(57)【要約】  半導体集積回路デバイスは、少なくとも第１回路１０４および第２回路１０６を備え、上記の第１回路１０４および第２回路１０６は共有外部接続部１１０、１１２に接続されている。上記デバイスは、共有外部接続部１１０、１１２における電圧を制限するように動作可能な電圧クランプ１１４をさらに備える。電圧クランプ１１４は、第１回路１０４および第２回路１０６のどちらを使用するかに応じて、選択的に有効化することができる。【選択図】図１
2018502544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、共有外部接続部に接続される第１回路および第２回路を備え、さらに、前記共有外部接続部における電圧を制限するように動作可能な電圧クランプを備える半導体集積回路であって、
前記電圧クランプは、前記第１回路および前記第２回路のどちらを使用するかに応じて、選択的に有効化することができる
ことを特徴とする半導体集積回路デバイス。
【請求項２】
前記第１回路は、近距離無線通信プロトコルを少なくとも部分的に実装し、かつ前記共有外部接続部を介して外部アンテナに接続される
ことを特徴とする、請求項１に記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項３】
エミュレートされたＮＦＣタグの一部分を形成する
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項４】
ＮＦＣ回路が有効化された場合、前記電圧クランプを有効化して、ＮＦＣアンテナを安全に取り付けできるようにし、ＮＦＣ回路が無効化された場合、前記電圧クランプを無効化する
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項５】
前記第２回路は、前記共有外部接続部を汎用入出力接続部として使用できる汎用入出力インターフェースを備える
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項６】
前記共有外部接続部を２つ備える
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項７】
前記電圧クランプは、前記共有外部接続部間に印加され得る最大電圧を制限するように構成される
ことを特徴とする、請求項６に記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項８】
異なるクランプ電圧値の前記電圧クランプが少なくとも２つ設けられている
ことを特徴とする、請求項７に記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項９】
前記電圧クランプによって保護される回路は、アクティブモードと非アクティブモードとを有する
ことを特徴とする、請求項８に記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項１０】
低電圧の電圧クランプ用の前記電圧クランプは、前記非アクティブモードにおいて有効化され、前記アクティブモードにおいて無効化される
ことを特徴とする、請求項９に記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項１１】
前記アクティブモードにおいて前記共有外部接続部間の電圧を制御するための可変電圧制御部を備える
ことを特徴とする、請求項９または１０に記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項１２】
前記可変電圧制御部が調整ループを備える
ことを特徴とする、請求項１１に記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項１３】
前記調整ループが可変抵抗を備える
ことを特徴とする、請求項１２に記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項１４】
前記調整ループが、前記共有外部接続部間に接続された可変シャント抵抗を備える
ことを特徴とする、請求項１２または１３に記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項１５】
