[发明专利]高效的高压数字I/O保护

说明书

本公开的实施例总体上涉及高效的高压数字I/O保护。一种保护数字输入和输出(I/O)端子免受外部施加到数字I/O端子的过电压影响的电路。该电路类似于自举开关而被布置，使得传递器件保护输出驱动器免受施加到数字I/O端子的过电压的影响，并且输出驱动器控制传递器件(诸如，N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管)的操作。电路可以包括耦合到NMOS晶体管的栅极的电容器和二极管。来自输出驱动器的数字零对电容器充电。来自输出驱动器的数字一使得耦合在NMOS晶体管的源极与栅极之间的充电电容器提供足够的栅极源极电压，以将数字一从驱动器传递到数字I/O端子。电路还包括刷新电路装置，刷新电路装置被配置为维持电容器上的栅极源极电压。

技术领域

本公开涉及数字电路的过电压保护。

背景技术

数字电路可以在数字输出端子可能遭受足够高以损坏数字电路的电压的环境中操作，例如，由故障或系统中的瞬态电压引起的高电压可能被施加到数字输出端子。为了保护数字电路装置，数字电路可以利用输出驱动器来驱动数字输出端子，输出驱动器可以抵抗数字输出端子处的过电压造成的损坏。抵抗过电压损坏的输出驱动器可能具有缺点，即当与抵抗过电压能力较低的低电压输出驱动器相比，驱动器可能会在集成电路(IC)上占据相对较大的面积，并且可能具有较慢的运行速度。在其它示例中，抵抗过电压的传递器件(诸如，晶体管)可以保护较低电压的输出驱动器免受数字输出端子处的过电压的影响。

发明内容

总体上，本公开针对被配置成保护数字输入和输出(I/O)端子免受外部施加到数字I/O端子的过电压的电路。电路可以被布置为包括类似于自举开关的电路装置，使得传递器件保护输出驱动器免受施加到数字I/O端子的可能的过电压，并且输出驱动器控制传递器件的操作。在一个示例中，传递器件是N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。电路可以包括耦合到NMOS晶体管的栅极的电容器和二极管。从输出驱动器到输出端子的数字零可能会给电容器充电。当输出驱动器向输出端子发送数字一时，耦合在NMOS晶体管的源极与栅极之间的已充电的电容器被配置为提供足够的栅极-源极电压，以将数字一从驱动器传递到数字I/O端子。电路还可以包括刷新电路装置，刷新电路装置被配置为维持电容器上的栅极源极电压。

在一个示例中，本公开针对电路，电路包括：驱动器电路，驱动器电路包括输入元件和输入元件，其中输出元件经由传递器件被电气地耦合到数字输出端子。传递器件包括第一端子、第二端子和控制端子，传递器件被配置为保护驱动器电路免受施加到数字输出端子的过电压的影响，驱动器电路的输出元件被电气地连接到传递器件的第一端子并且经由电容器连接到传递器件的控制端子，传递器件的控制端子通过开关被耦合到电源电压，并且传递器件的第二端子被耦合到数字输出端子。

在另一个示例中，本公开针对一种方法，方法包括：响应于在驱动器电路的输入元件处接收数字零，对电容器进行充电，使得电容器两端的电压的大小大约为第一电源电压，其中电容器通过开关被耦合到第一电源电压，以及其中电容器被连接在N沟道金属氧化物半导体(NMOS)传递器件的栅极与源极之间。响应于在驱动器电路的输入元件处接收数字一，通过驱动器电路将第二电压施加到NMOS传递器件的源极，使得NMOS传递器件的栅极-源极电压大约为电容器两端的电压的大小。

在附图和以下描述中阐述了本公开的一个或多个示例的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求，本公开的其它特征、目的和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是示出根据本公开的一种或多种技术的具有输出驱动器保护电路装置的数字I/O端子的框图。

图2是示出根据本公开的一种或多种技术的具有刷新电路的示例实现的数字I/O端子的示意图。

图3是描绘关于图1和图2描述的刷新电路的示例操作的时序图。

图4A是示出根据本公开的一种或多种技术的具有过电压监测的示例数字I/O保护电路的示意图。