CN102571070A - 引脚共享电路、引脚共享方法与使用其的集成电路 - Google Patents

Abstract

一种引脚共享电路、方法与使用其的集成电路，此引脚共享电路包括一模拟电路与一数字电路，模拟电路与数字电路都耦接于集成电路的一共享接脚。模拟电路经由此共享接脚接收一模拟电压，而数字电路则经由此共享接脚输出一逻辑电压。其中模拟电路操作于一第一电压范围，数字电路操作于一第二电压范围，第一电压范围与该第二电压范围不重叠。此电路通过相同的共享引脚由集成电路的内部电路传送数字信号至外部与自外部接收模拟信号至集成电路的内部电路，由此降低集成电路的接脚数目。

Description

引脚共享电路、引脚共享方法与使用其的集成电路

技术领域

本发明是涉及一种引脚共享电路，且特别涉及一种使用相同接脚来传递数字信号与接收模拟信号的引脚共享电路及其方法。

背景技术

集成电路(integrated circuit，IC)是一种小型化的电路(主要包括主动组件与被动组件)，其制造在半导体晶圆表面上。封装后的IC中具有集成电路芯片(IC chip或称为IC die)与连接芯片与外部的接脚，集成电路芯片是由晶圆(wafer)切割而成，上面具有半导体元件，如晶体管、电阻、电容等。集成电路芯片上的电路可以通过接脚与外部传递电压信号或电流信号。一般而言，IC的功能越强大，其接脚数就越多，例如微处理器(microprocessor)，其接脚高达数百支。接脚的数目愈多，其芯片封装的难度愈高，成本也相对愈高，芯片封装的良率也就愈低。

随着半导体工艺技术的进步，由早期的微米工艺进化到目前的纳米工艺，集成电路的集成度与功能不断提高，以一般的微处理器为例，其接脚数已经高达数百支。不同的接脚通常表示不同的功能，相互之间无法共享或取代，尤其是数字接脚与模拟接脚。虽然集成电路的集成度可以随着工艺技术提高，使单位面积内所形成的电子元件数呈倍数增加，但是IC接脚所连接的焊盘(pad)却无法随其工艺技术而等量缩小，这是因为其受限于焊接技术(wire bonding technique)、导线尺寸与封装技术的关系。因此，在集成电路芯片中，焊盘与接脚的面积成本可能是最高的，尤其在高阶工艺中，其所占用的芯片面积可能是单一元件中最高的。

由于芯片面积成本相当昂贵，所以芯片引脚是IC设计中珍贵的资源，接脚数的增加意味着成本的增加。再者，单位面积内的电路增加表示相同的封装内需要有更多的接脚数目，接脚数目的多少也会直接影响芯片封装良率。

发明内容

本发明提供一种引脚共享电路与方法，让同一支IC接脚具有输出数字信号与接收模拟信号的功能，藉此降低IC接脚数目。

本发明实施例提出一引脚共享电路，适用于一集成电路元件，集成电路组件具有一共享接脚，引脚共享电路包括：一模拟电路与一数字电路。模拟电路耦接于共享接脚，用以接收一模拟电压；数字电路耦接于该共享接脚，用以输出一逻辑电压或接收一反馈数字信号。其中，模拟电路操作于第一电压范围，数字电路操作于第二电压范围，其中第一电压范围与第二电压范围不重叠。

在本发明一实施例中，上述模拟电路包括一模拟数字转换器与一判断单元。模拟数字转换器的输入端耦接于共享接脚，判断单元耦接于模拟数字转换器的输出端，用以判断是否将模拟数字转换器所输出的数字信号传递至集成电路的内部电路。其中，当共享接脚所接收的电压位于第一电压范围之中时，判断单元将数字信号传递至内部电路；当共享接脚所接收的电压不位于第一电压范围时，判断单元不传递数字信号至内部电路或舍弃此数字信号不用。

