[發明專利]具有在操作范圍上增強的操作的集成電路

在審

• 申請號: 202010894632.2
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112507642A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: B·T·布魯恩;R·鄧
• 申請（專利權）人: 硅實驗室股份有限公司
• 主分類號: G06F30/32
• 分類號: G06F30/32
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖;張鑫

一種集成電路，包括數字電路和能量管理電路。數字電路用內部供電電壓與時間信號同步地操作，并且該數字電路包括互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管。能量管理電路具有用于接收外部供電電壓的輸入和用于提供內部供電電壓的輸出。能量管理電路熱耦合到數字電路并且在數字電路的溫度大于升壓溫度時將內部供電電壓設置成標稱電壓。當數字電路的溫度小于升壓溫度時，能量管理電路將內部供電電壓升壓到高于標稱電壓的升壓電壓。

技術領域

本公開總體上涉及集成電路，并且更具體地涉及使用時鐘信號操作的CMOS數字集成電路。

背景技術

現代數字電子電路使用時鐘信號以定時輸入和輸出。隨著集成電路制造技術的進步，電路能夠以更快的速度和更低的供電電壓操作。例如，現代互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術可以用于構建能夠使用高于1千兆赫茲(GHz)的時鐘速度和大約1.0伏特或更小的供電電壓操作的數字邏輯電路。這些進步帶來了更好的性能和更長的電池壽命。

電路設計者創建集成電路芯片的電路的網表，并且將該網表輸入到布線工具，該布線工具自動地將晶體管布局在芯片上。電路模擬工具檢查所布局的電路在指定的操作范圍上的操作，通常該操作范圍是指工藝、電壓和溫度(PVT)窗口。例如，可要求集成電路在-40℃到+125℃之間的任何溫度下操作，在標稱供電電壓V_DDNOM附近的范圍(例如，V_DDNOM±10％)內的任何電壓下操作，以及以在改變操作速度的某些指定范圍內變化的各種制造工藝參數來操作。通常在所述范圍的端點處模擬芯片，并且端點的每個獨特組合被稱為“角點(corner)”。如果芯片在所有角點處可操作，則設計者假定該芯片在所有中間點處同樣可操作，這簡化了模擬。

為了滿足內部建立時間，芯片需要是快的，但是為了滿足內部保持時間，該芯片不能太快。芯片太快或太慢都將導致設備失效。CMOS芯片的速度的最重要的工藝決定因素通常是P溝道晶體管和N溝道晶體管的閾值電壓。如果P溝道閾值電壓和N溝道閾值電壓處于其最低允許電壓，溫度處于其最低允許溫度，并且供電電壓處于其最高電壓，則該芯片通常被認為處于“最佳情況速度”角點。如果P溝道閾值電壓和N溝道閾值電壓處于其最高允許電壓，溫度處于其最高允許溫度，并且供電電壓處于其最低電壓，則該芯片通常被認為處于“最壞情況速度”角點。

如果模擬在設計窗口中的任意點處失敗，則通過例如將某些電路移動為靠近在一起、改變實現功能的具體邏輯門、或通過插入模式觸發器(mode flip-flop)來拆分邏輯功能來調整布局，并且隨后電路設計者重新模擬操作。該工藝被稱為時序收斂。在時序收斂已經被滿足之后，該設備已準備好以供制造。

在制造之后，并且電路設計者在所有PVT角點處檢查實際集成電路芯片上的模擬的完整性，此過程被稱為表征。

現在電路設計者能夠設計可包含數十萬或百萬晶體管的復雜集成電路芯片。這些非常大的芯片設計的模擬、時序收斂和表征是耗時的過程，尤其是當在所有PVT角點處對它們進行模擬或表征時。因此，即使利用現代布線工具，在設計電路和將電路布局在芯片上使得該芯片在所有PVT角點處可操作也存在持續的困難。

附圖說明

圖1以框圖形式示出了現有技術已知的時鐘控制數字邏輯系統；

圖2示出了圖1的時鐘控制數字邏輯系統的操作窗口的圖；

圖3以示意圖形式示出了可以用于在互補金屬氧化物半導體(CMOS)數字電路中模仿開關操作的電路；

圖4以部分框圖且部分示意圖的形式示出了根據本公開的實施例的微控制器單元(MCU)；

圖5示出了在預期電壓和溫度窗口上的圖4的MCU的操作的圖；以及

圖6示出了在預期的工藝、電壓和溫度(PVT)窗口上的圖4的MCU的操作的圖。