半导体器件和半导体器件的操作方法与流程

优先权

本申请要求依据35u.s.c.§119(a)于2016年3月8日在韩国知识产权局提交的且分配序号10-2016-0027626的韩国专利申请和于2016年6月13日于韩国知识产权局提交的且分配序号10-2016-0073107的韩国专利申请的优先权，将其每个的全部公开通过引用并入于此。

本公开总的来说涉及半导体器件及其操作方法，以及更加具体地涉及用于通过取决于通信模式使用不同类型的模数转换器将模拟信号转换为数字信号的半导体器件及其操作方法。

背景技术：

用于移动通信系统中的基带覆盖从第二代(2g)通信系统的100khz的带宽到第三代(3g)或者第四代(4g)通信系统的20mhz的带宽的非常宽的范围，且最高的带宽与最低的带宽相比达到100倍或更多。配置为使用2g模式用于语音呼叫和使用3g或者4g模式(3g/4g)用于数据通信的多模式移动终端必须包括多模式和多频带无线电收发器，其中无线电收发器要求可以支持全部各种带宽的模拟基带滤波器。

技术实现要素：

本公开的一方面提供了用于通过取决于通信模式使用不同类型的模数转换器将模拟信号转换为数字信号的半导体器件。

本公开的另一方面提供了操作半导体器件的方法，该半导体器件用于通过取决于通信模式使用不同类型的模数转换器将模拟信号转换为数字信号。

根据本公开的一方面，提供了一种半导体器件。该半导体器件包括：模式控制器，在第一通信模式中输出第一控制信号和在不同于第一通信模式的第二通信模式中输出第二控制信号；和可配置电路，在第一通信模式中生成用于发送到第一类型模数转换器(adc)的第一输出信号，和在第二通信模式中使用第二类型adc生成第二输出信号，其中，该可配置电路包括切换电路，该切换电路取决于从模式控制器接收到的第一控制信号或者第二控制信号，将电路配置改变为用于在第一通信模式中生成第一输出信号的第一电路配置或者用于在第二通信模式中生成第二输出信号的第二电路配置。

根据本公开的另一方面，提供了一种半导体器件。该半导体器件包括：切换电路，包括取决于包括第一通信模式和第二通信模式的通信模式操作的一个或多个开关；和数字信号生成电路，接收模拟信号的输入，当一个或多个开关处于第一状况时使用第一类型adc生成数字信号，和当一个或多个开关处于不同于第一状况的第二状况时使用第二类型adc生成数字信号，其中，该数字信号生成电路的电路配置包括用于在第一通信模式中生成数字信号的第一电路配置，和用于在第二通信模式中生成数字信号的第二电路配置，和当改变一个或多个开关的状况时，第一电路配置和第二电路配置改变为彼此。

根据本公开的另一方面，提供了一种操作半导体器件的方法。该方法包括：在第一通信模式中将可配置电路设置为第一电路配置，该可配置电路在第一通信模式中生成第一输出信号，且该可配置电路在不同于第一通信模式的第二通信模式中生成第二输出信号；使用具有第一电路配置的可配置电路，生成用于发送到第一类型adc的第一输出信号；当第一通信模式改变为第二通信模式时，将可配置电路的电路配置从第一电路配置改变为第二电路配置；和使用具有第二电路配置的可配置电路，生成第二输出信号。

附图说明

根据结合附图的以下详细说明，本公开的上述及其他方面、特征和其它优点将变得更为明显，在附图中：

图1a是根据本公开的实施例的半导体器件的框图；

图1b到图1d是根据本公开的实施例的半导体器件的框图；

图2是根据本公开的实施例的模拟基带滤波器的框图；

图3是根据本公开的实施例的模拟基带滤波器的示意图；

图4是根据本公开的实施例的模拟基带滤波器的示意图；

图5到图7是根据本公开的实施例的半导体器件的电路图；

图8是根据本公开的实施例的基带滤波器的示意图；

图9是根据本公开的实施例的片上系统(soc)的框图；和

图10到图12是根据本公开的实施例的半导体器件可应用到的半导体系统。

具体实施方式

图1a是根据本公开的实施例的半导体器件1的框图。

图1b到图1d是根据本公开的实施例的半导体器件的框图。

参考图1a，半导体器件1包括射频(rf)接收器50、模拟基带(abb)滤波器100和第一类型模数转换器(adc)200。

rf接收器50无线地接收调制信号且可以包括一个或多个滤波器。滤波器可以包括低噪声放大器(lna)、混频器、转阻放大器(tia)等，但是本公开不限于此。在该情况下，混频器执行所接收的调制信号到基带的频率转换，以使得以下将要描述的abb滤波器100可以处理调制信号。

