半导体系统的制作方法
【专利摘要】一种半导体系统，包括：控制器；以及半导体器件，可以通过单个输入/输出焊盘与控制器通信信号。半导体器件包括：自供电发生块，可以响应于通过单个输入/输出焊盘从控制器输入的第一信号来产生驱动电压，以及在驱动电压超过设定电压时产生启动信号；状态机块，可以响应于启动信号来检测通过单个输入/输出焊盘从控制器输入的第二信号的脉冲宽度，以及可以响应于脉冲宽度来产生命令和数据；以及数据输出块，可以响应于命令而将数据转换成与数据对应的电流电平的第三信号，以及通过单个输入/输出焊盘将第三信号输出给控制器。
【专利说明】半导体系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年6月28日提交的申请号为10-2013-0075442的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
【技术领域】
[0003]本发明的示例性实施例涉及一种半导体设计技术，且更具体而言，涉及一种用于控制电源和通过使用单个端口在控制器和半导体器件之间处理数据的方法。
【背景技术】
[0004]一般来说，具有一对输入端子和输出端子的存储器被称作单端口存储器，而具有至少两对输入端子和输出端子的存储器被称作多端口存储器。因为单端口存储器只具有一个输入端子和一个输出端子，因此一次可访问一个数据，而由于多端口存储器具有多个输入端子和多个输出端子，因此一次可同时访问多个数据。
[0005]然而，由于在多端口存储器中提供了多个端口和多个焊盘，因此在多端口存储器的芯片的尺寸和形状方面存在限制。另外，将存储器应用于各种领域、诸如生物芯片领域也是困难的。例如，在操作触及心脏的生物芯片的情况下，如果控制器占据体积大，则控制器和存储器件以具有小尺寸的存储芯片插入心脏附近、而用于提供电源和用作控制器的电路安装在人体外部的方式彼此分开。在这点上，由于要安装多个端口和多个焊盘以将存储器件与外部控制器和电池连接，因此可能对心脏造成负担或使病人不舒适。
[0006]尽管提出了存储器件和控制器之间的无线通信作为一种替选方案，但是在诸如RF通信的无线通信的情况下，暴露于黑客袭击的可能性很大。由于要设置天线和对应的信号处理装置，因此电路设计可能会复杂。
[0007]因此，对能够应用于各种领域的单端口存储器件的需求在增加。
【发明内容】
[0008]各种实施例针对一种半导体系统，其中控制器和存储器件之间的端口和/或焊盘的数目减少，使得允许通过一个端口或焊盘来发送和接收目标信号以及处理数据。
[0009]在一个不例性实施例中，一种半导体系统可以包括:控制器；以及半导体器件，可以通过单个输入/输出焊盘与控制器通信一个或更多个信号，其中半导体器件包括:自供电发生块，可以响应于通过单个输入/输出焊盘从控制器输入的第一信号来产生驱动电压，以及可以在驱动电压超过设定电压时产生启动信号；状态机块，可以响应于启动信号来检测通过单个输入/输出焊盘从控制器输入的第二信号的脉冲宽度，以及可以响应于第二信号的脉冲宽度来产生命令和数据；以及数据输出块，可以响应于命令将数据转换成与数据对应的电流电平的第三信号，以及通过单个输入/输出焊盘将第三信号输出给控制器。
[0010]在一个示例性实施例中，一种用于驱动包括控制器和半导体器件的半导体系统的方法，所述方法包括以下步骤:通过单个输入/输出焊盘将第一信号从控制器输入到半导体器件，以及在半导体器件中利用第一信号来产生半导体器件的驱动电压；当驱动电压达到设定电平时，通过单个输入/输出焊盘将第二信号从控制器输入到半导体器件，以及在半导体器件中响应于第二信号的脉冲宽度来产生命令和数据；以及在半导体器件中响应于命令将数据转换成与数据对应的电流电平的第三信号，且通过单个输入/输出焊盘将第三信号从半导体器件输出到控制器。
[0011]在一个示例性实施例中，一种半导体系统可以包括:单个输入/输出焊盘；控制器，可以通过单个输入/输出焊盘来传送第一信号和第二信号，以及可以感测通过单个输入/输出焊盘传送的信号；以及半导体器件，可以通过单个输入/输出焊盘来接收第一信号和第二信号、可以响应于第一信号来产生驱动电压、响应于第二信号来产生命令和数据、以及响应于命令而通过单个输入/输出焊盘将与数据对应的第三信号传送给控制器。
[0012]根据上述实施例，控制器和存储器件之间的端口和/或焊盘的数目减少，使得允许通过一个端口来传送和接收目标信号以及处理数据，由此芯片可以被转用和扩展到各种应用领域。例如，由于通过一个焊盘来执行操作且由此不需要特定的模式，因此芯片不仅可以插入到信用卡的正面。也可以插入到信用卡的侧缘。芯片可以插入到例如钥匙的弯曲部分中。因此，与车门或房门相关联的钥匙识别装置可以只与嵌入在钥匙中的芯片反应，且钥匙可以不被复制。而且，在生物工业领域中，当芯片插入到人体且信号从外部施加时，可以通过仅在人体外部设置一个焊盘来实现平滑的数据交换，由此可以给病人带来便利性，促进应用工业的普及。
[0013]另外，根据上述实施例，由于没有使用诸如RF通信的无线通信，因此可以减少暴露于黑客袭击的可能性，并且由于不必额外地插入天线，因此可以容易且便利地实施电路设计。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是示出根据本发明示例性实施例的半导体系统的配置的框图。
[0015]图2是示出图1的自供电发生块的配置图。
[0016]图3是示出图2的启动信号发生单元的配置图。
[0017]图4A是示出图1的状态机块的配置图。
