專利名稱：具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及處理器，更具體地涉及一種具有擴(kuò)大工作電壓范圍的基于精簡指令集計算機(jī)(RISC)的微控制器。
目前，基于精簡指令集計算機(jī)(RISC)的微控制器的工作電壓值處于2.5V至6.5V之間。在許多應(yīng)用中，若沒有外部電壓調(diào)節(jié)，在這樣的電壓范圍限制下，不可能使用基于RISC的微控制器。通過提高基于RISC的微控制器工作電壓的范圍，可以擴(kuò)大在不同應(yīng)用領(lǐng)域中這種類型微控制器的用途。例如，通過將基于RISC的微控制器的工作電壓提高到9V或12V，就可以在應(yīng)用中在沒有外部電壓調(diào)節(jié)的情況下使用RISC微控制器，此時，可將廉價的9或12V電池作為主電源。
因此，需要提供一種改進(jìn)的基于RISC的微控制器。改進(jìn)的基于RISC的微控制器必須具有擴(kuò)大的工作電壓范圍。改進(jìn)的基于RISC的微控制器必須具有大約2V到18V的擴(kuò)大工作電壓范圍，以便允許在許多不同類型應(yīng)用中使用這種類型的微控制器。
按照本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的基于RISC的微控制器。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有擴(kuò)大工作電壓范圍的改進(jìn)的基于RISC的微控制器。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有擴(kuò)大工作電壓范圍的改進(jìn)的基于RISC的微控制器，其中，該擴(kuò)大的工作電壓范圍近似為2V到18V，以便允許在許多不同類型應(yīng)用中使用這種類型的微控制器。
按照本發(fā)明的一個實施例，公開了一種具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器。一個處理單元，尤其指基于RISC的微控制器，被連接到處理單元電壓調(diào)節(jié)器。處理單元電壓調(diào)節(jié)器用于控制處理單元的工作電壓。一個控制單元被連接到處理單元電壓調(diào)節(jié)器和處理單元，用于設(shè)置處理單元電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)電壓值。一個用于提供處理單元工作電壓的電壓源被連接到控制單元和處理單元電壓調(diào)節(jié)器。工作電壓的特征是具有可選上限和下限的可變電壓范圍。而且，在從一個工作電壓到另一個工作電壓變化時，處理器不會受到變化電流的沖擊。
處理器還可以包括一個連接到電壓源的高電壓輸入/輸出(I/O)端口。高電壓I/O端口允許以電壓源所提供的工作電壓來工作的外圍設(shè)備連接到處理單元。高電壓接口邏輯電路連接到高電壓I/O端口和處理單元，以讓在連接到高電壓I/O端口的外圍設(shè)備和處理單元之間能夠進(jìn)行通信。
處理器還可以具有連接到電壓源的I/O調(diào)節(jié)器。I/O調(diào)節(jié)器用于提供I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值。此I/O調(diào)節(jié)電壓值可以與處理單元調(diào)節(jié)電壓值相同或不同。
調(diào)節(jié)I/O端口連接到I/O調(diào)節(jié)器，以允許以I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值來工作的外圍設(shè)備連接到處理單元。接口邏輯電路連接到調(diào)節(jié)I/O端口和處理單元，以讓在連接到調(diào)節(jié)I/O端口的外圍設(shè)備和處理單元之間能夠進(jìn)行通信。
通過下面參照本發(fā)明附圖特別針對本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明，能夠清楚地了解本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的簡化功能框圖。
參照圖1，它示出了本發(fā)明的處理器10。處理器10具有處理單元12。處理單元12是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的標(biāo)準(zhǔn)處理器內(nèi)核。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，采用了基于精簡指令集計算機(jī)(RISC)的微控制器內(nèi)核。在其它實施例中，其它類型的微處理器和微控制器(例如，復(fù)雜指令集計算機(jī)-CISC、數(shù)字信號處理器-DSP等)也可以利用本發(fā)明。
處理單元電壓調(diào)節(jié)器14(以下稱調(diào)節(jié)器14)連接到處理單元12。調(diào)節(jié)器14用于產(chǎn)生對處理單元12供電的調(diào)節(jié)工作電壓。
控制單元16連接到調(diào)節(jié)器14和處理單元12。控制單元16用于設(shè)置調(diào)節(jié)器14的調(diào)節(jié)電壓值VREF(內(nèi)核)?？刂茊卧?6是一般的具有多個位的寄存器和諸如基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生器的模擬電路。采用多個位來設(shè)置不同的調(diào)節(jié)電壓值(即，正常工作電壓和低功率工作電壓)。
