CN104601162A - 一种可复用的数字输入输出接口电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可复用的数字输入输出接口电路，该电路包含有：所述接口电路设置于芯片管脚与芯片主电路之间，芯片管脚通过所述接口电路外部电压源；由此，使其输出具有三种状态，实现了一个管脚输入三种数字状态的功能，从而复用了该数字输入输出接口。

Description

一种可复用的数字输入输出接口电路
技术领域
本发明属于芯片的技术领域，特别涉及芯片用接口电路。
背景技术
芯片作为基础原件广泛用于电子行业的各个应用中。芯片与外界的联系需要通过管脚，即管脚起到了给芯片输入电压、接受芯片输出电压、改变芯片的工作模式、测试芯片内部信号等作用。例如，一款8脚芯片的接口电路和管脚的示意见图1。图中所示，每个管脚都有专门的接口电路与主电路相接，以实现对每个管脚的功能控制，然而这种结构形式，由于管脚的数量直接关系到成本和布板面积，使每款芯片都只能连接有限的管脚，如果想要增加管脚，势必会大大增加芯片的成本和面积，限制了芯片的应用和发展。
专利申请201320646815.8，公开了一种串口和红外功能复用的接口电路，包括处理芯片、复用接口、红外接收电路、串口电路以及接口检测电路，其中，红外接收电路分别与处理芯片以及复用接口相连，串口电路分别与处理芯片以及复用接口相连，接口检测电路分别与复用电路、红外接收电路以及串口电路相连，接口检测电路检测复用接口上接入的是红外设备或串口设备，若复用接口上接入的是红外设备，则控制红外接收电路向处理芯片传输红外信号，若复用接口上接入的是串口设备，则控制串口电路在复用接口与处理芯片之间传输串口信号。该专利申请是通过接口检测电路输出的控制电平控制MOS管的导通，从而控制复用接口的功能，其虽然具有接口复用的功能，但是接口是通过串口电路实现的，实现起来并不容易，电路结构复杂，而且这只是针对固定的接口进行复用，并不能实现其它接口的复用。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可复用的数字输入输出接口电路，该电路能够增加数字输入输出接口的功能，节省芯片管脚。
本发明的另一个目的在于提供一种可复用的数字输入输出接口电路，该电路结构简单，易于实现，比原有电路能够大大降低成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
为了充分的利用管脚，可以将芯片的管脚复用，也就是用同一管脚实现多个功能。本发明提出了一种可浮置的接口电路，所谓的浮置，就是芯片管脚没有连接任何外部电压源，即在接口不连接任何信号的情况也向芯片内部的主电路发出某一状态信号，这样就增加了接口的功能。
一种可复用的数字输入输出接口电路，其特征在于该电路包含有：所述接口电路设置于芯片管脚与芯片主电路之间，芯片管脚通过所述接口电路连接外部电压源；所述接口电路包括有偏置电流源、电流镜及处理电路，所述偏置电流源接于VCC端，所述电流镜接于GND端，所述偏置电流源、电流镜后接有处理电路，处理电流将控制信号输出给芯片管脚。由此，使其输出具有三种状态，实现了一个管脚输入三种数字状态的功能，从而复用了该数字输入输出接口。
在该接口电路中，偏置电流源、电流镜除了提供偏置电流外，另一个作用是限流。当管脚在外部电压源作用下下拉到地电压时，管脚流到地的电流不会超过电流镜的镜像电流；同理，当管脚在外部电压源作用下上拉到电源电压时，电源流入管脚的电流不会超过偏置电流源的电流。从而防止了管脚有大电流灌入或流出的事件发生。
所述偏置电流源由两个NMOS管Mn1、Mn2构成，所述Mn1、Mn2并联于GND端。
所述电流镜由两个PMOS管MP1、MP2构成，MP1、MP2并联于VCC端。
进一步，所述偏置电流源、电流镜后接有共源放大器，且所述共源放大器是由Mp3/Mn3和Mp4/Mn4构成两组，两组共源放大器的作用是将管脚电压转换成逻辑电平，以供后续处理电路处理。
更进一步，所述处理电路包括反相器和与非门，所述反相器具有两个，分别接在两组共源放大器后，两个反相器后接有与非门。
更进一步，所述两组共源放大器之前设置有场效应管，所述场效应关作为控制两组共源放大器的电子开关。
本发明通过电路的改进，使其输出具有三种状态，实现了一个管脚输入三种数字状态的功能，复用了该数字输入输出接口；而且该复用可应用于芯片的任意一个管脚，并不局限于特定的管脚。
更重要的是，本发明的实现电路结构简单，易于实现，可广泛应用于现有的芯片管脚控制电路中。
附图说明
图1是现有技术所实施的电路结构图。