低電圧の電圧クランプ値は、設計上の供給電圧範囲の下限に設定される
ことを特徴とする、請求項８乃至請求項１４のいずれかに記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項１６】
電磁界検出回路を備える
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の半導体集積回路デバイス。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の半導体集積回路デバイスを備える
ことを特徴とするバッテリ駆動集積回路。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の半導体集積回路デバイスと、前記共有外部接続部に接続されたアンテナと、を備える
ことを特徴とするアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路デバイスに関し、特に、システムオンチップ（ＳｏＣ）デバイスなどの多機能デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
最新の半導体集積回路は、しばしば、ＳｏＣ構成を実装しており、単一の集積回路が、コンピューティングシステムにおいて汎用的なコンポーネント、すなわち、プロセッサ、メモリ、クロックおよび外部インターフェース（例えば、ＵＳＢ、イーサネット（登録商標）など）と、無線通信ハードウェアと、を備えている場合がある。このような無線通信ハードウェアは、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）および近距離無線通信（ＮＦＣ:Near Field Communication）を含む、無線通信プロトコル用に使用される。ＮＦＣの場合には、集積回路に小型ループアンテナが接続され、ＳｏＣが局所的な電界または磁界を用いて近距離通信できるようにしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、ＮＦＣ接続は、近距離通信用モバイルデバイスにおいて急速に普及してきているため、この機能を集積半導体デバイスに実装されたシステムオンチップに搭載することが求められている。しかしながら、出願人は、近距離通信機能をすべての顧客が必要としない場合もあることを認識した。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様によれば、本発明は、少なくとも、共有外部接続部に接続される第１回路および第２回路を備え、さらに、前記共有外部接続部における電圧を制限するように動作可能な電圧クランプを備える半導体集積回路デバイスを提供すし、前記電圧クランプは、前記第１回路および前記第２回路のどちらを使用するかに応じて、選択的に有効化することができる。
【０００５】
よって、当業者であれば分かるように、本発明によれば、デバイスは、典型的にはピンである共有外部接続部を電圧保護しながら、複数の機能に利用できるように構成される。電圧保護は、一つの機能には適切であり、必要に応じ有効化することができるが、電圧保護を必要としない他の機能については無効化される。
【０００６】
このような集積半導体デバイスに実装されたシステムオンチップは、一般的に、汎用入出力（ＧＰＩＯ）用や外部周辺機器の集積回路への接続を含む、さまざまな用途向けに構成され多くのピンを備える。しかしながら、これらのデバイスを製作する場合、顧客がどのような目的でデバイスを使うかが分からないことがよくある。そのため、これまでは、従来のシステムオンチップデバイスの製造業者は、さまざまなエンドユーザの要求を満たすよう取扱い製品の範囲を広げるか、すべての顧客が使用するわけではない複数の機能に対応する冗長な接続を有する製品を提供するしかなかった。しかしながら、本発明によれば、第１回路が提供する機能を使用したくない顧客は第２回路を使用でき、第２の回路が提供する機能を使用したくない顧客は第１回路を使用できる。このことにより、すべての顧客に対して、デバイスから得られるリソースをさらに最適化することができるので、提供された機能を使用しない顧客も、共有外部接続部を別の用途に利用可能とすることによって、冗長な機能の代償となる利益を享受できる。
