专利名称：利用可编程电压输出电路扩展集成电路中的驱动能力的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及集成电路(IC)和IC设计，更具体地，涉及利用预设计的可编程输 出单元的ICo
背景技术：
诸如专用集成电路(ASIC)的集成电路的设计者面对着增长的市场压力而设计其 产品并迅速将其交付给消费者。IC制造商没有时间来针对消费者需求来设计、评估、制造和 质检(qualify)其IC的每个子电路。相应地，它们依赖于子电路设计和布局的第三方供应 商。通常通过许可来自第三方供应商的子电路的知识产权来获得使用这种第三方电路的权 利。第三方IC子电路相比内置常规子电路设计来说提供许多优点。例如，提供将IC 与外部电路相接口的功能的输入或输出(I/O)单元需要达到某些要求，比如工业标准(例 如USB2.0，IEEE 1394，IEEE 802. 3等)或者来自消费者的特定性能要求。IC制造商可能 不具有专业技术和机会以足够快的进入市场的时间(time-to-market)开发这样的I/O单 元。确实，开发定制的I/O单元需要大量的成本、时间和努力。第三方I/O单元可能已经被 开发、测试并被充分质检，以达到工业标准或者根据包括消费者要求的规格的范围来执行。意识到IC制造商可能具有特定性能要求，I/O单元的第三方供应商通常为其I/O 单元提供预定义的可编程的或者可调整的性能设置的有限集合。例如，某个I/O单元设计 包括对于工作电压、驱动强度(drive strength)、摆动率等的预定义的调整。IC设计者有时面对如下挑战必须交付具有在标准范围或由某些第三方I/O单元 提供的可调整范围之外的I/O单元性能的IC。IC制造商面对的一个具体挑战是提供带有超 出I/O单元中可获得的驱动强度的、增加的驱动强度或者降低的驱动强度的I/O单元。即 使当IC制造商对带有可配置的驱动强度设置的I/O单元有权利时，对于配置超过驱动强度 设置的可用范围的驱动强度的需要也可能仍然存在。可能需要增加的驱动强度来驱动更大 的负载或者达到严格的信号定时要求。当驱动器电路上的负载的电抗使得迅速的信号变换 导致电压过高(overshoot)或者过低(undershoot)、比如激振(ringing)时，可能要求降低 的驱动强度。修改1/0单元设计以达到扩展的工作范围要求可能是不现实的，或者在可应用的 知识产权许可协议下是被禁止的。选择不同的第三方1/0单元以满足对于扩展的驱动强度 范围的需要可能包括必须承担对于使用该1/0单元的权利的附加许可的费用。需要扩展某些输出电路的驱动强度设置的范围而不需要承担选择不同的1/0单 元或者重新设计其本身的输出电路的负担的解决方案。
发明内容
本发明的一个方面指向一种改进的IC，其包括输出驱动器电路部分，该输出驱动 器电路部分可经由配置输入而被电配置为工作在与IC的状况的指示对应的第一模式或者
5第二模式下。所述第一模式和第二模式具有不同的驱动特性。在各种实施例中，IC的状况 的指示可以是电源电压指示。该改进包括配置接口电路部分，其被适配为选择性地推翻所 述配置输入，以基于驱动强度控制输入来配置输出驱动器电路部分在第一模式或第二模式 下的操作，而无论IC的状况如何。本发明的各方面认识到，在选择性地支持在诸如3. 3V和1. 8V的多个电压处的操 作的IC的某些第三方或其他预设计的输出驱动器电路部分或者I/O单元中，设置与在一个 电压或另一电压处的操作一致的输出驱动器趋向于还影响输出驱动器的驱动特性。在作为 用于配置输出驱动器的驱动强度的机制的本发明的各种实施例中充分利用该趋势。该方法 即使在支持输出驱动器的驱动强度的调整的某些输出驱动器电路的情况下，也是有用的。 在这些情况中的某些下，输出驱动强度的范围可以扩展超过经由直接的驱动强度调整可获 得的最大和最小驱动强度设置之外。