在本发明一实施例中，其中数字电路具有一输出模式与一无效模式，当数字电路处于输出模式时，数字电路输出位于第二电压范围之中的一逻辑电压至共享接脚；当数字电路处于无效模式时，该数字电路会输出高阻抗。

在本发明一实施例中，其中若第一电压范围大于第二电压范围，则逻辑电压表示逻辑0；若第一电压范围小于第二电压范围，则逻辑电压表示逻辑1。

在本发明一实施例中，其中第一电压范围介于0.8伏特至2伏特之间，第二电压范围大于等于2.4伏特或小于等于0.4伏特。

本发明实施例另提出一种集成电路，包括一共享接脚、一引脚共享电路与一内部电路。引脚共享电路包括一模拟电路与一数字电路，其中模拟电路耦接于共享接脚，用以接收一模拟电压，数字电路耦接于共享接脚，用以输出一逻辑电压或接收一反馈数字信号。其中，模拟电路操作于一第一电压范围，数字电路操作于一第二电压范围，第一电压范围与第二电压范围不重叠。内部电路耦接于引脚共享电路，经由引脚共享电路接收模拟电压或经由数字电路输出逻辑电压，其中逻辑电压位于第二电压范围中。其中，当模拟电压超出第一电压范围时，内部电路忽略此模拟电压。

从另一个角度来看，本发明另提出一种引脚共享方法，适用于一集成电路，集成电路具有一共享接脚，引脚共享方法包括下列步骤：

设定一第一电压范围与一第二电压范围，其中第一电压范围与第二电压范围不重叠；

依照第一电压范围与该第二电压范围分别设定一模拟输入模式与一数字输出模式；

决定集成电路操作于模拟输入模式或数字输出模式；

在模拟输入模式中，将共享接脚所接收的电压转换为一数字信号，若共享接脚所接收的模拟电压位于第一电压范围中则将数字信号传递至集成电路的一内部电路；若共享接脚所接收的电压不在第一电压范围则不传递该数字信号至集成电路的内部电路或忽略此数字信号；以及

在该数字输出模式中，经由共享接脚输出位于第二电压范围的逻辑电压。

综上所述，本发明利用电压范围来区分数字信号与模拟信号的操作区间，让同一接脚可以接收模拟信号或输出数字信号，本发明的引脚共享电路与方法至少具有以下功效：

1.降低集成电路的引脚数目以降低电路设计成本。

2.简化封装复杂度并提高产品的良率。

3.让数字信号与模拟信号可以在同一接脚上传输，实现共享接脚的效果。

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的引脚共享电路示意图。

图2A为根据本发明第一实施例的模拟电路示意图。

图2B示出了本发明另一实施例的集成电路示意图。

图3为根据本发明第一实施例的集成电路示意图。

图4为根据本发明第二实施例的引脚共享方法流程图。

主要组件符号说明

100：集成电路元件    102：共享接脚

105：集成电路芯片      110：引脚共享电路

112、114：焊盘         120：模拟电路

122：模拟数字转换器    124：判断单元

130：数字电路          140、240：内部电路

150：外部电路          151：外部模拟电路

152：外部数字电路      161、162：焊接线

S410～S480：流程图步骤

具体实施方式

(第一实施例)

请参照图1，图1为根据本发明第一实施例的引脚共享电路示意图，引脚共享电路110包括模拟电路120与数字电路130，模拟电路120与数字电路130耦接于相同的共享接脚102以接收模拟信号或输出数字信号。模拟电路120的输出端耦接于内部电路140，用以将共享接脚102所接收到的模拟信号传送到内部电路140。数字电路130的输入端则耦接于内部电路140，内部电路140可经由数字电路130输出数字信号至共享接脚102。

