CN102545192B - 一种基带信号处理芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基带信号处理芯片，该基带信号处理芯片设置有基本输入输出接口以及与基本输入输出接口连接的处理单元，该基带信号处理芯片还包括静电保护电阻，该静电保护电阻的一端与基本输入输出接口连接，另一端与处理单元连接。通过上述方式，本发明的基带信号处理芯片通过设置一静电保护电阻，该静电保护电阻的一端与基本输入输出接口连接，另一端与处理单元连接。该静电保护电阻能够对静电释放的能量进行衰减，实现对处理单元的保护。因此，本发明能够以简单的结构以及较低的成本实现静电防护功能。

Description

一种基带信号处理芯片

技术领域

本发明涉及静电防护领域，特别是涉及一种用于静电防护的基带信号处理芯片。

背景技术

目前，手机已经普遍应用于生活、工作等领域。手机的安全也越来越受重视，如手机的ESD(Electro-Static discharge，静电释放)防护越来越受重视，在高电平的ESD冲击时，时常造成手机内部电路或芯片受到损坏。

现有技术主要是在基带信号处理芯片的基本输入输出接口处增加橡皮塞保护接口，使得基带信号处理芯片内的处理单元免受ESD直接冲击。或者在基本输入输出接口的电路中并联TVS管(Transient VoltageSuppresser，瞬态电压抑制器)来保护基带信号处理芯片内的处理单元。

但是，上述两种做法都有一定缺陷：由于产品外观和结构限制的原因，结构增加橡皮塞的方法无法在每款产品中实际应用。另外，考虑到TVS成本比较高，采用TVS保护信号线的方法不适合在中低端手机产品中大规模应用。

因此，需要提供一种基带信号处理芯片，以解决现有技术中在进行手机的ESD防护时存在的对产品的结构要求较高或成本较高的缺陷。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基带信号处理芯片，能够以简单的结构和较低的成本实现ESD防护功能。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基带信号处理芯片，该基带信号处理芯片设置有基本输入输出接口、与基本输入输出接口连接的中断处理单元、电连接中断处理单元的上拉电阻以及恒定电压源，上拉电阻的一端与恒定电压源连接，上拉电阻的另一端与中断处理单元连接，该基带信号处理芯片还包括静电保护电阻，该静电保护电阻的一端与基本输入输出接口连接，另一端与中断处理单元连接，以串联于基本输入输出接口与中断处理单元之间；其中，基本输入输出接口没有与外部设备连接时，基本输入输出接口为高阻状态，中断处理单元获得高电平VCC，其中高电平VCC为恒定电压源输出的参考电压；

基本输入输出接口与外部设备连接时，基本输入输出接口被下拉到地，中断处理单元获得的电压为VCC*R3/(R3+R4)；其中R3为静电保护电阻的电压，R4为上拉电阻的电压；

中断处理单元设置为判断0-0.3VCC之间的电压为低电平，设置为判断0.7VCC到VCC之间的电压为高电平，静电保护电阻的电阻值设定为小于上拉电阻的电阻值的20％，以使得基本输入输出接口与外部设备连接时，中断处理单元判断获得低电平。

其中，处理单元为GPIO总线处理单元。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种手机，该手机包括上述基带信号处理芯片。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的基带信号处理芯片通过设置一静电保护电阻，该静电保护电阻的一端与基带信号处理芯片的基本输入输出接口连接，另一端与基带信号处理芯片的处理单元连接，对ESD的能量进行衰减，实现对处理单元的保护。因此，本发明能够以简单的结构以及较低的成本实现ESD防护功能。

附图说明

图1是本发明实施例的基带信号处理芯片的结构示意图；

图2是本发明实施例的ESD防护原理图；

图3是本发明实施例的ESD放电的曲线图；

图4是本发明实施例的基本输入输出接口连接上拉电阻时的原理图；

图5是本发明实施例的基本输入输出接口连接下拉电阻时的原理图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明实施例的基带信号处理芯片的结构100包括：基本输入输出接口101、静电保护电阻102以及处理单元103。

其中，基本输入输出接口101包括输出接口和输入接口，是处理芯片与其他设备之间数据传输的重要通道，最容易受ESD(Electro-Staticdischarge，静电释放)的冲击。

如图1可知，静电保护电阻102串联连接在输入输出接口101和处理单元103之间，即静电保护电阻102的一端与基本输入输出接口101连接，另一端与处理单元103连接。

