CN102447248A

CN102447248A - 可下拉电流输入输出电路

Info

Publication number: CN102447248A
Application number: CN2010105039781A
Authority: CN
Inventors: 骆川; 周平
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2030-10-12
Also published as: CN102447248B

Abstract

本发明公开了一种可下拉电流输入输出电路，包括一下拉电流功能模块。下拉电流功能模块包括温度补偿电流源、第一NMOS管、第二NMOS管、第三电容和开关模块。第二NMOS管和第一NMOS管组成镜像电路，温度补偿电流源提供一基准电流到第一NMOS管中、第二NMOS管取得一数倍于基准电流的镜像电流。第二NMOS管连接于第一电阻的第二端和地之间，并串接开关模块，通过一使能信号控制开关模块并控制下拉电流即第二NMOS管源漏电流的通断。在开关模块接通瞬间第三电容能提供足够电荷给第二NMOS管的栅极使第二NMOS管的栅极电压保持稳定，实现下拉电流的快速启动。本发明能缩短下拉电流的启动时间、提高下拉电流的精度。

Description

可下拉电流输入输出电路

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种可下拉电流输入输出电路。

背景技术

如图1所示，为现有不带下拉电流输入输出电路的结构示意图，现有不带下拉电流输入输出电路，包括：电阻R、对电源静电保护电路和对地静电保护电路。所述电阻R的第一端和焊盘PAD相连接，所述电阻R的第二端和芯片内部电路相连接。所述对电源静电保护电路连接在电源VDD和所述电阻R的第一端之间。所述对地静电保护电路连接于地和所述电阻R的第一端之间。现有不带下拉电流输入输出电路只起到一个防静电保护的功能。

如图2所示，为现有可下拉电流输入输出电路的结构示意图，所述现有可下拉电流输入输出电路在现有不带下拉电流输入输出电路的基础上增加了一个下拉电流功能模块，所述下拉电流功能模块连接于所述电阻R的第二端和地之间；通过一使能信号EN控制下拉电流I的导通和关断。现有可下拉电流输入输出电路除了具有静电保护的功能外还具有在使能信号EN使能的时候会在输入输出电路中产生一个特定大小的电流信号即下拉电流I的作用，所述下拉电流I可以在一些实际应用场合作为通信信号使用。现有可下拉电流输入输出电路的缺点是所述下拉电流I的建立时间完成时间较长，同时所述下拉电流I的偏差较大，不符合作为通信信号的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可下拉电流输入输出电路，能缩短下拉电流的启动时间、提高下拉电流的精度。

为解决上述技术问题，本发明提供的可下拉电流输入输出电路包括：第一电阻、对电源静电保护电路、对地静电保护电路和一下拉电流功能模块。所述第一电阻的第一端和焊盘相连接，所述第一电阻的第二端和芯片内部电路相连接。所述对电源静电保护电路连接在电源和所述第一电阻的第一端之间。所述对地静电保护电路连接于地和所述第一电阻的第一端之间。所述下拉电流功能模块连接于所述第一电阻的第二端和地之间；所述下拉电流功能模块包括温度补偿电流源、第一NMOS管、第二NMOS管、第三电容和开关模块。

所述温度补偿电流源的输入端和基准电压相连接，在所述温度补偿电流源的输出端输出基准电流。

所述第一NMOS管和所述第二NMOS管组成一镜像电路，所述第二NMOS管的沟道的宽度和长度比值为所述第一NMOS管的宽度和长度比值的数倍，所述第一NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的栅极、所述第一NMOS管漏极和所述温度补偿电流源的输出端相连接，所述第一NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的源漏电流为所述基准电流。

所述第二NMOS管和所述开关模块串接于所述第一电阻的第二端和地之间。共有两种串接结构可供选择，所述第二NMOS管和所述开关模块的第一种串接结构为所述第一电阻的第二端连接所述开关模块的第一端、所述开关模块的第二端连接所述第二NMOS管的漏极、所述第二NMOS管的源极连接地；所述第二NMOS管和所述开关模块的第二种串接结构为所述第一电阻的第二端连接所述第二NMOS管的漏极、所述第二NMOS管的源极连接所述开关模块的第一端、所述开关模块的第二端连接地。

