專利名稱：半導(dǎo)體設(shè)備和控制方法
半導(dǎo)體設(shè)備和控制方法相關(guān)申請的交叉引用2012年I月13日提交的日本專利申請N0.2012-005579的包括說明書、附圖和摘要的全部公開內(nèi)容通過引用合并于此。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體設(shè)備和控制方法，并且具體地涉及在用于串行數(shù)據(jù)通信接口的物理層塊中的待機模式期間的電力減小以及在符合USB3.0標準的物理層塊中的待機模式狀態(tài)下的電力減小。對于在主要是便攜式設(shè)備的產(chǎn)品中減小電力的需求日益增長。在正常操作和待機模式操作期間降低功耗在串行數(shù)據(jù)通信接口的物理層的開發(fā)中也很重要。圖1是示出USB3.0中的鏈路狀態(tài)(U0模式至U3模式)的特性的圖。參考圖1，示出了 USB3.0標準中的鏈路狀態(tài)被分組成正常模式狀態(tài)(U0模式)和多個待機模式狀態(tài)(Ul模式-U3模式)，并且示出了對每一個狀態(tài)指定精細的電力控制。具體地，在U3模式中的待機模式狀態(tài)下的電力需要2.5mA或更少的平均電流。在USB3.0中的電力監(jiān)管中，根據(jù)每一個待機模式狀態(tài)，通過停止所有不必要的電路塊的操作，來實現(xiàn)在待機模式期間的低功耗。如圖2所示，在以I對I關(guān)系連接的USB3.0A (主機)100和USB3.0B (設(shè)備)200之間利用LFPS (低頻周期信令)信號以實現(xiàn)從待機模式狀態(tài)(Ul模式-U3模式)到正常模式狀態(tài)(U0模式)的恢復(fù)操作。圖3是在從待機模式狀態(tài)恢復(fù)期間在主機100和設(shè)備200之間的信號交換的示圖。在待機模式期間也從對方發(fā)送LFPS信號。因此，為了持續(xù)監(jiān)視從對方發(fā)送的LFPS信號，即使在待機模式狀態(tài)下，LFPS檢測器也必須進行操作。LFPS信號的頻率是IOMHz至50MHz，該頻率大大低于在USB3.0中的正常模式操作期間的5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速度。因此，LFPS檢測器可以實現(xiàn)相對低的功耗。然而，根據(jù)LFPS信號的幅度檢測閾值的標準而實現(xiàn)100-300mV之間的準確度需要設(shè)計一種LFPS檢測器，該LFPS檢測器用于通過利用電流模式邏輯(CML)類型的電路來檢測如圖4的電路示例中所示的LFPS信號。因此，將檢測器中的電流消耗減小為零是不可能的。此外，當(dāng)存在多個USB3.0通路時，那么在設(shè)備級將U3模式下的待機模式期間的平均電流設(shè)置在2.5mA以下需要通過消減包含LFPS檢測器的物理層塊中的功耗來大幅度地減小電力。而且，當(dāng)降低符合USB3.0標準的設(shè)備中的待機模式狀態(tài)下的功耗時，那么必須在保持LFPS電路的檢測閾值的準確度的同時獲得低功耗。例如，在日本未經(jīng)審查專利申請公開N0.2000-284867中公開了用于以最小的功耗監(jiān)視信號的技術(shù)，其中USB設(shè)備包含紅外線通信模塊，并且在待機模式期間微計算機間歇地(周期性地)操作該紅外線模塊達指定的時段，使得以最小的功耗來監(jiān)視紅外信號，并且當(dāng)檢測到紅外信號時，使該紅外模塊返回到正?；顒訝顟B(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
如下分析由本發(fā)明人提出的發(fā)明。圖5是示出現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的一個示例的框圖。檢查圖5，示出了半導(dǎo)體設(shè)備由數(shù)據(jù)接收器101、LFPS檢測器102、振蕩器104和發(fā)射器105構(gòu)成。與數(shù)據(jù)接收器101分離地安裝特別設(shè)計用于以低功耗接收LFPS信號的LFPS檢測器102，該數(shù)據(jù)接收器101在正常操作期間接收5Gbps信號。在待機模式期間，通過僅操作在待機模式操作期間所需要的除LFPS檢測器102之外的那些塊(向鏈路層供應(yīng)低速時鐘的振蕩器104)來實現(xiàn)低功耗。LFPS信號的頻率是IOMHz至50MHz，該頻率低于在USB3.0中的正常模式操作期間的5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速度，因此可以降低用作LFPS專用接收器的LFPS檢測器102的功耗。然而，即使LFPS檢測器102被設(shè)計為低功耗，LFPS檢測器102也需要穩(wěn)定狀態(tài)的電流，以便于實現(xiàn)作為檢測閾值標準的100-300mV的準確度，因此以零電流實現(xiàn)電路是不可能的。例如，在諸如HUB的包含多個USB3.0通路的設(shè)備中，在U3模式中以低于2.5mA的平均電流操作設(shè)備是不可能的，使得有必要在保持LFPS檢測器102中的檢測閾值的準確度的同時降低功耗。因此，考慮如日本未經(jīng)審查專利申請公開N0.2000-284867中所公開的間歇地操作LFPS檢測器102。然而，在USB3.0中，在待機模式狀態(tài)下輸入的LFPS信號的特性波動。因此，與日本未經(jīng)審查專利申請公開N0.2000-284867 一樣僅在指定時段間歇地操作LFPS檢測器將不在LFPS檢測器處于接通(啟用)模式狀態(tài)時段中提供符合LFPS信號特性的令人滿意的性能。例如，如果LFPS檢測器處于接通(啟用)模式狀態(tài)的時段的間隔相對于LFPS信號特性過短，那么LFPS檢測器將浪費電力，并且相反地，如果LFPS檢測器處于接通(啟用)模式狀態(tài)的時段的間隔過長，那么將出現(xiàn)檢測不到LFPS信號發(fā)生的問題。因此，當(dāng)在待機模式狀態(tài)中必須被監(jiān)視的信號特性在每個模式的待機模式狀態(tài)中進行波動時，問題變得能夠以最小的功耗來檢測可應(yīng)用信號。