專利名稱：帶有嵌入式數字定序器的開關多路復用器裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及涉及能夠用于信號處理的開關多路復用器裝置。
背景技術：
開關多路復用器裝置為混合信號半導體裝置，其通常用于數據獲取或混合信號系統中。這些裝置提供了模擬信號路徑的數字控制。數字控制使得模擬路徑能夠經由半導體開關或多路復用器在裝置的引腳之間連接或斷開。常規的開關多路復用器裝置提供開關關斷和接通的基本數字控制，僅有賴于外部數字控制。當需要新的開關配置時，這種外部數字控制耗費時間。即使在典型的數據獲取系統中開關配置重復幾千次，完整的數字初始化發生在各配置變化之間。發明概述開關多路復用器裝置包括多個模擬開關和與所述模擬開關操作通信的嵌入式數字定序器。嵌入式數字定序器包括多個序列控制寄存器。嵌入式數字定序器配置為將控制信息發送給模擬開開關，所述控制信息包括單ー控制信息或擴展控制信息。當進行單ー控制操作吋，擴展控制信息用于預加載用于開關配置更新的操作信息。


理解附圖僅描述了示例性實施方案且因此不視為對范圍的限制，通過使用附圖將另外具體地、詳細地描述示例性實施方案，在附圖中圖I描繪了開關多路復用器裝置的寄存器初始已發生之后的序列執行界面；圖2描繪了用干與其它開關多路復用器裝置多路復用的第一開關多路復用器裝置的序列執行界面；圖3為根據一個實施方案的開關多路復用器裝置的框圖；圖4為根據另ー實施方案的開關多路復用器裝置的框圖；圖5為根據又一實施方案的開關多路復用器裝置的框圖；圖6為根據可選實施方案的開關多路復用器裝置的框圖；圖7描繪了用于在串行結構中實施的多個開關多路復用器裝置的序列執行界面；圖8為包括根據ー個實施方案的開關多路復用器裝置的電子數據獲取系統的框圖；圖9為包括根據ー個實施方案的開關多路復用器裝置的示例性測試系統的框圖；圖10示出了使用根據ー個實施方案的開關多路復用器裝置與多個外部機械繼電器的接ロ ；圖11示出了使用根據另ー實施方案的開關多路復用器裝置與多個數字驅動器或電平轉換器的接ロ ；以及圖12示出了使用根據ー個實施方案的開關多路復用器裝置的控制/監測應用。附圖中主要部件的附圖標記的列表100序列執行界面110缺省模式寄存器112計數寄存器114除寄存器116指令寄存器
120缺省模式寄存器122活躍計數寄存器124活躍除寄存器130圖形表示134 “輸出”指示器136 “輸入”指示器140 “串行初始化”按鈕144 “SEQ，，按鈕150兩個時鐘周期200用戶界面210第一序列執行界面220第二序列執行界面230第三序列執行界面240第四序列執行界面250模擬-數字轉換器252模擬-數字轉換器260用戶界面按鈕300開關多路復用器裝置301嵌入式數字定序器302序列控制寄存器303開關控制定序器304逐位鍵控器305數據陣列存儲器306外部輸入308外部輸出316指令寄存器318模式寄存器320 裝置接 ロ322活躍計數寄存器324活躍除寄存器326預加載檢測寄存器
328執行塊330邏輯模塊332源選擇塊334活躍模式寄存器336門驅動器模塊338增量塊340 開關
400開關多路復用器裝置401嵌入式數字定序器402序列控制寄存器404逐位鍵控器406外部輸入408外部輸出410缺省模式寄存器412計數寄存器414除寄存器416指令寄存器418模式寄存器420 裝置接 ロ422活躍計數寄存器424活躍除寄存器426預加載檢測寄存器428執行塊430邏輯模塊432源選擇塊434活躍模式寄存器436門驅動器500開關多路復用器裝置501嵌入式數字定序器502序列控制寄存器504數據陣列存儲器510缺省模式寄存器512計數寄存器514除寄存器516指令寄存器518模式寄存器520 裝置接 ロ522活躍計數寄存器524活躍除寄存器
526預加載檢測寄存器530邏輯模塊532源選擇塊534活躍模式寄存器536門驅動器模塊538增量塊540 開關600開關多路復用器裝置
