CN115225069A - 芯片结构及芯片功能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种芯片结构及芯片功能控制方法，该芯片结构包含可编程暂存器电路、闩锁电路、核心电路以及多工器电路。可编程暂存器电路及闩锁电路位于第一电源域，当第一电源域启动时，驱动闩锁电路读取设定值以产生闩锁信号。核心电路及多工器电路位于第二电源域，第一电源域的启动时序早于第二电源域的启动时序。当第二电源域启动时，多工器电路接收闩锁信号而由输出端输出功能信号至核心电路。本发明可提升芯片开发的效率及便利性，提升芯片功能设计的弹性，以及降低电池电源的电能消耗，增加芯片的使用寿命。

Description

芯片结构及芯片功能控制方法

技术领域

本发明是关于一种芯片结构及芯片功能控制方法，特别是关于一种以不同启动时序的电源域驱动芯片电路，且可提前启动芯片功能的芯片结构及芯片功能控制方法。

背景技术

在现行的芯片结构设计当中，会设置塔接引脚(Strapping Pin)来设定芯片的功能，通过引脚连接上拉电阻或下拉电阻，控制芯片在不同功能之间进行切换，进而决定执行的芯片功能。然而，上述的设计需要占用芯片的引脚，在芯片功能设定时必须确认引脚的规格，增加芯片引脚使用上的限制。

若是考虑不以引脚连接的方式设定芯片功能，则会选择以软件控制的方式来决定芯片的功能，将功能设定的电路设置在芯片内部，藉此降低引脚使用数量。不过，芯片内部的操作须待芯片供电启动后才能执行相关的设定，对于部分功能在启动时间上会有所延迟，无法满足相关功能的需求。因此，在芯片功能设定的议题上，现有的芯片结构与功能控制方法仍有相当的缺陷。

本发明的发明者思索并设计一种芯片结构及芯片功能控制方法，以期针对现有技术的问题加以改善，进而增进产业上的实施利用。

发明内容

有鉴于现有技术所述的问题，本发明的目的在于提供一种芯片结构及芯片功能控制方法，避免芯片功能在启动时有所延迟，产生芯片操作效率降低的问题。

基于上述目的，本发明提供一种芯片结构，其包含可编程暂存器电路(One TimeProgrammer,OTP)、闩锁电路、核心电路以及多工器电路。其中，可编程暂存器电路位于第一电源域，用以存储设定功能的设定值。闩锁电路耦接于可编程暂存器电路，且位于第一电源域，第一电源域启动时，闩锁电路从可编程暂存器电路读取设定值，产生闩锁信号。核心电路位于第二电源域，第一电源域的启动时序早于第二电源域的启动时序。多工器电路耦接于闩锁电路及位于第二电源域，当第二电源域启动时，多工器电路接收闩锁信号而由多工器电路的输出端输出设定功能的功能信号至核心电路。

优选地，芯片结构可进一步包含省电切换电路，省电切换电路耦接于第一电源域的第一电压源及第二电压源，第一电源域的供电借由省电切换电路于第一电压源与第二电压源之间切换。

优选地，省电切换电路可耦接于触发电路及第二电压源检测电路，当该第二电压源检测电路检测第二电压源启动时，触发电路传送切换信号至省电切换电路，控制第一电源域的供电切换。

优选地，第一电源域可包含电池电源，第二电源域可包含系统驱动电源。

优选地，闩锁电路可耦接于脉冲电路，脉冲电路耦接于第一电源域，脉冲电路提供脉冲信号以控制闩锁电路存取设定值。

优选地，多工器电路可耦接于寄存器电路，寄存器电路耦接于第二电源域，寄存器电路提供寄存器信号以控制多工器电路输出功能信号。

本发明提供一种芯片功能控制方法，其适用于控制芯片的操作功能，芯片功能控制方法包含：设置第一电源域，且设置芯片的可编程暂存器电路及闩锁电路于第一电源域中；设置第二电源域，设置芯片的多工器电路及核心电路于第二电源域中，第一电源域的启动时序早于第二电源域的启动时序；当第一电源域启动时，驱动闩锁电路读取可编程暂存器电路的设定值，产生闩锁信号；当第二电源域启动时，控制该多工器电路接收闩锁信号，并由多工器电路的输出端输出功能信号至核心电路。