[0018]图4B是示出用于产生图4A的读取复位信号的读取复位信号发生单元的配置图。
[0019]图5是示出图4A的第一脉冲宽度检测单元的配置图。
[0020]图6是示出图1的存储单元的配置图。
[0021]图7是示出图1的电流电平信号输出单元的配置图。
[0022]图8是描述根据本发明示例性实施例的半导体系统的操作的时序图。
【具体实施方式】
[0023]以下将参照附图更详细地描述各种实施例。然而，本发明可以采用不同的形式来实施，而不应解释为局限于本文所列的实施例。确切地说，提供这些实施例使得本公开充分和完整，并向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。在本公开中，相似的附图标记涉及本发明的各个附图和实施例中相似编号的部分。也应当注意的是，在本说明书中，“连接/耦接”不仅表示一个部件与另一个部件直接耦接，还表示经由中间部件与另一个部件间接耦接。另外，只要未在句子中特意提及，单数形式可以包括复数形式。
[0024]图1是示出根据本发明示例性实施例的半导体系统的配置的框图。
[0025]参见图1，根据示例性实施例的半导体系统包括控制器100、半导体器件200和单个输入/输出焊盘300。
[0026]半导体器件200可以通过单个输入/输出焊盘300从控制器100接收第一信号并可以产生驱动电压VDD。当驱动电压VDD达到预定电平时，半导体器件200可以响应于通过单个输入/输出焊盘300从控制器100输入的第二信号的脉冲宽度来产生命令WT、RD和PCG以及要内部使用的数据DATA_IN。半导体器件200可以响应于命令WT、RD和PCG来将数据DATA_IN转换成相应电流电平的第三信号，且可以通过单个输入/输出焊盘300来输出第三信号至控制器100。控制器100可以感测从半导体器件200输入的第三信号的电流电平中的变化，并可以恢复数据。
[0027]具体来说，半导体器件200包括自供电发生块220、状态机块240和数据输出块260。自供电发生块220可以接收通过单个输入/输出焊盘300输入的第一信号，且可以产生驱动电压VDD。状态机块240可以检测通过单个输入/输出焊盘300输入的第二信号的脉冲宽度，且可以响应于该脉冲宽度来单独地产生命令WT、RD和PCG以及数据DATA_IN。数据输出块260可以响应于命令RD和WT来将数据DATA_IN转换成对应电流电平的第三信号，且可以通过单个输入/输出焊盘300输出第三信号。
[0028]根据本发明的一个实施例，当驱动电压VDD被充电超过预定电压时，自供电发生块220可以激活且可以输出启动信号START_UP。此外，自供电发生块220可以响应于启动信号START_UP与单个输入/输出焊盘300连接或断开。例如，自供电发生块220可以在启动信号START_UP被激活时与单个输入/输出焊盘300断开且中断驱动电压VDD的产生，以及可以在启动信号START_UP被去激活时与单个输入/输出焊盘300连接且继续驱动电压VDD的产生。
[0029]状态机块240响应于启动信号START_UP而被使能。在状态机块240响应于当驱动电压VDD被充电超过预定电压时被激活的启动信号START_UP而被使能之后，状态机块240被供应驱动电压VDD。状态机块240检测通过单个输入/输出焊盘300输入的第二信号的脉冲宽度，且响应于该脉冲宽度来单独地产生命令WT、RD和PCG。作为参考，命令WT、RD和PCG包括:在写入操作中激活的写入命令WT、在读取操作中激活的读取命令RD、以及用作复位信号的预充电命令PCG。
[0030]数据输出块260包括存储单元262和电流电平信号输出单元264。存储单元262可以响应于写入命令WT而将通过对数据DATA_IN的触发次数的数目进行计数所获得的值储存作为多个比特Q0、Ql…QN。电流电平信号输出单元264可以响应于读取命令RD和所述多个比特Q0、QL...QN来通过单个输入/输出焊盘300输出电流电平的第三信号。
[0031]控制器100包括发送单元120、接收单元140和处理器160。发送单元120可以驱动从处理器160传送的第一信号和第二信号,且可以输出第一信号和第二信号至单个输入/输出焊盘300。接收单元140可以接收通过单个输入/输出焊盘300输入的电流电平的第三信号，并将第三信号传送至处理器160。处理器160可以将用于产生驱动电压VDD的第一信号和用于产生命令WT、RD和PCG和数据DATA_IN的第二信号输出给发送单元120，且可以感测从接收单元140输入的第三信号的电流电平中的变化以恢复数据。处理器160可以包括电流感测器，所述电流感测器检测通过单个输入/输出焊盘300输入的信号的电流电平中的变化。
[0032]图2是示出图1的自供电发生块220的配置图。
[0033]参见图2，自供电发生块220包括驱动电压发生单元24、启动信号发生单元26和断开单元22。驱动电压发生单元24可以通过单个输入/输出焊盘300来接收第一信号且可以产生驱动电压VDD。启动信号发生单元26可以在驱动电压VDD超过预定电压时产生启动信号START_UP。断开单元22可以响应于启动信号START_UP的激活来阻断与单个输入/输出焊盘300的连接，且可以防止从控制器100传送第一信号。
