[发明专利]兼具无线配置和无线收发模式的无线可编程片上系统

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种无线可编程片上系统，特别是一种兼具无线配置和无线收发功能两种工作模式的无线可编程片上系统。

背景技术

当前消费电子、通信、计算机等电子产品功能需求的复杂与细化导致集成电路芯片的更新速度日益加快，同时32nm工艺节点之后的芯片研发成本将高达上千万美元，并且开发周期长，研制风险大。片上可编程系统芯片作为一种灵活、迅捷、高度集成的单片通用解决方案，它可以开发出多标准、多模式、多类型芯片，已成为解决集成电路设计、制造费用急剧增加这一问题的有效方法，越来越受到电子产品开发商和消费者的青睐。

目前常用的片上可编程芯片有复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、微处理控制器(Microprocessor Control Unit，MCU)等。然而，它们都不含有模拟模块，只能实现不同的数字功能；同时，它们需要用到大量的周边模拟/数字设备，包括时钟、模数转换器(Analog Digital Converter，ADC)、数模转换器(Digital Analog Converter，DAC)、各种数据接口等等。随着芯片集成度的提高和应用需求的多样化，未来可编程技术发展的趋势是可编程片上系统，特别是数模混合信号的可编程片上系统。

数模混合信号的可编程片上系统是一种高度集成了可编程模拟处理单元、可编程数字处理单元、MCU以及各种数据接口的现场可编程片上系统。它包含可编程数字阵列、可编程模拟阵列、MCU等多种单元模块，可直接实现模拟信号采集、模数/数模转换和数字、模拟信号处理，具有较高的性价比。数模混合信号的可编程片上系统通过内嵌的配置控制器可以配置模拟处理单元和可编程逻辑资源，减少了整个应用系统的元器件数量，在提高系统可靠性、降低功耗的同时，降低设计成本，缩短产品上市时间。目前，市场上常见的混合信号可编程片上系统是Cypress公司的PSoC系列芯片。自从2002年该系列芯片面世以来，总销量已达5亿颗。预计未来几年，混合信号可编程芯片的市场份额将达到上百亿美元。

现有可编程片上系统芯片的配置方式是有线方式，配置数据存储在片外(或片内)的存储器中，通过芯片管脚与可编程片上系统相连。可编程片上系统通过配置，可以实现不同的功能。配置数据一般存储在片上或者片外的非易失性存储器上，上电初始化后，配置数据会加载到可编程片上系统中的配置SRAM中，完成可编程片上系统的配置。

近年来，混合信号可编程片上系统应用迅速扩展到许多新兴领域，如智能电网，无线传感网络等。但是混合信号可编程片上系统也存在着一定的局限性，主要与其有线配置方式有关：受接口、下载线缆等配置资源的数量限制，可同时配置的芯片数量往往十分有限。同时有线配置方式对场地、环境等提出了一定要求，特别是当整个芯片应用系统处在技术人员不易到达的场合，或者需要同时配置分布距离较远的多个系统中的芯片，或者需要对芯片进行配置升级时，会出现配置效率低、成本高等情况。举例如下：

(1)对整个电子系统进行配置升级时，需要一层一层打开外包装箱，找到相应的可编程片上系统目标板，才可以进行配置升级。这种操作劳动量大，且需要专业人员操作。

(2)在一些恶劣环境(比如湖泊，沼泽，高山等)中的片上可编程电子系统，不仅人工不易到达，甚至连可供人工操作的地方都没有，给可编程片上系统配置升级带来极大不便。

(3)除了不易进行配置升级，有线配置方式在同时配置多个芯片时也存在一定的局限性。目前同时配置多个可编程芯片情况分为两种，一是当多个可编程芯片都在一块PCB板时，需要通过多芯片级联进行配置，增加了PCB布线难度和PCB面积；二是当多个可编程芯片不在一个PCB板上彼此相互独立时，则需要一个一个进行芯片配置，耗时费力。

总之，目前的有线配置方式极大地制约了可编程片上系统应用领域的进一步推广，而这又是可编程片上系统器件本身的特点与工作方式决定的，是现有可编程片上系统技术自身不能克服的固有特征。因此非常有必要在深入理解其工作原理基础上，探寻新的设计思想，从设计理念、工艺制造等多个角度入手，在芯片内部引入新的功能模块，从根本上改变可编程片上系统应用范畴、可靠性等存在的问题。本发明就是面向这种需求，从可编程片上系统配置模式入手，提出新的无线配置方案，设计完整的无线配置系统，从而拓展可编程片上系统的应用范畴。