專利名稱：雙模振蕩器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于例如微控制器等集成電路的振蕩器。
又稱為微控制器單元(MCUs)或單片式微型電子計算機的微控制器，使用一種片內(nèi)振蕩器電路來產(chǎn)生內(nèi)時鐘信號。該振蕩器電路通常包括反相器，其輸入和輸出端通過反饋電阻耦合在一起，引起反相器在高和低輸出態(tài)之間振蕩。該輸入和輸出端還耦合到微控制器封裝的外引線。
在第一工作模式中，這些外引線耦合到外晶體諧振器，它決定著反相器的振蕩頻率。在第二工作模式中，外時鐘信號被送到外引線，此外引線耦合到反相器輸入端，并且反相器在外時鐘信號的頻率下振蕩。另外的外引線可以留空(left open)，或可把由外反相器產(chǎn)生的補充外時鐘信號送到這外引線。
為了激勵應(yīng)用在第一模式中的外晶體，振蕩器的反相器要有高的輸出驅(qū)動能力，但當(dāng)應(yīng)用第二模式時，這能力會產(chǎn)生不希望的后果。如果把耦合到反相器的輸出端的外引線留空(left open)，則反相器的高輸出驅(qū)動能力會引起這外引線輻射帶有高低態(tài)間陡峭轉(zhuǎn)變的交變電磁場。這些陡峭的轉(zhuǎn)變?nèi)菀自诟浇钠渌娐分挟a(chǎn)生電磁干擾(EMI)。
如果補充外時鐘信號被從外反相器送到這外引線，振蕩器的反相器與外反相器的開關(guān)特性的差異會引起瞬間短路狀態(tài)，這時一個反相器的輸出高，而另一個反相器的輸出低。振蕩器的反相器的高輸出驅(qū)動能力在這瞬間會產(chǎn)生相當(dāng)大的電流流過外引線，再次引起電磁干擾，更不用說不希望有的電流和功率損耗了。
在第二工作模式期間，不管外引線如何連接，電流和功率都不必要地損耗在反饋電阻上。
因此，本發(fā)明的一個目的是減少由外時鐘信號直接驅(qū)動振蕩器電路時的電磁干擾。
本發(fā)明的另一個目的是減少由外時鐘信號驅(qū)動振蕩器電路時的電流和功率損耗。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，振蕩器電路包括有輸入端和輸出端的反相器；用于可換向地減少反相器的輸出驅(qū)動能力的第一開關(guān)電路；和可換向地把反相器的輸入端和輸出端通過某個電阻耦合在一起的第二開關(guān)電路。在第一工作模式中，第一開關(guān)電路被切換成不減少反相器的輸出驅(qū)動能力，第二開關(guān)電路被切換成把反相器的輸入端和輸出端通過上述電阻耦合在一起，并且外諧振器被耦合到輸入端和輸出端。在第二工作模式中，第一開關(guān)電路被切換成減少反相器的輸出驅(qū)動能力，第二開關(guān)電路被切換成不把反相器的輸入端和輸出端耦合在一起，并且外時鐘信號被送到輸入端。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，振蕩器電路包括有輸入端和輸出端的反相器；上述的第二開關(guān)電路；和用于把反相器的輸出端可換向地保持在固定電位上的第三開關(guān)電路。從反相器的輸入端產(chǎn)生振蕩器電路的輸出。在第二工作模式下，第三開關(guān)電路被切換成把反相器的輸出端保持在固定電位，此時，外時鐘信號被送到輸入端，而在第一工作模式下，第三開關(guān)電路被切換成不把反相器的輸出端保持在固定電位，此時，外諧振器被耦合到輸入端和輸出端。
在第二工作模式下，通過本發(fā)明的第一方面減少反相器的輸出驅(qū)動能力和本發(fā)明的第二方面把反相器的輸出端保持在固定電位，從而減少電磁干擾。在這兩個方面，在第二工作模式下，通過切斷輸入端和輸出端的電阻耦合，減少了電流和功率損耗。
在附圖中

圖1是普通振蕩器電路的原理圖；圖2是本發(fā)明的第一實施例的原理圖；和圖3是本發(fā)明的第二實施例的原理圖。
將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實施例，下面較詳細地描述普通的振蕩器電路。
