CN101507115B - 半导体器件及系统和晶体共享的方法 - Google Patents

Abstract

一种系统包含第一半导体器件，第二半导体器件，以及外部晶体振荡器。第一半导体器件包含源电压输出和外部引脚输入。第一半导体器件包含直流-直流(DC-DC)转换电路来提供源电压输出。第二半导体器件包含源电压输入，该输入与第一半导体器件的源电压输出相连，并且第二半导体器件包含时钟输出。外部晶体振荡器通过第二半导体器件的输入与第一振荡器时钟产生电路相连。

Description

半导体器件及系统和晶体共享的方法

技术领域

本发明涉及的主要领域是半导体器件，更具体地说，涉及到晶体共享的系统和方法。

背景技术

众所周知，随着技术的革新，大部分商用消费电子器件均是以低成本和低功耗且多功能的方式提供的。例如，诸如便携式AM/FM收音机、个人多媒体娱乐系统、CD/DVD/MP3播放器、蜂窝式电话等，成本变得越来越低，也更密集。一般来说，这些电子器件包括半导体组件，比如处理器、存储芯片、输入/输出电路等，它们都处理数据来获得期望的输出。大多数这类的便携式电子器件都是由电池供电，并且不论此类器件是否在处理数据通常都要消耗能量。

大多数该类便携式电子器件可以成为针对个体消费者的定制产品。例如，一些消费者会购买没有内置AM/FM收音机的数字MP3播放器，然后另外一些消费者则更喜欢拥有集成AM/FM收音机功能的MP3播放器。作为MP3播放器的制造商，更希望能开发出一种基本的产品，该产品拥有简化的组件数量，并且独立于可选特征，比如AM/FM收音机。

因此，有必要改进半导体器件，以及向半导体器件内组件和/或模块提供信号的系统和方法。

附图说明

图1为一个系统的示意框图，该系统包含用于共享时钟和电压馈送信号的两个半导体器件。

图2为一个示意框图，更详细地阐述了图1系统的一个具体的实施例。

图3为一个电路图的示意图，更详细地阐述了图2的本地振荡器。

图4为一个流程图，阐述了向图1所述半导体器件提供电压和时钟信号的方法；以及

图5为一个流程图，阐述了在图1所述的半导体器件之间共享时钟和电压的方法。

具体实施方式

本发明提供了一种为半导体器件内部的组件和/或模块提供诸如时钟和电压信号之类的信号的工具和技术。在半导体器件之间共享时钟信号和电压提供信号的系统和方法中，第一半导体器件检测电源的存在性，并提供一种可输入到第二半导体器件的外部时钟，该第二半导体器件与第一半导体器件分离并在其外部。第一半导体器件包括内部时钟，将该时钟提供到直流-直流(DC-DC)转换电路来产生电压信号。将DC-DC转换电路的超出阈值的至少一个电压信号提供给第二器件。第二半导体器件在接收到至少一个电压信号后，提供外部时钟信号给第一半导体器件。第一半导体器件在接收到外部时钟信号后，从内部时钟信号切换到外部时钟信号。

本发明的方法和系统提供了一种在半导体器件之间共享时钟和电压提供信号的改进的技术。通过共享诸如晶体振荡器、DC-DC转换器以及电池，该共享技术减少了组件的数目，因此也就减少了成本。该共享技术也有利地独立于可能包含于半导体器件之中的可选组件。

这里描述的各种系统、模块、电路、器件或组件的功能都是依据应用的需要，以硬件(包括离散组件、集成电路、单片机系统以及类似系统)，固件(包括专用集成电路、可编程芯片及类似组件)和/或软件以及相关的方式实现的。

图1阐述了根据说明性实施例的系统100的示意框图，该系统包含用于共享时钟和电压信号的两个半导体器件。在所述实施例中，系统100包含第一半导体器件110、第二半导体器件120以及外部晶体振荡器130。该晶体振荡器直接与第二半导体器件120相连(couple)。系统100可用来执行至少一个预先定义的功能。第二半导体器件120位于第一半导体器件110的外部，并与其分离。第一或者第二半导体器件的指定是为了说明的需要，它们之间是可以互换的。

在一个具体的实施例中，第一半导体器件110是用于记录/播放MP3格式数字音频信号的MP3芯片。另外的器件用于处理相似的公知的音频/视频压缩格式，例如JPEG、MPEG也是可考虑的。第二半导体器件120是调频(FM)器件，可用于接收射频信号，比如FM无线电信号。在一个实施例中，系统100可以实现为片上系统(SoC)，在一个具体的实施例中，第一半导体器件110和第二半导体器件120也可以包含在单个的封装中。

