CN107809233A - 接口单元输入电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种接口单元输入电路,包括：第一钳位器件和第二钳位器件串联；第一钳位器件其第一端连接第一电阻连接的一端，第一电阻的另一端作为该接口单元输入电路第一端，第一钳位器件其第二端连接高压选择电路第三端，第一钳位器件其第三端连接第二钳位器件第一端；第二钳位器件其第二端连接电源电压，第二钳位器件其第三端作为该接口单元输入电路第二端；中间电压选择电路第一端连接第一钳位器件第一端，中间电压选择电路第二端接地；高压选择电路其第一端连接中间电压选择电路第三端，高压选择电路其第二端连接电源电压。本发明与现有技术相比具有更高压容差，适用工作电压范围更广。

Description

接口单元输入电路
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种接口单元(IO)输入电路。
背景技术
通常高压容差的接口单元输入电路如图1所示。主要在输入反向器和PAD之间加上一个NMOS管MM1，NMOS管MM1的gate电压为电源电压VCC，此时当PAD电压超过电源电压VCC的时候，由于NMOS管MM1的存在，输入反向器gate端的电压也不会超过VCC，这样MOS的gate端就避免了可靠性问题，提高设备的可靠性。
现在许多产品的工作电压VCC越来越低，而某些情况下PAD上的电压又比较高，那么NMOS管MM1的gate端和drain端之间的电压差就超过了它可靠性范围内所承受的最大值，这就导致了在这种特殊的情况下现有接口单元输入电路存在可靠性问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种与现有技术相比具有更高压容差，适用工作电压范围更广的接口单元输入电路。
为解决上述技术问题，本发明提供的接口单元输入电路,包括：第一钳位器件、第二钳位器件、第一电阻、高压选择电路和中间电压选择电路；
第一钳位器件和第二钳位器件串联；
第一钳位器件其第一端连接第一电阻连接的一端，第一电阻的另一端作为该接口单元输入电路第一端，第一钳位器件其第二端连接高压选择电路第三端，第一钳位器件其第三端连接第二钳位器件第一端；
第二钳位器件其第二端连接电源电压，第二钳位器件其第三端作为该接口单元输入电路第二端；
中间电压选择电路第一端连接第一钳位器件第一端，中间电压选择电路第二端接地；
高压选择电路其第一端连接中间电压选择电路第三端，高压选择电路其第二端连接电源电压。
进一步改进所述的接口单元输入电路,其中：第一钳位器件和第二钳位器件是NMOS。
进一步改进所述的接口单元输入电路,其中：NMOS的源极是第一端，NMOS栅极是第二端，NMOS漏极是第三端。
进一步改进所述的接口单元输入电路,其中：中间电压选择电路包括有N个源漏的NMOS组成的NMOS串和第二电阻；
NMOS串中每个NMOS栅漏相连，该NMOS串的第一个NMOS的漏极作为该中间电压电路的第一端，该NMOS串的最后一个NMOS的源极做为该中间电压电路的第三端；
该NMOS串的最后一个NMOS的源极通过第二电阻接地，第二电阻接地端作为中间电压电路的第二端。
进一步改进所述的接口单元输入电路,其中：中间电压选择电路包括第一稳压器件和第二电阻；
稳压器件第一端作为该中间电压电路的第一端，稳压器件第二端作为该中间电压电路的第三端，稳压器件第二端通过第二电阻接地，第二电阻接地端作为中间电压电路的第二端。
进一步改进所述的接口单元输入电路,其中：稳压器件是齐纳二极管，该齐纳二极管负极作为稳压器件的第一端，该齐纳二极管的正极作为稳压器件的第二端。
其中，第二电阻为大电阻，第二电阻大于等于5M欧姆。
本发明利用中间电压产生电路和高电压选择电路，调整钳位管MM0的gate电压，使得第一钳位管MM0的drain端和gate端之间的电压差在可靠性承受范围之内。
如图2所示，正常工作情况下:
(1)当PAD电压比较小的时候，①小于串联NM0～NMn的阈值电压n*Vth，使得C点电压为0；②或者VPAD>n*Vth使得C点电压约为VPAD-n*Vth，但此时C点电压小于VCC，那么B点电压通过高电压选择电路，设置为VCC。
(2)当PAD电压越来越高，此时C点电压VPAD-n*Vth大于VCC，那么B点电压通过高电压选择电路设置为VPAD-n*Vth。此时钳位管MM0的drain端和gate端之间的电压差约为：“VPAD-(VPAD-n*Vth)”即为n*Vth。那么就可以根据钳位管MM0的drain端和gate端之间所能承受的最大电压差，计算出串联MOS管的数量使得电路设计满足要求。
如图3所示，正常工作情况下:
(1)当PAD电压比较小的时候，①小于齐纳二极管D0的反向击穿电压BVdiode使得C点电压为0；②或者VPAD>BVdiode使得C点电压为约VPAD-BVdiode，但此时C点电压小于VCC，那么B点电压通过高电压选择电路，设置为VCC。
(2)当PAD电压越来越高，此时C点电压VPAD-BVdiode大于VCC，那么B点电压通过高电压选择电路设置为电压VPAD-BVdiode。此时钳位管MM0的drain端和gate端之间的电压差约为：“VPAD-(VPAD-BVdiode)”即为BVdiode。那么就可以根据钳位管MM0的drain端和gate端之间所能承受的最大电压差，通过制程上调整出合适的齐纳二极管D0的反向击穿电压BVdiode使得电路设计满足要求。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有接口单元输入电路结构示意图。
图2是本发明第一实施例示意图。
图3是本发明第二实施例示意图。
具体实施方式
图2所示，本发明第一实施例包括种接口单元输入电路,包括：第一NMOS MM0、第二NMOS MM1、第一电阻R1、高压选择电路和中间电压选择电路；
第一NMOS MM0和第二NMOS MM1串联；
第一NMOS MM0其源极作为连接第一电阻连接的一端，第一电阻的另一端作为该接口单元输入电路第一端连接PAD，第一NMOS MM0其栅极连接高压选择电路第三端，第一NMOSMM0其漏极连接第二NMOS MM1源极；
第二NMOS MM1其栅极连接电源电压，第二NMOS MM1其漏极作为该接口单元输入电路第二端连接反向器；
中间电压选择电路第一端连接第一NMOS MM0源极，中间电压选择电路第二端接地；
所述中间电压选择电路包括有N个源漏的NMOS组成的NMOS串，MOS管编号为NM0-NMN和第二电阻R2，第二电阻为大电阻，第二电阻大于等于5M欧姆；
NMOS串中每个NMOS栅漏相连，该NMOS串的第一个NMOS的漏极作为该中间电压电路的第一端，该NMOS串的最后一个NMOS的源极做为该中间电压电路的第三端；
该NMOS串的最后一个NMOS的源极通过第二电阻R2接地，第二电阻R2接地端作为中间电压电路的第二端。
高压选择电路其第一端连接中间电压选择电路第三端，高压选择电路其第二端连接电源电压。
图3所示，本发明第二实施例包括种接口单元输入电路,包括：第一NMOS MM0、第二NMOS MM1、第一电阻R1、高压选择电路和中间电压选择电路；
第一NMOS MM0和第二NMOS MM1串联；
第一NMOS MM0其源极作为连接第一电阻连接的一端，第一电阻的另一端作为该接口单元输入电路第一端连接PAD，第一NMOS MM0其栅极连接高压选择电路第三端，第一NMOSMM0其漏极连接第二NMOS MM1源极；
第二NMOS MM1其栅极连接电源电压，第二NMOS MM1其漏极作为该接口单元输入电路第二端连接反向器；
中间电压选择电路第一端连接第一NMOS MM0源极，中间电压选择电路第二端接地；
所述中间电压选择电路包括齐纳二极管D0和第二电阻R2，第二电阻为大电阻，第二电阻大于等于5M欧姆；
齐纳二极管D0负极作为该中间电压电路的第一端，齐纳二极管D0正极作为该中间电压电路的第三端，齐纳二极管D0正极通过第二电阻R2接地，第二电阻R2接地端作为中间电压电路的第二端。
以上通过具体实施方式和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 (7)