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種半導(dǎo)體設(shè)備包括:檢測器，該檢測器用于接收其特性根據(jù)待機模式狀態(tài)而波動的輸入信號、將可應(yīng)用的輸入信號的幅度與指定的閾值幅度進行比較，并且輸出檢測器輸出信號，該檢測器輸出信號示出可應(yīng)用的輸入信號的幅度是否高于指定的閾值幅度；以及間歇操作控制電路，該間歇操作控制電路在接收檢測信號(檢測器輸出)的同時還接收第一信號，該第一信號不出待機模式狀態(tài)處于多個模式之中的哪個模式，并且當(dāng)輸入信號高于指定的閾值幅度時，將檢測器設(shè)置為持續(xù)操作狀態(tài)，并且在所有其他情況下，根據(jù)在示出可應(yīng)用的第一信號的模式中的輸入信號的特性來間歇地操作檢測器。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種用于半導(dǎo)體設(shè)備的控制方法包括:將其特性根據(jù)待機模式狀態(tài)而波動的輸入信號的幅度與指定的閾值幅度進行比較，并且通過該檢測器來決定可應(yīng)用的輸入信號的幅度是否高于指定的閾值幅度；接收第一信號，該第一信號示出了待機模式狀態(tài)處于多個模式之中的哪個模式，以及當(dāng)輸入信號高于指定的閾值幅度時將檢測器設(shè)置為持續(xù)接通(啟用)模式狀態(tài)的步驟；以及在所有其他情況下，根據(jù)在示出第一信號的模式中的輸入信號的特性來間歇地操作檢測器。本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)備和控制方法能夠在用于在待機模式狀態(tài)中進行監(jiān)視的可應(yīng)用信號的特性根據(jù)待機模式狀態(tài)而進行波動時以最小的功耗來檢測信號。


圖1是示出USB3.0中的鏈路狀態(tài)(U0模式至U3模式)的特性的圖；圖2是示出符合USB3.0的在主機和設(shè)備之間的連接的圖；圖3是示出從待機模式狀態(tài)的恢復(fù)操作的圖；圖4是示出LFPS檢測器中的檢測器放大器的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖5是示出現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖；圖6是示出第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖；圖7是示出用于第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的間歇操作控制電路的結(jié)構(gòu)的框圖；圖8是示出第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的LFPS檢測器的結(jié)構(gòu)的框圖；圖9是示出第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的LFPS檢測器中的檢測單元的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖10是示出用于第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的間歇操作控制電路中的計數(shù)器電路的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖11是示出用于第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的間歇操作控制電路操作的操作的真值表；圖12是示出用于第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的間歇操作控制電路操作的操作的流程圖；圖13是示出用于第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的間歇操作控制電路操作中的計數(shù)器電路的操作的時序圖；圖14是示出第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備中的LFPS檢測器操作的操作的時序圖；圖15是示出第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的整體操作的時序圖；圖16是示出在第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的間歇操作期間LFPS檢測器的操作和停止?fàn)顟B(tài)以及啟用控制信號的時序圖；圖17是示出在第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的間歇操作期間電路電流量的圖；圖18是示出第二實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的框圖；圖19是示出用于第二實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的間歇操作控制電路的結(jié)構(gòu)的框圖；圖20是示出在USB3.0中指定的LFPS信號的傳送時序的表；圖21是示出在第二實施例的半導(dǎo)體設(shè)備中在每個待機模式狀態(tài)下設(shè)置的間歇操作時段的圖；圖22是示出第三實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖；圖23是示出第四實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖；圖24是示出第五實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖；圖25是示出第六實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖；以及圖26是示出第七實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實施例方式首先描述了本發(fā)明的概述。