CN102931971B - 一种3状态控制信号输入io电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3状态控制信号输入IO电路,该电路允许在输入端加载三种输入状态——高电平状态、低电平状态和悬空状态,并在输出端产生三种对应的输出状态。当外部输入信号IN为高电平时,输出结果O1小于O2、O3小于O4;当外界输入信号IN为低电平时,输出结果为O1大于O2、O3大于O4;当外界输入信号IN为悬空时,输出结果为O1小于O2、O3大于O4。由于一个IO可以产生三种输入状态,对于需要从外界输入多个控制信号的芯片来说,采用3状态控制信号输入IO会比传统IO的数量显著减少,从而降低芯片面积,提高芯片的可靠性。
Description
技术领域
本发明主要涉及到芯片输入引脚的集成电路设计领域,特指一种3状态输入驱动电路。
背景技术
芯片和都需要有输入输出电路(IO)来进行芯片内部和外部电路通信。按照所传递的信号种类,可以将IO分为数字IO和模拟IO,数字IO用来传递数字信号,模拟IO用来传递模拟信号。按照通信方向,这类电路可以分为输入IO、输出IO和双向IO,输入IO负责向芯片内部传递数据和控制信号,输出IO负责将芯片内部的数据和控制信号输出到外部,双向IO既可以从外部向芯片内部传递数据和控制信号,也可以将芯片内部的信号传递出来。其中,按照输入信号类型又可将输入IO有可分为数据输入IO和控制信号输入IO。数据输入IO用来向芯片内部传递外部数据,控制信号输入IO用来向芯片内部传递控制信号,控制芯片的工作状态。在某些应用中,输入到芯片内部的控制信号不需要实时变化,在某种特定的应用场合,需要将控制IO采取固定的配置方式,从而控制芯片始终工作在一种状态下。例如芯片的正常工作模式和测试模式的切换,芯片只需在最初测试状态下进入测试模式,在正常工作中并不需要进入测试模式,这样就可以将该控制IO固定接到某个电平。
芯片的IO除了要满足传输数据的要求外,还必须考虑ESD保护的问题。
发明内容
芯片在某些情况下需要将输入控制信号固定在某个状态,特别是在芯片设计之初,需要从芯片内部接出大量的控制信号接口,来设定芯片的某些功能或者工作模式。一般的输入控制信号IO只能实现两个输入状态,控制两个输出状态,如果芯片有许多控制信号需要从外部输入,便需要大量的IO,既浪费了芯片面积又降低了芯片的可靠性。
本发明公开了一种3状态控制信号输入IO,可以提供三个输入状态,分别是高电平状态、低电平状态和悬空状态,相应的产生3种输出控制信号。和以往的控制信号输入IO相比多出了一个悬空状态,相同的IO数量可以产生更多的控制信号组合,极大的减少了IO的数量,从而降低了芯片面积,增加了芯片的可靠性。
如图1所示,本发明公布的3状态控制信号输入IO电路,主要包含4个钳位电阻、1个钳位NMOS管和两个比较器两个提供ESD保护功能的二极管。钳位NMOS管M1接成二极管形式,所以其漏端和源端会产生一个0.7V左右的固定电位差,将MOS管M1漏端电压命名为VCOM1、源端电压命名为VCOM2,VCOM1和VCOM2相对于VDD和VSS的关系如图2所示。如图2所示,VCOM1、VCOM1,加上VDD和VSS,一共4个电平分割出3段电压区间。当外部输入信号IN为高电平时,进入两个比较器正端的电压为高电压,落在电平区间1,比较器COMP1的负相输入端连接到电平VCOM2,比较器COMP2的负相输入端连接到电平VCOM1,由于VCOM1和VCOM2的电压均低于电平区间1的电压,所以此时输出结果O1小于O2、O3小于O4。当外界输入电平为低电平时,输入端IN将比较器COMP1和COMP2的正向输入端均拉到图2中的电平区间3内,由于电平区间3内的电压低于VCOM1和VCOM2,所以此时输出结果为O1大于O2、O3大于O4。当外界输入信号为悬空时,由于钳位电阻R1和R2的存在,输入端IN的电平为中间电平,落在VCOM1和VCOM2之间,此时的输出结果为O1小于O2、O3大于O4,即为第三种输出状态。