优选地，芯片功能控制方法更包含设置省电切换电路，耦接于第一电压源及第二电压源，当第二电压源启动后，使用省电切换电路将第一电源域的第一电压源切换为第二电压源。

优选地，省电切换电路可借由触发电路传送的切换信号控制第一电源域的供电切换。

优选地，第一电源域可包含电池电源，第二电源域可包含系统驱动电源。

承上所述，依本发明的芯片结构及芯片功能控制方法，其可具有一或多个下述优点：

(1)此芯片结构及芯片功能控制方法能在不连接上拉电阻或下拉电阻的情况下，通过内部电路进行芯片功能设定，降低芯片引脚使用数量，提升芯片开发的效率及便利性。

(2)此芯片结构及芯片功能控制方法能通过不同电源域的设计，让功能设定电路能提早在芯片核心单元启动前进行操作，提前功能设定的时序，提升芯片功能设计的弹性。

(3)此芯片结构及芯片功能控制方法能通过省电切换电路的设置，降低电池电源的电能消耗，增加芯片的使用寿命。

附图说明

为使本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效更为显而易见，兹将本发明配合以下附图进行说明：

图1为本发明实施例的芯片结构的示意图。

图2为本发明实施例的芯片功能控制的时序图。

图3为本发明实施例的省电切换电路的示意图。

图4为本发明实施例的芯片功能控制方法的流程图。

符号说明：

11:可编程暂存器电路

12:闩锁电路

13:核心电路

14:多工器电路

15:脉冲电路

16:寄存器电路

17:选择电路

21:省电切换电路

22:第一电压源

23:第二电压源

24:触发电路

25:第二电压源检测电路

100:芯片结构

AT5:前驱电源

FS:功能信号

G:控制栅极

I1:第一输入端

I2:第二输入端

LV:闩锁信号

O:输出端

P1:第一电源域

P2:第二电源域

PS:脉冲信号

RST:切换信号

RV:寄存信号

SV:设定值

S1～S4:步骤

t1:第一时间点

t2:第二时间点

t3:第三时间点

VBAT:电池电源

VSB:待机模式电压

具体实施方式

为利于了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的附图，其主旨仅为示意及辅助说明书的功用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的附图的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利要求范围，合先叙明。

请参阅图1，图1为本发明实施例的芯片结构的示意图。如图所示，芯片结构100包含可编程暂存器电路11、闩锁电路12、核心电路13、多工器电路14、脉冲电路15、寄存器电路16及选择电路17。可编程暂存器电路11及闩锁电路12位于第一电源域P1，可编程暂存器电路11存储设定功能的设定值SV，即将芯片功能的设定值SV经由编程后存储于此寄存器中，当读取到此设定值SV后，使芯片能执行对应此设定值SV的功能操作。可编程暂存器电路11对应设置闩锁电路12，闩锁电路12耦接于可编程暂存器电路11，通过闩锁电路12可对可编程暂存器电路11进行设定值SV锁定。在本实施例中，闩锁电路12耦接于脉冲电路15，当第一电源域P1启动时，脉冲电路15提供脉冲信号PS至闩锁电路12的控制栅极G，通过脉冲信号PS控制闩锁电路12读取可编程暂存器电路11的设定值SV。

在本实施例中，核心电路13及多工器电路14位于第二电源域P2，闩锁电路12的输出端耦接于多工器电路14，多工器电路14的输出端偶接于核心电路13。多工器电路14包含第一输入端I1及第二输入端I2，闩锁电路12的输出端耦接于多工器电路14的第一输入端I1，可编程暂存器电路11的设定值SV借由闩锁电路12以闩锁信号LV传送至多工器电路14。多工器电路14的第二输入端I2耦接于寄存器电路16的输出端，寄存器电路16传送寄存信号RV至多工器电路14，闩锁信号LV与寄存信号RV的信号值可对应于不同芯片功能。当第二电源域P2启动时，通过选择电路17所提供的高低电位信号，多工器电路14可选择将第一输入端I1接收的闩锁信号LV或第二输入端I2接收的寄存信号RV由多工器电路14的输出端O输出至核心电路13，即通过输出功能信号FS来使得对应芯片功能生效，由核心电路13来执行设定功能的操作。

