TWI360281B - Semiconductor device - Google Patents

Description

1360281 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】

期間半ί體裝置’其中電力可藉由儲存在訊號交換 加==及將所儲存之能量轉換成電力供應電壓而 【先前技術】 ^由轉體加以處理之訊號_率每年增加，加上數位科技 用以在半導_置之間傳輸資料的半導體裝置已藉由 古超過麵MHz的介面來執行。隨著介面訊號的頻率愈 二增加在這些訊號被驅動時的升降速度；然而，減少訊 ^升降時間料發生訊號波形_輸路徑之紐阻抗失配而暫 ，，定位準之過衝(晴shooting)、以及訊號波形暫時低於規 疋位，之下衝(undershooting)。過衝及下衝會伴隨相當大的電流， 但訊號傳遞根本不需要大電流，如此僅是增加電力消耗而已。 已知揭露於曰本專利申請案公開號8_149831者為一種容許伴 隨電力裝置之切換操作之超出賴能#在電關上有效率地^以 回復的技術，·圖1為顯示在此日本專利申請案公開號8_149831中 所揭露之電壓反相器之結構電路圖。 如圖1所示，循環流二極體l〇3a、i〇3b及緩衝電路i〇4a、104b 》別與GT0(閘極截止閘流體)i〇2a、102b並聯。緩衝電路i〇4a包 含二極體114a及電容器115a，且緩衝電路1〇物包含二極體 及電容器115b ;此外，電容器(能量恢復電容器）1〇5分別透過二極 體106a及106b而與電容器115a及115b並聯；又，GTO 102a及 102b分別透過反應器i〇7a及l〇7b而連接至直流電源no。 當GTO 102a及l〇2b切斷時所發生之陡λ肖電壓上升會受到緩 衝電路104a及104b抑制；再者，當GT0 1023及1〇2b接通時所 發生之陡峭電流變化會受到反應器107a及107b抑制；又，根據 GTO 102a及102b伴隨著充電電壓上升之切換操作，將緩衝電路 104a及104b内側之個別電容器H5a及115b充電所吸收的能量經 1360281 由二極體106a及106b而將電容器105充電；另外，當GTO 102a 及102b切斷時’電容器105透過二極體l〇6a及106而以反應器 l〇7a及l〇7b所吸收之能量加以充電。

電壓反相器100亦設置有：電壓比較器電路1〇8,用以檢測電 容器105之充電電壓；GTO 111a及111b，為在電容器1〇5與直流 電源110之間切換開、關的開關元件；觸發電路1〇%及1〇%，控 制此切換操作。當電容器105的充電電壓超過電力供應電壓時， 便藉由將開關元件切換成開啟而連接電容器1〇5及直流電源11〇， 且電容器105在電源侧的充電能量透過反應器112a、U2b及二極 體113加以回復。此外，在圖丨中，係以電力供應電壓作為電壓 比較器電路108之比較電壓；但在曰本專利申請案公開號8_149831 中卻說明了容許與一特定參考電壓進行比較之實施例。 然而，揭露於日本專利申請案公開號8-149831中之先前技藝 存有下列問題。 、在透過習知電子電路中之驅動器及接收器之訊號傳輸中，頻 率，加會導致供應至LSI(大型積體電路)之電流量增加，而使得電 力，耗及熱量產生增加。此外，所產生之熱量增加便必須提高冷 部系巧效能，使得熱槽之尺寸及冷卻風扇之速度必須增加，因而 產生環境上之有害效應的問題。