在本实施例中，模拟电路120主要操作于第一电压范围中，若有输入是在第二电压范围内，则舍弃不用。数字电路130操作于第二电压范围，其中第一电压范围与第二电压范围不重叠。模拟电路120只有在共享接脚102所接收到的模拟电压是位于第一电压范围内时才会将其电压所转换的数字信号传递至内部电路140。当共享接脚102所接收的模拟电压超出第一电压范围时，模拟电路120会忽略此模拟电压，例如不将其信号传递至内部电路140。反之，数字电路130所输出的逻辑电压则是位在第二电压范围中。换言之，当数字电路130输出逻辑电压(表示逻辑0或逻辑1)时，由于逻辑电压超出第一电压范围，所以模拟电路120会将逻辑电压视为无效值，并不会受其影响。但是在同一时间内，模拟电路120与数字电路130仅有其中之一可以正常工作，另一个则需处于输出高阻抗以避免影响外部电路150。

也就是说，本实施例是利用操作的电压范围差异来区分模拟电路与数字电路的操作范围，藉此让模拟电路120与数字电路130可以共享同一个共享接脚102来接收模拟电压或输出数字信号的逻辑电压。在本实施例中，第一电压范围介于一第一电压与一第二电压之间，第二电压范围大于等于一第三电压或小于等于一第四电压，其中第二电压大于该第一电压，第三电压大于该第二电压，第四电压小于第一电压。

举例来说，设定第一电压范围介于0.8伏特至2伏特之间，而第二电压范围大于等于2.4伏特。当共享接脚102所接收到的电压是介于0.8伏特至2伏特之间时(例如1伏特)，模拟电路120会将共享接脚102所接收的电压转换为数字信号并传递给内部电路140处理。当数字电路130经由共享接脚102输出大于2.4伏特的逻辑电压(例如2.5伏特)给外部电路150以表示逻辑1时，由于2.5伏特超出第一电压范围，所以模拟电路120不会将此信号传递给内部电路140或是忽略此信号(例如输入但是舍弃不用)。在本发明另一实施例中，设定第二电压范围介于0.0伏特至0.4伏特之间，而第一电压范围大于等于2.4伏特。数字电路130可以经由共享接脚102输出小于等于0.4伏特的逻辑电压(例如0.3伏特)以表示逻辑0，由于0.3伏特超出第一电压范围，所以模拟电路120也不会将此信号传递给内部电路140。需注意的是，上述第一电压范围与第二电压范围仅为实施方式之一，本发明并不受限。

此外，值得注意的是，数字电路130具有一输出模式与一无效模式，当数字电路130处于输出模式时，数字电路130会输出位于第二电压范围之中的逻辑电压至共享接脚102以表示逻辑0或逻辑1。当数字电路130处于无效模式时，数字电路130会输出高阻抗，使数字电路130的输出不会影响模拟电路120的正常运作。

接下来请参照图2A，图2A为根据本发明第一实施例的模拟电路示意图。模拟电路120包括模拟数字转换器122与判断单元124。模拟数字转换器122的输入端耦接于共享接脚102，输出端则耦接于判断单元124。判断单元124用以判断是否将模拟数字转换器122所输出的数字信号传递至集成电路的内部电路140。当共享接脚102所接收的电压位于第一电压范围时，判断单元124会将转换后的数字信号传递至内部电路140。当共享接脚102所接收的电压超出第一电压范围时，判断单元124不传递转换后的数字信号至内部电路140或是忽略此转换后的数字信号。也就是说，当判断单元124发现模拟数字转换器122所接收到的电压超出第一电压范围时，会将其转换结果视为无效值。当判断单元124发现模拟数字转换器122所接收到的电压位于第一电压范围中时，会将其转换结果传递给内部电路140进行处理。

值得注意的是，判断单元124可以整合至内部电路140中或是利用固件实现，请参照图2B，图2B示出本发明另一实施例的集成电路示意图，其中内部电路240耦接于模拟数字转换器122的输出，可用来判断模拟数字转换器122所接收的模拟电压是否有效。当模拟电压超出第一电压范围时，内部电路240便会忽略此模拟电压。