[0034]具体来说，驱动电压发生单元24包括二极管式连接的第一和第二负沟道金属氧化物半导体(NM0S)晶体管N1和N2以及电容器C1。第一信号是用于产生驱动电压VDD的信号。当具有与VDD+2*Vth对应的电压电平的第一信号从控制器100通过单个输入/输出焊盘300被供给半导体器件200时，电容器C1通过第一和第二 NM0S晶体管N1和N2被充电到驱动电压VDD的电平。驱动电压VDD可以从第一节点ND1输出，第一节点ND1是第一和第二 NM0S晶体管N1和N2以及电容器C1的公共节点。
[0035]启动信号发生单元26接收第一节点ND1的信号并输出启动信号START_UP。SP，启动信号发生单元26在第一节点ND1的信号达到驱动电压VDD的电平时通过将启动信号START_UP激活至逻辑高电平来输出启动信号START_UP。
[0036]断开单元22连接/耦合在单个输入/输出焊盘300和驱动电压发生单元24之间且包括P型金属氧化物半导体(PM0S)晶体管P1，所述晶体管P1通过其栅极接收启动信号START_UP。在本发明的一个实施例中，断开单元22可以响应于启动信号START_UP而将单个输入/输出焊盘300与驱动电压发生单元24彼此连接或断开。因而，如果启动信号START_UP被激活，则断开单元22将单个输入/输出焊盘300与驱动电压发生单元24相互断开并中断驱动电压VDD的产生。如果启动信号START_UP被去激活，则断开单元22将单个输入/输出焊盘300与驱动电压发生单元24相互连接并继续驱动电压VDD的产生。此外，控制器100可以经由电流传感器等来感测通过单个输入/输出焊盘300输入的信号的电流电平中的变化，并可以在单个输入/输出焊盘300和驱动电压发生单元24相互断开的情况下中断第一信号的传送。
[0037]如从以上描述可以看出，本公开的自供电发生块220可以从外部控制器接收信号并通过自身产生驱动电压VDD。另外，在产生目标驱动电压VDD之后，可以阻断与外部控制器的连接，并防止驱动电压VDD的过度充电。因而，可以减少不必要的电流消耗。
[0038]图3是示出图2的启动信号发生单元26的配置图。
[0039]参见图3,启动信号发生单兀26包括信号驱动部32和信号输出部34。信号驱动部32包括PM0S晶体管P2和NM0S晶体管N3，PM0S晶体管P2和NM0S晶体管N3串联连接在驱动电压VDD的端子和接地电压的端子之间，且分别通过栅极接收接地电压和第一节点ND1的信号。信号输出部34可以包括反相锁存器，且可以被配置成锁存信号驱动部32的输出并输出启动信号START_UP。
[0040]如从以上描述可以看出，本发明的启动信号发生单元26响应于第一节点ND1的信号来输出启动信号START_UP。例如，当第一节点ND1的电压电平小于驱动电压VDD的目标电平时，NM0S晶体管N3被关断，信号驱动部32输出逻辑高电平的信号，并且信号输出部34反相锁存信号驱动部32的输出并将被去激活至逻辑低电平的启动信号START_UP输出。相反，当第一节点ND1被充电至具有驱动电压VDD的目标电平时，NMOS晶体管N3被导通，信号驱动部32输出逻辑低电平的信号，信号输出部34输出被激活至逻辑高电平的启动信号START_UP。
[0041]图4A是示出图1的状态机块240的配置图。
[0042]参见图4A，状态机块240包括第一至第四脉冲宽度检测单元43、44、45和46以及固有信号输出单元48。第一至第四脉冲宽度检测单元43、44、45和46可以响应于启动信号START_UP而被激活，且可以在经由单个输入/输出焊盘300输入的第二信号的脉冲宽度大于预定脉冲宽度的情况下激活相应的输出信号。固有信号输出单元48可以响应于所述多个脉冲宽度检测单元43、44、45和46的输出信号来单独地输出相应的命令WT、RD和PCG以及数据DATA_IN。
[0043]在本发明的一个实施例中，第一至第四脉冲宽度检测单元43、44、45和46之中的第一脉冲宽度检测单元43可以具有Ins的预定脉冲宽度。在这种情况下，当通过单个输入/输出焊盘300输入的第二信号的脉冲宽度大于Ins的预定脉冲宽度时，第一脉冲宽度检测单元43激活第一输出信号0UT1。第二脉冲宽度检测单元44可以具有10ns的预定脉冲宽度。在这种情况下，当第二信号的脉冲宽度大于10ns的预定脉冲宽度时，第二脉冲宽度检测单元44激活第二输出信号0UT2。第三脉冲宽度检测单元45可以具有100ns的预定脉冲宽度。在这种情况下，当第二信号的脉冲宽度大于100ns的预定脉冲宽度时，第三脉冲宽度检测单元45激活第三输出信号0UT3。第四脉冲宽度检测单元46可以具有300ns的预定脉冲宽度。在这种情况下，当第二信号的脉冲宽度大于300ns的预定脉冲宽度时，第四脉冲宽度检测单元46激活第四输出信号0UT4。
[0044]固有信号输出单元48包括判断部48A和输出部48B。判断部48A可以接收第一至第四输出信号0UT1、0UT2、0UT3和0UT4，且可以单独地产生对应的命令WT、RD、PCG和数据DATA_IN。输出部48B可以锁存判断部48A的输出且可以输出结果信号。
[0045]判断部48A包括分别接收第一至第四输出信号0UT1、0UT2、0UT3和0UT4的第一至第四逻辑部分AND1、AND2、AND3和AND4。第一至第四逻辑部分AND1、AND2、AND3和AND4可以包括与门。第一至第四逻辑部分AND1、AND2、AND3和AND4可以包括每个都接收第一至第四输出信号0UT1、0UT2、0UT3和0UT4中的两个连续输出信号的与门。具体来说，第一逻辑部分AND1使用第二输出信号0UT2的反相信号和第一输出信号0UT1来执行与操作。第二逻辑部分AND2使用第三输出信号0UT3的反相信号和第二输出信号0UT2来执行与操作。第三逻辑部分AND3使用第四输出信号0UT4的反相信号和第三输出信号0UT3来执行与操作。第四逻辑部分AND4使用第三输出信号0UT3和第四输出信号0UT4来执行与操作。