abb滤波器100将从rf接收器50提供的模拟信号解调到基带。在本公开的实施例中，abb滤波器100可以用于支持各种带宽的无线电通信技术的无线电收发器，例如，比如全球移动通信系统(gsm)、增强数据gsm环境(edge)、高速分组接入(hspa)、宽带码分多址(wcdma)、长期演进化(lte)1.4m、lte3m、lte5m、lte10m、lte15m和lte20m。

第一类型adc200将由abb滤波器100解调到基带的模拟信号转换为数字信号。在本公开的实施例中，第一类型adc200可以包括对于高速操作有益的尼奎斯特adc。例如，第一类型adc200可以包括逐次近似寄存器adc(saradc)。

在本公开的实施例中，rf接收器50、abb滤波器100和第一类型adc200可以作为单个集成电路(ic)或者芯片提供。但是，本公开不限于此。

参考图1b，在本公开的实施例中，rf接收器50和abb滤波器100可以作为第一芯片6提供，且adc200可以作为不同于第一芯片6的第二芯片7提供。例如，第一芯片6可以包括在移动装置上安装的rf收发器，且第二芯片7可以包括电连接到在移动装置上安装的独立应用处理器(ap)4a的调制解调器。

参考图1c，在本公开的实施例中，rf接收器50和abb滤波器100可以作为第一芯片6提供，且adc200可以在移动装置上安装的应用处理器(ap)4b的内部提供。在该情况下，第一芯片6可以包括在移动装置上安装的rf收发器，ap4b可以包括处理核心5和电连接到处理核心5的调制解调器核心，且adc200可以在调制解调器核心上提供。

参考图1d，在本公开的实施例中，rf接收器50可以作为第三芯片8提供，且abb滤波器100和adc200可以在移动装置上安装的ap4b内部提供。在该情况下，第三芯片8可以包括在移动装置上安装的rf收发器。也就是，ap4b可以包括abb滤波器100和adc200，以及从abb滤波器100和adc200接收输出信号dout1[]和dout2[]的处理核心5。

总的来说，为了处理比如2g的低频带信号，需要确定abb滤波器100的截止频率的非常高值的电阻器和电容器，这显著地增加模拟滤波器的芯片面积。例如，用于处理2g的低频带的电容器具有大于用于处理3g/4g的频带的电容器几倍的尺寸，且模拟滤波器的芯片面积因此增大几倍。在驱动3g模式或者4g模式的状态下，当模拟滤波器的电路面积由于关闭的2g模式而极大地增大时，处理成本上升且传输线的长度增大。因此，信号的错误增加，噪声上升，且还可能恶化信号的特性。另外，为了在2g的情况下解调滤波的信号，需要使用具有足够操作范围的adc。

根据本公开的实施例，对于高速操作有益的类型的adc用于3g/4g通信模式，在低速操作和具有高分辨率的类型的adc用于2g通信模式，但是通过借用在3g/4g通信模式下用于滤波器(例如，低通滤波器)或者放大器(例如，增益放大器)的运算放大器(opamp)使用用于2g通信模式的adc。另外，在2g通信模式中，关闭对于高速操作有益的类型的adc。因此，可以解决比如模拟滤波器的电路面积和功耗增加的问题。

图2是根据本公开的实施例abb滤波器100的框图。

参考图2，abb滤波器100包括模式控制器105和可配置电路120。

模式控制器105输出用于取决于通信模式控制切换电路110的控制信号cmd。例如，模式控制器105可以在第一通信模式中输出第一控制信号和可以在第二通信模式中输出第二控制信号。

在本公开的实施例中，与第一通信模式对应的第一基带可以具有高于与第二通信模式对应的第二基带的带宽。例如，第一通信模式包括3g/4g通信模式，且第二通信模式可以包括2g通信模式。

在本公开的实施例中，可以通过在其中使用abb滤波器100的半导体器件中提供的任何硬件执行通信模式的识别。例如，通信模式可以由rf接收器50识别，但是本公开不限于此。在识别通信模式之后，模式控制器105可以通过硬件或者软件接收指示通信模式的信号。但是，本公开不限于此，且abb滤波器100可以嵌入可以直接识别出通信模式的电路。

