JP5436997B2 - 集積回路 - Google Patents

集積回路 Download PDF

Info

Publication number
JP5436997B2
JP5436997B2 JP2009213344A JP2009213344A JP5436997B2 JP 5436997 B2 JP5436997 B2 JP 5436997B2 JP 2009213344 A JP2009213344 A JP 2009213344A JP 2009213344 A JP2009213344 A JP 2009213344A JP 5436997 B2 JP5436997 B2 JP 5436997B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transmission
integrated circuit
circuit
current
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009213344A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2011066515A (ja
Inventor
忠広 黒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keio University
Original Assignee
Keio University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keio University filed Critical Keio University
Priority to JP2009213344A priority Critical patent/JP5436997B2/ja
Priority to PCT/JP2010/064602 priority patent/WO2011033921A1/ja
Publication of JP2011066515A publication Critical patent/JP2011066515A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5436997B2 publication Critical patent/JP5436997B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0264Arrangements for coupling to transmission lines
    • H04L25/0266Arrangements for providing Galvanic isolation, e.g. by means of magnetic or capacitive coupling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/64Impedance arrangements
    • H01L23/645Inductive arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/065Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L25/0657Stacked arrangements of devices
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B5/00Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24Inductive coupling
    • H04B5/26Inductive coupling using coils
    • H04B5/266One coil at each side, e.g. with primary and secondary coils
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2225/00Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/04All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
    • H01L2225/065All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/06503Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06527Special adaptation of electrical connections, e.g. rewiring, engineering changes, pressure contacts, layout
    • H01L2225/06531Non-galvanic coupling, e.g. capacitive coupling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Description

