專利名稱：具有低噪聲外圍裝置的微控制器的制作方法
技術領域：
本申請案技術領域涉及微控制器。
背景技術：
微控制器通常包括集成在單個芯片(集成電路)上的中央處理單元(CPU)、易
失性及非易失性存儲器及多個外圍裝置。這一單個芯片安裝在具有多個外部管腳的外 殼中，所述管腳與所述集成電路的內部電路耦合。所述微控制器的外圍裝置及其它組 件通常經由這些外部接觸管腳與外部組件連通。因此，可從及向這些外部管腳饋送多
個數字信號。圖l顯示在許多微控制器中使用的典型輸出驅動器電路100。將內部輸 出信號101a—101n饋送到相應驅動器102a—102n的輸入。每一驅動器102a--102n的 輸出分別與相關聯的外部連接管腳104a--104n耦合。每一驅動器102a…102n還可具 有由相應的內部啟用信號103a…103n驅動的啟用輸入。控制器還可另外地具有以與所 顯示的輸出電路ioo相反的方式操作的輸入電路。每一集成電路均將在操作時產生電 磁噪聲，所述噪聲可被測量且可取決于多個參數。特定來說，根據通過外部管腳 l04a——K)4n傳送的信號的頻率，集成電路所產生的總噪聲可顯著地增加。因為所傳送 的信號是數字信號，所以其從Vdd切換到Vss或反之亦然，例如從0V切換到3.3V 或5V。這些硬數字轉變將因其特性而增加一寬廣頻帶內的噪聲。
如今，電磁干擾(EMI)及電磁兼容性的規則正變得越來越嚴格。因此，在許多 區域設置的特定最大可容許輻射及放射等級是許多控制器因其架構而無法實現的。
發明內容
在一個實施例中，控制器可包括至少第一及第二輸出端口，其分別與外部第一 及第二管腳耦合；可編程切換布置，其可在第一模式中操作以分別提供所述第一及第
二管腳處的第一及第二輸出信號，且可在第二模式中操作以提供第一管腳處的第一輸 出信號及第二管腳處的經反轉的第一輸出信號。
在另一實施例中，控制器可包括至少第一及第二輸入端口，其分別與外部第一 及第二管腳耦合；可控制第一及第二驅動器，其分別與所述第一及第二管腳耦合以用 于提供第一及第二輸入信號；及可控制差分放大器，其具有與第一及第二管腳耦合的
兩個輸入及一輸出；其中在第一模式中停用所述差分放大器且在第二模式中停用所述
第一及第二驅動器并啟用所述差分放大器。在另一實施例中，微控制器可包括至少第一及第二輸入/輸出端口，其分別與 外部第一及第二管腳耦合；可編程切換布置，其可在第一模式中操作以分別提供所述 第一及第二管腳處的第一及第二輸出信號，且可在第二模式中操作以提供第一管腳處
的第一輸出信號及第二管腳處的經反轉的第一輸出信號；及可控制第一及第二輸入驅 動器，其分別與所述第一及第二管腳耦合以用于提供第一及第二輸入信號。
在另一實施例中，控制器可包括至少第一及第二輸入端口，其分別與外部第一 及第二管腳耦合；可控制第一及第二驅動器，其分別與所述第一及第二管腳耦合以用 于提供第一及第二輸入信號；可控制差分放大器，其具有與第一及第二管腳耦合的兩 個輸入及一輸出；其中在第一模式中停用所述差分放大器且在第二模式中停用所述第 一及第二驅動器并啟用所述差分放大器；及可控制第三及第四驅動器，其與所述第一 及第二管腳耦合以在輸出模式中提供輸出端口功能。
從以下圖式、說明及權利要求書中，所屬技術領域的技術人員將容易地明了本發 明揭示內容的其它技術優點。本申請案的各種實施例僅獲得所闡述優點中的一部分。 所述優點對所述實施例來說都不是關鍵的。
通過結合附圖參照以下說明，可獲得對本發明揭示內容及其優點的更完整理解， 其中相同參考編號指示相同特征，且其中
圖1為顯示微控制器中的典型端口驅動器的電路圖2為顯示根據本申請案的端口驅動器的第一實施例的電路圖3為顯示根據本申請案的端口驅動器的第二實施例的電路圖4為顯示根據本申請案的端口驅動器的第三實施例的電路圖5為顯示以第一頻率來回切換端口來操作的一個微控制器的頻譜分析；且
