CN109245756A - 一种减小电源域切换噪声的方法及芯片输出接口电路 - Google Patents

一种减小电源域切换噪声的方法及芯片输出接口电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及减小电源域切换噪声的方法及芯片输出接口电路，包括外部电源供电模块、内部电源供电模块、第一单元和第二单元，第一单元的输入端接内部电源供电模块输出的数据信号，电源端与内部电源供电模块的电源端相同；第二单元的输入端接内部电源供电模块输出的数据信号，电源端与外部电源供电模块的电源端相同；第一单元和第二单元的输出端输出数据信号汇合后进入内部电源供电模块数据流。本发明解决了现有的芯片跨电源域翻转时，输出信号会产生噪声的技术问题，本发明在内部数据信号跨电源域翻转时，能够减少外部电源和地的波动引起对数据信号传输延时的影响。

Description

一种减小电源域切换噪声的方法及芯片输出接口电路
技术领域
本发明属于半导体领域，具体涉及一种减小电源域切换噪声的方法及芯片输出接口电路。
背景技术
如图1所示，传统的芯片输出模块分成内部电源供电模块和外部电源供电模块。内部电源供电模块由电源VDD和VSS供电。内部电源供电模块耗电小，受外界环境干扰很小，所以VDD和VSS的电平很稳定。
外部电源供电模块由电源VDDC和VSSC供电，外部电源供电模块为了保证输出信号具有做足够的驱动能力，器件尺寸大，耗电大。所以，VDDC和VSSC不稳定，输出信号的翻转会导致VDDC和VSSC突然下降或上升。
内部电源模块由内部逻辑模块，以及PMOS管P1，和NMOS管N1组成，它们由稳定的电源VDD/VSS供电。P1和N1组成反相器inv1。
外部电源供电模块有P2、N2、P3、N3、驱动控制模块、PMOS管Pdrv、和NMOS管Ndrv组成，它们由电源VDDC/VSSC供电。P2和N2组成反相器inv2。P3和N3组成反相器inv3。
VDDC是外部电源焊盘，VSSC是外部接地焊盘，IO是外部I/O信号焊盘。Rvddc是从外部电源焊盘VDDC到电源vddc_local的电源连线电阻。Rvssc是从外部接地焊盘Vssc到地Vssc_local的电源连线电阻。Pdrv是大尺寸上拉PMOS管，Ndrv是大尺寸下拉NMOS管。外部电源供电模块80％的耗电都来自于Pdrv和Ndrv。Cdec是接在电源VDDC_local和地VSSC_local上的去耦电容Cdec，电容值在100nF～5uF。
当节点e处数据信号从高变低时，即输出信号f由低变高，Pdrv瞬间打开，VDDC上瞬间产生大电流ivddc，从VDDC焊盘，流过Rvddc和Pdrv，最后流到I/O焊盘，如图2所示。这时VDDC_local电压会瞬间下降，如图3所示。另外，由于Cdec电容值大，所以VSSC_local电平跟随往下降。从图3可知道，VDDC_local和VSSC_local的电压的差基本保持不变。从节点b到节点f，所有信号都处在VDDC_local和VSSC_local电源域中，所以从节点b到节点f的延时不会随着VDDC_local和VSSC_local突然同时下降而改变。但是对于inv2(P2和N2)来说，源端供电来自于VDDC_local和VSSC_local，但栅极电平来自于很稳定的电源VDD和地VSS。所以当节点b开始翻转的时候，如果VDDC_local电平突然下降，则会导致inv2的延时突然发生变化，从而在IO输出信号产生噪声，幅度可达到100ps。
发明内容
为了解决现有的芯片输出模块在内部信号跨电源域翻转时，且外部电源突然下降时，输出信号会产生噪声的技术问题，本发明提供一种减小电源域切换噪声的芯片输出接口电路，在内部数据信号跨电源域翻转时，减少外部电源和地的波动引起对数据信号传输延时的影响。
本发明的技术解决方案为：
一种减小电源域切换噪声的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将电源域切换处的数据信号分成两路信号传输；
2)分流信号一工作在外部电源供电模块的电源域内；分流信号二工作在内部电源供电模块的电源域内；
3)调节分流信号一与分流信号二的跨电源域时间，使得两路信号在不同时刻跨电源域；
4)汇合跨电源域后的分流信号一与分流信号二，继续传输。
进一步的，步骤3)具体为：通过电阻调节分流信号一与分流信号二的跨电源域时间。
一种减小电源域切换噪声的芯片输出接口电路，包括外部电源供电模块、内部电源供电模块，其特殊之处在于：还包括第一单元和第二单元，所述第一单元的输入端接内部电源供电模块输出的数据信号，第一单元的电源端与内部电源供电模块的电源端相同；
所述第二单元的输入端接内部电源供电模块输出的数据信号，第二单元的电源端与外部电源供电模块的电源端相同；
第一单元的输出端和第二单元的输出端数据信号汇合后进入内部电源供电模块数据流；
当内部电源和外部电源一致时，第一单元的输出信号与第二单元的输出信号一致。
进一步的，所述第一单元还包括电阻R1，所述第二单元还包括电阻R2，通过电阻R1和电阻R2分别调节第一单元的输出信号与第二单元的输出信号的延时。
进一步的，第一单元由PMOS管P21和NMOS管N21组成反相器inv21，第二单元由PMOS管P22和NMOS管N22组成反相器inv22。
进一步的，电阻R1和电阻R2的电阻比率设为1/3～3。
进一步的，第一单元的输出端通过电阻R1连接至外部电源供电模块中的inv3输入端节点c处；第二单元的输出端通过电阻R2连接至外部电源供电模块中的inv3输入端节点c处。
进一步的，PMOS管P21和PMOS管P22尺寸相同，NMOS管N21组和NMOS管N22尺寸相同。
本发明所具有的技术效果：
本发明提供一种减小电源域切换噪声的芯片输出接口电路，通过调节R1和R2的阻值，可让节点b到节点d的延时变化减小80％，从而减小IO输出信号的噪声，噪声幅度可从传统的电路的100ps降到20ps。
附图说明
图1为传统的输出接口电路图；
图2为传统的输出接口电路输出变高时的产生ivddc示意图；
图3为传统的输出接口电路输出高电平时的电源产生压降示意图；
图4为本发明的输出接口电路图。
具体实施方式
以下将配合相关图式来说明本发明的实施例。
实施例1：一种减小电源域切换噪声的芯片输出接口电路，包括外部电源供电模块、内部电源供电模块、第一单元和第二单元，第一单元的输入端接内部电源供电模块输出的数据信号，第一单元的电源端与内部电源供电模块的电源端相同；第二单元的输入端接内部电源供电模块输出的数据信号，第二单元的电源端与外部电源供电模块的电源端相同；将电源域切换处的数据信号分成两路信号传输；分流信号一工作在外部电源供电模块的电源域内；分流信号二工作在内部电源供电模块的电源域内；第一单元的输出端和第二单元的输出端数据信号汇合后进入内部电源供电模块数据流；当内部电源和外部电源一致时，第一单元的输出信号与第二单元的输出信号一致。
第一单元还包括电阻R1，所述第二单元还包括电阻R2，通过电阻R1和电阻R2分别调节第一单元的输出信号与第二单元的输出信号的延时。电阻R1和电阻R2的电阻比率设为1/3～3。第一单元的输出端通过电阻R1连接至外部电源供电模块中的inv3输入端节点c处；第二单元的输出端通过电阻R2连接至外部电源供电模块中的inv3输入端节点c处。
实施例2：如图4所示，PMOS管P2平均分成相同尺寸的P21和P22；NMOS管N2，平均分成相同尺寸N21和N22。第一单元由PMOS管P21和NMOS管N21组成反相器inv21，第二单元由PMOS管P22和NMOS管N22组成反相器inv22。
工作过程：
如图4所示，当节点b开始翻转时，如果VDDC_local突然下降，则P22和N22的栅源电压(Vgs)发生变化，所以inv22的延时发生变化，所以从节点b到节点c2的延时发生变化。但是由于VDDC_local突然下降这个时候，inv21依旧工作在VDD电源，所以inv21的延时不变，所以从节点b到节点c1的延时保持不变。通过R1和R2把节点c1和c2都连到节点d。通过调节R1和R2的阻值，可让节点b到节点d的延时变化减小80％，从而减小IO输出信号的噪声，噪声幅度可从传统的电路的100ps降到20ps。

