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EP1687722A1 - Monolithically integrated interface circuit - Google Patents

Monolithically integrated interface circuit

Info

Publication number
EP1687722A1
EP1687722A1 EP04798060A EP04798060A EP1687722A1 EP 1687722 A1 EP1687722 A1 EP 1687722A1 EP 04798060 A EP04798060 A EP 04798060A EP 04798060 A EP04798060 A EP 04798060A EP 1687722 A1 EP1687722 A1 EP 1687722A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
logic
circuit
integrated
programmable
matching circuit
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.)
Ceased
Application number
EP04798060A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Reiner Bidenbach
Jörg Franke
Burkhard Giebel
Markus Rogalla
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.)
TDK Micronas GmbH
Original Assignee
TDK Micronas GmbH
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 TDK Micronas GmbH filed Critical TDK Micronas GmbH
Publication of EP1687722A1 publication Critical patent/EP1687722A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/22Detection or location of defective computer hardware by testing during standby operation or during idle time, e.g. start-up testing
    • G06F11/24Marginal checking or other specified testing methods not covered by G06F11/26, e.g. race tests

Definitions

  • the invention relates to monolithically integrated circuits, in particular monolithically integrated processors, which due to the constant reduction in structure can accommodate more and more functional units and thus very complex control and
  • the general goal in semiconductor manufacturing is to reduce production costs.
  • the reduction in the structural widths of semiconductor processes and the use of ever larger wafers in production contribute to this.
  • a core (“EngineUnit”), • which is the same for many comparable ASICs and is therefore in high volume demand , • that can be shrunk without special requirements, • that can come from any semiconductor factory 2.
  • connection IC connection IC
  • logic IC logic circuits
  • DE 102 43 684 describes a receiving device for a programmable, electronic processing device, which has a first and a second, each monolithically integrated component.
  • the first component includes the input and output interfaces of the entire processing device.
  • the second component is only accessible from the outside via the first component.
  • the first The component in this case contains matching circuits which serve for the electrical adaptation of the connections of the second component to the external conditions. At least one of the matching circuits can be programmable in its electrical properties.
  • the monolithically integrated adapter circuit according to the invention which is mostly referred to below as "automotive package” because of the main area of application in the automotive sector, solves the conflict by partitioning into: 3. the said core (“EngineUnit”), • which is a highly integrated standardized component (CPU + Memory), • but can still be used in a wide variety of applications via the "BodyUnit", • which can be transferred to new production facilities and / or technologies without special requirements, • which therefore at least always its predecessor without risk as Second source can replace 4.
  • EngineUnit which is a highly integrated standardized component (CPU + Memory), • but can still be used in a wide variety of applications via the "BodyUnit", • which can be transferred to new production facilities and / or technologies without special requirements, • which therefore at least always its predecessor without risk as Second source can replace 4.
  • BodyUnit which adapts to the respective application, • which can be manufactured in less dense technologies due to the lower required integration density, • therefore not in ever new production facilities or / and technologies must be transferred, • for their use manufacturing site or technology only needs to be organized once and a second source manufacturing site or technology is easier to get because of the low integration density.
  • the automotive package include the use of ever smaller technologies for the logic chip (engine IC). If you retain the functionality during a "shrink" of the engine IC, a new qualification of the externally accessible one becomes Systems avoided because no change in the electrical and functional parameters can be seen from the outside. It is known that the operating voltage of the logic IC also becomes smaller and smaller as the structure sizes become smaller. A similar situation can also be expected with the I / O structures of the logic IC. In order to avoid leakage currents, damage to the engine IC and malfunctions, an adjustment of the signal level is essential. So that no new system qualification is necessary, the body IC should not change at all if possible.
  • the voltage regulator on the body IC which supplies the operating voltage for the logic IC (engine IC), is made programmable in its voltage level.
  • This interface can, for example, be designed for a voltage swing of a few 100 mV.
  • the data required for this are stored, for example, in an E 2 PROM or are determined using bond options.
  • the voltage range covers all foreseeable supply voltage levels of future logic technologies.
  • CMOS level shifters known for Body are used for the signal path engine. From the start, they are dimensioned so that they later function down to a predetermined minimum voltage. They therefore cover a voltage range of 5V to 2.5V without the need for programming. If it is foreseeable that even smaller voltages will be used in the future or if a higher frequency bandwidth for the transmission is required, then analog comparators are used.
  • the switching threshold is in turn programmable, eg via E z PROM.
  • the voltage level of the signals that are transmitted from the body IC to the engine IC is also programmable. This is achieved in that the output drivers of the body IC are operated at a reduced and programmable supply voltage. Problem of space requirements for the bond pads for ICs with a high number of connections - avoiding the pad limit
  • the number of pads on the engine IC must be minimized from the outset. This is achieved by using serial data transmission instead of parallel buses. In addition to address and data lines, interrupts and other control lines can also be routed via one or more serial interfaces.
  • the automotive package include the usability of ever smaller technologies for the logic chip (engine IC). If the system function is maintained externally when changing the engine IC, a new qualification of the system is avoided. However, a new qualification of the system threatens if the new engine IC requires a changed bus interface configuration of the peripheral IC (BodyUnit) and the peripheral IC is changed for this purpose. This is because the peripheral IC that appears to the outside is e.g. Changed in the layout, the changed ESD latchup, EMC, etc. behavior can justify. So that no new system qualification is necessary, the peripheral IC should therefore not change at all if possible.
  • Engine IC logic chip
  • the logic of the The bus interface on the peripheral IC is configured so that it can be adapted to the interface of the core IC if necessary.