610嵌入式數字定序器612模式控制寄存器614位定序器616中間寄存器620指令寄存器622計數寄存器624除寄存器626缺省模式寄存器628模式寄存器630 串行接 ロ632邏輯模塊634活躍模式寄存器636門驅動器模塊640 開關641SEL 輸入642外部輸入644外部輸出700序列執行界面710第一開關多路復用器裝置720第二開關多路復用器裝置730第三開關多路復用器裝置740兩個時鐘周期800數據獲取系統810傳感器812測試下単元820模塊-數字轉換器830開關多路復用器裝置900測試系統910電子激勵源920開關多路復用器裝置930測試下單元
950外部機械繼電器960數字驅動器/電平轉換器1010控制/監測應用發明詳述在下面的詳細說明中，參考附圖，附圖構成說明的部分，并且在附圖中通過示例具體的示例性實施方案的方式顯示。應當理解的是，可以使用其它的實施方案，并且可以進行邏輯的、機械的、和電氣的改動。因此，不應在限制的意義上看待下面的詳細說明。提供開關多路復用器裝置，所述開關多路復用器裝置包括多個可控模擬開關和與模擬開關操作通信的嵌入式數字定序器。數字定序器包括為開關多路復用器裝置提供各種功能操作的多個序列控制寄存器。當執行重復的數據獲取測量時，序列控制寄存器和開關 多路復用器裝置內的相關電路結構提高了開關配置更新的速度。本開關多路復用器裝置可用于各種電子系統中，諸如使用模擬信號處理應用的電子系統。例如，在電子數據獲取系統中，多個開關多路復用器裝置可用于提供多個傳感器和一個或多個模擬-數字轉換器之間的連接。另外，開關多路復用器裝置可用于連接激勵源和被測試單元。開關多路復用器裝置可由串行接ロ實施，但是提供并行接ロ技術的速度。開關多路復用器裝置中的嵌入式裝置電平數字定序降低了數據收集和獲取循環期間的接ロ時間要求、功率消耗和噪聲。嵌入式數字定序器配置為將控制信息發送給模擬開關，控制信息包括單ー控制信息或擴展控制信息。當進行單ー控制操作吋，擴展控制信息用于預加載用于開關配置更新的操作信息。開關多路復用器裝置通過降低外部數字控制要求來提高多通道數據獲取系統的信息通過量(速度)。這是通過將智能/可編程開關控制定序器嵌入開關多路復用器裝置內來完成的，這在重復測試/數據獲取應用中加速了開關配置選擇。通過預加載序列參數，開關多路復用器裝置得知要執行的下個配置并且能夠在諸如I至3個時鐘周期的極短時間段內做出所需的改變。本方法提供了在裝置級預加載預期重復開關配置序列信息的機制。“預加載”信息和支持數字結構使得更改在模擬操作之間更快地更新開關配置。本方法還縮減了數字電路路徑。嵌入式序列信息使得能夠利用串行總線互連(從而縮減數字電路路徑)，而滿足或超過并行接ロ電路的速度。本方法還提供這樣的機制上游多路復用器可配置為在共享相同的接ロ機構且使用相同的半導體基板的同時與下游多路復用器的操作不同。本方法在單個裝置中組合智能數字控制和模擬開關裝置。嵌入式序列能力大幅度地減少了開關配置開銷時間。此外，開關陣列的缺省狀態可配置為具有嵌入式模式生成器。作為實施例，裝置可以經由寄存器設置從(16x I)變成(8x2)。因此，對于特定應用可以重新配置相同的基本硅基板。設計可以為下游(N X I)[例如，(8x1)]位置和上游(N X X)[例如，(4x2)]位置二者使用相同的硅芯片。這是經由計數寄存器和除寄存器編程來實現的。假定具體該能力，所有的開關可以共享相同的開關控制邏輯。開關多路復用器裝置具有不同的配置4X 2、1 X 8、1 X 16、2 X 16等。這些配置通過由從管芯到裝置封裝件的接合連接來設定。本數字定序器經由嵌入式寄存器的可編程性來支持這些配置(以及更多的配置)。本開關多路復用器裝置降低了數據獲取活動的噪聲。単一操作控制在掃描多個通道的同時減少了數字活動，使得“預加載”數字活動在數據獲取開始之前發生。由于較少的數字活動降低了功率分配要求，本開關多路復用器裝置還減少了功率使用。而且，將嵌入式數字電路放置到裝置中減少了數字操作的寄生負荷。該降低的功率在便攜式系統中非常有利。
