[发明专利]一种GPIO电路、芯片、电子设备

说明书

本发明提供一种GPIO电路，包括输出驱动电路、输入驱动电路，输出驱动电路包括输出控制电路，输入驱动电路包括输入控制开关，其中，输入驱动电路上配置有防倒灌电路，其分别与芯片内部供电电源、输入控制开关、输入电路控制信号源、IO引脚相连，用于在输入驱动电路正常工作时导通芯片内部供电电源与输入控制开关之间的供电通路，并在芯片断电时切断IO引脚与芯片内部供电电源之间的供电通路；输出驱动电路上配置有防倒灌电路，其分别与芯片内部供电电源、输出控制电路、输出电路控制信号源、IO引脚相连，用于在输出驱动电路正常工作时导通芯片内部供电电源与输出控制电路之间的通路，并在芯片断电时切断IO引脚与芯片内部供电电源之间的通路。

技术领域

本发明涉及电路设计领域，具体来说，涉及芯片设计领域，更具体地说，涉及一种具有防倒灌功能的GPIO电路、芯片、电子设备。

背景技术

通用型输入/输出(General-purpose input/output，GPIO)电路是芯片中经常用到的一个功能模块，可以通过配置寄存器实现数字输入、数字输出、模拟输入等功能，如图1所示的是一个典型的GPIO电路模块框图，通过配置，可以实现输入浮空模式、输入上拉模式、输入下拉模式、模拟输入模式、开漏输出、开漏复用功能、推挽输出、推挽复用输出。

从如图1中所示的典型GPIO电路可以看出：

1、现有的GPIO电路中，静电释放(Electro-Static Discharge,ESD)保护采用的是二极管，即在IO引脚与芯片内部供电电源之间、IO引脚与芯片内部接地端之间分别串联一个保护二极管，且两个二极管的极性相反。

2、现有的GPIO电路中，输入级驱动控制采用的是肖特基触发器，在输入级驱动控制的输入端配置有上拉电阻和下拉电阻。

3、现有的GPIO电路中，输出级驱动控制采用的反向器，且在输出级驱动控制输出端配置有上拉PMOS晶体管和下拉NMOS晶体管。

随着集成技术的发展，芯片的应用场景多为多个芯片通过IO引脚并联于同一总线上的模式，不同的芯片根据应用需求独立工作。但是，在多颗芯片连接到同一总线上时，通常会有防止倒灌(fail-safe)的要求，即一颗芯片断电时，其他芯片不断电，且其他芯片不能继续给断电芯片供电。如其他芯片通过IO引脚继续给断电芯片供电，则会造成功能紊乱。如图2所示的传统的GPIO电路中的fail-safe机制示意图，由图2可以看出，当前芯片断电(VDD＝0)时，为了防止芯片断电时发生倒灌现象，必须截断其他芯片(以PAD表示)通过IO引脚到VDD的通路。但是传统的GPIO电路在不同的工作模式下，存在多条PAD到VDD的通路。例如，在输出驱动模式下，至少存在3条PAD到VDD的通路：

第一条通路：PAD通过ESD保护二极管D1给VDD供电；

第二条通路：VDD断电时，PMOS晶体管PM1的栅极电压vgp在未加以控制的情况下，会通过PM1给VDD供电；

第三条通路：PAD通过PM1漏端和NW寄生二极管Dp给VDD供电。

此外，还有可能在输入驱动上拉模式下，通过上拉电阻给VDD供电。

由此可见，现有技术下的GPIO电路不能实现很好的防倒灌控制，在当前芯片断电时，不能完全的切断所有PAD到当前芯片供电电源的通路，有可能造成功能紊乱以及损耗芯片。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请提供了一种具有防倒灌功能的GPIO电路、芯片、电子设备。