根据本发明的一个方面的具有被配置用于最大驱动强度的输出线的IC包括输 出驱动器电路部分，其可经由电压控制配置节点选择性地配置为工作在与相对较低的供电 电压对应的第一模式以及与相对较高的供电电压对应的第二模式下，所述第一模式和第二 模式具有不同的驱动特性。电压控制电路基于对IC的供电电压、经由向所述电压控制配置 节点的输出来配置所述输出驱动器电路部分用于在第一模式或第二模式下的操作。推翻电 路电耦接到所述电压控制配置节点，所述推翻电路致使所述输出驱动器电路部分被配置为 工作在第一模式下，而无论所述电压控制电路向所述电压控制配置节点的输出如何。在根据本发明的该方面的具有被配置用于最小驱动强度的输出线的IC中，推翻 电路致使所述输出驱动器电路部分被配置为工作在第二模式下，而无论所述电压控制电路 向所述电压控制配置节点的输出如何。本发明的另一方面指向一种用于配置IC的输出驱动器电路部分的驱动强度的方 法，该IC具有电可配置为工作在与第一 IC条件对应的第一模式以及与第二 IC条件对应的 第二模式下的输出驱动器电路部分，所述第一模式和第二模式具有不同的驱动特性，一种 用于配置输出驱动器电路部分的驱动强度的方法。该方法包括电配置所述输出驱动器电 路部分以优先(preferentially)工作在第一模式或者第二模式下而无论IC是处于第一 IC 状况还是第二 IC状况，其中所述电配置是基于对输出驱动器电路部分的期望驱动强度。有利地，本发明的各实施例有助于达到利用这些技术所应用的输出驱动器电路或 I/O单元的传统配置不可获得的驱动强度。使得这些扩展的驱动强度可用而无需重新设计 或替换驱动器电路本身，节省了用于开发对驱动器电路的修改的大量时间和费用，并且节 省了用于替换来自第三方许可人的驱动器电路的知识产权许可成本。从以下具体实施方式
中，大量其他优点将变得明显。
结合附图考虑本发明的各实施例的以下详细描述，可以更全面地理解本发明，附 图中图1是图示根据本发明的各方面的包括输入或输出(I/O)单元和I/O单元控制接 口的示例IC 100的一部分的框图。图2是图示根据图1的IC的I/O单元的一个实施例的示例可调整I/O单元的图。
图3是图示根据本发明的一个实施例的利用图2的I/O单元工作的示例I/O单元 接口的图。图4是图示通过本发明的各方面帮助实现的标定和扩展的输出驱动强度范围。尽管本发明适应于各种修改和替换形式，但是已经通过附图中的示例示出并将详 细描述其细节。但是，应该理解，本发明不是要将本发明限制为所描述的特定实施例。相反， 本发明要覆盖落在如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效和替换。
具体实施例方式本发明的各方面指向集成电路(IC)器件及其制造。相关领域技术员应该认识到， 本发明的各方面将应用于广泛种类的IC技术而不限于在此所述的例子。IC技术的例子包 括利用数字电子、模拟电子和混合信号技术的IC以及包括被动组件的混合设备。IC技术 可以基于任何适当的半导体技术，比如例如硅、砷化镓等，或者其任意组合，并可以基于任 何适当的设备技术，比如例如CM0S、TTL、ECL等，或其任意组合。IC产品还可以包括任何类 型的功能性，比如而非限制的存储器(例如RAM、ROM、PROM、EEPROM等)、逻辑系列(logic family)、可编程逻辑(例如PAL、PLA、FPGA等)、微处理器/微控制器、放大器或信号调节 电路、滤波器、接口电路、模拟到数字、数字到模拟、电源电路、无线频率和微波设备、专用集 成电路(ASIC)、微电机系统(MEMS)等。图1是图示示例IC 100的一部分的框图。IC 100包括晶片102，该晶片102具有 在其上形成、并被排列为包括核心逻辑110、输入或输出(I/O)单元120、I/O单元控制接口 130以及电源和地导线(conductor) 140的各种子电路的半导体器件和其他结构。电源和地 导线140便于从电源104和地106到晶片102上的电路的电力(power)传送。