【０００７】
一連の実施形態では、第１回路は、近距離無線通信プロトコルを少なくとも部分的に実装し、かつ上記共有外部接続部を介して外部アンテナに接続される。当然のことながら、本発明は、上述のデバイスと、上記共有外部接続部に接続されたアンテナと、を備える、アセンブリにも適用される。一部の実施形態では、例えば、集積半導体デバイスは、エミュレートされたＮＦＣタグの一部分を形成する。
【０００８】
一連の実施形態では、第２回路は、共有外部接続部を汎用入出力接続部として使用できる汎用入出力インターフェースを備える。このような接続部は、その機能をユーザが割り当てて、入力および出力の両方に使用できる。このことにより、できるだけ多くの顧客が利用可能なすべての接続部を利用でき、デバイスの柔軟性を最大化することができるであろう。
【０００９】
本発明によれば、少なくとも１つの外部接続部を共有する複数の回路を集積半導体デバイス内に設けるにあたり、出願人は、これらの回路では、それぞれの回路動作のための電圧範囲要件が異なることがあることを認識した。出願人は、電圧クランプを設けることにより、電力消費を増大させたり性能を低下させたりすることなく、コンポーネントが高電圧にさらされて損傷を受けることが絶対にないようにして、どの回路であっても安全に動作するようにできることを認識した。
【００１０】
一連の実施形態では、デバイスは、２つの共有外部接続部を備える。これにより、例えば、上述のようにＮＦＣアンテナへの接続が可能になる。一連のこのような実施形態では、電圧クランプは、上記共有外部接続部間に印加され得る最大電圧を制限するように構成される。これにより、例えば、取り付けられたＮＦＣアンテナにかかり得る過剰な電圧がデバイスに損傷を与えるのを防止する。しかし、アンテナが接続されていない場合には必要ではない。したがって、一連の実施形態では、ＮＦＣ回路が有効化された場合、電圧クランプを有効化して、ＮＦＣアンテナを安全に取り付けできるようにし、ＮＦＣ回路が無効化された場合（例えば、汎用入出力回路が有効化された場合）、電圧クランプを無効化する。
【００１１】
単一の電圧クランプを設けてもよいが、一連の実施形態では、異なるクランプ電圧値の電圧クランプを少なくとも２つ設ける。２つの異なる電圧クランプを有していることは、２つの異なる電圧クランプが保護しようとする回路がアクティブモードと非アクティブモードを有することができる場合に、特に有益である。非アクティブモードでは、これらの電圧クランプの両方または低電圧の電圧クランプを有効化できるのに対し、アクティブ状態においては、高電圧の電圧クランプのみを有効化できる。上記アクティブ状態では、可変電圧制御機構が利用されることが好ましい。これは、共有外部接続部間にかかる電圧が悪影響を及ぼさない場合には、低電圧の電圧クランプによって良好で簡素な保護を行うことができることを意味する。回路がアクティブである場合、過剰電圧に対する最大の保護を行うことは依然として可能であるが、この値よりも低いレベルで、制限のより少ない他の保護を利用することもできる。
【００１２】
好ましい実施例として、電圧クランプによって保護される回路がアクティブモードと非アクティブモードとを有するＮＦＣ回路である、代表的な一連の実施形態では、低電圧の電圧クランプは、非アクティブモードで有効化され、アクティブモードで無効化される。代表的な一連の実施形態では、低電圧のクランプ値は、設計上の供給電圧範囲の下限に設定される。本明細書において、電圧クランプ値が設計上の電圧範囲の下限にあるという場合、これは、クランプ値を設計上の供給電圧範囲の最低電圧に厳密に限定することを意図するものではなく、クランプ値が設計上の供給電圧の一定の許容範囲内にあることを意味することを理解されたい。電圧クランプ値は、例えば、設計上の供給電圧範囲の最低電圧の２０％以内、または設計上の供給電圧範囲の最低電圧の１０％以内にすることができる。
【００１３】
