電壓域間的通訊的制作方法
【專利摘要】本發明涉及電壓域間的通訊。集成電路(6)包括結合實時時鐘電路(12)的第一電壓域(4)，實時時鐘電路(12)經由通訊電路(18)與第二電壓域內含有的處理電路(16)通訊。通訊電路(18)包括位于第一電壓域(4)內的第一并串轉換電路(24)、用于在電壓域之間傳遞串行信號的電平移位電路(32)及位于該第二電壓域中的第二并串電路(26)。
【專利說明】電壓域間的通訊
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路領域。具體而言，本發明涉及集成電路內不同電壓域之間的通訊。
【背景技術】
[0002]提供在多個電壓域中操作的集成電路為人們所熟知。例如，一電壓域可經設計為低功率操作，諸如設計為實時時鐘。該域可使用未經調節電源及厚的柵極氧化物晶體管。該集成電路內的其他電壓域的目標可為低動態功率，且因此使用較低的調整電壓，以支持處理器核心。當電壓差增大，且對更低的功率消耗的需要亦增加時，在這些電壓域之間通訊信號出現困難。
【發明內容】
[0003]從一方面可見，本發明提供一種集成電路，該集成電路包含:
[0004]第一處理電路，該第一處理電路位于第一電壓域內，且經設置以在第一電壓下操作；
[0005]第二處理電路，該第二處理電路位于第二電壓域內，且經設置以在第二電壓下操作，第二電壓不同于第一電壓；以及
[0006]通訊電路，該通訊電路耦接至第一處理電路及第二處理電路，且經設置以在第一處理電路與第二處理電路之間通訊一個或更多個多位信號；其由
[0007]通訊電路包括:
[0008]第一并串轉換電路，該第一并串轉換電路經設置以在一并行形式(由第一處理電路處理)與一串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在第一電壓域與第二電壓域之間進行傳遞；
[0009]電平移位電路，該電平移位電路經設置以在第一電壓與第二電壓之間改變所述串行形式中的所述一個或更多個多位信號的電壓電平；以及
[0010]第二并串轉換電路，該第二并串轉換電路經設置以在一并行形式(由第二處理電路處理)與一串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在該第一電壓域與該第二電壓域之間進行傳遞。
[0011]本技術認識到在第一電壓域與第二電壓域之間通訊時，通過使用電平移位電路的各側上的并串轉換電路來減少需要電平移位電路在各域之間傳遞的信號的數目可獲得的益處大于對與并串轉換電路有關的額外開銷的補償。
[0012]盡管應了解第一處理電路可采取多種不同形式，本技術在第一處理電路包含經設置以產生實時時鐘值的實時時鐘電路時特別有用。這些實時時鐘需要連續工作，且因此這些實時時鐘經設計具有低功率。本技術使得與該實時時鐘電路的專門的低功率電壓域通訊更有效。
[0013]應了解，在兩個電壓域之間傳遞的多位信號可采取多種不同形式。在第一處理電路包含實時時鐘電路的情況下，這些多位信號可包括以下一者或更多者:時間信號，該時間信號指示一實時值，該實時值待從實時時鐘電路傳遞至第二處理電路；時間設定信號，該時間設定信號指示一實時值(實時時鐘電路待設置為該實時值)，且該時間設定信號從第二處理電路被傳遞至實時時鐘電路；警報設置信號，該警報設置信號指示警報值，在該警報值處實時電路觸發警報操作，且該警報設置信號從第二處理電路被傳遞至實時時鐘電路；以及警報信號，該警報信號指示達到警報的時間，且該警報信號從實時時鐘電路被傳遞至第二處理電路。
[0014]第二處理電路可采取多種不同的形式。在與實時時鐘電路連用的情景下，在一些實施例中，第二處理電路具有一個或更多個不活動的休眠模式，且實時時鐘電路經設置以在達到預定實時值時觸發第二處理電路中的喚醒反應，以致將第二處理電路從不活動模式轉換為活動模式。