  • the configuration must take place on the peripheral IC, otherwise no communication can be established via the bus interface when the system is started.
  • the configuration parameters must be inherent in both sub-ICs.
  • the configuration can also affect the data or signal flow between the periphery and the core. For example, if certain connections have to be switched over in order to be able to easily adapt between the given peripheral IC and different core ICs. This is of interest, for example, when similar core ICs from different manufacturers are used, but which have slight differences with regard to some pins or some inputs. It is conceivable, for example, that not all available locations of a data bus specified by the core IC are required for the intended application. Another difference can relate to special inputs for control and monitoring functions.
  • the configuration happens e.g. by programming flash, EEPROM, OTP, fusible link elements or by bonding options.
  • a monitoring IC that is separate from the actual controller is often used.
  • the functions of this IC, power or clock supervision and / or watchdog, could be integrated on the controller without any problems, but with the background of the possible breakage of a single connection between the core and the periphery or the connection to another circuit ("Die"), for example for a spoke integrated in the housing, would jeopardize the safety function for the overall system.
  • Die another circuit
  • the AutomotivePackage solves the conflict by partitioning within a package in: 5.
  • a core which contains the actual controller, 6.
  • a periphery (BodyUnit), on which all monitoring modules such as power or Clock supervision and / or watchdog are located, which can be monitored separately from the controller.
  • the bond pad geometry of the peripheral IC and the core IC may be incompatible, so that crossed bond connections are required or certain bond positions cannot be reached.
  • a redistribution layer e.g. one or more additional metallization layers or layers made of polyimide plus a metal layer, applied to the interface IC.
  • the redistribution layer can also be used to compensate for different bond pad geometries of the core IC without changing the circuitry on the peripheral IC. This may be necessary, for example, if integrated JEDEC flash ICs are obtained from different suppliers. This measure also solves the problem of the second supplier for the core IC if the bond connections of the core ICs used are not identical to one another in their position.
  • FIG. 1 A special embodiment is shown in FIG. 1.
  • Integrated circuit with logic IC and matching circuit 1 shows an integrated circuit 1 with a monolithically integrated logic IC 2 and a monolithically integrated matching circuit 3.
  • the matching circuit 3 is connected to the logic IC 2 via a bus connection 4.
  • the adaptation circuit 3 has connections 5 in order to communicate with the periphery.
  • the arrangement according to FIG. 1 corresponds to an arrangement as is known from DE 102 43 684 A1 mentioned at the beginning.
  • the adaptation circuit 3 is programmable in its electrical properties.
  • the bus interface 6 of the adaptation circuit 3 is designed to be programmable, as already described above.
  • the adaptation circuit 3 has monitoring modules 7 for monitoring the logic IC 2. The monitoring modules 7 are therefore arranged separately from the logic IC 2 on the matching circuit 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

The invention relates to integrated circuits comprising a monolithically integrated logic IC and a monolithically integrated interface circuit that is conductively connected to the logic IC. The electrical properties of said interface circuit are programmable. The interface circuit also has a lower integration density than the logic IC, and comprises monitoring modules for monitoring the logic ICs.

Description

Monolithisch integrierte Anpassschaltung Monolithically integrated matching circuit
Die Erfindung betrifft monolithisch integrierte Schaltungen, insbesondere monolithisch integrierte Prozessoren, die infolge der ständigen Strukturverkleinerung immer mehr Funktionseinheiten aufnehmen können und damit sehr komplexe Steuerungs- undThe invention relates to monolithically integrated circuits, in particular monolithically integrated processors, which due to the constant reduction in structure can accommodate more and more functional units and thus very complex control and
Regelungsaufnahmen übernehmen können. Diese Entwicklungstendenz wird auch noch dadurch verstärkt, dass der Entwicklungs- und Herstellungsaufwand für Einzellösungen die immer größer wird, so dass man zunehmend von Einzellösungen abkommt und universellere, standardisierte Schaltungen anbietet, die natürlich noch größer und komplexer sind, die aber durch eine softwaregestützte Programmierung an die einzelnen Aufgaben und Verwendungszwecke angepasst werden können. Bei derartigen „Universallösungen" treten indessen ganz neue Schwierigkeiten auf, die technische Lösung erforderlich machen. Eine weitere Schwierigkeit kommt hinzu, weil in vielen Anwendungsbereichen die geforderte Verfügbarkeit der einzelnen Schaltungen viel größer sein muss als die von der Technologie vorgegebenen Änderungszyklen. Mit der Änderung der Technologie ändern sich in der Regel auch viele elektronische Parameter der Schaltung, die dann durch die Peripherieschaltungen zu berücksichtigen sind. Im folgenden werden einige dieser Schwierigkeiten aufgeführt und entsprechende Lösungen angegeben. Ein wesentlichen Punkt bei allen Lösungen besteht darin, dass eine Art Entkopplung zwischen dem eigentlichen Prozessor und der Anwendungsebene stattfindet, indem kritische Anschlüsse des Prozessors nicht direkt mit der Peripherie kommunizieren sondern nur über eine Anpassschaltung.Can take over regulatory recordings. This development tendency is also reinforced by the fact that the development and manufacturing effort for individual solutions is getting bigger, so that one increasingly deviates from individual solutions and offers more universal, standardized circuits, which are of course even bigger and more complex, but which are offered by software-supported programming the individual tasks and uses can be customized. With such "universal solutions", however, completely new difficulties arise which make the technical solution necessary. Another difficulty arises because in many areas of application the required availability of the individual circuits has to be much greater than the change cycles prescribed by the technology Technology usually also changes many electronic parameters of the circuit, which must then be taken into account by the peripheral circuits. Some of these difficulties are listed below and corresponding solutions are given. An essential point with all solutions is that there is a kind of decoupling between the actual one Processor and the application level takes place in that critical connections of the processor do not communicate directly with the periphery but only via an adapter circuit.
