[发明专利]多芯片电子系统

说明书

技术领域

本发明通常涉及电子系统，并且特别地涉及以集成电路(“IC”)的形式 实现的、集成在两个或多个芯片中的电子系统。

背景技术

“多芯片模块”或MCM，也被称为SIP(“系统级封装”，也就是被包含在 单个封装中的电子系统)在本领域是公知的，它由两个或多个IC组成，这两个 或多个IC分别组成电子系统的子系统，集成在各自的芯片中并且被包含在单个 封装中。

SIP通常选择性地用于被命名为SOC(“芯片上系统”，也就是被集成在单 个芯片上的完整电子系统)的系统中，其中构成要实现的电子系统的全部电路 部件都被集成在单个芯片中。

在SOC中，集成在单个芯片中的IC可以包括例如微控制器或微处理器， 和/或数字信号处理器(DSP)，由一个或多个不同类型存储块(例如只读存储器 (ROM)、随机存取存储器(RAM)以及非易失性存储器，例如闪存类型)组成 的存储器，用来存储通过例如微控制器必须执行的程序，该微控制器支配SOC 的运行，还包括电源(例如电压调节器和电荷泵)管理块以及能够使IC与外部 通信的所有电路。

不同类型的SOC可在市场上得到，例如用户定制设计(”全定制”)SOC或 可以被外部用户(例如在“现场可编程门阵列”，FPGA的情况下)编程的具有可 编程功能的SOC。无论如何，SOC通常被通过利用单个的、非常复杂的制造工 艺流程将电路元件集成在单个芯片上来实现，因为它必须包括实现彼此非常不 同的元件所有必需的阶段。

制造工艺的复杂性构成了SOC的一个缺点，那就是在制造工艺可完成的产 量方面具有很强的影响。另外，“全定制”型SOC呈现出高开发成本，这在已完 成的电子系统的总生产成本方面具有重大影响。

SIP没有呈现出上面提到的缺点，因为如同提到的它们包括两个或多个芯 片，在这些芯片中的每一个都有一个各自的集成电路被集成，依靠一套专门(ad hoc)的制造工艺，适合用于执行它自己的功能，独立于集成在包含于同一个封 装中的其它芯片的集成电路。例如，在一个芯片中微控制器或微处理器或者DSP 被集成，在另一个芯片中RAM被集成，还有在另外一个芯片中ROM或闪存被 集成。

在SIP中，每一个IC包括一个功能电路核心，其适于实现该集成电路必需 的特定功能，但是大量的服务电路构造(service circuit structure)也被集成到每 一个芯片中，其与功能电路核心(functional circuit core)交互(interact)。

例如，在微控制器的情况下，功能电路核心由中央处理单元(所谓的CPU) 构成，在存储装置的情况下，功能电路核心包括存储单元矩阵；在另外一种存 储器的情况下，服务电路构造包括所有适于管理由存储装置执行的操作的电路 元件，这些操作中典型地有数据读出操作以及，在存储器是可编程的地方进行 的数据写入和擦除操作；服务构造典型地包括例如适于产生在存储器写入/擦除 操作期间使用的操作电压的电荷泵，用于访问存储单元的译码电路以及用于将 芯片和外部环境接口的输入和输出缓冲器。在IC是微控制器的情况下，服务电 路结构也包括输入/输出缓冲器。

申请人观察到服务电路构造的每个芯片上的集成通常是不方便的，因为它 导致了材料面积的增加，并且在用于便携式设备(例如在MP3装置中和在蜂窝 电话中)的系统中尤其如此，在这些设备中减少空间占有是非常重要的。

另外，经常发生的是服务电路构造被设计用来满足与那些IC的功能电路核 心的需求相比较不严格的需求。换句话说，服务电路构造被通过不同于涉及功 能电路核心的、更为宽松的设计规则和制造工艺来实现；将IC的功能核心和服 务电路构造集成在同一个芯片上的结果是在生产过程期间使用的平版印刷 (lithographic)的设备没有发挥出它们最好的性能：事实上在一个IC中经常只有 50％的性能被服务电路构造表现出来。

发明内容

申请人发现一种用于上述问题的可能的解决方案，包括将电子系统集成到 不同芯片上，分离组成该电子系统的子系统和子系统本身的可能部件，以及将 那个或那些由于其结构和/或功能性质，可以被两个或多个其它子系统共享的子 系统集成在同一个芯片上。