圖1是普通振蕩器電路的原理圖，用以與本發(fā)明作比較。上述反相器1包括p溝道增強型金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(下面稱為PMOS晶體管)TR1和n溝道增強型金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(下面稱為NMOS晶體管)TR2。晶體管TR1和TR2串聯(lián)在電源兩端之間，在圖中電源兩端用字母VDD和地符號來表示，VDD相對地為正。反相器1的輸入端2耦合到晶體管TR1和TR2的柵極端、反饋電阻4的一端以及外引線OSC0；反相器1的輸出端3耦合到晶體管TR1和TR2的漏極端、反饋電阻4的另一端以及另一個外引線OSC1，并耦合到第二反相器INV1的輸入端。反相器INV1的輸出是送到例如微控制器的中央處理單元(CPU，圖中看不到)的時鐘信號，這振蕩器電路就用在此微控制器上。
我們說反相器1有高輸出驅(qū)動能力的基本意思是，這晶體管TR1和TR2有寬的溝道和低的導(dǎo)通電阻，并且因此能允許相對大的電流從VDD流到外引線OSC1或從OSC1流到地。
圖2是說明本發(fā)明第一方面的第一實施例的原理圖。反相器11相似于現(xiàn)有技術(shù)的反相器1，包括PMOS晶體管TR3和NMOS晶體管TR4，它們串聯(lián)在VDD與地之間。反相器11的輸入端12和輸出端13分別耦合到外引線OSC0和OSC1。輸出端13還耦合到與圖1的反相器INV1相似的第二反相器INV2。
反相器11的輸出驅(qū)動能力由第一開關(guān)電路控制，此電路包括p溝道耗盡型金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管TR5和n溝道耗盡型金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管TR6。晶體管TR5及TR6都是正常導(dǎo)通型的。當(dāng)晶體管TR5的柵極電位為VDD時，晶體管TR5導(dǎo)通，但其電阻比較高。當(dāng)晶體管TR5的柵極電位為地電位時，晶體管TR5以比較低的電阻導(dǎo)通。當(dāng)晶體管TR6的柵極電位為地電位時，它以比較高的電阻導(dǎo)通，而當(dāng)晶體管TR6的柵極電位為VDD時，以比較低的電阻導(dǎo)通。
反相器11的輸入端12和輸出端13通過第二開關(guān)電路耦合在一起，此電路包括PMOS晶體管TR7和NMOS晶體管TR8。這兩晶體管TR7和TR8為并聯(lián)耦合，形成傳輸門14和被設(shè)計成具有比較高的導(dǎo)通電阻。當(dāng)晶體管TR7的柵電位為地電位和晶體管TR8的柵電位為VDD時，這兩個晶體管都導(dǎo)電，起著等效于圖1的R1的反饋電阻的作用。即，晶體管TR7和TR8的聯(lián)合的并聯(lián)導(dǎo)通電阻基本上等于電阻R1。當(dāng)晶體管TR7的柵電位為VDD，而晶體管TR8的柵電位為地電位時，這兩晶體管都關(guān)斷。
第一和第二開關(guān)電路由控制信號(CONT)控制，此信號被送到晶體管TR5和TR7的柵極。這控制信號也被反相器INV3反相，并且反相后的信號被送到晶體管TR6和TR8的柵極。當(dāng)在微控制器中采用第一實施例時，通過使微控制器的軟件置“1”或清除標(biāo)志位來產(chǎn)生控制信號(CONT)。
第一實施例工作在第一模式和第二模式，如下所述。
在第一模式中，外晶體諧振器(沒畫出)被耦合到引線OSC0和OSC1，并且清除上述的標(biāo)志位以便使CONT為低，接通傳輸門14，晶體管TR5和TR6以低電阻導(dǎo)通。在這模式下，第一實施例以與圖1的普通振蕩器電路基本上相同的方式運行。例如當(dāng)微控制器作為主控制器運行時采用這模式。
在第二模式中，外時鐘信號被送到外引線OSC0。外引線OSC1可留空，或接入補充時鐘信號。設(shè)置上述標(biāo)志位以便使CONT為高，斷開傳輸門14，晶體管TR5和TR6以比較高的電阻導(dǎo)通。這高電阻通過限制流過反相器11的電流來減低反相器11的輸出驅(qū)動能力。例如當(dāng)微控制器作為從動控制器運行時采用這模式。
在第二工作模式式下，如果外引線OSC1留空，反相器11的被減低的輸出驅(qū)動能力使對引線OSC1和它的內(nèi)部連線的電容充放電的速率減小，從而使陡峭的高-低轉(zhuǎn)變不會發(fā)生。因此，減少了電磁干擾。與普通振蕩器電路相比，也減少了電流和功率損耗，因為沒有電流流過傳輸門14。
