在保险/容限操作期间产生偏压以保护输入/输出电路

具体实施方式

下文描述的示例性实施例可以用来在保险操作和容限操作期间产生偏压以保护输入/输出(IO)电路。尽管参考了具体的示例性实施例描述了这些实施例，但是很明显在不背离各个实施例的宽泛精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行多种修改和改变。

图2示出了根据一个或多个实施例的复用器电路200。在一个或多个实施例中，复用器电路200包括复用器块202，复用器块202可以接收第一偏压206和第二偏压208作为输入。在一个或多个实施例中，第一偏压206可以从电源电压(图2中未示出)可控产生，并且第二偏压208可以从通过输入/输出(IO)垫(图2中未示出)提供的外部电压可控产生。在一个或多个实施例中，第一偏压206和第二偏压208可以在将与IO垫接口的集成电路(IC)的IO核器件的一个或多个构成有源电路元件(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)的工作电压的上容限值内。

在一个或多个实施例中，复用器块202的输出(被示为图2中的输出偏压210)在驱动器操作模式期间可以从第一偏压206得到，其中通过IO垫提供的外部电压可以在零至电源电压的值之间变化，或者在保险操作模式和容限操作模式期间从第二偏压208得到。在一个或多个实施例中，在保险操作模式期间电源电压可以为零，并且在容限操作模式期间通过IO垫提供的外部电压在0至高于电源电压的值之间变化。

换句话说，如图2所示，复用器块的输出210可以基于控制信号204(例如，输出使能(OE))的“高”或“低”状态。控制信号204的“高”状态(其是逻辑“1”)可以指示电源电压的存在。控制信号204的“低”状态(其是逻辑“0”)可以指示电源电压的缺失或容限情形，其中通过IO垫提供的外部电压可以增加至高于电源电压的值。因此，在控制信号204的“低”状态期间，电源电压可以存在或可以不存在。在一个或多个实施例中，控制信号204可以由IO核产生。

在一个或多个实施例中，控制信号204可以以可控地方式使用，以得到输出偏压210。因此，当控制信号204的状态为“高”时在驱动器操作模式期间输出偏压210可以从第一偏压206得到，或者当控制信号204的状态为“低”时在容限操作模式和保险操作模式期间输出偏压210可以从第二偏压208得到。

在一个或多个实施例中，第一偏压206可以被可控产生为电源电压的一部分。在一个或多个实施例中，第二偏压208可以被可控产生为通过IO垫提供的外部电压减去一个或多个有源元件(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)的阈值电压。

图3示出了根据一个或多个实施例的图2的复用器电路200的晶体管实现300。对本领域普通技术人员来说很明显，MOS晶体管的源极(S)和漏极(D)终端是可互换的，因此，将电压耦合到源极(S)终端并从漏极(D)终端输出另一电压等同于将电压耦合到漏极(D)终端并从源极(S)终端输出另一电压。漏极-漏极(D-D)路径也可以等同于源极-漏极(S-D)路径。

在一个或多个实施例中，复用器块202包括第一MOS晶体管Q4 322和一对MOS晶体管(Q3 320和Q5 324)，其中第一MOS晶体管Q4 322被配置成在其源极(S)终端处接收第一偏压206，并且一对MOS晶体管(Q3 320和Q5 324)被配置成在其栅极(G)终端处接收控制信号204的可控电平偏移版本(控制信号LS 302)。在一个或多个实施例中，在驱动器操作模式和容限操作模式中的每个操作模式期间，控制信号LS 302可以是电源电压V_DDIO(图3中未示出)的一部分。在一个或多个实施例中，在驱动器操作模式期间，控制信号LS 302可以处于比在容限操作模式期间的控制信号LS302的值(例如，0.1V_DDIO)更高的值(例如，0.6V_DDIO)。在一个或多个实施例中，在保险操作模式期间，当电源电压(V_DDIO)为零时，控制信号LS 302可以是零。