[0046]输出部48B输出第一逻辑部分AND1的输出作为数据DATA_IN，且锁存第二至第四逻辑部分AND2、AND3和AND4的相应输出并输出命令WT、RD和PCG。输出部48B可以包括第一和第二触发器DFF1和DFF2以及预充电信号发生部分48B_1，第一和第二触发器DFF1和DFF2通过输入端子D来接收驱动电压VDD，并通过时钟端子来接收第二和第三逻辑部分AND2和AND3的输出。
[0047]具体来说，第一触发器DFF1通过输入端子D接收驱动电压VDD、通过时钟端子D来接收第二逻辑部分AND2的输出以及通过复位端子RST来接收预充电命令PCG、且输出写入命令WT。第二触发器DFF2通过输入端子D接收驱动电压VDD、通过时钟端子来接收第三逻辑部分AND3的输出以及通过复位端子RST来接收读取复位信号RD_RST、且输出读取命令RD。预充电信号发生部分48B_1可以缓冲第四逻辑部分AND4的输出且输出预充电命令PCG。预充电命令PCG用作第一触发器DFFl的复位信号，读取复位信号RD_RST用作第二触发器DFF2的复位信号。读取复位信号RD_RST是响应于读取命令RD或预充电命令PCG而被激活的信号。
[0048]在读取操作中，大体执行读取与自动充电操作。因而，在本发明的一个实施例中，如果在读取命令RD被激活且通过单个输入/输出焊盘300读取数据之后经过了预定时间，则第二触发器DFF2可以被复位以将读取命令RD初始化。
[0049]在读取操作中，随着通过单个输入/输出焊盘300来读取数据，驱动电压VDD的电压电平下降与读取数据对应的电压电平。为了防止状态机块240在其输入值上受到这种电压降的影响以及在读取操作中不正确地产生命令信号，在读取操作中执行屏蔽，以便防止状态机块240接收通过单个输入/输出焊盘300输入的信号。为此，如图4A所示，可以提供数据屏蔽单元49。数据屏蔽单元49可以包括与门AND5，所述与门AND5接收通过单个输入/输出焊盘300输入的信号以及读取命令RD的反相信号。
[0050]如从以上描述可以看出，在响应于驱动电压VDD被充电超过预定电压时被激活的启动信号START_UP而被使能之后，本发明的状态机块240被供应驱动电压VDD、检测通过单个输入/输出焊盘300输入的第二信号的脉冲宽度、且响应于该脉冲宽度来单独地产生命令WT、RD和PCG和数据DATA_IN。因此，状态机块240的操作不与自供电发生块220的驱动电压充电操作冲突。另外，在读取操作中，执行屏蔽以便防止状态机块240接收通过单个输入/输出焊盘300输入的信号,使得可以正确地产生命令。
[0051]图4B是示出用于产生图4A的读取复位信号RD_RST的读取复位信号发生单元的配置图。
[0052]参见图4B，读取复位信号发生单元42包括延迟部42A、脉冲发生部42B以及逻辑操作部42C。延迟部42A可以接收读取命令RD、可以将读取命令RD延迟预定时间、且可以产生延迟信号DLY_RD。脉冲发生部42B可以接收延迟信号DLY_RD，且可以产生以预定时段被激活的脉冲为形式的脉冲信号PLS_RD。当脉冲信号PLS_RD或预充电命令PCG被激活时，逻辑操作部42C可以激活且可以输出读取复位信号RD_RST。作为参考，逻辑操作部42C可以包括或门0R1。由于脉冲发生部42B具有本领域中已知的配置，因此将省略对其的详细描述。
[0053]图5是示出图4A的第一脉冲宽度检测单元43的配置图。
[0054]参见图5，第一脉冲宽度检测单元43包括去激活状态传送部57、激活状态传送部58和锁存部59。去激活状态传送部57可以在第二信号被去激活至逻辑高电平时将经由单个输入/输出焊盘300输入的第二信号传送给锁存部59。激活状态传送部58可以仅在第二信号的脉冲宽度大于预定脉冲宽度且第二信号被激活至逻辑低电平时将第二信号传送给锁存部59。锁存部59可以锁存从去激活状态传送部57和激活状态传送部58传送的信号且可以输出第一输出信号0UT1。
[0055]去激活状态传送部57可以包括第一传输门TGl，所述第一传输门TGl可以响应于第二信号来接收和传送经由单个输入/输出焊盘300输入的第二信号。锁存部59可以包括反相锁存器。激活状态传送部58包括控制信号发生部分58_1和传送部分58_2。控制信号发生部分58_1可以响应于启动信号START_UP而被激活，且在第二信号的脉冲宽度大于预定脉冲宽度的情况下激活控制信号CON。传送部分58_2可以包括响应于控制信号CON而被控制的第二传输门TG2。因此，当第二信号的脉冲宽度大于预定脉冲宽度且第二信号被激活至逻辑低电平时，激活状态传送部58将第二信号传送给锁存部59，锁存部59反相锁存第二信号且输出被激活至逻辑高电平的第一输出信号0UT1。
[0056]具体来说，控制信号发生部分58_1包括滤波器52、缓冲器56和使能器54。当第二信号的脉冲宽度大于预定脉冲宽度时，滤波器52可以对第二信号滤波且可以输出滤波的信号。缓冲器56可以缓冲滤波器52的输出且可以输出控制信号C0N。使能器54可以响应于启动信号START_UP来激活滤波器52。