圖6顯示以第一頻率來回切換端口來操作的多個微控制器的頻譜分析。
具體實施例方式
如上所述，在一個實施例中，微控制器可包括至少第一及第二輸出端口，其分 別與外部第一及第二管腳耦合；可編程切換布置，其可在第一模式中操作以分別提供
所述第一及第二管腳處的獨立的第一及第二輸出信號，且可在第二模式中操作以提供 所述第一及第二管腳處的單個輸出信號，其中所述第二管腳載攜所述第一管腳的經反 轉的信號。
所述第一及第二管腳可由相應的第一及第二輸出驅動器來驅動。可提供第一多路 復用器，其選擇第二輸出信號或經反轉的第一輸出信號來作為與第二管腳相關聯的第 二輸出驅動器的輸入。所述第一及第二輸出驅動器可以是由啟用/停用信號控制的三 態驅動器。微控制器可進一步包括用于將第一或第二啟用/停用信號提供給第二輸出驅動器的第二多路復用器。第一及第二管腳可彼此相鄰地布置在半導體外殼內。所述 啟用/停用信號可由可編程寄存器提供。
在一個實施例中，控制器可包括至少第一及第二輸入端口，其分別與外部第一 及第二管腳耦合；可控制第一及第二驅動器，其分別與所述第一及第二管腳耦合以用 于提供獨立的第一及第二輸入信號；及可控制差分放大器，其具有與第一及第二管腳 耦合的兩個輸入及一輸出；其中在第一模式中停用所述差分放大器且在第二模式中停 用所述第一及第二驅動器且啟用所述差分放大器。
第一及第二驅動器及差分放大器可包括三態輸出，且差分放大器的輸出與第一驅 動器的輸出耦合。
在一個實施例中，微控制器可包括至少第一及第二輸入/輸出端口，其分別與 外部第一及第二管腳耦合；可編程切換布置，其可在第一模式中操作以分別提供所述 第一及第二管腳處的獨立的第一及第二輸出信號，且可在第二模式中操作以提供第一 及第二管腳處的單個輸出信號，其中在第二管腳處輸出取自第一管腳的經反轉的信 號；及可控制第一及第二輸入驅動器，其分別與所述第一及第二管腳耦合以用于提供 第一及第二輸入信號。
這一微控制器可進一步包括可控制差分放大器，所述差分放大器具有與第一及第 二管腳耦合的兩個輸入及一輸出；其中在第三模式中停用差分放大器且在第四模式中
停用第一及第二驅動器并啟用差分放大器。這一微控制器還可包括用于界定輸入/輸 出端口的操作模式的寄存器。第一及第二管腳可由相應的第一及第二輸出驅動器驅 動。可提供第一多路復用器，其選擇第二輸出信號或經反轉的第一輸出信號來作為與 第二管腳相關聯的第二輸出驅動器的輸入。所述第一及第二輸出驅動器可以是由啟用 /停用信號控制的三態驅動器。微控制器可進一步包括第二多路復用器，其用于將第 一或第二啟用/停用信號提供給第二輸出驅動器。第一及第二管腳可彼此相鄰地布置 在半導體外殼內。所述啟用/停用信號可由可編程寄存器提供。
在一個實施例中，控制器可包括至少第一及第二輸入/輸出端口，其分別與外 部第一及第二管腳耦合；可控制第一及第二驅動器，其分別與所述第一及第二管腳耦 合以用于提供獨立的第一及第二輸入信號；可控制差分放大器，其具有與第一及第二 管腳耦合的兩個輸入及一輸出；其中在第一模式中停用所述差分放大器且在第二模式 中停用所述第一及第二驅動器并啟用所述差分放大器；及可控制第三及第四驅動器， 其與所述第一及第二管腳耦合以在輸出模式中提供輸出端口功能。
微控制器可進一步包括可編程切換布置，其可在第三模式中操作以分別提供第 一及第二管腳處的第一及第二輸出信號，且可在第四模式中操作以提供第一管腳處的 第一輸出信號及第二管腳處的經反轉的第一輸出信號。
翻到圖式，現在將描述本申請案的例示性實施例。圖1描繪與微控制器核心260 耦合的外部輸出驅動器的第一實施例。在此實施例中，僅顯示兩個外部管腳210及 230 (輸出端口)。然而，所屬技術領域的技術人員將認識到，可將所描繪的概念容易地擴展到多個輸出端口。每一輸出端口210、 230可具有相關聯的輸出驅動器205、 220，所述驅動器包括數據輸入及啟用輸入。第一輸出驅動器205在其數據輸入處接 收內部輸出信號201，且在其啟用輸入處接收內部啟用信號215，如在典型現有技術 輸出電路中已知。因此， 一旦激活啟用信號201，此第一輸出端口210即作為典型輸 出端口而操作。