图3为根据本发明第一实施例的集成电路示意图。封装后的集成电路100包括集成电路芯片105与多个接脚，接脚其中之一为共享接脚102。集成电路芯片105包括接脚共享电路110与内部电路140与焊盘112、114，模拟电路120与数字电路130分别电性连接至焊盘112、114。焊盘112、114与共享接脚102之间则通过焊接线(bonding wire)161、162连接。外部电路150中包括外部模拟电路151与外部数字电路152，外部模拟电路151与外部数字电路152都连接至共享接脚102。

模拟电路120可经由共享接脚102接收来自于外部模拟电路151所输出的模拟电压，并将其转换为数字信号以传送至后端的内部电路140处理。数字电路130可经由共享接脚102输出逻辑1或逻辑0的逻辑电压至外部数字电路152。在操作时，模拟电路120会限定外部模拟电路151的输出电压范围，只有在第一电压范围之中才会被视为有效值，而超过第一电压范围的操作区间则保留给数字电路130使用。内部电路140可以经由数字电路130输出第二电压范围的逻辑电压或接收一反馈数字信号以进行侦错。同样地，经由数字电路130传递的数字信号或反馈数字信号必须处于第二电压范围中才会被视为有效的信号。对于模拟电压或数字信号是否为有效值的判断可由引脚共享电路110来执行或是交由内部电路140来执行。内部电路140可利用硬件或固件来判断所接收的模拟信号与数字信号是否为有效。当模拟信号与数字信号不在设定的电压范围中时，内部电路140会忽略所接收到的信号。内部电路140经由数字电路130所输出的逻辑电压会位于第二电压范围中。

本实施例利用操作电压区分模拟信号与数字信号，让共享接脚102可以具有接收模拟信号与输出数字信号的功能。本实施例的引脚共享电路110可以应用在集成电路100的任一引脚以降低整体的引脚数目，由此降低电路设计成本与提高封装良率。

(第二实施例)

本发明可归纳出一种引脚共享方法，适用于一集成电路，此集成电路具有共享接脚，上述引脚共享方法的流程图请参照图4，图4为根据本发明第二实施例的引脚共享方法流程图。首先，设定一第一电压范围与一第二电压范围，其中第一电压范围与第二电压范围不重叠(步骤S410)，其中第一电压范围是集成电路的模拟信号的接收范围，而第二电压范围则是集成电路的数字信号的输出范围。然后，依照第一电压范围与第二电压范围分别设定一模拟输入模式与一数字输出模式(步骤S420)。接下来，由集成电路决定切换至模拟输入模式或数字输出模式(步骤S430)，当集成电路切换至模拟输入模式时，则将共享接脚所接收的模拟电压转换为一数字信号(步骤S440)，并且判断共享接脚所接收的模拟电压是否位于第一电压范围中(步骤S450)，若是，则将转换后的数字信号传递至集成电路的内部电路处理(步骤S470)；若否，则忽略数字信号(步骤S460)。若集成电路是切换为数字输出模式，则经由共享引脚输出位于第二电压范围的逻辑电压至外部电路(步骤S480)。

本发明的引脚共享方法的其余细节，本领域普通技术人员应可由上述第一实施例的说明中推知，在此不加累述。

此外，值得注意的是，上述元件之间的耦接关系包括直接或间接或两者并行的电性连接，只要可以达到所需的电信号传递功能即可，本实施例并不受限。

综上所述，本发明利用电压范围来区分数字信号与模拟信号的操作区间，让同一接脚可以接收模拟信号或输出数字信号，本发明的引脚共享电路与方法至少具有减少IC接脚数目以及整合数字信号与模拟信号接脚的功效，可应用于多接脚数的集成电路设计中。

虽然本发明的优选实施例已揭露如上，然而本发明并不受限于上述实施例，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明所揭露的范围内，当可作些许的更动与调整，因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种引脚共享电路，适用于一集成电路，所述集成电路具有一共享接脚，其特征在于，所述引脚共享电路包括：