在另一个实施例中，系统100可以配置和部署有第二半导体器件120，或者不配置和部署有第二半导体器件120。即，系统100除了支持MP3播放器操作外，可以配置为可选地支持FM无线接收功能。

在所述实施例中，第一半导体器件110可以与比如电池的电源/电压源140相连。源140通过电源输入144向第一器件110提供电流。与输入144相连的切换器(Pswitch)142可以用于检测表示开始上电处理的高信号。包含在第一器件110中的直流-直流(DC-DC)转换器180接收来自源140的电能，并将接收到的电源电压转换为其他等级的电压，该等级的电压适用于该器件中的其他内部组件。

第一器件110也包括至少一个向比如第二器件120的其他器件提供功率/电压信号的电压输出。在所述实施例中，第一器件110包含第一源电压输出(VDD)146和第二源电压输出(VDDIO)148分别通过第一源电压输入(VDD)176和第二源电压输入(VDDIO)178向第二器件120提供功率/电压信号145。基于应用需求，为VDD 146和VDDIO 148选择的电压信号可以改变。在这个实施例中，对于VDD 146，阈值一般可以设置为1.5伏特，而对于VDDIO 148，阈值一般可以设置为3伏特。当至少有一个电压馈送输出超过阈值时，该DC-DC转换器180可以以普通或者电源-Ok的模式进行工作。

在所述实施例中，第一半导体器件110包含外部引脚输入160，其如图所示悬空。当第二半导体器件120不存在时，该外部引脚输入160可能与外部晶体振荡器相连来接收时钟信号。第一器件110的外部引脚输入181与第二半导体器件120的外部时钟信号输出184相连来接收外部产生的时钟信号186。

在所述实施例中，响应检测到在第二源电压输入176和178的电压馈送，第二器件120提供时钟信号186。在一个实施例中，第二器件120使用外部晶体振荡器130产生外部时钟信号186，该信号通过输入引脚181传送到第一器件110。在产生时钟信号186的初相期间，第二器件120包括的逻辑器件保持外部时钟信号输出至低状态，直到检测到有效的电压馈送信号。

在所述实施例中，第二器件120包含第一振荡器时钟产生电路122，其在外部晶体振荡器输入132处接收来自外部晶体振荡器130产生的信号134。在一个实施例中，生成的时钟信号134或者从其中衍生的信号是外部时钟信号186。响应检测到电压馈送，第一振荡器时钟产生电路122提供外部时钟信号186给第一半导体器件110的外部引脚输入181。

在一个具体的实施例中，系统100被配置成包含第一半导体器件110而没有包含第二半导体器件120。例如，当FM无线电选项没有被选择的时候，系统100可能包含第一半导体器件110。在本实施例中，外部晶体振荡器130的输出134可以直接向第一器件110提供外部时钟信号186。该外部时钟信号186通过外部引脚输入160和181传送到第一器件110。

第一器件110接收到的外部时钟信号186可以路由到第一器件110内部的其他的组件或模块，例如锁相环(PLL)模块182或者DC-DC转换器180。

图2为一个示意图，更进一步详细地描述了图1中第一半导体器件110的实施例。在所述实施例中，第一半导体器件110包含电源开关检测电路210，可用来接收来自电源140的电能。该电源开关检测电路210可以通过几种技术来检测电能的存在，比如在输入引脚处检测切换器的声明(assertion)，或者检测输入电流的改变。该电源开关检测电路210可以实现为缓冲器，该缓冲器可以接收切换器引脚电压作为输入。作为响应，该电源开关检测电路210提供起始功率输出信号212来初始化DC-DC转换器180处的上电序列，发起内部时钟以启用内部非晶体振荡器230和数字计数电路255。DC-DC转换器180的上电序列可以包括一系列的步骤来使第一源电压输出(VDD)146和第二源电压输出(VDDIO)148处于比预先定义的阈值电压高的级别。一旦上电序列完成，当DC-DC转换器180的至少一个电源电压超出阈值时，该电源开关检测电路210就会接收到来自DC-DC转换器180的电源-OK输入信号214。

内部非晶体振荡器230，例如电阻-容器(RC)振荡器，其成本比晶体振荡器低，并且在DC-DC转换器180接收到启动功率输出信号212之后，可以用来产生内部时钟信号250。时钟选择电路240和数字计数电路255在起始阶段将内部时钟信号250传输到DC-DC转换器180用于在上电序列期间使用。该内部非晶体振荡器230接收用于控制它的工作的控制输入235、电流基准236以及电压基准238。