為第二輸出端口提供第二輸出管腳230。在正常操作期間，相關聯的輸出驅動器 220通過其輸入端口處的多路復用器235接收內部輸入信號240，且在內部啟用信號 250在正常操作期間通過第二多路復用器245與驅動器220的啟用輸入耦合的情況下 將所述內部輸入信號轉發給管腳230。可在微控制器核心260內的專用寄存器255中 設置輸出電路的操作模式，所述專用寄存器提供與第一及第二多路復用器235及245 耦合的控制信號。因此，在正常操作期間，選擇每一多路復用器235及245的第一輸 入，且所述電路與圖1中所示電路極為相似地操作以在外部管腳210及230處提供兩 個獨立的輸出端口。
然而，在低噪聲模式中，僅提供具有兩個輸出管腳210及230的單個輸出端口。 出于此目的，如下耦合多路復用器235及245的第二輸入。還將驅動器205的啟用信 號215饋送到多路復用器245的第二輸入。由反相器225反轉數據信號201并將其饋 送到多路復用器235的第二輸入。因此，當寄存器255選擇多路復用器235及245的 第二輸入時，與外部管腳230相關聯的驅動器220將由與驅動器205相同的啟用信號 來控制且將接收與驅動器205相同的輸入信號(不論如何反轉)。因此，外部管腳 210及230現在載攜對稱信號。在高速外圍裝置連接到微控制器的情況下，此低噪聲 模式尤為有用。現在可由平衡傳輸線或雙絞線提供這一連接。經由這一平衡傳輸線或 雙絞線的通信仍然發生輻射，然而，通過第二線上的經反轉的信號，所述輻射由相反 相位有效地抵消。因此，用于包括邏輯0或1的數字信號的單個端口的不對稱由所述 l:l耦合抵消。
圖3顯示輸入驅動器電路200的另一實施例。同樣，僅顯示兩個外部管腳310、 320來表示兩個輸入端口。在此實施例中，第一輸入管腳310與第一輸入驅動器350 的輸入耦合且輸入管腳320與第二驅動器340的輸入耦合。每一驅動器350及340還 包括啟用輸入，所述啟用輸入從微控制器核心(圖3中未顯示)分別接收內部啟用信 號357及347。此外，驅動器350及340還各自包括分別產生相關聯的內部輸入信號 355、 345的輸出。另外，提供差分放大器360。差分放大器360包括接收內部啟用信 號365的啟用輸入及分別耦合到兩個輸入管腳310、 320的兩個輸入。差分放大器360 的輸出與驅動器350的輸出耦合。
驅動器340、 350及差分放大器360包括三態輸出。因此，在正常操作期間，通 過信號365停用差分放大器360的輸出，且通過信號347及357啟用驅動器340及 350。因此，在此模式中，管腳310及320兩者均作為單獨的輸入管腳而操作，且微 控制器具有兩個輸入端口。然而，在第二模式中，兩個管腳310及320僅提供一個輸入端口。在此第二模式中，通過信號347及357停用驅動器340及350且通過信號 365啟用差分放大器360。因此，在此第二模式中，差分放大器提供對饋送到管腳310 與320的信號之間的信號差的分析。通常，具有狀態l、 O的邏輯輸入信號將導致具 有狀態l、 -l的輸出信號355。因此，差分放大器優選地包含將此信號轉換回至具有 狀態1、 0的邏輯信號的轉換級。或者，可在差分放大器360的輸出與三態驅動器350 的輸出之間插入額外的輸出級。此輸入驅動器電路200提供與上文結合輸出驅動器電 路100所解釋相同的益處。