静电保护电阻102利用其阻抗作用可减弱从基本输入输出接口101传来的ESD能量对需要受保护的处理单元103的冲击，进而起到提高ESD性能的作用。

静电保护电阻102的电阻值需要限制在一定的范围内，在限定的范围内电阻值越大，ESD防护的效果就越好。在本发明中，静电保护电阻102的取值设定为小于基带信号处理芯片中的上拉电阻或下拉电阻的电阻值的20％。

处理单元103是手机内部需要受ESD防护的单元，其连接着静电保护电阻102，因静电保护电阻102减弱了从基本输入输出接口101传来的ESD的能量，所以处理单元103受到的ESD冲击大大的减弱了。

其中，处理单元103是中断处理单元或GPIO总线处理单元。

图2是本发明实施例的ESD防护原理图。如图2所示，高压产生电路201的一端连接电阻202，另一端接地，高压产生电路201能够产生很高的电压。电阻202的一端连接高压产生电路201，另一端连接充电开关203。充电开关203是双向开关，有三个连接端口，一个是用于选择性连接电阻202的端口，另一个是用于选择性连接电阻205的端口，而第三端则固定连接电容204。当充电开关203连接电阻202时，电容进行充电，当充电开关203连接电阻205而放电开关206同时连接基本输入输出接口207时，电容放电。电容204的一端连接充电开关203，另一端接地。电阻205的一端连接充电开关203，另一端连接放电开关206。放电开关206的一端连接电阻205，另一端则连接基带信号处理芯片中的基本输入输出接口207，如前所述，当充电开关203连接电阻205，同时放电开关206连接基本输入输出接口207时，电容204放电，此时基本输入输出接口207就会受到ESD的冲击。因此，在一静电保护电阻208串联连接在基本输入输出接口207和处理单元209之间时，可衰减从基本输入输出电路207传来的ESD能量，进而达到保护处理单元209的作用。

其中，高压产生电路201，电阻202、205，充电开关203，放电开关206，电容204组成当前ESD标准IEC61000-4-2规定的静电放电模型结构。其放电电流的情况结合图3进行说明，图3是ESD放电电流曲线图，如图3所示，在0.7ns～1ns时电流急速增大，ESD放电的能量大都集中在0.7ns～1ns的放电时间段。

基于图3的放电曲线图得到下表的基本输入输出接口207处的放电电流参数：

当没有设置静电保护电阻208时，基本输入输出接口207到处理单元209的阻抗非常小，上表中的ESD能量几乎全部释放到处理单元209中，而处理单元209中的Mos管(metal oxid semiconductor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管)的ESD性能在4KV左右，处理单元209中的芯片的ESD性能在2KV左右，所以当没有设置静电保护电阻208进行ESD防护时，ESD能量很容易损伤处理单元209。

当设置了静电保护电阻208时，ESD的能量经过静电保护电阻208的衰减，处理单元209受到的ESD能量的冲击大大的减弱了，即静电保护电阻208对处理单元209进行了ESD防护。其中，处理单元209受到的ESD能量与未设置静电保护电阻208时受到的ESD能量的比值是：

$\frac{[(1/\mathrm{JWC}1)*(1/\mathrm{JWC}1)+R2*R2]}{[(1/\mathrm{JWC}1)*(1/\mathrm{JWC}1)+(R2+R3)*(R2+R3)]}$

其中，JWC1为未设置静电保护电阻208时基本输入输出接口207到处理单元209的阻抗，R2为静电放电电路中的电阻205，R3为静电保护电阻208。

由上述的公式可知，静电保护电阻208越大，ESD防护的效果越好。但考虑到实际的应用，静电保护电阻208需要限制在一定的范围内。如考虑目前电子产品中电压的判断条件：当电压范围为0.7*VCC到VCC之间时为高电平，当电压范围为0到0.3*VCC之间时为低电平，其中VCC为参考电压。因此，考虑到电子产品设计的安全性，设计静电保护电阻208小于基带信号处理芯片中的上拉或下拉电阻的20％。

如图4所示，图4是本发明实施例的连接上拉电阻的基带信号处理芯片的原理图。基带信号处理芯片还包括一恒定电压源305和一上拉电阻304。上拉电阻304的一端与恒定电压源305连接，上拉电阻304的另一端与处理单元303连接。在处理单元303和基本输入输出接口301之间串联连接一个静电保护电阻302。