[0057]滤波器52包括第一至第四可变电阻器VR1、VR2、VR3和VR4，第一和第二 PM0S晶体管P3和P4、以及第一和第二 NM0S晶体管N4和N5。第一可变电阻器VR1、第一 PM0S晶体管P3、第一 NM0S晶体管N4和第二可变电阻器VR2串联连接在驱动电压VDD的端子和第二节点ND2之间。第一 PM0S晶体管P3和第一 NM0S晶体管N4通过栅极来接收经由单个输入/输出焊盘300输入的第二信号。第三可变电阻器VR3、第二 PM0S晶体管P4、第二 NM0S晶体管N5和第四可变电阻器VR4串联连接在驱动电压VDD的端子和第二节点ND2之间。第二 PM0S晶体管P4和第二 NM0S晶体管N5通过栅极来接收作为第一 PM0S晶体管P3和第一NM0S晶体管N4的公共节点的第三节点ND3的信号。第一至第四可变电阻器VR1、VR2、VR3和VR4的电阻值可以响应于固有脉冲宽度而被控制。例如，第一脉冲宽度检测单元43的预定脉冲宽度可以被设置为1ns，第一至第四可变电阻器VR1、VR2、VR3和VR4的电阻值可以被设置成使得当输入的第二信号的脉冲宽度大于Ins时激活第一输出信号0UT1。
[0058]缓冲器56包括串联连接的两个反相器INV1和INV2。缓冲器56缓冲滤波器52的输出且输出控制信号C0N。
[0059]使能器54包括连接在第二节点ND2和接地电压的端子之间的NM0S晶体管N6，且通过NM0S晶体管N6的栅极接收启动信号START_UP。
[0060]作为参考，由于除了设置在滤波器52中的第一至第四可变电阻器VR1、VR2、VR3和VR4的电阻值不同以外，第一至第四脉冲宽度检测单元43、44、45和46具有相同的配置，因此在此将省略对其的详细描述。
[0061]如从以上描述可以看出，第一至第四脉冲宽度检测单元43、44、45和46响应于启动信号START_UP而被激活，且在通过单个输入/输出焊盘300输入的第二信号的脉冲宽度大于预定脉冲宽度的情况下激活对应的输出信号。此外，由于第一至第四脉冲宽度检测单元43、44、45和46包括锁存器型电路，因此它们可以防止由于不同电阻值而产生的毛刺型(glitch-type)噪声。
[0062]图6是示出图1的数据输出块260的存储单元262的配置图。
[0063]参见图6，存储单元262包括多比特计数器，所述多比特计数器响应于写入命令WT而被使能、对输入的数据DATA_IN的触发次数的数目进行计数、且输出计数值作为多个比特 Q0、Q1...QN。
[0064]所述多比特计数器可以通过串联连接的多个D触发器62、64和66构成。所述多个D触发器62、64和66之中的设置在第一级的D触发器62响应于写入命令WT而被使能、通过输入端子D来接收该D触发器62输出的反相信号、并通过时钟端子来接收数据DATA_IN。下级的其余的D触发器64和66响应于写入命令WT而被使能、通过输入端子D来接收它们的输出的反相信号、以及通过时钟端子来接收前一级的输出。例如，在数据DATA_IN以5ns脉冲宽度触发3次的情况下，所述多个D触发器62、64和66以二进制形式来储存数据DATA_IN且输出多个比特ζ!0、0Ρ..0Ν。
[0065]如从以上描述可以看出，本公开的存储单元262在写入模式中响应于写入命令WT而将数据DATA_IN的触发次数的数目的计数值储存为多个比特Q0、Ql…QN。
[0066]图7是示出图1的数据输出块260的电流电平信号输出单元264的配置图。
[0067]参见图7，电流电平信号输出单元264包括多个晶体管N7、N8和N9以及偏置部NlO0所述多个晶体管N7、N8和N9并联连接在单个输入/输出焊盘300和第四节点ND4之间、分别接收从存储单元262输出的多个比特QO、Ql…QN中的相应比特、且输出对应于所述多个比特的电流电平的第三信号。偏置部NlO响应于读取命令RD将偏置电压供应到第四节点ND4。
[0068]所述多个晶体管N7、N8和N9可以分别具有不同的尺寸。所述多个晶体管N7、N8和N9可以设计成使得一个的尺寸是另一个的两倍。由此，所述多个晶体管N7、NS和N9在多个比特Q0、Q1...QN之中的相应比特为高电平时导通，然后改变和输出流向单个输入/输出焊盘300的电流量。
[0069]如从以上描述可以看出，本发明的电流电平信号输出单元264在读取模式中响应于读取命令RD将多个比特00、01...ζ!Ν转换成相应电流电平的第三信号，且通过单个输入/输出焊盘300来输出所述电流电平的第三信号。
[0070]图8是描述根据本发明实施例的半导体系统的操作的时序图。
[0071]在下文中，将参考图1至图8来描述根据实施例的半导体系统的操作。
[0072]参见图8，通过单个输入/输出焊盘300将具有与VDD+2*Vth对应的电压电平的第一信号从控制器100供应到半导体器件200。由于启动信号START_UP被去激活至逻辑低电平，因此自供电发生块220的断开单元22被导通，并将单个输入/输出焊盘300和驱动电压发生单元24相互连接，因而，驱动电压VDD通过第一和第二 NMOS晶体管NI和N2被充电到电容器Cl中且通过第一节点NDl输出。然后，启动信号发生单元26接收第一节点NDl的信号，并通过将该信号激活至逻辑高电平来输出启动信号START_UP，因而，断开单元22将单个输入/输出焊盘300和驱动电压发生单元24相互断开且中断驱动电压VDD的产生。此外，控制器100可以通过电流传感器等来检测通过单个输入/输出焊盘300输入的信号的电流电平中的变化、可以在单个输入/输出焊盘300和驱动电压发生单元24相互断开时中断用于产生电压的第一信号的传送、以及可以传送用于产生信号的第二信号。
