根據 I/O 緩沖電路應用目標的不同,可將其分為輸入、輸出等幾類,詳見表 1。


表 1 I/O 緩沖電路的分類

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輸出緩沖

輸出緩沖電路的功能要求能夠驅動大的片外負載,通常為 2~50pF,并且提供適當的上升 / 下降時間。一組連續的大尺寸的緩沖器(buffer)對驅動能力的提高是有益的。大尺寸的管子容易受閂鎖效應(latch-up)的影響,在版圖設計時建議采用保護環(Guardrings)保護以避免閂鎖效應,如圖 1-1 所示。在圖中,用 P+作為內保護環,而 N+作為外保護環(In n-well)。

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圖 1-1 緩沖器

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一種常見的輸出電路如圖 1-2 所示,En 是輸出電路的使能信號,Dout 是輸出數據,MOS 管組合的功能如圖中所示。當 En 為低而 Dout 有效時,A、B 均為高電平,輸出 Y 為低,且由外向里看為高阻抗狀態,如果 Dout 未定,則 Y 為高阻。需要注意的是,最后輸出級的管子尺寸要大到能夠提供足夠的電流源電流沉并且減少延遲時間。其負面影響是電流變化率(di/dt)變大而使穿過輸出點到封裝的壓焊線上的 L(di/dt)噪聲增大,從而導致較大的片上噪聲。

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圖 1-2 常用的輸出緩沖電路

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在高性能的芯片中,如 32 位的微處理器,如果多個 I/O 輸出驅動電路工作狀態相似時,L(di/dt)噪聲可能逐步增強,會影響芯片速度。圖 1-3 通過加入一個閘控制信號(ST),并結合時序的控制,可以減小 L(di/dt)噪聲