CN106126470A - 一种实现芯片重用的可变信号流向控制方法及通信终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现芯片重用的可变信号流向控制方法，包括如下步骤：使用至少两个相同的集成电路芯片，各集成电路芯片根据逻辑控制信号的不同实现控制信号的不同流向；控制逻辑控制信号，使各集成电路芯片分别实现相应的控制信号的流向。本发明还公开了一种采用该可变信号流向控制方法实现芯片重用的通信终端。利用本发明，可以使完全相同的两个集成电路芯片实现对不同信号流向的控制功能，从而简化了实现集成电路系统功能的芯片种类，大大降低了集成电路系统的开发成本及量产供应链的管理复杂性。

Description

一种实现芯片重用的可变信号流向控制方法及通信终端
技术领域
本发明涉及一种实现芯片重用的可变信号流向控制方法，同时也涉及采用该可变信号流向控制方法实现芯片重用的通信终端，属于集成电路技术领域。
背景技术
电子产品对小型化、多功能、低成本和低功耗的追求是永无止境的，这使得工艺提升和系统集成成为半导体产业的两大发展趋势。目前，强调以工艺提升为主的晶圆制造业仍然按照摩尔定律在发展。但是，随着工艺尺寸的进一步缩小，摩尔定律正在逐步走向极限。
系统集成是半导体产业超越摩尔定律的重要技术途径。目前，系统集成有三大主流技术：系统级封装(简称为SiP)、系统级芯片(简称为SoC)和三维集成电路(简称为3DIC)。其中，SiP技术在一个封装体中集成多个不同功能、不同工艺的芯片和一些无源元件和天线，构成一个具有强大系统功能的三维多层复杂的系统。与SoC技术和3DIC技术相比，SiP技术具有集成度高、工艺兼容性好、成本低和可靠性高等优点，具备广阔的应用前景和巨大的市场需求。
随着电子设备小型化、功能多样化的需求日益提高，要求系统级别上的集成度不断提高。因此，开发一个集成电路系统需要集成的芯片数量也越来越多。由于投产芯片的成本非常昂贵(主要花费是光照制版的费用)，这就导致集成电路系统的开发成本也越来越高。在集成电路系统中，往往有些功能与功能之间是相似的。如果能够采用共用芯片的方法实现这些类似的功能，就可以大大减少不同芯片投产的数量，从而解决集成电路系统开发成本高昂的问题。
在通信终端的制造过程中，射频前端模块包含收发器输出和天线之间的所有元件，是采用系统级封装的重要组成部分。小型化的射频前端模块可以大幅度提高系统级封装的集成度和可靠性，因此射频前端模块的小型化成为近年来的研究热点。射频前端模块的小型化有两种发展趋势，即组件可重用技术和有源电感技术。其中，组件可重用技术是指在一个多模式/多频段芯片中，多个收发器共用同一个超宽带低噪声放大器或者超宽带调谐范围的振荡器、锁相环等。例如，美国Peregrine半导体公司研发出一款可重构的射频前端模块UltraCMOS Global。它通过低损耗的开关和调谐之间的高度隔离，可以解决互操作问题，并以数字控制的方式，适应所有的模式和频段。但是，现有的组件可重用技术仍然存在适用范围有限、抗干扰问题难以解决等诸多缺陷。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种实现芯片重用的可变信号流向控制方法。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种采用该可变信号流向控制方法实现芯片重用的通信终端。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种实现芯片重用的可变信号流向控制方法，包括如下步骤：
使用至少两个相同的集成电路芯片，各所述集成电路芯片根据逻辑控制信号的不同实现控制信号的不同流向；
控制所述逻辑控制信号，使各所述集成电路芯片分别实现相应的控制信号的流向。
