CN102447466A - 可下拉精准电流的io电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可下拉精准电流的IO电路，包括一下拉电流功能模块。下拉电流功能模块包括一运算放大器、第二电阻、一NMOS管和一开关模块。第二电阻、一NMOS管和一开关模块串接于第一电阻和地之间，运算放大器的输出端和NMOS管的栅极相连、反相输入端和第二电阻的第二端相连、同相输入端和基准电压相连，运算放大器和开关模块还连接使能信号。当使能信号有效时，运算放大器的形成于一负反馈回路，反相输入端嵌位到基准电压、NMOS管开启、开关模块接通，在第一电阻的第二端和地之间形成一大小为基准电压除以第二电阻的电阻值的下拉电流。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

可下拉精准电流的IO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精准电流的IO电路。
背景技术
如图1所示，为现有不带下拉电流IO电路的结构示意图，现有不带下拉电流IO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，所述电阻R用于在静电保护时进行限流。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IO电路只起到一个防静电保护的功能。
如图2所示，为现有可下拉电流的IO电路的结构示意图，所述现有可下拉电流的IO电路在现有不带下拉电流IO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。现有可下拉电流的IO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IO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。现有可下拉电流的IO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精准电流的IO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精准电流的IO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，所述第一电阻用于在静电保护时进行限流。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一运算放大器、第二电阻、一NMOS管和一开关模块。
所述运算放大器的同相输入端和基准电压相连接，所述运算放大器的输出端连接所述NMOS管的栅极。
所述第二电阻的第一端接地，所述NMOS管和所述开关模块串接在所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端之间；所述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NMOS管的漏极、所述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所述第二电阻的第二端；所述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开关模块的第一端、所述第二电阻的第二端连接所述NMOS管的漏极、所述NMOS管的源极连接所述第二电阻的第二端。
所述第二电阻的第二端连接所述运算放大器的反相输入端；所述运算放大器的使能端连接使能信号，所述开关模块的第三端连接使能信号。
当所述使能信号有效时，所述运算放大器的反相输入端的反相电位嵌位到和所述同相输入端的基准电压相同的电压，所述运算放大器的输出端输出一大于所述NMOS管的阈值电压的输出电压并使所述NMOS管开启，所述开关模块接通，在所述第一电阻的第二端和地之间产生一下拉电流，并在所述运算放大器的输出端和反相输入端形成单位增益负反馈回路；所述下拉电流的大小为所述基准电压除以所述第二电阻的电阻值。
更优选择，所述NMOS管为一本征NMOS管，所述NMOS管的阈值电压小于所述使能信号有效时所述运算放大器的输出电压。
更优选择，所述使能信号为高电平时有效；或，所述使能信号为低电平时有效。
更优选择，所述运算放大器的开环增益和单位增益带宽满足所述下拉电流能够在50纳秒内启动的条件。
更优选择，所述运算放大器的开环增益大于60dB，单位增益带宽大于200MHz。
由于本发明的运算放大器的开环增益和单位增益带宽足够大，使得下拉电流的启动时间得到大大缩短，能使下拉电流的启动时间小于50纳秒。另外，由于本发明通过运算放大器的负反馈的设置，使得下拉电流和所述基准电压及所述第二电阻的电阻值有关，其中所述基准电压的误差要远小于所述第二电阻的电阻值的误差，而所述第二电阻的电阻值的误差主要和所述第二电阻的温度系数和工艺偏差有关，很容易实现所述第二电阻的电阻值的误差值控制在±25％以内，故本发明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％。
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IO电路的结构示意图；
图2是现有可下拉电流的IO电路的结构示意图；
图3是本发明实施例可下拉精准电流的IO电路的结构示意图。
具体实施方式
如图3所示，是本发明实施例可下拉精准电流的IO电路的结构示意图。本发明实施例可下拉精准电流的IO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，所述第一电阻R1用于在静电保护时进行限流。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一运算放大器1、第二电阻R2、一NMOS管2和一开关模块3。
所述运算放大器1的同相输入端和基准电压VREF相连接，所述运算放大器的输出端连接所述NMOS管2的栅极。
所述第二电阻R2的第一端接地，所述NMOS管2和所述开关模块3串接在所述第一电阻R1的第二端和所述第二电阻R2的第二端即A点之间，本发明实施例的串接结构为所述第一电阻R1的第二端连接所述NMOS管2的漏极、所述NMOS管2的源极连接所述开关模块3的第一端、所述开关模块3的第二端连接所述第二电阻R2的第二端。
所述第二电阻R2的第二端连接所述运算放大器1的反相输入端。所述运算放大器1的使能端连接使能信号EN，所述开关模块3的第三端连接使能信号EN。
当所述使能信号EN有效时，所述运算放大器1的反相输入端的反相电位VINN嵌位到和所述同相输入端的基准电压VREF相同的电压；所述运算放大器1的输出端输出一大于所述NMOS管2的阈值电压的输出电压VOUT并使所述NMOS管2开启；所述开关模块3接通；在所述第一电阻R1的第二端和地之间产生一下拉电流，通过所述NMOS管2、所述开关模块3和所述第二电阻R2在所述运算放大器1的输出端和反相输入端形成单位增益负反馈回路；所述下拉电流的大小为所述基准电压VREF除以所述第二电阻R2的电阻值。
其中，所述NMOS管2为一本征NMOS管，所述NMOS管2的阈值电压小于所述使能信号EN有效时所述运算放大器1的输出电压VOUT。
其中，所述使能信号EN为高电平时有效。
其中，所述运算放大器的开环增益大于60dB，单位增益带宽大于200MHz。所述运算放大器的开环增益和单位增益带宽满足所述下拉电流能够在50纳秒内启动的条件。
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 (5)

1.一种可下拉精准电流的IO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一运算放大器、第二电阻、一NMOS管和一开关模块；
所述运算放大器的同相输入端和基准电压相连接，所述运算放大器的输出端连接所述NMOS管的栅极；
所述第二电阻的第一端接地，所述NMOS管和所述开关模块串接在所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端之间；所述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NMOS管的漏极、所述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所述第二电阻的第二端；所述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开关模块的第一端、所述第二电阻的第二端连接所述NMOS管的漏极、所述NMOS管的源极连接所述第二电阻的第二端；
所述第二电阻的第二端连接所述运算放大器的反相输入端；所述运算放大器的使能端连接使能信号，所述开关模块的第三端连接使能信号；
当所述使能信号有效时，所述运算放大器的反相输入端的反相电位嵌位到和所述同相输入端的基准电压相同的电压，所述运算放大器的输出端输出一大于所述NMOS管的阈值电压的输出电压并使所述NMOS管开启，所述开关模块接通，在所述第一电阻的第二端和地之间产生一下拉电流，并在所述运算放大器的输出端和反相输入端形成单位增益负反馈回路；所述下拉电流的大小为所述基准电压除以所述第二电阻的电阻值。
2.如权利要求1所述可下拉精准电流的IO电路，其特征在于：所述NMOS管为一本征NMOS管，所述NMOS管的阈值电压小于所述使能信号有效时所述运算放大器的输出电压。
3.如权利要求1所述可下拉精准电流的IO电路，其特征在于：所述使能信号为高电平时有效；或，所述使能信号为低电平时有效。
4.如权利要求1所述可下拉精准电流的IO电路，其特征在于：所述运算放大器的开环增益和单位增益带宽满足所述下拉电流能够在50纳秒内启动的条件。
5.如权利要求4所述可下拉精准电流的IO电路，其特征在于：所述运算放大器的开环增益大于60dB，单位增益带宽大于200MHz。
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