Allgemeines Ziel bei der Halbleiterfertigung ist die Senkung der Produktionskosten. Dazu trägt die Reduzierung der Strukturbreiten von Halbleiterprozessen und die Verwendung immer größerer Wafer in der Fertigung bei. Es ergibt sich daraus der Trend, dass vergleichsweise einfache Funktionen (Beispiel 8-Bit-Microcontroller) in immer größeren Stückzahlen mit einem einzigen Waferlos hergestellt werden können.The general goal in semiconductor manufacturing is to reduce production costs. The reduction in the structural widths of semiconductor processes and the use of ever larger wafers in production contribute to this. This results in the trend that comparatively simple functions (example 8-bit microcontrollers) can be produced in ever increasing numbers with a single wafer lot.
Ein Problem ergibt sich, wenn das Einzelprodukt gar nicht in diesen Quantitäten abgenommen werden kann, aber gleichzeitig auf die einzelnen ICs die Kosten für die photolithographischen Masken, die Reticlekosten, in ständig steigender Höhe umgelegt werden müssen. Es ergibt sich hier eine Trendumkehr, die zur Verhinderung von kundenspezifisch zugeschnittenen ICs mit kleinen Stückzahlen, die unter der Bezeichnung „ASICs" bekannt sind, führt.A problem arises when the individual product cannot be accepted at all in these quantities, but at the same time the costs for the photolithographic masks, the reticle costs, have to be allocated to the individual ICs in an ever increasing amount. There is a trend reversal here, which is to prevent customized ICs with small quantities, which are known under the name "ASICs" leads.
Problemlösung Nach der Erfindung wird der Konflikt zwischen angebotenem Mindestvolumen und nachgefragtem Maximalvolumen dadurch gelöst, dass es die ASIC-Funktion partitioniert in: 1. Einen Kern („EngineUnit"), • der für viele vergleichbare ASICs derselbe ist und damit in hohem Volumen nachgefragt wird, • der ohne besondere Auflagen geshrinkt werden darf, • der aus einer beliebigen Halbleiterfabrik kommen kann 2. eine Peripherie (die beschriebene Anpassschaltung = „Bodyllnit"), • die die applikationsspezifische Anpassung an die jeweilige Aufgabe übernimmt, also für das AS in ASIC steht • die wegen der geringeren geforderten Integrationsdichte risikoarm in weniger dichten Technologien mit vergleichsweise geringem Mindestvolumen und geringen spezifischen Maskenkosten gefertigt werden kann.Problem Solving According to the invention, the conflict between the minimum volume offered and the maximum volume requested is resolved by partitioning the ASIC function into: 1. A core (“EngineUnit”), • which is the same for many comparable ASICs and is therefore in high volume demand , • that can be shrunk without special requirements, • that can come from any semiconductor factory 2. a periphery (the described adaptation circuit = "Bodyllnit"), • that takes over the application-specific adaptation to the respective task, that is, for the AS in ASIC • Because of the lower required integration density, it can be manufactured with less risk in less dense technologies with a comparatively low minimum volume and low specific mask costs.
Aus DE 101 57 457 A1 ist bereits bekannt, eine integrierte Schaltung aus einem ersten IC (Verbindungs-IC) mit einer Mehrzahl von spannungstoleranten Verbindungen und einer Busschnittstelle sowie einem zweiten IC (Logik-IC) mit einer Mehrzahl von logischen Schaltungen aufzubauen, welcher Daten über einen Bus zum ersten IC liefert. Der Verbindungs-IC und der Logik-IC können dabei eine unterschiedlicheFrom DE 101 57 457 A1 it is already known to build an integrated circuit from a first IC (connection IC) with a plurality of voltage-tolerant connections and a bus interface and a second IC (logic IC) with a plurality of logic circuits, which data delivers to the first IC via a bus. The connection IC and the logic IC can be different
Integrationsdichte aufweisen. Nachteilig dabei ist aber, dass nach der Lehre der DE 101 57 457 A1 bei einer erforderlichen Anpassung des Verbindungs-ICs eine komplette Neuentwicklung dieses ICs erforderlich ist.Have integration density. However, it is disadvantageous that according to the teaching of DE 101 57 457 A1, if the connection IC is to be adapted, a completely new development of this IC is required.
DE 102 43 684 beschreibt eine Aufnahmevorrichtung für eine programmierbare, elektronische Verarbeitungseinrichtung, die ein erstes und eine zweites, jeweils monolithisch integriertes Bauelement aufweist. Dabei umfasst das erste Bauelement die Ein- und Ausgangsschnittstellen der gesamten Verarbeitungseinrichtung. Das zweite Bauelement ist von außen nur über das erste Bauelement zugänglich. Das erste Bauelement beinhaltet dabei Anpassschaltungen, die der elektrischen Anpassung der Anschlüsse des zweiten Bauelements an die Außenbedingungen dient. Mindestens eine der Anpassschaltungen kann dabei in ihren elektrischen Eigenschaften programmierbar ausgebildet sein.DE 102 43 684 describes a receiving device for a programmable, electronic processing device, which has a first and a second, each monolithically integrated component. The first component includes the input and output interfaces of the entire processing device. The second component is only accessible from the outside via the first component. The first The component in this case contains matching circuits which serve for the electrical adaptation of the connections of the second component to the external conditions. At least one of the matching circuits can be programmable in its electrical properties.