一模拟电路，耦接于所述共享接脚，用以接收一模拟电压；以及

一数字电路，耦接于所述共享接脚，用以输出一逻辑电压或接收一反馈数字信号；

其中，所述模拟电路操作于一第一电压范围，所述数字电路操作于一第二电压范围，所述第一电压范围与所述第二电压范围不重叠。

2.根据权利要求1所述的引脚共享电路，其特征在于，所述模拟电路包括：

一模拟数字转换器，所述模拟数字转换器的输入端耦接于所述共享接脚；以及

一判断单元，耦接于所述模拟数字转换器的输出端，用以判断是否将所述模拟数字转换器所输出的一数字信号传递至所述集成电路的一内部电路；

其中，当所述共享接脚所接收的所述模拟电压位于所述第一电压范围之中时，所述判断单元将所述数字信号传递至所述内部电路；当所述共享接脚所接收的所述模拟电压超出所述第一电压范围时，所述判断单元忽略所述数字信号。

3.根据权利要求1所述的引脚共享电路，其特征在于，所述数字电路具有一输出模式与一无效模式，当所述数字电路处于所述输出模式时，所述数字电路输出位于所述第二电压范围之中的一逻辑电压至所述共享接脚；当所述数字电路处于所述无效模式时，所述数字电路输出一高阻抗。

4.根据权利要求3所述的引脚共享电路，其特征在于，若所述第一电压范围大于所述第二电压范围，则所述逻辑电压表示逻辑0；若所述第一电压范围小于所述第二电压范围，则所述逻辑电压表示逻辑1。

5.根据权利要求1所述的引脚共享电路，其特征在于，所述第一电压范围介于一第一电压与一第二电压之间，所述第二电压范围大于等于一第三电压或小于等于一第四电压，其中所述第二电压大于所述第一电压，所述第三电压大于所述第二电压，所述第四电压小于所述第一电压。

6.一种集成电路，其特征在于，所述集成电路包括：

一共享接脚；

一引脚共享电路，包括：

一模拟电路，耦接于所述共享接脚，用以接收一模拟电压；以及

一数字电路，耦接于所述共享接脚，用以输出一逻辑电压或接收一反馈数字信号；

其中，所述模拟电路操作于一第一电压范围，所述数字电路操作于一第二电压范围，所述第一电压范围与所述第二电压范围不重叠；以及

一内部电路，耦接于所述引脚共享电路，经由所述引脚共享电路接收所述模拟电压或经由所述数字电路输出一逻辑电压，其中所述逻辑电压位于所述第二电压范围中；

其中，当所述模拟电压超出所述第一电压范围时，所述内部电路忽略所述模拟电压。

7.一种引脚共享方法，适用于一集成电路，所述集成电路具有一共享接脚，其特征在于，所述引脚共享方法包括：

设定一第一电压范围与一第二电压范围，其中，所述第一电压范围与所述第二电压范围不重叠；

依照所述第一电压范围与所述第二电压范围分别设定一模拟输入模式与一数字输出模式；

决定所述集成电路操作于所述模拟输入模式或所述数字输出模式；

在所述模拟输入模式中，将所述共享接脚所接收的一模拟电压转换为一数字信号，若所述共享接脚所接收的所述模拟电压位于所述第一电压范围中则将所述数字信号传递至所述集成电路的一内部电路；若所述共享接脚所接收的所述模拟电压超出所述第一电压范围则忽略所述数字信号；以及

在所述数字输出模式中，经由所述共享接脚输出位于所述第二电压范围的一逻辑电压。

8.根据权利要求7所述的引脚共享方法，其特征在于，若所述第一电压范围大于所述第二电压范围，则所述逻辑电压表示逻辑0；若所述第一电压范围小于所述第二电压范围，则所述逻辑电压表示逻辑1。

9.根据权利要求7所述的引脚共享方法，其特征在于，所述第一电压范围介于一第一电压与一第二电压之间，所述第二电压范围大于等于一第三电压或小于等于一第四电压，其中，所述第二电压大于所述第一电压，所述第三电压大于所述第二电压，所述第四电压小于所述第一电压。

Images