用于降低混合型集成电路中噪声的系统和方法技术方案

用于降低集成电路中开关噪声的系统和方法，包括：具有至少两个晶体管的反相器网络；微电池，例如薄膜电池，与反相器网络相连；电阻器，一端连接在微电池上，另一端连接在电源上。当晶体管从一种逻辑状态转换到另一种逻辑状态时，在一段时间内，不止一个晶体管被导通。除非受到控制，否则这种状态会产生很大量的电流和随之产生的电压尖峰。在该转换期间所要求的电流从微电池抽取，由此阻止峰值电压流向并损害模拟元件。电池逐渐再充电，由此不会出现电压峰值。另外，由限制线路上抽取的电流电阻器把集成电路元件与电源线分隔开。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及半导体集成电路，具体涉及用于降低混合型半导体集成电路中噪声的系统和方法。集成电路包括大量的噪声灵敏的高性能设备。充电或放电电流中的快速变化会造成电压的降低。这种瞬态电压对于干扰这些敏感设备的性能来说可能是足够大的。基片噪声会影响很多应用。例如，基片噪声对于锁相环系统(PLL)和反相器来说都是一个难题。PLL在很多应用中使用，这些应用包括磁盘驱动器中的数据恢复，有线和无线通信，高速微处理器和存储器。反相器(也称为触发器)应用也很广泛。触发器在存储设备中字位的读写过程中起到很重要的作用。通常，触发器包括高速开关电路，这种电路可被编址以写入或读入触发器(需要定义触发器)。在稳态或静态条件下，也就是在输出状态之间不发生转换的条件下，没有电流从电源流过触发器。通常，触发器包括一个与电源和地相连的晶体管网。在稳态条件下，一个晶体管(或晶体管组)导通，另一个晶体管(或晶体管组)截止。为了从一个晶体管转换到另一个晶体管，电源也要从一种状态转换到另一种状态，例如，从低带电状态转到抽取电流的高带电状态。当截止一个晶体管并导通另一个晶体管，一段时间后，两个晶体管就都导通了。在这段时间内，大电流存在于网络中。这种大电流会导致电压的尖峰，电压的尖峰会在转换过程中引入噪声。当通过网络中的线路拉入电流时会遇到电阻，电压开始降低，成为贯穿IC的瞬态电压。这些瞬变过程会沿着为印刷电路板上的集成电路供电的线路传播，所说的集成电路板安装在所说的印刷电路板上。这些瞬变过程会产生射频(RF)辐射，干扰印刷电路板上其他电路以及集成电路本身的其他电路的正常运行。已经提出了大量用于解决开关噪声问题的现有方法。所提出的一种解决方案集中于控制电流浪涌。1999年5月18日提出的名为“用于降低电源噪声的CMOS集成电路调节器”的美国专利5,905,339，涉及到一种互补型金属氧化物半导体(CMOS)调节器，该调节器在转换跃迁过程中向一组逻辑门提供恒定电流。这种装置分离了模拟电路所共用的外部电源，把电流提供给电压干线。这种安排断开了由模拟电路承受的外部电源，并且向电源轨道提供电流。通过钳位晶体管的钳位操作而使得上述电流保持大致恒定。瞬态电流的剩余电荷由一电容器提供，该电容器在非转换时间进行再补充充电。另一种解决这种噪声问题的方法涉及到增加在有源设备附近放置的去耦电容器。这种去耦电容器可以稳定流向这些设备的电流。但是，由于电容器缓冲一些电压，所以仍然会出现尖峰。再一种解决基片噪声问题的方法涉及到一种使用线性反馈回路的有效方法。这种方法涉及到在噪声的模拟接收器部分对噪声进行采样，然后把采样的噪声引入负反馈回路的输入级。在利用反相位进行放大之后，把噪声重新注入基片。这种重新注入的噪声具有与在基片内传播的原始噪声相反的相位，它可用于消去多达83％的原始噪声。这种解决方案可应用于低频下运行的混合型集成电路和具有较慢数字时钟速度的低功率便携式电子设备。还有一种处理开关噪声的方法涉及到划分模拟和数字功能。这种处理方法要求独特的制造方法和定制设计。例如，2000年2月1日提出的名为“降低混合信号集成电路中基片噪声偶合的方法”的美国专利6,020,614，推荐了这样一种降低噪声的方法在半导体基片的模拟电路和数字电路之间建立分界区，并且模拟电路有一条独立于数字电路的供电总线。另外，本专利技术还公开提供互连的信号线，以使得电路之间孤立的线能够在其他电路的基片噪声耦合较低时与其他电路进行功能上的相互作用。但是，把模拟元件与数字元件隔开会浪费宝贵的半导体空间，这是集成电路设计中一项重要考虑事项。还有一种解决开关噪声问题的方法在1997年7月15日提出的名为“集成电路和电路组件中的噪声降低”的美国专利5,649,160中进行了阐述。