TWI535206B - 具有最佳化之類比數位轉換控制器之微控制器 - Google Patents

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凱斯 克堤斯
柏克 戴維森
尚恩 史迪曼
言恩 萊佛
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微晶片科技公司
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Description

具有最佳化之類比數位轉換控制器之微控制器
本發明係關於尤其用於微控制器中之類比數位轉換器，且更特定言之，係關於用於具有電容性觸碰偵測能力的微控制器中之類比數位轉換器。
本申請案主張由Zeke Lundstrum、Keith Curtis、Burke Davison、Sean Steedman及Yann LeFaou於2011年10月7日申請之題為「ADC With Internal Charge/Discharge Switches」之共同擁有的美國臨時專利申請案第61/544,386號之優先權；該案特此為了所有目的以引用之方式併入本文中。
物件(例如，一片金屬、手指、手、腳、腿等)觸碰電容性感測器或靠近電容性近接感測器會改變其某些參數，尤其是建置於用於(例如)人機介面器件(例如，小鍵盤或鍵盤)中之觸控式感測器中的電容器之電容值。微控制器現包括增強對此等電容性觸控式感測器之偵測及評估的周邊器件。一個此應用利用電容分壓(CVD)來評估是否已觸碰電容性觸控式元件。CVD轉換程序要求感測器及ADC取樣與保持電容器在連接在一起以用於轉換經分壓電壓之前由經分壓電壓充電/放電。觸控式感測器電容可由連接至外部節點(積體電路封裝接腳)之驅動器充電/放電，但ADC取樣與保持電容器必須連接至外部接腳以放電/充電。處置對ADC電容之充電/放電要求額外未使用接腳抑或使用感測器接腳驅動器來順序地對電容充電/放電，從而增加了 轉換時間。此等額外步驟要求數個額外程式步驟、數位處理器電力及執行時間。
因此，所需要的是一種藉由減少必要之程式步驟的數目且藉此免除數位處理器之計算負載來對電容性觸控式感測器及ADC取樣電容兩者充電及放電之更有效方式。
根據一實施例，一微控制器可包含：複數個埠，其經由一類比多工器而與一類比匯流排耦接；一類比數位轉換器(ADC)，其與該類比匯流排耦接，其中該ADC包含一取樣與保持電容器；及一取樣與保持上拉/下拉電路，其與該取樣與保持電容器耦接。
根據另一實施例，該複數個埠中之每一者可經程式化以作為一類比輸入埠、一數位輸入或輸出埠操作且包含一各別埠上拉/下拉電路。根據另一實施例，該複數個埠中之每一者進一步包含一超覆功能，該超覆功能允許以一數位超覆值來超覆一主要類比或數位功能。根據另一實施例，每一埠包含接收數位及超覆值之一第一多工器及接收數位三態及超覆控制值之一第二多工器，其中該等多工器由一超覆啟用信號控制。
根據另一實施例，該複數個埠中之每一者可與一相關聯之三態暫存器、一相關聯之超覆控制暫存器、一數位輸出值暫存器及一超覆值暫存器耦接。根據另一實施例，該主要類比功能可由將一埠之一外部接腳與該類比匯流排耦接之一類比開關提供。根據另一實施例，該類比開關可為該 類比多工器之部分。根據另一實施例，該類比多工器包含複數個類比開關且可經組態以允許閉合一個以上類比開關。根據另一實施例，一可程式化控制單元自動地控制一轉換序列。
根據另一實施例，在該轉換序列之一可程式化預充電時間內，該控制單元可操作以獨立地控制一相關聯之埠來將一外部節點充電至一第一電壓且解耦該內部取樣與保持電容器且將該取樣與保持電容器充電至不同於該第一電壓之一第二電壓。根據另一實施例，在該轉換序列的一可程式化獲取或共用時間內，該控制單元可進一步操作以控制該類比多工器以將該外部節點與該取樣與保持電容器連接。根據另一實施例，該控制單元可操作以包括一另外預充電及獲取或共用週期以自動地執行兩個順序量測。
根據另一實施例，一微控制器可包含：一數位處理器，其具有記憶體；一類比數位轉換器(ADC)控制器，其耦接至該數位處理器；複數個輸入/輸出埠，其可經程式化以充當類比節點或數位輸入輸出節點；一類比多工器，其由該ADC控制器控制以用於選擇該等類比節點中之一者且將該類比節點耦接至一類比匯流排；一類比數位轉換器(ADC)，其包含耦接至該類比匯流排之一取樣與保持電容器以用於將該類比匯流排上之一類比電壓轉換成其一數位表示，且具有耦接至該數位處理器之一數位輸出以用於傳遞該數位表示；及一取樣與保持上拉/下拉電路，其與該取樣與保持電容器耦接。
根據另一實施例，該複數個輸入/輸出埠中之每一者可經程式化以作為一類比輸入埠、一數位輸入或輸出埠操作且包含一各別埠上拉/下拉電路且進一步包含一超覆功能，該超覆功能允許以一數位超覆值來超覆一主要類比或數位功能。
根據另一實施例，該微控制器可包含：複數個數位輸出驅動器，其由該ADC控制器控制；一第一類比節點，其耦接至該微控制器中之一第一類比匯流排；該第一類比匯流排可切換地耦接至一電源供應器共同電位、一電源供應電壓或一第二類比匯流排；該第二類比匯流排可切換地耦接至該電源供應器共同電位、該電源供應電壓、該取樣與保持電容器或該第一類比匯流排；且該取樣與保持電容器可切換地耦接至該第一類比匯流排抑或該ADC之一輸入，其中該第一類比節點可經調適以耦接至一外部電容性感測器。
根據另一實施例，該微控制器可包含耦接至該複數個數位輸出驅動器中之各別者的至少兩個數位輸出節點，其中該至少兩個數位輸出節點經調適以耦接至一電阻器分壓器網路，該電阻器分壓器網路將一電壓驅動至與該電容性感測器相關聯之一防護環上。根據另一實施例，該微控制器可包含耦接至該第二類比匯流排且經調適以耦接至一外部電容器之一第二類比節點。根據另一實施例，該微控制器可包含可切換地耦接至該第二類比匯流排之至少一內部電容器。
根據另一實施例，該微控制器可包含與該第一類比匯流排耦接且經調適以耦接至與該電容性感測器相關聯之一外部防護環的至少一類比輸出驅動器，其中該防護環上之一電壓可實質上為與該電容性感測器上之電壓相同的電壓。根據另一實施例，該ADC控制器控制一自動轉換序列以使得在該轉換序列之一可程式化預充電時間內，該ADC控制器可操作以獨立地控制一相關聯之埠來將一外部節點充電至一第一電壓且解耦該內部取樣與保持電容器且將該取樣與保持電容器充電至不同於該第一電壓之一第二電壓。