[0073]半导体器件200的状态机块240响应于启动信号START_UP而被激活，且响应于从控制器100输入的第二信号的脉冲宽度来单独地产生命令WT、RD和PCG以及数据DATA_IN。这时，由于读取命令RD被去激活至逻辑低电平，因此状态机块240的数据屏蔽单元49不屏蔽从控制器100通过单个输入/输出焊盘300输入的第二信号，而照原样传送第二信号。
[0074]在下文中，将以状态机240的第一脉冲宽度检测单元43的预定脉冲宽度为Ins、第二脉冲宽度检测单元44的预定脉冲宽度为10ns、第三脉冲宽度检测单元45的预定脉冲宽度为100ns、以及第四脉冲宽度检测单元46的预定脉冲宽度为300ns为例进行描述。
[0075]首先，将描述第一操作，其中输入具有50ns脉冲宽度的写入命令WT、执行连续地输入具有5ns脉冲宽度的数据DATA_IN的写入操作、以及输入具有400ns脉冲宽度的预充电命令PCG。
[0076]在第一操作中，当通过单个输入/输出焊盘300输入的第二信号的脉冲宽度大于Ins的预定脉冲宽度时，状态机块240的第一脉冲宽度检测单元43激活第一输出信号0UT1。因而,第一输出信号0UT1具有输入的第二信号的反相电平。第二脉冲宽度检测单兀44在第二信号的脉冲宽度大于10ns的预定脉冲宽度时激活第二输出信号0UT2。因而，第二输出信号0UT2具有不包括数据DATA_IN的第二信号的反相电平。第三脉冲宽度检测单元45在第二信号的脉冲宽度大于100ns的预定脉冲宽度时激活第三输出信号0UT3。因而，第三输出信号0UT3具有不包括数据DATA_IN和写入命令WT的第二信号的反相电平。第四脉冲宽度检测单元46在第二信号的脉冲宽度大于300ns的预定脉冲宽度时激活第四输出信号0UT4。因而，第四输出信号0UT4具有与第三输出信号0UT3相同的电平，即不包括数据DATA_IN和写入命令WT的第二信号的反相电平。
[0077]状态机块240的固有信号输出单元48响应于所述多个脉冲宽度检测单元43、44、45和46的第一至第四输出信号0UT1、0UT2、0UT3和0UT4来顺序地激活写入命令WT、数据DATA_IN和预充电命令PCG。
[0078]数据输出块260的存储单元262响应于写入命令WT而将通过对数据DATA_IN的触发次数的数目进行计数所获得的值储存为多个比特90、01...0Ν。此后，写入命令WT根据预充电命令PCG的激活而被初始化为逻辑低电平。
[0079]接着，将描述第二操作，其中输入具有200ns脉冲宽度的读取命令RD、执行读取操作、以及读取电流电平的第三信号。
[0080]在第二操作中，状态机块240的脉冲宽度检测单元43、44、45和46检测通过单个输入/输出焊盘300输入的第二信号的脉冲宽度,并产生第一至第四输出信号0UT1、0UT2、0UT3和0UT4。第一至第三脉冲宽度检测单元43、44和45输出具有输入的第二信号的反相电平的第一至第三输出信号0UT1、0UT2和0UT3，第四脉冲宽度检测单元46输出具有不包括读取命令RD的第二信号的反相电平的第四输出信号0UT4。
[0081]状态机块240的固有信号输出单元48响应于所述多个脉冲宽度检测单元43、44、45和46的第一至第四输出信号0UT1、0UT2、0UT3和0UT4来激活读取命令RD。根据激活的读取命令RD，数据输出块260的电流电平信号输出单元264将储存在存储单元262中的多个比特Q0、QL...QN反相成对应电流电平的第三信号，且通过单个输入/输出焊盘300来输出第三信号。此后，当经过预定时间之后，可以激活读取复位信号RD_RST来将读取命令RD初始化。
[0082]控制器100的接收单元140接收通过单个输入/输出焊盘300输入的电流电平的第三信号，且将第三信号传送给处理器160。处理器160感测第三信号的电流电平中的变化且恢复数据。
[0083]在读取操作中，读取命令RD被激活至逻辑高电平，且数据屏蔽单元49屏蔽通过单个输入/输出焊盘300输入的第二信号的输入。由此，防止状态机块240在读取操作中不正确地产生命令。
[0084]如从以上描述显然可以看出，根据本发明的实施例，存储器件可以利用耦合在控制器和存储器件之间的单个输入/输出焊盘从外部控制器接收信号，且通过自身产生驱动电压VDD。在驱动电压VDD被充电超过预定电压之后，存储器件可以响应于通过单个输入/输出焊盘输入的信号的脉冲宽度来单独地产生命令和数据。存储器件可以响应于命令来将数据转换成与数据对应的电流电平的第三信号，且输出第三信号。结果，存储器件的端口和/或焊盘的数目可以减少，由此可以减少存储器件的面积。
[0085]而且，由于存储器件利用单个输入/输出焊盘从外部控制器接收信号来通过自身产生驱动电压VDD，并在驱动电压VDD产生后阻断与外部控制器的连接，所以可以减少不必要的电流消耗。
[0086]尽管出于说明目的描述了本发明的各种实施例，但是对于本领域的技术人员显然的是，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变化和修改。
[0087]通过以上实施例可以看出，本申请提供了以下的技术方案。
[0088]1.一种半导体系统，包括:
[0089]控制器；以及
[0090]半导体器件，适用于通过单个输入/输出焊盘与所述控制器通信一个或更多个信号，其中，所述半导体器件包括:
[0091]自供电发生块，适用于响应于通过所述单个输入/输出焊盘从所述控制器输入的第一信号来产生驱动电压，以及当所述驱动电压超过设定电压时产生启动信号；
[0092]状态机块，适用于响应于所述启动信号来检测通过所述单个输入/输出焊盘从所述控制器输入的第二信号的脉冲宽度，以及响应于所述第二信号的脉冲宽度来产生命令和数据；以及