该专利建议通过整形数字电路中的噪声使其集中于频谱的单个部分或少量部分中来降低噪声。该解决方案依赖于这样一种概念模拟电路中存在的噪声在某些频率并不重要，因此可以仔细地设置数字电路的频谱峰(一个峰或多个峰)以产生较少的干扰或不产生干扰。上述解决开关噪声问题的各种现有方法都各有其局限性。因此，需要一种能从实质上降低混合型集成电路中噪声的系统和方法。本专利技术的目的是通过在集成电路上包含一块微电池而克服与集成电路中遇到的开关噪声相关的问题，上述集成电路包括模拟元件和数字元件。噪声会在集成电路经历几种环境条件的情况下出现。特别地，噪声会在某些集成电路如反相器从一种逻辑状态转变到另一种逻辑状态时遇到。例如，反相器A必须导通，而反相器B必须截止。这种转变过程进行一段时间后，两个反相器都导通，转变过程也就结束。在该例中，高电流的存在会造成电压中的尖峰，并引入噪声。与降低开关噪声的本专利技术相一致的集成电路包括由至少两个晶体管组成的反相器网；与反相器网相连的门控网络；与反相器相连的微电池；和一端与微电池相连、另一端与电源相连的电阻器。在稳定状态，对微电池不充电。在充电时，额定电流从微电池中流过。当反相器转变、出现电流浪涌而导致出现电压尖峰时，用于降低电压的电流需求由微电池提供。由此，集成电路便避免了有峰值电压流向模拟元件而造成对其的破坏。另外，由于电池逐渐再充电，所以没有电压尖峰出现。另外，由限制在线路上抽取的电流的晶体管把集成电路的元件与输电线即VDD隔离开。作为另一种选择，反相器可以包括一种双极性RAM存储单元，该存储单元包括两个交叉耦合的三发射极晶体管。在本专利技术的另一个实施例中，利用非开关型集成电路来降低开关噪声。该实施例包括多个晶体管，其中一组晶体管处于导通逻辑状态，另一组晶体管处于截止逻辑状态。微电池连接在每组晶体管上。可以通过相连的微电池是充电还是不充电来确定晶体管的状态情况。为了向单元写入，对相连的微电池进行充电，从而导通相关的晶体管。用于降低开关噪声的本专利技术的再一个实施例包括一个具有微电池的随机存储器网络和用于降低开关噪声的电阻器。随机存储器网络包括多个单元，这些单元包括一个反相器电路。微电池的加入是用于由微电池对电容器130进行充电。由此，电容器能够处理造成输电线的电压尖峰的电流浪涌。电阻器起到进一步限制在电压线上抽取电流的作用。本专利技术还有一个实施例包括带有微电池的随机存储器网络和与网络的每个单元相连的电阻器电路，在网络中每个微电池和电阻器电路都独立工作。用于每个单元的局部微电池源增加了网络的速度，同时降低了开关噪声和电阻器尺寸。因此，本专利技术的目的旨在能够完成下面目标中的至少一个、多个或其组合提供用于降低混合型集成电路的开关噪声的系统和方法，以便集成电路的元件不受瞬态噪声的损害。提供用于降低集成电路开关噪声的系统和方法，这种系统和方法在遇到从一种逻辑状态转换到另一种逻辑状态过程中要求增加电流的情况时会利用微电池向集成电路提供电流。提供在集成电路中使用微电池的系统和方法以表明相连的晶体管是截止还是导通。提供用于降低集成电路中开关噪声的系统和方法，这种系统和方法使用了一种能够有效地利用半导体空间的微电池。提供把输电线与电压尖峰隔离开的系统和方法。本专利技术的系统和方法的其他目的、优点和特征部分在下面的说明书中进行阐述，部分通过对本专利技术的描述会很明显或通过对本专利技术实践可以领会到。附图说明图1表示根据本专利技术的第一实施例的集成电路的简图，该集成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于降低混合型集成电路中噪声的系统，包括：第一逻辑状态的第一晶体管网络；第二逻辑状态的第二晶体管网络；和既与第一晶体管网络相连又与第二晶体管网络相连的微电池，其特征在于，在第一和第二晶体管的逻辑状态转换过程中以及在第一和第二 晶体管网络都导通而造成电压尖峰值的电流浪涌过程中，电流的要求由逐渐再充电的微电池满足，从而消除了贯穿混合型集成电路的电压尖峰。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：朗尼G约翰逊，
申请(专利权)人：艾克塞勒庄固态有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]