專利名稱：操作長(zhǎng)的芯片總線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及操作長(zhǎng)的芯片總線。
由于芯片環(huán)境的噪聲越來越多，因此集成大的芯片系統(tǒng)(SOC)設(shè)備就可能成為一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。在技術(shù)縮小的同時(shí)，芯片布線變得更為狹窄和稠密，并且它們的RC時(shí)間常數(shù)也在增加。這使得在長(zhǎng)的互連運(yùn)行上的延遲變得更差。這種延遲要求使芯片總線能夠以環(huán)境所允許的最高可能速度來運(yùn)行的技術(shù)。
典型地，反相器或緩沖器用作位于總線接收端的接收器。附圖中的圖1示意性示出了集成電路設(shè)備上的總線，該總線包括一組總線線路4，這組總線線路是驅(qū)動(dòng)器2和接收器6之間的互連線路。每條總線線路4將驅(qū)動(dòng)器2連接到相應(yīng)的接收器6上。由于上升/下降時(shí)間在接收端上通常過長(zhǎng)(例如，參見附圖中的圖2；“線入(IN)”表示到總線驅(qū)動(dòng)器的輸入，并且“線出(LINEOUT)”表示金屬2 CMOS 12上10mm長(zhǎng)的總線端部的輸出)，所以如果反相器/緩沖器接收器的切換閾值為Vdd/2(電源電壓的一半)，那么檢測(cè)總線上轉(zhuǎn)變的速度就會(huì)非常慢。
提出了改變上升或者下降沿轉(zhuǎn)變的這種閾值(降低/增加)以便實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)，還實(shí)現(xiàn)在有噪聲的環(huán)境中得到穩(wěn)定的信號(hào)。改變閾值可使得接收器檢測(cè)到由串話干擾(crosstalk)所引起的假信號(hào)(glitch)，假信號(hào)是極其不希望的。在噪聲很高的環(huán)境下，閾值可增加到大于Vdd/2。因此，為了在那種環(huán)境下以最高可能速度得到穩(wěn)定的信號(hào)，就可以改變接收器的閾值。
施密特觸發(fā)器通常用于抑制噪聲，其中利用傳輸特性的滯后現(xiàn)象來升高在其輸入端上升轉(zhuǎn)變的閾值，反之亦然來升高下降轉(zhuǎn)變的閾值。然而，這僅能在一個(gè)方向上提供閾值的改變并且不能校準(zhǔn)。在所提出的方案中，閾值可在兩個(gè)方向上(從Vdd/2點(diǎn)上升或降低)加以改變以適應(yīng)芯片的條件。由于校準(zhǔn)是在芯片上進(jìn)行的，因此可在前端處理和后端處理上兼顧處理變化。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于集成電路設(shè)備的總線系統(tǒng)，該總線包括多條總線線路(4)，每條總線線路連接驅(qū)動(dòng)器電路(2)和接收器電路(6)，其特征在于每個(gè)接收器電路包括第一檢測(cè)器(10)，可操作地連接來從關(guān)聯(lián)的總線線路(4)上接收數(shù)據(jù)信號(hào)，并且可操作來相對(duì)于第一閾值電平檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)的上升轉(zhuǎn)變，并在檢測(cè)到這種上升轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生第一輸出信號(hào)；第二檢測(cè)器(12)，可操作地連接來接收該數(shù)據(jù)信號(hào)，并且可操作來相對(duì)于第二閾值電平檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)的下降轉(zhuǎn)變，并且在檢測(cè)到這種轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生第二輸出信號(hào)；以及輸出裝置，可操作來輸出第一或第二輸出信號(hào)作為接收器輸出信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種操作用于集成電路設(shè)備的總線系統(tǒng)的方法，該總線包括多條總線線路(4)，每條總線線路連接驅(qū)動(dòng)器電路(2)和接收器電路(6)，其特征在于該方法包括從總線線路(4)接收數(shù)據(jù)信號(hào)；分別相對(duì)于第一和第二閾值電平檢測(cè)該數(shù)據(jù)信號(hào)的上升或下降轉(zhuǎn)變；在檢測(cè)到上升轉(zhuǎn)變之時(shí)產(chǎn)生第一輸出信號(hào)，或在檢測(cè)到下降轉(zhuǎn)變之時(shí)產(chǎn)生第二輸出信號(hào)；以及輸出該第一或第二輸出信號(hào)作為接收器輸出信號(hào)。