Die o.g. Dokumte nach dem Stand der Technik bieten jedoch keinerlei Lösung zum Problem der Überwachungskontrolle bei Ausfall eines Funktionsteils, die es erlaubt, auch gleichzeitig auch den eingangs genannten Konflikt zwischen angebotenem Mindestvolumen und nachgefragtem Maximalvolumen zu lösen.The above However, state-of-the-art documents do not offer any solution to the problem of monitoring control in the event of a functional part failing, which also allows the conflict between the minimum volume offered and the maximum volume requested to be resolved at the same time.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5, wobei insbesondere vorgesehen ist, die Anpassungsschaltung Überwachungsmodule zur Überwachung des Logik-ICs aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.The invention solves this problem by the features of claims 1 and 5, it being provided in particular that the adaptation circuit has monitoring modules for monitoring the logic IC. Advantageous further developments result from the subclaims and the following description.
Es ergibt sich z. B. eine IC-Familie, die mit ihrem hohen Gesamtvolumen das Mindestvolumen eines hochdichten Kerns erbringt, jedoch das nachgefragte Teil- Volumen der einzelnen ASIC-Lösung mit einer kostengünstigen Anpassung der Peripherie abdeckt.It results, for. B. an IC family, which provides the minimum volume of a high-density core with its high total volume, but covers the requested partial volume of the individual ASIC solution with a cost-effective adaptation of the periphery.
Problem der abnehmenden Anzahl von HalbleiterfertigungsstättenProblem of decreasing number of semiconductor manufacturing facilities
Zur weiteren Steigerung der Produktivität in der Halbleiterfertigung werden die Strukturbreiten der Halbleiterprozessen verkleinert und größerer Wafer verwendet. Dabei steigen aber auch zunehmend die Investitionskosten für neue Fertigungsstätten. Die Halbleiterfirmen begegnen diesem Trend, in dem sie sich immer mehr mit anderen Halbleiterfirmen die Investitionskosten teilen. Dabei entstehen immer weniger Fertigungsstätten mit immer größerer Kapazität, die sich immer mehr Firmen teilen.To further increase productivity in semiconductor production, the structure widths of the semiconductor processes are reduced and larger wafers are used. However, the investment costs for new production sites are also increasing. The semiconductor companies are countering this trend by increasingly sharing the investment costs with other semiconductor companies. This results in fewer and fewer production facilities with ever greater capacity, which more and more companies share.
Auf der anderen Seite müssen die Abnehmer von Halbleitern, insbesondere aus dem Automobil- Sektor, ständig darauf achten, jedes Bauteil auch von einer Second Source beziehen zu können. Die Einhaltung dieser Forderung wir jedoch immer schwieriger, da selbst wenn ein spezifisches Bauteil von mehr als einem Halbleitern-Zulieferer bezogen werden kann, es doch zunehmend nur aus einer Halbleiterfertigung kommt. Erschwerend kommt hinzu, dass die Lebensdauer einer Applikation im Automobil in der Regel viel länger als der Generationszyklus einer Halbleiterfertigung bzw. Technologie ist. Daher muss der Abnehmer von Halbleitern aus dem Automobil-Bereich sich bei jedem Generationswechsel des Halbleiters um eine neue Second Source sorgen, also sogar mehr als einmal pro Lebensdauer einer Applikation.On the other hand, the buyers of semiconductors, especially from the automotive sector, have to make sure that each component can also be obtained from a second source. However, complying with this requirement is becoming increasingly difficult, since even if a specific component can be obtained from more than one semiconductor supplier, it increasingly only comes from semiconductor production. To make matters worse, the lifespan of an application in the automobile is usually much longer than the generation cycle of a semiconductor production or technology. Therefore, the consumer of semiconductors from the automotive sector has to worry about a new second source for every generation change of the semiconductor, i.e. even more than once per service life of an application.
ProblemlösungTroubleshooting
Die monolithisch integrierte Anpassschaltung nach der Erfindung, die wegen des Hauptanwendungsbereiches im Automobilsektor im folgenden meist als „AutomotivePackage" bezeichnet wird, löst den Konflikt durch Partitionierung in: 3. den besagten Kern („EngineUnit"), • der ein hochintegriertes standardisiertes Bauteil (CPU + Speicher) sein kann, • aber dennoch über die „BodyUnit" in in den verschiedensten Applikationen zur Anwendung kommen kann, • der ohne besondere Auflagen in neue Fertigungsstätten und/oder Technologien transferiert werden kann, • den daher zumindest immer sein Vorgänger ohne Risiko als Second Source wieder ersetzen kann. 4. die besagte Peripherie („BodyUnit"), • welche die Anpassung an die jeweilige Applikaton übernimmt, • die wegen der geringeren geforderten Integrationsdichte in weniger dichten Technologien gefertigt werden kann, • daher nicht in immer neue Fertigungsstätten oder/und Technologien transferiert werden muss, • für deren Fertigungsstätte bzw. Technologie also nur einmal eine Second Source Fertigungsstätte bzw. Technologie organisiert werden muss und wegen der geringen Integrationsdichte problemloser zu bekommen ist.The monolithically integrated adapter circuit according to the invention, which is mostly referred to below as "automotive package" because of the main area of application in the automotive sector, solves the conflict by partitioning into: 3. the said core ("EngineUnit"), • which is a highly integrated standardized component (CPU + Memory), • but can still be used in a wide variety of applications via the "BodyUnit", • which can be transferred to new production facilities and / or technologies without special requirements, • which therefore at least always its predecessor without risk as Second source can replace 4. the said periphery ("BodyUnit"), • which adapts to the respective application, • which can be manufactured in less dense technologies due to the lower required integration density, • therefore not in ever new production facilities or / and technologies must be transferred, • for their use manufacturing site or technology only needs to be organized once and a second source manufacturing site or technology is easier to get because of the low integration density.