這些問題與目前減輕環境 方向背道而馳。 如上所述，在半導體裝置之間的資料傳輸中，當訊號驅動期 曰 1之，降時間縮短時，構成雜訊成分的過衝及下衝便因傳輸路徑 =特徵阻抗失配而產生，以致於電力消耗增加。因此，若可提^ ，利用由過衝及下衝所產生之電力之回饋裝置，將可有效利用^ 且可降低由反射所引起的雜訊成分。 過去已知有利用緩衝電路之能量回復電路，如日本專利 號i·149831中所述者；然而，此—技術並未能抑制在半導 ΐίϊϊΐ頻訊號傳輸_所產生的過衝及下衝，或者藉由再利 用反射月b量而減少電力消耗。 6 【發明内容】 可加之"'目的為提供-種半導體裝置’其中反射感應雜訊 反射能量、及利用訊號驅動期間所=的能 或輪ΐΐί發!之半導體裝置包含：能量回復部，使在訊號輸入 』 輸入或輸出緩衝器期間的過衝及下衝回復成能量；充電 i中回復之能量充電；以及供應部，用以供應在該充電 口以充電的電荷而作為電力供應電壓。 以ϋ明之半導體裝置包含：輸出端子；輸出緩衝器，用 人輸出端子而輸出訊號；電力供應器，用以供應電壓至包 出，衝ϋ的電子電路並操作該電子電路；第—電路，連接 出緩衝器，且在輪出訊號位準之轉變期間，將輸出電壓 =么供應之職回復成能量並加以充電；第二電路，連接 緩衝器，且在輸出訊號位準之轉變期間，將輸出電廢低 ^接地電壓之下_復成能量並純充電；充電電路，連接至該 ^及第二電路’並收集由該第—及第二電路加以充電的電荷； ^= u切換該第—及第二電路與該充電電路之間触接；電 ifj接至該充電電路，且儲存由該充電電路所收集的電荷； 祕路，連接至该電谷器，且將儲存在此電容器中之電荷轉 '邛電力供應器之電力供應電壓，並供應此電壓以作為内部 電源。 發明之半導體裝置包含：輸入端子；輸入緩衝器，用 人if雜人端子而輸人訊號；電力供應Lx供應電愿至包 3^輸入緩衝H的電子電路麟作該電子電路；第—電路，連接 入緩衝器’且在輸人訊號位準之轉難間，將輸入電壓超 過▲電力供應電塵之過衝回復成能量並加以充電；第二電路，連 衝器，且在輸人訊號位準之轉變期間，將輸入電屢低 於接地電叙下衝回復成能量並加以充電；充電電路，連接至該 開關，該第—及第二電路加以充電的電荷； 容器，連接及第二電路與該充電電路之間的連接;電 及供庫ΐί，且儲存由該充電電路所收集的電荷； =内部電力供應器之電力供應電壓，並供應此電二以 該開關可包含場效電晶體。 以透裝置包含:輪出端子;輸出緩衝器，用 操；=路用;== 過輸出訊號位準之轉變期間，將輸出電壓超 在輸出訊號位準之轉變期間，將輸出電壓低 至η了衝回復成能量並加以充電；充電電路，分別連接 及第—電路，並收集由該第-及第二電路加以充電的電 ΐ雷iif隹以相對應之方式連接至該充電電路，且儲存由該充 it的電荷；及供應電路，分別連接至該電容器，且將 懕Hf器中之電荷轉換成内部電力供應器之電力供應電 壓，並i、應此電麗以作為内部電源。 根據本發明之半導體裝置包含：輸入端子；輸入緩衝器，用 ^透過雜人端子而輸人訊號；電力供應器，用以供應電壓至包 έ該輸入緩衝H的電子電路並操作該電子電路；第―電路，連接 至該輸入緩騎’且在該輸人峨辦之機顧，將輸入電壓 超過電力供應電壓之過衝回復成能量並加以充電；第二電路，連 接至該輸入緩衝器，且在該輸入訊號位準之轉變期間，將輸入電 壓低於，，電壓之下衝回復成能量並加以充電；充電電路，分別 連接^第-及第二電路，並收集由該第-及第二電路加以充電 的電荷；電容n，以相對應之方式連接至該充電電路，且儲存由 該充電電路所收集的電荷；及供應電路，分別連接至該電容器， 峨力纖之電力供應 容器戶 電触置献得从μ _二極艘及電 陰極侧‘接至該輸乂 2輪電有:第-二極體，其 相連接；第二二極體，.