與該概述相關(guān)的附圖的附圖標記旨在有助于簡化描述并且不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。圖18中的半導(dǎo)體設(shè)備包括:檢測器(LFPS檢測器12)，該檢測器接收輸入信號，例如LFPS信號，該輸入信號的特性(例如，圖20中LFPS信號的突發(fā)長度)根據(jù)(例如，圖20中的Ul模式至U3模式)待機模式狀態(tài)而波動，該檢測器將可應(yīng)用的輸入信號的幅度與指定的閾值幅度進行比較，并且輸出檢測信號(LFPS檢測器輸出)，該檢測信號示出可應(yīng)用的輸入信號的幅度是否大于指定的閾值幅度；以及間歇操作控制電路23，該間歇操作控制電路23在接收檢測信號(檢測器輸出)的同時，接收第一信號(待機模式設(shè)定信號)，該第一信號示出待機模式狀態(tài)處于多個模式(Ul模式至U3模式)之中的哪個模式，并且如果輸入信號大于指定的閾值幅度則將檢測器12設(shè)置為持續(xù)接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他情況下，根據(jù)在第一信號所示模式中的輸入信號的特性來間歇地操作檢測器12。如圖20和圖21所示，間歇操作控制電路23優(yōu)選地根據(jù)在第一信號(待機模式設(shè)定信號)所示的模式中的輸入信號(LFPS信號)的最大突發(fā)長度(圖20中tBurst的最大值)的時間周期內(nèi)的指定時段中將檢測器12設(shè)置為接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他的時段中將檢測器12設(shè)置為關(guān)閉(禁用)模式狀態(tài)。間歇操作控制電路23在從對于第一信號(待機模式設(shè)定信號)所示的模式的輸入信號(LFPS信號)的最大突發(fā)長度的一半至該最大突發(fā)長度的時間周期中的特定時段中將檢測器12設(shè)置為接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他的時段中將檢測器12設(shè)置為關(guān)閉(禁用)模式狀態(tài)。參考圖7、圖10和圖13，半導(dǎo)體設(shè)備進一步包括用于供應(yīng)時鐘信號(低速時鐘信號)的振蕩器14。間歇操作控制電路13對可應(yīng)用的時鐘信號進行分頻，以生成多個分頻時鐘信號(BIT1-BIT5)，并且通過獲得可應(yīng)用的多個分頻時鐘信號的邏輯積，可以生成用于間歇地操作檢測器(12)的信號(間歇操作信號)。上述輸入信號可以是從USB (通用串行總線)設(shè)備發(fā)送的LFPS (低頻周期信令)信號。參考圖18，可以在物理層中形成檢測器12或者間歇操作控制電路23。參考圖18，半導(dǎo)體設(shè)備可以進一步包括寄存器26，該寄存器26用于保留示出所處于的多個待機模式之中的哪個模式的信息，并且可以將間歇操作控制電路23設(shè)置為從寄存器26接收第一信號(待機模式設(shè)定信號)。參考圖22，在物理層中形成檢測器12，并且可以在鏈路層中形成間歇操作控制電路33。參考圖18和圖19，間歇操作控制電路23接收第二信號(間歇操作設(shè)定信號)，該第二信號示出了正常地(持續(xù)地)操作檢測器12還是間歇地操作檢測器12，并且當(dāng)輸入信號高于指定的閾值幅度(LFPS檢測信號=“I”)時或者當(dāng)該第二信號示出了檢測器12必須被正常地操作(間歇操作設(shè)定信號=“I”)時，那么間歇操作控制電路23將檢測器12設(shè)置為持續(xù)操作(啟用)狀態(tài)，并且在所有其他情況下間歇地操作檢測器電路12。參考圖23，間歇操作控制電路43基于來自鏈路層的用于PLL電路的啟用信號(PLL啟用信號)而不是利用第一信號和第二信號，來識別待機模式狀態(tài)模式，并且還設(shè)置是正常操作(持續(xù)地)還是間歇地操作檢測器電路12。參考圖24，間歇操作控制電路53可以被設(shè)置為基于從鏈路層輸出的PLL電路的啟用信號(PLL啟用信號)而不是利用第一信號，來識別待機模式狀態(tài)。參考圖25，間歇操作控制電路63可以被設(shè)置為基于從鏈路層輸出的PLL電路的啟用信號(PLL啟用信號)而不是利用第一信號和第二信號，來識別待機模式狀態(tài)中的模式；并且還基于用于發(fā)射器-接收器的啟用信號(發(fā)射器-接收器啟用信號)來設(shè)置正常地(持續(xù)地)操作還是間歇地操作檢測器12。參考圖26，間歇操作控制電路73可以被設(shè)置為基于從鏈路層輸出的用于PLL電路的啟用信號(PLL啟用信號)和用于發(fā)射器-接收器的啟用信號(發(fā)射器-接收器啟用信號)而不是利用第一信號，來識別待機模式狀態(tài)。為了在保持LFPS檢測器12的檢測閾值準確度的同時減少在待機模式期間消耗的電力，本發(fā)明通過在待機模式期間間歇地操作LFPS檢測器12來在平均時間上降低LFPS檢測器12的功耗。此時，仍然可以利用具有高檢測閾值準確度的LFPS檢測器12，使得高檢測閾值準確度和低功耗都可以被實現(xiàn)。振蕩器(環(huán)形振蕩器)14被嵌入在物理層中，以用于在待機模式期間向鏈路層提供低速時鐘，并且振蕩器14在待機模式期間也處于操作狀態(tài)。間歇操作控制電路(23、33、43、53、63、73)利用來自振蕩器的低速時鐘信號來僅在周期中的固定時段中將LFPS檢測器12設(shè)置為操作狀態(tài)，并且生成啟用控制信號以在其余時段中將LFPS檢測器12設(shè)置為停止?fàn)顟B(tài)。通過由啟用控制信號周期性地使LFPS檢測器電路轉(zhuǎn)變?yōu)閱⒂煤徒脕韺崿F(xiàn)LFPS檢測器12的間歇操作。第一實施例接下來將在參考附圖的同時描述第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備。圖6是示出本實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的一個示例的框圖。