其中较优地，所述集成电路芯片是射频开关芯片、射频放大芯片、电源管理芯片或功率控制芯片中的任意一种。
其中较优地，在实现集成电路芯片封装时，通过打线方式将所述逻辑控制信号连接到所述集成电路芯片的电源端或者地端。
其中较优地，所述集成电路芯片具有至少两组控制信号的传输端口；当所述逻辑控制信号连接到所述电源端时，第一组传输端口作为输入端口，第二组传输端口作为输出端口；当所述逻辑控制信号连接到所述地端时，第一组传输端口作为输出端口，第二组传输端口作为输入端口。
其中较优地，多个所述集成电路芯片逐级串联时，通过控制所述逻辑控制信号，使控制信号从上一级集成电路芯片的输出端口输出至下一级集成电路芯片的输入端口。
其中较优地，上一级集成电路芯片将所接收的控制信号通过芯片内部的走线传输到输出端口上，通过打线方式传递到下一级集成电路芯片上。
其中较优地，所述集成电路芯片有两个，其中首先接收到所述控制信号的所述集成电路芯片为第一接收芯片，稍后接收到所述控制信号的所述集成电路芯片为第二接收芯片；
所述第一接收芯片将所接收的控制信号传输到所述第二接收芯片的输入端口。
其中较优地，控制所述逻辑控制信号，使各所述集成电路芯片分别执行所述第一接收芯片或所述第二接收芯片的功能。
其中较优地，在集成电路芯片中，将所述逻辑控制信号的输入端通过电阻上拉到电源端，并使逻辑控制信号管脚悬空。
或者，在集成电路芯片中，将逻辑控制信号的输入端通过电阻下拉到地端，并使逻辑控制信号管脚悬空。
其中较优地，所述电阻是无源薄膜电阻或者偏置状态适当的晶体管。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种通信终端。在该通信终端中，使用至少两个相同的集成电路芯片，通过上述的可变信号流向控制方法实现控制信号的不同流向。
与现有技术相比较，本发明所提供的可变信号流向控制方法可以使完全相同的两个集成电路芯片实现不同的输入端口、输出端口配置功能，进而实现对不同信号流向的控制功能。利用本发明，提高了集成电路芯片应用的灵活性，有效简化了实现集成电路系统功能的芯片种类，大大降低了集成电路系统的开发成本及量产供应链的管理复杂性。
附图说明
图1为某一款通信终端所使用的射频功率放大器及射频开关芯片的系统框图；
图2为本发明中，实施例1的布局示例图；
图3为实现VCXA和VCXB传输端口功能切换的电路示例图；
图4为本发明中，实施例1的系统集成示意图；
图5为本发明中，实施例2的系统集成示意图；
图6为本发明中，实施例3的系统集成示意图；
图7为本发明中，实施例4的系统集成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
首先需要说明的是，在本发明的各个实施例中，所涉及的通信终端指可以在移动环境中使用，支持GSM、EDGE、TD_SCDMA、TDD_LTE、FDD_LTE等多种通信制式的计算机设备，包括移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。
目前，通信终端中射频前端模块的系统复杂性正在不断提高，致使相应的开发成本居高不下。由于射频前端模块对集成度要求的不断提高，需要在越来越小的基板上布下越来越多的芯片，以满足不断小型化的产品需求。这就给基板级的设计布局提出了更高的要求，因为即要兼顾系统厂商提出的模块管脚定义的要求，又要满足多块芯片之间的连接、匹配等性能指标的设计要求。
为此，发明人考虑将其中某些芯片设计成输入接口、输出接口灵活可变的方式，这样将大大提高基板级设计时芯片摆放的灵活度。但是，因为在设计初期往往不能完全确定某些信号流的方向，通过芯片上输入接口、输出接口的可变设计，可以避免由于板级设计的改变对信号流提出相反方向的要求而导致整个芯片需要重新光照掩膜生产，进而产生巨额的光照制版费用。