意図した供給電圧の最低電圧またはその付近にクランプ値を設定することによって、（設計上の供給電圧範囲内にあると想定される以外）必ずしも予測することができない実際の供給電圧に従ってクランプ電圧を変えることに比べて簡素な低電力の手法で、確実に、実際の供給電圧を超えない、または著しく超えないようにすることができる。
【００１４】
一連の実施形態では、調整ループを設けて、ＮＦＣ回路がアクティブ状態にある場合、共有外部接続部間にかかる（ひいては、好ましい実施形態におけるＮＦＣアンテナにかかる）電圧を制御する。このことにより、ＮＦＣ回路は、実際に利用可能な全供給電圧を使用できる。このことは、最適な性能のために重要である。高電圧の電圧クランプは、共有外部接続部間にかかる絶対最大電圧に対するバックアップ保護を単に提供してもよい。このような構成によって、ＮＦＣ回路が非アクティブモードにある際（通常、大部分の時間）の低消費電力と、アクティブな場合の高性能と、の有利な組み合わせが提供される。
【００１５】
２つの電圧クランプという場合、これらを、別個で独立したものとすることもできるし、２つの値を有することができる得る単一の機構によって提供することもできることを理解されたい。２つのクランプまたは２つの電圧という場合、限定的に解釈し追加のクランプまたは追加の電圧が提供されると解釈するべきではないこともまた理解されたい。
【００１６】
一部の実施形態では、前記調整ループは、可変抵抗を備える。実施形態の一つの組では、前記調整ループは、共有外部接続部間に接続された可変シャント抵抗を備える。
【００１７】
一連の実施形態では、集積半導体デバイスは、電磁界検出回路を備える。ＮＦＣなどの近距離通信アプリケーションにおいて、出願人は、システムオンチップ内の関連する通信回路を有効化する前に、適切な電界または磁界が存在するかどうかを検出すると有利であることを認識した。したがって、電磁界検出回路を使用して、前述のアクティブＮＦＣモードと非アクティブＮＦＣモードとの間を切り替えることができる。
【００１８】
最新のモバイルデバイスでは、所要電力を最低限に保つことが有利である。出願人は、本明細書で開示する本発明がこのような用途に特に適することを認識した。一連の実施形態では、上記集積半導体デバイスは、バッテリ駆動集積回路に実装される。
【００１９】
次に、単なる例として、本発明の実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】本発明の代表的な第１実施形態の回路図である。
【図１Ｂ】図１Ａの実施形態が第１モードで動作する場合の有効回路図である。
【図１Ｃ】図１Ａの実施形態が第２モードで動作する場合の有効回路図である。
【図２】本発明の代表的な第２実施形態の回路図である。
【図３】本発明の代表的な第３実施形態の回路図である。
【図４】代表的な図１Ａの実施形態に関連するタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１Ａは、半導体集積回路デバイスによって提供される、システムオンチップ（ＳｏＣ）のサブシステム１０２としての、本発明の代表的な実施形態の回路図を示している。上記サブシステムは、２つの同一の汎用入出力（ＧＰＩＯ）回路１０４、１０６と、ＮＦＣインターフェース回路１０８と、を備える。これらの３つの回路は、ピン１１０、１１２の形態をとる２つの外部接続部へのアクセスを共有している。より具体的には、第１のＧＰＩＯ回路１０４は第１ピン１１０に接続され、第２のＧＰＩＯ回路１０６は第２ピン１１２に接続され、ＮＦＣインターフェース回路１０８はピン１１０、１１２の両方に接続される。
【００２２】
ＧＰＩＯ回路１０４、１０６は、一連の入力部および出力部１１８、１２０を備える。これらの入力部および出力部１１８、１２０は、データの送受信、プルアップ抵抗またはプルダウン抵抗の有効化などの、ＧＰＩＯ回路１０４、１０６の動作に関連するさまざまな機能に使用される。
【００２３】