在本实施例中，处理单元303可为中断处理单元，上拉电阻304的阻值为100kohm(kilohm，千欧姆)。本实施例设置静电保护电阻302的阻值为上拉电阻304的10％，即为10kohm，能够确保系统工作的稳定性。

图4所示的基本输入输出接口连接上拉电阻时的工作原理是：

当手机没有连接外部设备时，由目前电子产品中电压的判断条件：电压范围为0.7*VCC到VCC(VCC为参考电压)之间时为高电平，可知，此时基本输入输出接口301为高阻状态，从而处理单元303的电压等于恒定电压源305的电压，处理单元303识别为高电平。

当手机连接了外部设备时，信号在外部设备被下拉到地，从而处理单元303的电压为VCC*R3/(R3+R4)，其中VCC为参考电压，R3为静电保护电阻302，R4为上拉电阻304，由静电保护电阻302的取值和上拉电阻304的取值得到VCC*R3/(R3+R4)＝VCC*10/(10+100)≈0.1*VCC，由目前电子产品中电压的判断条件：当电压范围为0到0.3*VCC之间时为低电平，可知，此时，处理单元303的电压低于0.3*VCC，即处理单元303识别为低电平，所以中断被触发。

由上述的分析可知由于静电保护电阻302的作用，ESD能量经过静电保护电阻302后减弱了约900倍，处理单元303的电流也相应的减弱了30倍。因此，ESD在经过静电保护电阻302之前和经过静电保护电阻302之后的数值如下表：

由上表的数值对比可知，由于静电保护电阻302的衰减保护，使得手机内部需要受保护的处理单元303的ESD防护性能从其本身的2KV提高到15KV。

图5为本发明实施例的基本输入输出接口连接下拉电阻时的原理图，如图5所示，静电保护电阻402的一端连接基本输入输出接口401，另一端连接处理单元403，而下拉电阻404的一端接地，另一端与处理单元403连接。静电保护电阻402的阻值设置为小于下拉电阻404的阻值的20％。

其工作原理与上述的基本相同，于此不作赘述。

综上所述，本发明的基带信号处理芯片通过设置一静电保护电阻，该静电保护电阻的一端与基带信号处理芯片的基本输入输出接口连接，另一端与基带信号处理芯片的处理单元连接。在静电放电过程中，该静电保护电阻能够对ESD的能量进行衰减，实现对处理单元的保护。因此，本发明能够以简单的结构以及较低的成本实现ESD防护功能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种基带信号处理芯片，所述基带信号处理芯片设置有基本输入输出接口、与所述基本输入输出接口连接的中断处理单元、电连接所述中断处理单元的上拉电阻以及恒定电压源，其特征在于，所述上拉电阻的一端与所述恒定电压源连接，所述上拉电阻的另一端与所述中断处理单元连接，所述基带信号处理芯片进一步包括静电保护电阻，所述静电保护电阻的一端与所述基本输入输出接口连接，另一端与所述中断处理单元连接，以串联于所述基本输入输出接口与所述中断处理单元之间；

其中，所述基本输入输出接口没有与外部设备连接时，所述基本输入输出接口为高阻状态，所述中断处理单元获得高电平VCC，其中所述高电平VCC为所述恒定电压源输出的参考电压；

所述基本输入输出接口与外部设备连接时，所述基本输入输出接口被下拉到地，所述中断处理单元获得的电压为VCC*R3/(R3+R4)；其中R3为所述静电保护电阻，所述R4为所述上拉电阻；

所述中断处理单元设置为判断0-0.3VCC之间的电压为低电平，设置为判断0.7VCC到VCC之间的电压为高电平，所述静电保护电阻的电阻值设定为小于上拉电阻的电阻值的20%，以使得所述基本输入输出接口与外部设备连接时，所述中断处理单元判断获得低电平；

由于静电保护电阻的作用，ESD能量经过静电保护电阻后减弱了900倍，中断处理单元的电流也相应的减弱了30倍；静电保护电阻的衰减保护，使中断处理单元的ESD防护性能从其本身的2KV提高到15KV。

2.根据权利要求1所述的基带信号处理芯片，其特征在于，所述中断处理单元为GPIO总线处理单元。

3.一种手机，其特征在于，所述手机包括权利要求1至2任一项所述的基带信号处理芯片。