電壓源VDD18連接到調(diào)節(jié)器14。調(diào)節(jié)器14用于為處理單元12提供工作電壓。電壓源VDD18可以提供具有上限和下限工作電壓值的可變范圍的工作電壓。在至少一個實施例中，在上限(例如，正常或高速工作)和下限(例如，低速、休眠或低功率工作)電壓值之間存在多個工作電壓。另一個實施例的典型工作電壓值是正常工作的5V和低功率工作的3.5V。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電壓源VDD18將提供大約16V的電壓范圍。此外，在本發(fā)明的該優(yōu)選實施例中，電壓下限是2V，電壓上限是18V。然而，處理器設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，可以有范圍值略大或略小而且上下限不同的其它電壓范圍，并且這些電壓范圍執(zhí)行基本上相同的功能。
處理器10可包括高電壓輸入/輸出(I/O)端口20。高電壓I/O端口20直接連接到電壓源VDD18。高電壓I/O端口20用于允許以電壓源VDD所提供的工作電壓來工作的外圍設(shè)備連接到處理單元12。高電壓I/O端口20能夠在OV到VDD之間切換。由于連接到高電壓I/O端口20的外圍設(shè)備的工作電壓可能高于處理單元12工作電壓，所以將高電壓接口邏輯電路22連接在高電壓I/O端口20和處理單元12之間。采用高電壓接口邏輯電路22是為了讓在連接到高電壓I/O端口20的外圍設(shè)備和處理單元12之間能夠進(jìn)行通信。
還可將I/O調(diào)節(jié)器24連接到電壓源VDD18和控制單元16。采用I/O調(diào)節(jié)器24向連接到I/O調(diào)節(jié)器24的調(diào)節(jié)I/O端口26提供I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值VREF(I/O)。VREF(I/O)可以是與VREF(內(nèi)核)不同的電壓值。
控制單元16的作用方式與它控制調(diào)節(jié)器14的方式類似?？刂茊卧?6用于設(shè)置I/O調(diào)節(jié)器24的I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值VREF(I/O)。采用調(diào)節(jié)I/O端口26來允許以I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值來工作的外圍設(shè)備連接到處理單元12。將接口邏輯電路28連接到調(diào)節(jié)I/O端口和處理單元12，以讓在連接到調(diào)節(jié)I/O端口的外圍設(shè)備和處理單元12之間能夠進(jìn)行通信。
下面描述本發(fā)明實施例的操作。
一旦處理器10啟動，控制電路16將調(diào)節(jié)器14設(shè)置到處理單元12的預(yù)定工作電壓VREF(內(nèi)核)?？刂齐娐?6還將I/O調(diào)節(jié)器24設(shè)置到I/O設(shè)備電壓值VREF(I/O)，該值可與處理單元12的工作電壓值相同或不同。調(diào)節(jié)器14內(nèi)部調(diào)節(jié)電壓源VDD18。在該優(yōu)選實施例中，電壓源VDD18可具有2V到18V的電壓范圍。
調(diào)節(jié)器14在VDD＞VREF(內(nèi)核)(VREF(內(nèi)核)為由控制單元16設(shè)置的調(diào)節(jié)電壓)時起調(diào)節(jié)器的作用。如果VDD＜VREF(內(nèi)核)，則調(diào)節(jié)器14簡單地傳送VDD，導(dǎo)致低電壓工作和較寬的外圍設(shè)備工作電壓范圍。這樣，例如，若VREF(內(nèi)核)設(shè)置為5.5V，VDD設(shè)置為3V，則內(nèi)部處理單元電壓為3V。然而，若VDD設(shè)置為12V，則內(nèi)部處理單元電壓為5.5V。
雖然參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例具體地展示和說明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)和范圍的情況下可以進(jìn)行前述或其它形式和細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，包括下列部件的組合處理單元；處理單元電壓調(diào)節(jié)器，它連接到所述處理單元，用于控制所述處理單元的工作電壓；控制單元，它連接到所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器和所述處理單元，用于設(shè)置所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)電壓值；以及電壓源，它連接到所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器，用于為所述處理單元提供所述工作電壓，其中所述工作電壓具有上限和下限的工作電壓值。
2.如權(quán)利要求1所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述處理器在所述上限和所述下限的工作電壓值下工作時所耗用的電流基本上相同。
3.如權(quán)利要求1所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述處理單元是基于精簡指令集計算機(jī)(RISC)的微控制器。
4.如權(quán)利要求1所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述控制單元提供近似為16V的工作電壓范圍。
5.如權(quán)利要求1所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述電壓源的所述上限工作電壓大于7V。
6.如權(quán)利要求1所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述電壓源的所述上限工作電壓值近似為18V。