为了显著降低集成电路系统的开发成本，本发明首先提供一种经过特殊设计的可变信号流向控制方法，可以实现在共用同一个芯片的情况下，通过引入额外的逻辑控制信号，实现两个一模一样的芯片产生两种完全不一样的信号流向的技术效果，从而减少其中一个芯片的开发生产成本。下面结合不同的实施例子展开具体说明。
实施例1：
图1为某一款通信终端所使用的射频功率放大器(PA)及射频开关(RF Switch)芯片的系统框图。其中，射频前端模块用到两个单刀五掷(SP5T)的射频开关芯片，它们的工作原理是一模一样的。来自集成电路系统或者是控制芯片的控制信号(或其它类型的信号如数据信号等)记为VCX，并且这些控制信号需要传递到后续的多个射频开关芯片上。现有技术中普遍采用的做法是在基板(Laminate)上走线，但是这样不仅会占用宝贵的基板面积，而且还会带来不可预知的信号耦合、干扰等问题。
如图2所示，为了从根本上解决上述问题，本发明中引入一个新的逻辑控制信号Vctrl。该逻辑控制信号不是由集成电路系统提供，而是根据基板级设计对控制信号流向的要求，在实现如图1所示的芯片封装时，通过打线方式将逻辑控制信号Vctrl接到电源端(VDD端)或者地端(GND端)，从而把上述射频开关芯片配置成集成电路系统所要求的控制信号流向。上述的封装可以是打线封装，也可以是贴片(Flip Chip)封装，还可以是晶圆级芯片(Wafer Level Chip Scale Packaging)封装等其它各种封装方式，在此不一一列举了。
具体地说，引入VCXA和VCXB两组控制信号的传输端口，其中的“X”代表1～4的正整数。由逻辑控制信号Vctrl来决定VCXA和VCXB的输入特性和输出特性。通过适当的电路设计，当逻辑控制信号Vctrl接到电源端(VDD端)时，VCXA作为输入端口，VCXB作为输出端口；而逻辑控制信号Vctrl接到地端(GND端)时，VCXA作为输出端口，VCXB作为输入端口。这样，使用同一个射频开关芯片满足了控制信号不同流向的需求。基板对控制信号流向要求的改变可以通过逻辑控制信号Vctrl的配置来完成，从而实现了芯片重用的目的，从根本上避免了另外一个射频开关芯片的开发成本。进而，使射频前端模块的量产供应链管理得到简化，进一步降低了整个集成电路系统的开发成本。
图3为实现VCXA和VCXB传输端口功能切换的一个典型电路示例。通过多个输入缓冲电路及选通开关的适当设置，可以使输入信号或输出信号先在输入缓冲电路中缓存，然后由选通开关根据逻辑控制信号Vctrl的高低电平选择哪一路端口开启，哪一路端口关闭，从而决定输入信号或输出信号的实际流向。通过上述的电路设计方案，满足了根据逻辑控制信号Vctrl的不同而切换VCXA和VCXB传输端口功能的需求。
需要说明的是，实施例1中所提及的控制信号流方向完全是根据整个集成电路系统对射频前端模块的位置摆放、走线需要来决定的。根据集成电路系统具体要求的变化，相同芯片使用超过2个时，这种控制信号流方向的变换方式可以灵活多样。例如两个以上集成电路芯片级联时，只需要通过逻辑控制信号分别控制各个集成电路芯片上的控制信号流向，使控制信号从上一级集成电路芯片的输出端口输出至下一级集成电路芯片的输入端口，并由此逐级传输，直至最后一级集成电路芯片的输入端口，由此可以实现各个集成电路芯片的逐级串联。另外，上述实施例中提及的射频开关芯片仅为举例说明，但适用本发明的芯片并不限于此，其它的射频放大芯片、电源管理芯片或功率控制芯片等都可以用于实施本发明。只要它们之间拥有类似主体功能，只是各自接收、输出信号流向的使用情况不同，它们都可以使用本发明所提供的可变信号流向控制方法实现相同芯片的重用功能。