本発明は、積層実装されるIC(Integrated Circuit)ベアチップなどのチップ間の通信を好適に行うことができる集積回路に関する。
本発明者らは、LSI(Large Scale Integration)チップのチップ上の配線により形成されるコイルを介して積層実装されるチップ間で誘導結合による通信を行う電子回路を提案している(特許文献1〜12、非特許文献1〜8参照。)。
図17は、従来の集積回路の送信側回路の構成を示す図である。図17(a)は第1の従来例の送信側回路の回路図、図17(b)は第1の従来例の送信コイルのレイアウト図、図17(c)は第2の従来例の送信側回路の回路図、図17(d)は第2の従来例の送信コイルのレイアウト図である。コイルの図はチップ上の配線により形成されるコイルをチップの上から見た上面図を示すものであり、実線はチップ表面の配線、破線は下層の配線を示す。第1の従来例は、トランジスタT11〜T14から成るHブリッジ回路を送信データTxdata及びその反転信号によって駆動して送信コイルL11に流れる電流iを変化させるものである。図には送信コイルL11の寄生抵抗も示した。典型的な設計値としては、送信コイルのインダクタンスL=10nH、送信コイルの寄生抵抗R=200Ω、NMOSやPMOSのオン抵抗RM=50Ω、電源電圧が1.2Vである。送信電流経路にある抵抗値の総和が200Ω+2*50Ω=300Ωになるので、1.2V/300Ω=4mAの最大電流iが流れる。例えば送信データTxdataが0から1に変化すると、コイルを流れる電流iは、−4mAから+4mAに8mA変化する。送信電流パルス幅(電流変化の時間)を100psにすると、di/dtは、簡単化のため電流が直線的に変化するとして、8mA/100ps=80[mA/ns]になる。
第2の従来例は、トランジスタT15、T16から成るインバータを送信データTxdataによって駆動して、他端が電源電圧VDDに接続される送信コイルL12に流れる電流iを変化させるものである(特許文献1図6参照)。この場合、送信電流経路にある抵抗値の総和が200Ω+50Ω=250Ωになるので、1.2V/250Ω=4.8mAの最大電流iが流れる。例えば送信データTxdataが0から1に変化すると、コイルを流れる電流iは、0mAから+4.8mAに4.8mA変化する。送信電流パルス幅(電流変化の時間)を100psにすると、di/dtは、簡単化のため電流が直線的に変化するとして、4.8mA/100ps=48[mA/ns]になる。
このように、インバータ駆動は、Hブリッジ駆動に比べて、送信出力は48/80=60%に低下する。一方、回路素子が少ないので送信回路のレイアウト面積が小さくなる。また、送信データTxdataが0の間は送信電流が流れないので、送信回路の消費電力がHブリッジ駆動に比べておよそ半減する。
特開2005−228981号公報 特開2005−348264号公報 特開2006−050354号公報 特開2006−066454号公報 特開2006−105630号公報 特開2006−173986号公報 特開2006−173415号公報 国際公開第2009/069532号 特開2009−188468号公報 特願2008−117532(平成20年 4月28日出願) 特願2008−146248(平成20年 6月 3日出願) 特願2008−333107(平成20年12月26日出願)
D.Mizoguchi et al, "A 1.2Gb/s/pin Wireless Superconnect based on InductiveInter-chip Signaling (IIS)," IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC’04),Dig. Tech. Papers, pp. 142-143, 517, Feb. 2004. N. Miura et al, "Analysisand Design of Transceiver Circuit and Inductor Layout for Inductive Inter-chipWireless Superconnect," Symposium on VLSI Circuits, Dig. Tech. Papers, pp.246-249, Jun. 2004. N. Miura et al, "CrossTalk Countermeasures in Inductive Inter-Chip Wireless Superconnect," inProc. IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC'04), pp. 99-102, Oct.2004. N.Miura, D. Mizoguchi, M. Inoue, H. Tsuji, T. Sakurai, and T. Kuroda, "A 195Gb/s 1.2W 3D-Stacked InductiveInter-Chip Wireless Superconnect with Transmit Power Control Scheme," IEEE International Solid-State CircuitsConference (ISSCC'05), Dig. Tech. Papers, pp. 264-265, Feb. 2005. N.Miura, D. Mizoguchi, M. Inoue, K. Niitsu, Y. Nakagawa, M. Tago, M. Fukaishi, T.Sakurai, and T. Kuroda, "A 1Tb/s 3W Inductive-Coupling Transceiver forInter-Chip Clock and Data Link," IEEE International Solid-State CircuitsConference (ISSCC'06), Dig. Tech. Papers, pp. 424-425, Feb. 2006. N.Miura, H. Ishikuro, T. Sakurai, and T. Kuroda, "A 0.14pJ/bInductive-Coupling Inter-Chip Data Transceiver with Digitally-ControlledPrecise Pulse Shaping," IEEE International Solid-State