7.如權(quán)利要求1所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述電壓源的所述下限工作電壓值近似為2V。
8.如權(quán)利要求1所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述控制單元包括一個具有多個位的寄存器，用于設(shè)置所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器的所述調(diào)節(jié)電壓值。
9.如權(quán)利要求8所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述控制單元還包括用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的模擬電路。
10.如權(quán)利要求1所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，還包括高電壓輸入/輸出(I/O)端口，它連接到所述電壓源，用于允許以所述電壓源所提供的所述工作電壓來工作的外圍設(shè)備連接到所述處理單元；以及高電壓接口邏輯電路，它連接到所述高電壓I/O端口和所述處理單元，用于讓在連接到所述高電壓I/O端口的所述外圍設(shè)備和所述處理單元之間能夠進(jìn)行通信。
11.如權(quán)利要求1所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，還包括I/O調(diào)節(jié)器，它連接到所述電壓源，用于提供I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值；調(diào)節(jié)I/O端口，它連接到所述I/O調(diào)節(jié)器，用于允許以所述I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值來工作的外圍設(shè)備連接到所述處理單元；以及接口邏輯電路，它連接到所述調(diào)節(jié)I/O端口和所述處理單元，用于讓在連接到所述調(diào)節(jié)I/O端口的所述外圍設(shè)備和所述處理單元之間能夠進(jìn)行通信。
12.如權(quán)利要求11所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述控制單元連接到所述I/O調(diào)節(jié)器，用于設(shè)置所述I/O調(diào)節(jié)器的所述I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值。
13.一種具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，包括下列部件的組合RISC微控制器；處理單元電壓調(diào)節(jié)器，它連接到所述RISC微控制器，用于控制所述RISC微控制器的工作電壓；控制單元，它連接到所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器和所述RISC微控制器，用于設(shè)置所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)電壓值；電壓源，它連接到所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器，用于為所述RISC微控制器提供所述工作電壓，其中所述工作電壓具有上限和下限的工作電壓值；高電壓輸入/輸出(I/O)端口，它連接到所述電壓源，用于允許以所述電壓源所提供的所述工作電壓來工作的外圍設(shè)備連接到所述RISC微控制器；高電壓接口邏輯電路，它連接到所述高電壓I/O端口和所述RISC微控制器，用于讓在連接到所述高電壓I/O端口的所述外圍設(shè)備和所述RISC微控制器之間能夠進(jìn)行通信；I/O調(diào)節(jié)器，它連接到所述電壓源，用于提供I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值；其中，所述控制單元連接到所述I/O調(diào)節(jié)器，用于設(shè)置所述I/O調(diào)節(jié)器的所述I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值；調(diào)節(jié)I/O端口，它連接到所述I/O調(diào)節(jié)器，用于允許以所述I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值來工作的外圍設(shè)備連接到所述RISC微控制器；以及接口邏輯電路，它連接到所述調(diào)節(jié)I/O端口和所述RISC微控制器，用于讓在連接到所述調(diào)節(jié)I/O端口的所述外圍設(shè)備和所述RISC微控制器之間能夠進(jìn)行通信。
14.如權(quán)利要求13所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述處理器在所述上限和所述下限的工作電壓值下工作時所耗用的電流基本上相同。
15.如權(quán)利要求13所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述控制單元提供近似為16V的工作電壓范圍。
16.如權(quán)利要求13所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述電壓源的所述上限工作電壓大于7V。
17.如權(quán)利要求13所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述電壓源的所述上限工作電壓值近似為18V。
18.如權(quán)利要求13所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述電壓源的所述下限工作電壓值近似為2V。