連接至:二而-陽極側與該電力供應器 的連結點’且其陽極侧:ΐ:::2ϊ輸ί或Ϊ出緩衝 連接至該第二二極體.以乃楚 1、·。"，.占相連接，第一電容器， 至該接地點或該電力沖料=關’用以將該第-電容器切換 而其陰極側連接至該接體至===緩衝器， 1該接地轉靖人或輸將容器切換 與該第二“係=:= 2及第二_可包含場效電晶體。 陰極側輪以ϊ -具有:第-二極體，其 相連接，·第二二極體==二而f陽極側與該電力供應器 I之間的連結點，且細極“輸ς或輸出緩衝 與該第一電容器點接地，·該第二二極體 具有其陽極側連接至'相連接，該第二電路 r:r結點，接地 與該第二電容器之且該第四電極 1360281 本&明中，儲存了在將電子訊號傳送至電子電路中之訊辦 ，·泉的情形下職生之峨的反射能量 = 可有效地利觀量，如此減少了電力損耗量。”5 【實施方式】 明本發明之實施例。首先將說明 體裝置之ί構圖2 根ii”第一實施例之半導 之外觀透視圖為根據此實_之半導》置 如圖2所示’本實施例之半導 取終階段之緩衝器1。緩衝器！輸出對應於 化至古付進準Λ準舰低位準時，輸出位準便從低位準變 出位準便從高辦瓶至低辦。雛竹化至心树，輸 將緩衝器1連接至包含二極體21、二極體22' 開關24的充電電路2。線播5| Wn 電谷时23、及 力供應器，且-極體過一極體21而連接至10電 體2!與緩衝哭—Γ之體門士極，電力供應器側；再者，將二極 至電容^^而電之二極體22，二極體22連接 陰極側為電容器23之^ .又連^妾^'開關24，此外’二極體22之 接而連接至10電力#庫哭盥’ 23係藉由切換開關24的連 另ϊ，將緩查/ 一極體21之間的連結點或接. 33另_ /^衝1連接至包含二極體3卜二極體32、雷宏哭 且二極體Μ之陰極係透過二極體31而接地， 間的連結點連接至二^ _極體31與接地點之 容器33則連接至開關34 · “一極體32連接至電容器33，而電 之侧；又，電容$ 3 二極體32之陰極側為電容器33 與二極體31之間的箱34的連接而連接至緩縮 將二極體22與電容写a ° 之間的連結點、及二極體32與電容 1360281 者均透開關7之開關作動而連接至充雷雷 .再者，將充電電路41連接至電容器42，、或33之電荷； 之電荷係儲存於電容器42中；又，為了 41所收集 電荷轉換成内部電力供應器的電力器42中的 而成，並根據輸出或輸人鲜進行卩糊作動。❼“日日體)建構 其次將說明本實施例之操作。首先， 連接至IO電力供應器及二極體21 ^ =不’將開關24 GND(接地)側’而開關7則連接至充電電路二 位準變化至低位準時，緩衝器：施行盘 】日二公由同 =準至辦。緩脑接ί 於反射而相讲给;1 丄/ 在·輸出δίΐί虎6之電麼由 nsfi 電力供應電壓的情況下，即回復電壓。 便流過二極體22，以使電荷累積於電容器=、。應L電流 情=;=24連接至GND侧?開“連接至i ，器及一極體31之險極側，而開關7則連 杏 由高位準變化至低位準時’可能有輸出位準之電壓因i ，故而小於或等於GND辦的情形。當 流過二= 而移動至充電電U 電谷裔33中的電荷經由開關7 時人訊號5之輸人電壓再度由高位準變化至低位準 俜將自低辦變化至高鲜。