圖6示出了用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的物理層、以及用于監(jiān)督在串行接口中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的過程和方法的鏈路層。如圖6所示，半導(dǎo)體設(shè)備的物理層包括:用于接收高速信號的數(shù)據(jù)接收器11和用于輸出該高速信號的發(fā)射器15 ;振蕩器14，該振蕩器14用于向上層供應(yīng)低速時鐘信號；間歇操作控制電路13，該間歇操作控制電路13基于低速時鐘信號來生成用于LFPS的間歇操作控制信號；以及LFPS檢測器12，該LFPS檢測器12用于接收低速LFPS信號。圖7是示出間歇操作控制電路13的結(jié)構(gòu)的一個示例的框圖。參考圖7，示出了間歇操作控制電路13包括:計數(shù)器電路133，該計數(shù)器電路133用于從低速時鐘信號生成間歇操作信號；鎖存器電路131，該鎖存器電路131輸入從LFPS檢測器12輸出的LFPS檢測信號；或電路(OR circuit) 132，該或電路132用于輸入鎖存輸出和間歇操作設(shè)定信號；以及選擇器電路134，該選擇器電路134用于將或電路輸出設(shè)置為選擇信號，并且用于輸入從計數(shù)器電路133輸出的間歇操作信號和啟用信號。圖8是示出LFPS檢測器12的結(jié)構(gòu)的一個示例的框圖。參考圖8，LFPS檢測器12包括:檢測單元121，該檢測單元121用于輸入接收器輸入信號和閾值幅度；波形整形單元123，該波形整形單元123提供對檢測單元輸出的輸入；以及閾值生成器單元122，該閾值生成器單元122生成閾值幅度。圖9是示出在LFPS檢測器12內(nèi)的檢測單元121的結(jié)構(gòu)的一個示例的電路圖。參考圖9，檢測單元121包括:檢測放大器1211、1212 ;以及或電路1213，該或電路1213由檢測放大器1211和檢測放大器1212的輸出來輸入。檢測放大器1211將接收器輸入信號_正(signal_positive)(或正的接收器輸入信號)輸入到差分輸入I的正輸入，并且將接收器輸入信號_負(signal_negative)(或負的接收器輸入信號)輸入到負輸入；將閾值幅度_正(threshold amplitude_positive)輸入到差分輸入2的正輸入,并且將閾值幅度_負(threshold amplitude_negative)輸入到負輸入。另一方面,檢測放大器1212將接收器輸入信號_負(receiverinput signal_negative)輸入到差分放大器I的正輸入，并且將接收器輸入信號_正(receiver input signal_positive)輸入到負輸入；將閾值幅度_正(或正的閾值幅度)輸入到差分輸入2的正輸入，并且將閾值幅度_負(或負的閾值幅度)輸入到負輸入?；螂娐?213接收來自檢測放大器1211、1212的輸出并且將或計算的結(jié)果作為檢測單元的輸出進行輸出。圖4是示出LFPS檢測器12的檢測單元121中的檢測器放大器1211、1212的結(jié)構(gòu)的一個示例的電路圖。參考圖4，檢測放大器是CML型放大器電路，包括由N-溝道(Nch)MOS晶體管N1、N2配置的有源負載,并且還包括由P-溝道(Pch) MOS晶體管P1-P4配置的兩個差分對。檢測放大器將接收器輸入信號差分地輸入到差分輸入1，并且將閾值幅度差分地輸入到差分輸入2，并且以取決于輸入到差分輸入2的輸入閾值幅度的閾值來判斷輸入到差分輸入I的接收器輸入信號，并且輸出該判斷結(jié)果。如圖4所示的檢測放大器是CML型放大器，并且因此在操作期間供應(yīng)來自耦合到每個差分對的電流源CSl和CS2的常數(shù)恒定的電流。圖10是示出間歇操作控制電路13中的計數(shù)器電路133的結(jié)構(gòu)的一個示例的電路圖。參考圖10，計數(shù)器電路133包括計數(shù)器單元1331、與電路1332、1334和反相器電路1333。計數(shù)器電路133接收低速時鐘信號和復(fù)位信號RST，并且輸出間歇操作信號。計數(shù)器1331接收低速時鐘信號CLK，并且將該低速時鐘信號CLK再分為1/2、1/4、1/8、1/16和1/32信號分別作為分頻信號BITl至BIT5而進行輸出。與電路1332接收分頻信號BITl至BIT5，并且將與計算的結(jié)果輸出為標志信號FLG。與電路1334輸出通過將標志FLG和經(jīng)由反相電路1333的低速時鐘信號CLK所獲得的與計算結(jié)果作為間歇操作信號。接下來描述本實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的操作。在如圖6所示的半導(dǎo)體設(shè)備中，僅振蕩器14、間歇操作控制電路13和LFPS檢測器12處于操作(啟用)狀態(tài)?；趤碜蚤g歇操作控制電路13的啟用控制信號來在間歇操作模式、正常操作(始終啟用)模式、停止(禁用)模式中控制LFPS檢測器12。在間歇操作模式中，間歇操作控制電路13基于從振蕩器14輸出的低速時鐘信號來僅在周期中的固定時間中將LFPS檢測器12設(shè)置為操作(啟用)狀態(tài)，并且生成在剩余時間中將LFPS檢測器12設(shè)置為停止(禁用)狀態(tài)的啟用控制信號。將啟用控制信號輸入到LFPS檢測器12的啟用控制端使得LFPS檢測器12執(zhí)行重復(fù)的循環(huán)的操作/停止。在正常操作(始終啟用)模式中，LFPS檢測器12被設(shè)置為始終啟用操作狀態(tài)，并且在停止(禁用)模式中被設(shè)置為始終停止?fàn)顟B(tài)。如圖6所示，從監(jiān)視正常模式/待機模式的鏈路層將間歇操作設(shè)定信號施加到間歇操作控制電路13。圖11是示出間歇操作控制電路13的操作的真值表。參考圖11，當(dāng)間歇操作設(shè)定信號=“O”(間歇操作)并LFPS檢測輸出=“O”(非檢測狀態(tài))時，間歇操作控制電路13設(shè)置為間歇操作模式。此時，當(dāng)或電路132輸出“O”時，選擇器134選擇來自計數(shù)器電路133的輸出，并且輸出計數(shù)器電路133中生成的間歇操作信號作為啟用控制信號。