根據另一實施例，該ADC控制器之該轉換序列的一可程式化獲取或共用時間可進一步操作以控制該類比多工器以將該外部節點與該取樣與保持電容器連接。根據另一實施例，該ADC控制器可操作以包括一另外的預充電及獲取或共用週期以自動地執行兩個順序量測。根據另一實施例，該轉換序列之時序參數儲存於暫存器中。
根據另一實施例，一電容性感測器系統可包含一電容性感測器及一微控制器。根據另一實施例，該電容性感測器系統可包含：一防護環，其與該電容性感測器相關聯；一第一電阻器，其耦接至該防護環；一第二電阻器，其耦接至該防護環；複數個數位輸出驅動器，其由該ADC控制器控制；及該ADC控制器之至少兩個數位輸出節點，該至少兩個數位輸出節點耦接至該複數個數位輸出驅動器中之各別者，其中該至少兩個數位輸出節點中之一者可耦接至該第一電阻器且該至少兩個數位輸出節點中之另一者可耦接 至該第二電阻器。
根據另一實施例，一種用於以一微控制器量測一電容性感測器之電容之方法，該微控制器具有：複數個埠，其經由一類比多工器而與一類比匯流排耦接；一類比數位轉換器(ADC)，其與該類比匯流排耦接，其中該ADC包含一取樣與保持電容器；及一取樣與保持上拉/下拉電路，其與該取樣與保持電容器耦接，該方法可包含以下步驟：將該複數個埠中之一者與該電容性感測器耦接，及在一預充電週期內，藉由該複數個埠中之該一者獨立地將該電容性感測器充電至一第一電壓且藉由該類比多工器解耦該內部取樣與保持電容器且藉由該取樣與保持上拉/下拉電路將該取樣與保持電容器充電至不同於該第一電壓之一第二電壓。
根據本方法之另一實施例，該預充電週期之該等步驟由一ADC控制器獨立於該微控制器之一中央處理單元自動地執行。根據本方法之另一實施例，在一可程式化獲取或共用時間週期內，該方法進一步包含控制該類比多工器以將該電容性感測器與該取樣與保持電容器連接以共用該取樣與保持電容器及該電容性感測器上之電荷。根據本方法之另一實施例，可包含將該取樣與保持電容器與該複數個埠中之該一者解耦，且接著藉由該ADC判定該取樣與保持電容器之一第一電荷值。
根據本方法之另一實施例，用於判定該第一電荷值之該等步驟由一ADC控制器獨立於該微控制器之一中央處理單 元自動地執行。根據本方法之另一實施例，在判定該電荷值時，該電容性感測器可經預充電至該第二電壓。根據本方法之另一實施例，在判定該電荷值的該步驟之後，接著是將該取樣與保持電容器預充電至該第一電壓之步驟。
根據本方法之另一實施例，在對該取樣與保持電容器預充電之該步驟之後，接著執行控制該類比多工器以將該電容性感測器與該取樣與保持電容器連接以共用該取樣與保持電容器及該電容性感測器上之電荷的步驟。根據本方法之另一實施例，在將該取樣與保持電容器與該複數個埠中之該一者解耦的該步驟之後，且接著藉由該ADC判定該取樣與保持電容器之一第二電荷值。根據本方法之另一實施例，用於判定該第一電荷值及該第二電荷值之該等步驟由一ADC控制器獨立於該微控制器之一中央處理單元自動地執行。
可藉由參考結合隨附圖式進行之以下描述來獲得對本發明之更全面理解。
雖然本發明易具有各種修改及替代形式，但其特定實例實施例已在圖式中展示且在本文中詳細描述。然而，應理解，本文中對特定實例實施例之描述不意欲將本發明限於本文中所揭示之特定形式，而是相反，本發明意欲涵蓋由附加申請專利範圍所界定之所有修改及等效物。
根據本文中所揭示之各種實施例，ADC控制器可用以對電容性觸控式感測器及ADC取樣與保持電容器充電/放 電。另外，ADC控制器可控制鄰近於電容性觸控式感測器之防護環上的電壓。藉由使用ADC控制器來控制對電容性觸控式感測器及ADC取樣電容兩者以及防護環之充電及放電的時序，有效地減少數位處理器必須執行之程式步驟的數目，藉此增加處理器之電容值計算速度及/或減小用於電容性觸控式感測器掃描用途之電力利用。
現參看圖式，其示意性地說明特定實例實施例之細節。圖式中之相同元件將由相同數字表示，且類似元件將由具有不同小寫字母字尾之相同數字表示。
參看圖1，描繪根據本發明之教示之電子系統的示意性方塊圖，該電子系統具有電容性觸控式小鍵盤、電容性觸控式類比前端及數位處理器。微控制器積體電路器件101可包含數位處理器及記憶體106、類比數位轉換器(ADC)控制器110、輸入輸出(I/O)埠(節點)中之一或多者、類比數位轉換器(ADC)、精確計時器、多功能輸入及輸出節點、數位類比轉換器(DAC)或其組合。電容性觸控式類比前端(AFE)104可藉由微處理器101之前述功能中之一些來實施。電容性觸控式AFE 104可經由類比多工器(未圖示)耦接至電容性感測器鍵102(例如，按鈕、控制桿、捺跳開關、目標、把手、旋鈕等)之矩陣。
ADC控制器110及電容性觸控式AFE 104藉由單一低成本積體電路微控制器101來促進在判定何時存在藉由(例如，但不限於)按壓且偏轉目標鍵(此改變相關聯之電容性感測器之電容值)對電容性感測器之致動的過程中所需要的所 有作用中功能。電容性觸控式AFE 104量測電容性感測器鍵102之矩陣的每一感測器之電容值，且將電容值轉換成各別類比直流(DC)電壓，其由類比數位轉換器(ADC)(未圖示)讀取且轉換成數位值並由數位處理器106讀取。
ADC控制器110可控制電容性觸控式AFE 104、用於對鍵102之電容性觸控式感測器充電及放電的開關、判定電容值所要求之步驟的時序、類比數位轉換器(ADC)之取樣與保持電容器上的充電電壓之取樣及轉換等。ADC控制器110可經程式化且其可程式化參數儲存於暫存器(未圖示)中。
數位處理器106可將時脈及控制請求功能供應至ADC控制器110，讀取來自ADC之數位輸出，且選擇電容性感測器鍵102之矩陣的每一鍵。在判定對電容性感測器鍵102之矩陣中的鍵之致動時，數位處理器106將採取適當動作。各種電容性觸控式系統之更詳細描述在Microchip Technology Incorporated之應用註解AN1298、AN1325及AN1334中更全面地揭示，該等應用註解可在www.microchip.com處獲得且特此為了所有目的以引用之方式併入本文中。
