一種具有低通濾波功能的輸入輸出電路的製作方法

2023-05-19 07:02:06

本發明涉及一種輸入輸出電路，特別是涉及一種具有低通濾波功能的輸入輸出電路。

背景技術：

現有的集成電路晶片輸入輸出電路中並沒有低通濾波模塊，主要在pcb板上採用專用的分立器件實現emi幹擾的隔離。中國實用新型專利cn204441430u提供一種低通濾波結構與低通濾波器，如圖1所示，該低通濾波器為分立器件，其結構包括至少兩層低通濾波層(低通濾波層10與低通濾波層20)，至少兩層低通濾波層間隔設置，其中，至少兩層低通濾波層中一層低通濾波層包括多個圓環形的導電幾何結構或者多個多邊形環的導電幾何結構，至少兩層低通濾波層中另一層低通濾波層包括多個空心十字形的導電幾何結構。

隨著集成電路晶片封裝尺寸的減小，線間emi幹擾變得更加嚴重，相鄰引腳之間其他信號若引入一定強度的電磁幹擾，可能會導致輸入的信號帶雜散噪聲，這種現象在低電壓應用情況下更加嚴重，僅在pcb板上使用低通濾波器件不能有效避免該問題。此外，大尺寸的分立器件佔用較大面積，在某些對面積要求較高的特殊應用場合，將低通濾波功能集成到晶片內，更能有效減小面積。

技術實現要素：

為克服上述現有技術存在的不足，本發明之目的在於提供一種具有低通濾波功能的輸入輸出電路，以實現一種具有低通濾波功能的輸入輸出電路，可有效隔離信號工作頻率以上的高頻幹擾，提高信號傳輸的成功率，同時保證晶片的電磁兼容能力。

為達上述及其它目的，本發明提出一種具有低通濾波功能的輸入輸出電路，包括:

輸出模塊，連接於晶片內核的輸出與pad之間，用於輸出毫安級別的驅動電流；

esd保護模塊，連接在pad與低通濾波模塊之間，用於為pad提供靜電保護；

低通濾波模塊，連接在該esd保護模塊與輸入模塊之間，用於濾除高頻噪聲，通過低頻信號；

輸入模塊，一端連接該低通濾波模塊，另一端與晶片內核的輸入相連，用於將輸入信號變換為適合後續電路要求的模擬或數位訊號。

進一步地，該esd保護模塊採用兩級esd保護電路。

進一步地，該第一級esd保護電路包括分別跨接在電源與pad端之間的第一反向二極體和跨接在pad端與地之間的第二反向二極體，第二級esd保護電路包括第一nmos管與第一pmos管，該第一級esd保護電路與第二級esd保護電路之間串接第一電阻。

進一步地，該第一nmos管為ggnmos管，第一pmos管為gdpmos管。

進一步地，該輸出模塊的輸出端連接至該pad，並連接至該esd保護模塊的第一反向二極體陽極、第二反向二極體陰極以及第一電阻的一端，該第一反向二極體d1陰極接io電源，該第二反向二極體陽極接地，該第一電阻r0之另一端連接至該第一nmos管的漏極與該第一pmos管的漏極，該第一nmos管的柵極、源極和體端接地，該第一pmos管的柵極、源極和體端接io電源，該esd保護模塊的輸出端連接至該低通濾波模塊。

進一步地，該輸出模塊為由pmos和nmos驅動管組成，且pmos和nmos驅動管驅動電流一致，以保證輸出波形的佔空比接近50％。

進一步地，該低通濾波模塊包括第一濾波電容、第二濾波電容以及第一濾波電阻，該濾波電阻的一端連接該esd保護模塊的輸出端，另一端連接至該第一濾波電容和第二濾波電容的公共端和該輸入模塊的輸入端，該第一濾波電容的另一端連接至該io電源，該第二濾波電容的另一端連接至地。

進一步地，該第一濾波電容的電容值為10～100ff。

進一步地，該第二濾波電容的電容值為10～100ff。

進一步地，該濾波電阻的電阻值為3～80kohm。

與現有技術相比，本發明一種具有低通濾波功能的輸入輸出電路通過將低通濾波功能集成在輸入輸出集成電路中，實現了具有低通濾波功能的輸入輸出電路，可有效隔離信號工作頻率以上的高頻幹擾，提高信號傳輸的成功率，同時保證晶片的電磁兼容能力。

附圖說明

圖1為現有技術中一個低通濾波器的結構圖；

圖2為本發明一種具有低通濾波功能的輸入輸出電路的電路結構圖；

圖3為本發明具體實施例中esd保護模塊的結構圖；

圖4為不具有低通濾波功能的輸入輸出電路噪聲的仿真結果示意圖；

圖5為本發明去除噪聲的仿真結果示意圖。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例並結合附圖說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。本發明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的精神下進行各種修飾與變更。