在相关实施 例(未示出)中，晶片102包括可以向各种子电路供应在某些电压处的电力的电力调压器 (regulator)电路。IC包103将晶片102封装并提供与电源104、与地106以及经由管脚112与晶片 102上的输出节点108的电连接。输出节点108经由相应的管脚112连接到在IC 100外部 的外部电路114。诸如由输出信号路径116携带的信号的、来自核心逻辑110的输出信号经由1/0 单元120与外部电路114接口，该1/0单元120包括输出驱动器电路部分122。在各种实施 例中，除了输出电路部分之外，1/0单元120还可以包括输入电路部分。而且在各种实施例 中，1/0单元120可以被配置为根据经由控制位124的各种预定工作模式而工作。用于输 出驱动器电路部分122的各种预定工作模式的例子非限制性地包括各种驱动强度设置、各 种摆动率设置、各种波形成形设置、对于不同的电源电压而最优化的各种工作模式、以及对 于不同的设备温度而最优化的各种工作模式设置。1/0单元控制接口 130基于由核心逻辑110提供的配置设置132或者基于被存储 在1/0单元接口控制130或别处的其他配置设置，经由控制位124配置1/0单元120。在 相关实施例中，1/0单元控制接口 130包括诸如ROM、FPGA, EEPR0M、熔丝(fuse)或反熔丝 (antifuse)等的可编程电路，其中，可以将配置设置的至少一部分存储在该可编程电路中。 1/0单元控制接口 130还可以包括判断逻辑，该判断逻辑基于与IC 100有关的条件和设置
7的各种实施例来定义控制位124的值。在各种实施例中，I/O单元控制接口 130可以为单 个I/O单元或为相关的I/O单元的组提供配置设置。在相关实施例中，I/O单元控制接口 130基于感测IC 100的某逻辑或模拟状态或 者其他条件的电路来确定适当的控制位值。例如，在一个示例实施例中，I/O单元控制接口 130感测电源104的电压或者在晶片102上出现的调压器的输出的电压，并将I/O单元120 配置为工作在与该电压电平对应的工作模式下。在另一示例实施例中，I/O单元控制接口 130包括温度感测器件，并将I/O单元120配置为工作在基于由温度感测器件提供的温度的 指示的某些模式下。可以由I/O单元控制接口 130在其上设置I/O单元120的配置的、IC 100的条件的另一例子是由诸如外部电路114的外部电路所驱动的输入节点的状态。图2是图示一个I/O单元220的框图，该I/O单元220是更详细地描绘的I/O单 元120的实施例。I/O单元220包括输出驱动器电路部分222，其接受经由输出信号路径 116馈送的信号作为其输入I信号，并驱动被连接到I/O管脚112的组合的输入/输出节点 208。I/O单元220还包括输入接收器电路部分224，其接受在组合的输入/输出节点208 上的信号作为其输入，并产生经由来自核心逻辑110的输入信号路径218(图1中未示出) 而连接到核心逻辑110的缓冲的输出0。输出驱动器电路部分222和输入接收器电路部分224两者都具有用于配置它们相 应的工作模式的控制输入。输入接收器电路部分114具有使能/禁用在该输入处的施密特 触发器(Schmitt trigger)电路的控制位SMT。控制位IE_N通过将缓冲的输出0驱动为高 或低状态来使能或禁用输入接收器电路部分224。配置位PU和PD每个使能或禁用对于组 合的输入/输出节点208的上拉和下拉负载。输出驱动器电路部分222包括使能输出驱动器电路部分222或者将输出驱动器电 路部分222的输出设置为高阻抗状态Z的使能控制位E，如以下表1所示。表1 输出驱动器真值表 控制位E8和E4控制输出驱动器电路部分222的输出驱动强度，如以下表2所示。表2 输出驱动器驱动强度表 控制位SR选择快摆动率(迅速边缘转换)或者慢摆动率，如以下表3所示。表3:输出驱动器摆动率表 控制位LV选择被设计用于3. 3V电源或者1. 8V电源的工作模式。