CN114866146A - 半导体芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体芯片，此半导体芯片包括：一转阻放大器，转阻放大器具有一第一输入端，该第一输入端耦接至一光接收器的一第一输出端，其中该转阻放大器根据该第一输入端输入的信号产生一第一信号；一微控制器，具有一第二输入端，该第二输入端耦接至该光接收器的一第二输出端，该微控制器根据该第二输出端输出的信号产生并输出一第三信号；以及一自动增益控制器，具有一第三输入端，该第三输入端耦接至该微控制器的一第三输出端，该自动增益控制器根据该第三输出端输出的信号调整该第一信号对应的电压。
Description
本申请是申请号为201710063303.1、申请日为2017年02月03日、发明名称为“半导体芯片”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种半导体芯片，尤其指一种同时具有转阻放大器(transimpedenceamplifier，TIA)及微控制器(Micro Control unit)的半导体芯片。
背景技术
现今，光纤通信网络成为宽带通信的发展趋势。例如，光纤到户或光纤到建筑物等光纤到点技术是光纤通信网络发展的目标，以逐步取代原有的铜线传输，例如光纤到户的有线电视(Optical CATV)己成为主流媒体的传输媒介之一。
但是，在当前TV信息传输量越来越大且用户对网络速度要求更高的情形下，光纤传输的数据量已逐渐不敷使用。为了解决传输数据量不敷使用的问题，除了提高光纤传递速度以外，光纤两端的接收与传输亦显得相当重要，尤其是接收端装置的体积及制作成本更是需要改善的重点，其中，接收端装置包括许多电子元件，例如接收芯片、转换放大器芯片、控制器芯片或多个被动元件，每一个电元件设置在一母板(印刷电路板)上，使得接收端装置的体积较大，且每一电子元件之间的电路设计复杂，上述多个因素造成生产成本无法降低及无法实现节省能源。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种半导体芯片，其中本发明将一转阻放大器及一微控制器整合至一半导体芯片上，使转阻放大器及微控制器能在同一环境(例如是同一温度或电压)下工作，可减少许多不确性因素，使芯片设计及制造上更简单，而且也可少设置许多被动元件，例如电容元件或电阻元件，从而能够大幅减少制造成本、大幅减少电子装置体积及能源消耗。
为了达到上述目的，本发明提供一种半导体芯片，其包括一转阻放大器，其具有一第一输入端，该第一输入端耦接至一光接收器的一第一输出端，其中该转阻放大器根据该第一输入端输入的信号产生一第一信号；一微控制器，其具有一第二输入端，该第二输入端耦接至该光接收器的一第二输出端，该微控制器根据该第二输出端输出的信号产生并输出一第三信号；以及一自动增益控制器，其具有一第三输入端，该第三输入端耦接至该微控制器的一第三输出端，该自动增益控制器根据该第三输出端输出的信号调整该第一信号对应的电压。
附图说明
图1为本发明第一实施例的半导体芯片的电路结构图。
图2为本发明第二实施例的半导体芯片的电路结构图。
图3为本发明提供的半导体芯片的封装结构示意图。
附图标记说明：100-半导体芯片；10-转阻放大器；30-电流电压转换器；40-模拟数字信号转换器；50-微控制器；60-自动增益控制器；22a-磁珠元件；22b-电感元件；22c-电阻元件；102-第一输入端；104-第二输入端；21-电容元件；Vo1-第一输出信号；Vo2-第二输出信号；106-第一信号输出端；108-第二信号输出端；60a-输入端；60b-输入端；60c-输出端；110-第三输入端；Vo3-电压信号；S0-数字信号；502-处理器单元；504-内存单元；Sc-控制信号；70-外界元件；600-电路基板；101-金属接垫；602-金属导线；604-金属接垫；606-聚合物层。
具体实施方式
图式揭示本发明的说明性实施例。其并未阐述所有实施例。可另外或替代使用其它实施例。为节省空间或更有效地说明，可省略显而易见或不必要的细节。相反，可实施一些实施例而不揭示所有细节。当相同数字或标号出现在不同图式中时，其指相同或类似元件或步骤。当以下描述连同随附图式一起阅读时，可更充分地理解本发明的态样，该等随附图式的性质应视为说明性而非限制性的。
第一实施例
