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CN102201807A - 一种简单的三态输入电路 - Google Patents

一种简单的三态输入电路 Download PDF

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CN102201807A
CN102201807A CN 201110089657 CN201110089657A CN102201807A CN 102201807 A CN102201807 A CN 102201807A CN 201110089657 CN201110089657 CN 201110089657 CN 201110089657 A CN201110089657 A CN 201110089657A CN 102201807 A CN102201807 A CN 102201807A
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CN
China
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resistance
voltage
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CN 201110089657
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蒋仁杰
陈怒兴
郭斌
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CHANGSHA JINGJIA MICROELECTRONICS Co Ltd
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CHANGSHA JINGJIA MICROELECTRONICS Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种三态输入电路，本电路利用三极管的基极、集电极短接具有的二极管特性，分别将两个差分放大器的其中一个输入端偏置到两个固定电压，其两个电压差值为二极管的导通压降Vbe，然后利用差分放大器对电压差敏感的特性，对此电压差值进行放大，输出相应的标志信号，检测输入为高电平、低电平还是悬空，从而实现三态输入。

Description

一种简单的三态输入电路
技术领域
本发明主要涉及到输入IO电路设计领域，特指一种三态输入电路。
背景技术
由于制造工艺的进步和设计技术的不断提升，越来越多的功能模块被集成在同一个芯片当中，SOC越来越普遍，功能模块的增多，必然导致输入输出的信号增多，对于芯片来说，这必然导致芯片IO个数增加。IO中由于包括驱动和ESD逻辑，其面积通常较大，对于很多控制类芯片来说，由于IO个数很多，其面积并不是受限于本身的功能模块面积，而是受限于IO的面积。同时IO个数的增多，必然导致芯片功耗的增大、芯片封装的成本增加等问题。
针对上述问题，为了缩小芯片面积、减小功耗、节约成本，很多芯片采用了IO复用技术，这一技术很好地解决芯片面积受限于IO个数的问题，但同时它也增加了内部控制逻辑和外部控制IO，对于某些芯片来说，三态输入IO是一个更好的选择，理论上说，一个2值IO只能表征两个逻辑状态，表征3个逻辑状态至少需要两个IO，而三态输入IO用一个IO就可以表征3个逻辑状态，对于芯片来说，理论上可以减少1/3的输入IO，且内控制逻辑也非常简单，实质上就是一个简单的译码电路，这在很大程度上减小了芯片面积受限于IO个数的压力，减小了芯片面积、降低了功耗、节约了成本。
发明内容
本发明要解决的问题就在于：针对现有技术问题，提供一种简单的三态输入电路。
本发明提出的解决方案为：本电路利用三极管的基极、集电极短接具有的二极管特性，分别将两个差分放大器的其中一个输入端偏置到两个固定电压，其两个电压差值为二极管的导通压降                                                
Figure 847341DEST_PATH_IMAGE001
，然后利用差分放大器对电压差敏感的特性，对此电压差值进行放大，输出相应的标志信号，检测输入为高电平、低电平还是悬空，从而实现三态输入。
与现有技术相比，本发明的优点就在于：
1、性能优异：利用三极管的基极、集电极短接具有的二极管特性，提供一个稳定的电压差，为运放的提供了可靠的输入信号，PVT特性良好；
2、结构简单：本发明中提出的电路只用到两个差分放大器和一个电压偏置电路，结构非常简单。
附图说明
图1是本发明的电路原理图；
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，本发明的电路由四个部分组成，偏置电路BIAS1、BIAS2，全差分放大器AMP1、AMP2组成，此外R1为输入限流电阻。R2、R3相同，且阻值很大，其作用是当输入端In悬空时，将a偏置到
Figure 137508DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 17739DEST_PATH_IMAGE003
为电源电压；R7、三极管Q4和R8组成偏置电路BIAS2，该偏置电路将节点b点电压偏置到
Figure 455674DEST_PATH_IMAGE004
，将节点c点电压偏置到
Figure 813974DEST_PATH_IMAGE005
，即b节点与c节点的电压差为
Figure 286544DEST_PATH_IMAGE001
；三极管Q1、Q2、Q3和电阻R4、R5、R6组成的全差分放大器AMP1，输入分别为a和b，输出分别为Z1和Z1b，三极管Q5、Q6、Q7和电阻R9、R10、R11组成的全差分放大器AMP2，输入分别为a和c，输出分别Z2和Z2b，这两个放大器完全一样，只是其中的一个输入信号不同。
对于差分输出信号Z1、Z1b和Z2、Z2b，我们约定当Z1-Z1b>0时为高电平，Z1-Z1b<0是为低电平；当Z2-Z2b>0时为高电平，Z2-Z2b<0是为低电平，如表1所示，H表示高电平，L表示低电平。下面就三态输入分别进行讨论：
表1、真值表
In Z1-Z1b Z1-Z1b
H L H
L H L
悬空、
Figure 337676DEST_PATH_IMAGE002
 H H
1）、当输入端In为高电平H时，假设为：
由于R2、R3阻值很大，可以忽略，则此时a的电压为，那么AMP1的输入信号为：
Figure 489325DEST_PATH_IMAGE006
                               （1）
放大器AMP2的输入信号为：
Figure 711359DEST_PATH_IMAGE007
                              （2）
由于放大器的增益较大，且为负值，使得Z1-Z1b<0，Z2-Z2b>0，即AMP1输出为低电平，AMP2输出为高电平。
2）、当输入端In为低电平L时，假设为0：
由于R2、R3阻值很大，可以忽略，则此时a的电压为0，那么AMP1的输入信号为
Figure 123885DEST_PATH_IMAGE008
                                （3）
放大器AMP2的输入信号为：
Figure 89567DEST_PATH_IMAGE009
                                  （4）
由于放大器的增益较大，且为负值，使得Z1-Z1b>0，Z2-Z2b<0，即AMP1输出为高电平，AMP2输出低高电平。
3）、当输入端In悬空，或者接
Figure 271150DEST_PATH_IMAGE002
时：
若输入悬空时，电阻R2、R3可以将节点a偏置到
Figure 398506DEST_PATH_IMAGE002
；当输入接到
Figure 298329DEST_PATH_IMAGE002
，节点a的电压同样为。此时放大器AMP1的输入信号为：
                                （5）
放大器AMP2的输入信号为：
Figure 402048DEST_PATH_IMAGE011
                                （6）
由于放大器的增益较大，且为负值，使得Z1-Z1b>0，Z2-Z2b>0，即AMP1、AMP2的输出都为高电平。
根据上述分析，可以看出，对输入信号为高电平、低电平、悬空或接，对应会输出不同的信号，从而实现三态输入。