可配置电路120指的是能够切换电路配置的电路。可配置电路120包括能够取决于从模式控制器105接收到的控制信号改变可配置电路120的电路配置的切换电路110。当切换电路110的条件改变时，可配置电路120的电路元件之间的连接关系改变。也就是，可配置电路120是提供以取决于切换电路110的条件执行不同操作的电路。

在该情况下，电路配置指的是电路元件之间的连接关系。例如，如果电路元件包括第一到第三电路元件120a、120b和120c，第一电路配置可以形成为通过电连接第一电路元件120a和第二电路元件120b并通过电断开第二电路元件120b和第三电路元件120c而执行第一操作，且第二电路配置可以形成为提供电连接第二电路元件120b和第三电路元件120c并通过电断开第一电路元件120a和第二电路元件120b而执行不同于第一操作的第二操作。

在本公开的实施例中，abb滤波器100的电路配置可以包括用于在第一通信模式(例如，3g/4g通信模式)中生成输出信号的第一电路配置，和用于在第二通信模式(例如，2g通信模式)中生成输出信号的第二电路配置。

另外，在本公开的实施例中，虽然模式控制器105已经描述为在abb滤波器100中提供，但是本公开不限于此。也就是，模式控制器105也可以在abb滤波器100之外提供。

图3是根据本公开的实施例的abb滤波器100的示意图。

参考图3，根据本公开的实施例的abb滤波器100在第一通信模式中生成用于输入到第一类型adc200a的第一输出信号，并在第二通信模式中使用第二类型adc126a生成第二输出信号。在该情况下，第一输出信号包括模拟信号，且第二输出信号包括数字信号。

abb滤波器100接收已经通过与rf接收器50对应的lna52、混频器54和tia56的模拟信号。

abb滤波器100的切换电路110接收根据来自模式控制器105的通信模式的控制信号cmd，并取决于控制信号cmd而改变abb滤波器100的电路配置。

例如，切换电路110可以将abb滤波器100的电路配置改变为用于在第一通信模式中生成第一输出信号的第一电路配置。在本公开的实施例中，第一电路配置可以包括低通滤波器122和增益放大器124。该增益放大器124例如可以包括可变增益放大器(vga)或者可编程增益放大器(pga)，但是本公开不限于此。

另外，切换电路110可以将abb滤波器100的电路配置改变为用于在第二通信模式中生成第二输出信号的第二电路配置。在本实施例中，第二电路配置可以包括第二类型adc126a。第二类型adc126a还可以包括过采样adc。

应当注意，虽然与第一电路配置对应的低通滤波器122和增益放大器124以及与第二电路配置对应的第二类型adc126a图示为分开的元件，且概念操作是分开的，但是实际电路可以提供为单个电路(上面参考图2描述的可配置电路120)提供。

也就是，如果可配置电路120设置为第一类型，则可以提供与第一电路配置对应的低通滤波器122和增益放大器124，且当可配置电路设置为第二类型时，可以提供与第二电路配置对应的第二类型adc126a。在该情况下，用于提供第二电路配置中的第二类型adc126a的opamp可以是与用于提供第一电路配置中的低通滤波器122的opamp相同的电路元件。类似地，用于提供第二电路配置中的第二类型adc126a的比较器可以是与用于提供第一电路配置中的增益放大器124的比较器相同的电路元件。这种电路设置由上述的切换电路110执行。

因此，在第一通信模式中，使用具有第一电路配置的abb滤波器100和第一类型adc200a将模拟输入信号din转换为数字输出信号dout1[]，且在第二通信模式中，使用具有第二电路配置的abb滤波器100将模拟输入信号din转换为数字输出信号dout2[]。在该情况下，从具有第二电路配置的abb滤波器100输出的第二输出信号可以通过用于除去噪声的抽取(dcm)滤波器210，且可以作为数字输出信号dout2[]输出。

在该情况下，因为abb滤波器100采用其中电路配置由切换电路110改变的可配置电路120，所以在共享电路元件的同时，可以减小abb滤波器100的电路面积。

在该情况下，因为第一类型adc200a在第一通信模式中开启，且第一类型adc200a在第二通信模式中关闭，所以也可以减小功率。

图4是根据本公开的实施例的abb滤波器100的示意图。

参考图4，根据本公开的实施例的abb滤波器100在第一通信模式中生成用于输入到第一类型adc200b的第一输出信号，并在第二通信模式中使用第二类型adc126b生成第二输出信号。在该情况下，第一输出信号包括模拟信号，且第二输出信号包括数字信号。