[0015]為減少電壓域間的信號流量，在一些實施例中，第二處理電路包含陰影時間寄存器，其中來自實時時鐘電路的陰影時間值被寫入該陰影時間寄存器。第二處理電路可隨后讀取此陰影時間值，而不是讀取來自實時時鐘電路自身的時間值，進而避免橫跨電壓域邊界傳遞信號的需要。
[0016]在一些實施例中，陰影寄存器可獲取實時時鐘值的快照(實時時鐘值被定期更新)，以使得陰影時間值跟蹤實時值。當第二處理電路處于不活動模式時，將不會執行該更新信號及跟蹤操作。
[0017]實時時鐘電路可為多個不同的其他處理電路實例提供服務，這些處理電路中的每一者可在他們各自的域中形成，或這些處理電路中的每一者可與第一處理電路共享電壓域。在此情況下，其他處理電路中的每一者可具有用于執行并串轉換的關聯通訊電路及之前討論的電平移位。因此，可在實時時鐘電路之一的實例中提供使用本技術的接口的多個端口。
[0018]在一些實施例中，在電壓域之間的接口間傳遞的多位信號可經受域邊界之一側上使用的第一編碼與域邊界的另一側上使用的第二編碼之間的轉換。例如，在具有低靜態功率和高動態功率的域內可有利地使用格雷(Gray)編碼，以減少信號切換量,然而,在電壓域邊界的另一側上，可使用常規二進制編碼，因為該編碼更直接易于存取，且易于標準處理技術進行操作。
[0019]在一些實施例中，第一電壓域可為未經調節電壓，因為對于很低功率的操作，電壓的調節通常為功率低效。在一些實施例中，第一電壓可源自電荷儲存裝置(諸如電池或超級電容器)，或可藉由能量收集獲得，且第一處理電路可使用厚柵極氧化物晶體管，因為這些晶體管非常適用于低功率應用。
[0020]第二電壓域可為經調節的電壓，因為這允許在第二電壓域內采用諸如動態電壓及頻率縮放的技術。第二電壓通常低于第一電壓。
[0021]從另一方面可見，本發明提供一集成電路，該集成電路包含:
[0022]第一處理裝置，該第一處理裝置用于執行第一處理，且位于第一電壓域內且經設置以在第一電壓下操作；
[0023]第二處理裝置，該第二處理裝置用執行第二處理，且位于第二電壓域內且經設置以在第二電壓下操作，第二電壓不同于第一電壓；以及
[0024]通訊裝置，該通訊裝置用于在第一處理電路與第二處理電路之間通訊一個或更多個多位信號；其中
[0025]通信裝置包括:
[0026]第一并串轉換裝置，該第一并串轉換裝置用于在一并行形式(由第一處理電路處理)與一串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在第一電壓域與第二電壓域之間進行傳遞；
[0027]電平移位裝置，該電平移位裝置用于在第一電壓與第二電壓之間改變所述串行形式中的所述一個或更多個多位信號之電壓電平；以及
[0028]第二并串轉換裝置，該第二并串轉換裝置用于在一并行形式(由第二處理電路處理)與一串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在第一電壓域與第二電壓域之間進行傳遞。
[0029]從另一方面可見，本發明提供一種操作集成電路的方法，該方法包含以下步驟:
[0030]用位于第一電壓域內且經設置以在第一電壓下操作的第一處理電路執行第一處理；
[0031]用位于第二電壓域內且經設置以在第二電壓(第二電壓不同于第一電壓)下操作的第二處理電路執行第二處理；以及
[0032]在第一處理電路與第二處理電路之間通訊一個或更多個多位信號；其由
[0033]通訊的步驟包括:
[0034]在一并行形式(由第一處理電路處理)與一串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在第一電壓域與第二電壓域之間進行傳遞；
[0035]在第一電壓與第二電壓之間改變所述串行形式中的所述一個或更多個多位信號的電壓電平；以及
[0036]在一并行形式(由第二處理電路處理)與一串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在第一電壓域與第二電壓域之間進行傳遞。