上述的可编程暂存器电路11、闩锁电路12、核心电路13、多工器电路14、脉冲电路15、寄存器电路16等，都需要电源供电来启动，若是以相同的电源启动时序来驱动，多工器电路14启动时，必须等待电源驱动可编程暂存器电路11及闩锁电路12，才能让多工器电路14接收到闩锁信号LV，并将功能信号FS输出至核心电路13以使得芯片功能生效，操作时效有所延迟。若是遇到芯片操作功能于启动时有同时开启的必要性时，例如将多功能引脚设定为多个预设功能中的一个，这样的启动方式将无法达到预期的启动时间。为解决上述问题，本发明将电源供电区分为第一电源域P1及第二电源域P2，第二电源域P2提供电压以启动芯片结构100的核心电路13、多工器电路14，即借由第二电源域P2供电来驱动芯片系统的运作，而第一电源域P1则是于第二电源域P2的启动之前即进行供电的供电来源，第一电源域P1的启动时序早于第二电源域P2的启动时序。

如图所示，芯片结构100当中的可编程暂存器电路11及闩锁电路12位于第一电源域P1，核心电路13及多工器电路14则位于第二电源域P2。在第二电源域P2尚未进行供电前，即由第一电源域P1供电来使的闩锁电路12读取可编程暂存器电路11的设定值SV，待第二电源域P2供电至多工器电路14时，可即时接收闩锁电路12的闩锁信号LV，并由输出端O输出功能信号FS至核心电路13，使得设定的功能即时启动。在本实施例中，闩锁电路12耦接于脉冲电路15，脉冲电路15同样位于第一电源域P1，由第一电源域P1驱动脉冲电路15提供脉冲信号PS至闩锁电路12的控制栅极G，控制闩锁电路12读取可编程暂存器电路11的设定值SV。另一方面，耦接于多工器电路14的寄存器电路16，则位于第二电源域P2，寄存器电路16可在第二电源域P2启动后，提供不同芯片功能的寄存信号RV，待多工器电路14进行切换后，改变输出的功能信号FS，让输出端O能输出功能信号FS至核心电路13，进而执行不同的芯片功能。

请同时参阅图2及图3，图2为本发明实施例的芯片功能控制的时序图，图3为本发明实施例的省电切换电路的示意图。如图2所示，在第一时间点t1时，芯片的第二电源域P2未启动，而芯片的第一电源域P1由电池电源VBAT进行供电，电池电源VBAT可为水银电池提供的电源，通常是做为即时时钟(real-time clock)的电源。当进入第二时间点t2时，电池电源VBAT的供电电压通过省电切换电路21切换，使得原本电池电源VBAT的供电能够转换为前驱电源AT5，驱动可编程暂存器电路及闩锁电路，前驱电源AT5为芯片系统提供的电压源。由第二时间点t2开始，第一电源域P1以前驱电源AT5提供的电压作为供电来源，同时驱动脉冲电路提供脉冲信号PS来控制闩锁电路读取可编程暂存器电路的设定值。在第二电源域P2尚未启动时，闩锁电路已撷取芯片功能对应的设定值。

当进入到第三时间点t3时，芯片系统的电源供应器提供待机模式电压VSB，以此电压作为第二电源域P2的供电电源，开始对芯片内的元件进行供电以启动芯片结构的核心电路。电源供应器通常为电子装置的主要大容量电池或是座机使用的电源供应器，前驱电源AT5与待机模式电压VSB均为芯片系统的电源供应器提供的电压源，前驱电源AT5的启动时序早于待机模式电压VSB。在本实施例中，多工器电路位于第二电源域P2，由于闩锁电路在早于第三时间点t3的第一时间点t1已由第一电源域P1启动，多工器电路在第三时间点t3时启动时，可即时接收闩锁电路提供的闩锁信号，使得输出设定功能的功能信号能提早输出，无需等待供电时序的延迟，让芯片的核心单元能在系统启动的同时即可执行预设的功能操作，让芯片系统运作更有效率。

