本發(fā)明涉及半導體集成電路裝置，具體來說涉及諸如芯片上系統(tǒng)(soc)裝置的多功能裝置。

背景技術：

現(xiàn)代的半導體集成電路通常實施soc布置，其中單一集成電路可包括計算系統(tǒng)典型的組件，即處理器、存儲器、時鐘和外部接口(例如usb、以太網(wǎng)等)和無線通信硬件。這些無線通信硬件可以用于無線通信協(xié)議，包含無線局域網(wǎng)(wlan)、藍牙(tm)和近場通信(nfc)。在nfc的情況下，小型環(huán)形天線連接到集成電路并且向soc提供使用局部電場或磁場在短距離上通信的能力。近年來，在移動裝置中nfc連接變得越來越常用于短程通信，并且因而需要在集成式半導體裝置中實施的芯片上系統(tǒng)中包含這種功能。但是，申請人認識到，可能不是所有顧客都需要這種功能。

技術實現(xiàn)要素：

從第一方面，本發(fā)明提供一種半導體集成電路裝置，其包括至少第一和第二電路，所述第一和第二電路連接到共用的外部連接，所述裝置進一步包括電壓鉗，所述電壓鉗可操作以限制共用外部連接處的電壓，其中可以根據(jù)是使用所述第一電路還是第二電路而選擇性地啟用所述電壓鉗。

因而，所屬領域的技術人員會發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，一種裝置布置成使得共用外部連接通常是引腳可以用于多種功能，其中包括可能適合于一種功能的電壓保護，需要時可以啟用電壓保護，而對于不需要電壓保護的其它功能可以停用電壓保護。

在此集成式半導體裝置中實施的芯片上系統(tǒng)通常包括多個引腳，這些引腳可以被配置成用于一系列用途，其中包括通用輸入和輸出(gpio)和外部外圍設備與集成電路的連接。然而，通常情況是在制造這些裝置時，并不知道顧客對這些裝置的使用用途。以前這意味著常規(guī)芯片上系統(tǒng)裝置的制造商要么必須提供較寬的產(chǎn)品范圍以適應不同范圍的最終用戶要求，要么提供具有對應于不是所有顧客都會使用的功能的多余連接的產(chǎn)品。然而，根據(jù)本發(fā)明，不想使用第一電路提供的功能的顧客可以使用第二電路，且反之亦然。這樣能進一步對于所有顧客優(yōu)化裝置提供的資源，并且因此通過使得共用的外部連接可供用于另一用途而允許不使用所提供的功能的顧客享受補償性的益處。

在一組實施例中，第一電路至少部分地實施近場通信協(xié)議并且被配置成經(jīng)由所述共用外部連接而連接到外部天線。實際上本發(fā)明擴展到包括如上所述的裝置和連接到所述共用外部連接的天線的組合件。在一些實施例中，例如，集成式半導體裝置構成模擬nfc標簽的一部分。

在一組實施例中，第二電路包括通用輸入/輸出接口，使得共用外部連接可以用作通用輸入輸出連接。這些連接可以具有用戶分配的功能并且可以用于輸入和輸出兩種功能。這樣很可能使裝置的靈活性最大化，使得盡可能多的顧客可以使用所有可用的連接。

根據(jù)本發(fā)明，當在集成式半導體裝置內(nèi)提供共用至少一個外部連接的多個電路時，申請人理解，那些電路可以對于其操作具有不同的電壓范圍要求。申請人理解，提供電壓鉗可以通過確保組件不會因為暴露于較高電壓而遭到損壞，借此允許無論哪個電路都能夠安全地操作，并且無須增加功耗或降低性能。

在一組實施例中，所述裝置包括兩個共用外部連接。這例如如上所述將能實現(xiàn)與nfc天線的連接。在一組此類實施例中，電壓鉗布置成限制可以在所述共用外部連接兩端施加的最大電壓。這將例如防止可能在附接的nfc天線兩端形成的過量電壓損壞裝置，而這在沒有天線連接時可能不是必需的。因而，在一組實施例中，當啟用nfc電路時啟用電壓鉗以便允許nfc天線安全地附接，并且當停用nfc電路時(例如，當啟用通用輸入/輸出電路時)停用電壓鉗。