因此，在一个或多个实施例中，控制信号LS 302可以在驱动器操作模式期间的0.6V_DDIO和容限操作模式期间的0.1V_DDIO之间切换，取决于控制信号204代表逻辑“1”还是逻辑“0”。然而，如图2所示，逻辑“0”还可以代表保险操作模式，其中控制信号LS 302为零。因此，控制信号204的两种状态可以更好地描述为逻辑“高”(在驱动器操作模式期间)和逻辑“低”(在容限操作模式期间和保险操作模式期间)。

在一个或多个实施例中，Q3 320的漏极(D)终端可以耦合到Q5 324的漏极(D)终端。在一个或多个实施例中，Q3 320和Q5 324的源极(S)终端可以分别耦合到Q4 322的栅极(G)终端和漏极(D)终端。在一个或多个实施例中，Q5 324可以被配置成在其漏极(D)终端处接收第二偏压208。在一个或多个实施例中，Q3 320和Q5 324的漏极(D)终端可以彼此耦合。在一个或多个实施例中，Q3 320、Q4 322和Q5 324可以是p沟道MOS(PMOS)晶体管。在一个或多个实施例中，复用器块202的输出，输出偏压210，可以在Q4 322和Q5 324之间的漏极-源极(D-S)路径处(节点C338)获得。

在一个或多个实施例中，控制信号204和第一偏压206可以被分别施加在MOS晶体管Q2 318和Q1 316的栅极(G)终端处。在一个或多个实施例中，Q1 316的源极(S)终端可以耦合到Q2 318的漏极(D)终端，并且Q1316的漏极(D)终端可以耦合到Q4 322的栅极(G)终端。在一个或多个实施例中，Q1 316和Q2 318的体(B)终端以及Q2 318的源极(S)终端可以保持在第二电源电压314(V_SS)。在一个或多个实施例中，Q1 316和Q2318可以是传输晶体管(图3中被示为NMOS晶体管)，所述传输晶体管被配置成在控制信号204的逻辑“高”期间当Q1 316和Q2 318被接通时，使能节点A 334放电。在一个或多个实施例中，第一偏压206可以是电源电压V_DDIO的一部分(0.55V_DDIO)。

在一个或多个实施例中，一对MOS晶体管(Q6 326和Q7 328)可以被设置在图2的复用器电路200的晶体管实现300中，以将通过IO垫提供的外部电压(IO垫304电压)减少Q6 326和Q7 328的阈值电压。因此，在节点B326处，第二偏压208可以表示为示例公式1。

V_SB＝IO_PAD-2V_tn                          (1)

其中V_SB是第二偏压208，IO_PAD是IO垫304电压，并且V_tn是Q6 326和Q7 328中每个的阈值电压。图3将Q6 326和Q7 328示为n沟道MOS(NMOS)晶体管，其中Q6 326的源极(S)终端可以耦合到Q7 328的漏极(D)终端。在一个或多个实施例，IO垫304电压可以施加到Q7 328的源极(S)终端和栅极(G)终端。在一个或多个实施例中，Q6 326的栅极(G)终端可以耦合到其源极(S)终端。在一个或多个实施例中，Q6 326和Q7 328的体(B)终端可以保持在第二电源电压314(V_SS)。本领域普通技术人员将意识到，用来降低IO垫304电压的有源元件(例如，MOS晶体管Q6 326和Q7 328)的数目可以变化，并且这种变化也在示例性实施例的范围内。

在一个或多个实施例中，第二偏压208因此可以在将与IO垫接口的IC的IO核器件的一个或多个构成有源电路元件(例如，MOS晶体管)的上容限值内。在一个或多个实施例中，为了产生在IO核器件的上述构成有源电路元件的上容限值内或附近的输出偏压210，可以提供MOS晶体管Q9332，其中MOS晶体管Q9 332的栅极(G)终端和漏极(D)终端被配置成接收可控输入电压(分别是V3 306和V1 308)。在一个或多个实施例中，Q9 332(图3中被示为NMOS晶体管)的源极(S)终端可以耦合到节点B336。在一个或多个实施例中，V3 306和V1 308可以被控制为电源电压V_DDIO的一部分。例如，V3 306可以等于0.3V_DDIO并且V1308可以等于0.1V_DDIO。