类似于图3，abb滤波器100的切换电路110接收根据来自模式控制器105的通信模式的控制信号cmd，并取决于控制信号cmd而改变abb滤波器100的电路配置。

特别地，切换电路110可以将abb滤波器100的电路配置改变为用于在第一通信模式中生成第一输出信号的第一电路配置。在该情况下，第一电路配置可以包括低通滤波器122和增益放大器124。

另外，切换电路110可以将abb滤波器100的电路配置改变为用于在第二通信模式中生成第二输出信号的第二电路配置。在该情况下，第一电路配置可以包括第二类型adc126b。

在该情况下，第一类型adc200b可以包括逐次近似寄存器adc(saradc)。

另外，在本公开的实施例中，第二类型adc126b可以包括δ-σ调制adc(dsmadc)。dsmadc不限于阶数和输出位数。也就是，dsmadc可以具有三阶、四阶或更多阶，且还可以具有2位或更多的输出位。

应当注意，虽然与第一电路配置对应的低通滤波器122和增益放大器124以及与第二电路配置对应的第二类型adc126b图示为分开的元件，且概念操作是分开的，但是电路可以作为单个电路(例如，上面参考图2描述的可配置电路120)提供。

因此，在第一通信模式中，使用具有第一电路配置的abb滤波器100和saradc200b将模拟输入信号din转换为数字输出信号dout1[]，且在第二通信模式中，使用dsmadc126b作为具有第二电路配置的abb滤波器100将模拟输入信号din转换为数字输出信号dout2[]。在该情况下，从具有第二电路配置的dsmadc126b输出的第二输出信号可以通过用于除去噪声的dcm滤波器210，且可以作为数字输出信号dout2[]输出。

在该情况下，因为abb滤波器100采用其中电路配置由切换电路110改变的可配置电路120，所以在共享电路元件的同时，可以减小abb滤波器100的电路面积。

在该情况下，因为saradc200b在第一通信模式中开启，且saradc200b在第二通信模式中关闭，也可以减小功率。

图5到图7是根据本公开的实施例的半导体器件的电路图。

参考图5到图7，电路图示数字信号生成电路，该数字信号生成电路当一个或多个开关501a、501b、503a、503b、505a、505b、507a和507b处于第一状况时使用第一类型adc200b生成数字信号，且当一个或多个开关501a、501b、503a、503b、505a、505b、507a和507b处于不同于第一状况的第二状况时使用第二类型adc生成数字信号。

该一个或多个开关501a、501b、503a、503b、505a、505b、507a和507b根据通信模式操作。例如，如果通信模式是第一通信模式，如图5所示，开关501a、503a、505a和507a闭合，且可以提供使用opamp310和320的低通滤波器以及使用比较器330的增益放大器。相反地，如果通信模式是第二通信模式，如图6和图7所示，可以取决于开关601a、601b、603a、603b、605a、605b、607a和607b以及开关701a、701b、703a和703b的设置，通过利用使用电容器c1a、c1b、c3a和c3b的加法器、使用opamp310和320的积分器以及比较器330提供δ-σ调制adc。

也就是，在通信模式是第一通信模式的图5中，开关501a、501b、503a、503b、505a、505b、507a和507b闭合，且开关601a、601b、603a、603b、605a、605b、607a、607b、701a、701b、703a和703b打开，以形成实现上面在图3和图4中描述的低通滤波器122和增益放大器124的第一电路配置。

另外，在通信模式是第二通信模式的图6和图7中，开关501a、501b、503a、503b、505a、505b、507a和507b打开，且开关601a、601b、603a、603b、605a、605b、607a、607b、701a、701b、703a和703b交替地打开，以形成实现上面参考图3和图4描述的dsmadc126的第二电路配置。

图5到图7中图示的实施例仅是示例，且本公开不限于此。

上面描述的半导体器件的操作方法包括在第一通信模式中将abb滤波器100设置为第一电路配置，和使用具有第一电路配置的abb滤波器100生成用于输入到第一类型adc200的第一输出信号。

另外，该方法进一步包括如果第一通信模式改变到不同于第一通信模式的第二通信模式则将abb滤波器100从第一电路配置改变到第二电路配置，和使用具有第二电路配置的abb滤波器100生成第二输出信号。