所述开关模块的第三端连接第一使能信号，通过所述第一使能信号控制所述开关模块的接通和断开，从而控制所述第二NMOS管的源漏电流的导通和关断，所述第二NMOS管的源漏电流为所述第一NMOS管的源漏电流的镜像电流，所述第二NMOS管的源漏电流为所述基准电流的数倍。

所述第三电容连接于地和所述第二NMOS管的栅极之间。

进一步改进是，所述第三电容的电容值大小满足当所述开关模块由断开切换到接通的50纳秒内能够提供足够的电荷使所述第二NMOS管的栅极电压保持不变。

进一步改进是，所述第三电容的电容值大小为所述第二NMOS管的栅极和源极间或栅极和漏极间的寄生电容的30倍以上，且所述第三电容的电容值越大、所述第二NMOS管的源漏电流即下拉电流的启动时间越短。。

进一步改进是，所述开关模块在所述第一使能信号为高电平时接通、低电平时断开；或者，所述开关模块在所述第一使能信号为低电平时接通、高电平时断开。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过温度补偿电流源以及镜像电流的设置，能够大大提高下拉电流的精度，能使下拉电流的偏差范围小于±25％。

2、本发明通过第三电容的设置，能够缩短下拉电流的启动时间。原因为：由于所述第二NMOS管的沟道的宽度和长度比值为所述第一NMOS管的宽度和长度比值的数倍，所以所述第二NMOS管的栅和源漏间的寄生电容会很大，在所述开关模块接通的瞬间，所述第二NMOS管的源漏电压会产生较大的变化从而使所述第二NMOS管的栅的电压也不稳定；由于本发明所述第三电容的电容值足够大，能够提供足够的电荷给所述第二NMOS管的栅和源漏间的寄生电容，使所述第二NMOS管的栅的电压能够在所述开关模块接通的瞬间的50纳秒内就使所述第二NMOS管的栅的电压保持稳定，从而也使的所述第二NMOS管的源漏电流也即为所述下拉电流快速启动。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有不带下拉电流输入输出电路的结构示意图；

图2是现有可下拉电流输入输出电路的结构示意图；

图3是本发明实施例可下拉电流输入输出电路的结构示意图；

图4是本发明实施例的第一使能信号和第二使能信号的时序关系图。

具体实施方式

如图3所示，是本发明实施例可下拉电流输入输出电路的结构示意图。本发明实施例可下拉电流输入输出电路包括：第一电阻R1、对电源静电保护电路、对地静电保护电路和一下拉电流功能模块。所述第一电阻R1的第一端和焊盘PAD相连接，所述第一电阻R1的第二端和芯片内部电路相连接。所述对电源静电保护电路连接在电源VDD和所述第一电阻R1的第一端之间。所述对地静电保护电路连接于地和所述第一电阻R1的第一端之间。所述下拉电流功能模块连接于所述第一电阻R1的第二端和地之间；所述下拉电流功能模块包括温度补偿电流源、第一NMOS管1、第二NMOS管2、第三电容3和开关模块4。

所述温度补偿电流源的输入端和基准电压VREF相连接，在所述温度补偿电流源的输出端输出基准电流IREF。

所述第一NMOS管1和所述第二NMOS管2组成一镜像电路，图3中所示所述第一NMOS管1的沟道宽度尺寸单位为×1、所述第二NMOS管2的沟道宽度尺寸单位为×N、而所述第一NMOS管1和所述第二NMOS管2的沟道长度相同也即所述第二NMOS管2的沟道的宽度和长度比值为所述第一NMOS管1的宽度和长度比值的数倍即N倍。所述第一NMOS管1的栅极、所述第二NMOS管2的栅极A、所述第一NMOS管1漏极和所述温度补偿电流源的输出端相连接，所述第一NMOS管1的源极接地，所述第一NMOS管1的源漏电流为所述基准电流IREF。

所述第二NMOS管2和所述开关模块4串接于所述第一电阻R1的第二端和地之间。本发明实施例的第二NMOS管2和所述开关模块4的串接结构为所述第一电阻R1的第二端连接所述开关模块4的第一端、所述开关模块4的第二端连接所述第二NMOS管2的漏极B、所述第二NMOS管2的源极连接地。