在此情況中， 係將開關24連接至電力供應器及二極體21之陽極側，開關34連 11 1360281 写33中的關連接至充電電路3。因此，儲存於電容 /的電她由_ 7而移動至充電電路4卜 如此，由於收集於電容器23及33巾a + 後續並無由緩衝器i所造成之反^33中之因反射所產生之電何， 在Ι^ί^/、彻在充電電路41情收集之電荷加以充電。 以i，iiH於壓轉換成内部電力供應器之電力供應電壓 接菩各$42,中之電荷提供作為此内部電力供應器。 電容琴5卜署"^圖3來說明本實施例之外觀。在圖3中，係將 =〇容上，置内部中所產生之熱二輸至ί 大氣中。雷二j透過電谷益51而傳輪至熱槽坑52，並消散於 電電路4〗電二^包含圖2所示之電容器42，此電容器儲存由充 電電^41所收集之電荷，並將電力供應至穩定電路43。 二、次，將說明本實施例之效果。 雷六ί i。種ί果ί可降低根據本發明之半導體裝置之系統的 下插1:係藉由將訊號傳遞期間由反射所產生之例如過衝、 雜讯成分之功率再利用而得以達成。 產士 效果為可藉由吸收過衝及下衝之功率而降低由反賴 度王I雜訊。 夠刹絲為可藉城少雜㈣使_辦穩定，以致於能 约矛i用更兩頻率之機率得以增加。 俾体果為由過衝及下衝所產生之電流之回復得以消除， 便此夠將來自電力供應線之電磁場發射之位準降低。 二竇ΐί將說明本發明之第二實施例。圖4為顯示根據本發明第 —貫她例之半導體裝置之結構的電路圖。 於Flf圖^中，將充電電路44、電容器45、及穩定電路46設置 j 2所示之結構中；同時，勿設置開關24, 34及7，將電容器 44另zn接^也"^GND，且將充電電路2及3分別連接至充電電路 ，其餘結構則與圖2相同。因此，將與圖2中相同之組成 12

1JUUZ5I 元件標以相同符號，而省略這些 接著將說明此實施例之操^。緩 準驅動輸細虎6，當輸人喊5由峨5之位 高位準。由緩衝器！所輸出之輪出^^出低位準變化至 使得反射波因特徵阻抗失配而返回。^ 器’以 衝器1之電力供應電愿。本發明中，2 超過緩 ΐΓ?ΐ?Γ1之電力供應電壓的情況下:此電壓

的電壓超過電力供應iS 峨力供應器

接者’當輸人訊號5由低位特化至高位树，輸出訊 ^位準魏至低辦；t輸出訊號6由高辦變化至低位準^， 便因在輸出釘銷處之反射而產生小於或等於GND位準之電壓。备 ，出2 GND位準以下時，電流流過二極體32，使得電容器5 充電。將電容器33充電所用之電荷藉由充電電路41而對 :。谷器42充電’在電m由穩定電路43而轉換成内部電力供應 器之電力供應電壓之後’將電容器42充電所使用之電荷即被提^ 作為此内部電力供應器。 〃 如此，便將因反射所產生之電荷收集於電容器23及33中， 俾使後續無由缓衝器1所致之反射發生。 此外，此實施例之效果與第一實施例者相同。 一—其次將說明本發明之第三實施例。圖5為顯示根據本發明第 二貫施例之半導體裝置之結構的電路圖。在圖5中，使緩衝器丨(為 圖4中之驅動器）由接收器8加以取代，並將輸入訊號9輸入接收 器8，其餘結構則與圖4相同。因此，將與在圖4中相同之組成元 件標以相同符號，而省略這些元件之詳細說明。 13 例】將=2施例之操作。本實施例之操作類似第-， 衝而由小於或等於_位準所產mm;及因過衝及下 供應器。 