Problem der Spannungsfestigkeit bei TechnologiewechselDielectric strength problem when changing technology
Vorteile des AutomotivePackages sind u.a. die Einsetzbarkeit von immer kleineren Technologien für den Logikchip (Engine-IC). Behält man die Funktionalität bei einem „Shrink" des Engine-ICs bei, so wird eine Neuqualifikation des von außen zugänglichen Systems vermieden, weil von außen keine Änderung der elektrischen und funktionalen Parameter erkennbar ist. Es ist bekannt, dass die Betriebsspannung des Logik-ICs mit kleiner werdenden Strukturgrößen ebenfalls immer kleiner wird. Auch bei den l/O- Strukturen des Logik-ICs ist ähnliches zu erwarten. Um Leckströme, Beschädigungen des Engine-ICs und Fehlfunktionen zu vermeiden, ist eine Anpassung der Signalpegel unabdingbar. Damit keine erneute Systemqualifikation notwendig wird, sollte sich das Body-IC aber möglichst überhaupt nicht ändern.Advantages of the automotive package include the use of ever smaller technologies for the logic chip (engine IC). If you retain the functionality during a "shrink" of the engine IC, a new qualification of the externally accessible one becomes Systems avoided because no change in the electrical and functional parameters can be seen from the outside. It is known that the operating voltage of the logic IC also becomes smaller and smaller as the structure sizes become smaller. A similar situation can also be expected with the I / O structures of the logic IC. In order to avoid leakage currents, damage to the engine IC and malfunctions, an adjustment of the signal level is essential. So that no new system qualification is necessary, the body IC should not change at all if possible.
Problemlösung über eine bezüglich der Spannung programmierbare Schnittstelle Der Spannungsregler auf dem Body-IC, der die Betriebsspannung für das Logik-IC (Engine IC) liefert, wird in seiner Spannungshöhe programmierbar gemacht. Diese Schnittstelle kann beispielsweise für einen Spannungshub von einigen 100 mV ausgelegt werden. Die dazu nötigen Daten sind z.B. in einem E2PROM abgelegt oder werden durch Bondoptionen festgelegt. Der Spannungsbereich deckt alle absehbaren Versorgungsspannungshöhen zukünftiger Logiktechnologien ab.Problem solving via a voltage programmable interface The voltage regulator on the body IC, which supplies the operating voltage for the logic IC (engine IC), is made programmable in its voltage level. This interface can, for example, be designed for a voltage swing of a few 100 mV. The data required for this are stored, for example, in an E 2 PROM or are determined using bond options. The voltage range covers all foreseeable supply voltage levels of future logic technologies.
Um die Spannungshöhen aller Interfacesignale anzupassen, gibt es zwei Möglichkeiten. Ist die Spannungsdifferenz und/oder die maximale Frequenz klein genug (z.B. bis 2.5V/10MHz), so werden für den Signalweg Engine nach Body bekannte CMOS- Levelshifter eingesetzt. Sie werden von Anfang an so dimensioniert, dass sie später bis hinunter zu einer vorher festgelegten Mindestspannung funktionieren. Sie decken somit ohne Programmiernotwendigkeit einen Spannungsbereich von z.B. 5V bis 2.5V ab. Ist absehbar, dass in Zukunft noch kleinere Spannungen zum Einsatz kommen oder wird eine höhere Frequenzbandbreite der Übertragung benötigt, so kommen analoge Komparatoren zum Einsatz. Deren Schaltschwelle ist wiederum, z.B. über EzPROM, programmierbar.There are two ways to adjust the voltage levels of all interface signals. If the voltage difference and / or the maximum frequency is small enough (for example up to 2.5V / 10MHz), then CMOS level shifters known for Body are used for the signal path engine. From the start, they are dimensioned so that they later function down to a predetermined minimum voltage. They therefore cover a voltage range of 5V to 2.5V without the need for programming. If it is foreseeable that even smaller voltages will be used in the future or if a higher frequency bandwidth for the transmission is required, then analog comparators are used. The switching threshold is in turn programmable, eg via E z PROM.
Die Spannungshöhe der Signale, die vom Body-IC zum Engine-IC übertragen werden, ist ebenfalls programmierbar. Dies wird dadurch erreicht, dass die Ausgangstreiber des Body-ICs an einer reduzierten und in ihrer Höhe programmierbaren Versorgungsspannung betrieben werden. Problem des Flächenaufwandes für die Bondpads bei ICs mit einer hohen Anzahl von Anschlüssen - Vermeidung des PadlimitsThe voltage level of the signals that are transmitted from the body IC to the engine IC is also programmable. This is achieved in that the output drivers of the body IC are operated at a reduced and programmable supply voltage. Problem of space requirements for the bond pads for ICs with a high number of connections - avoiding the pad limit
Will man auch bezüglich der Kosten vom Einsatz immer dichterer Logikprozesse bei gleichbleibender oder unterproportional wachsender Funktionalität profitieren, so muss vermieden werden, dass die Chipfiäche durch die Anzahl der Pads bestimmt wird.If you also want to benefit from the use of ever denser logic processes with the same or disproportionately increasing functionality in terms of costs, you must avoid that the chip area is determined by the number of pads.