參看圖2，描繪圖1中所展示之電容性感測器鍵之示意性立面圖。基板204(例如，印刷電路板(PCB))可具有可用於電磁干擾(EMI)屏蔽之接地平面(可選)206。電容性感測器板208可轉置於基板204之面上且接近於接地平面206(可選)。其他電路導體210(例如，PCB跡線)亦可極接近於電 容性感測器板208。觸碰目標212可位於電容性感測器板208中之各別者之上且可在觸碰目標212與電容性感測器板208中之該等各別者之間具有氣隙214。預期(且在本發明之範疇內)如圖2中所展示之觸碰目標212可由改變電容性感測器板208之電容的任何物件(例如，一片金屬、手指、手、腳、腿等)替代。覆蓋層216可置於電容性感測器板208之上及/或為觸碰目標212(可選)的部分，且可具有雕刻於其上之文數字資訊。電容性觸控鍵108中之每一者包含感測器板208及覆蓋層216。介電間隔物218位於電容性觸控鍵108中之每一者之間。視情況地，觸碰目標212可被添加於每一各別感測器板208之上。
接地平面206(可選)及/或電路導體210可在不同於電容性感測器板208之電壓電位處。此情形在電容性感測器板208與極接近於電容性感測器板208之接地平面206(可選)及/或電路導體210的部分之間產生寄生電容。對於在電容性感測器板208與處在不同電壓電位處的周圍導體之間的靜電場之示意性表示，參看圖5。注意電容性感測器板208與周圍導體之間的強靜電場線。此寄生電容限制在對電容性感測器板208之觸碰期間發生的電容性感測器板208之電容值的改變之偵測解析度。寄生電容類似地影響電容性感測器板208與AFE 104之間的連接。寄生電容亦限制可在電容性觸控式系統中使用之雜訊屏蔽的量。
參看圖3，描繪根據本發明之特定實例實施例之圖1中所展示且具有圍繞電容性感測器中的每一者之電容性防護環 之電容性感測器鍵的示意性立面圖。將圍繞電容性感測器板208中之每一者的防護環320添加至電容性感測器鍵102a。除此之外，所有其他元件實質上與圖2中所展示之電容性感測器鍵102相同。藉由在防護環320上維持實質上與各別電容性感測器板208上之電壓相同的電壓，顯著地減小寄生電容。藉此增加在對電容器感測器板208之觸碰期間發生的電容器感測器板208之電容值的改變之偵測解析度。另外，提供增強之雜訊屏蔽不會如在圖2中所展示之組態的情況下那樣影響偵測解析度。對於電容性感測器板208、防護環320、周圍接地平面206(可選)與導體210(未圖示)之間的靜電場之示意性表示，參看圖6，其中電容性感測器板208及防護環320係在實質上相同之電壓電位處。注意電容性感測器板208與周圍導體及接地平面206(可選)之間的弱得多的靜電場線(較長的線)。在電容性感測器板208與防護環320之間實質上不存在寄生電容，此係因為兩者皆在實質上相同之電壓電位處。
參看圖4，描繪根據本發明之另一特定實例實施例之圖1中所展示且具有圍繞電容性感測器中的每一者之防護環之電容性感測器鍵的示意性平面圖。觸控式鍵108之電容性感測器板208中之每一者由電耦接在一起且具有相同電壓電位的防護環420環繞。在此組態下，一次僅判定一個電容性感測器板208之電容值，因此防護環420之整個矩陣採取電容值由AFE 104、ADC控制器110及數位處理器106判定(如下文中更全面地描述)的電容性感測器板208之電壓電 位。
圖3中所展示之防護環320中之每一者可獨立於彼此且具有不同電壓，但將要求至數位處理器106之更多連接。因此除非需要同時判定一個以上電容性感測器板208之同時電容讀數，否則單電壓電位防護環420(圖4)將為足夠的且要求至數位處理器106之較少的電路連接。
參看圖7，描繪根據本發明之特定實例實施例之具有用於電容性感測器及相關聯的防護環之CVD處理能力之混合信號積體電路器件的示意圖。圖7中所展示之混合信號積體電路器件101a(例如，微控制器)可在使用判定電容性感測器板208之電容值的電容分壓器(CVD)方法時適用。藉由首先判定未經觸碰電容性感測器板208之電容值且接著判定經觸碰電容性感測器板208之隨後的電容值，對彼電容性感測器板208之觸碰可基於其電容之改變來判定。在CVD中，將兩個電容器充電/放電至相反電壓值。接著，將兩個相反地充電之電容器耦接在一起且在連接之兩個電容器上量測所得電壓。CVD之更詳細解釋呈現於共同擁有的美國專利申請公開案第US 2010/0181180號中，該案為了所有目的以引用之方式併入本文中。圖7中所展示之開關可為(例如，但不限於)場效電晶體(FET)開關。節點728及730為分別耦接至各別內部單線(導體)類比匯流排732及734之類比節點。
電容性感測器板208之電容由可變電容器704(第一CVD電容器)表示，且第二CVD電容器可在此兩個電容器具有 相當接近的電容值(例如1：1至約3：1)的情況下為取樣與保持電容器716。在CVD中此情形的原因在於來自一個電容器之電荷的部分被傳送至不具有電荷或具有相反電荷之另一個電容器。舉例而言，在兩個CVD電容器之值相等時，一個電容器上之電荷的一半將被傳送至另一個電容器。2對1之電容比將取決於最初對電容器中之哪一者充電而導致電荷的1/3被傳送至較小(1/2C)的電容器或被從較小的電容器取走。在取樣與保持電容器716實質上小於電容性感測器電容器704時，可從外部添加額外電容706a至節點728，及/或可獨立於節點728地添加內部電容706b以使得電容器716、706a及/或706b之組合電容具有相對於電容性感測器電容704之電容值的足以滿足以上準則之電容。此情形導致使用CVD判定電容值時的最佳解析度。電容器716亦為用以取樣與保持在兩個CVD電容器之間傳送電荷之後所得的類比電壓之取樣與保持電容器。一旦電荷傳送完成，則類比數位轉換器(ADC)718將所得充電電壓轉換成數位值，該數位值由ADC控制器110/數位處理器106讀取以用於進一步處理且判定觸控式感測器電容器704之電容值。