另外，该方法进一步包括如果第二通信模式改变到第一通信模式则将abb滤波器100从第二电路配置改变到第一电路配置。

图8是根据本公开的实施例的基带滤波器的示意图。

参考图8，图5到图7中图示的δ-σ调制adc提供为离散时间δ-σ调制adc，但是在本实施例中，δ-σ调制adc提供为连续时间δ-σ调制adc。

因此，在第一通信模式中，通过利用具有第一电路配置的abb滤波器100和saradc200b将模拟输入信号din转换为数字输出信号dout1[]，且在第二通信模式中，通过进一步利用连续时间δ-σ调制adc126c作为具有第二电路配置的abb滤波器100将模拟输入信号din转换为数字输出信号dout2[]。在该情况下，从具有第二电路配置的连续时间δ-σ调制adc126c输出的第二输出信号可以通过用于除去噪声的dcm滤波器210，且可以作为数字输出信号dout2[]输出。

在该情况下，因为abb滤波器100采用其中电路配置由切换电路110改变的可配置电路120，所以在共享电路元件的同时，可以减小abb滤波器100的电路面积。

在该情况下，因为saradc200b在第一通信模式中开启，且saradc200b在第二通信模式中关闭，所以也可以减小功率。

图9是根据本公开的实施例的soc1000的框图。

参考图9，soc1000可以包括应用处理器1001和动态随机存取存储器(dram)1060。

应用处理器1001可以包括中央处理单元(cpu)1010、调制解调器1020、多级互连总线1030、存储器系统1040和外围电路1050。

cpu1010可以执行驱动soc1000需要的操作。在本公开的实施例中，cpu1010可以配置为包括多个核心的多核心环境。

调制解调器1020可以用于执行将模拟信号转换为数字信号的功能。调制解调器1020可以包括adc，例如，上述的第一类型adc200。也就是，调制解调器1020可以从rf接收器50和abb滤波器100接收模拟信号，以用于在接收rf信号之后将rf信号解调到基带，且可以将模拟信号转换为数字信号。另外，在本公开的实施例中，调制解调器1020可以进一步在其中包括rf接收器50和abb滤波器100。

多级互连总线1030可以用于cpu1010、调制解调器1020、存储器系统1040和外围电路1050当中的数据通信。在本公开的实施例中，多级互连总线1030可以具有多层结构。例如，多级互连总线1030可以是，但不限于多层先进高性能总线(ahb)或者多层先进可扩展接口(axi)。

存储器系统1040可以提供要连接到外部存储器(例如，dram1060)并以高速操作的应用处理器1001需要的环境。在本公开的实施例中，存储器系统1040可以包括控制外部存储器(例如，dram1060)需要的分开的控制器(例如，dram控制器)。

外围电路1050可以提供soc系统1000平滑地连接到外部装置(例如，主板)需要的环境。因此，外围电路1050可以包括使连接到soc系统1000的外部装置能够与soc系统1000兼容的各种接口。

dram1060可以用作应用处理器1001的操作需要的操作存储器。在本公开的实施例中，dram1060可以放置在应用处理器1001外部。例如，dram1060可以以堆叠封装(pop)的形式与应用处理器1001封装。

根据本公开的上述实施例的半导体器件可以作为soc系统1000的至少一个元件提供。

图10到图12是图示根据本公开的实施例的半导体器件可以应用到的半导体系统的图。

参考图10-图12，图10图示平板个人计算机(pc)1200，图11图示笔记本计算机1300，且图12图示智能电话1400。上面描述的半导体器件或者soc中的至少一个可以用于平板pc1200、笔记本计算机1300和智能电话1400。

另外，对本领域技术人员明显的是根据本公开的实施例的半导体器件还可以应用于除了在这里提出的那些之外的其他ic装置。也就是，虽然上面已经描述了平板pc1200、笔记本计算机1300和智能电话1400作为根据本公开的半导体系统的示例，根据本公开的半导体系统的示例不限于平板pc1200、笔记本计算机1300和智能电话1400。在本公开的实施例中，半导体系统可以被提供为计算机、超移动pc(umpc)、工作站、上网本计算机、个人数字助理(pda)、便携式计算机、无线电话、移动电话、电子书、便携式多媒体播放器(pmp)、便携式游戏机、导航装置、黑盒子、数码相机、3维电视机、数字音频记录器、数字音频播放器、数字图片记录器、数字图片播放器、数字视频记录器、数字视频播放器等。

虽然上面已经参考附图中图示的实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解在不脱离本公开如所附权利要求及其等效物所定义的范围的情况下，可以在其中做出形式和细节的各种改变。