稍產生之H並將其作為内部電力 時，輸人至接收118之訊號的電壓超過電力供庳雷厭 成;部電力供應器之内部電： $ ΐ ΐ ί 5中之電荷即被提供作為此電力供摩 9之電祕至_位準以下時^ 被儲存於電容器33中。由電容器幻所收隼之 由充電電路41而儲存於電容1142中。此外，在將電壓唾 傻储存於電合态42中之電荷即被提供作為此電力供應器。 如此，反射係因由過衝及下衝所產生且經收集於電^ 2 中之電荷而得以減少；另外，本實施例之效果與第一實施 相同。 f著將說明本發明之細實施例。_ 6為顯示根據第四實施 t之半導?裝置之結構的電路圖。在圖6 +，使緩衝器丨(為圖2 中之驅動H)由接收|| 8加以取代，並將輸人訊號9輸人接收器8, 其餘結與圖2相同。因此，將與在圖2巾相同之組成元件標 以，付號，而省略這些元件之詳細說明。本實施例之操作與第 一實施例者相同’且本實施例之效果亦與第一實施例者相同。 ，發明適合用在建置於資訊裝置、通訊裝置、視訊裝置、及 具有許多訊號線且需要高速訊號傳輸之其他裝置内之半導體裝置 上。 【圖式簡單說明】 圖1為顯示曰本專利申請案公開號8-149831中所揭露之電壓 反相器之結構的電路圖。 1360281 圖2為顯示根據本發明第一實施例之半導體裝置之結構的電 路圖。 圖3為顯示根據本發明第一實施例之半導體裝置之外觀透視 圖。 圖4為顯示根據本發明第二實施例之半導體裝置之結構的電 路圖。 圖5為顯示根據本發明第三實施例之半導體裝置之結構的電 路圖。 圖6為顯示根據本發明第四實施例之半導體裝置之結構的電 路圖。 【主要元件符號說明】 1缓衝器 2 充電電路 3 充電電路 5輸入訊號 6輸出訊號 7開關 8接收器 9輸入訊號 21二極體 22二極體 23電容器 24開關 31二極體 32二極體 33電容器 34開關 41充電電路 42電容器 15 1360281 43穩定電路 44充電電路 45 .電容器 46穩定電路 50插入件 51電容器

52熱槽坑 100 電壓反相器 102a〜102b GTO(閘極截止閘流體) 103a〜103b 循環流二極體 104a〜104b 缓衝電路 105 電容器 106a〜106b 二極體 107a〜107b 反應器 108 電壓比較器電路 109a〜109b 觸發電路 110 直流電源 111a〜111b GTO 112a〜112b 反應器 113 二極體 114a〜114b 二極體 115a〜115b 電容器 16

Claims (1)

1360281 99年1〇’月15曰修正替換頁 96103301(無劃線） 十、申請專利範圍： 1. 一種半導體裝置，包含： 輸出端子； 輸出緩衝H ’用以透過該輪出端子而輪出訊 子電=供絲，用以供應電壓至並操作包含該^緩衝器之電 準4變接’且其中使在輪出訊號位 量並力 =2;輸罐超過電力供應電壓之過衝回復成為能 量並加以充電； 电塋以下之下衝回復成為能 充電電路，與該第一或第二雷路相、鱼Μ 第二電路加以充電之電荷；. ，4收集由該第一或 開關’用以切換該第一及第二雷改豳 提供作為内部電力供應ϋ。應賴’亚將該電力供應電塵 2. —種半導體裝置，包含： 輸入端子； 輸入緩衝f ’贱透過該輪人端子*輪人跡； 電力供應器，用以供應電歷 子電路。 