另一方面，第二电源域P2也在第三时间点t3时驱动寄存器电路提供寄存器信号至多工器电路，使得多工器电路能通过选择电路切换不同的功能信号输出，进而达到切换芯片功能的效果。相较于在芯片引脚外连接上拉电阻及下拉电阻，由上拉电阻及下拉电阻来决定芯片功能，本实施例无须占用芯片引脚即可达成功能切换，降低芯片引脚在设置上的复杂度。

在本实施例中，第一电源域P1可由电池电源VBAT来提供启动时序较早的供电电源，但芯片设置的水银电池，能供电的电压及电量均有所限制，无法持续作为第一电源域P1的供电来源。为了节省电池电源VBAT的消耗，芯片结构上通过省电切换电路21的设置，通过切换信号RST切换第一电源域P1的供电来源，如图3所示，第一电源域P1的供电来源耦接于省电切换电路21，省电切换电路21可为多工器电路，其第一输入端耦接于第一电压源22，在本实施例中，第一电压源22即为水银电池提供的电池电源VBAT，多工器电路的第二输入端则耦接于系统驱动电源的第二电压源23，在本实施例中，第二电压源23即为芯片系统的前驱电源AT5。

请同时参阅图2，当第二时间点t2时，第二电压源检测电路25检测到系统驱动电源的前驱电源AT5启动，此时芯片内已具有足够的供电来源，无须持续耗费电池电源VBAT。因此，省电切换电路21通过触发电路24传送的切换信号RST，将第一电源域P1的供电来源，由第一电压源22切换为第二电压源23，即通过前驱电源AT5作为第一电源域P1的供电来源，减少电池电源VBAT的电能消耗。在本实施例中，当切换信号RST为低电位时，第一电源域P1由电池电源VBAT提供第一电源域P1的供电来源。当检测到第二电压源23时，切换信号RST转为高电位，第一电源域P1通过省电切换电路21将供电来源也切换至前驱电源AT5，节省电池电源VBAT消耗，达到省电的效果。然而，本发明不局限于此，在其他实施例中，芯片系统可能并未设置前驱电源AT5，省电切换电路21在检测到系统驱动电源的待机模式电压VSB后，省电切换电路21可将第一电源域P1的供电由电池电源VBAT直接切换至待机模式电压VSB。

请参阅图4，图4为本发明实施例的芯片功能控制方法的流程图。如图所示，芯片功能控制方法包含以下步骤(S1～S4)：

步骤S1：设置第一电源域，且设置芯片的可编程暂存器电路及闩锁电路于第一电源域中。请参阅图1的芯片结构，设置可编程暂存器电路及闩锁电路，闩锁电路耦接于可编程暂存器电路，可编程暂存器电路及闩锁电路均位于第一电源域中，由第一电源域驱动可编程暂存器电路及闩锁电路。在本实施例中，第一电源域可通过省电切换电路将电池电源的供电电压转换至芯片系统提供的预设驱动电压，由前驱电源来做为第一电源域的供电电源。

步骤S2：设置第二电源域，且设置芯片的多工器电路及核心电路于第二电源域中，第一电源域的启动时序早于第二电源域的启动时序。设置与第一电源域不同的第二电源域，并设置多工器电路及芯片的核心电路于第二电源域中，第一电源域供电的启动时序早于第二电源域供电的启动时序，第二电源域可为启动芯片系统的核心电路的供电电源，在芯片系统开启时才会提供芯片内部元件所需电能。由于电池是装载在装置当中，持续提供电能，在芯片系统未启动时即可提供电能，因此第一电源域的启动时序可早于第二电源域的启动时序。

步骤S3：当第一电源域启动时，驱动闩锁电路读取可编程暂存器电路的设定值，产生闩锁信号。当第一电源域启动时，闩锁电路可读取可编程暂存器电路的设定值，通过闩锁信号传送以执行对应设定值的芯片功能，但如同前述实施例所述，若是可编程暂存器电路及闩锁电路必须等到芯片系统供电的第二电源域来启动，其操作时序上的差异会使芯片功能生效时间有所延迟。在本实施例中，通过启动时序较早的第一电源域来驱动脉冲电路产生脉冲信号，控制闩锁电路读取可编程暂存器电路，可在芯片系统启动前即锁定预设功能的设定值，提高操作效率。