ProblemlösungTroubleshooting
Die Anzahl der Pads des Engine-ICs muss von vornherein minimiert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass statt paralleler Busse serielle Datenübertragung verwendet wird. Außer bei Adress- und Datenleitungen können auch Interrupts und andere Steuerleitungen über ein oder mehrere serielle Schnittstellen geführt werden.The number of pads on the engine IC must be minimized from the outset. This is achieved by using serial data transmission instead of parallel buses. In addition to address and data lines, interrupts and other control lines can also be routed via one or more serial interfaces.
Programmierbare Schnittstelle, wobei die Programmierbarkeit weitere Parameter betrifft:Programmable interface, the programmability concerns further parameters:
Vorteile des Automotive Packages sind u.a. die Einsetzbarkeit von immer kleineren Technologien für den Logikchip (Engine-IC). Behält man bei einem Wechsel des Engine- ICs die Systemfunktion nach außen bei, so wird eine Neuqualifikation des Systems vermieden. Eine Neuqualifikation des Systems droht jedoch dann, wenn das neue Engine-IC eine geänderte Bus-Schnittstellen-Konfiguration des Peripherie-IC (BodyUnit) erfordert und dazu das Peripherie-IC geändert wird. Denn wird das nach außen in Erscheinung tretende Peripherie-IC z.B. im Layout geändert, kann das geändertes ESD- Latchup-, EMV-, etc. Verhalten begründen. Damit keine erneute Systemqualifikation notwendig wird, sollte sich daher das Peripherie-IC aber möglichst überhaupt nicht ändern.Advantages of the automotive package include the usability of ever smaller technologies for the logic chip (engine IC). If the system function is maintained externally when changing the engine IC, a new qualification of the system is avoided. However, a new qualification of the system threatens if the new engine IC requires a changed bus interface configuration of the peripheral IC (BodyUnit) and the peripheral IC is changed for this purpose. This is because the peripheral IC that appears to the outside is e.g. Changed in the layout, the changed ESD latchup, EMC, etc. behavior can justify. So that no new system qualification is necessary, the peripheral IC should therefore not change at all if possible.
Problemlösung über konfigurierbare Schnittstelle auf Peripherie-ICProblem solving via configurable interface on peripheral IC
Zur Vermeidung eines Redesigns des Periperie-IC (BodyUnit) bei Änderung der Busschnittstellenparameter auf dem Kern-IC (EngineUnit) wird die Logik der Busschnittstelle auf dem Peripherie-IC konfigurierbar gestaltet, sodaß sie im Bedarfsfall der Schnittstelle des Kern-IC angepaßt werden kann.To avoid a redesign of the peripheral IC (BodyUnit) when changing the bus interface parameters on the core IC (EngineUnit), the logic of the The bus interface on the peripheral IC is configured so that it can be adapted to the interface of the core IC if necessary.
Die Konfigurierung muß auf dem Peripherie-IC stattfinden, da beim Aufstart des Systems sonst keine Kommunikation über die Busschnittstelle aufgebaut werden kann. Die Konfigurationsparameter müssen beiden Teil-ICs innewohnen.The configuration must take place on the peripheral IC, otherwise no communication can be established via the bus interface when the system is started. The configuration parameters must be inherent in both sub-ICs.
Die Konfiguration kann aber auch auf den Daten- oder Signalfluss zwischen Peripherie und Kern einwirken. Beispielsweise wenn bestimmte Anschlüsse umgeschaltet werden müssen, um eine einfache Anpassung zwischen dem vorgegebenen Peripherie-IC und unterschiedlichen Kern-ICs vornehmen zu können. Dies ist beispielsweise dann von Interesse, wenn an sich ähnliche Kern-ICs unterschiedlicher Hersteller verwendet werden, die aber bezüglich einiger Pins oder einiger Eingaben geringfügige Unterschiede aufweisen. Denkbar ist beispielsweise, dass nicht alle vorhandenen Stellen eines durch den Kern-IC vorgegebenen Datenbusses für die vorgesehene Anwendung benötigt werden. Ein anderer Unterschiede kann spezielle Eingaben für Steuerungs- und Überwachungsfunktionen betreffen.The configuration can also affect the data or signal flow between the periphery and the core. For example, if certain connections have to be switched over in order to be able to easily adapt between the given peripheral IC and different core ICs. This is of interest, for example, when similar core ICs from different manufacturers are used, but which have slight differences with regard to some pins or some inputs. It is conceivable, for example, that not all available locations of a data bus specified by the core IC are required for the intended application. Another difference can relate to special inputs for control and monitoring functions.
Die Konfiguration geschieht z.B. durch Programmierung von Flash-, EEPROM, OTP-, Fusible-Link- Elementen oder durch Bondoptionen.The configuration happens e.g. by programming flash, EEPROM, OTP, fusible link elements or by bonding options.