由控制位LV选 择的工作模式建立了输出驱动器电路部分222的不同驱动特性，用于递送与电源电压电平 对应的、图2所示的相同输出驱动电平。例如，在1. 8V工作模式下，利用比在3. 3V工作模 式下低的输出放大级阻抗来操作输出驱动器电路部分222。这可以在一个实施例中通过对 1. 8V工作模式使用比对3. 3V工作模式更多数量的并行驱动器晶体管来实现。可以采用大 量其他技术来产生与较低电压工作模式对应的更大驱动强度能力。例如，可以使用完全不 同的输出驱动器晶体管的集合用于一个电源电压模式或另一电源电压模式。表4:输出驱动器电压模式 WS_DIS控制位开启或关闭波形成形(waveshaping)功能，如以下表5所示。波形 成形功能在边缘转换期间动态地调整输出驱动强度以提供快初始切换以及在朝向转换的 结尾的较慢切换，以在输出驱动器电路部分上的负载具有加剧过高或激振效应的反作用或 传输线特性的情况下抑制这些效应。表5 输出驱动器波形成形 图3是图示I/O单元控制接口 330的图，该I/O单元控制接口 330是I/O单元控 制接口 130的一个实施例。I/O单元控制接口 330与I/O单元220的LV控制位接口。电压 传感器子电路340确定电源104的电压是处于3. 3V还是1. 8V,并输出表示一个或另一个电压的数字电压指示342。传统地，电压传感器子电路340将LV控制输入直接馈送到I/O单 元220的输出驱动器电路部分222。但是，在本实施例中，复用器350选择性地将数字电压 指示342连接到LV控制输入(当输入S1被选择时)，或者将输出驱动强度高/低驱动强度 范围控制信号346连接到LV控制输入(当输入&被选择时)。到MUX控制输入C中的电 压模式推翻(override)信号348在输入Sl和S2之间选择。在输出端口 D处的所选MUX 输出馈送到LV控制输入。可以与提供用于配置I/O单元220的其他控制输入的方式类似地从核心逻辑110、 从可编程寄存器或非易失性存储器电路、或者从外部源提供高/低驱动强度范围控制信号 346和电压模式推翻信号348。在相关实施例中，从不同的源提供输出驱动强度高/低驱动 强度范围控制信号346和电压模式推翻信号348之一或两者。以下表6示出了用于基于对复用器350的输入来控制LV输入的I/O单元接口 330 的操作。表6 I/O单元接口的真值表 I/O单元控制接口 330允许IC设计者在某些情况下调整I/O单元220的驱动强 度设置的可用范围，如图4所示。标定驱动强度范围402表示通常可配置的驱动强度的范 围，如以上表2所示，包括最大标定驱动强度402a和最小标定驱动强度402b。增加的驱动 强度范围404可以与标定驱动强度范围402重叠，但是提供在某些情况下高于最大标定驱 动强度402a的至少一个驱动强度设置。降低的驱动强度范围406可以与标定驱动强度范 围402或者增加的驱动强度范围404重叠，但是提供在某些情况下低于最小标定驱动强度 402b的至少一个驱动强度设置。以下表7示出了当输出驱动器电路部分222的输出驱动强度的范围调整可用时的 各种情况。对于实际的1.8V操作，对于驱动强度调整范围的范围可以降低但不可以增加， 而对于在3. 3V的实际操作，驱动强度调整范围可以增加而不可以降低。表7 驱动强度范围调整的可用性 为了增加当以3. 3V操作I/O单元220时的驱动强度范围，I/O单元220主要被配 置为工作在其与1. 8V供电对应的模式下。类似地，为了降低当以1. 8V操作I/O单元220 时的驱动强度，I/O单元220主要被配置为工作在其与3. 3V供电对应的模式下。在相关实施例中，由逻辑电路的输出供应高/低驱动强度范围控制信号346以及 电压模式推翻信号348与控制位E8和E4，该逻辑电路接受具有大于两位的驱动强度信号 控制字作为其输入。例如，在增加的驱动强度范围404提供了超过最大标定驱动强度402a 的两个驱动强度设置、并且降低的驱动强度范围406提供了在最小标定驱动强度设置402b 以下的两个减小的驱动强度设置的情况下，在对于IC 100的给定实际工作电压的8个总共 的驱动强度设置之中，在标定范围402内，存在总共6个可用的驱动强度设置。