[发明专利]具有在操作范围上增强的操作的集成电路

说明书

一种集成电路，包括数字电路和能量管理电路。数字电路用内部供电电压与时间信号同步地操作，并且该数字电路包括互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管。能量管理电路具有用于接收外部供电电压的输入和用于提供内部供电电压的输出。能量管理电路热耦合到数字电路并且在数字电路的温度大于升压温度时将内部供电电压设置成标称电压。当数字电路的温度小于升压温度时，能量管理电路将内部供电电压升压到高于标称电压的升压电压。

技术领域

本公开总体上涉及集成电路，并且更具体地涉及使用时钟信号操作的CMOS数字集成电路。

背景技术

现代数字电子电路使用时钟信号以定时输入和输出。随着集成电路制造技术的进步，电路能够以更快的速度和更低的供电电压操作。例如，现代互补金属氧化物半导体(CMOS)技术可以用于构建能够使用高于1千兆赫兹(GHz)的时钟速度和大约1.0伏特或更小的供电电压操作的数字逻辑电路。这些进步带来了更好的性能和更长的电池寿命。

电路设计者创建集成电路芯片的电路的网表，并且将该网表输入到布线工具，该布线工具自动地将晶体管布局在芯片上。电路模拟工具检查所布局的电路在指定的操作范围上的操作，通常该操作范围是指工艺、电压和温度(PVT)窗口。例如，可要求集成电路在-40℃到+125℃之间的任何温度下操作，在标称供电电压V_DDNOM附近的范围(例如，V_DDNOM±10％)内的任何电压下操作，以及以在改变操作速度的某些指定范围内变化的各种制造工艺参数来操作。通常在所述范围的端点处模拟芯片，并且端点的每个独特组合被称为“角点(corner)”。如果芯片在所有角点处可操作，则设计者假定该芯片在所有中间点处同样可操作，这简化了模拟。

为了满足内部建立时间，芯片需要是快的，但是为了满足内部保持时间，该芯片不能太快。芯片太快或太慢都将导致设备失效。CMOS芯片的速度的最重要的工艺决定因素通常是P沟道晶体管和N沟道晶体管的阈值电压。如果P沟道阈值电压和N沟道阈值电压处于其最低允许电压，温度处于其最低允许温度，并且供电电压处于其最高电压，则该芯片通常被认为处于“最佳情况速度”角点。如果P沟道阈值电压和N沟道阈值电压处于其最高允许电压，温度处于其最高允许温度，并且供电电压处于其最低电压，则该芯片通常被认为处于“最坏情况速度”角点。

如果模拟在设计窗口中的任意点处失败，则通过例如将某些电路移动为靠近在一起、改变实现功能的具体逻辑门、或通过插入模式触发器(mode flip-flop)来拆分逻辑功能来调整布局，并且随后电路设计者重新模拟操作。该工艺被称为时序收敛。在时序收敛已经被满足之后，该设备已准备好以供制造。

在制造之后，并且电路设计者在所有PVT角点处检查实际集成电路芯片上的模拟的完整性，此过程被称为表征。

现在电路设计者能够设计可包含数十万或百万晶体管的复杂集成电路芯片。这些非常大的芯片设计的模拟、时序收敛和表征是耗时的过程，尤其是当在所有PVT角点处对它们进行模拟或表征时。因此，即使利用现代布线工具，在设计电路和将电路布局在芯片上使得该芯片在所有PVT角点处可操作也存在持续的困难。

附图说明

图1以框图形式示出了现有技术已知的时钟控制数字逻辑系统；

图2示出了图1的时钟控制数字逻辑系统的操作窗口的图；

图3以示意图形式示出了可以用于在互补金属氧化物半导体(CMOS)数字电路中模仿开关操作的电路；

图4以部分框图且部分示意图的形式示出了根据本公开的实施例的微控制器单元(MCU)；

图5示出了在预期电压和温度窗口上的图4的MCU的操作的图；以及

图6示出了在预期的工艺、电压和温度(PVT)窗口上的图4的MCU的操作的图。