Problem der Überwachungskontrolle bei Ausfall eines FunktionsteilesMonitoring control problem in the event of a functional part failure
In sicherheitsrelevanten Steuergeräten, wie z.B. im Automobil, wird häufig ein zum eigentlichen Controller separates Überwachungs-IC eingesetzt. Die Funktionen dieses ICs, Power- bzw. Clock-Supervision und/oder Watchdog, könnten zwar problemlos auf dem Controller mit integriert werden, aber mit dem Hintergrund des möglichen Bruches einer einzelnen Verbindung zwischen dem Kern und der Peripherie oder der Verbindung zu einer weiteren Schaltung („Die"), beispielsweise zu einem im Gehäuse mitintegrierten Speiche, wäre die Sicherheitsfunktion für das Gesamtsystem in Frage gestellt.In safety-related control units, e.g. in automobiles, a monitoring IC that is separate from the actual controller is often used. The functions of this IC, power or clock supervision and / or watchdog, could be integrated on the controller without any problems, but with the background of the possible breakage of a single connection between the core and the periphery or the connection to another circuit ("Die"), for example for a spoke integrated in the housing, would jeopardize the safety function for the overall system.
Die übliche Verbesserung dieser Situation mit einem weiteren Die in einem separaten IC hat vor allem Kosten-Nachteile: - es ist ein weiteres komplettes Gehäuse nötig, - dafür muss auf der Leiterplatte Platz vorgehalten und Verdrahtungsaufwand betrieben werden.The usual improvement of this situation with another die in a separate IC has above all cost disadvantages: - Another complete housing is necessary, - To do this, space must be reserved on the circuit board and wiring work must be carried out.
Problemlösung . . - --.... Das AutomotivePackage löst den Konflikt durch Partitionierung innerhalb eines Packages in: 5. Einen Kern (EngineUnit), der den eigentlichen Controllers beinhaltet, 6. eine Peripherie (BodyUnit), auf welcher sich sämtliche Überwachungsmodule wie Power- bzw. Clock-Supervision und/oder Watchdog befinden, die auf einem Die separat vom Controller, diesen überwachen können.Troubleshooting . , - --.... The AutomotivePackage solves the conflict by partitioning within a package in: 5. A core (EngineUnit), which contains the actual controller, 6. A periphery (BodyUnit), on which all monitoring modules such as power or Clock supervision and / or watchdog are located, which can be monitored separately from the controller.
Der eventuelle Bruch eines einzelnen Dies reicht hier also nicht aus um alle Sicherheitsfunktionen auszuschalten, weil diese auf mehr als einem Die verteilt werden. Dennoch ist nur ein Package nötig.The eventual break of an individual This is not enough to switch off all safety functions because they are distributed over more than one die. However, only one package is required.
Problem der BondpadgeometrieProblem of the bond pad geometry
Falls bei einem Technologiewechsel das Kern-IC nicht als geometrisch geshrinkte Version der Vorgänger-ICs vorliegt, beispielsweise wenn das IC von einem anderen Hersteller stammt, kann die Bondpadgeometrie des Peripherie-ICs und des Kern-ICs inkompatibel sein, so dass gekreuzte Bondverbindungen erforderlich sind oder bestimmte Bondpositionen gar nicht erreicht werden können. Um das Verdrahten mittels der üblichen Bondverbindungen dennoch zu gewährleisten, wird ein Redistributionslayer, z.B. eine oder mehrere zusätzliche Metallisierungsschichten oder Schichen aus Polyimid plus einer Metalllage, auf dem Interface-IC aufgebracht. Der Redistributionslayer kann auch dazu genutzt werden, verschiedene Bondpadgeometrien des Kern-ICs auszugleichen ohne die Schaltung auf dem Peripherie-IC zu ändern. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn mitintegrierte JEDEC-Flash-ICs von unterschiedlichen Lieferanten bezogen werden. Durch diese Maßnahme wird auch das Problem des Zweitlieferanten für das Kern-IC gelöst, wenn die Bondanschlüsse der verwendeten Kern-ICs in ihrer Lage zueinander nicht identisch sind.If the core IC is not available as a geometrically shrinked version of the predecessor ICs when the technology is changed, for example if the IC comes from another manufacturer, the bond pad geometry of the peripheral IC and the core IC may be incompatible, so that crossed bond connections are required or certain bond positions cannot be reached. In order to still ensure wiring using the usual bond connections, a redistribution layer, e.g. one or more additional metallization layers or layers made of polyimide plus a metal layer, applied to the interface IC. The redistribution layer can also be used to compensate for different bond pad geometries of the core IC without changing the circuitry on the peripheral IC. This may be necessary, for example, if integrated JEDEC flash ICs are obtained from different suppliers. This measure also solves the problem of the second supplier for the core IC if the bond connections of the core ICs used are not identical to one another in their position.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 dargestellt.A special embodiment is shown in FIG. 1.
Fig. 1 zeigt: Integrierte Schaltung mit Logik-IC und Anpassungsschaltung In Fig. 1 ist eine integrierte Schaltung 1 mit einem monolithisch integrierten Logik- IC 2 und einer monolithisch integrierten Anpassungsschaltung 3 dargestellt. Die Anpassungsschaltung 3 ist mit dem Logik-IC 2 über eine Busverbindung 4 verbunden. Weiterhin weist die Anpassungsschaltung 3 Anschlüsse 5 auf, um mit der Peripherie zu kommunizieren. Insoweit entspricht die Anordnung nach Fig. 1 einer Anordnung, wie sie aus der eingangs genannten DE 102 43 684 A1 bekannt ist. Die Anpassungsschaltung 3 ist in ihren elektrischen Eigenschaften programmierbar ausgebildet. Insbesondere ist dabei die Busschnittstelle 6 der Anpassungsschaltung 3 programmierbar ausgebildet, wie bereits oben beschrieben. Weiterhin weist die Anpassungsschaltung 3 Überwachungsmodule 7 zur Überwachung des Logik-ICs 2 auf. Die Überwachungsmodule 7 sind also separat vom Logik-IC 2 auf der Anpassungsschaltung 3 angeordnet. 1 shows: Integrated circuit with logic IC and matching circuit 1 shows an integrated circuit 1 with a monolithically integrated logic IC 2 and a monolithically integrated matching circuit 3. The matching circuit 3 is connected to the logic IC 2 via a bus connection 4. Furthermore, the adaptation circuit 3 has connections 5 in order to communicate with the periphery. In this respect, the arrangement according to FIG. 1 corresponds to an arrangement as is known from DE 102 43 684 A1 mentioned at the beginning. The adaptation circuit 3 is programmable in its electrical properties. In particular, the bus interface 6 of the adaptation circuit 3 is designed to be programmable, as already described above. Furthermore, the adaptation circuit 3 has monitoring modules 7 for monitoring the logic IC 2. The monitoring modules 7 are therefore arranged separately from the logic IC 2 on the matching circuit 3.