根据一个实 施例的逻辑电路转换表示高达8个驱动强度设置的3位的控制字，并产生以各种组合的高/ 低驱动强度范围控制信号346、电压模式推翻信号348和控制位E8和E4，以提供与由控制 字所表示的驱动强度对应的驱动强度设置。在另一实施例中，控制逻辑可以使包括前一实施例的驱动强度调整的设置的组合 与WS_DIS波形成形控制一起适合于驱动强度控制字。以上各实施例意要例示而非限制。另外的实施例在权利要求内。另外，尽管已经 参考特定实施例描述了本发明的各方面，但是本领域技术人员将认识到，不脱离本发明的 精神和范围，在形式和细节方面可以做出改变。以上通过引用文件的任何并入被限制为使 得不并入与在此的明确公开相反的主题。以上通过引用文件的任何并入还被限制为使得在 此不通过引用并入该文件中所包括的权利要求。以上通过引用文件的任何并入还被限制为 使得不通过在此的引用而并入在该文件中所提供的任何限定，除非在此明确包括。为了解释本发明的权利要求，明确意图不涉及35U. S. C的第112章第6段的规定， 除非在权利要求列出了具体术语“部件用于”或者“步骤用于”。
权利要求
一种改进的集成电路(IC)，其包括输出驱动器电路部分，该输出驱动器电路部分可经由配置输入而被电配置以工作在与IC的状况的指示对应的第一模式或者第二模式下，所述第一模式和第二模式具有不同的驱动特性，该改进包括作为改进的IC的一部分的配置接口电路部分，其被适配为选择性地推翻所述配置输入，以基于驱动强度控制输入而配置输出驱动器电路部分在第一模式或第二模式下的操作，而无论IC的状况的指示如何。
2.如权利要求1所述的改进的IC，其中所述输出驱动器电路部分是输入或输出(I/O) 单元的一部分。
3.如权利要求1所述的改进的IC，其中所述IC的状况的指示是IC的电源电压的指示， 使得第一模式对应于第一供电电压指示，且第二模式对应于第二供电电压指示；以及其中所述配置接口电路部分被适配为选择性地推翻所述配置输入，而无论电源电压的 指示是第一供电电压指示还是第二供电电压指示。
4.如权利要求1所述的改进的IC，其中所述IC的状况的指示是IC的温度指示，使得 第一模式对应于第一温度指示，而第二模式对应于第二温度指示；以及其中所述配置接口电路部分被适配为选择性地推翻所述配置输入，而无论温度指示是 第一温度指示还是第二温度指示。
5.如权利要求1所述的改进的IC，其中所述配置接口电路部分工作以从至少供电电压 确定电路的输出和驱动强度控制输入中选择所述配置输入的源。
6.如权利要求1所述的改进的IC，其中所述配置接口电路部分包括电耦接到所述输出驱动器电路部分的配置输入的输出；以及至少驱动强度控制输入、旁路输入和推翻输入；其中当推翻输入被赋值时，使能驱动强度控制输入并禁用旁路输入；以及当推翻输入未被赋值时，禁用驱动强度控制输入并使能旁路输入。
7.如权利要求6所述的改进的IC，其中所述配置接口电路部分包括具有第一和第二输 入以及MUX选择输入的2X 1复用器电路，其中第一和第二输入分别被配置作为驱动强度控 制输入和旁路输入，以及其中MUX选择输入被配置作为推翻输入。
8.如权利要求1所述的改进的IC，其中所述输出驱动器电路部分包括基本驱动强度控 制输入，该基本驱动强度控制输入便于从由最小标定驱动强度和最大标定驱动强度限定的 范围内的一组驱动强度中选择用于所述输出驱动器电路部分的驱动强度；以及其中所述驱动强度控制输入便于针对超出该范围的驱动强度来配置所述输出驱动器 电路部分。
9.一种集成电路(IC)，具有被配置用于最大驱动强度的输出线，该IC包括输出驱动器电路部分，其可经由电压控制配置节点选择性地配置为工作在与相对较低 的供电电压对应的第一模式以及与相对较高的供电电压对应的第二模式下，所述第一模式 和第二模式具有不同的驱动特性；电压控制电路，其基于对IC的供电电压、经由对所述电压控制配置节点的输出来选择 性地配置所述输出驱动器电路部分工作在第一模式或第二模式下；以及电耦接到所述电压控制配置节点的推翻电路，所述推翻电路致使所述输出驱动器电路部分被配置为工作在第一模式下，而无论所述电压控制电路到所述电压控制配置节点的输 出如何。