ＮＦＣインターフェース回路１０８は、デュアル電圧クランプ１１４と、ＮＦＣ回路がアクティブモードにある場合にピン間の電圧を制御する前記調整ループの一部として機能する可変抵抗１１６と、を備える。電圧クランプ１１４は、入力として、２つの有効化信号１２６、１２８を受け取る。第１の「高電圧クランプ有効化」信号１２６は、高い供給電圧範囲を許可するように設定される高電圧クランプ１１４を有効化する一方、第２の「低電圧クランプ有効化」信号１２８は、設計上の供給電圧範囲の下限に設定される低電圧クランプを有効化する。１つの特定の非限定的な例では、デバイスの仕様で指定された設計上の電圧供給範囲である２．２Ｖ〜３．６Ｖに対応して、高電圧クランプは３．６Ｖに設定されるのに対して、低電圧クランプは２．２Ｖに設定される。高電圧クランプは、ピン１１０、１１２間の電圧が、デバイスに損傷を与えるような値を決して超えないことを確実にする。これに対して、低電圧クランプは、簡素かつ電力効率のよい手法で、ＮＦＣ回路がデバイス供給電圧の全範囲に亘って非アクティブの場合に、たとえ供給電圧が当該範囲の下限であっても、ピン１１０、１１２間の電圧が供給電圧を決して超えないことを確実にする。
【００２４】
以下に詳述するように、可変抵抗１１６は、ＮＦＣ回路を接続または切断するために実際上使用され、また、ＮＦＣ回路がアクティブである際に、ピン１１０、１１２間の電圧を制御する前記調整ループの一部を形成する。可変抵抗１１６は、その入力として抵抗制御信号を受け取る。本実施例では、抵抗制御信号１３０は、可変抵抗１１６の値を決める０〜２ｎ−１の範囲の値を表すことができるｎビットのワードを含んでおり、０は高インピーダンス（仮想的な開回路）モードを示し、１は比較的高抵抗を示し、２ｎ−１は低抵抗を示す。
【００２５】
ＮＦＣインターフェース回路１０８は、２つのピン１１０、１１２間に接続されたアンテナを用いてＮＦＣを介してデータを受信し、かつ上記受信データ１２２、１２４を復調モジュールに送信するための２つのＮＦＣ入力部と、アンテナを用いてＮＦＣを介してデータ１３４、１３６を送信するための、２つのＮＦＣ出力部と、をさらに備える。
【００２６】
図１Ｂは、図１Ａの実施形態の第１使用モードにおける有効回路図を示している。ピン１１０、１１２は、ＮＦＣアンテナ１５０に接続され、回路は、ＮＦＣモードで動作している。そのため、ＧＰＩＯ回路１０４、１０６は、ピン１１０、１１２をＮＦＣインターフェース回路１０８だけに接続したままで、事実上切断されている。
【００２７】
図１Ｃは、図１Ａの実施形態の第２使用モードにおける有効回路図を示している。ここで、回路は、ＮＦＣアンテナに接続せずに動作しており、ＮＦＣインターフェース回路１０８は、ピン１１０、１１２をＧＰＩＯ回路１０４、１０６だけに接続したままで、事実上切断されている。このモードでは、電圧クランプ１１４は無効化されている。
【００２８】
図２は、半導体集積回路デバイスによって提供される、システムオンチップ（ＳｏＣ）のサブシステム２０２としての、本発明の代表的な第２実施形態の回路図を示している。本実施形態は、図１Ａ〜図１Ｃの実施形態に類似しているが、ＮＦＣインターフェース回路２０８がＮＦＣ送受信モジュール２４０に接続されている点が異なる。このＮＦＣ送受信モジュール２４０は、当業者が予測するように、ピン２１０、２１２に接続されたＮＦＣアンテナ２５０を介するＮＦＣトラフィックの送受信に必要な多くの増幅器、フィルタなどを備えている。
【００２９】
図３は、半導体集積回路デバイスによって提供される、システムオンチップ（ＳｏＣ）のサブシステム３０２としての、本発明の別の代表的な実施形態の回路図を、示している。本実施形態は、図１Ａ〜図１Ｃの実施形態に類似しているが、ＧＰＩＯモジュール３０４、３０６が、それぞれ、ＧＰＩＯインターフェースモジュール３４２、３４４に接続されており、ＮＦＣインターフェース回路３０８がＮＦＣインターフェースモジュール３４０に接続されている点が異なる。これらのインターフェースモジュール３４０、３４２、３４４は、各々、ＳｏＣ３０２をＧＰＩＯ用途またはＮＦＣ用途のいずれかで使用する場合に必要とされるさまざまな動作を実行するプロセッサ３４６に接続されている。
【００３０】
図４は、図１Ａの代表的な実施形態と関係付けられたタイミング図を示しており、上述の各実施形態の動作を表したものである。図４には、一定である実際の供給電圧４００が示されている。また、設計上の供給電圧範囲における最低許容電圧に設定される低電圧クランプ閾値４０２も示されている。
【００３１】
任意の所与の時点におけるピン１１０、１１２にかかる電圧の振幅４０４は、低電圧クランプイネーブル信号１２８と抵抗制御信号１３０との状態で指示される、システムオンチップ１０２の該時点の動作モードに応じて変わる可能性がある。