从上述的实施例1可以看出，如果要实现本发明所提供的可变信号流向控制方法，需要使用至少两个完全相同的集成电路芯片。该集成电路芯片包含至少两组传输端口，其中一组传输端口配置成输入端口，另一组传输端口配置成输出端口。根据系统集成层级的实际需求控制信号流的走向，通过改变逻辑控制信号的高、低电平来灵活切换集成电路芯片的信号流向，同时保持集成电路芯片上其它输入端口、输出端口位置不变。根据集成电路芯片接收外部输入的控制信号的先、后关系，分别定义为第一接收芯片(或称主芯片)和第二接收芯片(或称从芯片)。其中，第一接收芯片的输入端口接收集成电路系统输入的控制信号的同时，还负责将所接收的控制信号传输到另一接收芯片的输入端口。第二接收芯片直接接收第一接收芯片的输出端口传输的输出信号作为其输入信号源，而不是直接接收集成电路系统输入的控制信号。在本发明的一个实施例中，进行如图1所示的集成电路芯片封装时，可以将第一接收芯片的逻辑控制信号管脚通过打线固定连接到电源端(VDD端)；第二接收芯片的逻辑控制信号管脚通过打线固定连接到地端(GND端)；反过来也是可以的。
另一方面，在本可变信号流向控制方法中引入至少一个逻辑控制信号来定义第一接收芯片、第二接收芯片的顺序。通过对逻辑控制信号的控制，使各集成电路芯片分别执行相应的第一接收芯片或第二接收芯片的功能。例如当逻辑控制信号为高电平时，该逻辑控制信号所控制的集成电路芯片为第一接收芯片(或称主芯片)；当逻辑控制信号为低电平时，该逻辑控制信号所控制的集成电路芯片为第二接收芯片(或称从芯片)。或者反过来，当逻辑控制信号为低电平时，该逻辑控制信号所控制的集成电路芯片为第一接收芯片(或称主芯片)；当逻辑控制信号为高电平时，该逻辑控制信号控制的集成电路芯片为第二接收芯片(或称从芯片)。
另外，发明人考虑到如果把一部分基板级的走线挪到集成电路芯片内部的话，可以进一步减小基板的走线密度，进而有效减小线间干扰。为此，在本发明的一个实施例中，第一接收芯片(或上一级集成电路芯片)将所接收的控制信号通过芯片内部的走线传输到另一组输出端口上，进而可以通过打线的方式传递到第二接收芯片(或下一级集成电路芯片)上，从而省去了芯片外基板上的走线。
随着系统复杂性的不断提高，控制信号的数量也在不断增加。在本发明的其它实施例中，第一接收芯片(或上一级集成电路芯片)与第二接收芯片(或下一级集成电路芯片)之间的控制信号可以是一组、即由多根连线进行传递。在此情况下，将一部分基板级的走线挪到集成电路芯片内部的处理方式可以大大减少板级上的连线所占用的面积，进而使得射频前端模块的设计更加紧凑、小巧，同时帮助减少板级连线之间的信号耦合与干扰。
图4是实施例1所提供的射频开关芯片的系统集成示意图。从图4中可以看出其芯片数量多，设计复杂程度高。为了简明起见，这里只把为描述本发明相关的信号连接线画出来。其中，U1芯片和U2芯片是完全一样的两款芯片，都是单刀五掷的射频开关芯片，分别承担低频(LB)射频信号和中频(MB)射频信号的路由功能。U3是电源管理及功率、开关路由控制芯片。U4是高频段(HB)射频信号的开关路由芯片。U5是高频(HB)射频信号及GSM功率放大器芯片。U6和U7分别是中频(MB)射频信号和低频(LB)射频信号的开关路由芯片。
从控制信号流向来看，该实施例中U1芯片是第一接收芯片，U2芯片是第二接收芯片，此时需要把U1芯片和U2芯片的逻辑控制信号Vctrl都连接至电源端(VDD端)，进而把VCXA配置成输入端口，把VCXB配置成输出端口。控制信号从U4芯片输入至U1芯片的VCXA，再通过U1芯片上的走线把该组控制信号连接至该芯片上的输出端口VCXB。如有需要，U2芯片的输出端口VCXB还可以作为后续串接芯片的输入信号进行输出。此时，U1芯片和U2芯片的VCXA都作为输入端口，而VCXB都作为输出端口。
实施例2：