如果把補充外時鐘信號送到外引線OSC1，即使在反相器11和產(chǎn)生補充時鐘信號的外反相器(沒畫出)之間發(fā)生瞬間短路狀態(tài)，被減低的輸出驅(qū)動能力也會限制流過這導(dǎo)線的電流。因此，減少了電磁干擾和電流和功率損耗。因為傳輸門14被關(guān)斷，也減少了電流和功率損耗。
圖3是說明本發(fā)明的第二方面的第二實施例的原理圖。反相器21相似于第一實施例的反相器11，包括PMOS晶體管TR10和NMOS晶體管TR11，它們串聯(lián)在VDD與地之間，它們的柵極耦合到外引線OSC0，而它們的漏極耦合到外引線OSC1。第二實施例的輸出是從反相器21的輸入端22的信號經(jīng)由另一對反相器INV4和INV5產(chǎn)生的。
第二實施例有第三開關(guān)電路，此電路包括PMOS晶體管TR12和NMOS晶體管TR13。晶體管TR12和TR10并聯(lián)耦合，處在VDD和反相器21的輸出端23之間。晶體管TR13和TR11串聯(lián)耦合，處在反相器21的輸出端23和地之間。
第二開關(guān)電路或傳輸門24與第一實施例的傳輸門14相似，包括NMOS晶體管TR14和PMOS晶體管TR15。
第二和第三開關(guān)電路由控制信號(CONT)控制，此信號被送到晶體管TR15的柵極和反相器1NV6。由反相器INV6輸出的反相后的控制信號被送到晶體管TR12、TR13和TR14的柵極。
在第一工作模式中，當(dāng)外晶體諧振器耦合到引線OSC0和OSC1，控制信號(CONT)為低，晶體管TR12被關(guān)斷，而晶體管TR13被導(dǎo)通，并且傳輸門24被接通。在這模式中，第一實施例以與圖1的普通振蕩器電路基本上相同的方式運行。具體地說，即使輸出信號是由反相器21的輸入端22產(chǎn)生而不是由輸出端23產(chǎn)生，第二實施例的輸出信號(反相器INV5的輸出)的相位也與圖1的輸出信號(反相器INV1的輸出信號)的相位相同。
在第二工作模式中，外時鐘信號被送到外引線OSC0。外引線OSC1留空?？刂菩盘朇ONT為高，晶體管TR12被導(dǎo)通，晶體管TR13被關(guān)斷，傳輸門14被斷開。反相器11的輸出被保持在高電平，其輸出端通過晶體管TR12耦合到VDD，而被晶體管TR13斷開反相器11與地電位之間的通道。第二實施例的輸出信號在反相器INV4和INV5處通過把外時鐘信號反相兩次而得。輸出信號有著和第一實施例及現(xiàn)有技術(shù)的相同的相位。
在第二模式式下，在外引線OSC1處沒有產(chǎn)生電磁干擾，因為這引線保持在恒定的電位下。在傳輸門24沒有電流和功率損耗，因為傳輸門14已被關(guān)斷。另一優(yōu)點是再也不需在OSC1輸入補充時鐘信號。
上述的實施例可以用許多方式來改變。例如，控制信號(CONT)可以在另一個外引線通過輸入而產(chǎn)生，而不是由標(biāo)志位來產(chǎn)生?？刂菩盘柕臉O性可以倒過來。第一實施例的輸出信號可以象第二實施例那樣，從反相器11的輸入端12產(chǎn)生。在第一實施例中的第一開關(guān)電路不需要包括耗盡型晶體管；另一個可能的方案是用各對并聯(lián)晶體管代替晶體管TR3和TR4，并且在第二模式中，進一步利用增強型晶體管來切斷對每對晶體管中的一個晶體管的供電。在兩個實施例中，第二開關(guān)電路都可包括晶體管和與其串聯(lián)耦合的電阻，而不是傳輸門。在第二實施例中，在第二工作模式時，反相器21的輸出端23可以保持在低而不是高電平，辦法是將晶體管TR12與晶體管TR10串聯(lián)耦合，將晶體管TR13與晶體管11串聯(lián)耦合，并且給晶體管TR12和TR13的柵極提供非反相控制信號。
本專業(yè)的技術(shù)人員會認識到，在下述的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)還可作進一步改變。
權(quán)利要求
1.一種包含具有輸入端和輸出端的反相器的振蕩器電路，它可以工作在第一模式和第二模式，當(dāng)工作在第一模式時，外諧振器被耦合到所述輸入端和所述輸出端，而工作在第二模式時，外時鐘信號被送到所述輸入端，其特征在于所述振蕩器電路包括第一開關(guān)電路，它耦合到所述反相器，以便在所述第二工作模式中減少反相器的輸出驅(qū)動能力，而在所述第一工作模式中，第一開關(guān)電路被切換成不減少反相器的輸出驅(qū)動能力；和第二開關(guān)電路，它耦合到所述反相器，以便在所述第一工作模式中，把反相器的輸入端和輸出端通過某個電阻耦合在一起，而在所述第二工作模式中，不把反相器的輸入端和輸出端耦合在一起。
