兩個(gè)或多個(gè)模式。1C器件300可以包括與圖1的那些項(xiàng)相似的項(xiàng)，且這樣的相似項(xiàng)用相同的引用字符引用，但是第一位用“3”取代了 “1”。
[0044]圖3與圖1的不同