在下文中呈現之實例中，可與取樣與保持電容器716相組合地選擇電容器704(第一CVD電容器)、電容器706a(外部連接之電容器)及/或電容器706b(內部連接之電容器)之電容值以產生分別取決於將第一CVD電容器704放電至Vss抑或充電至Vdd及將電容器706及716的組合充電至Vdd抑 或放電至Vss的為Vdd電壓之1/3或2/3的組合充電電壓。在此實例中，電容器704之電容約為電容器706及716的並聯組合之電容的兩倍。在將兩個相反極性充電之CVD電容器耦接在一起之後所得的靜態電壓將在最初將電容器704放電至Vss時約為1/3＊Vdd，且在最初將電容器704充電至Vdd時約為2/3＊Vdd。
已知並聯之所有電容器的組合之預期靜態電壓允許產生環繞各別感測器板208(數位處理器106正評估其電容值)的防護環320或420之適當電壓。當防護環320或420上需要Vdd時，來自數位驅動器712及714之輸出皆在實質上Vdd(邏輯高)處。當防護環320或420上需要Vss時，來自數位驅動器712及714之輸出皆在實質上Vss(邏輯低)處。當防護環320或420上需要1/3＊Vdd時，來自數位驅動器714之輸出係在Vss(邏輯低)處且來自數位驅動器712之輸出係在實質上Vdd(邏輯高)處。當防護環320或420上需要2/3＊Vdd時，來自數位驅動器714之輸出係在Vdd(邏輯高)處且來自數位驅動器712之輸出係在實質上Vss(邏輯低)處。
藉由恰當地選擇電容器706之電容值及電阻器708及710之電阻值，可容易地由ADC控制器110僅使用節點724及726處的兩個數位輸出產生防護環電壓。亦可藉由恰當選擇電容器706以及電阻器708及710之值來有效地使用其他電壓比。舉例而言，若電容器706及716之組合電容實質上等於電容器704之電容，則隨後的組合電壓將為1/2＊Vdd且電阻器708及710將為實質上相同之電阻以在適當時在防護 環電容上產生1/2＊Vdd。
參看圖8，描繪根據本發明之另一特定實例實施例之具有用於複數個電容性感測器及一防護環的CVD處理能力之混合信號積體電路器件的示意圖。圖8中所展示之混合信號積體電路器件101b(例如，微控制器)以實質上與圖7中所展示之器件101a相同的方式操作，不同之處在於僅存在一個單一導線類比匯流排732a；其中內部電容器706b及706c藉由開關H而與匯流排732a解耦，且外部節點728藉由開關G而與匯流排732a解耦。使用僅一組Vdd/Vss開關D及C，其中在不同於對第二CVD電容器716(及706)放電/充電之時間週期期間對第一CVD電容器704充電/放電。此情形節省了一組開關及第二內部類比匯流排(參看圖7匯流排734)。
另外，複數個開關I用以對用於圖1中所展示之電容性觸控鍵108中的電容性感測器704中之每一者進行多工。此等特徵亦可併入至圖7之電路中。隨著電容性觸控式類比前端104掃描電容性觸控鍵108，類比多工器開關I選擇複數個感測器電容器704中之各別者。複數個節點730通常為多用途可程式化類比或數位輸入及/或輸出。為了解釋之清楚起見，在本發明中，僅展示組態成類比輸入/輸出(雙程)之節點。數位處理器經由數位驅動器712及714來將節點724及726驅動至針對複數個感測器電容器704中之選定感測器電容器704的適當邏輯位準。
參看圖9，描繪根據本發明之特定實例實施例之具有用於電容性感測器及相關聯的防護環之CVD處理能力之混合 信號積體電路器件的示意圖。圖9中所展示之混合信號積體電路器件101c(例如，微控制器)以實質上與圖7中所展示之器件101a相同的方式操作。
視情況地，具有高輸入阻抗之類比緩衝器驅動器714可耦接至亦耦接至電容器704之節點730。類比緩衝器驅動器714具有低阻抗輸出，其可經由開關J可切換地耦接至節點726，節點726亦耦接至防護環電容702。類比緩衝器驅動器714之輸出電壓如實地遵循在其輸入端處的電壓。因此，防護環320或420上之電壓實質上遵循各別感測器板208(數位處理器106正評估其電容值)上之電壓。
參看圖10，描繪根據本發明之另一特定實例實施例之具有用於複數個電容性感測器及一防護環的CVD處理能力之混合信號積體電路器件的示意圖。圖10中所展示之混合信號積體電路器件101d(例如，微控制器)以實質上與圖8中所展示之器件101b相同的方式操作。
視情況地，具有高輸入阻抗之類比緩衝器驅動器714可在對複數個電容器704中之選定電容器704充電/放電時經由開關J而耦接於節點726與單一導線類比匯流排732a之間。類比緩衝器驅動器714具有耦接至節點726之低阻抗輸出，節點726耦接至防護環電容702。類比緩衝器驅動器714之輸出電壓如實地遵循複數個電容器704中之選定電容器704上的電壓。
關於圖7至圖10，預期(且在本發明之範疇內)微控制器之各種實施例可包括外部節點728以允許連接外部電容器 706a，如上文中所解釋。額外可調整電容器706b(及706c)可在內部存在，且可切換地耦接至類比匯流排732a。然而，其他實施例可不提供此外部節點728。替代地，電容716可具有適當值抑或額外內部電容706b(例如，可變電容)連接至或可連接至匯流排732。此外，因為每一外部節點726、728及730可經程式化以支援多個功能，所以可使用額外開關(圖7中未展示)以允許將節點726、728及730用於其他功能，如下文中將關於圖19及圖20更詳細解釋。
參看圖11及圖12，描繪根據本發明之特定實例實施例之電容轉換(圖11)及在此等轉換期間的防護環電壓控制(圖12)之示意性電壓-時間圖。在區段I中，將電容器706及716(取樣與保持電容器)充電至Vdd，將電容性感測器電容器704放電至Vss，且將防護環電容702放電至Vss(實質上與電容器704上之電壓匹配)。在區段II中，電容器706、716及704耦接在一起，且當未按下電容性觸控鍵108時將產生約為1/3＊Vdd之靜態電壓，且當按下時將產生略小於1/3＊Vdd之靜態電壓。防護環電容702遵循電容器704(電容性感測器)上之電壓以便最小化防護環電容702與電容器704之間的任何寄生電容。在區段II之末尾處，取樣與保持電容器716與電容器706及704解耦且保持在區段II期間獲得之靜態電壓。在區段III中，將電容器704(電容性感測器)上之任何電壓電荷放電至實質上Vss，接著在區段IV之開始處，將電容器704(電容性感測器)及防護環電容702充電至實質上Vdd。同時亦在區段IV中，在取樣與保持電容器 716上儲存之靜態電壓由ADC 718轉換成表示靜態電壓之數位值且由數位處理器106讀取。將來自ADC 718之數位值用於判定是否致動(觸碰)了電容性感測器，例如靜態電壓是否低於預期得自未致動觸控式感測器的靜態電壓。在致動(觸碰)觸控式感測器電容器704之電容值時，其電容增加且從而隨後的靜態電壓將小於未經致動之情況。此情形在將電容器704初始化至Vss時為真。在將電容器704初始化至Vdd時，隨後的靜態電壓在未致動電容性感測器時約為2/3＊Vdd。