可以提供單一電壓鉗，但是在一組實施例中，至少兩個電壓夾鉗具備不同的鉗位電壓值。在電壓鉗保護的電路可能具有活動和不活動模式的情況下，設有兩個不同電壓鉗尤其是有益的。在不活動模式期間，可以啟用這兩個電壓鉗或者較低的電壓鉗，而在活動狀態(tài)下，只啟用較高的電壓鉗。優(yōu)選地，在所述活動狀態(tài)下，采用替代電壓控制機構。這意味著，當共用外部連接兩端的電壓不要緊時，從較低鉗值提供良好的、簡單的保護。當電路在活動時，仍然提供最終的過量電壓保護，但是可以在這個值以下使用其它限制性較低的保護。

在優(yōu)選地受電壓鉗保護的電路是具有活動和不活動模式的nfc電路的一組示例性實施例中，在不活動模式中啟用較低的電壓鉗，但是在活動模式中停用較低的電壓鉗。在一組示例性實施例中，在設計供應電壓范圍的下端設置較低的電壓鉗值。在本文中提到電壓鉗值在設計電壓范圍的下端時，應理解，這并不意在將鉗值精確地限制為設計供應電壓范圍中的最低電壓，而是鉗值可以在其某一公差以內(nèi)。電壓鉗值可以例如在設計供應電壓范圍中的最低電壓的20％內(nèi)，或者在設計供應電壓范圍中的最低電壓的10％內(nèi)。

將鉗值設置在最低既定供應電壓或者接近最低既定供應電壓，使得與根據(jù)不一定能預測(除非假設在設計供應電壓范圍內(nèi))的實際供應電壓改變鉗位電壓相比，有可能以簡單的低功率的方式確保不會超出或者不會明顯地超出實際供應電壓。

在一組實施例中，提供調(diào)節(jié)環(huán)路以當nfc電路處于其活動狀態(tài)時控制在共用外部連接兩端(并且因而在優(yōu)選實施例中在nfc天線兩端)的電壓。這樣允許nfc電路使用實際可用的完整供應電壓。這一點對于最優(yōu)性能是很重要的。較高的電壓鉗可以相對于共用外部連接兩端的絕對最大電壓簡單地提供備用保護。此布置提供在nfc電路處于其不活動模式時(通常大多數(shù)時間將是這種情況)的低功耗和nfc電路活動時的高性能的有利組合。

應理解，在提到兩個電壓鉗時，這些電壓鉗可以是分開的并且獨立的電壓鉗，或者可以由單一機構提供，該單一機構可以具有兩個值。還應理解，提到兩個鉗或電壓時，不應當解釋為是限制性的，因此可以提供更多的鉗或電壓。

在一些實施例中，調(diào)節(jié)環(huán)路包括可變電阻。在一組實施例中，調(diào)節(jié)環(huán)路包括在共用外部連接兩端連接的可變分流電阻。

在一組實施例中，集成式半導體裝置包括場檢測電路。在諸如nfc的短程通信應用中，申請人理解，有利的是在啟用芯片上系統(tǒng)內(nèi)的對應通信電路之前，先檢測是否存在合適的電場或磁場。因而可以使用場檢測電路在前述活動nfc模式與不活動nfc模式之間切換。

在現(xiàn)代的移動裝置中，將功率要求保持在最小值是有利的。申請人理解，本文中所公開的本發(fā)明特別適合于這些應用。在一組實施例中，在電池供電的集成電路中實施集成式半導體裝置。