在一个或多个实施例中，在保险操作模式期间当电源电压V_DDIO为零时，Q9 332可以通过最大电流以最大化Q6 326和Q7 328上的二极管压降。在一个或多个实施例中，在驱动器操作模式期间和容限操作模式期间当电源电压存在时，Q9 332可以通过与保险操作模式期间的电流相比较小的电流。在一个或多个实施例中，Q6 326和Q7 328上的二极管压降因此可以降低。

在一个或多个实施例中，Q3 320、Q4 322、Q5 324和Q9 332的体(B)终端可以耦合到浮阱(FW)电路的输出以避免与上述晶体管相关联的寄生二极管的正向偏压。

在一个或多个实施例中，在驱动器操作模式期间，即，当控制信号204(例如，OE)为逻辑“高”并且电源电压V_DDIO(例如，2.5V)存在时，第一偏压206可以依比例被适当设置为V_DDIO的一部分(例如，0.55V_DDIO)。在一个或多个实施例中，控制信号LS 302还可以被适当调整为V_DDIO的一部分。例如，控制信号的逻辑“高”可以指示0.6V_DDIO的控制信号LS 302值。在一个或多个实施例中，传输晶体管Q1316和Q2318可以接通，从而使得节点A 334能够放电。在一个或多个实施例中，节点A 334的放电可以将Q4322切换接通，并且控制信号LS 302的经调整“高电平”(例如，0.6V_DDIO)可以保持Q3 320和Q5 32被切断。在一个或多个实施例中，节点B 336处的扰动不会影响节点C 338处的输出，即输出偏压210。在一个或多个实施例中，输出偏压210可以忠实跟踪第一偏压206，并且可以等于第一偏压206。

在一个或多个实施例中，在保险操作模式期间，即，当控制信号204为逻辑“低”并且电源电压V_DDIO为零时，第一偏压206和控制信号LS 302也可以为零。因此，在一个或多个实施例中，节点A 334可能不能通过Q1 316-Q2 318路径放电。当IO垫304电压增加时，Q6 326和Q7 328可以接通，从而使得第二偏压208能够根据示例公式1跟踪IO垫304电压。在一个或多个实施例中，控制信号LS 302的逻辑“低”可以引起Q3 320和Q5 324接通，这可以充电节点A 334。在一个或多个实施例中，节点A 334的充电可以关断Q4 322。在一个或多个实施例中，由于Q5 324可以接通，所以输出偏压210可以跟踪第二偏压208。

在一个或多个实施例中，去耦电容器Q8 330可以被使用在节点C 338处以在IO垫304电压的切换期间缓解输出偏压210上的电容性噪声影响，其可以耦合到IO垫的驱动器的MOS晶体管的栅极(G)终端。在一个或多个实施例中，Q8 330可以是NMOS晶体管，其中输出偏压210耦合到其栅极(G)终端。在一个或多个实施例中，Q8 330的栅极(G)、体(B)和漏极(D)终端均可以保持在第二电源电压310(V_SS)电平处。

在一个或多个实施例中，在容限操作模式期间，即，当控制信号204为逻辑“低”并且电源电压V_DDIO存在时，控制信号LS 302可以切换到电源电压V_DDIO的一部分，其中所述电源电压V_DDIO的一部分低于驱动器操作模式期间控制信号LS 302的值。例如，控制信号LS 302可以切换到0.1V_DDIO，其仍旧可以代表逻辑“低”。在一个或多个实施例中，当IO垫304电压低时，Q6 326和Q7 328可以与Q2 318一起关断。因此，在一个或多个实施例中，节点A334除了通过Q4 322外可能没有放电的路径。在一个或多个实施例中，节点A 334的放电可以引起输出偏压210停留在靠近Q4 322(通过其漏泄电流)的第一偏压处。

在一个或多个实施例中，当IO垫304电压低时，容限操作模式可以类似于驱动器操作模式。这里，当IO垫304电压增加至高于电源电压V_DDIO的值时，这两种情形具有不同的控制信号LS 302值(分别为0.6V_DDIO和0.1V_DDIO)来区分容限操作模式和驱动器操作模式。