10.如权利要求9所述的IC，其中所述输出驱动器电路部分是输入或输出(I/O)单元 的一部分。
11.如权利要求9所述的IC，其中所述电压控制电路包括确定出现在IC处的供电电压 的电压感测控制。
12.如权利要求9所述的IC，其中所述推翻电路电耦接到所述电压控制电路，并有助于 使得所述电压控制电路能够驱动所述电压控制配置节点的旁路模式。
13.一种集成电路(IC)，具有被配置用于最小驱动强度的输出线，该IC包括输出驱动器电路部分，其可经由电压控制配置节点选择性地配置为工作在与相对较低 的供电电压对应的第一模式以及与相对较高的供电电压对应的第二模式下，所述第一模式 和第二模式具有不同的驱动特性；电压控制电路，其基于对IC的供电电压而经由对所述电压控制配置节点的输出来配 置所述输出驱动器电路部分以工作在第一模式或第二模式下；以及电耦接到所述配置节点的推翻电路，所述推翻电路致使所述输出驱动器电路部分被配 置为工作在第二模式下，而无论所述电压控制电路到所述电压控制配置节点的输出如何。
14.如权利要求13所述的IC，其中所述输出驱动器电路部分是输入或输出(I/O)单元 的一部分
15.如权利要求13所述的IC，其中所述电压控制电路包括确定出现在IC处的供电电 压的电压感测控制。
16.如权利要求13所述的IC，其中所述推翻电路电耦接到所述电压控制电路，并有助 于使得所述电压控制电路能够驱动所述电压控制配置节点的旁路模式。
17.一种在具有电可配置为工作在与第一 IC状况对应的第一模式以及与第二 IC状况 对应的第二模式下的输出驱动器电路部分的集成电路(IC)中的用于配置输出驱动器电路 部分的驱动强度的方法，所述第一模式和第二模式具有不同的驱动特性，该方法包括电配置所述输出驱动器电路部分以无论IC是处于第一 IC状况还是第二 IC状况而优 先地工作在第一模式或者第二模式下，其中所述电配置是基于对输出驱动器电路部分的期 望驱动强度。
18.如权利要求17所述的方法，还包括提供对所述输出驱动器电路部分的专用驱动强度控制输入；以及基于所述专用驱动强度控制输入的状态，来电配置所述输出驱动器电路部分以工作在 从由最小标定驱动强度和最大标定驱动强度限定的范围内的一组驱动强度中选择的驱动 强度下；其中电配置所述输出驱动器电路部分以优先地工作在第一模式或第二模式下包括配 置所述输出驱动器电路部分以利用在所述范围外的驱动强度而工作。
19.一种改进的集成电路(IC)，其包括输出驱动器电路部分，该输出驱动器电路部分 可经由配置输入而被电配置为基于IC的状况而工作在第一模式或者第二模式下，所述第 一模式和第二模式具有不同的驱动特性，该改进包括用于无论IC的状况如何而选择性地推翻所述配置输入以基于驱动强度控制输入而配置所述输出驱动器电路部分工作在第一模式或者第二模式下的部件。
全文摘要
一种集成电路(IC)包括输出驱动器电路部分，该输出驱动器电路部分可经由配置输入而被电配置以工作在与IC的状况的指示、诸如供电电压指示对应的第一模式或者第二模式下，所述第一模式和第二模式具有不同的驱动特性。作为改进的IC的一部分的配置接口电路部分被适配为选择性地推翻所述配置输入，以基于驱动强度控制输入来配置输出驱动器电路部分在第一模式或第二模式下的操作，而无论IC的状况如何。
文档编号H03K17/08GK101933231SQ200880126034
公开日2010年12月29日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月31日
发明者拉克达·伊格尔马梅尼, 拉尔夫·赫伦, 赖珀莘, 韦布哈维·萨布哈兰杰克 申请人:桑迪士克公司