圖2為本發明一種具有低通濾波功能的輸入輸出電路的電路結構圖。如圖2所示，本發明一種具有低通濾波功能的輸入輸出電路，包括:輸出模塊(output)10、esd保護模塊(esdprotection)20、低通濾波模塊(low-passfilter)30以及輸入模塊(input)40。

其中，輸出模塊(output)10，連接於晶片內核的輸出與pad(焊盤)之間，一般由pmos和nmos驅動管組成，用於輸出毫安級別的驅動電流，且pmos和nmos驅動管驅動電流基本一致，以保證輸出波形的佔空比接近50％；esd保護模塊(esdprotection)20由兩級組成，如圖3所示，用於為焊盤(pad)提供靜電保護(esd)，第一級esd保護電路由分別跨接在電源與pad端之間的反向二極體d1和跨接在pad端與地之間的反向二極體d2組成，第二級esd保護電路由ggnmos管n1和gdpmos管p1組成，第一級esd保護電路與第二級esd保護電路之間串接一個電阻r0，該電阻阻值約為幾百歐姆；低通濾波模塊(low-passfilter)30由濾波電容c1-c2和濾波電阻r1組成，用於濾除輸入信號的高頻雜波，通過低頻信號；輸入模塊(input)40為通用電路，一般為施密特觸發器，連接在低通濾波模塊(low-passfilter)30之後，另一端與晶片內核的輸入相連，用於將輸入信號變換為適合後續電路要求的模擬或數位訊號。

晶片內核系統電路輸出i連接至輸出模塊(output)10的輸入端，輸出模塊(output)10的輸出端連接至焊盤(pad)和esd保護模塊(esdprotection)20的輸入端(反向二極體d1陽極、反向二極體d2陰極以及電阻r0之一端)，反向二極體d1陰極接io電源vccio，反向二極體d2陽極接地vssio，電阻r0之另一端連接至esd保護模塊(esdprotection)20的輸出端(i/p)(ggnmos管n1的漏極與gdpmos管p1的漏極)，ggnmos管n1的柵極、源極和體端(bulk)接地vssio，gdpmos管p1的柵極、源極和體端(bulk)接電源vccio，esd保護模塊(esdprotection)20的輸出端(i/p)連接至電阻r1的一端，電阻r1的另一端連接至電容c1和c2的公共端和輸入模塊(input)40的輸入端，電容c1的另一端連接至電源vccio，電容c2的另一端連接至地vssio，輸入模塊(input)40的輸出端連接至晶片內核系統輸入端c。

現有的集成電路晶片輸入輸出電路中並沒有低通濾波模塊，主要在pcb板上採用專用的分立器件實現emi幹擾的隔離，這是本發明與現有技術的主要差別。低通濾波模塊的截止頻率f為2π與rc時間常數乘積的倒數，小於截止頻率f的信號可以正常通過，大於截止頻率f的信號會被濾除。圖2中，濾波電容器c1有一個濾波電容值，通常為10～100ff；濾波電容器c2有一個濾波電容值，通常為10～100ff；低通濾波模塊的濾波電容值c＝c1+c2；濾波電阻r1的電阻值通常為3～80kohm；低通濾波模塊的截止頻率f為幾百兆赫茲(大於電路的最大工作頻率)。

圖4為不具有低通濾波功能的輸入輸出電路噪聲的仿真結果示意圖。如圖4所示，當pad端的信號帶有10dbm左右的噪聲時(如第一行信號所示)，若輸入輸出電路不具有低通濾波模塊，則在輸入模塊的輸入埠接收到的信號如第二行所示，高頻噪聲未被濾除，輸入電路無法正確識別高低電平，出現錯誤翻轉，進入晶片內核的信號成了雜散的高頻噪聲(如第三行信號所示)。

圖5為本發明去除噪聲的仿真結果示意圖。如圖5所示，當pad端的信號帶有10dbm左右的噪聲(如第一行信號所示)且輸入輸出電路具有低通濾波模塊時，輸入模塊的輸入埠接收到的信號如圖4第二行所示，高頻噪聲已被濾除，輸入電路能夠正確識別高低電平，正確信號進入晶片內核(如第三行信號所示)。

可見，通過圖4及圖5的對比，應用本發明該具有低通濾波功能的輸入輸出電路，可有效隔離信號工作頻率以上的高頻幹擾，提高信號傳輸的成功率，同時保證晶片的電磁兼容能力。

綜上所述，本發明一種具有低通濾波功能的輸入輸出電路通過將低通濾波功能集成在輸入輸出集成電路中，實現了具有低通濾波功能的輸入輸出電路，可有效隔離信號工作頻率以上的高頻幹擾，提高信號傳輸的成功率，同時保證晶片的電磁兼容能力。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何本領域技術人員均可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明的權利保護範圍，應如權利要求書所列。