19.如權(quán)利要求13所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述控制單元包括一個具有多個位的寄存器，用于設(shè)置所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器的所述調(diào)節(jié)電壓值。
20.如權(quán)利要求19所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述控制單元還包括用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的模擬電路。
21.一種具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，包括下列部件的組合處理單元；處理單元電壓調(diào)節(jié)器，它連接到所述處理單元，用于控制所述處理單元的工作電壓；控制單元，它連接到所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器和所述處理單元，用于設(shè)置所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)電壓值；電壓源，它連接到所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器，用于為所述處理單元提供所述工作電壓，其中所述工作電壓具有上限和下限的工作電壓值；高電壓輸入/輸出(I/O)端口，它連接到所述電壓源，用于允許以所述電壓源所提供的所述工作電壓來工作的外圍設(shè)備連接到所述處理單元；高電壓接口邏輯電路，它連接到所述高電壓I/O端口和所述處理單元，用于讓在連接到所述高電壓I/O端口的所述外圍設(shè)備和所述處理單元之間能夠進(jìn)行通信。
22.如權(quán)利要求21所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述處理器在所述上限和所述下限的工作電壓值下工作時所耗用的電流基本上相同。
23.如權(quán)利要求21所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述處理單元是基于精簡指令集計算機(jī)(RISC)的微控制器。
24.如權(quán)利要求21所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述控制單元提供近似為16V的工作電壓范圍。
25.如權(quán)利要求21所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述電壓源的所述上限工作電壓大于7V。
26.如權(quán)利要求21所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述電壓源的所述上限工作電壓值近似為18V。
27.如權(quán)利要求21所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述電壓源的所述下限工作電壓值近似為2V。
28.如權(quán)利要求21所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述控制單元包括一個具有多個位的寄存器，用于設(shè)置所述處理單元電壓調(diào)節(jié)器的所述調(diào)節(jié)電壓值。
29.如權(quán)利要求28所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述控制單元還包括用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的模擬電路。
30.如權(quán)利要求21所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，還包括I/O調(diào)節(jié)器，它連接到所述電壓源，用于提供I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值；調(diào)節(jié)I/O端口，它連接到所述I/O調(diào)節(jié)器，用于允許以所述I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值來工作的外圍設(shè)備連接到所述處理單元；以及接口邏輯電路，它連接到所述調(diào)節(jié)I/O端口和所述處理單元，用于讓在連接到所述調(diào)節(jié)I/O端口的所述外圍設(shè)備和所述處理單元之間能夠進(jìn)行通信。
31.如權(quán)利要求21所述的具有擴(kuò)大工作電壓范圍的處理器，其中，所述控制單元連接到所述I/O調(diào)節(jié)器，用于設(shè)置所述I/O調(diào)節(jié)器的所述I/O設(shè)備調(diào)節(jié)電壓值。
全文摘要
一種連接到處理單元電壓調(diào)節(jié)器的處理單元,最好是RISC微控制器。處理單元電壓調(diào)節(jié)器用于控制處理單元的工作電壓?？刂茊卧c處理單元電壓調(diào)節(jié)器和處理單元連接,用于設(shè)置處理單元電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)電壓值。電壓源連接到控制單元和處理單元電壓調(diào)節(jié)器,用于為處理單元提供工作電壓,其中該工作電壓具有上限和下限的工作電壓值以及具有相對很小工作電流變化的近似于2到18V的電壓源工作電壓范圍。
文檔編號G06F15/78GK1246684SQ9812656
公開日2000年3月8日 申請日期1998年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月28日
發(fā)明者威廉·斯密特, 約翰尼斯·A·范尼柯克, 威廉·J·馬尼韋克 申請人:密克羅奇普技術(shù)公司