图5是实施例2所提供的射频开关芯片的系统集成示意图。同实施例1的情况一样，为了简明起见，这里只把与描述本发明相关的信号连接线画出来。同样的，U1～U7芯片各自所实现的功能都是和实施例1中的一样，即U1芯片和U2芯片是完全一样的两款单刀五掷的射频开关芯片，分别承担低频(LB)射频信号和中频(MB)射频信号的路由功能。U3是电源管理及功率、开关路由控制芯片。U4是高频段(HB)射频信号的开关路由芯片。U5是高频(HB)射频信号及GSM功率放大器芯片。U6和U7分别是中频(MB)射频信号和低频(LB)射频信号的开关路由芯片。
和实施例1的不同之处在于，由于集成电路系统对设计要求的改变，这种改变可能包括对模组管脚位置的不同定义要求，或者是为了解决某些设计问题而需要更改集成电路芯片配置的位置，进而导致U3芯片、U4芯片和U5芯片、U6芯片、U7芯片的位置发生互换，从而导致整个控制信号的流向不一样了。具体地说，控制信号VCX从U3芯片首先输出到U2芯片上,而不是实施例1中的U1芯片上。即，把U2芯片作为第一接收芯片，把U1芯片作为第二接收芯片。这时，U2芯片和U1芯片的逻辑控制信号Vctrl需要连接至地端(GND端)，从而把VCXB配置成输入端口，而把VCXA配置成输出端口。同实施例1一样，如有需要，U1芯片的输出端口VCXA还可以作为后续串接芯片的输入信号进行输出。此时，U1芯片和U2芯片的VCXA都作为输出端口，而VCXB都作为输入端口。
实施例3：
如图6所示，在本发明的另一个实施例3中，在芯片内部电路设计阶段，将两个集成电路芯片中其中一个集成电路芯片的逻辑控制信号Vctrl的输入端通过一个稍大的电阻上拉到电源端(VDD端)，进而使该集成电路芯片在默认情况下就可以作为第一接收芯片，相应的VCXA在默认情况下作为输入端口，VCXB作为输出端口。在该默认信号流方向满足应用要求时，Vctrl管脚可以悬空而不需要额外打线将其连接到电源端(VDD端)，进而省去了一根连线。而对于VCXA必须配置成输出端口的应用场合，也可以将逻辑控制信号Vctrl连接至地端(GND端)，从而将其偏置成第二接收芯片。
需要说明的是，这里所说的上拉电阻不限于无源薄膜电阻，还可以是偏置状态适当的各种类型晶体管。其阻值或者等效阻值的选定需要折衷考虑，既要考虑到上拉强度以抗干扰，这就要求上拉等效电阻不能太大；同时又要考虑到该上拉控制端被外部打线到地端(GND端)时，从电源端流过该上拉电阻到地端的直流电流不能太大，这就要求上拉等效电阻不能太小。该直流电流的具体数值可以在系统设计中通过静态功耗指标推算来获得。
实施例4：
如图7所示，在本发明的又一个实施例4中，将两个集成电路芯片中其中一个集成电路芯片的逻辑控制信号Vctrl的输入端通过一个稍大的电阻下拉到地端(GND端)，进而使该集成电路芯片在默认情况下就可以作为第二接收芯片，相应的VCXA在默认情况下作为输出端口，VCXB作为输入端口。在该默认信号流方向满足应用要求时，Vctrl管脚可以悬空而不需要额外打线将其连接到地端，进而省去了一根连线。而对于VCXA必须配置成输入端口的应用场合，也可以将逻辑控制信号Vctrl连接至电源端(VDD端)，从而将其偏置成第一接收芯片。
需要说明的是，这里所说的下拉电阻不限于无源薄膜电阻，还可以是偏置状态适当的各种类型晶体管。其阻值或者等效阻值的选定需要折衷考虑，既要考虑到下拉强度以抗干扰，这就要求下拉等效电阻不能太大；同时又要考虑到该下拉控制端被外部打线到电源端(VDD端)时，从电源端流过该下拉电阻到地端的直流电流不能太大，这就要求下拉等效电阻不能太小。该直流电流的具体数值可以在系统设计中通过静态功耗指标推算来获得。