在區段V中，將電容器706及716(取樣與保持電容器)放電至Vss，且已經將電容性感測器電容器704及防護環電容702充電至Vdd。在區段VI中，電容器706、716及704耦接在一起，且當未按下電容性觸控鍵108時將產生約為2/3＊Vdd之靜態電壓，且當按下時將產生略大於2/3＊Vdd之靜態電壓。防護環電容702遵循電容器704(電容性感測器)上之電壓以便最小化防護環電容702與電容器704之間的任何寄生電容。在區段VI之末尾處，取樣與保持電容器716與電容器706及704解耦，且保持在區段VI期間獲得之靜態電壓。在區段VII中，將電容器704(電容性感測器)充電至實質上Vdd，接著在區段VIII之開始處，將電容器704(電容性感測器)及防護環電容702放電至實質上Vss。同時亦在區段VIII中，在取樣與保持電容器716上儲存之靜態電壓由ADC 718轉換成表示靜態電壓之數位值且由數位處理器106讀取。將來自ADC 718之數位值用於判定是否致動 (觸碰)了電容性感測器，例如靜態電壓是否低於預期得自未致動觸控式感測器的靜態電壓。當致動(觸碰)觸控式感測器電容器704之電容值時，其電容增加且從而隨後的靜態電壓將大於未經致動之情況。此情形在將電容器704初始化至Vdd時為真。在將電容器704初始化至Vss時，隨後的靜態電壓在未致動電容性感測器時約為1/3＊Vdd，如上文中所描述。對於觸控式鍵108中之每一者重複此等序列。亦藉由每隔一個電容量測循環就反轉電壓電荷極性且對電容量測值求平均，達成一類型之差動操作，該差動操作最小化共同模式雜訊及干擾(例如，60 Hz電力線干擾)。
預期(且在本發明之範疇內)防護環320或420可存在或可不存在。其中ADC控制器110控制時序、開關及驅動器選擇以用於對電容性觸控式感測器電容器704及ADC取樣與保持電容器716(及706)充電及放電；將電容器704及706耦接在一起，使得ADC取樣所得充電電壓且將經取樣充電電壓轉換成數位值，及通知數位處理器106經取樣充電電壓之數位值為可用的。另外，ADC控制器110可控制時序、開關及驅動器選擇以用於對防護環320或420充電及放電。
參看圖13，描繪圖7中所展示之電容轉換系統之示意性時序圖。與開關A至F之操作性斷開及閉合組合有關地展示節點724、726、728及730上之電壓。圖13基本上表示與圖12中所展示者相同的電壓及時序波形。預期(且在本發明之範疇內)可使用具有相等效應之其他及另外電路設計及時序圖，且一般熟習電子電路設計技術且獲益於本發明的 人可複製本文中所描述之結果。
參看圖14，描繪圖9中所展示之電容轉換系統之示意性時序圖。與開關A至F之操作性斷開及閉合組合有關地展示節點724、726、728及730上之電壓。圖14基本上表示與圖12中所展示者相同的電壓及時序波形。預期(且在本發明之範疇內)可使用具有相等效應之其他及另外電路設計及時序圖，且一般熟習電子電路設計技術且獲益於本發明的人可複製本文中所描述之結果。
參看圖15及圖16，描繪根據本發明之特定實例實施例之電容轉換的示意性程序流程圖。圖15及圖16中所描繪之示意性程序流程圖表示圖7、圖8及圖13中所展示之具有CVD處理能力的混合信號積體電路器件之操作。對於第一電容量測，可執行以下步驟。在步驟1102中，開始電容值轉換。在步驟1104中，將電容器706及716之取樣與保持電容器組合充電至第一電壓。在步驟1106中，將電容性感測器充電至第二電壓。第一電壓可為Vdd且第二電壓可為Vss，或第一電壓可為Vss且第二電壓可為Vdd。視情況地，在步驟1108中，可將電容性感測器防護環充電至第二電壓以便最小化寄生電容，寄生電容原本會歸因於由電容性感測器與鄰近導體之間的電壓電位差引起之靜電電荷而產生於電容性感測器處。
接下來在步驟1110中，與步驟1112之執行同時地將感測器防護環充電/放電至第三電壓，在步驟1112中，先前充電至第一電壓之取樣與保持電容器組合被耦接至先前充電 至第二電壓之電容性感測器。只要步驟1110及1112彼此同時發生，兩者便可互換。在步驟1114中，取樣與保持電容器及電容性感測器耦接在一起的時間足夠長以用於完全安定至靜態第一電荷。接著在步驟1116中，使取樣與保持電容器與電容性感測器解耦，且取樣與保持電容器其後保持所安定之第一電荷。在步驟1118中，開始轉換至儲存於取樣與保持電容器中之第一電荷的數位表示。
在步驟1120中，將電容性感測器簡短地放電至第二電壓。在步驟1122中，將電容性感測器充電至第一電壓。視情況地，在步驟1124中，將電容性感測器防護環充電至第一電壓以便最小化寄生電容，寄生電容原本會歸因於由電容性感測器與鄰近導體之間的電壓電位差引起之靜電電荷而產生於電容性感測器處。在步驟1126中，第一電荷至其數位表示之轉換終止且接著由數位處理器106讀取以用於判定電容性感測器108之電容值。
對於可選第二電容量測，可執行以下步驟。在步驟1128中，將電容器706及716之取樣與保持電容器組合充電至第二電壓。在步驟1130中，將電容性感測器充電至第一電壓。視情況地，在步驟1132中，將電容性感測器防護環充電至第一電壓以便最小化寄生電容，寄生電容原本會歸因於由電容性感測器與鄰近導體之間的電壓電位差引起之靜電電荷而產生於電容性感測器處。
視情況地，接下來在步驟1134中，與步驟1136之執行同時地將感測器防護環充電/放電至第四電壓，在步驟1136 中，先前充電至第二電壓位準之取樣與保持電容器組合被耦接至先前充電至第一電壓之電容性感測器。只要步驟1134及1136彼此同時發生，兩者便可互換。在步驟1138中，取樣與保持電容器組合與電容性感測器耦接在一起的時間足夠長以用於完全安定至靜態第二電荷。接著在步驟1140中，使取樣與保持電容器與電容性感測器解耦，且取樣與保持電容器其後保持所安定的第二電荷。在步驟1142中，開始轉換至儲存於取樣與保持電容器中之第二電荷的數位表示。