圖4顯示組合的輸入/輸出驅動器電路400的第三實施例。同樣，僅顯示兩個I/O 管腳411及431。如上文所解釋，所顯示的所有實施例的概念均可容易地擴展到多個 管腳。在圖4所顯示的實施例中，管腳411及431可提供輸入、輸出或組合的輸入/ 輸出功能。第一輸出驅動器495由信號425啟用/停用，接收內部輸出信號430且與 其到管腳431的輸出耦合。第一輸入驅動器490由來自反相器470的輸出信號啟用/ 停用，產生內部輸入信號420并經由其輸入與管腳431耦合。第二輸出驅動器465由 第一多路復用器450的輸出信號啟用/停用，接收第二多路復用器460的輸出信號并 與其到管腳411的輸出耦合。第二輸入驅動器480由來自反相器470的輸出信號啟用 /停用，產生內部輸入信號415并經由其輸入與管腳411耦合。提供差分放大器485， 其第一輸入與管腳411耦合且其第二輸入與管腳431耦合。差分放大器被設計成類似 于圖3中所示的差分放大器360且接收同樣被饋送到反相器470的輸入的啟用信號 445。差分放大器485的輸出與第一輸入驅動器490的輸出耦合。第一多路復用器450 包括接收內部啟用/停用信號405的第一輸入及接收內部啟用/停用信號425的第二輸 入。多路復用器450由內部控制信號435控制。第二多路復用器460接收其第一輸入 處的內部輸出信號410及反相器455的輸出信號，所述反相器的輸入接收內部輸出信 號430。多路復用器460由內部控制信號440控制。
內部驅動器的啟用/停用信號中的某些信號從信號控制信號產生，例如使用例如 提供有內部控制信號445的反相器產生。然而，所有啟用/停用信號以及控制信號均 可被單獨地提供或可組合，這取決于I/O電路的相應靈活性。可通過如(例如)圖2 中所示的專用寄存器或通過其它邏輯構件對這些信號進行編程。這些信號可驅動相應 的驅動器及/或差分放大器以提供選擇性功能，例如單個輸入、平衡輸入、單個輸出、 平衡輸出、單個輸入/輸出或平衡輸入/輸出。同樣，可做出所揭示實施例的任何類型 的組合。另外，如(例如)圖2中所示的平衡/不平衡輸出端口可與標準輸入端口組 合以提供經組合的I/0端口。類似地，如圖3中所示的平衡/不平衡輸入端口可與如圖 1中所示的標準輸出端口組合。在所有實施例中，為達到最有效，將提供平衡輸出的 兩個管腳彼此相鄰地布置在半導體外殼內。
圖5顯示以8 MHz操作的低噪聲微控制器的實例。此微控制器使用正常端口操 作模式，在此模式中，以lOOkHz的頻率來回切換輸出端口。此例示性微控制器經設 計以幾乎不輻射噪聲或輻射極少的噪聲。如圖中可見，所述噪聲級低于3dbuV。以這一方式設計此微控制器以使得端口的低頻率來回切換實際上不會在所輻射的頻譜 中引入任何尖峰。
然而，如圖6中所示，在輸出來回切換頻率切換到較高頻率的情況下，噪聲級急 劇地變化。在圖6中，當單個輸出端口以l MHz的頻率來回切換時，顯示相同低噪 聲微控制器的頻譜。如圖中可見，在10MHz到大約100MHz的范圍內，噪聲級上升 多達18dbii V。然而，如果這一微控制器使用上文所揭示實施例中的一者且使用差分 輸出信號在第二模式中操作相同端口，則將如圖5中所示維持所輻射的頻譜，即使是 在高切換頻率下，例如使用lMHz。
權利要求
1、一種微控制器，其包括至少第一及第二輸出端口，其分別與外部第一及第二管腳耦合；可編程切換布置，其可在第一模式中操作以分別提供所述第一及第二管腳處的第一及第二輸出信號，且在第二模式中操作以提供所述第一管腳處的第一輸出信號及所述第二管腳處的經反轉的第一輸出信號。
2、 如權利要求1所述的微控制器，其中所述第一及第二管腳由相應的第一及第 二輸出驅動器驅動。
3、 如權利要求2所述的微控制器，其中提供第一多路復用器，其選擇所述第二 輸出信號或所述經反轉的第一輸出信號來作為與所述第二管腳相關聯的所述第二輸 出驅動器的輸入。
4、 如權利要求2所述的微控制器，其中所述第一及第二輸出驅動器是由啟用/ 停用信號控制的三態驅動器。
5、 如權利要求4所述的微控制器，其進一步包括用于將第一或第二啟用/停用信 號提供給所述第二輸出驅動器的第二多路復用器。