图2是本发明所实施的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1所示，本发明所实现的接口电路设置于芯片管脚与芯片主电路之间，每个芯片管脚都通过所述接口电路与主电路连通，以提供外部电压源。
具体实现如图2所示，为本发明所实现的可复用的数字输入输出接口电路，其包含NMOS管：Mn0～Mn4，PMOS管：Mp1～Mp4，反相器Iv1/Iv2，与门And1。其中，NMOS管：Mn0～Mn4并联于GND接地端，PMOS管：Mp1～Mp4则并联于VCC端。
电路的核心部分是由MP1/MP2/MN5/MN1/MN2组成，用来在芯片管脚浮置的情况下在管脚上产生一个确定的电压值。Mn1/Mn2是偏置电流源，Mp1/Mp2是电流镜，用来提供确定的电流偏置。在管脚浮置的情况下，管脚的电压
Vio1＝VCC-Vgs_mp2-Vgs_mn5。
除了提供电流偏置外，Mn1和Mp1的另一个作用是限流。当管脚在外部电压源作用下下拉到地电压时，管脚流到地的电流不会超过电流镜Mp1的镜像电流；同理，当管脚在外部电压源作用下上拉到电源电压时，电源流入管脚的电流不会超过电流源Mn1的电流。从而防止了管脚有大电流灌入或流出的事件发生。
此时，该输出接口电路使管脚具有三种状态：
1.IO1输入高电平。
高电平的IO1将关闭PMOS管Mp3，那么，Mp3/Mn3组成的有源反相器输出net1为低电平，反相器Iv1的输出net3为高电平。同时，NMOS管Mn4导通，Mn4/Mp4组成的有源反相器输出net2为低电平，反相器Iv2的输出In0为高电平。输出In1等于In0和net3的逻辑与，即为高电平。所以，IO1输入高电平时，In1:In0的状态是10。
2.IO1输入低电平。
低电平的IO1将开启PMOS管Mp3，那么，Mp3/Mn3组成的有源反相器输出net1为高电平，反相器Iv1的输出net3为低电平。同时，NMOS管Mn4关断，Mn4/Mp4组成的有源反相器输出net2为高电平，反相器Iv2的输出In0为低电平。输出In1等于In0和net3的逻辑与，即为低电平。所以，IO1输入低电平时，In1:In0的状态是00。
2.IO1输入浮置。
在这种情况下，IO1不接任何电位，由Mn1、Mn2、Mp1、Mp2、Mn5组成的电路来决定IO1的电平Vio1，
Vio1＝VCC-Vgs_mp2-Vgs_mn5
其中，Vgs表示MOS的栅源电压。
对于3V的电源电压VCC，PMOS管Vgs通常在1V左右，NMOS管Vgs通常在0.9V左右，那么Vio1在1.1V左右。这一电压将同时开启Mp3和Mn4，即使节点net1为高电平，net2为低电平，In1:In0的状态是01。
对于2V的电源电压VCC，PMOS管和NMOS管的阈值通常会相应降低，以上关系也是成立的。
Mp1/Mn1作为偏置电流源还起到了限流作用。在IO1输入高电平或低电平的情况下，流出IO1的灌电流或输入IO1的拉电流的大小都受到了MP1/Mn1的限制，不会出现电流过大的情况。
所以，如表1所示，该电路实现了一个管脚输入三种数字状态的功能，复用了该数字输入输出接口。
表1.输入输出状态
IO1状态 高电平 低电平 浮置
In1:In0 10 00 01
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可复用的数字输入输出接口电路，其特征在于该电路包含有：所述接口电路设置于芯片管脚与芯片主电路之间，芯片管脚通过所述接口电路连接外部电压源；所述接口电路包括有偏置电流源、电流镜及处理电路，所述偏置电流源接于VCC端，所述电流镜接于GND端，所述偏置电流源、电流镜后接有处理电路，处理电流将控制信号输出给芯片管脚。
2.如权利要求1所述的可复用的数字输入输出接口电路，其特征在于所述偏置电流源由两个NMOS管Mn1、Mn2构成，所述Mn1、Mn2并联于GND端。
3.如权利要求1所述的可复用的数字输入输出接口电路，其特征在于所述电流镜由两个PMOS管MP1、MP2构成，MP1、MP2并联于VCC端。
4.如权利要求1所述的可复用的数字输入输出接口电路，其特征在于所述偏置电流源、电流镜后接有共源放大器，且所述共源放大器是由Mp3/Mn3和Mp4/Mn4构成两组，两组共源放大器的作用是将管脚电压转换成逻辑电平，以供后续处理电路处理。
5.如权利要求4所述的可复用的数字输入输出接口电路，其特征在于所述处理电路包括反相器和与非门，所述反相器具有两个，分别接在两组共源放大器后，两个反相器后接有与非门。
6.如权利要求4所述的可复用的数字输入输出接口电路，其特征在于所述两组共源放大器之前设置有场效应管，所述场效应关作为控制两组共源放大器的电子开关。
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