Circuits Conference(ISSCC'07), Dig. Tech. Papers, pp.264-265, Feb. 2007. N.Miura, Y. Kohama, Y. Sugimori, H. Ishikuro, T. Sakurai, and T. Kuroda, "An11Gb/s Inductive-Coupling Link with Burst Transmission," IEEE International Solid-State CircuitsConference (ISSCC08), Dig. Tech. Papers, pp.298-299,Feb. 2008. Y.Sugimori, Y. Kohama, M. Saito, Y. Yoshida, N. Miura, H. Ishikuro, T. Sakuraiand T. Kuroda, "A 2Gb/s 15pJ/b/chip Inductive-Coupling Programmable Busfor NAND Flash Memory Stacking," IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC'09), Dig.Tech. Papers, pp.244-245, Feb. 2009.
本発明は、上記従来の送信回路よりも、低電圧・低消費電力で動作し、小面積でレイアウトできる送信回路を備える集積回路を提供することを目的とする。
請求項1記載の本発明の集積回路は、基板上の配線により形成される第1及び第2送信コイルと、該第1及び第2送信コイルに送信信号に応じた単極性の電流を流す送信回路とを有する第1基板と、基板上の配線により形成され、前記単極性の電流が流れる前記第1及び第2送信コイルが互いに逆極性に誘導結合する受信コイルと、該受信コイルに接続され、前記送信信号に応じた受信信号を得る受信回路とを有する第2基板とを備えることを特徴とする。
また、請求項2記載の本発明の集積回路は、前記第1及び第2送信コイルは、それぞれ第1及び第2NMOSのドレインに接続されていることを特徴とする。
また、請求項3記載の本発明の集積回路は、前記第1及び第2送信コイルの内、一方はNMOSのドレインに接続されており、他方はPMOSのドレインに接続されていることを特徴とする。
また、請求項4記載の本発明の集積回路は、前記第1及び第2送信コイルは、それぞれ第1及び第2CMOSの相補のトランジスタ間に接続されていて、該CMOSの貫通電流が流れることを特徴とする。
また、請求項5記載の本発明の集積回路は、前記送信回路は、前記単極性の電流を、前記第1及び第2送信コイルにおいて互いに相補的に時間変化するように流すことを特徴とする。
また、請求項6記載の本発明の集積回路は、前記送信回路は、前記単極性の電流を、前記第1又は第2送信コイルの内、前記送信信号に応じたいずれか一方に流すことを特徴とする。
また、請求項7記載の本発明の集積回路は、前記送信回路は、通信を休止するスタンバイ時に、前記第1及び第2送信コイルのいずれにも前記単極性の電流を流さないことを特徴とする。
本発明によれば、従来の送信回路よりも、低電圧・低消費電力で動作し、小面積でレイアウトできる送信回路を備える集積回路を提供することができる。
本発明の実施例1による集積回路の送信側の構成を示す図である。 本発明の実施例1による集積回路各部の動作波形を示す図である。 本発明の実施例1による集積回路の他の部分の構成を示す図である。 本発明の実施例2による集積回路の送信側の構成を示す図である。 本発明の実施例3による集積回路の送信側の構成を示す図である。 本発明の実施例3による集積回路の受信回路の構成を示す図である。 本発明の実施例4による集積回路の送信側の構成を示す図である。 本発明の実施例4による集積回路の受信回路の構成を示す図である。 本発明の実施例5による集積回路の送信側の構成を示す図である。 本発明の実施例6による集積回路の送信側の構成を示す図である。 本発明の実施例6による集積回路各部の動作波形を示す図である。 本発明の実施例7による集積回路の送信側の構成を示す図である。 本発明の実施例8による集積回路の送信側の構成を示す図である。 本発明の実施例7による集積回路各部の動作波形を示す図である。 本発明の実施例8による集積回路の送信側の構成を示す図である。 本発明の実施例8による集積回路各部の動作波形を示す図である。 従来の集積回路の送信側回路の構成を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1による集積回路の送信側の構成を示す図である。図1(a)は回路図、図1(b)は送信コイルのレイアウト図、図1(c)は等価回路図、図1(d)はその送信コイルのレイアウト図である。図2に動作波形を示す。まず、送信コイルL1、L2を2つにして、同心かつ電源VDDに接続される端子から他端への巻き方向が互いに逆になるように配置する。これは、図1(c)、図1(d)に示すように、1つの送信コイルの中央を電源VDDに接続したことにも相当する。この送信コイルL1、L2にそれぞれ、ソースが接地されるNMOST1、T2のドレインを接続して、送信データTxdata及びその反転信号によって駆動する。この場合、送信コイルL1、L2に流れる電流IT+、IT-によって受信コイル(後に詳述する)に互いに逆極性の誘導電圧を発生する。すなわち、送信コイルL1、L2は互いに逆極性に受信コイルと誘導結合する。そして、巻き数が半分になった各送信コイルL1、L2の抵抗は従来例の1/2の100Ωになり、インダクタンスは、巻き数の2乗に比例するので1/4の2.5nHになる。送信電流経路にある抵抗値の総和が100Ω+50Ω=150Ωになるので、1.2V/150Ω=8mAの最大電流iが流れる。例えば送信データTxdataが0から1に変化すると、送信コイルL1を流れる電流iT+は、0mAから+8mAに+8mA変化する。同時に送信コイルL2を流れる電流iT-は、+8mAから0mAに−8mA変化する。電流の極性も考え合わせると、2つの送信コイルL1、L2全体に流れる電流が0mAから+8mAに8mA変化する。送信電流が変化する時間を100psにすると、di/dtは、簡単化のため電流が直線的に変化するとして、8mA/100ps=80[mA/ns]になる。送信コイルL1、L2全体に流れる電流が変化するので、送信コイルL1、L2全体の等価的なインダクタンスは10nHであり従来例と変わらない。