附圖說明

現(xiàn)將僅借助于實例且參考附圖描述本發(fā)明的實施例，在這些附圖中：

圖1a是本發(fā)明的第一示例性實施例的電路圖；

圖1b是當在第一模式中操作時的圖1a的實施例的有效電路圖；

圖1c是當在第二模式中操作時的圖1a的實施例的有效電路圖；

圖2是本發(fā)明的第二示例性實施例的電路圖；

圖3是本發(fā)明的第三示例性實施例的電路圖；以及

圖4是與圖1a的示例性實施例對應的時序圖。

具體實施方式

圖1a將本發(fā)明的示例性實施例的電路圖示出為用作半導體集成電路裝置提供的芯片上系統(tǒng)(soc)的子系統(tǒng)102。所描述的子系統(tǒng)包括兩個相同的通用輸入/輸出(gpio)電路104、106和nfc接口電路108。這三個電路具有對引腳110、112的形式的兩個外部連接的共用接入。更具體來說，第一gpio電路104連接到第一引腳110，第二gpio電路106連接到第二引腳112，并且nfc接口電路108連接到兩個引腳110、112。

gpio電路104、106包括一系列輸入端和輸出端118、120。這些輸入端和輸出端118、120用于多種與gpio電路104、106的操作有關的功能，諸如發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、啟用上拉或下拉電阻器等。

nfc接口電路108包括雙重電壓鉗114和可變電阻116，可變電阻116充當在nfc電路處于其活動模式時控制引腳兩端的電壓的調(diào)節(jié)環(huán)路的一部分。電壓鉗114以兩個啟用信號126、128作為輸入。第一“啟用鉗位高”信號126啟用設置成準許高供應電壓范圍的較高電壓鉗114，而第二“啟用鉗位低”信號128啟用設置成設計供應電壓范圍的下限的較低電壓鉗。在一個特定非限制性示例中，較高電壓鉗設置成3.6v，而較低電壓鉗設置成2.2v，這對應于裝置的2.2v到3.6v的指定設計電壓供應范圍。較高電壓鉗確保引腳110、112兩端的電壓從不超出將損害裝置的值，而較低電壓鉗以簡單并且有功率效率的方式確保對于完整的裝置供應電壓范圍，當nfc電路不活動時，引腳110、112兩端的電壓從不超出供應電壓，即使當供應電壓在其范圍中的下限時也是如此。

如將在下文更詳細地描述，可變電阻116有效地用于連接或斷開nfc電路，并且還構成在nfc電路活動時控制引腳110、112兩端的電壓的調(diào)節(jié)環(huán)路的一部分。它以電阻控制信號為輸入。在這個實例中，電阻控制信號130包括n位字，n位字的值的范圍可以是從0到2n-1，這規(guī)定了可變電阻116的值，其中0表示高阻抗(虛擬開路)模式，1表示相對高的電阻，而2n-1表示低電阻。

nfc接口電路108進一步包括兩個nfc輸入端，用于使用在兩個引腳110、112兩端連接的天線經(jīng)由nfc接收數(shù)據(jù)，并且向解調(diào)模塊發(fā)送所述接收到的數(shù)據(jù)122、124，還包括兩個nfc輸出端，用于使用天線經(jīng)由nfc發(fā)送數(shù)據(jù)134、136。

圖1b示出了第一使用模式中的圖1a的實施例的有效電路圖。引腳110、112連接到nfc天線150，并且電路在nfc模式中操作。因此，gpio電路104、106已經(jīng)有效地斷開，使得引腳110、112僅僅連接到nfc接口電路108。

圖1c示出了在第二使用模式中的圖1a的實施例的有效電路圖。這里電路在不與nfc天線連接的情況下操作，并且nfc接口電路108已經(jīng)有效地斷開，使得引腳110、112僅僅連接到gpio電路104、106。在這種模式中，電壓鉗114停用。

圖2將本發(fā)明的第二示例性實施例的電路圖示出為半導體集成電路裝置提供的芯片上系統(tǒng)(soc)的子系統(tǒng)202。這個實施例類似于圖1a到圖1c的實施例，區(qū)別是nfc接口電路208連接到nfc傳輸和接收模塊240。所屬領域的技術人員將預期，這個nfc傳輸和接收模塊240根據(jù)經(jīng)由連接到引腳210、212的nfc天線250傳輸和接收nfc業(yè)務的需要而包括多個放大器、濾波器等。