[0037]從以下結合附圖讀取的說明性實施例的詳細描述將顯而易見上述內容及本發明的其他目標、特征及優勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1示意性地圖示包括多個電壓域的集成電路；
[0039]圖2示意性地圖示用于在多個電壓域之間傳遞多位(mult1-bit)信號的通訊電路；
[0040]圖3為流程圖，該流程圖示意性地圖示將多位信號從第一域發送至第二域的過程；以及
[0041]圖4為流程圖，該流程圖示意性地圖示將多位信號從第二域發送至第一域的過程。
【具體實施方式】
[0042]圖1示意性地圖示集成電路2，集成電路2包括第一電壓域4、第二電壓域6及第三電壓域8。第一電壓域4在源自電荷儲存裝置(諸如電池或超級電容器)或藉由能量收集的未經調節電源的情況下操作，且第一電壓域4使用厚柵極氧化物晶體管以用于低功率操作。第一電壓域具有針對達成低電流泄露的設計，以允許第一電壓域被連續通電，但是第一電壓域遭受相對高的不利的動態功率消耗。第二電壓域6遭受相對高電流泄露，但是具有相對低的動態功率消耗。第二電壓域被供應調節電源，該調節電源可經功率閘控以減少功率消耗。對第二電壓域的電源的功率閘控允許將第二電壓域內的電路置于休眠模式，使用由位于第一電壓域的喚醒控制器10產生的喚醒信號可將該電路從該休眠模式喚醒。
[0043]第一電壓域4包括由厚柵極氧化物晶體管形成的實時時鐘電路12。實時時鐘電路12包括用于儲存及更新格雷編碼實時值的格雷計數器14。實時時鐘電路12包括用于存儲格雷編碼警報次數的內存，該警報次數與格雷計數器14中的當前的實時值相對比，且在發生匹配時觸發警報或喚醒事件。所儲存的警報次數使用從位于第二電壓域內的處理電路16發送到實時時鐘電路12的多位時間設定信號來設置。
[0044]在實時時鐘電路12及處理電路16內提供通訊電路18。此通訊電路18在第一域4與第二域6使用的不同的操作電壓之間橋接。第一域4的操作電壓高于第二域6的操作電壓。因此，通訊電路18包括稍后將要描述之電平移位電路。
[0045]還在集成電路2內提供含有其他處理電路20的第三電壓域8。此其他處理電路20可具有自身關聯的通訊電路22，其他處理電路20經由通訊電路22與實時時鐘電路12通訊。因此，實時時鐘電路12可經由多個端口與不同處理電路16、20通訊。通訊電路22可具有與通訊電路18的形式類似的形式。
[0046]位于第二域6內的處理電路16包括陰影(shadow)時間寄存器24，其中經由通訊電路18將來自多位時間值(由實時時鐘信號供應)的陰影時間值寫入陰影時間寄存器24。此多位時間信號經由通訊電路18傳遞。當處理電路16在活動(例如不在休眠模式)時，從實時時鐘電路12供給的時鐘更新信號可用于更新陰影時間寄存器24內保持的陰影時間值，以使得處理電路16可從陰影時間寄存器24獲取實時值，而不是要求從實時時鐘電路12自身讀取該時間值。
[0047]喚醒控制電路10在喚醒時間警報值達到時由實時時鐘電路12觸發，以產生喚醒信號，且經由通訊電路18將喚醒信號發送至處理電路16。此可供應作為對處理電路16的打斷，且觸發處理電路16退出其休眠狀態，且返回活動模式，在該模式下處理電路16執行處理。
[0048]處理電路16負責經由通訊電路18程序化實時時鐘電路12，且對實時時鐘電路12供應時間設定信號(多位)、用于通用警報(多位)及喚醒警報(多位)兩者的警報設置以及其他參數(必要時)。實時時鐘電路12將實時時鐘值(多位)及警報信號以及陰影實時值更新觸發經由通訊電路18傳遞回至處理電路16。
[0049]圖2示意性地更詳細地圖示通訊電路18。在第一電壓域內提供第一并串轉換電路24。在第二電壓域內提供第二并串轉換電路26。第二并串轉換電路26包括用于將二進制值從第二電壓域發送至第一電壓域(使用格雷編碼法)的二進制碼-格雷碼轉換器28。在第二并串轉換電路16內提供格雷碼-二進制代碼轉換器30，以用于在相反方向上接收信號，亦即接收格雷編碼信號，且將此等信號轉換為在第二電壓域內使用的二進制編碼信號。應了解，此等編碼轉換器28、30可提供在通訊電路18內的其他位置(例如在第一電壓域內)。可以多種不同方式(諸如必要時的位串行方式)執行二進制碼-格雷碼轉換。