本実施例は、従来のHブリッジ駆動(図17(a))に比べて、送信コイルのインダクタンスも送信電流の時間変化も変わらないので、最大受信信号電圧は変わらない。しかし、送信電流経路に存在するMOSトランジスタが、従来のHブリッジ駆動ではPMOSとNMOSの2つ必要であったが、本実施例ではNMOSの1つに減っている。その結果、より低い電源電圧で動作できる。例えば、Hブリッジ駆動では、電源電圧を1.2Vとして、送信コイルの両端電圧は0.8Vになり、PMOSとNMOSのVDS(ドレインとソースの間の電圧)はそれぞれ0.2Vであった。一方、本実施例では、送信コイルの両端電圧は同じく0.8Vだが、NMOSのVDSが0.4Vになる。したがって、NMOSのVDSが0.2Vになるまで飽和領域で動作するようにそのチャネル幅を十分に大きく設計してあれば、本実施例で電源電圧を0.2V下げてNMOSのVDSが0.2Vになっても、Hブリッジ駆動と同じ出力電流を流すことができる。ただし、電流量は4mAから8mAに2倍になっているので、トランジスタのチャネル幅は2倍大きくする必要がある。送信回路のレイアウト面積は、NMOSが2倍大きくなるが、NMOSよりも電流駆動力の低いPMOSが不要になるので、Hブリッジ駆動と比べても小さくなる。例えば典型的にはNMOSのチャネル幅25μm、チャネル長0.06μm程度に対して、PMOSのチャネル幅75μm、チャネル長0.06μm程度であるので、2倍チャネル幅NMOSのレイアウト面積はPMOS+NMOSのレイアウト面積よりも小さい。また、Hブリッジ駆動では、送信コイルの駆動電流がPMOSとNMOSの両デバイスによって決まるのに対して、本実施例では送信コイルの駆動電流はNMOSだけで決まるので、しきい値電圧の製造ばらつきに対して設計マージンを小さくすることができる。その結果、より低い電源電圧で動作することができて、低消費電力化できる。
図2は、本発明の実施例1による集積回路各部の動作波形を示す図である。送信データTxdataが01100と変化するときの論理遷移時に、送信コイルL1、L2に流れる電流IT+、IT-が互いに逆極性に変化する。そして、送信コイルL1、L2は、互いに逆極性に受信コイルと誘導結合しているので、結局受信コイルには誘導電圧VRが誘起される。その際に、受信回路がノイズで誤動作しないように、受信回路の差動入力しきい値に、図2に点線で示すようなヒステリシス特性を持たせている。これにより安定的に受信データRxdataを復元することができる。
図3は、本発明の実施例1による集積回路の他の部分の構成を示す図である。図3(a)は送信データTxdataを正確に位相反転(180°回転)させる回路を示す。インバータ11によって送信データTxdataを正確に位相反転させるとができる。
図3(b)は、本発明の実施例1による集積回路の受信回路の構成を示す図である。トランジスタ対15、18に入力する差動受信信号に応じて、電流源14が流す電流の抵抗19、20への分岐量が変化し、出力Rxdataの電圧信号が変化する。例えば、トランジスタ15にトランジスタ18よりも高い電圧信号が入力すると、抵抗19に流れる電流は抵抗20に流れる電流よりも大きくなり、出力Rxdataの電位は出力Rxdata(-)の電位よりも高くなる。
その場合、トランジスタ16のゲート電位はトランジスタ17のゲート電位よりも高くなり、トランジスタ16を介して抵抗19に流れる電流は、トランジスタ17を介して抵抗20に流れる電流よりも大きくなる。その結果、出力Rxdataの電位は出力Rxdata(-)の電位よりも更に高くなる。その状態から次に先ほどと逆の受信信号がコイル12に誘起された場合、すなわちトランジスタ18にトランジスタ15よりも高い電圧信号が入力すると、抵抗20に流れる電流は抵抗19に流れる電流よりも大きくなるが、先ほどトランジスタ16を介して抵抗19に流れる電流はトランジスタ17を介して抵抗20に流れる電流よりも大きくなっていたので、出力Rxdataの電圧信号が大きく変化しない限り、入力に対する出力の変化は鈍くなったと言える。つまり、ノイズで誤動作しないように、入力しきい値が期待される信号の方向に高くなったと言える。このことにより、受信回路の差動入力しきい値に、図2に点線で示すようなヒステリシス特性を持たせている。
図4は、本発明の実施例2による集積回路の送信側の構成を示す図である。実施例1の送信回路は、送信データTxdataに応じて必ずどちらか一方の送信コイルに電流が流れ続ける。そこで、送信機能を使わないとき(スタンバイ時)は電流が流れないようにしたのが本実施例である。NOR回路21、22にstandby信号及び送信データTxdata又はその反転信号を入力することにより、standby信号がオンのときにNMOST1、T2の両方をオフにする。これにより、データを一気にバースト転送した後にスタンバイ状態にすれば、送信回路の消費電力を有効に低下できる。
図5は、本発明の実施例3による集積回路の送信側の構成を示す図である。図5(a)は回路図であり、図5(b)は動作波形を示す。本実施例は、実施例1を同期方式にしたものである。同期か非同期かの違いを除いて、送信回路の動作原理と効果は、実施例1と等しい。回路はフリップフロップ26によって送信データTxdataに対して送信クロックTxclkに同期した信号Qを出力するものである。
図6は、本発明の実施例3による集積回路の受信回路の構成を示す図である。受信回路は、受信コイル31、抵抗32、33、トランジスタ34〜46、NAND回路47、48、及びインバータ49、50から成り、全体としてラッチつき比較器を構成している。外部から受信クロック(同期信号)Rxclkをとり、受信データRxdataを出力する。トランジスタ36、37が差動アンプの差動対をなし、受信コイル31からの信号VRを受ける。NAND回路47、48はラッチを形成している。差動アンプで受信したデータはトランジスタ34、43、46へ入力される受信クロックRxclkに同期してサンプリングされ、NAND回路47、48によりラッチされ、受信信号Rxdataが復元される。トランジスタ35、38、39は、図3(b)のトランジスタ13、16、17と同じに機能し、差動入力しきい値に、図5(b)に点線で示すようなヒステリシス特性を持たせて、同じ送信データが続くとき、送信パルス電流が変化せず、受信パルス信号が誘起されないので、そのときに同期受信器が誤動作をしないようにしている。