由于使用串行互連降低了印制電路板(PCB)不動產要求，開關多路復用器裝置還節省了空間。本方法還經由可編程嵌入信息提供了用于改變基本開關配置的機制。這支持模擬開關的單端、差接或其它“鏈接”操作。通過預加載嵌入式模式生成器/定序器，可以快速地執行重復開關配置。這使得經由單一操作能夠改變多個開關/裝置的狀態。指令設置可以包括但不限于帶進位/不帶進位的內部循環以及裝置對裝置的菊鏈式循環/移位操作。為了接通和關斷所需的多路復用器開關，必須發生重復數字通信，通常稱為循環。系統軟件測量通道I至XXX上的數據。在完成最后的通道上的測量之后，軟件復位至通道I并且再次重復該過程。這種重復使得顯著減少了開關配置開銷。在裝置級添加上述數字能力大幅度地減少了推進系統的開關配置所需的開銷。除了正常的串行控制能力之外，提供嵌入式模式定序器。例如，在ROR(循環右移)移位模式下，內部位定序器模式被移位以使得能夠控制裝置中的下個開關。因此，通過一次操作，當前關斷的開關被接通，并且關斷了序列中的下個開關。其它實現可以包括算木邏輯単元(ALU)類型的移位/増加/循環選項。軟件/寄存器初始化在準備嵌入操作吋，內部裝置寄存器加載有預設數據模式。例如，可以采用經由相同的串行路徑控制的三個8開關裝置(24開關)。第一操作是將數據預加載到預設缺省模式寄存器中。這是通過需要48個時鐘周期的標準“串行”處理完成的，如表I所示。表I
裝置I裝置2裝置3
10000000 00000000 00000000然后，所有的裝置被置干“右移位”模式下，寫入序列指令寄存器。在該模式下，通過每次操作，數據向右移動ー個単元。在完成“移位周期”時，新的開關接通關斷信息被鎖存，并且模擬開關被相應地重新配置。通過如表2所示預加載的數據序列，可以通過單次操作來更新整個開關陣列，大幅度地減少了 “通道對通道”的配置開銷。
權利要求
1.一種開關多路復用器裝置，包括 多個模擬開關；以及 嵌入式數字定序器，其與所述模擬開關進行操作通信，所述嵌入式數字定序器包括多個序列控制寄存器； 其中，所述嵌入式數字定序器配置為將控制信息發送給所述模擬開關，所述控制信息包括單ー控制信息或擴展控制信息； 其中，當進行單ー控制操作時，所述擴展控制信息用于預加載用于開關配置更新的操作信息。
2.如權利要求I所述的裝置，進ー步包括逐位鍵控器，所述逐位鍵控器與ー個或多個 所述序列控制寄存器進行操作通信并且配置為限定從當前開關配置到下個開關配置的轉換操作。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，所述逐位鍵控器提供起始開關配置并且當計數減至零時被重新加載。
4.如權利要求I所述的裝置，進ー步包括數據陣列存儲器，所述數據陣列存儲器與一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述數據陣列存儲器配置為在預加載操作期間存儲ー個或多個數據模式。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述數據陣列存儲器提供存儲的數據模式的起始位置。
6.如權利要求I所述的裝置，其中，所述序列控制寄存器包括缺省模式寄存器、計數寄存器、除寄存器、指令寄存器和模式寄存器。
7.如權利要求6所述的裝置，進ー步包括接ロ，所述接ロ與所述序列控制寄存器進行操作通信并且配置為將序列和控制信息預加載到所述序列控制寄存器中。
8.如權利要求7所述的裝置，進ー步包括邏輯模塊，所述邏輯模塊與所述接ロ進行操作通信并且配置為提供用于加電、接ロ控制和狀態更新的信號。
9.如權利要求7所述的裝置，進ー步包括中間寄存器，所述中間寄存器與所述接口和所述嵌入式數字定序器進行操作通信。
10.如權利要求9所述的裝置，進ー步包括響應于來自所述中間寄存器和所述模式寄存器的信號的活躍模式寄存器。
11.如權利要求10所述的裝置，進ー步包括門驅動器模塊，所述門驅動器模塊與所述模擬開關可操作地耦合并且配置為接收來自所述活躍模式寄存器的信號以激活所述開關。