6、 如權利要求1所述的微控制器，其中所述第一及第二管腳彼此相鄰地布置在 半導體外殼內。
7、 如權利要求2所述的微控制器，其中所述啟用/停用信號由可編程寄存器提供。
8、 一種微控制器，其包括至少第一及第二輸入端口 ，其分別與外部第一及第二管腳耦合； 可控制第一及第二驅動器，其分別與所述第一及第二管腳耦合以用于提供第一及 第二輸入信號；及可控制差分放大器，其具有與所述第一及第二管腳耦合的兩個輸入及一輸出；其 中在第一模式中停用所述差分放大器，且在第二模式中停用所述第一及第二驅動器并啟用所述差分放大器。
9、 如權利要求8所述的微控制器，其中所述第一及第二驅動器及所述差分放大 器包括三態輸出，且所述差分放大器的所述輸出與所述第一驅動器的所述輸出耦合。
10、 一種微控制器，其包括至少第一及第二輸入/輸出端口，其分別與外部第一及第二管腳耦合； 可編程切換布置，其可在第一模式中操作以分別提供所述第一及第二管腳處的第一及第二輸出信號，且在第二模式中操作以提供所述第一管腳處的第一輸出信號及所述第二管腳處的經反轉的第一輸出信號；及可控制第一及第二輸入驅動器，其分別與所述第一及第二管腳耦合以用于提供第 一及第二輸入信號。
11、 如權利要求10所述的微控制器，其進一步包括可控制差分放大器，其具有與所述第一及第二管腳耦合的兩個輸入及一輸出；其 中在第三模式中停用所述差分放大器，且在第四模式中停用所述第一及第二驅動器并 啟用所述差分放大器。
12、 如權利要求10所述的微控制器，其進一步包括用于界定所述輸入/輸出端口 的操作模式的寄存器。
13、 如權利要求10所述的微控制器，其中所述第一及第二管腳由相應的第一及 第二輸出驅動器驅動。
14、 如權利要求13所述的微控制器，其中提供第一多路復用器，其選擇所述第 二輸出信號或所述經反轉的第一輸出信號來作為與所述第二管腳相關聯的所述第二 輸出驅動器的輸入。
15、 如權利要求13所述的微控制器，其中所述第一及第二輸出驅動器是由啟用/停用信號控制的三態驅動器。
16、 如權利要求15所述的微控制器，其進一步包括用于將第一或第二啟用/停用 信號提供給所述第二輸出驅動器的第二多路復用器。
17、 如權利要求10所述的微控制器，其中所述第一及第二管腳彼此相鄰地布置 在半導體外殼內。
18、 如權利要求2所述的微控制器，其中所述啟用/停用信號由可編程寄存器提供。
19、 一種微控制器，其包括-至少第一及第二輸入/輸出端口，其分別與外部第一及第二管腳耦合； 可控制第一及第二驅動器,其分別與所述第一及第二管腳耦合以用于提供第一及 第二輸入信號；可控制差分放大器，其具有與所述第一及第二管腳耦合的兩個輸入及一輸出；其 中在第一模式中停用所述差分放大器，且在第二模式中停用所述第一及第二驅動器并 啟用所述差分放大器；及可控制第三及第四驅動器，其與所述第一及第二管腳耦合以在輸出模式中提供輸 出端口功能。
20、 如權利要求19所述的微控制器，其進一步包括可編程切換布置，其可在第三模式中操作以分別提供所述第一及第二管腳處的第 一及第二輸出信號，且在第四模式中操作以提供所述第一管腳處的第一輸出信號及所述第二管腳處的 經反轉的第一輸出信號。
全文摘要
本發明揭示一種微控制器，其可具有至少第一及第二輸出端口，其分別與外部第一及第二管腳耦合；可編程切換布置，其可在第一模式中操作以分別提供所述第一及第二管腳處的第一及第二輸出信號，且可在第二模式中操作以提供所述第一管腳處的第一輸出信號及所述第二管腳處的經反轉的第一輸出信號。
文檔編號H01L23/48GK101506788SQ200780031014
公開日2009年8月12日 申請日期2007年7月26日 優先權日2006年7月28日
發明者伊戈爾·沃耶沃達, 魯安·洛倫斯 申請人:密克羅奇普技術公司