図7は、本発明の実施例4による集積回路の送信側の構成を示す図である。図7(a)は回路図であり、図7(b)は動作波形を示す。回路は、実施例1に加えて、インバータ遅延線51、NAND回路52、及びインバータ53から成り、送信クロックTxclkの立ち上がりエッジに同期して、インバータ遅延線51の伝播遅延で決定されるパルス幅のパルスTxpを発生するパルス発生回路、送信クロックTxclkに同期して送信データTxdataに応じたデータ信号Q及びその反転信号を出力するフリップフロップ54、NAND回路55、56、及びインバータ57、58を備える。本実施例は、送信コイルに流れる電流をパルス状にしている。直流電流が流れた実施例1〜実施例3と比べると、送信回路の消費電力を大幅に低減できる。同じ送信データTxdataが続いて送信される場合も、毎回送信パルスを送信するので、そのタイミングに同期してデータを受信すれば、雑音に強くなり、受信器にヒステリシスを持たせる必要がなくなる。
図8は、本発明の実施例4による集積回路の受信回路の構成を示す図である。受信回路は、受信コイル61、抵抗62、63、トランジスタ64〜73、NAND回路74、76、及びインバータ76、77から成り、全体としてラッチつき比較器を構成している。外部から受信クロック(同期信号)Rxclkをとり、受信データRxdataを出力する。トランジスタ65、66が差動アンプの差動対をなし、受信コイル61からの信号VRを受ける。NAND回路74、75はラッチを形成している。差動アンプで受信したデータはトランジスタ64、70、73へ入力される受信クロックRxclkに同期してサンプリングされ、NAND回路74、75によりラッチされ、受信信号Rxdataが復元される。送信データが0のときの受信パルスのタイミングと、送信データが1のときの受信パルスのタイミングを揃える必要がある。すなわち、送信クロックTxclkの信号立ち上がりから、VX+及びVX-の信号立ち上がりまでの経路の信号遅延を揃える必要がある。図7の回路では、両信号経路が同じ回路で構成されているので、信号を揃えることが容易にできる。また、この回路では、iT+とiT-が相補でない。したがって、コイルのインダクタンスは1/4の2.5nHにしか見えない。その結果、受信信号電圧は実施例1〜実施例3に対して半分になる。しかし、送信電流を2倍にすれば、受信信号電圧を等しくすることができる。その場合でも、実施例1や実施例2に比べて送信電力を小さくすることができる可能性がある。
図9は、本発明の実施例5による集積回路の送信側の構成を示す図である。本実施例は、実施例4と同じ動作をより簡素に実現するものであり、インバータ遅延線81、NAND回路82、及びインバータ83から成るパルス発生回路が発生するパルスTxpをトランジスタ85のゲートに入力する。これにより、実施例4と比べて、周辺回路をより簡単にすることができる。
図10は、本発明の実施例6による集積回路の送信側の構成を示す図である。図10(a)は回路図、図10(b)は送信コイルのレイアウト図である。図11に動作波形を示す。回路は、送信コイルL3とNMOST3を電源とアースの間に直列に接続し、送信コイルL4とPMOST4とを電源とアースの間に直列に接続し、送信データをNMOST3とPMOST4のゲートに入力するものである。本実施例は、機能的には、実施例1と同じであるが、図3(a)に示したような位相反転回路が不要であり、その分、レイアウト面積が小さくなり、回路の消費電力も低くなる。
図12は、本発明の実施例7による集積回路の送信側の構成を示す図である。本実施例は、実施例6に対して、実施例2と同じ趣旨で、送信機能を使わないとき(スタンバイ時)は電流が流れないようにしたものである。NOR回路87、88に送信データTxdata及びstandby信号又はその反転信号を入力することにより、standby信号がオンのときにNMOST3とPMOST4の両方をオフにする。これにより、データを一気にバースト転送した後にスタンバイ状態にすれば、送信回路の消費電力を有効に低下できる。
図13は、本発明の実施例8による集積回路の送信側の構成を示す図である。図14に動作波形を示す。本実施例は、送信コイルにCMOSの貫通電流を流すものである。回路は、送信コイルL1、L2、フリップフロップ91、トランジスタ92〜96、T5〜T8、インバータ97〜99を備える。その動作は、まずreset信号がオフになることで動作が始まり、送信データTxdataに対して送信クロックTxclkに同期した信号Qが0から1になると、Aが0から1になり、Vx+が1から0になる。つぎに、信号Qが1から0になると、Bが1から0になり、Cが1から0になり、Vx-が0から1になる。以下、信号Qが0から1に変化する度に、Vx+の電位を交互に反転させ、信号Qが1から0に変化する度に、Vx-の電位を交互に反転させる。Vx+の電位が反転する度に、貫通電流IT+が流れ、Vx-の電位が反転する度に、貫通電流IT-が流れる。この貫通電流は短いパルス状になるので、送信電流の消費を小さくできる。これにより受信コイルでは信号Qの論理遷移に対して交互に位相が反転する双極性のパルスが誘起され、受信信号Rxdataが復元される。一方、信号Qが0から1になるときには、Vx-の電位が接地からVDDになる場合とVDDから接地になる場合があるが、いずれの場合もその結果生じる受信パルスのタイミングが等しくなるように送信回路の信号伝播を設計する必要がある。同様に信号Qが1から0になるときも、0から1になるときと等しいタイミングで受信パルスが得られるように設計する必要がある。
図15は、本発明の実施例8による集積回路の送信側の構成を示す図である。図16に動作波形を示す。本実施例は、フリップフロップ101、NAND回路102、及びNOR回路103を用いて、実施例7の周辺回路をより簡素にしたものである。本実施例は、貫通電流IT+、IT-が頻繁に発生するが、送信クロックTxclkからVx+及びVx-への信号伝播を等しく設計し易いという利点もある。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
L1〜L4、L11、L12 送信コイル
T1〜T8、T11〜T16 トランジスタ
26、54、84、91、101 フリップフロップ
31、61 受信コイル
19、20、32、33、62、63 抵抗
34〜46、64〜73、85、92〜96 トランジスタ
51、81 インバータ遅延線