Claims

_Ansprüche _Expectations
1. Integrierte Schaltung mit einem Logik-IC und einer Anpassungsschaltung, die mit dem Logik-IC leitend verbunden ist, wobei die integrierte Schaltung aus einem monolithisch integrierten Logik-IC und einer monolithisch integrierten Anpassungsschaltung gebildet ist, die Anpassungsschaltung in ihren elektrischen Eigenschaften programmierbar ausgebildet ist, die Anpassungsschaltung eine geringere Integrationsdichte aufweist als der Logik-IC, und die Anpassungsschaltung Überwachungsmodule zur Überwachung des Logik-ICs aufweist. 1. Integrated circuit with a logic IC and a matching circuit which is conductively connected to the logic IC, the integrated circuit being formed from a monolithically integrated logic IC and a monolithically integrated matching circuit, the matching circuit being programmable in its electrical properties the adapter circuit has a lower integration density than the logic IC, and the adapter circuit has monitoring modules for monitoring the logic IC.
2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschaltung einen Spannungsregler zur Regelung der Betriebsspannung des Logik-ICs aufweist, welcher bezüglich seiner Spannungshöhe programmierbar ausgebildet ist.2. Integrated circuit according to claim 1, characterized in that the adaptation circuit has a voltage regulator for regulating the operating voltage of the logic IC, which is programmable with respect to its voltage level.
3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur programmierbaren Änderung der Spannungshöhe der Signale, die zwischen Logik-IC und Anpassungsschaltung übertragen werden, vorgesehen sind.3. Integrated circuit according to claim 1 or 2, characterized in that means for programmably changing the voltage level of the signals which are transmitted between the logic IC and the matching circuit are provided.
4. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschaltung eine Busschnittstelle aufweist, wobei die Logik der Busschnittstelle programmierbar ausgebildet ist.4. Integrated circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the adaptation circuit has a bus interface, the logic of the bus interface being designed to be programmable.
5. Familie integrierter Schaltungen, wobei jede Schaltung einen Logik-IC und eine Anpassungsschaltung aufweist, die mit dem Logik-IC leitend verbunden ist, wobei jede integrierte Schaltung aus einem monolithisch integrierten Logik-IC und einer monolithisch integrierten Anpassungsschaltung gebildet ist, jede Anpassungsschaltung in ihren elektrischen Eigenschaften programmierbar ausgebildet ist, jede Anpassungsschaltung eine geringere Integrationsdichte aufweist als der5. Family of integrated circuits, each circuit having a logic IC and a matching circuit that is conductively connected to the logic IC, each integrated circuit being formed from a monolithically integrated logic IC and a monolithically integrated matching circuit, each matching circuit in its electrical properties are programmable, each adaptation circuit has a lower integration density than that
Logik-IC, wobei die Logik-ICs der Familie von Schaltungen eine unterschiedlicheLogic IC, the logic ICs of the family of circuits being different
Integrationsdichte aufweisen, jedoch alle Anpassungsschaltungen der Familie von Schaltungen dieselbe Integrationsdichte aufweisen, und jede Anpassungsschaltung Überwachungsmodule zur Überwachung desHave integration density, but all matching circuits in the family of circuits have the same integration density, and each matching circuit monitoring modules for monitoring the
Logik-ICs aufweist.Has logic ICs.
6. Familie integrierter Schaltungen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Anpassungsschaltung einen Spannungsregler zur Regelung der6. Family of integrated circuits according to claim 5, characterized in that each matching circuit has a voltage regulator for regulating the
Betriebsspannung des Logik-ICs aufweist, welcher bezüglich seiner Spannungshöhe programmierbar ausgebildet ist. _ _Has operating voltage of the logic IC, which is programmable with respect to its voltage level. _ _
7. Familie integrierter Schaltungen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Schaltung Einrichtungen zur programmierbaren Änderung der Spannungshöhe der Signale, die zwischen Logik-IC und Anpassungsschaltung übertragen werden, vorgesehen sind.7. Family of integrated circuits according to claim 5 or 6, characterized in that devices for programmable change in the voltage level of the signals which are transmitted between the logic IC and matching circuit are provided in each circuit.
8. Familie integrierter Schaltungen nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Anpassungsschaltung eine Busschnittstelle aufweist, wobei die Logik der Busschnittstelle programmierbar ausgebildet ist. 8. Family of integrated circuits according to one of claims 5 to 7, characterized in that each adaptation circuit has a bus interface, the logic of the bus interface being designed to be programmable.
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