另一方面，當(dāng)間歇操作設(shè)定信號=“I”(正常操作)或LFPS檢測輸出=“I”(檢測狀態(tài))時，間歇操作控制電路13設(shè)置為正常操作(始終啟用)模式?；螂娐?32此時輸出“1”，并且選擇器134選擇高(High) = “I”的輸入，并且將LFPS檢測器12設(shè)置為啟用狀態(tài)的信號作為啟用控制信號進行輸出。圖12是示出間歇操作控制電路13的操作的流程圖。參考圖12，當(dāng)處于間歇操作模式(步驟S2中為“是”)時，在尚未檢測到LFPS信號輸入(步驟S3中為“是”)的同時，間歇操作控制電路13持續(xù)間歇操作模式(步驟S4)。然而，當(dāng)LFPS檢測器12檢測到LFPS信號時，如圖7所示的間歇操作控制電路13的鎖存器電路131保留LFPS檢測器輸出=“1”(步驟S3中為“否”)，并且從選擇器134輸出的從計數(shù)器133輸出的間歇操作信號輸出被固定處于高=“I”。以該方式進行的操作將間歇操作模式(步驟S4)轉(zhuǎn)換為持續(xù)操作模式(步驟SI)，并且LFPS檢測器的間歇操作結(jié)束。圖13是示出圖10中所示的計數(shù)器電路133的操作的時序圖。參考圖13，計數(shù)器1331根據(jù)2至32劃分基于低速時鐘信號CLK來生成五種類型的分頻信號BITl至BIT5，并且在所有分頻信號BITl至BIT5都是“I”的條件下輸出“I”作為標志信號FLG。與電路1334通過取反相的低速時鐘信號CLK和標志信號FLG的邏輯積(與)來僅在低速時鐘信號CLK的周期中的1/64時段生成其輸出是“I”的信號，并且輸出該信號作為來自計數(shù)器電路133的間歇操作信號。圖14是示出圖8所示的LFPS檢測器12的操作的時序圖。參考圖14，在啟用控制信號為低的狀態(tài)下停止LFPS檢測器12，并且即使具有高于閾值的幅度的信號被輸入作為接收器輸入信號，檢測單元121也不輸出信號。另一方面，當(dāng)啟用控制信號為高狀態(tài)時，LFPS檢測器12處于啟用狀態(tài)。當(dāng)此時其幅度高于閾值的信號被輸入到接收器輸入信號時，檢測單兀121將輸入的LFPS信號輸出為沿著以高和低之間為中心的電壓方向的折返波形。圖9所示的檢測單元121包含兩個檢測放大器1211、1212以執(zhí)行接收器輸入信號的兩個極性(高/低)的檢測。來自或電路1213的輸出波形是沿著以輸入的LFPS信號的高和低之間為中心的電壓方向的折返波形。波形整形單元123將作為連續(xù)脈沖的波形的來自檢測單元121的輸出波形整形為一個脈沖波形，并且將其輸出為LFPS檢測信號。圖15是示出與本實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的間歇操作相關(guān)的一系列操作的時序圖。參考圖15，在A時段中，當(dāng)間歇操作設(shè)定信號為高時，LFPS檢測器12處于正常操作(始終啟用)狀態(tài)。另一方面，當(dāng)間歇操作設(shè)定信號為低時，LFPS檢測器12轉(zhuǎn)換為間歇操作模式。因此，間歇操作控制電路13的計數(shù)器電路133進行操作，并且開始輸出周期性重復(fù)的高和低啟用間歇操作信號。在間歇操作模式期間的B時段，啟用控制信號反復(fù)變高和低，并且在沒有檢測到LFPS信號的時段中LFPS檢測器12的間歇操作繼續(xù)。在間歇操作模式期間的C時段，當(dāng)LFPS檢測器12已經(jīng)檢測到來自接收器輸入信號的LFPS信號時，那么通過間歇操作控制電路13進行的操作結(jié)束間歇操作模式，并且移到正常(持續(xù))操作模式。間歇操作控制電路13的計數(shù)器電路133停止，并且輸出被固定為低。
在D時段中，LFPS檢測器12處于正常模式狀態(tài)(始終啟用)，并且輸出LFPS檢測器輸出，該LFPS檢測器輸出具有與作為接收器輸入信號輸入的LFPS信號的突發(fā)寬度相同的寬度。圖16示出了在間歇操作期間LFPS檢測器12的接通/關(guān)閉(啟用/禁用)模式狀態(tài)和用于間歇操作控制電路13的輸出信號。另一方面，圖17示出了電路電流的時間分布。在圖16和圖17所示的示例中，在間歇操作期間，LFPS檢測器12在低速時鐘信號CLK的32個周期中的每一個期間僅一次并且僅在低速時鐘信號CLK是高的時段處于操作狀態(tài)。根據(jù)間歇操作，可以通過以平均時間的1/64進行操作來降低LFPS檢測器12中的電路電流。當(dāng)LFPS檢測器12中的消耗電流例如是ImA時，通過來自間歇操作控制電路13的周期信號而僅以(平均時間的)1/64執(zhí)行間歇操作能夠?qū)⒚吭摃r間平均的電流消耗減少到16 μ A。實際上，來自間歇操作控制電路13的電流消耗也被添加到該電流消耗，但是可以通過使用CMOS電路來簡化間歇操作控制電路13的結(jié)構(gòu)，使得與需要穩(wěn)態(tài)電流的LFPS檢測器12相比，該電流消耗低得足以致可以被忽略。因此，通過間歇地操作LFPS檢測器12減少電流消耗的效果是很大的?？梢酝ㄟ^增加或減小LFPS檢測器12處于操作(啟用)狀態(tài)的時間量來調(diào)整電流消耗的時間平均。處于間歇操作模式的LFPS檢測器12的檢測準確度與處于正常操作模式的LFPS檢測器12的檢測準確度完全相同，使得可以維持高的檢測準確度。第二實施例接下來將在參考附圖的同時描述第二實施例的半導(dǎo)體設(shè)備。圖18是示出本實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖。參考圖18，除了第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備結(jié)構(gòu)之外，本實施例的半導(dǎo)體設(shè)備還包括寄存器26，該寄存器26用于保留鏈路層內(nèi)的待機模式狀態(tài)。圖19是示出用于本實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的間歇操作控制電路23的結(jié)構(gòu)示例的框圖。參考圖19，間歇操作控制電路23包括計數(shù)器電路233，該計數(shù)器電路233用于設(shè)置與在待機模式狀態(tài)(Ul模式至U3模式)中的模式間不同的間歇操作周期。