一种防电流倒灌电路结构

allin2025-03-26  33


本发明涉及集成电路,特别是涉及一种防电流倒灌电路结构。


背景技术:

1、gpio(general purpose input/output),即通用型输入输出接口是芯片中常见的模块之一,可以通过配置寄存器的方式改变接口输入或输出的功能。

2、芯片设计过程中,常常需要预留测试通路来检测电路内部节点工作时是否正常,由于芯片外部的io接口有限,通常会与一些输入信号pad共用同一个gpio接口。因此一般会采用图1所示的典型的t型开关来选择pad上的信号类型,通过控制寄存器的值来选择输入有效信号还是输出测试信号。图1中所示,当使能信号en_test信号为1时,开关管mp2、开关管mp3以及开关管mn2、开关管mn3开启,开关管mp1、开关管mn1关断,传输门t1关断,切换到测试模式,此时,pad上的输出信号有效,从pad上可以测量得到vtest节点的电压值或电流值;当使能信号en_test信号为0时,为输入模式,vtest测试通路断开,传输门t1导通,此时pad作为输入,接到内部电路。

3、考虑如下情况,电源电压vdd还未完全上电,假设此时为0,en_test为0,pad上外灌5v的电源电压大小的直流信号,vtest接地电压,testbench如图2所示。此时电源电压vdd未上电,因此左侧反相器不导通,反相器输出信号enb_test也为0。该模式下,期望输入信号能有效进入内部电路,因此pad到测试开关通路上应当不存在电流,但通过cadence spectre仿真可以发现,pad上到测试开关通路存在一定的漏电,仿真结果如图3所示。在-40℃到125℃范围内,pad上的电流在ma量级,有很大的漏电。经分析可知,由于vdd=0,反相器输出信号enb_test也为0,开关管mp1、开关管mp2、开关管mp3管导通。pmos管衬底默认接电源电压vdd,即0,使得开关管mp1、开关管mp2、开关管mp3的衬底电压(bulk电压)与源端或者漏端的之间的寄生pn结导通,电流从bulk泄漏。因此该电路目前没有防电流倒灌的能力。同时,ma量级的电流流经尺寸较小的mos管会烧坏器件,实际应用时需要避免此类状况的发生。

4、为保证芯片正常工作,一般需要添加防倒灌电路。在当前芯片断电时,完全切断其他芯片到当前电路的通路。目前现有的防倒灌电路一般需要电容,使得防倒灌电路占用芯片面积较大,无法满足当今的芯片设计面积小低功耗的需求。


技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种防电流倒灌电路结构,能够满足当今的芯片设计面积小低功耗的需求。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种防电流倒灌电路结构,包括反相器和测试开关通路,所述反相器的输入端与使能信号en_test相连,所述测试开关通路包括开关管mp1、开关管mp2、开关管mp3、开关管mn1、开关管mn2、开关管mn3以及传输门t1,所述开关管mp1的栅端与使能信号en_test相连,源端与反相器的输出端相连,漏端与所述开关管mp2的源端相连;所述开关管mp2的栅端与所述反相器的输出端相连,源端与所述开关管mp3的源端相连,漏端与测试节点相连;所述开关管mp3的栅端与所述反相器的输出端相连,漏端与所述测试开关通路的pad相连;所述开关管mn1的栅端与所述反相器的输出端相连,源端接地,漏端与所述开关管mn2的源端相连;所述开关管mn2的栅端与使能信号en_test相连,源端与所述开关管mn3的源端相连,漏端与测试节点相连;所述开关管mn3的栅端与使能信号en_test相连,漏端与所述测试开关通路的pad相连;所述传输门t1的输入端与所述测试开关通路的pad相连,输出端与内部电路相连,控制端与反相器的输出端相连,互补控制端与所述使能信号en_test相连;所述开关管mp1的衬底端、所述开关管mp2的衬底端和所述开关管mp3的衬底端均连接至所述开关管mp1的漏端;所述开关管mn1的衬底端接地;所述开关管mn2的衬底端和所述开关管mn3的衬底端均连接至所述开关管mn1的漏端。

3、所述反相器包括开关管mp0、开关管mn0和开关管mp4,所述开关管mp0的栅端与所述使能信号en_test相连,源端与电源电压相连,漏端与所述开关管mp4的源端相连;所述开关管mn0的栅端与所述使能信号en_test相连,源端接地,漏端与所述开关管mp4的漏端相连;所述开关管mp4的栅端和衬底端均与所述开关管mn0的漏端相连;所述开关管mn0的漏端作为所述反相器的输出端。