【００３２】
最初の期間４１０では、システムオンチップ１０２は、ＮＦＣ非アクティブモードである。この期間、低電力であって電源を備えない低電圧クランプは、低電圧クランプ有効化信号１２８を論理ハイに設定することによって有効化される。それに応じて、可変抵抗１１６は、抵抗制御信号１３０を０に設定することによって、高インピーダンスモードに設定される。すると、電圧の振幅４０４は、低電圧クランプ閾値のすぐ下にクランプされる。
【００３３】
期間４１０の終わりである時刻４１６で、システムオンチップ１０２は、期間４１２の間、ＮＦＣアクティブモードに切り替えられる。この時刻４１６において、低電圧クランプ有効化信号１２８を論理ローに設定すると、低電圧クランプが無効化される。これと同時またはこの直前に、抵抗制御信号１３０は、０から、時間とともに変化する非高インピーダンス値に切り替えられて、振幅４０４を調整したりする。この切り替えが行われると、振幅４０４は、能動負荷（すなわち、可変抵抗１１６）によって一定の比率で増加するように調整されて、ピン１１０、１１２間の電圧の振幅４０４が実際の供給電圧４００の近くになるように、すなわち、ＮＦＣ信号が供給電圧範囲を最大限に利用できるようにする。このことは、振幅４０４と実際の供給電圧４００との間で検出されるあらゆる差分を相殺するように、抵抗制御信号１３０の値をリアルタイムに変動させることによって、達成され、その後、維持される。
【００３４】
期間４１２の終わりの時刻４１８において、システムオンチップ１０２は、再び、ＮＦＣ非アクティブモードに設定され、期間４１４の間ＮＦＣ非アクティブモードになる。この時刻４１８において、低電圧クランプ有効化信号１２８は、論理ハイに設定されて低電圧クランプを再度有効化するとともに、抵抗制御信号１３０は、０に設定され、これにより、可変抵抗１１６が高インピーダンスモードに設定される。注目すべきは、ＮＦＣアクティブモードに切り替える場合とは異なり、振幅４０４は、一定の割合での変化を経ずに、下限のすぐ下まで直ちに降下されることである。
【００３５】
ＮＦＣアンテナが接続されると、高電圧クランプ有効化信号１２６が論理ハイに設定されて、ピン１１０、１１２間の電圧を設計上の供給電圧範囲の上限に制限して、いかなる他の設定にも関係することなく、デバイスが高電圧によって損傷を受けないようにする。このようにして、低電圧クランプ有効化信号１２８を、一定期間、論理ローに設定することによって、可変抵抗１１６が電圧スイングの振幅を調整し、ＮＦＣ信号が供給電圧の全範囲を使用できるが、上限クランプは常に保持されて、シャント調整ループ（すなわち、可変抵抗１１６）の動作に影響せずに、回路の高電圧保護を行うことができる。
【００３６】
システムオンチップ１０２をデジタルＧＰＩＯの目的のためだけに用いる（すなわち、ピン１１０、１１２にアンテナを接続しない）場合、高電圧クランプ有効化信号１２６および低電圧クランプ有効化信号１２８を両方とも論理ローに設定することによって、高電圧制限クランプおよび低電圧制限クランプの両方を無効化することになる。このことにより、ピン１１０、１１２の間のリークが削減され、ピン１１０、１１２が異なる論理値にされた場合に、回路短絡が防止される。
【００３７】
以上のように、複数の回路の間でピンを共有するシステムオンチップを説明してきた。電圧クランプを使用した場合、必要な場合には、経時変化する供給電圧の全範囲を使用するように回路を調整でき、かつ、電力を節約する必要がない場合にはより制限されたクランプを利用できる。特定の実施形態について詳述してきたが、本発明の範囲内で多くの変形および修正が可能である。
【図１Ａ】
2018502544.tif 000003
【図１Ｂ】
2018502544.tif 000004
【図１Ｃ】
2018502544.tif 000005
【図２】
2018502544.tif 000006
【図３】
2018502544.tif 000007
【図４】
2018502544.tif 000008
【国際調査報告】
2018502544.tif 000009
2018502544.tif 000010