在一个或多个实施例中，当IO垫304电压增加时，Q6 326和Q7 328可以接通，从而使得第二偏压208能够根据示例公式1跟踪IO垫304电压。在一个或多个实施例中，控制信号LS 302的逻辑“低”可以引起Q3 320和Q5324接通，这可以充电节点A 334。在一个或多个实施例中，节点A 334的充电可以关断Q4 322。在一个或多个实施例中，由于Q5 324可以接通，所以输出偏压210可以跟踪第二偏压208。

在一个示例性实施例中，电源电压V_DDIO可以是2.75V(2.5V+10％容限)，IO垫304电压可以是3.465V(3.3V+5％容限)，并且IO核器件的一个或多个构成有源电路元件的工作电压可以是1.98V(1.8V+10％容限)。在这种情形中，第一偏压206、第二偏压208和输出偏压210都可以在1.98V内。此外，在1.98V内的第一偏压206和第二偏压208可以有助于复用器电路200的构成MOS晶体管的可靠操作。

图4示出了根据一个或多个实施例在驱动器操作模式期间图2的复用器电路200的晶体管实现300的DC特性。在一个或多个实施例中，x轴402可以代表IO垫304电压并且y轴404可以代表电压变量(V)。在一个或多个实施例中，如图4所示，在IO垫304电压的所有值期间，输出偏压210可以等于第一偏压206。在一个或多个实施例中，在驱动器操作模式期间，控制信号LS 302和第一偏压206可以是电源电压V_DDIO的一部分(例如，分别是0.6V_DDIO和0.55V_DDIO)。

图5示出了根据一个或多个实施例在保险操作模式期间图2的复用器电路200的晶体管实现300的DC特性。在一个或多个实施例中，x轴502可以代表IO垫304电压并且y轴504可以是电压变量(V)。在一个或多个实施例中，在保险操作模式期间电源电压V_DDIO可以是零。在一个或多个实施例中，输出偏压210可以跟踪第二偏压208，如图5所示。换句话说，输出偏压210可以随着IO垫304电压的增加而增加。

图6示出了根据一个或多个实施例在容限操作模式期间图2的复用器电路200的晶体管实现300的DC特性图。在一个或多个实施例中，x轴602可以指示IO垫304电压并且y轴604可以指示电压变量(V)。在一个或多个实施例中，在容限操作模式期间电源电压V_DDIO可以存在，并且控制信号LS 302可以处于逻辑“低”(例如，0.1V_DDIO)。在一个或多个实施例中，如图6所示以及如上所述，当IO垫304电压低时，输出偏压210可以停留在靠近第一偏压206处。在一个或多个实施例中，当IO垫304电压增加时，Q6 326和Q7 328可以接通，并且输出偏压210可以开始跟踪第二偏压208。

图7示出了根据一个或多个实施例在保险操作模式期间图2的复用器电路200的晶体管实现300的瞬态特性图。在一个或多个实施例中，x轴702可以指示时间(t)并且y轴704可以指示电压变量(V)。在一个或多个实施例中，随着IO垫304电压从0切换到其最大值(例如，3.465V)以及从最大值切换到0，输出偏压210可以从低值(例如，Q4 322的阈值电压)切换到近似第二偏压208以及从第二偏压208到低值，如图7所示。在一个或多个实施例中，输出偏压210可以被钳位在Q4 322的阈值电压处，因为节点A334没有其他方式的放电路径。

图8示出了根据一个或多个实施例在容限操作模式期间图2的复用器电路200的晶体管实现300的瞬态特性。在一个或多个实施例中，x轴802可以指示时间(t)并且y轴804可以指示电压变量(V)。在一个或多个实施例中，随着IO垫304电压从0切换到其最大值(例如，3.465V)以及从最大值切换到0，输出偏压210可以在两个电压之间切换，即，一个是靠近第一偏压206的电压，另一个是靠近第二偏压208的电源，反之亦然。

