[发明专利]用于芯片到芯片连接的差动电流模式低延迟调制及解调

说明书

相关申请的交叉参考

本申请请求于2013年5月9日申请的序列号为61/821,702的美国临时专利申请案的优先权及其权益，其整体此处引入供参考。

背景技术

1、技术领域

本发明一般是关于芯片到芯片通信，具体地，是关于利用差动电流模式多频调制-解调技术的短距离芯片到芯片通信。

2、背景技术的说明

传统串行式I/O是以多路调制及多路解调数字通信为基础。为了增加采用这些传统方案的通信带宽，有人首先求助于增加时钟频率。

然而，每一种过程技术在时钟频率上均有其自身的限制，因此人们必需经常增加I/O连接的数量以增加带宽，因此增加制造成本。此类成本甚至在3D集成电路整合中，诸如那些用于垂直互连的以贯通基材穿孔(through-substrate-via，TSV)为基础的整合中，会进一步增加。用于I/O的TSV的数量基于基础物理或机械的限制是无法扩展的。高于每单位面积内特定数量(或总体密度)的TSV会导致细薄化的Si基材(约100μm/层(tier))，其可能导致崩坏。因此，此种细薄现象可严重地限制3D集成电路内的层间通信带宽。

因此，已在寻求具有较高通信带宽的芯片到芯片通信电路，该电路不需要在时钟频率或额外的I/O连接中同时增加。传统芯片到芯片通信连接依赖通过互连金属线的电压通信。即使是用于芯片间通信的先进方法，诸如先前申请案中发明人所教示的用于芯片到芯片连接的多频带正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)电路(提供高带宽而不会增加时钟频率或增加I/O连接)，仍包括具有终端或不具终端的电压信号的使用。

这些用于执行多频带或QAM调制及解调电路的现存方法是以长距离通信为目标。此是因为通信间的距离长以及高功率放大器及低噪声放大器可用来传送或接收电压模式而非电流模式中的通信信号。

因此，本发明提供用于几英寸或更短的短芯片间距离的强化的芯片到芯片通信技术。

发明内容

提出一种新颖的差动电流模式调制-解调方法，所述方法提供较低(较短)延迟、较低功耗、较高制作良率，然而同时提供对过程变量的弹性，诸如，用于多频带QAM收发器电路。本发明新颖的差动电流模式调制-解调方法/装置可应用于若干需要短距离芯片间通信的应用，并且尤其好地适于作为用于三维集成电路通过垂直TSV互连中的芯片到芯片连接的基础。

调制解调是以差动电路模式为基础实现的，并且包括DC电流降低电路元件以改善信号噪声比(signal-to-noise ratio，SNR)。本发明的电路是利用具有经证明的较高制造良率的电流镜而予以优选地实现的。具有可调滞后的电流模式施密特触发器(Schmitt Trigger)被纳入解调电路内，以在不产生位错误的情况下改善数据恢复。

本发明的进一步的方面将在说明书的下列部分中进行说明，其中详细说明旨在完整揭示本发明优选实施例，而并非对所述优选实施例进行限制。

附图说明

通过参考下列附图能够更加全面地理解本发明，其中所述附图仅用于示例性说明。

图l是根据本发明的一实施例的一短距离调制及解调通信装置的示意框图。

图2是根据本发明的一实施例使用的直流降低电路的示意图。

图3A是根据本发明的一实施例使用的差动电流操控混合器的示意图。

图3B是根据本发明的一实施例运行的图3A电路的计时/相位图。

具体实施方式

一般地，本发明提供了一种新颖形式的芯片到芯片通信技术，该技术在芯片间的通信距离少于几英寸(诸如3英寸)，以及优选地少于约3英寸时将调制-解调应用至差动电流流上。本发明的装置、系统及方法具有若干优点，包括，与具有单端或差动模式的现有电压信号所提供的相比，具有较低的电力、较低的延迟、相邻贯通硅穿孔(through-silicon-vias，TSVs)之间的干扰耐受性以及对制造过程变量的增加的耐受性。