Claims (8)

1.一种减小电源域切换噪声的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将电源域切换处的数据信号分成两路信号传输；
2)分流信号一工作在外部电源供电模块的电源域内；分流信号二工作在内部电源供电模块的电源域内；
3)调节分流信号一与分流信号二的跨电源域时间，使得两路信号在不同时刻跨电源域；
4)汇合跨电源域后的分流信号一与分流信号二，继续传输。
2.根据权利要求1所述的减小电源域切换噪声的方法，其特征在于步骤3)具体为：通过电阻调节分流信号一与分流信号二的跨电源域时间。
3.一种减小电源域切换噪声的芯片输出接口电路，包括外部电源供电模块、内部电源供电模块，其特征在于：还包括第一单元和第二单元，所述第一单元的输入端接内部电源供电模块输出的数据信号，第一单元的电源端与内部电源供电模块的电源端相同；
所述第二单元的输入端接内部电源供电模块输出的数据信号，第二单元的电源端与外部电源供电模块的电源端相同；
第一单元的输出端和第二单元的输出端数据信号汇合后进入内部电源供电模块数据流；
当内部电源和外部电源一致时，第一单元的输出信号与第二单元的输出信号一致。
4.根据权利要求3所述减小电源域切换噪声的芯片输出接口电路，其特征在于：所述第一单元还包括电阻R1，所述第二单元还包括电阻R2，通过电阻R1和电阻R2分别调节第一单元的输出信号与第二单元的输出信号的延时。
5.根据权利要求3或4所述的减小电源域切换噪声的芯片输出接口电路，其特征在于：第一单元由PMOS管P21和NMOS管N21组成反相器inv21，第二单元由PMOS管P22和NMOS管N22组成反相器inv22。
6.根据权利要求4所述的减小电源域切换噪声的芯片输出接口电路，其特征在于：电阻R1和电阻R2的电阻比率设为1/3～3。
7.根据权利要求6所述的减小电源域切换噪声的芯片输出接口电路，其特征在于：第一单元的输出端通过电阻R1连接至外部电源供电模块中的inv3输入端节点c处；第二单元的输出端通过电阻R2连接至外部电源供电模块中的inv3输入端节点c处。
8.根据权利要求6所述的减小电源域切换噪声的芯片输出接口电路其特征在于：PMOS管P21和PMOS管P22尺寸相同，NMOS管N21组和NMOS管N22尺寸相同。
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