图9示出了根据一个或多个实施例在驱动器操作模式期间图2的复用器电路200的晶体管实现300的瞬态特性。在一个或多个实施例中，x轴902可以代表时间(t)并且y轴904可以指示电压变量(V)。在一个或多个实施例中，在驱动器操作模式期间IO垫304电压可以在0至电源电压V_DDIO的值之间变化。在一个或多个实施例中，随着IO垫304电压在0和其最大值(例如，2.75V的V_DDIO)之间切换，输出偏压210可以恒定在第一偏压206的值(例如，0.55V_DDIO)处。在一个或多个实施例中，控制信号LS 302也可以是电源电压V_DDIO的一部分(例如，0.6V_DDIO)。

图10示出了根据一个或多个实施例的IO电路1000的系统示图。在一个或多个实施例中，IO电路1000可以包括驱动器块1006，用以驱动可以通过图2的复用器电路200与IO核端块1002接口的驱动外部有源电路元件(例如，MOS晶体管)。在一个或多个实施例中，IO核端块1002可以包括具有其工作电压的上容限值(例如，1.98V，1.8V+10％容限)的一个或多个构成有源电路元件(例如，MOS晶体管)。在一个或多个实施例中，控制信号204可以由IO核端块1002产生。在一个或多个实施例中，复用器电路200可以接收电源电压(V_DDIO)1004和通过IO垫(被示为垫1008)提供的外部电压(IO垫304电压)，如图10所示。在一个或多个实施例，垫1008可以与驱动器块1006接口。在一个或多个实施例中，复用器电路200可以产生可以在IO核端块1002的一个或多个构成有源电路元件的工作电压的上容限值内的输出偏压210。

图11是详细描述根据一个或多个实施例产生输出偏压210的方法中所涉及操作的流程图。在一个或多个实施例中，操作1102可以涉及从电源电压V_DDIO 1004可控地产生第一偏压206以在IO核端块1002的一个或多个构成有源电路元件的工作电压的上容限值内。在一个或多个实施例中，IO核端块1002可以是要与IO垫(垫1008)接口的集成电路(IC)的IO器件。在一个或多个实施例中，操作1104可以涉及从通过IO垫(垫1008)提供的外部电压(IO垫304电压)可控地产生第二偏压208以在IO核端块1002的一个或多个构成有源电路元件的工作电压的上容限值内。

在一个或多个实施例中，操作1106可以涉及可控地使用由IO核端块1002产生的控制信号204，以在驱动器操作模式期间从第一偏压206得到输出偏压210，或者在保险操作模式期间和容限操作模式期间从第二偏压208得到输出偏压210。在一个或多个实施例中，在驱动器操作模式期间通过IO垫(垫1008)提供的外部电压(IO垫304电压)可以在零至电源电压V_DDIO 1004的值之间变化。在一个或多个实施例中，在保险操作模式期间电源电压V_DDIO 1004可以是零，并且在容限操作模式期间通过IO垫(垫1008)提供的外部电压(IO垫304电压)可以增加到高于电源电压V_DDIO 1004的值。

尽管已经参考具体示例性实施例描述了这些实施例，但是很明显在不背离多个实施例的宽泛精神和范围的情况下，可以作出多种修改和改变。例如，工作电压和/或外部电压的变化在示例性实施例的范围之内。并且，例如，可以使用硬件电路(例如，基于CMOS的逻辑电路)、固件、软件或硬件、固件和软件(例如，包含在机器可读介质中)的任意组合来实现和操作这里描述的多种设备和模块。例如，可以使用晶体管、逻辑门和电子电路(例如，专用集成电路(ASIC)和/或数字信号处理(DSP)电路)来实现多种电子结构和方法。

此外，应当意识到，这里公开的多种操作、过程和方法可以在与数字处理系统(例如，计算机设备)兼容的机器可读介质和/或机器可访问介质中实现，并且可以任意顺序执行(例如，包括使用用于实现多种操作的装置)。因此，说明书和附图应当被视为示例性的而非限制性的。