在一个具体的实施例中，控制使能电路237接收检测第二器件120的存在的第一输入216，并接收是电源-OK输入214的反相的第二输入218。在具体的实施例中，响应在接口146或者148处至第二器件120的电流或者电压的检测可提供第一输入信号216。响应接收到第一输入216和第二输入218，控制使能电路237产生控制输入235。即，当第二器件120存在且电源-OK输入214没有声明的时候，可以启用内部非晶体振荡器230的操作。作为一种选择，响应电源-OK信号214的反相(inverse)218，可以激活内部非晶体振荡器，无需控制使能电路237。在接收到外部时钟信号186和电源-OK输入信号214之后，禁止内部非晶体振荡器230的操作。对于内部非晶体振荡器230的具体实施例的额外的描述请参考图4的描述。

时钟选择电路240在它的输入处接收内部时钟信号250和外部时钟信号186。在一个实施例中，从外部时钟信号输出181传送的外部时钟信号186的波形可以通过波形整形电路242加以提高来使其适合进一步的处理。

在一个实施例中，时钟选择电路240实现为同步多路复用器，可用来选择响应控制输入235的输入。即，时钟选择电路240可用来选择性地将内部时钟信号250或外部时钟信号186作为所选时钟信号260提供给DC-DC转换器180的。因此，在上电序列期间，所选时钟信号260为内部时钟信号250，而当电源-OK输入214表示的上电序列完成后不久，所选时钟信号260则为外部时钟信号186。

在所述实施例中，数字计数电路255接收所选时钟信号260作为输入，充分地将其传送给DC-DC转换器180。数字计数电路255将使能开关输出252提供到DC-DC转换器180用于控制其操作。

图3为根据说明性实施例的电路示意图，其更进一步详细地描述了在图2中所描述的内部非晶体振荡器230。在所述实施例中，内部非晶体振荡器230利用低电压波段间隙(a low voltage band gap)来定义电流基准236和电压基准238。内部时钟信号250的半周期TH为电容310、电阻320、电压基准238、电流基准236和比较仪的时间延迟TD的函数，由如下等式300表示。

TH＝(C*VREF)/(10/R)+TD                     等式300

图4为一个流程图，其阐述了向半导体器件提供电压和时钟信号的方法。在步骤410，在第一半导体器件(比如图1的半导体器件110)处检测电源使能信号(比如在切换器引脚处的高输入)的声明。另外一个例子，诸如与第一半导体器件相连的电池这类的电源的插入可以被检测。在步骤420，响应电源使能信号的声明向第二半导体器件(比如器件120)提供非零馈送信号。在第430步，第一器件经历上电序列，这会产生至少一个DC-DC电压馈送信号，该信号高于预定义的阈值。在第440步，高于阈值的至少一个电压馈送信号被提供给第二器件。在步骤450，第一器件接收和使用响应检测到至少一个电压馈送来自第二半导体器件的外部时钟信号(比如时钟信号186)。外部时钟信号可以提供给在第一半导体器件中的其他组件(比如PLL电路182)。

上述各步骤可以以不同的顺序添加、省略、结合、改变或者执行。例如，如果第二器件不存在，则第440步和第450步可以删除。

图5为一个流程图，其阐述了在半导体器件之间共享时钟和电压信号的方法。在步骤510，第二半导体器件接收至少一个电压馈送信号。功率信号由第一半导体器件提供，该器件位于第二半导体器件的外部，并与其分离。作为一种选择，第一半导体器件和第二半导体器件可以在相同的封装中。在步骤520，第二半导体器件接收由与第二半导体器件相连的外部晶体振荡器提供的外部产生的时钟信号。在步骤530，响应第二器件检测到高于阈值的至少一个电压馈送信号，源自外部晶体振荡器的外部产生的时钟信号由第二器件提供给第一器件。

上述各步骤可以以不同的顺序添加、省略、结合、改变或者执行。例如，如果外部时钟信号由嵌入在第二器件中的外部晶体振荡器产生，可以删除步骤520。

本发明的目的在于本发明的系统可以包含工具的任何集合，这些工具可用来执行各种功能，比如传输、接收、计算、分类、处理、查询、发动、开关、存储、显示、证明、检测、记录、再生、管理，或者使用信息、智力或用于消费者、商业、科学、控制或其他目的的数据的任意形式。例如，系统100可以实现为一个或者多个集成电路、印刷电路板、处理器或者其他合适的器件，并可以改变大小、形状、性能、功能和价格。