[0050]圖2圖示包括至少表示喚醒時間及時間值的多位信號的寬并行信號如何在藉由電平移位電路32在電壓域之間跨接口傳遞之前被轉換為窄串行信號。減少需要經由此電壓域接口傳遞的信號的數目減少了與此電平移位有關的額外負擔，且因此在某種意義上增加效率，此驚人地高于對在接口的任一側上執行并串轉換所需要的補償。
[0051]應了解，所執行的并串轉換用作制造在多個域間傳遞的較窄的信號。并行信號不必轉換為單一位串行流，但可簡單地使該并行信號變得更窄，例如32-位并行信號可減少至2-位信號，該2-位信號隨后例如經由16個時鐘周期串行地傳輸，以表示原始的32-位信號。
[0052]圖3為流程圖，該流程圖示意性地圖示將多位信號從第一域傳遞至第二域。在步驟34處，處理等待直到有數據需要發送。步驟36隨后對此多位數據執行并串轉換。步驟38將產生的串行數據從第一域電平移位至第二域。步驟40將在第二域中接收的串行數據從串行形式轉換回并行形式。步驟42將接收的并行數據從該并行數據的格雷編碼轉換為二進制編碼。應了解，在一些實施例中，可在域邊界的另一側上執行編碼轉換。
[0053]圖4為流程圖，該流程圖示意性地圖示將多位信號從第二域傳遞至第一域。在步驟44處，處理等待直到有數據要發送。步驟46將多位數據從二進制編碼轉換為格雷編碼。步驟48將并行多位信號值轉換為串行表示。步驟50對串行數據執行從第二電壓域至第一電壓域的電平移位。步驟52將在第一電壓域中接收的串行數據從串行形式轉換回并行形式。
[0054]盡管已參看附圖描述了本發明的說明性實施例，應了解本發明不限制于這些精確的實施例，且在不脫離如所附權利要求所界定的本發明的范圍及精神的情況下，本領域技術人員可實現本發明中的多種變化、添加及修改。
【權利要求】
1.一種集成電路，該集成電路包含: 第一處理電路，該第一處理電路位于第一電壓域內，且經設置以在第一電壓下操作；第二處理電路，該第二處理電路位于第二電壓域內，且經設置以在第二電壓下操作，該第二電壓不同于所述第一電壓；以及 通訊電路，該通訊電路耦接至所述第一處理電路及所述第二處理電路，且經設置以在所述第一處理電路與所述第二處理電路之間通訊一個或更多個多位信號；其中所述通訊電路包括: 第一并串轉換電路，該第一并串轉換電路經設置以在由所述第一處理電路處理的一并行形式與一串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在所述第一電壓域與所述第二電壓域之間進行傳遞； 電平移位電路，該電平移位電路經設置以在所述第一電壓與所述第二電壓之間改變所述串行形式中的所述一個或更多個多位信號的電壓電平；以及 第二并串轉換電路，該第二并串轉換電路經設置以在由所述第二處理電路處理的一并行形式與所述串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在所述第一電壓域與所述第二電壓域之間進行傳遞。
2.如權利要求1所述的集成電路，其中所述第一處理電路包含經設置以產生實時時鐘值的實時時鐘電路。
3.如權利要求2所述的集成電路，其中所述一個或更多個多位信號包含以下的至少一者: 時間信號，該時間信號指示從所述實時時鐘電路傳遞至所述第二處理電路的實時值；時間設定信號，該時間設定信號指示一實時值，所述實時時鐘電路待設置為該實時值，且該時間設定信號從所述第二處理電路傳遞至所述實時時鐘電路； 警報設置信號，該警報設置信號指示一警報值，在該警報值下所述實時時鐘電路觸發一警報操作，且該警報設置信號從所述第二處理電路傳遞至所述實時時鐘電路；以及 警報信號，該警報信號指示到達一警報時間，且該警報信號從所述實時時鐘電路傳遞至所述第二處理電路。
4.如權利要求2所述的集成電路，其中所述第二處理電路具有一個或更多個不活動模式，且所述實時時鐘信號經設置以在達到一預定實時值時觸發所述第二處理電路中的喚醒反應以將所述第二處理電路從所述一個或更多個不活動模式之一轉為活動模式。