Claims (1)

1. 一种简单的三态输入电路，其特征在于：
由电阻（R1）、（R2）、（R3）、（R4）、（R5）、（R6）、（R7）、（R8）、（R9）和三极管（Q1）、（Q2）、（Q3）、（Q4）、（Q5）、（Q6）、（Q7）组成，In是输入端口，连接到（R1），（R1）、（R2）、（R3）以及（Q1）、（Q6）的基极都连接到a，三极管（Q1）、（Q2）、（Q3）和电阻（R4）、（R5）、（R6）组成一个全差分放大器，输入分别为（Q1）的基极a和（Q2）的基极b，输出分别为（Q1）的集电极Z1和（Q2）的集电极Z1b，三极管（Q5）、（Q6）、（Q7）和电阻（R9）、（R10）、（R11）组成另一个全差分放大器，输入分别为（Q6）的基极a和（Q5）的基极c，输出分别为（Q5）的集电极Z2和（Q6）的集电极Z2b，（R7）、（R8）和（Q4）是偏置电路，（Q4）的基极、集电极和（Q2）基极以及电阻（R7）都连接到b，（Q4）的发射极、（Q5）的基极以及电阻（R8）都连接到c，两个差分放大器的尾电流源偏置信号为Bias，分别连接到（Q3）、（Q7）的基极。
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