Claims (7)

  1. 基板上の配線により形成される第1及び第2送信コイルと、
    該第1及び第2送信コイルに送信信号に応じた単極性の電流を流す送信回路と
    を有する第1基板と、
    基板上の配線により形成され、前記単極性の電流が流れる前記第1及び第2送信コイルが互いに逆極性に誘導結合する受信コイルと、
    該受信コイルに接続され、前記送信信号に応じた受信信号を得る受信回路と
    を有する第2基板と
    を備えることを特徴とする集積回路。
  2. 前記第1及び第2送信コイルは、それぞれ第1及び第2NMOSのドレインに接続されていることを特徴とする請求項1記載の集積回路。
  3. 前記第1及び第2送信コイルの内、一方はNMOSのドレインに接続されており、他方はPMOSのドレインに接続されていることを特徴とする請求項1記載の集積回路。
  4. 前記第1及び第2送信コイルは、それぞれ第1及び第2CMOSの相補のトランジスタ間に接続されていて、該CMOSの貫通電流が流れることを特徴とする請求項1記載の集積回路。
  5. 前記送信回路は、前記単極性の電流を、前記第1及び第2送信コイルにおいて互いに相補的に時間変化するように流すことを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の集積回路。
  6. 前記送信回路は、前記単極性の電流を、前記第1又は第2送信コイルの内、前記送信信号に応じたいずれか一方に流すことを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の集積回路。
  7. 前記送信回路は、通信を休止するスタンバイ時に、前記第1及び第2送信コイルのいずれにも前記単極性の電流を流さないことを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の集積回路。
JP2009213344A 2009-09-15 2009-09-15 集積回路 Active JP5436997B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009213344A JP5436997B2 (ja) 2009-09-15 2009-09-15 集積回路
PCT/JP2010/064602 WO2011033921A1 (ja) 2009-09-15 2010-08-27 集積回路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009213344A JP5436997B2 (ja) 2009-09-15 2009-09-15 集積回路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011066515A JP2011066515A (ja) 2011-03-31
JP5436997B2 true JP5436997B2 (ja) 2014-03-05