上文所描述的即为3状态控制信号输入IO的工作原理,由于一个IO可以产生3种输入状态,对于需要从外界输入多个控制信号的芯片来说,采用3状态控制信号输入IO会比传统IO的数量显著减少,从而降低芯片面积,提高芯片的可靠性。
附图说明
图1是3状态控制信号输入IO原理图;
图2是3状态控制信号输入IO比较电压区间划分示意图;
图3是3状态控制信号输入IO的一种具体实现法方式。
具体实施方式
以下将结合附图与具体实施对本发明作进一步说明。
图3是本发明的一种具体实现方式,MOS管MP1、MP2、MN1、MN2和MN5组成了图1中的比较器COMP1,MOS管MP3、MP4、MN3、MN4和MN6组成了图1中的比较器COMP2,其余各部件均和图1中相同。图3中VBP和VBN分别为比较器的负载管和电流沉提供偏置电压。当外部输入信号IN为高电平时,进入两个比较器正相输入端的电压为高电压,落在图2中的电平区间1,比较器COMP1的负相输入端连接到电平VCOM2,比较器COMP2的负相输入端连接到电平VCOM1,由于VCOM1和VCOM2的电压均低于电平区间1的电压,所以此时输出结果O1小于O2、O3小于O4。当外界输入电平为低电平时,输入端IN将比较器COMP1和COMP2的正相输入向端均拉到图2中的电平区间3内,由于电平区间3内的电压低于VCOM1和VCOM2,所以此时输出结果为O1大于O2、O3大于O4。当外界输入信号为悬空时,由于钳位电阻R1和R2的存在,输入端IN的电平为图2中的电平区间2落在VCOM1和VCOM2之间,此时的输出结果为O1小于O2、O3大于O4,即为第三种输出状态。
Claims (1)
1.一种3状态控制信号输入IO电路,其特征在于:根据输入信号的状态——高电平、低电平或者悬空,利用分压器件和比较器,可以产生3种对应的输出状态,输入信号IN连接到比较器COMP1的正相输入端I1和比较器COMP2的正相输入端I3,同时连接到二极管D1的P端和二极管D2的N端,同时连接到电阻R1和R2,电阻R1的另一端连接到VDD,电阻R2的另一端连接到VSS,二极管D1的N端连接到VDD,二极管D2的P端连接到VSS,比较器COMP1的负相输入端I2连接到NMOS管M1的源极和电阻R4,电阻R4的另一端连接到VSS,比较器COMP2的负相输入端I4连接到NMOS管M1的栅极和漏极以及电阻R3,电阻R3的另一端连接到VDD,比较器COMP1的正相输出端为O2、负相输出端为O1,比较器COMP2的正相输出端为O4、正相输出端为O3,本电路中有4个直流电平,分别是VDD、NMOS管M1的漏端电压、NMOS管M1的源端电压和VSS,这4个直流电平之间的关系是,VDD大于NMOS管M1的漏端电压,NMOS管M1的漏端电压大于NMOS管M1的源端电压,NMOS管M1的源端电压大于VSS,当输入信号IN为高电平时,比较器COMP1的正相输入端I1的电压高于比较器COMP1的负相输入端I2的电压,比较器COMP2的正相输入端I3的电压高于比较器COMP2的负相输入端I4的电压,因此,比较器COMP1和COMP2的输出结果为O1小于O2、O3小于O4,当外界输入电平为低电平时,比较器COMP1的正相输入端I1的电压低于比较器COMP1的负相输入端I2的电压,比较器COMP2的正相输入端I3的电压低于比较器COMP2的负相输入端I4的电压,因此,比较器COMP1和COMP2的输出结果为O1大于O2、O3大于O4,当外界输入信号为悬空时,由于钳位电阻R1和R2的存在,输入端IN的电平为中间电平,与此同时,NMOS管M1的存在使得比较器COMP1的负相输入端I2电压低于比较器COMP1的正相输入端I1电压,同时使得比较器COMP2的负相输入端I4电压高于比较器COMP2正相输入端I3电压,此时的输出结果为O1小于O2、O3大于O4,即为第三种输出状态。
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