一种带热插拔功能的I/O端口电路结构制造技术

本发明专利技术涉及一种带热插拔功能的I/O端口电路结构，包括输出缓冲模块、输入缓冲模块、热插拔模块、ESD保护模块，输出缓冲模块连接PAD端、输入信号、输入输出选择控制端，用于实现端口PAD作为输出端；输入缓冲模块连接PAD端、输出信号，用于实现端口PAD作为输入端；热插拔模块通过电阻连接PAD端，用于实现热插拔；ESD保护模块连接PAD端，用于实现2000V的ESD防护。本发明专利技术通过在传统的I/O端口结构的基础上增加热插拔电路结构，实现了器件端口的热插拔功能；此外，本发明专利技术在保证热插拔功能实现的同时还具有2000V的抗ESD能力。

I/O port circuit structure with hot plug function

The present invention relates to a hot swappable I/O port circuit structure, including the output buffer module, input buffer module, hot swappable module, ESD protection module, output buffer module is connected with the PAD end, the input signal, the input and output selection control terminal, for port PAD as the output end; the input buffer module is connected with the output end, PAD for the realization of PAD signal as the input port; hot swappable module is connected with the PAD terminal through the resistance, for the implementation of hot swap; ESD protection module is connected to the PAD side, for the realization of ESD protection 2000V. By adding the hot swap circuit structure based on the traditional structure of the I/O port on the implementation of the hot swap function device port; in addition, the present invention while ensuring the hot swap function of the realization of the 2000V also has the ability of anti ESD.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热插拔电路结构，尤其是一种带热插拔功能的I/O端口电路结构。
技术介绍
热插拔表示一个系统在输入端、输出端和信号总线都处于工作状态的情况下，加载或卸除电源的能力。热插拔可用来控制未加电的电路板卡进行加电和管理系统的响应，使主板和插卡不受损伤。电路板卡与一个带电的系统连接时，由于板卡是被摇动地插进连接器，板卡与电源的连接将出现多次通断。板卡和连接器完全适配需要花费几个毫秒的时间。当板卡被插入的时候，板卡上的电容就开始充电，从带电系统吸收电流。电容初始充电时，板卡表现为短路并且立即吸收大量的电流。流入电流对系统产生大的需求，可能造成系统电容放电和系统电压下降。热插拔可以保证在PC底板、电缆或从主系统模块上插入和移去板卡，而不需要断开电源。为了提高系统的效率，热插拔被用来减小断电时间，简化系统修理和允许系统升级。基于这些优点，热插拔的应用领域十分广阔。热插拔涉及的应用领域包括电信系统、服务、RAID、热插拔PCI、USB等。使用热插拔技术允许用户在不影响系统的其余部分的情况下进行升级、扩展和修理。如果完全实现，热插拔IC实现技术就可以生成一个高可靠、高效率的系统。从硬件电路的I/O端口层次上进行改进设计，设计成一种带热插拔功能的端口结构能从源头上实现热插拔功能，进而保护电路板卡不受损坏。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是将一个带电系统插入或拔出另一个带电系统时，系统端口不会出现大的漏电情况且同时具有抗2000VESD能力，因此提供一种带热插拔功能的I/O端口电路结构。为了使该I/O端口除了满足基本的信号输入输出功能外，还需具备另外两种特殊功能，在设计上增加了如下两种结构：一、要使端口能抑制大电流的产生，本专利技术在端口设计上增加了热插拔模块。二、要使端口能抗2000VESD，本专利技术在端口设计上增加了ESD保护电路模块。某些情况下，ESD保护电路模块与热插拔模块并不兼容，在保证热插拔功能有效的同时，ESD保护模块会失效，这就给端口设计增加了一定的难度。为了实现端口的两种特殊功能，且解决两种功能冲突的问题，本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术一种带热插拔功能的I/O端口电路结构，包括输出缓冲模块、输入缓冲模块，还包括热插拔模块、ESD保护模块，输出缓冲模块连接PAD端及输入信号、输入输出选择控制端，用于实现端口PAD作为输出端；输入缓冲模块连接PAD端及输出信号，用于实现端口PAD作为输入端；热插拔模块通过电阻连接PAD端，用于实现热插拔；ESD保护模块连接PAD端，用于实现2000V的ESD防护。进一步地，输出缓冲结构模块包括用于输入输出选择控制的门级结构以及用于输出缓冲的上拉MP管、下拉MN管；输出缓冲结构模块中所有MP管的衬底都不是直接接电源端，而是连接热插拔模块中自偏置二极管产生的偏置端P。