所述开关模块4的第三端连接第一使能信号EN，通过所述第一使能信号EN控制所述开关模块4的接通和断开，从而控制所述第二NMOS管2的源漏电流的导通和关断，所述第二NMOS管2的源漏电流为所述第一NMOS管1的源漏电流的镜像电流，所述第二NMOS管2的源漏电流为所述基准电流的数倍即N倍。所述开关模块4在所述第一使能信号EN为高电平时接通、低电平时断开；或者，所述开关模块4在所述第一使能信号EN为低电平时接通、高电平时断开。

所述第三电容3连接于地和所述第二NMOS管2的栅极之间。所述第三电容3的电容值大小为所述第二NMOS管2的栅极A和漏极B间的寄生电容的30倍以上，满足当所述开关模块4由断开切换到接通的50纳秒内能够提供足够的电荷使所述第二NMOS管2的栅极A电压保持不变。

本发明实施例采用了温度补偿电流源，能使所述基准电流IREF的偏差范围小于±16％，和现有普通电流源的偏差范围大于±30％；另外本发明所述第一NMOS管1和所述第二NMOS管2的镜像误差能控制在±5％以内，最后能使得本发明实施例的下拉电流的精度能够控制在±25％以内，使得下拉电流的精度得到大大提高。

本发明实施例还能缩短下拉电流的启动时间。原理如下：由于所述第三电容3的电容值为所述第二NMOS管2的栅极A和漏极B间的寄生电容的30倍以上，当所述开关模块4由断开切换到接通时，能提供足够的电荷使所述第二NMOS管2的漏极B电压瞬间升高时而使所述第二NMOS管2的栅极A保持稳定，从而能够使所述第二NMOS管2的源漏电流即下拉电流快速启动。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种可下拉电流输入输出电路，包括：第一电阻、对电源静电保护电路、对地静电保护电路和一下拉电流功能模块；所述第一电阻的第一端和焊盘相连接，所述第一电阻的第二端和芯片内部电路相连接；所述对电源静电保护电路连接在电源和所述第一电阻的第一端之间；所述对地静电保护电路连接于地和所述第一电阻的第一端之间；所述下拉电流功能模块连接于所述第一电阻的第二端和地之间；其特征在于：所述下拉电流功能模块包括温度补偿电流源、第一NMOS管、第二NMOS管、第三电容和开关模块；

所述温度补偿电流源的输入端和基准电压相连接，在所述温度补偿电流源的输出端输出基准电流；

所述第一NMOS管和所述第二NMOS管组成一镜像电路，所述第二NMOS管的沟道的宽度和长度比值为所述第一NMOS管的宽度和长度比值的数倍，所述第一NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的栅极、所述第一NMOS管漏极和所述温度补偿电流源的输出端相连接，所述第一NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的源漏电流为所述基准电流；

所述第二NMOS管和所述开关模块串接于所述第一电阻的第二端和地之间；所述第二NMOS管和所述开关模块的第一种串接结构为所述第一电阻的第二端连接所述开关模块的第一端、所述开关模块的第二端连接所述第二NMOS管的漏极、所述第二NMOS管的源极连接地；所述第二NMOS管和所述开关模块的第二种串接结构为所述第一电阻的第二端连接所述第二NMOS管的漏极、所述第二NMOS管的源极连接所述开关模块的第一端、所述开关模块的第二端连接地；

所述开关模块的第三端连接第一使能信号，通过所述第一使能信号控制所述开关模块的接通和断开，从而控制所述第二NMOS管的源漏电流的导通和关断，所述第二NMOS管的源漏电流为所述第一NMOS管的源漏电流的镜像电流，所述第二NMOS管的源漏电流为所述基准电流的数倍；

所述第三电容连接于地和所述第二NMOS管的栅极之间。

2.如权利要求1所述可下拉电流输入输出电路，其特征在于：所述第三电容的电容值大小满足当所述开关模块由断开切换到接通的50纳秒内能够提供足够的电荷使所述第二NMOS管的栅极电压保持不变。

3.如权利要求2所述可下拉电流输入输出电路，其特征在于：所述第三电容的电容值大小为所述第二NMOS管的栅极和源极间或栅极和漏极间的寄生电容的30倍以上，所述第三电容的电容值越大、所述第二NMOS管的源漏电流的启动时间越短。

4.如权利要求1所述可下拉电流输入输出电路，其特征在于：所述开关模块在所述第一使能信号为高电平时接通、低电平时断开；或者，所述开关模块在所述第一使能信号为低电平时接通、高电平时断开。