圖1示意性示出集成電路設(shè)備上的總線；圖2示出在M2，0.13微米的CMOS電路上10毫米線路接收端上的RC響應(yīng)；圖3示出接收器電路；圖4更詳細(xì)地示出圖3的接收器電路；圖5示出具有虛擬總線的示意圖；圖6示出采用了用于校準(zhǔn)的相同總線的示意圖；圖7示出校準(zhǔn)電路的狀態(tài)圖；圖8示出通過采用傳統(tǒng)鎖存器而進(jìn)行的假信號(hào)檢測(cè)；圖9示出某些模擬波形。
圖3示出用在本發(fā)明實(shí)施例中的接收器電路。圖3的接收器電路具有第一和第二檢測(cè)器10和12。第一檢測(cè)器10對(duì)出現(xiàn)從低電平到高電平的轉(zhuǎn)變敏感，第二檢測(cè)器12對(duì)出現(xiàn)從高電平到低電平的轉(zhuǎn)變敏感。兩個(gè)檢測(cè)器都被連接來接收在總線線路4上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)，并且它們都可操作來分別檢測(cè)總線線路4上所述信號(hào)的轉(zhuǎn)變。這些檢測(cè)器具有各自的、經(jīng)由多路復(fù)用器14組合的輸出。多路復(fù)用器14具有選擇線，所述選擇線由總線線路4上的在先數(shù)據(jù)控制。在先數(shù)據(jù)值存儲(chǔ)在狀態(tài)元件16中。狀態(tài)元件可以是觸發(fā)器、鎖存器或者延遲線。
接收器的第一和第二檢測(cè)器的閾值由控制字加以控制，該控制字由校準(zhǔn)器(圖3中未示出)產(chǎn)生。
接收器電路在圖4中更詳細(xì)地示出。它由兩個(gè)反相器組成，這兩個(gè)反相器的閾值由該校準(zhǔn)器單獨(dú)控制。該校準(zhǔn)器施加該控制字，該控制字選擇晶體管T10，T12的數(shù)量，以便將其并行用在該接收器的反相器中的各下拉/上拉網(wǎng)絡(luò)中。這樣分別為上升和下降轉(zhuǎn)變調(diào)節(jié)了反相器的閾值。對(duì)要從多路復(fù)用器輸出的信號(hào)進(jìn)行選擇依賴于輸出的在先值，該在先值存儲(chǔ)在狀態(tài)元件16中。例如，如果當(dāng)前值為高，則多路復(fù)用器14選擇對(duì)下降轉(zhuǎn)變敏感的檢測(cè)器(反相器)12的輸出。
校準(zhǔn)器18要么使用圖5所示的虛擬總線，要么使用圖6所示的、在驅(qū)動(dòng)器電路(該驅(qū)動(dòng)器電路然后使用多路復(fù)用器)中稍做改動(dòng)的主總線，以便模擬芯片上最壞情況下的切換條件。這種模擬使得校準(zhǔn)器能夠?qū)⒖刂谱衷O(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?。可以在上電期間或者芯片初始化期間進(jìn)行一次校準(zhǔn)。圖5所示的虛擬總線20技術(shù)包括使用一組附加的總線驅(qū)動(dòng)器22、總線線路24以及總線接收器26，以模擬要在實(shí)際總線2、4、6上執(zhí)行的串話干擾。
校準(zhǔn)器電路優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)為有限狀態(tài)機(jī)(圖7所示)，該有限狀態(tài)機(jī)把信號(hào)施加到初級(jí)總線線路(攻擊者線路)上并且測(cè)量至少一條次級(jí)總線線路(受動(dòng)者線路)上的串話干擾。如果檢測(cè)到可能引起故障的假信號(hào)，那么它就改變接收器10，12的閾值，并且重新把信號(hào)施加到初級(jí)總線線路上。重復(fù)這個(gè)過程直到接收器電路輸出為止。
假信號(hào)傳感器電路28(包括一對(duì)鎖存器)，用于捕獲這些假信號(hào)。見圖8。第一鎖存器30顯然為低電平，并且連接到圖4中的‘b’。另一鎖存器32顯然為高電平，并且連接到圖4中的‘a(chǎn)’。來自一個(gè)鎖存器的輸出由多路復(fù)用器34根據(jù)受動(dòng)者線路M上的邏輯電平加以選擇，該邏輯電平由校準(zhǔn)器18產(chǎn)生。