如图1所示，本发明提供的半导体芯片100可接收一光接收器20发送的信号，此半导体芯片100为一互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-SemiconductorChip，CMOS)芯片，此光接收器20为一硅半导体芯片、一硅锗半导体(SiGe semiconductor)或一CMOS芯片其中之一，且光接收器20例如是一收光二极管、高频二极管、雪崩光电二极管、感光耦合单元或互补性氧化金属半导体单元其中之一，本发明中的光接收器20较佳实施例为一收光二极管。半导体芯片100包括一转阻放大器(transimpedence amplifier，TIA)10、一电流电压转换器(Current-to-voltage converter，IVC)30、一模拟数字信号转换器(Analog-to-digital converter,ADC)40、一微控制器(Micro Control Unit)50及一自动增益控制器(automatic gain control，AGC)60，其中转阻放大器10可包括一差动输入放大器或一单端输入放大器，本发明中的转阻放大器10较佳实施例为一差动输入放大器；另外电流电压转换器30可包括一可变式电阻电路。
光接收器20的一正极端及一负极端分别耦接至一接地端(Vss)及一电源电压端(Vdd)，并且在正极端与接地端(Vss)之间及负极端与电源电压端(Vdd)之间分别耦接一个或多个被动元件22，此被动元件可为一电阻元件、一可变电阻元件、一热敏电阻元件、一电容元件、一磁珠元件或一电感元件之一或其组合，例如在负极端与电源电压端(Vdd)之间耦接一磁珠(bead)元件22a及一电感元件22b，其中磁珠元件22a在图中以电阻的符号表示，以及在正极端与接地端(Vss)之间耦接一电阻元件22c、一磁珠元件22a及一电感元件22b，该转阻放大器10的一第一输入端102及一第二输入端104分别耦接至该光接收器20的正极端及负极端，其中被动元件可视为一低通滤波器，用以消除噪声。另外，在第一输入端102与光接收器20的接地端之间以及第二输入端104与光接收器20的电源电压端之间可耦接一电容元件21，用以消除噪声。
当光接收器20(例如是收光二极管)接收一光信号时，芯片内的空乏区会产生电子电洞对，其逆向偏压的电场会驱使电子电洞各往N、P极移动，如此就产生一电流信号，该转阻放大器10将光接收器20产生的电流信号转换成一电压差值，该转阻放大器10根据此电压差值产生一第一输出信号Vo1及一第二输出信号Vo2并将其分别发送至一第一信号输出端106及一第二信号输出端108，其中第一输出信号Vo1与第二输出信号Vo2的相位相差180度。另外，自动增益控制(automatic gain control，AGC)器60的一输入端60a及输入端60b分别耦接至转阻放大器10的第一输入端106及第二输入端108，自动增益控制器60的一输出端60c耦接至转阻放大器10的一第三输入端110，此自动增益控制器60用以使转阻放大器10的增益自动地随自动增益控制器60的输入信号强度而自动调整。
该磁珠元件22a与接地端之间端耦接一电流电压转换器30，用以将光接收器20产生的电流转换成一电压信号Vo3并将其发送至模拟数字信号转换器40，该模拟数字信号转换器40将此电压信号Vo3转换成一数字信号S0后输入至微控制器50内，其中微控制器50包括一处理器单元502及一内存单元504，内存单元504例如是一只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)或一电可擦可编程只读存储器(Electrically-Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EEPROM)，其中，内存单元504中储存有一参考数值，用以提供处理器单元502比对的参考依据。此参考数值包括多个比对数值(例如多个不同的数值的数字信号)以及每一个比对数值相应的补偿电压值，当处理器单元502收到数字信号S0后会进行一查表步骤或一比对步骤，也就是将此数字信号S0和内存单元504内储存的比对数值(如前面所述)进行比对，以找出一补偿电压值，接着微控制器50发送一控制信号Sc至自动增益控制器60，该自动增益控制器60依据此控制信号Sc所指示的指令对第一输出信号Vo1及第二输出信号Vo2进行电压补偿，使能第一输出信号Vo1及第二输出信号Vo2能稳定输出。