在本发明的再一个实施例中，进一步提供了一种采用该可变信号流向控制方法实现芯片重用的通信终端。其中，该通信终端是指可以在移动环境中使用，支持GSM、EDGE、TD_SCDMA、TDD_LTE、FDD_LTE等多种通信制式的计算机设备，包括移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。在该通信终端中，使用两个完全相同的集成电路芯片，通过上述的可变信号流向控制方法实现了不同信号流向切换的应用效果，即其中一个作为第一接收芯片，另一个作为第二接收芯片，两者之间可以灵活切换。该通信终端的其它组成部分可以采用现有技术实现，在此就不具体说明了。
与现有技术相比较，本发明所提供的可变信号流向控制方法可以使完全相同的两个集成电路芯片实现不同的输入端口、输出端口配置功能，进而实现对不同信号流向的控制功能。利用本发明，提高了集成电路芯片应用的灵活性，有效简化了实现集成电路系统功能的芯片种类，大大降低了集成电路系统的开发成本及量产供应链的管理复杂性。
上面对本发明所提供的实现芯片重用的可变信号流向控制方法及其通信终端进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (12)

1.一种实现芯片重用的可变信号流向控制方法，其特征在于包括如下步骤：
使用至少两个相同的集成电路芯片，各所述集成电路芯片根据逻辑控制信号的不同实现控制信号的不同流向；
控制所述逻辑控制信号，使各所述集成电路芯片分别实现相应的控制信号的流向。
2.如权利要求1所述的可变信号流向控制方法，其特征在于：
所述集成电路芯片是射频开关芯片、射频放大芯片、电源管理芯片或功率控制芯片中的任意一种。
3.如权利要求2所述的可变信号流向控制方法，其特征在于：
在实现集成电路芯片封装时，通过打线方式将所述逻辑控制信号连接到所述集成电路芯片的电源端或者地端。
4.如权利要求3所述的可变信号流向控制方法，其特征在于：
所述集成电路芯片具有至少两组控制信号的传输端口；当所述逻辑控制信号连接到所述电源端时，第一组传输端口作为输入端口，第二组传输端口作为输出端口；当所述逻辑控制信号连接到所述地端时，第一组传输端口作为输出端口，第二组传输端口作为输入端口。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的可变信号流向控制方法，其特征在于：
多个所述集成电路芯片逐级串联时，通过控制所述逻辑控制信号，使控制信号从上一级集成电路芯片的输出端口输出至下一级集成电路芯片的输入端口。
6.如权利要求5所述的可变信号流向控制方法，其特征在于：
上一级集成电路芯片将所接收的控制信号通过芯片内部的走线传输到输出端口上，通过打线方式传递到下一级集成电路芯片上。
7.如权利要求1所述的可变信号流向控制方法，其特征在于：
所述集成电路芯片有两个，其中首先接收到所述控制信号的所述集成电路芯片为第一接收芯片，稍后接收到所述控制信号的所述集成电路芯片为第二接收芯片；
所述第一接收芯片将所接收的控制信号传输到所述第二接收芯片的输入端口。
8.如权利要求7所述的可变信号流向控制方法，其特征在于：
控制所述逻辑控制信号，使各所述集成电路芯片分别执行所述第一接收芯片或所述第二接收芯片的功能。
9.如权利要求1所述的可变信号流向控制方法，其特征在于：
在集成电路芯片中，将所述逻辑控制信号的输入端通过电阻上拉到电源端，并使逻辑控制信号管脚悬空。
10.如权利要求1所述的可变信号流向控制方法，其特征在于：
在集成电路芯片中，将逻辑控制信号的输入端通过电阻下拉到地端，并使逻辑控制信号管脚悬空。
11.如权利要求9或10所述的可变信号流向控制方法，其特征在于：
所述电阻是无源薄膜电阻或者偏置状态适当的晶体管。
12.一种通信终端，其特征在于在该通信终端中，使用至少两个相同的集成电路芯片，通过权利要求1～4中任意一项所述的可变信号流向控制方法实现控制信号的不同流向。
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