圖7示出校準(zhǔn)器的狀態(tài)圖，‘M’和‘S’分別代表受動(dòng)者線路和攻擊者線路上的信號(hào)。當(dāng)‘Ca’被置為有效時(shí)，開始校準(zhǔn)?！甌’是假信號(hào)捕獲鎖存器的復(fù)位信號(hào)?！瓹’是每當(dāng)鎖存器在其輸入端上檢測(cè)到可感知的假信號(hào)時(shí)就變?yōu)楦唠娖降男盘?hào)。‘CW1’和‘CW2’是用于增量校準(zhǔn)器18中的計(jì)數(shù)器的信號(hào)，所述校準(zhǔn)器為接收器電路閾值調(diào)整產(chǎn)生控制字。
隨著校準(zhǔn)的繼續(xù)進(jìn)行，參考圖9可以看出接收反相器的閾值被調(diào)節(jié)成使得假信號(hào)的幅值減小。
采用CMOS12 TSMC技術(shù)在金屬2上以最小間隔和最小寬度在10mm長(zhǎng)的總線上進(jìn)行模擬。在典型的處理情況下，對(duì)于上述說明的總線結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)10％的性能增益。另一方面，在因過程變化而引起的噪聲非常大的環(huán)境下，可通過校準(zhǔn)器來增高閾值，這樣就避免了接收器輸出上的假信號(hào)。在這種情況下，就最壞情況下沿著總線延遲增加而言，不得不付出代價(jià)。在接收器的輸出上防止假信號(hào)是非常有必要的，在異步電路中尤其如此。
權(quán)利要求
1.一種用于集成電路設(shè)備的總線系統(tǒng)，該總線包括多條總線線路(4)，其中每條總線線路連接驅(qū)動(dòng)器電路(2)和接收器電路(6)，其特征在于每個(gè)接收器電路包括第一檢測(cè)器(10)，可操作地連接來從關(guān)聯(lián)的總線線路(4)接收數(shù)據(jù)信號(hào)，并且可操作來相對(duì)于第一閾值電平檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)的上升轉(zhuǎn)變，并且在檢測(cè)到這種上升轉(zhuǎn)變之時(shí)產(chǎn)生第一輸出信號(hào)；第二檢測(cè)器(20)，可操作地連接來接收該數(shù)據(jù)信號(hào)，并且可操作來相對(duì)于第二閾值電平檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)的下降轉(zhuǎn)變，并且在檢測(cè)到這種轉(zhuǎn)變之時(shí)產(chǎn)生第二輸出信號(hào)；以及輸出裝置，可操作來輸出第一或第二輸出信號(hào)作為接收器輸出信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的總線系統(tǒng)，其中輸出裝置包括多路復(fù)用器(14)，該多路復(fù)用器可操作地連接來接收第一和第二輸出信號(hào)，并且可操作來依據(jù)在先的接收器輸出信號(hào)輸出該接收器輸出信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的總線系統(tǒng)，其中第一和第二閾值電平是變量。
4.如權(quán)利要求3所述的總線系統(tǒng)，還包括校準(zhǔn)器(18)，用于調(diào)節(jié)第一和第二閾值電平。
5.如權(quán)利要求4所述的總線系統(tǒng)，其中第一和第二檢測(cè)器(10，12)分別包括多個(gè)晶體管，并且該校準(zhǔn)器(18)可操作來激活那些數(shù)量變化的晶體管，以便調(diào)節(jié)閾值電平。
6.如權(quán)利要求4或5所述的總線系統(tǒng)，還包括假信號(hào)傳感器電路(28)，該假信號(hào)傳感器電路可操作來檢測(cè)至少一條總線線路(4)上的假信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的總線系統(tǒng)，其中假信號(hào)傳感器電路(28)包括一對(duì)均具有輸出的鎖存器(30，32)，還包括多路復(fù)用器(34)，可操作來選擇鎖存器輸出中的一個(gè)以提供給校準(zhǔn)器(18)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的總線系統(tǒng)，其中校準(zhǔn)器(18)可操作來把測(cè)試信號(hào)提供給總線線路，并且假信號(hào)傳感器電路(28)可操作來檢測(cè)至少一條總線線路(4)上的假信號(hào)并且把假信號(hào)提供給校準(zhǔn)器(18)，該校準(zhǔn)器(18)然后可操作來依據(jù)該假信號(hào)調(diào)節(jié)檢測(cè)器的閾值。