在步驟1144中，將電容性感測器簡短地放電至第一電壓。在步驟1146中，將電容性感測器充電至第二電壓。視情況地，在步驟1148中，將電容性感測器防護環充電至第二電壓以便最小化寄生電容，寄生電容原本會歸因於由電容性感測器與鄰近導體之間的電壓電位差引起之靜電電荷而產生於電容性感測器處。在步驟1150中，第二電荷至其數位表示之轉換終止且接著由數位處理器106讀取以用於判定電容性感測器108之電容值。獲得第一及第二電荷轉換兩者之優勢在於該等電荷轉換可經處理以減小共同模式雜訊及干擾(例如，60 Hz電力線干擾)。
參看圖17及圖18，描繪根據本發明之另一特定實例實施例之電容轉換的示意性程序流程圖。圖17及圖18中所描繪之示意性程序流程圖表示圖9、圖10及圖14中所展示之具有CVD處理能力的混合信號積體電路器件之操作。對於第一電容量測，可執行以下步驟。在步驟1202中，開始電容 值轉換。在步驟1204中，將電容器706及716之取樣與保持電容器組合充電至第一電壓。在步驟1206中，將電容性感測器及視情況電容性感測器防護環充電至第二電壓。第一電壓可為Vdd且第二電壓可為Vss，或第一電壓可為Vss且第二電壓可為Vdd。視情況地，可將電容性感測器防護環充電至第二電壓以便最小化寄生電容，寄生電容原本會歸因於由電容性感測器與鄰近導體之間的電壓電位差引起之靜電電荷而產生於電容性感測器處。
在步驟1212中，先前充電至第一電壓之取樣與保持電容器組合被耦接至先前充電至第二電壓之電容性感測器。在步驟1214中，取樣與保持電容器及電容性感測器耦接在一起的時間足夠長以用於完全安定至共同靜態第一電荷。接著在步驟1216中，使取樣與保持電容器與電容性感測器解耦且取樣與保持電容器其後保持所安定的第一電荷。在步驟1218中，開始轉換至儲存於取樣與保持電容器中之第一電荷的數位表示。
在步驟1220中，將電容性感測器及視情況防護環簡短地放電至第二電壓。在步驟1222中，將電容性感測器及視情況防護環充電至第一電壓。視情況地，可將電容性感測器防護環充電至第一電壓以便最小化寄生電容，寄生電容原本會歸因於由電容性感測器與鄰近導體之間的電壓電位差引起之靜電電荷而產生於電容性感測器處。在步驟1226中，第一電荷至其數位表示之轉換終止且接著由數位處理器106讀取以用於判定電容性感測器108之電容值。
對於可選第二電容量測，可執行以下步驟。在步驟1228中，將電容器706及716之取樣與保持電容器組合充電至第二電壓。在步驟1230中，將電容性感測器及視情況電容性感測器防護環充電至第一電壓。視情況地，可將電容性感測器防護環充電至第一電壓以便最小化寄生電容，寄生電容原本會歸因於由電容性感測器與鄰近導體之間的電壓電位差引起之靜電電荷而產生於電容性感測器處。
在步驟1236中，先前充電至第二電壓位準之取樣與保持電容器組合被耦接至先前充電至第一電壓之電容性感測器。在步驟1238中，取樣與保持電容器組合及電容性感測器耦接在一起的時間足夠長以用於完全安定至靜態第二電荷。接著在步驟1240中，使取樣與保持電容器與電容性感測器解耦且取樣與保持電容器其後保持所安定的第二電荷。在步驟1242中，開始轉換至儲存於取樣與保持電容器中之第二電荷的數位表示。
在步驟1244中，將電容性感測器及視情況防護環簡短地放電至第一電壓。在步驟1246中，將電容性感測器及視情況防護環充電至第二電壓。視情況地，可將電容性感測器防護環充電至第二電壓以便最小化寄生電容，寄生電容原本會歸因於由電容性感測器與鄰近導體之間的電壓電位差引起之靜電電荷而產生於電容性感測器處。在步驟1250中，第二電荷至其數位表示之轉換終止且接著由數位處理器106讀取以用於判定電容性感測器108之電容值。獲得第一及第二電荷轉換兩者之優勢在於該等電荷轉換可經處理 以減小共同模式雜訊及干擾(例如，60 Hz電力線干擾)。
參看圖19，描繪根據本發明之教示之經由類比通過閘開關支援數位I/O及類比功能的多功能埠邏輯之示意性方塊圖。具有三態輸出之數位驅動器1354耦接至外部節點728且由來自(例如，但不限於)數位處理器106之三態控制信號控制。來自(例如，但不限於)數位處理器106之數位輸出信號耦接至數位驅動器1354之輸入。
(例如)可實施圖8及圖10中之開關G的類比通過閘開關1350由類比開關邏輯1352控制，類比開關邏輯1352可由來自(例如，但不限於)數位處理器106之類比匯流排控制信號獨立於ADC頻道選擇地控制。通常，內部ADC之類比多工器經組態以僅允許多個開關中之一者閉合以使得一次僅將外部接腳中之一者連接至內部ADC。然而，根據另一實施例，ADC之類比多工器可經組態以允許一個以上開關可受到控制以將外部接腳連接至類比匯流排。因此，控制邏輯1352及類比通過閘開關1350可獨立於類比多工器地受到控制，抑或可為類比多工器之部分。類比通過閘開關1350在閉合時使得節點728能夠直接耦接至類比匯流排732，如上文中更全面地描述。在類比通過閘開關1350閉合時，三態控制使數位驅動器1354之輸出進入高阻抗狀態，藉此在節點728用作類比埠時最小程度地影響節點728。預期(且在本發明之範疇內)可根據本文中所描述之其他實施例包括其他功能。
參看圖20，描繪根據本發明之教示之多功能埠邏輯的示 意性方塊圖，該多功能埠邏輯經由類比通過閘開關支援數位I/O及類比功能，其中另外，可藉由ADC控制器邏輯超覆類比功能以對連接至埠之電容性觸控式感測器預充電及放電。此埠邏輯可用於外部接腳730中之任一者，且在類比多工器經組態以允許一個以上開關被閉合時接著亦用於接腳728。在節點730處之數位功能與類比功能之間的切換可為處理器密集型的且可要求複雜的程式來恰當地處置要求節點730具有的所有有關數位及類比功能，如上文中更全面地描述。為了在每一電容性感測器之電容值的設定及判定(例如，圖8至圖16)期間免除處理器106的負載(例如，程式步驟及/或控制功能)，可將ADC超覆特徵併入至本文中所描述之電容性觸碰判定電路中。使用併入有圖20中所展示之電路功能的專用ADC控制器將節省數位處理器程式步驟且允許處理器在電容性感測器電容之判定期間執行其他功能。然而，根據其他實施例，亦可省略超覆功能。又，根據又其他實施例，可組合如圖19及圖20中所展示之埠邏輯以產生用於每一外部接腳之通用埠邏輯，如(例如)圖8及圖10中所展示。因此，用於所有外部接腳之通用埠邏輯可具有可被獨立控制以連接至類比匯流排之兩個通過閘，或可具有允許由獨立啟用信號控制的為類比多工器之部分的單一通過閘。