4、所述反相器包括开关管mp0、开关管mn0和开关管mn4,所述开关管mp0的栅端与所述使能信号en_test相连,源端与电源电压相连,漏端与所述开关管mn4的漏端相连;所述开关管mn0的栅端与所述使能信号en_test相连,源端接地,漏端与所述开关管mn4的源端相连;所述开关管mn4的栅端和衬底端均与所述开关管mp0的漏端相连;所述开关管mn0的漏端作为所述反相器的输出端。

5、有益效果

6、由于采用了上述的技术方案,本发明与现有技术相比,具有以下的优点和积极效果:本发明改变原先电路mos管的衬底接法,同时相较于原始电路,可实现防倒灌功能,同时,本发明还增加了一个二极管连接的mos管,该mos管可以防止反相器衬底寄生pn结的漏电,本发明在原先gpio电路基础上,模拟电路改动代价小,占用芯片面积极小,附加的电路功耗极低。



技术特征:

1.一种防电流倒灌电路结构,包括反相器和测试开关通路,所述反相器的输入端与使能信号en_test相连,其特征在于,所述测试开关通路包括开关管mp1、开关管mp2、开关管mp3、开关管mn1、开关管mn2、开关管mn3以及传输门t1,所述开关管mp1的栅端与使能信号en_test相连,源端与反相器的输出端相连,漏端与所述开关管mp2的源端相连;所述开关管mp2的栅端与所述反相器的输出端相连,源端与所述开关管mp3的源端相连,漏端与测试节点相连;所述开关管mp3的栅端与所述反相器的输出端相连,漏端与所述测试开关通路的pad相连;所述开关管mn1的栅端与所述反相器的输出端相连,源端接地,漏端与所述开关管mn2的源端相连;所述开关管mn2的栅端与使能信号en_test相连,源端与所述开关管mn3的源端相连,漏端与测试节点相连;所述开关管mn3的栅端与使能信号en_test相连,漏端与所述测试开关通路的pad相连;所述传输门t1的输入端与所述测试开关通路的pad相连,输出端与内部电路相连,控制端与反相器的输出端相连,互补控制端与所述使能信号en_test相连;所述开关管mp1的衬底端、所述开关管mp2的衬底端和所述开关管mp3的衬底端均连接至所述开关管mp1的漏端;所述开关管mn1的衬底端接地;所述开关管mn2的衬底端和所述开关管mn3的衬底端均连接至所述开关管mn1的漏端。

2.根据权利要求1所述的防电流倒灌电路结构,其特征在于,所述反相器包括开关管mp0、开关管mn0和开关管mp4,所述开关管mp0的栅端与所述使能信号en_test相连,源端与电源电压相连,漏端与所述开关管mp4的源端相连;所述开关管mn0的栅端与所述使能信号en_test相连,源端接地,漏端与所述开关管mp4的漏端相连;所述开关管mp4的栅端和衬底端均与所述开关管mn0的漏端相连;所述开关管mn0的漏端作为所述反相器的输出端。

3.根据权利要求1所述的防电流倒灌电路结构,其特征在于,所述反相器包括开关管mp0、开关管mn0和开关管mn4,所述开关管mp0的栅端与所述使能信号en_test相连,源端与电源电压相连,漏端与所述开关管mn4的漏端相连;所述开关管mn0的栅端与所述使能信号en_test相连,源端接地,漏端与所述开关管mn4的源端相连;所述开关管mn4的栅端和衬底端均与所述开关管mp0的漏端相连;所述开关管mn0的漏端作为所述反相器的输出端。


技术总结
本发明涉及一种防电流倒灌电路结构,包括反相器和测试开关通路,所述测试开关通路相比于现有技术改变了开关管MP1、开关管MP2、开关管MP3、开关管MN1、开关管MN2的衬底电压和开关管MP1的源端,通过上述改变即可实现防止电流倒灌的功能。本发明还在反相器中增加了二极管连接方式的开关管,通过增加该开关管可以防止反相器衬底寄生PN结的漏电。

技术研发人员:董业民,胡祎喆,郎莉莉
受保护的技术使用者:中国科学院上海微系统与信息技术研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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