圖3將本發(fā)明的另一個示例性實施例的電路圖示出為半導體集成電路裝置提供的芯片上系統(tǒng)(soc)的子系統(tǒng)302。這個實施例類似于圖1a到圖1c的實施例，區(qū)別是gpio模塊304、306都連接到gpio接口模塊342、344，并且nfc接口電路308連接到nfc接口模塊340。這些接口模塊340、342、344都連接到處理器346，處理器346執(zhí)行當在gpio或nfc應用中使用soc302時必需的各種操作。

圖4示出了圖1a的示例性實施例對應的時序圖，圖1a示出了上述實施例的操作。圖4描繪了穩(wěn)定的實際供應電壓400。還存在低電壓鉗閾值402，被設置成設計供應電壓范圍中的最低允許電壓。

根據(jù)芯片上系統(tǒng)102的當前操作模式，在任何給定時刻在引腳110、112上的電壓的幅值404會發(fā)生變化，芯片上系統(tǒng)102的當前操作模式是通過啟用鉗位低信號128和電阻控制信號130的狀態(tài)規(guī)定的。

在初始持續(xù)時間410中，芯片上系統(tǒng)102處于nfc不活動模式。在這個時間期間，通過將啟用鉗位低信號128設置成邏輯高而啟用低功率的無源較低電壓鉗。因此，通過將電阻控制信號130設置成0，借此將可變電阻116設置成高阻抗模式。接著將電壓的幅值404鉗位在就在低電壓鉗閾值以下。

在持續(xù)時間410結束時，在時間416，芯片上系統(tǒng)102在持續(xù)時間412中切換成nfc活動模式。在這個時間416，將啟用鉗位低信號128設置成邏輯低，這樣會停用低電平電壓鉗。與此同時，或者比這個稍微之前，電阻控制信號130從0切換成非高阻抗值，該非高阻抗值隨時間變化以便調(diào)節(jié)幅值404。當這個切換發(fā)生時，通過活動負載(即可變電阻116)調(diào)節(jié)幅值404以斜升，使得引腳110、112兩端的電壓的幅值404接近實際供應電壓400，即，nfc信號能夠完整地使用供應電壓范圍。這通過電阻控制信號130的值實現(xiàn)并且隨后維持，電阻控制信號130的值實時波動以抵消幅值404與實際供應電壓400之間的任何檢測到的差值。

在持續(xù)時間412結束時，在后續(xù)時間418，再次在持續(xù)時間414中將芯片上系統(tǒng)102設置成nfc不活動模式。在這個時間418，將啟用鉗位低信號128設置成邏輯高，從而重新啟用低電平電壓鉗，并且將電阻控制信號130設置成0，因而將可變電阻116設置成高阻抗模式。值得注意的是，與切換成nfc活動模式時不同的是，幅值404不經(jīng)歷斜變，而是立即被固定在就在下限以下。

當連接nfc天線時，啟用鉗位高信號126將被設置成邏輯高，以將引腳110、112兩端的電壓限制成設計供應電壓范圍的上限，從而使得不管任何其它設置如何，高電壓都無法損壞裝置。因而，雖然對于某些周期，啟用鉗位低信號128可以設置成邏輯低，從而使得可變電阻116可以調(diào)節(jié)電壓擺幅的幅值以允許nfc信號使用完整供應電壓范圍，但是上限鉗可以始終保持打開，以便向電路提供高電壓保護，而且不會影響分流調(diào)節(jié)環(huán)路(即可變電阻116)的操作。

當僅僅對于數(shù)字gpio目的使用芯片上系統(tǒng)102(即沒有天線會連接到引腳110、112)時，通過將啟用鉗位高信號126和啟用鉗位低信號128都設置成邏輯低，借此將停用高限制鉗和低限制鉗兩者。這樣能減少引腳110、112之間的泄漏，并且如果引腳110、112驅動成不同邏輯值，能防止短路。

因而，將看出已描述了在多個電路之間共用引腳的芯片上系統(tǒng)。當使用電壓鉗時，有可能調(diào)節(jié)電路以在需要時利用時變供應電壓的完整范圍，并且在不需要時使用限制性更強的鉗以省電。盡管已詳細地描述特定實施例,但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，許多變化和修改是可能的。