9.如權(quán)利要求6或7所述的總線系統(tǒng)，還包括測(cè)試總線，該測(cè)試總線包括多個(gè)測(cè)試驅(qū)動(dòng)器(22)，以及相應(yīng)的多條總線線路(24)和接收器(26)，該校準(zhǔn)器(18)可操作來把測(cè)試信號(hào)提供給測(cè)試總線線路(24)，并且該假信號(hào)傳感器電路(28)可操作來檢測(cè)測(cè)試總線線路(24)上的假信號(hào)并且把假信號(hào)提供給校準(zhǔn)器(18)，該校準(zhǔn)器然后可操作來依據(jù)該假信號(hào)調(diào)節(jié)檢測(cè)器的閾值。
10.一種操作用于集成電路設(shè)備的總線系統(tǒng)的方法，該總線包括多條總線線路(4)，每條總線線路連接驅(qū)動(dòng)器電路(2)和接收器電路(6)，其特征在于該方法包括從總線線路(4)接收數(shù)據(jù)信號(hào)；分別相對(duì)于第一和第二閾值電平檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)的上升或下降轉(zhuǎn)變；在檢測(cè)到上升轉(zhuǎn)變之時(shí)產(chǎn)生第一輸出信號(hào)，或者在檢測(cè)到下降轉(zhuǎn)變之時(shí)產(chǎn)生第二輸出信號(hào)；以及輸出第一或第二輸出信號(hào)作為接收器輸出信號(hào)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中第一或第二輸出信號(hào)輸出到多路復(fù)用器(14)，該多路復(fù)用器可操作地連接來接收第一和第二輸出信號(hào)，并且可操作來依據(jù)在先的接收器輸出信號(hào)輸出接收器輸出信號(hào)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中第一和第二閾值電平是變量。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括調(diào)節(jié)第一和第二閾值電平。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中第一和第二檢測(cè)器(10，12)分別包括多個(gè)晶體管，并且閾值電平通過激活那些數(shù)量變化的晶體管加以調(diào)節(jié)。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法，還包括檢測(cè)至少一條總線線路(4)上的假信號(hào)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中采用假信號(hào)傳感器電路(28)檢測(cè)假信號(hào)，該假信號(hào)傳感器電路包括一對(duì)均具有輸出的鎖存器(30，32)，以及可操作來選擇一個(gè)鎖存器的多路復(fù)用器(34)。
17.如權(quán)利要求15或16所述的方法，還包括提供測(cè)試信號(hào)給總線線路，檢測(cè)至少一條總線線路(4)上的假信號(hào)，并且依據(jù)所檢測(cè)的假信號(hào)調(diào)節(jié)閾值。
18.如權(quán)利要求15或16所述的方法，還包括提供測(cè)試信號(hào)給測(cè)試總線線路(24)，檢測(cè)測(cè)試總線線路(24)上的假信號(hào)，并且依據(jù)所檢測(cè)的假信號(hào)調(diào)節(jié)閾值。
全文摘要
隨著技術(shù)的飛躍，芯片互連部變得越來越狹窄，并且這種互連的高度并不隨著寬度呈線性變化。這使得與相鄰線路之間的耦合電容增加，使得串話干擾更嚴(yán)重。因線路接收上的RC響應(yīng)差也使得性能變差，這在噪聲非常大的環(huán)境中甚至?xí)?dǎo)致故障。提出一種自適應(yīng)閾值方案，其中接收器切換閾值根據(jù)總線線路中所檢測(cè)的噪聲進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些噪聲電平取決于前端處理(晶體管性能)和后端處理(金屬電阻值，電容，寬度和間隔)。因此該電路自動(dòng)補(bǔ)償過程變化。
文檔編號(hào)G06F13/40GK1799037SQ200480014814
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月27日
發(fā)明者A·卡托奇, M·加格, E·塞文克, H·J·M·維恩德里克 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司