具有三態輸出之數位驅動器1454耦接至外部節點730且由來自多工器1458之三態控制信號控制。來自多工器1460之數位輸出信號耦接至數位驅動器1454之輸入。可實施圖 8及圖10中之開關I的類比通過閘開關1450由類比開關邏輯1452控制。當ADC超覆啟用信號處在邏輯低時，多工器1458耦接三態控制信號以控制數位驅動器1454之三態輸出，且多工器1460將數位輸出信號耦接至數位驅動器1454之輸入。ADC頻道選擇(類比匯流排控制)控制類比通過閘開關1450以便將節點730直接耦接至類比匯流排732，如上文中更完全地描述。在此組態下，圖20中所展示之電路以實質上與圖19中所展示之電路相同的方式起作用。
然而，當ADC超覆啟用信號處在邏輯高時，多工器1458耦接ADC超覆資料啟用信號以控制數位驅動器1454之三態輸出，且多工器1460將ADC超覆資料信號耦接至數位驅動器1454之輸入。類比通過閘開關1450被迫將類比匯流排732與節點730解耦。在此組態下，ADC超覆資料啟用信號及ADC超覆資料信號可由ADC邏輯控制器(未圖示)提供，且可用以在不要求來自數位處理器106之程式密集型動作的情況下對耦接至節點730之電容性觸控式感測器充電或放電。
可如上文所解釋如圖19或圖20中所展示實施節點728之埠邏輯。亦可如圖20或圖21中所展示(例如，無「類比輸入」通過閘開關1350)實施節點724及726之埠邏輯。可如圖20中所展示實施複數個節點730。如上文所提及，通用埠可用於所有外部接腳。可根據各別外部接腳實施額外功能以支援其他功能性。
參看圖21，描繪根據本發明之特定實例實施例之類比及 數位連接組態的示意性方塊圖。複數個類比通過閘開關1538可實施類比多工器，且將複數個節點730x耦接至類比匯流排732及使複數個節點730x與類比匯流排732解耦，例如選擇複數個電容性觸控式感測器中之每一者。將節點728與類比匯流排732耦接在一起的直接連接(例如，參看圖7及圖9)，抑或可選類比通過閘開關1536可將節點728耦接至類比匯流排732及使節點728與類比匯流排732解耦(例如，參看圖8及圖10)。如上文所解釋，若多工器經設計以允許一個以上開關被閉合，則額外通過閘開關1536可為類比多工器之部分。複數個開關1534可將額外取樣與保持電容器1544耦接至類比匯流排732及使額外取樣與保持電容器1544與類比匯流排732解耦。開關1540可用以將類比匯流排732充電至Vdd，且開關1542可用以將類比匯流排732放電至Vss。
雖然已描繪、描述及參考本發明之實例實施例界定了本發明之實施例，但此等參考並不暗示對本發明之限制，且不應推導出此類限制。如一般熟習相關技術並獲益於本發明的人將想到，所揭示之標的物能夠在形式上及功能上具有相當大的修改、變更及等效物。本發明之所描繪及描述之實施例僅為實例，且並非為詳盡無遺的本發明範疇。
100‧‧‧ADC控制器
101‧‧‧微控制器積體電路器件/微處理器/積體電路微控制器
101a‧‧‧混合信號積體電路器件
101b‧‧‧混合信號積體電路器件
101c‧‧‧混合信號積體電路器件
101d‧‧‧混合信號積體電路器件
102‧‧‧電容性感測器鍵
102a‧‧‧電容性感測器鍵
104‧‧‧電容性觸控式類比前端(AFE)
106‧‧‧數位處理器及記憶體
108‧‧‧電容性觸控鍵
110‧‧‧類比數位轉換器(ADC)控制器
204‧‧‧基板
206‧‧‧接地平面
208‧‧‧電容性感測器板
210‧‧‧電路導體
212‧‧‧觸碰目標
214‧‧‧氣隙
216‧‧‧覆蓋層
218‧‧‧介電間隔物
320‧‧‧防護環
420‧‧‧防護環
702‧‧‧防護環電容
704‧‧‧電容性觸控式感測器電容器/可變電容器/第一CVD電容器
706‧‧‧第二CVD電容器/ADC取樣與保持電容器
706a‧‧‧外部電容器
706b‧‧‧內部電容器/可調整電容器
706c‧‧‧內部電容器/可調整電容器
708‧‧‧電阻器
710‧‧‧電阻器
712‧‧‧數位驅動器
714‧‧‧數位驅動器
716‧‧‧第二CVD電容器/ADC取樣與保持電容器
718‧‧‧類比數位轉換器(ADC)
724‧‧‧節點
726‧‧‧外部節點
728‧‧‧外部節點/接腳
730‧‧‧外部節點/外部接腳
730x‧‧‧節點
732‧‧‧內部單線(導體)類比匯流排
732a‧‧‧單一導線類比匯流排
734‧‧‧內部單線(導體)類比匯流排
1350‧‧‧類比通過閘開關
1352‧‧‧類比開關邏輯
1354‧‧‧數位驅動器
1450‧‧‧類比通過閘開關
1452‧‧‧類比開關邏輯
1454‧‧‧數位驅動器
1458‧‧‧多工器
1460‧‧‧多工器
1534‧‧‧開關
1536‧‧‧類比通過閘開關
1538‧‧‧類比通過閘開關
1540‧‧‧開關
1542‧‧‧開關
1544‧‧‧取樣與保持電容器
A‧‧‧開關
B‧‧‧開關
C‧‧‧開關
D‧‧‧開關
E‧‧‧開關
F‧‧‧開關
G‧‧‧開關
H‧‧‧開關
I‧‧‧開關