5.如權利要求2所述的集成電路，其中所述第二處理電路包含一陰影時間寄存器，其中來自所述實時時鐘電路的陰影時間值被寫入該陰影時間寄存器中。
6.如權利要求5所述的集成電路，其中所述實時時鐘電路經設置以將一更新信號發送至所述陰影時間寄存器，以更新所述陰影時間值，從而跟蹤所述實時值。
7.如權利要求6所述的集成電路，其中當所述第二處理電路處于不活動模式時，所述更新信號不被發送。
8.如權利要求2所述的集成電路，該集成電路包含多個其他處理電路，該其他處理電路耦接至所述實時時鐘電路，且該其他處理電路經設置以在不同于所述第一電壓域的電壓域及不同于所述第一電壓的電壓下操作。
9.如權利要求1所述的集成電路，其中所述第一并串轉換電路及所述第二并串轉換電路中的至少一者將所述多位信號在由所述第一處理電路用以表示一值的第一編碼與由所述第二處理電路用以表示所述值的第二編碼之間轉換。
10.如權利要求9所述的集成電路，其中所述第一編碼為格雷編碼且所述第二編碼為二進制編碼。
11.如權利要求1所述的集成電路，其中所述第一電壓為一未經調節電壓。
12.如權利要求11所述的集成電路，其中所述第一電壓來自以下之一者: 直接來自電荷儲存裝置；以及 來自能量收集。
13.如權利要求1所述的集成電路，其中所述第一處理電路使用厚柵極氧化物晶體管形成。
14.如權利要求1所述的集成電路，其中所述第二電壓為一調節電壓。
15.如權利要求1所述的集成電路，其中所述第二電壓低于所述第一電壓。
16.一種集成電路,該集成電路包含: 第一處理裝置，該第一處理裝置用于執行第一處理，且位于第一電壓域內且經設置以在第一電壓下操作； 第二處理裝置，該第二處理裝置用執行第二處理，且位于第二電壓域內且經設置以在第二電壓下操作，所述第二電壓不同于所述第一電壓；以及 通訊裝置，該通訊裝置用于在所述第一處理電路與所述第二處理電路之間通訊一個或更多個多位信號；其中所述通信裝置包括: 第一并串轉換裝置，所述第一并串轉換裝置用于在由所述第一處理電路處理的一并行形式與一串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在所述第一電壓域與所述第二電壓域之間進行傳遞； 電平移位裝置，該電平移位裝置用于在所述第一電壓與所述第二電壓之間改變所述串行形式中的所述一個或更多個多位信號的電壓電平；以及 第二并串轉換裝置，該第二并串轉換裝置用于在由所述第二處理電路處理的一并行形式與一串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在所述第一電壓域與所述第二電壓域之間進行傳遞。
17.一種操作集成電路的方法，該方法包含以下步驟: 用位于第一電壓域內且經設置以在第一電壓下操作的第一處理電路執行第一處理；用位于第二電壓域內且經設置以在第二電壓下操作的第二處理電路執行第二處理，所述第二電壓不同于所述第一電壓；以及 在所述第一處理電路與所述第二處理電路之間通訊一個或更多個多位信號；其中 所述通訊的步驟包括: 在由所述第一處理電路處理的一并行形式與一串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在所述第一電壓域與所述第二電壓域之間進行傳遞； 在所述第一電壓與所述第二電壓之間改變所述串行形式中的所述一個或更多個多位信號的電壓電平；以及 在由所述第二處理電路處理的一并行形式與一串行形式之間轉換所述一個或更多個多位信號，以便在所述第一電壓域與所述第二電壓域之間進行傳遞。
【文檔編號】H03K19/0175GK104426526SQ201410412373
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月20日 優先權日:2013年8月21日
【發明者】大衛·沃爾特·弗萊恩, 詹姆斯·愛德華·邁爾斯 申請人:Arm有限公司