Family

ID=43758530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009213344A Active JP5436997B2 (ja) 2009-09-15 2009-09-15 集積回路

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5436997B2 (ja)
WO (1) WO2011033921A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101922531B1 (ko) 2011-12-01 2018-11-27 삼성전자주식회사 데이터 송수신 장치 및 그것의 송수신 방법
DE112012005076B4 (de) 2011-12-05 2018-02-08 Mitsubishi Electric Corp. Signalübertragungs-Schaltung
JP2013197988A (ja) 2012-03-21 2013-09-30 Advantest Corp 無線通信装置および無線通信システム
JP6475818B2 (ja) 2015-02-19 2019-02-27 株式会社PEZY Computing 信号ブリッジ装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6381054B1 (en) * 1997-01-22 2002-04-30 Advantest Corporation Optical pulse transmission system, optical pulse transmitting method, and optical pulse detecting method
US6262600B1 (en) * 2000-02-14 2001-07-17 Analog Devices, Inc. Isolator for transmitting logic signals across an isolation barrier

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011033921A1 (ja) 2011-03-24
JP2011066515A (ja) 2011-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1940028B1 (en) Asynchronous interconnection system for 3D inter-chip communication
US7768790B2 (en) Electronic circuit
KR101548780B1 (ko) 전자 회로
JP5671200B2 (ja) 電子回路
JP5433199B2 (ja) 電子回路
JP4860637B2 (ja) 信号伝送方式及び半導体集積回路装置
US8390317B2 (en) Bidirectional equalizer with CMOS inductive bias circuit
US7808276B2 (en) Chip-to-chip communication system and method
JP5436997B2 (ja) 集積回路
CN106487375A (zh) 缓冲器电路、接收器和使用接收器的***
US20130101056A1 (en) Receiver circuit and system including p-type sense amplifier
US9240789B2 (en) Sub-rate low-swing data receiver
JP2009266109A (ja) 電子回路
JP4543897B2 (ja) 信号伝送システム
JP4765034B2 (ja) 受信器及び半導体装置
Park et al. Enabling simultaneously bi-directional TSV signaling for energy and area efficient 3D-ICs
Wilson et al. Ground-referenced single-ended signaling: Applications for high-density, short-haul communication systems
JP5616813B2 (ja) 電子回路
Fletcher et al. Low-power 3D integration using inductive coupling links for neurotechnology applications
Kim et al. 16 Design of High-Speed
Jeon et al. A simultaneously bidirectional inductively coupled link in a 0.13‐µm CMOS technology
US20230058343A1 (en) Nmos low swing voltage mode tx driver
US11831153B1 (en) High-bandwidth signal driver/receiver
JP5698624B2 (ja) 小振幅差動パルス送信回路
Kim et al. 16 Design of High-Speed Interconnects for 3D/2.5 D ICs without TSVs

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120720

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130410

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131204

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131211

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5436997

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250