CN100533979C - 带辅助充电电路的前端总线接口输出电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带辅助充电电路的前端总线接口输出电路，它包括输入端IN、控制端E0、与非门NAND、充电管NMOS、终端电阻Z以及输出端OUT，控制端E0通过第一反相器INV1和第二反相器INV2和与非门NAND相连，输入端IN通过第三反相器INV3和与非门NAND相连，与非门NAND通过第四反相器INV4与驱动管NMOS的栅极相连，驱动管NMOS的源极接地，驱动管NMOS的漏极通过终端电阻Z与输出端OUT相连，所述驱动管NMOS与一辅助充电电路串联，辅助充电电路包括反相延迟单元和辅助充电管PMOS，所述辅助充电管PMOS的栅极与驱动管NMOS的栅极相连，辅助充电管PMOS的漏极与终端电阻Z相连，辅助充电管PMOS的源极与电源相连。本发明结构简单、能对板级负载进行快速充电、满足高频要求、具有较好抗工艺、电压、温度变化的特性。

Description

带辅助充电电路的前端总线接口输出电路

技术领域

本发明主要涉及到微处理器前端总线接口的设计领域，特指一种带辅助充电电路的前端总线接口输出电路。

背景技术

在市场需求的推动下，微处理器芯片正向更高的性能方向发展。更高性能的微处理器需要更快的与外界进行信息交互，高速接口技术的使用可以极大的提高微处理器性能的发挥，而有时用户希望接口的速度越快越好，因此，很多微处理器特别是高性能微处理器一般均采用高速接口技术。在微处理器中使用最为普遍的是GTL(GunningTransceiver Logic)前端总线接口技术。

传统GTL接口的特点：GTL信号传输技术是JEDEC于1993年11月专门为满足板级高速总线需求而制定的标准——JESD8-3。GTL信号具有更快的信号边沿，更低的信号摆幅。因此GTL信号具有高速、低功耗和更好的信号完整性等优点。传统在0.18μm工艺下频率只能达到200MHz，严重限制了微处理器与外界信息交互，制约了微处理器性能的发挥，是提高系统性能的瓶颈。

输出接口电路是将片内标准的CMOS电平转换为GTL电平，根据实际工作情况，增加一个使能信号来更好的控制GTL输出接口，使能信号具有功能控制和降低功耗双重作用。输出接口的外部功能如图1所示。IN为输入端口，EO为输出使能信号，OUT为输出。EO高电平有效，当EO为0时，输出为固定高电平(降低功耗)；EO为1时，输出接口正常工作。下表1是GTL输出接口的真值表。

表1：

 

IN	EO	OUT
			X	0	1
0	1	0
			1	1	1

根据GTL输出接口的真值表可推导出输入与输出之间的逻辑函数。

$\mathrm{OUT}=\stackrel{\‾}{\mathrm{IN}}\·\stackrel{\‾}{\mathrm{EO}}+\mathrm{IN}\·\stackrel{\‾}{\mathrm{EO}}+\mathrm{IN}\·\mathrm{EO}=\mathrm{IN}+\stackrel{\‾}{\mathrm{IN}}\·\stackrel{\‾}{\mathrm{EO}}=\mathrm{IN}+\stackrel{\‾}{\mathrm{EO}}=\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{\mathrm{IN}}\·\mathrm{EO}}$

根据输入IN、使能EO和输出OUT的逻辑关系、GTL输出中漏极开路NMOS管所起的作用如图2所示。电路中使能信号EO经过两个反相器INV1、INV2与输入信号IN与非运算，使能信号具有跳变频率低特点，因此将使能信号EO接离地近的N管，信号IN接离地远的N管，如图2所示。这样可以提前将离近地的N管源极电位置为低，当信号IN到达时，信号经一个N管沟道长度就能将输出端置为低，缩短了信号翻转时间，降低整体电路延迟。上面设计的电路满足GTL输出接口的功能要求，第一级反相器INV3接收来自芯片内的信号，与非门NAND既实现使能信号对接口的控制，又实现由内核电压向接口电压转换。与非门NAND后经过一级反相器INV4来增加驱动能力，最后由一个漏级开路的NMOS管完成输入到输出电平转换。若对最后一级的NMOS管驱动不足，可在其前级增加偶数个反相器来逐级增加驱动能力。这种结构的缺点就在于：由于终端电阻的存在，当输入由0跳变到1时，终端电阻将起分压作用，导致不能将输出驱动至1.2V。