进一步地，输入缓冲结构模块包括一个用于调节端口的VIH、VIL参数的施密特触发器和一个用于输入缓冲的反相器；输入缓冲结构模块中所有MP管的衬底都不是直接接电源端，而是连接热插拔模块中自偏置二极管产生的偏置端P。进一步地，热插拔模块包括两个栅极接地的MP管、两个栅极接电源的MP管、一个栅极接PAD端的MP管以及一个栅极受输入输出选择端控制的MP管；热插拔模块中所有MP管的衬底均没有接入电源端，其衬底电压均受两个栅极接地的MP管控制。此设计能防止器件在插拔过程中产生大电流，实现热插拔功能。进一步地，ESD保护模块包括与地端相连的栅控二级管及电阻；ESD保护模块在对应的版图设计中采用一个用于漏电通道泄放的伪电源ESD-BUS结构。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、在器件的插拔过程中，端口的输入信号仍存在，但电源电压会发生变化，使得传统结构下的I/O端口产生特大电流，严重时将导致器件烧坏。而本专利技术通过在传统的I/O端口电路结构的基础上增加热插拔模块，实现了器件端口的热插拔功能，在电源电压发生改变时，衬底电压不会随着电源电压改变，而是跟随PAD信号变化，从而切断了寄生二极管的漏电通路，不会有大电流的产生。2、本专利技术通过在传统的I/O端口电路结构的基础上增加ESD保护模块，在保证热插拔功能实现的同时还具有2000V的抗ESD能力。与传统的ESD保护模块结构相比，该模块去掉了与电源端相连的栅控二极管部分电路，为了不影响ESD的防护能力，该端口在版图上相应处做了特殊的处理，增加了一个伪电源ESD-BUS结构，使漏电通道通过伪电源泄放。附图说明图1是本专利技术的端口电路结构图；图2是本专利技术输出缓冲模块结构图；图3是本专利技术输入缓冲模块结构图；图4是本专利技术输入、输出缓冲模块的漏电通道示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：如图1所示，一种带热插拔功能的I/O端口电路结构，包括四个主要的模块，分别是输出缓冲模块1、输入缓冲模块2、热插拔模块3、ESD保护模块4。输出缓冲模块1连接PAD端及输入信号、输入输出选择控制端，用于实现端口PAD作为输出端的功能；输入缓冲模块2连接PAD端及输出信号，用于实现端口PAD作为输入端的功能；热插拔模块3与PAD端通过一电阻相连，用于实现插拔功能；ESD保护模块4与PAD端连接，用于实现2000V的ESD防护能力。该结构中的输出缓冲模块1如图2所示，其中A1是输入输出选择控制信号端，A2是输入数据信号端，I1、I2、I5、I6是非门，I3是或门，I4是与门。分析图2可知，当A1＝0时，或门及与门都有效，输入数据信号A2经门级传输送到输出缓冲器，当A1＝1时，或门I3的输出恒定为0，与门I4的输出恒定为1，输出缓冲器中的上拉管MP7和下拉管MN1均处于截止状态，此时A2信号不会输入到PAD端口，I/O实现端口的输入功能。本专利技术将所有门结构中的MP管及输出缓冲器中的上拉MP7管的衬底连接到热插拔结构3中产生的偏置电压P端，切断了器件插拔过程中的寄生二极管漏电通道。以MP7管为例，如果MP7管的衬底连接的是电源VDD端，那么在热插拔过程中，VDD降为0V，PAD为正电压时，MP7管上将出现如图4所示的漏电通道。该结构中的输入缓冲模块2如图3所示。其中PAD端通过电阻R2接到施密特触发器的输入端口，PAD端的信号经施密特触发器后再经过一级反相器输出到OUT端口，施密特触发器由MP8管、MP9管、MP10管、MN2管、MN3管、MN4管组成，反相器由MP11管、MN5组成。这里施密特触发器主要用于调节I/O端口的VIH、VIL参数大小，同时所有的MP管的衬底都连到了P端，P端电压跟随PAD端电压，所以在器件热插拔过程中，电源端信号的波动对P端不会产生大的影响，寄生二极管两端的压降很小，不会导致二极管开启，从而抑制了大电流的产生。该结构中的热插拔模块3见图1，包括电阻R1、两个栅极接地GND的MP2管及MP3管、两个栅极接电源VDD的MP5管及MP6管、一个栅极通过电阻R4接PAD端的MP1管以及一个栅极受输入输出选择端控制的MP4管。所有MP管的衬底均没有接入电源端，其衬底电压均受MP2管、MP3管控制。实现热插拔的工作原理是使用了N阱(P端)浮接的结构。所有MP管的N阱没有直接连接到电源VDD端，而是通过MP管提供给本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带热插拔功能的I/O端口电路结构，包括输出缓冲模块(1)、输入缓冲模块(2)，其特征在于：还包括热插拔模块(3)、ESD保护模块(4)，所述输出缓冲模块(1)连接PAD端及输入信号、输入输出选择控制端，用于实现端口PAD作为输出端；所述输入缓冲模块(2)连接PAD端及输出信号，用于实现端口PAD作为输入端；所述热插拔模块(3)通过电阻连接PAD端，用于实现热插拔；所述ESD保护模块(4)连接PAD端，用于实现2000V的ESD防护。

【技术特征摘要】
1.一种带热插拔功能的I/O端口电路结构，包括输出缓冲模块(1)、输入缓冲模块(2)，其特征在于：还包括热插拔模块(3)、ESD保护模块(4)，所述输出缓冲模块(1)连接PAD端及输入信号、输入输出选择控制端，用于实现端口PAD作为输出端；所述输入缓冲模块(2)连接PAD端及输出信号，用于实现端口PAD作为输入端；所述热插拔模块(3)通过电阻连接PAD端，用于实现热插拔；所述ESD保护模块(4)连接PAD端，用于实现2000V的ESD防护。2.根据权利要求1所述的带热插拔功能的I/O端口电路结构，其特征在于：所述输出缓冲结构模块(1)包括用于输入输出选择控制的门级结构以及用于输出缓冲的上拉MP管、下拉MN管；输出缓冲结构模块(1)中所有MP管的衬底连接热插拔模块(3)中自偏置二极管产生的偏置端P。3.根据权利要求1所述的带热...

【专利技术属性】
技术研发人员：印琴，朱晓宇，于宗光，蔡洁明，徐睿，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十八研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32