[发明专利]一种时钟信号传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种时钟信号传输装置。

背景技术

在集成电路电路芯片中，尤其是数字集成电路电路芯片中，往往需要规模很大的全局时钟分布网络来把同步的时钟信号传递到各个功能模块的子电路中，具有全局性、同步性、一致性的特点。目前的时钟分布网络通常依靠电互连来实现，如铜互连或铝互连线，该方案具有如下缺点：

1.大量复杂的金属走线所带来的的寄生电容需要不断地进行充放电，在电路芯片中占用了要额外插入大量的buffer(缓冲)电路去驱动这样的负载结构，造成了大量功耗浪费，有时候时钟网络的功耗甚至占到整个数字电路芯片总功耗的30％甚至40％以上。

2.当电路芯片的面积比较大的时候，金属互连走线的长度也会较长，从而产生延时较大，不同位置的时钟信号不均衡，同步困难，并且需要耗费大量的电路设计和仿真时间。

3.采用金属电互连线会由于寄生效应如电感和电容的存在会产生相互的干扰，一方面时钟分布网络的走线容易受到其它信号的干扰，产生随机的抖动，影响电路的功能以及性能。另一方面一般全摆幅充放电的时钟信号也会对其他电路及造成干扰。

4.时钟网络需要插入大量的buffer驱动电路和金属连线，占用了大量的电路芯片面积，增加了制造成本。

以及，近年来也出现了基于波导技术或全息技术的光互连新工艺，该方案需要利用到复杂的波导、反射镜、光子晶体结构、全息图像设备等，元件众多，设计复杂，与传统的CMOS工艺无法兼容，体积难以向微型发展，限制了其应用。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种时钟信号传输装置。

为了实现上述目的，根据本发明的实施例的时钟信号传输装置包括：电路芯片，其中，电路芯片具有至少一个光电转换器；发光器件，发光器件用于发出具有调制的时钟信号的光信号；调制器，用于根据时钟信号对发光器件进行调制，以产生对应的光信号；以及导光板，导光板与电路芯片接触，且导光板的进光面与发光器件接触，导光板用于将光信号导向至电路芯片中的至少一个光电转换器，以使至少一个光电转换器根据光信号生成相应的时钟信号。

在本发明的一个实施例中，发光器件为发光二极管(LED)、谐振发光二极管(RC_LED)、激光二极管(LD)、有机发光二极管(OLED)或量子点发光器件，发光器件用于发出调制后的光信号。

在本发明的一个实施例中，光电转换器为Si、SiGe、Ge或III-V族半导体材料的光电探测器。

在本发明的一个实施例中，调制器集成在电路芯片或发光器件上。

在本发明的一个实施例中，还包括：时钟产生模块，时钟产生模块集成在电路芯片上或者为片外独立芯片。

在本发明的一个实施例中，电路芯片与发光器件通过封装的方式集成在一起。

在本发明的一个实施例中，发光器件通过外延生长方式形成在电路芯片的衬底上。

在本发明的一个实施例中，发光器件为片上异质集成的III-V族或II-VI族材料发光器件。

在本发明的一个实施例中，当电路芯片面积较小时，可以无需导光板，直接连接电路芯片到发光器件上。

在本发明的一个实施例中，光信号为不同颜色光形成的复合光信号。

在本发明的一个实施例中，还包括：至少一个解调器，每个解调器与一个光电转换器对应，用于对电信号进行解调以生成对应的时钟信号。

在本发明的一个实施例中，导光板包括：导光层，导光层分别与电路芯片和发光器件相接触；以及反光层，反光层位于导光层与电路芯片和发光器件的非接触面。

在本发明的一个实施例中，当光信号为不被Si材料吸收的远红外光时，利用电路芯片的Si衬底材料作为导光板。

在本发明的一个实施例中，电路芯片内，光电转换器与导光板之间填充有透明介质，光电转换器以外的位置与导光板之间具有遮光结构。

在本发明的一个实施例中，每个光电转换器与导光板之间具有光子晶体结构，以通过光子晶体结构以实现不同波长光的选择性通过或截止。

在本发明的一个实施例中，在垂直方向上包括多层堆叠的电路芯片，每相邻的电路芯片之间包括导光层。

根据本发明实施例的时钟信号传输装置，具有如下优点：