电U趣作包含·人缓衝器之電 第一電路，與該輸入緩衝哭;I：日、* 4it r» I 準之轉變期間，其輸人電壓超^電，二在輸入訊號位 量並加以充電； ^力賴復成為能 弟二電路’與該輸入緩衝哭;t日'*吐 知相連接’且料使在輸入訊號位 1360281 準之轉變期門甘& K無劃線） ；f：jL加士，電 〆、輸入$壓降至接地麵以下之下衝:復成為能 第二i2力:充d;或第二電路相連接’並收集由該第一或 =器用電路與該充電電路之間· 之電荷；及“目連接’且儲存由該充電電路所收集 荷轉ii内部電廍=儲存在該電容器中之電 内部電力供應ϋ。〜’、。。供應輕’並將該賴提供作為 專概_ 1或2項之料《置，射該_包含場 4. 一種半導體裝置，包含： 輸出端子； ：以透過該輸出端子而輸出訊號； 子^力供H以供應電壓至並操作包含該輸出緩衝器之電 =-電路，與該輸出緩衝器相連接，且 其輸入電壓超過電力供應電壓 量並加以充電； 卜之下衝回復成為能 -及加:=電第;及第二電路相連接 ’並收集由該第 器中；儲存在該等電容 电刀供應狀電力供應，並將該電壓 1360281 99年10月15日修正替換頁 提供作為_電力供魅。 5. —種半導體襞置，包含： 輸入端子； ’用以透過該輸入端子而輸出訊號； 子電=供應裔，用以供應電壓至並操作包含該輸入緩衝器之電 準之ii輸衝器相連接’且其中使在輸入訊號位 量並加以充電，· ”认'堅超過電力供應電壓之過衝回復成為能 準之相連接’且其中使在輸入訊號位 ί並;其輸人_至接_以下之下衝回復成為能 及第二電路相連接，並收集由該第 等充ίίί所該等充電電路相連接，且儲存由該 供應電路，分別與該等電容器相， 器中之電荷轉換成内部電力供廡哭之雷六报在该專電谷 提供作為内部電力供應器。、―|力供應電壓，並將該電壓 6. 如申請專利範圍第丨，2,4或$項丰练 第二電路具有由串聯二極體哭m褒置，其中該第-及 7. 如申請專利細第丨或2項之半ΪΪ器電路。 该第一電路具有： 甲 接，且其入錢岐衝器相連 衝器之贿雜入或輪出缓 第一霄谷态，連接至該第二二極體；及 第-關，用以將該第-電容器切換至躺點或該電力 19 ^60281 99年10月15日修正替換頁 96103301(無劃線） ' 供應器與該第一二極體之間的接點； -— 關而連接體與該第一電容器之間的接點係透過該開 該第二電路具有： 第二二極體，其陽極側係與該輸入或輸出緩衝器 接，且其陰極側係與該接地點相連接； 點，日甘極體’連接至該第三二極體與該接地點之間的接 點，且其％極側與此接點相連接； 钱 第二電容器，其與該第四二極體相連接；及 八或輸上：該第用=體第 而與該與鮮二電抑之間祕點錢過該開關 ^^申請專利範圍第7項之半導體裝置，其中第 包含場效電晶體。 力Μ —開關 9.如申請專利範圍第4或5項之半導體裝置，其中 該第一電路具有： 八 接，曰甘ΪΓ二極體，其陰極側係與該輸入或輸出緩衝器相連 接且其％極側係與該電力供應器相連接； 界之門極體，連接至該第—二極體與該輸人或輸出緩衝 盔之間的f點，且其陽極側係與此接點相連接；及 衡 第一電容器，其一端係與該第二二極體相連接， 一端接地； ·^牧且其另 路相連接該第二二極體與該第—餘器之間的接點係與該充電電 該第二電路具有： 第二二極體，其陽極側係與該輸入或輸出緩衝器柏 接，且其陰極侧係與該接地點相連接； .。連 第四二極體，連接至該第三二極體與該接地點之間的接 1360281 99年10月15曰修正替換頁 96103301(無劃線） 點，且其陽極侧係與此接點相連接；及 第二電容器，其一端係與該第四二極體相連接，且其另 一端接地；且 該第四二極體與該第二電容器之間的接點係與該充電電 路相連接。 十一、圖式：