本实施例将转阻放大器10及微控制器50整合在同一芯片上，可大幅减少许多外部元件的控制程序及设计，而且将转阻放大器10及微控制器50整合在同一芯片，使转阻放大器10及微控制器50能在同一环境(例如是同一温度或电压)下工作，可减少许多不确性的因素，使芯片设计及制造更简单；另外，转阻放大器10及微控制器50整合在同一芯片，可少设置许多被动元件，例如电容元件或电阻元件，从而能够大幅减少制造成本、大幅减少电子装置体积及能源消耗。
第二实施例
如图2所示，本实施例与第一实施例不同点在于，微控制器50不包括内存单元504，此内存单元504设置在一外界元件70中，如此用户可依实际情况及条件设定参考数值，另一方也可使此芯片设计及制造更简单，以减少制造成本。
如图3所示，此半导体芯片100可设置在一电路基板600上，此半导体芯片100具有一金属接垫(meatal pad)101，可利用打线方式(Wire bonding)经由一金属导线602电性连接至电路基板600的一金属接垫604上，此金属导线602的材质包括金、铜或银其中之一，并在电路基板600及半导体芯片100上形成一聚合物层606包覆及保护半导体芯片100及金属导线602，其中电路基板600例如是一陶瓷基板、一金属基板、一导线架基板或一印刷电路板，其中陶瓷基板包括氧化铝(Al2O3)基板、氮化铝(AlN)基板或氧化铍(BeO)基板其中之一，另外，在电路基板600上可设置一个或多个被动元件(图中未示)并电性连接至电路基板600的金属接垫604，此被动元件例如是一电阻元件、一可变电阻元件、一热敏电阻元件、一电容元件、一磁珠元件或一电感元件之一或其组合，此被动元件可以是第一实施例及第二实施例中的被动元件。
以上所述实施例说明本发明的特点，其目的在使熟习该技术者能了解本发明的内容并据以实施，而非限定本发明的保护范围，故，凡其他未脱离本发明所揭示的精神所完成的等效修饰或修改，仍应包含在本案权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种半导体芯片，其特征在于，包括：
一转阻放大器，具有一第一输入端，该第一输入端耦接至一光接收器的一负极端以产生一第一电流，其中该转阻放大器根据该第一输入端输入的该第一电流产生一第一电压，其中，该光接收器的该正极端耦接至一第一电阻元件的一第一端子，该第一电阻元件的一第二端子耦接至一接地；
一电流电压转换器，耦接至该第一电阻元件的该第一端子，用以将该光接收器产生的一第二电流转换成一第二电压；
一处理器单元；以及
一自动增益控制器；
其中，该处理器单元根据由该光接收器产生的该第二电流所转换成的该第二电压的一相对应的数位值找出一补偿电压值以提供给该自动增益控制器调整该转阻放大器的将该光接收器产生的该第一电流转换成该第一电压的电压增益。
2.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，该半导体芯片包括一互补式金属氧化物半导体芯片。
3.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，该第一输入端输入的信号为一差动输入。
4.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，该光接收器的该正极端通过一电感元件耦接至该第一电阻元件。
5.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，该半导体芯片还包括一模拟数字信号转换器，该模拟数字信号转换器将该第二电压转换成该相对应的数位值。
6.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，该处理器单元耦接至一外界元件中的一储存单元，该处理器单元耦接至该储存单元，该储存单元储存有一参考数值，该处理器单元将该第一电压与该参考数值进行比较，以产生该补偿电压值。
7.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，该半导体芯片包括一储存单元，该处理器单元耦接至该储存单元，该储存单元储存有一参考数值，该处理器单元将该第一电压与该参考数值进行比较，以产生该补偿电压值。
8.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，该电流电压转换器包括一可变式电阻电路。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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