虽然已经展示和描述了详细的实施例，但是在随后的发明和某些实例中将会思考大范围的修改、改进和替代物，在没有使用相应的其他的特征时，可以在实施例中配置某些特征。例如，虽然在包含一个或者多个半导体器件的系统100的上下文中描述了本发明的某些特征，但是本领域内的一般技术人员可意识到能使用离散的组件来实现本发明的处理过程。

这里描述的方法和系统提供了一种可改变的实现。虽然结合特定实施例描述了某些实施例，但是所属领域的技术人员应理解，很明显本发明不仅仅局限于这些实例。可以使任何有益效果、优点、问题解决方案更明显的有益效果、优点、问题解决方案和任何因素并不解释为本发明的重要、希望或基本特征或因素。

说明书和附图应被认为是例示性的，而非限制性的，所附的权利说明书可以在不背离以下本发明的精神与范围的前提下做出各种改进、提高和其它实施。因此，在法律允许的最大限度下，本发明的范围是由权利要求说明书与其等价物的延伸许可理解来确定的；希望本发明不受限于所叙述与所说明的确切形式与细节。

Claims (30)

1.一种共享时钟和电压馈送信号的系统，包括：

第一半导体器件，具有源电压输出和外部引脚输入，第一半导体器件还包括直流-直流转换电路，所述转换电路提供源电压输出，其中选择性连接直流-直流转换电路以接收来自内部时钟产生电路和外部时钟信号其中之一的时钟信号；

第二半导体器件，具有与第一半导体器件的源电压输出相连的源电压输入并具有时钟信号输出，其中所述时钟信号输出与第一半导体器件的外部引脚输入相连；和

外部晶体振荡器，通过第二半导体器件的输入与第一振荡器时钟产生电路相连，其中连接第一振荡器时钟产生电路以将外部时钟信号提供给第一半导体器件的外部引脚输入。

2.如权利要求1所述的系统，其中内部时钟产生电路将内部时钟信号提供给直流-直流转换电路。

3.如权利要求1所述的系统，其中第一半导体器件与电池相连。

4.如权利要求1所述的系统，其中第一半导体器件具有第二源电压输出。

5.如权利要求1所述的系统，其中在检测的电压馈送超过阈值之后，第二半导体器件的时钟信号输出被提供给第一半导体器件的外部引脚输入。

6.如权利要求1所述的系统，其中第一半导体器件中的时钟选择电路选择所述外部时钟信号。

7.如权利要求6所述的系统，其中时钟选择电路包含同步多路复用器，所述同步多路复用器用来在从内部时钟产生电路接收的第一输入和响应外部时钟信号的第二输入之间切换，其中数字计数器插入在直流-直流转换电路和时钟选择电路之间。

8.如权利要求1所述的系统，其中第一半导体器件为MP3器件并且第二半导体器件为调频(FM)器件。

9.如权利要求1所述的系统，其中在没有第二半导体器件的情况下第一半导体器件是可操作的，并且其中外部晶体振荡器的输出直接与外部引脚输入相连。

10.如权利要求1所述的系统，其中单个外部晶体振荡器在第一半导体器件和第二半导体器件之间共享。

11.一种半导体器件，包括：

电源输入；

源电压输出；

内部非晶体振荡器，具有内部时钟信号输出；

直流-直流转换器，响应接收来自电源输入的电量而提供源电压输出；

外部引脚输入，接收外部时钟信号；以及

时钟选择电路，选择性地将内部时钟信号输出和外部时钟信号其中之一作为时钟信号输入提供给直流-直流转换器。

12.如权利要求11所述的半导体器件，其中外部晶体振荡器用于提供外部时钟信号。

13.如权利要求12所述的半导体器件，其中外部晶体振荡器被第二半导体器件共享，所述第二半导体器件直接与外部晶体振荡器相连。

14.如权利要求11所述的半导体器件，其中响应高于阈值的源电压输出而提供外部时钟信号。

15.如权利要求11所述的半导体器件，其中还包括与电源输入相连的功率检测电路，用于检测在切换器引脚上的高输入，用于开始在直流-直流转换器处的上电序列，用于开始内部非晶体振荡器的激活操作，其中在直流-直流转换器的源电压输出超出阈值之后，由直流-直流转换器提供电源-OK信号。