12.—種開關多路復用器裝置，包括 多個模擬開關； 嵌入式數字定序器，其與所述模擬開關進行操作通信，所述嵌入式數字定序器包括多個序列控制寄存器； 逐位鍵控器，其與所述模擬開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述逐位鍵控器配置為限定從當前開關配置到下個開關配置的轉換操作；以及 數據陣列存儲器，其與所述模擬開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述數據陣列存儲器配置為在預加載操作期間存儲ー個或多個數據模式并且在數據獲取期間增加所述數據陣列存儲器中的活躍位置；其中，所述嵌入式數字定序器配置為通過所述逐位鍵控器或所述數據陣列存儲器將控制信號發送給所述模擬開關以接通或關斷所述模擬開關。
13.如權利要求12所述的裝置，進ー步接ロ，所述接ロ與所述數字定序器進行操作通信并且配置為將序列和控制信息預加載到所述序列控制寄存器中。
14.如權利要求13所述的裝置，其中，所述序列控制寄存器包括缺省模式寄存器、計數寄存器、除寄存器、指令寄存器和模式寄存器。
15.如權利要求14所述的裝置，其中，所述逐位鍵控器配置為接收來自所述缺省模式寄存器和所述指令寄存器的信號。
16.如權利要求14所述的裝置，其中，所述數據陣列存儲器配置為接收來自所述缺省模式寄存器和所述計數寄存器的信號。
17.如權利要求14所述的裝置，進ー步包括與所述裝置接ロ進行操作通信的邏輯模塊，以及與所述邏輯模塊進行操作通信的源選擇塊。
18.如權利要求17所述的裝置，進ー步包括與所述源選擇塊進行操作通信的活躍模式寄存器，所述源選擇塊配置為提供用于從串行接ロ直接加載所述活躍模式寄存器的信號。
19.如權利要求18所述的裝置，其中，所述源選擇塊配置為從所述逐位鍵控器或所述數據陣列存儲器中選擇用于發送給所述活躍模式寄存器的信號。
20.如權利要求19所述的裝置，進ー步包括門驅動器模塊，所述門驅動器模塊與所述模擬開關可操作地耦合并且配置為接收來自所述活躍模式寄存器的信號以激活所述開關。
21.如權利要求20所述的裝置，進ー步包括増量塊，所述增量塊與所述數據存儲陣列耦合，以使得在數據陣列操作期間所述増量塊檢測使得數據地址指針指向所述數據存儲陣列中的下個模式的邏輯狀態并且發出信號，從而更新要發送給所述源選擇塊的模式數據。
22.如權利要求20所述的裝置，進ー步包括執行塊，所述執行塊與所述逐位鍵控器耦合，以使得在逐位操作期間所述執行塊檢測使得所述逐位鍵控器執行由所述指令寄存器指示的操作的邏輯狀態并且發出信號。
23.一種電子數據獲取系統，包括 一個或多個傳感器； 與所述ー個或多個傳感器進行信號通信的至少ー個開關多路復用器裝置，所述開關多路復用器裝置包括 多個模擬開關；以及 嵌入式數字定序器，其與所述模擬開關進行操作通信，所述嵌入式數字定序器包括多個序列控制寄存器；以及 至少ー個模擬-數字轉換器，其與所述至少一個開關多路復用器裝置進行信號通信。
24.如權利要求23所述的系統，進ー步包括逐位鍵控器，所述逐位鍵控器與一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信。
25.如權利要求23所述的系統，進一歩包括數據陣列存儲器，所述數據陣列存儲器與一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信。
26.如權利要求23所述的系統，進一歩包括 逐位鍵控器，其與所述模擬開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述逐位鍵控器配置為限定從當前開關配置到下個開關配置的轉換操作；以及數據陣列存儲器，其與所述模擬開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述數據陣列存儲器配置為在預加載操作期間存儲ー個或多個數據模式并且在數據獲取期間增加所述數據陣列存儲器中的活躍位置。
27.如權利要求23所述的系統，進一歩包括與所述模擬開關可操作地耦合的多個外部機械繼電器。
28.如權利要求23所述的系統，進一歩包括與所述模擬開關可操作地耦合的多個數字驅動器或電平轉換器。
29.—種電子測試系統,包括 至少ー個電子激勵源； 至少ー個開關多路復用器裝置，其與所述激勵源進行信號通信，所述開關多路復用器裝置包括 多個模擬開關；以及 數字定序器，其與所述模擬開關進行操作通信，所述數字定序器包括多個序列控制寄存器； 其中，所述數字定序器配置為將控制信息發送給所述模擬開關以使得所述開關將所選的激勵發送給測試下単元。