來自在鏈路層內(nèi)形成的并且保持有與待機模式狀態(tài)中的模式有關(guān)的信息的寄存器26的輸出被輸入到間歇操作控制電路23。間歇操作控制電路23通過寄存器輸出信號的狀態(tài)來識別當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)處于多個待機模式狀態(tài)模式之中的哪個模式，并且利用計數(shù)器電路233來設(shè)置每個待機模式狀態(tài)中最佳的間歇操作時段，并且間歇地操作LFPS檢測器12。圖20是USB3.0標準的摘錄，并且示出了每個模式中的LFPS傳送時序。參考圖20，在表中列出了在從待機模式狀態(tài)(Ul模式至U3模式)恢復(fù)期間從連接目的地發(fā)送的LFPS信號的突發(fā)寬度。圖21是示出設(shè)置間歇操作周期的示例的圖，該間歇操作周期是基于圖20中指定的時序而在每一個待機模式狀態(tài)中設(shè)置的。例如，間歇操作控制電路23在圖20所示的LFPS信號的最大突發(fā)長度的一半到該最大突發(fā)長度的范圍內(nèi)的周期中的指定時段中將LFPS檢測器12設(shè)置為接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他的時段中可以將LFPS檢測器12設(shè)置為關(guān)閉(禁用)模式狀態(tài)。參考圖21，在Ul模式中，間歇操作控制電路23例如在與最大突發(fā)長度相同的周期中的0.4 μ s的時段中將LFPS檢測器12設(shè)置為接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他的時段中可以將LFPS檢測器12設(shè)置為關(guān)閉。然而，在U2模式和U3模式中，在一半最大突發(fā)長度周期中的0.4μ S的時段中LFPS檢測器12被設(shè)置為接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他的時段中LFPS檢測器12被設(shè)置為關(guān)閉(禁用)模式狀態(tài)。在USB3.0中，輸入的LFPS信號的最小突發(fā)長度和超時時間根據(jù)Ul模式至U3模式中的每個待機模式狀態(tài)而改變，使得通過根據(jù)每個待機模式狀態(tài)來設(shè)置最佳的間歇操作時段，間歇操作可以有效地降低電流消耗。第三實施例接下來將在參考附圖的同時描述第三實施例的半導(dǎo)體設(shè)備。圖22是示出本實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖。參考圖22，半導(dǎo)體設(shè)備的間歇操作控制設(shè)備33位于鏈路層內(nèi)而不位于物理層內(nèi)。本實施例與圖6所示的第一實施例的半導(dǎo)體設(shè)備以及圖18所示的第二實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的不同之處在于，通過來自鏈路層內(nèi)的間歇操作控制電路33的信號來執(zhí)行間歇操作控制。鏈路層包含用于當(dāng)Ul模式至U3模式處于待機模式狀態(tài)時監(jiān)視LFPS信號的功能。監(jiān)視電路甚至在Ul模式至U3模式期間也進行操作。這里，操作時鐘是來自物理層內(nèi)的振蕩器14的低速時鐘信號CLK。鏈路層還控制物理層的狀態(tài)，因此鏈路層保留與UO模式至U3模式中任何一個的當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)的信息。在鏈路層內(nèi)形成間歇操作控制電路33使得在鏈路層和物理層之間交換控制信號以報告UO模式至U3模式的狀態(tài)是不必要的。與第一實施例和第二實施例相比，本實施例可以進一步基于簡單的電路配置來執(zhí)行間歇操作。第四實施例接下來將在參考附圖的同時描述第四實施例的半導(dǎo)體設(shè)備。圖23是示出本實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖。參考圖23，本實施例與第一實施例的結(jié)構(gòu)(圖6、圖7)的不同之處在于，不需要用作來自鏈路層的控制信號的間歇操作設(shè)定信號。在本實施例中，間歇操作控制電路43利用作為現(xiàn)有信號的用于PLL (鎖相環(huán))電路的啟用信號(PLL啟用信號)，而不是圖7中的間歇操作設(shè)定信號。PLL操作在U3待機模式狀態(tài)中停止，因此用作現(xiàn)有信號的PLL啟用信號用作檢測U3模式的信號。另一方面，在UO模式、Ul模式或U2模式中，PLL啟用信號為高并且LFPS檢測器12此時不間歇地操作。在U3模式期間，PLL啟用信號為低，因此在物理層中形成的間歇操作控制電路43可以通過參考該信號(PLL啟用信號)來識別U3模式待機模式狀態(tài)，并且LFPS檢測器12間歇地進行操作。本實施例可以通過利用在間歇操作模式設(shè)置中用作現(xiàn)有信號的PLL啟用信號，在U3模式待機模式狀態(tài)期間間歇地操作LFPS檢測器12，來降低電流消耗，而不必增加用于間歇操作的新的端子。第五實施例接下來將在參考附圖的同時描述第五實施例的半導(dǎo)體設(shè)備。圖24是示出本實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖。參考圖24，本實施例是向其進一步增加了間歇操作設(shè)定信號的第四實施例的半導(dǎo)體設(shè)備。在本實施例中，增加間歇操作設(shè)定信號允許在處于U3模式時選擇是間歇地操作還是不操作。參考圖24，間歇操作控制電路53接收間歇操作設(shè)定信號以及PLL啟用信號。當(dāng)PLL啟用信號為低時并且當(dāng)間歇操作設(shè)定信號為高時，間歇操作控制電路53間歇地操作LFPS檢測器12 ;并且在所有其他情況下正常地操作LFPS檢測器12。在第四實施例中，當(dāng)PLL啟用信號為低時始終間歇地操作LFPS檢測器12。然而，在本實施例中，可以通過經(jīng)由間歇操作設(shè)定信號的外部設(shè)置來設(shè)置當(dāng)處于U3模式時是否間歇地操作LFPS檢測器12。