圖1說明根據本發明之教示之電子系統的示意性方塊圖，該電子系統具有電容性觸控式小鍵盤、電容性觸控式類比前端及數位處理器； 圖2說明圖1中所展示之電容性感測器鍵之示意性立面圖；圖3說明根據本發明之特定實例實施例之圖1中所展示且具有圍繞電容性感測器中的每一者之電容性防護環之電容性感測器鍵的示意性立面圖；圖4說明根據本發明之另一特定實例實施例之圖1中所展示且具有圍繞電容性感測器中的每一者之防護環之電容性感測器鍵的示意性平面圖；圖5說明環繞電容性感測器及接地屏蔽之靜電場線之示意性立面圖；圖6說明根據本發明之教示之環繞電容性感測器、防護環及接地屏蔽的靜電場線之示意性立面圖；圖7說明根據本發明之特定實例實施例之具有用於電容性感測器及相關聯的防護環之CVD處理能力之混合信號積體電路器件的示意圖；圖8說明根據本發明之另一特定實例實施例之具有用於複數個電容性感測器及一防護環的CVD處理能力之混合信號積體電路器件的示意圖；圖9說明根據本發明之特定實例實施例之具有用於電容性感測器及相關聯的防護環之CVD處理能力之混合信號積體電路器件的示意圖；圖10說明根據本發明之另一特定實例實施例之具有用於複數個電容性感測器及一防護環的CVD處理能力之混合信號積體電路器件的示意圖； 圖11說明根據本發明之特定實例實施例之電容轉換的示意性電壓-時間圖；圖12說明根據本發明之特定實例實施例之電容轉換及在此等轉換期間的防護環電壓控制之示意性電壓-時間圖；圖13說明圖7中所展示之電容轉換系統之示意性時序圖；且圖14說明圖9及圖10中所展示之電容轉換系統之示意性時序圖；圖15及圖16展示根據本發明之特定實例實施例之電容轉換的示意性程序流程圖；圖17及圖18說明根據本發明之另一特定實例實施例之電容轉換的示意性程序流程圖；圖19說明根據本發明之教示之經由類比通過閘開關支援數位I/O及類比功能的多功能埠邏輯之示意性方塊圖；圖20說明根據本發明之教示之多功能埠邏輯的示意性方塊圖，該多功能埠邏輯經由類比通過閘開關支援數位I/O及類比功能，其中可藉由ADC控制器邏輯超覆類比功能以對連接至埠之電容性觸控式感測器預充電及放電；且圖21說明根據本發明之特定實例實施例之類比及數位連接組態的示意性方塊圖。
101a‧‧‧混合信號積體電路器件
106‧‧‧數位處理器
110‧‧‧類比數位轉換器(ADC)控制器
702‧‧‧防護環電容
704‧‧‧電容性觸控式感測器電容器/可變電容器/第一CVD電容器
706a‧‧‧外部電容器
706b‧‧‧內部電容器/可調整電容器
708‧‧‧電阻器
710‧‧‧電阻器
712‧‧‧數位驅動器
714‧‧‧數位驅動器
716‧‧‧第二CVD電容器/ADC取樣與保持電容器
718‧‧‧類比數位轉換器(ADC)
724‧‧‧節點
726‧‧‧外部節點
728‧‧‧外部節點/接腳
730‧‧‧外部節點/外部接腳
732‧‧‧內部單線(導體)類比匯流排
734‧‧‧內部單線(導體)類比匯流排
A‧‧‧開關
B‧‧‧開關
C‧‧‧開關
D‧‧‧開關
E‧‧‧開關
F‧‧‧開關

Claims (15)

  1. 一種微控制器，其包含：複數個埠，其經由一類比多工器而與一類比匯流排耦接，其中一選定埠之一相關聯外部接腳與該類比匯流排耦接，其中每一埠包含接收一數位值及一超覆值之一第一多工器以及接收一數位三態值及一超覆控制值之一第二多工器，其中該等多工器係由一超覆啟用信號所控制，且其中當用於該選定埠之該超覆啟用信號被確定時，一相關聯接腳自該類比匯流排解耦以利用該超覆值驅動該外部接腳；一類比數位轉換器，其與該類比匯流排耦接，其中該類比數位轉換器包含一取樣與保持電容器；及一取樣與保持上拉/下拉電路，其與該取樣與保持電容器耦接。
  2. 如請求項1之微控制器，其中該複數個埠中之每一者可經程式化以作為一類比輸入埠、一數位輸入或輸出埠操作，且包含一各別埠上拉/下拉電路。
  3. 如請求項2之微控制器，其中該複數個埠之每一者係與一相關聯三態暫存器、一相關聯超覆控制暫存器、一數位輸出值暫存器以及一超覆值暫存器耦接，且其中當該超覆啟用信號被確定時，以儲存於該超覆值暫存器中之該超覆值來超覆各別之一埠之一主要類比或數位功能。
  4. 如請求項1之微控制器，其中該類比多工器包含複數個類比開關且經組態以允許閉合一個以上類比開關，藉此 將多於一個外部接腳與該類比匯流排連接。
  5. 如請求項1之微控制器，其進一步包含用於自動地控制一類比數位轉換序列之一可程式化控制單元。
  6. 如請求項5之微控制器，其中在該轉換序列之一可程式化預充電時間內，該控制單元可操作以獨立地控制一相關聯之埠來將一外部節點充電至一第一電壓，且解耦該內部取樣與保持電容器且將該取樣與保持電容器充電至不同於該第一電壓之一第二電壓。
  7. 如請求項6之微控制器，其中在該轉換序列的一可程式化獲取或共用時間內，該控制單元可進一步操作以控制該類比多工器以將該外部節點與該取樣與保持電容器連接。
  8. 如請求項6之微控制器，其中該控制單元可操作以包括一另外的預充電及獲取或共用週期以自動地執行兩個順序類比數位轉換。
  9. 如請求項5之微控制器，其進一步包含：複數個數位輸出驅動器，其由該可程式化控制單元控制；及其中該取樣與保持電容器可切換地耦接至該類比匯流排抑或該類比數位轉換器之一輸入，其中該選定埠之該相關聯接腳經調適以耦接至一外部電容性感測器。
  10. 如請求項9之微控制器，其進一步包含耦接至該複數個數位輸出驅動器中之各別者的至少兩個數位輸出節點， 其中該至少兩個數位輸出節點經調適以耦接至一電阻器分壓器網路，該電阻器分壓器網路將一電壓驅動至與該電容性感測器相關聯之一防護環上。
  11. 如請求項1之微控制器，其進一步包含耦接至該類比匯流排且經調適以耦接至一外部電容器之另一接腳。
  12. 如請求項1之微控制器，其進一步包含可切換地耦接至該類比匯流排之至少一內部電容器。
  13. 如請求項1之微控制器，其進一步包含與該類比匯流排耦接且經調適以耦接至與一電容性感測器相關聯之一外部防護環的至少一類比輸出驅動器，其中該防護環上之一電壓經控制為實質上與該電容性感測器上之電壓相同的電壓。
  14. 一種電容性感測器系統，該系統包含：如請求項5-13之任一項之一微控制器；及一電容性感測器，其連接至與該微控制器之該選定埠相關聯的一外部接腳。
  15. 如請求項14之電容性感測器系統，該系統進一步包含：一防護環，其與該電容性感測器相關聯；一第一電阻器，其耦接至該防護環；一第二電阻器，其耦接至該防護環；複數個數位輸出驅動器，其由該可程式化控制單元控制；及至少兩個數位輸出節點，該至少兩個數位輸出節點耦接至該複數個數位輸出驅動器中之各別者，其中該至少 兩個數位輸出節點中之一者耦接至該第一電阻器且該至少兩個數位輸出節點中之另一者耦接至該第二電阻器。
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