[0093]数据输出块，适用于响应于所述命令将所述数据转换成与所述数据对应的电流电平的第三信号，以及通过所述单个输入/输出焊盘将所述第三信号输出给所述控制器。
[0094]2.根据技术方案I所述的半导体系统，其中，所述自供电发生块响应于所述启动信号而与所述单个输入/输出焊盘断开。
[0095]3.根据技术方案2所述的半导体系统，其中，所述状态机块响应于所述启动信号而被使能。
[0096]4.根据技术方案I所述的半导体系统，其中，所述自供电发生块包括:
[0097]驱动电压发生单元，适用于接收所述第一信号和产生所述驱动电压；
[0098]启动信号发生单元，适用于在所述驱动电压被充电超过所述设定电压时产生用于将所述状态机块使能的启动信号；以及
[0099]断开单元，适用于响应于所述启动信号而阻断所述单个输入/输出焊盘和所述驱动电压发生单元之间的连接以及所述第一信号从所述控制器的传输。
[0100]5.根据技术方案4所述的半导体系统，其中，所述控制器包括电流传感器，所述电流传感器感测与所述自供电发生块的断开并且中断所述第一信号的传输。
[0101]6.根据技术方案I所述的半导体系统，其中，所述状态机块包括:
[0102]多个脉冲宽度检测单元，所述多个脉冲宽度检测单元响应于所述启动信号而被激活，以及在所述第二信号的脉冲宽度大于各不相同的相应设定脉冲宽度时激活相应的输出信号；以及
[0103]固有信号输出单元，适用于响应于所述多个脉冲宽度检测单元的输出信号来输出命令和数据。
[0104]7.根据技术方案6所述的半导体系统，其中，每个脉冲宽度检测单元包括:
[0105]去激活状态传送部，适用于在所述第二信号被去激活时传送所述第二信号；
[0106]激活状态传送部，适用于在所述第二信号被激活并且所述第二信号的脉冲宽度大于所述设定脉冲宽度时传送所述第二信号；以及
[0107]锁存部，适用于锁存所述去激活状态传送部或所述激活状态传送部的输出，以及输出所述输出信号。
[0108]8.根据技术方案7所述的半导体系统，其中，所述激活状态传送部包括:
[0109]控制信号发生部分，适用于在所述第二信号的脉冲宽度大于所述设定脉冲宽度时激活控制信号；以及
[0110]传送部分，适用于响应于所述控制信号来传送所述第二信号。
[0111]9.根据技术方案6所述的半导体系统，其中，所述固有信号输出单元包括:
[0112]判断部，适用于接收所述多个脉冲宽度检测单元的输出信号，以及判断要输出的命令和数据；以及
[0113]输出部，适用于锁存所述判断部的输出，以及输出所得信号作为所述命令和所述数据。
[0114]10.根据技术方案6所述的半导体系统，其中，所述状态机块还包括:
[0115]数据屏蔽单元，适用于在读取操作中阻断所述第二信号到所述多个脉冲宽度检测单元的传输。
[0116]11.根据技术方案1所述的半导体系统，其中，所述数据输出块包括:
[0117]存储单元，适用于响应于所述命令中的第一命令来对所述数据的触发次数的数目计数，并将对应的值储存为多个比特；以及
[0118]电流电平信号输出单元，适用于响应于所述命令中的第二命令和所述多个比特来通过所述单个输入/输出焊盘输出所述电流电平的第三信号。
[0119]12.根据技术方案11所述的半导体系统，其中，所述电流电平信号输出单元包括:
[0120]多个晶体管，所述多个晶体管并联耦合在所述单个信号输入/输出焊盘和第一节点之间，适用于分别通过所述多个晶体管的栅极来接收从所述存储单元输出的所述多个比特，以及通过控制所述第三信号的电流电平来输出所述第三信号；以及
[0121 ] 偏置部，适用于响应于所述第二命令来将偏置电压供应到所述第一节点。
[0122]13.根据技术方案11所述的半导体系统，其中，所述存储单元包括多比特计数器。
[0123]14.根据技术方案1所述的半导体系统，其中，所述控制器适用于通过感测输入的所述第三信号的电流电平中的变化来恢复所述数据。
[0124]15.根据技术方案14所述的半导体系统，其中，所述控制器包括:
[0125]发送单元，适用于驱动所述第一信号和所述第二信号，以及输出所述第一信号和所述第二信号至所述单个输入/输出焊盘；
[0126]接收单元，适用于接收通过所述单个输入/输出焊盘输入的所述第三信号；以及
[0127]处理器，适用于输出所述第一信号和所述第二信号至所述发送单元，以及感测从所述接收单元输入的所述第三信号的电流电平中的变化来恢复所述数据。
[0128]16.一种用于驱动包括控制器和半导体器件的半导体系统的方法，所述方法包括以下步骤:
[0129]通过单个输入/输出焊盘将第一信号从所述控制器输入到所述半导体器件，以及在所述半导体器件中利用所述第一信号来产生所述半导体器件的驱动电压；
[0130]当所述驱动电压达到设定电平时，通过所述单个输入/输出焊盘将第二信号从所述控制器输入到所述半导体器件，以及在所述半导体器件中响应于所述第二信号的脉冲宽度来产生命令和数据；以及
[0131]在所述半导体器件中响应于所述命令而将所述数据转换成与所述数据对应的电流电平的第三信号，以及通过所述单个输入/输出焊盘将所述第三信号从所述半导体器件输出到所述控制器。
[0132]17.根据技术方案16所述的方法，还包括:
[0133]感测所述第三信号的电流电平中的变化，以及在所述控制器中恢复所述数据。
[0134]18.根据技术方案16所述的方法,还包括,在输入所述第二信号之前:
[0135]当所述驱动电压达到所述设定电平时，在所述半导体器件中阻断从所述控制器输入的所述第一信号；以及
[0136]通过在所述控制器中感测所述第一信号的阻断来中断所述第一信号的输入。
[0137]19.根据技术方案16所述的方法，其中，响应于所述第二信号的脉冲宽度来产生所述命令和所述数据包括:
[0138]当所述第二信号的脉冲宽度大于设定脉冲宽度时，激活检测信号；
[0139]响应于所述检测信号来判断所述命令和所述数据；以及
[0140]锁存判断结果并输出结果信号。
[0141]20.根据技术方案16所述的方法，还包括，在产生所述数据之后:
[0142]在写入操作中，响应于所述命令中的第一命令而对所述数据的触发次数的数目计数并将计数值储存为多个比特，
[0143]其中，将所述数据转换成所述第三信号包括:在读取操作中，响应于所述命令中的第二命令和所述多个比特来产生所述第三信号。
[0144]21.—种半导体系统，包括:
[0145]单个输入/输出焊盘；
[0146]控制器，适用于通过所述单个输入/输出焊盘来传送第一信号和第二信号，以及感测通过所述单个输入/输出焊盘传送的信号；以及
[0147]半导体器件，适用于通过所述单个输入/输出焊盘来接收所述第一信号和所述第二信号、响应于所述第一信号来产生驱动电压、响应于所述第二信号来产生命令和数据、以及响应于所述命令而通过所述单个输入/输出焊盘将与所述数据对应的第三信号传送给所述控制器。
[0148]22.根据技术方案21所述的半导体系统，其中，所述半导体器件包括:
[0149]自供电发生块，适用于响应于所述第一信号来产生所述驱动电压和在所述驱动电压超过设定电压时产生启动信号，以及响应于所述启动信号而与所述单个输入/输出焊盘断开；
[0150]状态机块，适用于响应于所述启动信号来检测所述第二信号的脉冲宽度，以及响应于检测到的所述第二信号的脉冲宽度来产生所述命令和所述数据；以及
[0151]数据输出块，适用于响应于所述命令来产生与所述数据对应的电流电平的第三信号。
[0152]23.根据技术方案22所述的半导体系统，其中，所述控制器适用于通过感测所述自供电发生块与所述单个输入/输出焊盘的断开来中断所述第一信号的传送，以及通过感测所述第三信号的电流电平中的变化来恢复所述数据。
【权利要求】
1.一种半导体系统,包括: 控制器；以及 半导体器件，适用于通过单个输入/输出焊盘与所述控制器通信一个或更多个信号，其中，所述半导体器件包括: 自供电发生块，适用于响应于通过所述单个输入/输出焊盘从所述控制器输入的第一信号来产生驱动电压，以及当所述驱动电压超过设定电压时产生启动信号； 状态机块，适用于响应于所述启动信号来检测通过所述单个输入/输出焊盘从所述控制器输入的第二信号的脉冲宽度，以及响应于所述第二信号的脉冲宽度来产生命令和数据；以及 数据输出块，适用于响应于所述命令将所述数据转换成与所述数据对应的电流电平的第三信号，以及通过所述单个输入/输出焊盘将所述第三信号输出给所述控制器。
2.根据权利要求1所述的半导体系统，其中，所述自供电发生块响应于所述启动信号而与所述单个输入/输出焊盘断开。
3.根据权利要求2所述的半导体系统，其中，所述状态机块响应于所述启动信号而被使能。
4.根据权利要求1所述的半导体系统，其中，所述自供电发生块包括: 驱动电压发生单元，适用于接收所述第一信号和产生所述驱动电压； 启动信号发生单元，适用于在所述驱动电压被充电超过所述设定电压时产生用于将所述状态机块使能的启动信号；以及 断开单元，适用于响应于所述启动信号而阻断所述单个输入/输出焊盘和所述驱动电压发生单元之间的连接以及所述第一信号从所述控制器的传输。
5.根据权利要求4所述的半导体系统，其中，所述控制器包括电流传感器，所述电流传感器感测与所述自供电发生块的断开并且中断所述第一信号的传输。
6.根据权利要求1所述的半导体系统，其中，所述状态机块包括: 多个脉冲宽度检测单元，所述多个脉冲宽度检测单元响应于所述启动信号而被激活，以及在所述第二信号的脉冲宽度大于各不相同的相应设定脉冲宽度时激活相应的输出信号；以及 固有信号输出单元，适用于响应于所述多个脉冲宽度检测单元的输出信号来输出命令和数据。
7.根据权利要求6所述的半导体系统，其中，每个脉冲宽度检测单元包括: 去激活状态传送部，适用于在所述第二信号被去激活时传送所述第二信号； 激活状态传送部，适用于在所述第二信号被激活并且所述第二信号的脉冲宽度大于所述设定脉冲宽度时传送所述第二信号；以及 锁存部，适用于锁存所述去激活状态传送部或所述激活状态传送部的输出，以及输出所述输出信号。
8.根据权利要求7所述的半导体系统，其中，所述激活状态传送部包括: 控制信号发生部分，适用于在所述第二信号的脉冲宽度大于所述设定脉冲宽度时激活控制信号；以及 传送部分，适用于响应于所述控制信号来传送所述第二信号。
9.根据权利要求6所述的半导体系统，其中，所述固有信号输出单元包括: 判断部，适用于接收所述多个脉冲宽度检测单元的输出信号，以及判断要输出的命令和数据；以及 输出部，适用于锁存所述判断部的输出，以及输出所得信号作为所述命令和所述数据。
10.根据权利要求6所述的半导体系统，其中，所述状态机块还包括: 数据屏蔽单元，适用于在读取操作中阻断所述第二信号到所述多个脉冲宽度检测单元的传输。
【文档编号】G11C7/22GK104252876SQ201410008666
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】玄相娥, 李铉雨 申请人:爱思开海力士有限公司