2.權(quán)利要求1的振蕩器電路，其特征在于所述第一開關(guān)電路起碼包括一個耗盡型場效應(yīng)晶體管，所述晶體管被這樣切換，使得在第二模式有比第一模式的大的導(dǎo)通電阻。
3.權(quán)利要求2的振蕩器電路，其特征在于所述反相器包括第一p溝道增強型場效應(yīng)晶體管和第一n溝道增強型場效應(yīng)晶體管，它們在供電電源兩端之間串聯(lián)耦合；和所述第一開關(guān)電路包括p溝道耗盡型場效應(yīng)晶體管和n溝道耗盡型場效應(yīng)晶體管，其中的p溝道耗盡型場效應(yīng)晶體管與所述第一p溝道增強型場效應(yīng)晶體管串聯(lián)耦合，而上述n溝道耗盡型場效應(yīng)晶體管與n溝道增強型場效應(yīng)晶體管串聯(lián)耦合。
4.權(quán)利要求1的振蕩器電路，其特征在于所述第二開關(guān)電路包括第二p溝道增強型場效應(yīng)晶體管和第二n溝道增強型場效應(yīng)晶體管，它們在所述輸入端和所述輸出端之間并聯(lián)耦合，此并聯(lián)晶體管有等于所述某一電阻值的聯(lián)合導(dǎo)通電阻，所述第二p溝道增強型場效應(yīng)晶體管和所述第二n溝道增強型場效應(yīng)晶體管在所述第一模式被導(dǎo)通，而在所述第二模式被關(guān)斷。
5.一種包含具有輸入端和輸出端的反相器的振蕩器電路，它可以工作在第一模式和第二模式，當(dāng)工作在第一模式時，外諧振器被耦合到所述輸入端和所述輸出端，而當(dāng)工作在第二模式時，外時鐘信號被送到所述輸入端，其特征在于所述振蕩器電路包括第三開關(guān)電路，它耦合到所述反相器，用于在所述第二模式下把所述輸出端保持在固定的電位，而在所述第一模式下不把所述輸出端保持在固定電位；和第二開關(guān)電路，它耦合到所述反相器，以便在所述第一工作模式中，把反相器的輸入端和輸出端通過某個電阻耦合在一起，而在所述第二工作模式中，不把反相器的輸入端和輸出端耦合在一起；其中所述振蕩器電路的輸出信號從所述反相器的輸入端產(chǎn)生。
6.權(quán)利要求5的振蕩器電路，其特征在于所述反相器包括具有相反的溝道類型的第一場效應(yīng)晶體管和第二場效應(yīng)晶體管，它們串聯(lián)耦合在供電電源兩端之間；和所述第三開關(guān)電路包括第三場效應(yīng)晶體管和第四場效應(yīng)晶體管，其中第三場效應(yīng)晶體管與所述第一場效應(yīng)晶體管并聯(lián)耦合，而所述第四場效應(yīng)晶體管與第二場效應(yīng)晶體管串聯(lián)耦合，所述第三場效應(yīng)晶體管在所述第一模式時被關(guān)斷，而在所述第二模式被導(dǎo)通，而所述第四場效應(yīng)晶體管在所述第一模式被導(dǎo)通，而在所述第二模式被關(guān)斷。
7.權(quán)利要求5的振蕩器電路，其特征在于所述第二開關(guān)電路包括具有相反的溝道類型的第五場效應(yīng)晶體管和第六場效應(yīng)晶體管，它們在所述輸入端和所述輸出端之間并聯(lián)耦合，此并聯(lián)晶體管有等于所述某一電阻值的聯(lián)合導(dǎo)通電阻，所述第五場效應(yīng)晶體管和所述第六場效應(yīng)晶體管在所述第一模式被導(dǎo)通，而在所述第二模式被關(guān)斷。
8.權(quán)利要求5的振蕩器電路，其特征在于包括附加的串聯(lián)耦合在所述輸入端的一對反相器，用于從所述輸入端產(chǎn)生所述輸出信號。
全文摘要
一種包含具有通過反饋電阻耦合的輸入端和輸出端的反相器的振蕩器電路,此振蕩器電路可以工作在兩個模式下。當(dāng)工作在第一模式式時,輸入端和輸出端被耦合到外晶體諧振器。而當(dāng)工作在第二模式時,外時鐘信號被送到所述輸入端。在第二模式時,輸入端不連接到輸出端,此外,減低了反相器的輸出驅(qū)動能力,或者把反相器的輸出端保持在固定的電位上。
文檔編號H03K3/02GK1182230SQ97121580
公開日1998年5月20日 申請日期1997年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月28日
發(fā)明者吉村勝利 申請人:沖電氣工業(yè)株式會社