30.如權利要求29所述的系統，進ー步包括逐位鍵控器，所述逐位鍵控器與一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信。
31.如權利要求29所述的系統，進一歩包括數據陣列存儲器，所述數據陣列存儲器與一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信。
32.如權利要求29所述的系統，進一歩包括 逐位鍵控器，其與所述模擬開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述逐位鍵控器配置為限定從當前開關配置到下個開關配置的轉換操作；以及 數據陣列存儲器，其與所述模擬開關和一個或多個所述序列控制寄存器進行操作通信，所述數據陣列存儲器配置為在預加載操作期間存儲ー個或多個數據模式并且在數據獲取期間增加所述數據陣列存儲器中的活躍位置。
33.如權利要求29所述的系統，進一歩包括與所述模擬開關可操作地耦合的多個外部機械繼電器。
34.如權利要求29所述的系統，進一歩包括與所述模擬開關可操作地耦合的數字驅動器或電平轉換器。
35.ー種控制和監測系統，包括 至少ー個開關多路復用器裝置，其包括 第一多個模擬開關； 第二多個模擬開關；以及 嵌入式數字定序器，其與所述模擬開關進行操作通信，所述嵌入式數字定序器包括多個序列控制寄存器； 多個接ロ控制模塊，其與所述第一多個模擬開關可操作地耦合以控制多個外部裝置； 多個接ロ傳感器模塊，其與所述第二多個模擬開關可操作地耦合以監測多個外部傳感器測量通道。
36.ー種用于開關多路復用器裝置的序列執行界面，所述序列執行界面包括 多個模擬開關的圖形表示，其配置為描繪處于接通或關斷位置的所述模擬開關；以及 用于所述開關多路復用器裝置中的多個序列控制寄存器的信息顯示。
37.一種用于多個開關多路復用器裝置的用戶界面，所述用戶界面包括 用于第一開關多路復用器裝置的序列執行界面，所述序列執行界面包括 多個模擬開關的圖形表示，其配置為 描繪處于接通或關斷位置的所述模擬開關；以及用于所述第一開關多路復用器裝置中的多個序列控制寄存器的信息顯示；以及用干與所述第一開關多路復用器裝置可操作地耦合的兩個或多個開關多路復用器裝置中的每個的兩個或多個附加序列執行界面，所述兩個或多個附加序列執行界面各自包括 多個模擬開關的圖形表示；以及 用于多個序列控制寄存器的信息顯示。
38.ー種操作開關多路復用器裝置的方法，所述方法包括 將控制信息預加載到所述開關多路復用器裝置中的多個序列控制寄存器中； 將所述控制信息發送給所述開關多路復用器裝置中的多個模擬開關；以及 基于所述控制信息來激活所述模擬開關以接通或關斷。
39.如權利要求38所述的方法，其中，所述開關多路復用器裝置包括 逐位鍵控器，其與所述模擬開關和一個或多個所述序列控制寄存器可操作地通信，所述逐位鍵控器限定從當前開關配置到下個開關配置的轉換操作；以及 數據陣列存儲器，其與所述模擬開關和一個或多個所述序列控制寄存器可操作地通信，所述數據陣列存儲器在所述預加載期間存儲ー個或多個數據模式并且在數據獲取期間増加所述數據陣列存儲器中的活躍位置。
全文摘要
一種開關多路復用器裝置包括多個模擬開關以及與所述模擬開關進行操作通信的嵌入式數字定序器。所述嵌入式數字定序器包括多個序列控制寄存器。所述嵌入式數字定序器配置為將控制信息發送給模擬開關，所述控制信息包括單一控制信息或擴展控制信息。當進行單一控制操作時，所述擴展控制信息用于預加載用于開關配置更新的操作信息。在一個實施方案中，開關多路復用器裝置包括逐位鍵控器和數據陣列存儲器，逐位鍵控器和數據陣列存儲器與所述模擬開關和一個或多個序列控制寄存器進行操作通信。
文檔編號H03K17/62GK102739219SQ201210028608
公開日2012年10月17日 申請日期2012年2月3日 優先權日2011年3月29日
發明者G·D·克羅夫特, R·A·格瑞斯特 申請人:英特賽爾美國股份有限公司