第六實施例接下來將在參考附圖的同時描述第六實施例的半導(dǎo)體設(shè)備。圖25是示出本實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖。參考圖25，本實施例與第四實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的不同之處在于，用作現(xiàn)有控制信號的發(fā)射器-接收器啟用信號用作對間歇操作控制電路63的控制信號。換句話說，在本實施例中，間歇操作控制電路63利用作為現(xiàn)有信號的PLL啟用信號和發(fā)射器-接收器啟用信號，而不是第二實施例(圖18、圖19)中利用的間歇操作設(shè)定信號和待機模式設(shè)定信號。PLL操作在U3待機模式狀態(tài)中停止，因此用作現(xiàn)有信號的PLL啟用信號用作用于檢測U3模式的信號。另一方面，在Ul模式、U2模式或U3模式中，停止發(fā)射器-接收器電路，因此現(xiàn)有的發(fā)射器-接收器啟用信號用作用于檢測U3模式的信號。當(dāng)處于UO模式時，PLL啟用信號為高，并且此外，發(fā)射器-接收器啟用信號為高，使得間歇操作控制電路63正常地操作LFPS檢測器12 (即，不是間歇操作)。另一方面，當(dāng)處于Ul或U2模式時，PLL啟用信號為高，并且此外發(fā)射器_接收器啟用信號為低，使得間歇操作控制電路63在Ul模式中的最佳周期間歇地操作LFPS檢測器12。當(dāng)處于U3模式時，PLL啟用信號為低，使得間歇操作控制電路63在U3模式中在最佳周期間歇地操作LFPS檢測器12。在間歇操作模式設(shè)置中，本實施例利用作為現(xiàn)有信號的發(fā)射器-接收器啟用信號和PLL啟用信號。本實施例可以以該方式通過設(shè)置當(dāng)Ul模式至U3模式處于待機模式狀態(tài)時每個模式中的最佳間歇操作時段，來有效地降低間歇操作的電流消耗，而不必增加用于間歇操作的新的端子。第七實施例接下來將在參考附圖的同時描述第七實施例的半導(dǎo)體設(shè)備。圖26是示出本實施例的半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖。參考圖26，本實施例是對其增加了間歇操作設(shè)定信號的第六實施例的半導(dǎo)體設(shè)備。在本實施例中，增加的間歇操作設(shè)定信號允許在處于Ul模式至U3模式時選擇是否采用間歇操作。參考圖26，間歇操作控制電路73接收間歇操作設(shè)定信號以及PLL啟用信號和發(fā)射器-接收器啟用信號。當(dāng)間歇操作設(shè)定信號為高，PLL啟用信號為高并且此外發(fā)射器-接收器啟用信號為低時，間歇操作控制電路73在Ul模式中在最佳周期間歇地操作LFPS檢測器12。當(dāng)間歇操作設(shè)定信號為高并且PLL啟用信號為低時，間歇操作控制電路73在U3模式中在最佳周期間歇地操作LFPS檢測器12。在所有其他情況下，間歇操作控制電路73以正常操作來操作LFPS檢測器12(SP，不間歇操作)。本實施例通過設(shè)置來自外部單元的間歇操作設(shè)定信號來允許當(dāng)處于Ul模式至U3模式時選擇是否間歇地操作LFPS檢測器12。諸如專利文獻的現(xiàn)有技術(shù)的文獻中的各個公開通過引用被并入本文中。如果在本發(fā)明的完整公開(包括權(quán)利要求)和進一步基于其技術(shù)概念的范圍之內(nèi)則允許對實施例進行修改和調(diào)整。而且，如果在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，則每一個各種公開的要素(包括每一個權(quán)利要求的每一個要素、每一個實施例的每一個要素和每一個附圖的每一個要素)中的每一個的各種組合或選擇是可能的。換句話說，本發(fā)明當(dāng)然可以包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員遵照技術(shù)概念和包括權(quán)利要求范圍的完整公開所能夠?qū)崿F(xiàn)的每種類型的變化和修正。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體設(shè)備,包括: 檢測器，所述檢測器用于接收其特性根據(jù)待機模式狀態(tài)而波動的輸入信號，將可應(yīng)用信號的幅度與指定的閾值幅度進行比較，并且輸出檢測器輸出，所述檢測器輸出示出所述可應(yīng)用信號的幅度是否高于指定的閾值幅度；以及 間歇操作控制電路，所述間歇操作控制電路在接收所述檢測器輸出的同時還接收第一信號，所述第一信號示出所述待機模式狀態(tài)處于多個模式之中的哪個模式，并且當(dāng)所述輸入信號高于所述指定的閾值幅度時，所述間歇操作控制電路將所述檢測器設(shè)置為接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他情況下，根據(jù)在可應(yīng)用的第一信號所示出的模式中的所述輸入信號的特性來間歇地操作所述檢測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體設(shè)備， 其中，所述間歇操作控制電路在根據(jù)所述第一信號示出的模式中的所述輸入信號的最大突發(fā)長度的周期中的指定時段中將所述檢測器設(shè)置為所述接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他時段中將所述檢測器設(shè)置為關(guān)閉模式狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體設(shè)備， 其中，所述間歇操作控制電路在根據(jù)所述第一信號所示出的模式中的所述輸入信號的最大突發(fā)長度的一半至可應(yīng)用的最大突發(fā)長度的周期中的指定時段中將所述檢測器設(shè)置為所述接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他時段中將所述檢測器設(shè)置為所述關(guān)閉(禁用)模式狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體設(shè)備，進一步包括: 振蕩器，所述振蕩器用于供應(yīng)時鐘信號， 其中，除了對時鐘信號進行劃分以生成多個分頻時鐘信號之外，所述間歇操作控制電路還通過獲得所述分頻時鐘信號的邏輯積來生成用于間歇地操作所述檢測器的信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體設(shè)備， 其中，所述輸入信號是從USB (通用串行總線)設(shè)備發(fā)送的LFPS (低頻周期信令)信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體設(shè)備， 其中，在物理層中形成所述檢測器和所述間歇操作控制電路二者。