1.一种接口单元输入电路,其特征在于，包括：第一钳位器件、第二钳位器件、第一电阻、高压选择电路和中间电压选择电路；
第一钳位器件和第二钳位器件串联；
第一钳位器件其第一端连接第一电阻连接的一端，第一电阻的另一端作为该接口单元输入电路第一端，第一钳位器件其第二端连接高压选择电路第三端，第一钳位器件其第三端连接第二钳位器件第一端；
第二钳位器件其第二端连接电源电压，第二钳位器件其第三端作为该接口单元输入电路第二端；
中间电压选择电路第一端连接第一钳位器件第一端，中间电压选择电路第二端接地；
高压选择电路其第一端连接中间电压选择电路第三端，高压选择电路其第二端连接电源电压。
2.如权利要求1所述的接口单元输入电路,其特征在于：第一钳位器件和第二钳位器件是NMOS。
3.如权利要求2所述的接口单元输入电路,其特征在于：NMOS的源极是第一端，NMOS栅极是第二端，NMOS漏极是第三端。
4.如权利要求1所述的接口单元输入电路,其特征在于：中间电压选择电路包括有N个源漏的NMOS组成的NMOS串和第二电阻；
NMOS串中每个NMOS栅漏相连，该NMOS串的第一个NMOS的漏极作为该中间电压电路的第一端，该NMOS串的最后一个NMOS的源极做为该中间电压电路的第三端；
该NMOS串的最后一个NMOS的源极通过第二电阻接地，第二电阻接地端作为中间电压电路的第二端。
5.如权利要求1所述的接口单元输入电路,其特征在于：中间电压选择电路包括第一稳压器件和第二电阻；
稳压器件第一端作为该中间电压电路的第一端，稳压器件第二端作为该中间电压电路的第三端，稳压器件第二端通过第二电阻接地，第二电阻接地端作为中间电压电路的第二端。
6.如权利要求5所述的接口单元输入电路,其特征在于：稳压器件是齐纳二极管，该齐纳二极管负极作为稳压器件的第一端，该齐纳二极管的正极作为稳压器件的第二端。
7.如权利要求4或5所述的接口单元输入电路,其特征在于：第二电阻大于等于5M欧姆。
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