步骤S4：当第二电源域启动时，控制该多工器电路接收闩锁信号，由多工器电路的输出端输出功能信号至核心电路。由于闩锁电路已锁定芯片功能的设定值，当第二电源域启动多工器电路后，可即时接收闩锁信号，由多工器电路的输出端输出功能信号至芯片的核心电路。另外，多工器电路可连接至寄存器电路来接收寄存器信号，通过选择电路在闩锁信号与寄存器信号之间进行切换，使得芯片能在不同设定功能之间进行切换，达到选择或绑定芯片功能的效果，也减少了芯片引脚需外接上拉电阻及下拉电阻以进行功能切换的问题。

接续在上述步骤后，当第二电源域启动后，芯片结构可通过设置省电切换电路来节省电能消耗。省电切换电路耦接于第一电源域的第一电压源及第二电压源，由于第一电压源为电池电源，其可提供的电能有限，当第二电压源检测电路检测到第二电压源的电压启动后，省电切换电路可借由触发电路传送切换信号，控制多工器切换电源输入端，由第二电压源取代第一电压源作为第一电源域的供电来源，藉此降低电池电源的电能消耗，达到省电的效果。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求的范围中。

Claims (10)

1.一种芯片结构，其特征在于，包含：

可编程暂存器电路，位于第一电源域，用以存储设定功能的设定值；

闩锁电路，耦接于所述可编程暂存器电路，且位于所述第一电源域，当所述第一电源域启动时，所述闩锁电路从所述可编程暂存器电路读取所述设定值，产生闩锁信号；

核心电路，位于第二电源域，所述第一电源域的启动时序早于所述第二电源域的启动时序；以及

多工器电路，耦接于所述闩锁电路及位于所述第二电源域，当所述第二电源域启动时，所述多工器电路接收所述闩锁信号而所述多工器电路的输出端输出所述设定功能的功能信号至所述核心电路。

2.如权利要求1所述的芯片结构，其特征在于，包含省电切换电路，所述省电切换电路耦接于所述第一电源域的第一电压源及第二电压源，所述第一电源域的供电借由所述省电切换电路于所述第一电压源与所述第二电压源之间切换。

3.如权利要求2所述的芯片结构，其特征在于，所述省电切换电路耦接于触发电路及第二电压源检测电路，当所述第二电压源检测电路检测所述第二电压源启动时，所述触发电路传送切换信号至所述省电切换电路，控制所述第一电源域的供电切换。

4.如权利要求2所述的芯片结构，其特征在于，所述第一电源域包含电池电源，所述第二电源域包含系统驱动电源。

5.如权利要求1所述的芯片结构，其特征在于，所述闩锁电路耦接于脉冲电路，所述脉冲电路耦接于所述第一电源域，所述脉冲电路提供脉冲信号以控制所述闩锁电路存取所述设定值。

6.如权利要求1所述的芯片结构，其特征在于，所述多工器电路耦接于寄存器电路，所述寄存器电路耦接于所述第二电源域，所述寄存器电路提供寄存器信号以控制所述多工器电路输出所述功能信号。

7.一种芯片功能控制方法，其特征在于，适用于控制芯片的操作功能，所述芯片功能控制方法包含下列步骤：

设置第一电源域，且设置所述芯片的可编程暂存器电路及闩锁电路于所述第一电源域中；

设置第二电源域，设置所述芯片的多工器电路及核心电路于所述第二电源域中，所述第一电源域的启动时序早于所述第二电源域的启动时序；

当所述第一电源域启动时，驱动所述闩锁电路读取所述可编程暂存器电路的设定值，产生闩锁信号；以及

当所述第二电源域启动时，控制所述多工器电路接收所述闩锁信号，并由所述多工器电路的输出端输出功能信号至所述核心电路。

8.如权利要求7所述的芯片功能控制方法，其特征在于，更包含下列步骤：

设置省电切换电路，耦接于第一电压源及第二电压源，当所述第二电压源启动后，使用所述省电切换电路将所述第一电源域的所述第一电压源切换为所述第二电压源。

9.如权利要求8所述的芯片功能控制方法，其特征在于，所述省电切换电路借由触发电路传送的切换信号控制所述第一电源域的供电切换。

10.如权利要求8所述的芯片功能控制方法，其特征在于，所述第一电压源包含电池电源，所述第二电压源包含系统驱动电源。

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