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體設(shè)備，進一步包括: 寄存器，所述寄存器包含示出所述待機模式狀態(tài)所處于的模式的信息， 其中，所述間歇操作控制電路從所述寄存器接收第一信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體設(shè)備， 其中，所述物理層包括所述檢測器，并且 其中，鏈路層包括所述間歇操作控制電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體設(shè)備， 其中，所述間歇操作控制電路接收第二信號，所述第二信號示出所述檢測器電路通過正常操作來進行操作還是通過間歇操作來進行操作，并且當(dāng)所述輸入信號高于所述指定的閾值幅度時，或可應(yīng)用的第二信號示出了所述檢測器通過正常操作來進行操作時，所述檢測器電路被設(shè)置為操作狀態(tài)，并且在所有其他情況下，所述檢測器被設(shè)置為間歇操作狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體設(shè)備， 其中，作為利用所述第一信號和所述第二信號的替代，基于用于來自鏈路層的用于PLL電路的啟用信號來識別所述待機模式狀態(tài)的同時，所述間歇操作控制電路決定通過正常操作還是通過間歇操作來操作所述檢測器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體設(shè)備， 其中，所述間歇操作控制電路基于來自鏈路層的用于所述PLL電路的啟用信號而不是利用所述第一信號，來識別所述待機模式狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體設(shè)備， 其中，作為利用所述第一信號和所述第二信號的替代，基于來自鏈路層的用于所述PLL電路的啟用信號來識別所述待機模式狀態(tài)的同時，所述間歇操作控制電路基于用于發(fā)射器-接收器電路的啟用信號來決定通過正常操作還是通過間歇操作來操作所述檢測器。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體設(shè)備， 其中，所述間歇操作控制電路基于來自鏈路層的用于所述PLL電路的啟用信號和用于所述發(fā)射器-接收器電路的啟用信號而不是利用所述第一信號，來識別所述待機模式狀態(tài)。
14.一種用于半導(dǎo)體設(shè)備的控制方法，包括: 將其特性根據(jù)待機模式狀態(tài)而波動的輸入信號的幅度與指定的閾值幅度進行比較，并且通過檢測器來決定可應(yīng)用信號的幅度是否高于指定的閾值幅度； 接收第一信號，所述第一信號示出所述待機模式狀態(tài)所處于的模式；以及 在上述步驟之后，當(dāng)所述輸入信號高于所述指定的閾值幅度時，將所述檢測器設(shè)置為接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他情況下，根據(jù)在所述第一信號示出的模式中的所述輸入信號的特性來間歇地操作所述檢測器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于半導(dǎo)體設(shè)備的控制方法，包括: 根據(jù)在所述第一信號示出的模式中的所述輸入信號的最大突發(fā)長度的周期中的指定時段中將所述檢測器設(shè)置為接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他時段中將所述檢測器設(shè)置為處于關(guān)閉(禁用)模式狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于半導(dǎo)體設(shè)備的控制方法，包括: 在所述第一信號所示出的模式中的所述輸入信號的最大突發(fā)長度的一半至所述最大突發(fā)長度的周期中的指定時段中將所述檢測器設(shè)置為接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他時段中將所述檢測器設(shè)置為關(guān)閉(禁用)模式狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體設(shè)備和控制方法。一種半導(dǎo)體設(shè)備包括檢測器，該檢測器接收其特性根據(jù)待機模式狀態(tài)而波動的輸入信號，將該輸入信號幅度與指定的閾值幅度進行比較，并且輸出檢測器輸出信號，該檢測器輸出信號示出了可應(yīng)用的輸入信號的幅度是否高于指定的閾值幅度；以及間歇操作控制電路，該間歇操作控制電路在接收檢測器輸出的同時還接收第一信號，該第一信號示出處于多個待機模式狀態(tài)之中的哪個模式，并且當(dāng)輸入信號高于指定的閾值幅度時將檢測器設(shè)置為持續(xù)接通(啟用)模式狀態(tài)，并且在所有其他情況下在該第一信號示出的模式中，根據(jù)輸入信號的特性來間歇地操作檢測器。
文檔編號G06F13/38GK103207661SQ20131001010
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者丹謙藏 申請人:瑞薩電子株式會社