发明内容

本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、能够对板级负载进行快速充电、满足高频要求、且具有较好抗PVT特性的带辅助充电电路的前端总线接口输出电路。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种带辅助充电电路的前端总线接口输出电路，它包括输入端IN、控制端EO、与非门NAND、驱动管NMOS、终端电阻Z以及输出端OUT，控制端EO通过第一反相器INV1和第二反相器INV2和与非门NAND相连，输入端IN通过第三反相器INV3和与非门NAND相连，与非门NAND通过第四反相器INV4与充电管NMOS的栅极相连，驱动管NMOS的源极接地，驱动管NMOS的漏极通过终端电阻Z与输出端OUT相连，其特征在于：所述驱动管NMOS与一辅助充电电路串联，辅助充电电路包括反相延迟单元和辅助充电管PMOS，所述辅助充电管PMOS的栅极与驱动管NMOS的栅极相连，辅助充电管PMOS的漏极与终端电阻Z相连，辅助充电管PMOS的源极与电源相连。

所述反相延迟单元包括第五反相器INV5和或门OR，第五反相器INV5的输入端与第四反相器INV4相连，输出端通过或门OR与辅助充电管PMOS相连。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：本发明通过增加辅助充电电路逻辑，解决了传统GTL输出为高电平时，无法将输出驱动至1.2V的问题，添加辅助充电电路后，在辅助充电管PMOS的上拉作用下，可将输出驱动至1.2V。

附图说明

图1是现有技术中GTL输出接口的原理示意图；

图2是现有技术中GTL输出接口的电路原理示意图；

图3是本发明GTL输出接口的原理示意图；

图4是本发明GTL输出接口的电路原理示意图；

图5是采用本发明GTL输出接口电路的模拟波形图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图3和图4所示，一种带辅助充电电路的前端总线接口输出电路，它包括输入端IN、控制端EO、与非门NAND、充电管NMOS、终端电阻Z以及输出端OUT，控制端EO通过第一反相器INV1和第二反相器INV2和与非门NAND相连，输入端IN通过第三反相器INV3和与非门NAND相连，与非门NAND通过第四反相器INV4与驱动管NMOS的栅极相连，充电管NMOS的源极接地，充电管NMOS的漏极通过终端电阻Z与输出端OUT相连，其特征在于：所述驱动管NMOS与一辅助充电电路串联，辅助充电电路包括反相延迟单元和辅助充电管PMOS，所述辅助充电管PMOS的栅极与驱动管NMOS的栅极相连，辅助充电管PMOS的漏极与终端电阻Z相连，辅助充电管PMOS的源极与电源相连。其中，本实施例中，反相延迟单元包括第五反相器INV5和或门OR，第五反相器INV5的输入端与第四反相器INV4相连，输出端通过或门OR与辅助充电管PMOS相连。

工作原理：当控制端EN＝1时，当输入端IN从0跳变到1，通过前级逻辑第三反相器INV3、与非门NAND和第四反相器INV4驱动后，第四反相器INV4的输出跳变为0，输出O将驱动管NMOS管关断，输出端的电压在一端接电源的终端电阻Z的作用下达到高电平。

在第四反相器INV4的输出跳变到0，经过辅助充电电路中第五反相器INV5延时，在一级反相器延时时间之内，非门OR的两端输入将同时为0，此时非门OR将输出O，将充电管PMOS管打开，即可将输出端Out的电平拉升至VDD。经过一级反相器延迟后，非门OR两端信号总有一个为1，此时非门OR输出为1，关断PMOS管，充电完毕。

当输入始终为1或者0，不发生跳变时，辅助充电管PMOS管始终关断，无充电作用。

参见图5所示，采用本发明GTL输出接口电路的模拟波形图，其输出工作频率为600MHz，输出摆幅超过了了900mV。而在未使用本专利技术前，GTL输出接口工作频率只有400MHz左右，摆幅也不能达到900mV。使用了本发明GTL输出接口电路具有较高的性能，频率达到了600MHz，具有较好的抗PVT特性。

Claims (1)

1、一种带辅助充电电路的前端总线接口输出电路，它包括输入端(IN)、控制端(E0)、与非门(NAND)、驱动管(NMOS)、终端电阻(Z)以及输出端(OUT)，控制端(E0)通过第一反相器(INV1)和第二反相器(INV2)和与非门(NAND)相连，输入端(IN)通过第三反相器(INV3)和与非门(NAND)相连，与非门(NAND)通过第四反相器(INV4)与驱动管(NMOS)的栅极相连，充电管(NMOS)的源极接地，驱动管(NMOS)的漏极通过终端电阻(Z)与输出端(OUT)相连，其特征在于：所述驱动管(NMOS)与一辅助充电电路串联，辅助充电电路包括反相延迟单元和辅助充电管(PMOS)，所述辅助充电管(PMOS)的栅极与驱动管(NMOS)的栅极相连，辅助充电管(PMOS)的漏极与终端电阻(Z)相连，辅助充电管(PMOS)的源极与电源相连；所述反相延迟单元包括第五反相器(INV5)和或门(OR)，第五反相器(INV5)的输入端与第四反相器(INV4)相连，输出端通过或门(OR)与辅助充电管(PMOS)相连。

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