16.如权利要求11所述的半导体器件，其中时钟选择电路选择地在内部时钟信号输出和外部时钟信号之间切换。

17.如权利要求11所述的半导体器件，其中半导体器件为MP3器件。

18.一种半导体器件，包括：

源电压输入，接收来自第二半导体器件的直流-直流转换器的电压信号，所述第二半导体器件在所述半导体器件外部并与所述半导体器件分离；

外部晶体振荡器输入；

时钟信号输出，连接到所述第二半导体器件；以及

振荡器时钟产生电路，在源电压输入高于阈值之后，所述振荡器时钟产生电路提供产生的时钟信号给时钟信号输出，其中所产生的时钟信号基于通过外部晶体振荡器输入接收的外部时钟信号。

19.如权利要求18所述的半导体器件，其中外部晶体振荡器输入与外部晶体振荡器相连，并且其中所产生的时钟信号被提供给另外一个半导体器件。

20.如权利要求18所述的半导体器件，其中半导体器件为调频(FM)器件。

21.一种供电的方法，所述方法包括：

在第一半导体器件的电源输入处检测上电信号的声明；

响应于上电信号的声明，在第一半导体器件处检测由直流-直流转换电路提供的至少一个电压信号高于阈值的可能性；

经由第一半导体器件的源电压输出将至少一个电压信号提供给与第一半导体器件分离的第二半导体器件；

在提供了至少一个电压信号之后，在第一半导体器件的外部引脚输入处接收来自第二半导体器件的外部时钟信号，以及

通过第一半导体器件的时钟选择电路，选择性地将来自第一半导体器件的内部非晶体振荡器的内部时钟信号和外部时钟信号其中之一作为时钟信号输入提供给直流-直流转换电路。

22.如权利要求21所述的方法，还包括：

将外部时钟信号提供给在第一半导体器件内的锁相环(PLL)电路。

23.如权利要求21所述的方法，还包括：

在接收到外部时钟信号之前，启动内部非晶体振荡器以提供内部时钟信号给直流-直流转换电路。

24.如权利要求21所述的方法，还包括：

在检测到至少一个电压信号高于阈值之后，从内部时钟信号切换到外部时钟信号。

25.如权利要求21所述的方法，还包括：

检测与第一半导体器件相连的电池的插入情况，其中电池的插入会引起上电信号的声明。

26.一种在第一半导体器件和第二半导体器件之间共享时钟和电压的方法，所述方法包括：

在第二半导体器件的源电压输入处接收由第一半导体器件的直流-直流转换器提供的至少一个电压信号，其中第一半导体器件位于第二半导体器件外部并与第二半导体器件分离；

在第二半导体器件的振荡器时钟产生电路处接收经由第二半导体器件的外部晶体振荡器输入由外部晶体振荡器提供的外部时钟信号；以及

在至少一个电压信号高于阈值之后，将源自经由外部晶体振荡器输入接收的外部时钟信号的时钟信号从振荡器时钟产生电路提供给第一半导体器件的时钟信号输入。

27.如权利要求26所述的方法，其中第一半导体器件为MP3器件并且第二半导体器件为调频(FM)器件。

28.一种在第一半导体器件和第二半导体器件之间共享时钟和电压的方法，包括：

经由第一半导体器件的源电压输出，从第一半导体器件的直流-直流转换器向第二半导体器件的源电压输入提供至少一个电源电压信号，所述第一半导体器件包括用来将内部时钟信号提供给第一半导体器件的电路的内部时钟产生器；

在第一半导体器件的时钟输入处接收外部时钟信号，其中在第一模式中，从与第一半导体器件的时钟输入相连的外部晶体振荡器处接收外部时钟信号，并且在第二种模式中，在至少一个电源电压信号高于阈值之后，从与时钟输入相连的第二半导体器件的时钟信号输出接收外部时钟信号；以及

响应接收到外部时钟信号，选择性地将外部时钟信号和内部时钟信号其中之一提供给第一半导体器件的电路。

29.如权利要求28所述的方法，其中第二半导体器件负责在第一半导体器件的电压馈送输出处供电。

30.如权利要求28所述的方法，其中选择性地提供外部时钟信号和内部时钟信号包括：

当在第一半导体器件的时钟选择电路处没有声明电源-OK信号的时候，提供内部时钟信号；以及

当接收到外部时钟信号的时候以及当在时钟选择电路处声明电源-OK信号的时候，提供外部时钟信号。

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