一种MCU端口保护电路的制作方法

一种mcu端口保护电路
技术领域
1.本技术涉及电路设计技术领域，更具体地，涉及一种mcu端口保护电路。


背景技术：

2.随着电子产品的普及，很多电子产品带有外置接口、按键等产品交互部分。在电子产品使用过程中，产品系统内部的mcu(microcontroller unit，微控制单元)端口与外置接口或者按键有信号线连接时，静电通过外置接口、按键等人体频繁接触部分进入产品系统内部，造成产品损坏。
3.相关技术中，通过在靠近外置接口或者按键处信号线上，放置静电抑制esd(electro-static discharge，静电释放)器件，esd器件针对瞬间浪涌电压，有着较好的抑制作用，可以对产品起到一定的保护作用。但是，对于在使用过程中，因接线等原因，导致异常电圧长期通过外置接口进入电子产品系统内部时，esd器件作用就会失效。


技术实现要素：

4.本技术实施例所要解决的技术问题是电子产品内部mcu端口与外置接口有信号线连接，因接线等原因导致异常电压通过外置接口进入系统内部，进而损坏产品。
5.为了解决上述技术问题，本技术实施例提供一种mcu端口保护电路，采用了如下所述的技术方案：
6.信号输入模块、信号传输模块、保护模块以及信号输出模块；
7.所述信号输入模块用于接收信号；
8.所述信号传输模块连接于所述信号输入模块与所述信号输出模块之间，用于在所述信号的电压为正常信号电压时，将所述信号由所述信号输入模块传输至所述信号输出模块；
9.所述保护模块包括第一保护单元和第二保护单元，并与所述信号传输模块连接，所述保护模块用于在所述信号的电压为异常信号电压时，触发所述保护电路进入保护状态；其中，所述第一保护单元用于在所述异常信号电压小于第一预设阈值时，开启保护状态；所述第二保护单元用于在所述异常信号电压大于第二预设阈值时，开启保护状态；
10.所述信号输出模块用于将所述信号输出。
11.进一步的，所述第一保护单元包括第一电阻、第二电阻和第一三极管；
12.所述第一电阻的一端与所述信号输入模块连接，另一端分别与所述第二电阻的一端和所述第一三极管的基极连接；
13.所述第一三极管的基极与所述第一电阻的另一端连接，所述第一三极管的集电极与所述信号输出模块连接，所述第一三极管的发射极接地；
14.所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第二电阻的另一端接地，并与所述第一三极管的be极形成并联连接。
15.进一步的，所述第一三极管具体为pnp型三极管。
16.进一步的，所述第一保护单元还包括第一二极管，所述第一二极管的正极与所述第一三极管的基极连接，所述第一二极管的负极分别与所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的一端连接。
17.进一步的，所述第二保护单元包括稳压二极管、第三电阻、第四电阻和第二三极管；
18.所述稳压二极管的负极与所述信号输入模块连接，所述稳压二极管的正极与所述第三电阻的一端连接；
19.所述第三电阻的一端与所述稳压二极管的正极连接，所述第三电阻的另一端分别与所述第二三极管的基极和所述第四电阻的一端连接；
20.所述第二三极管的基极与所述第三电阻的另一端连接，所述第二三极管的集电极与所述信号输出模块连接，所述第二三极管的发射极接地；
21.所述第四电阻的一端与所述第三电阻的另一端连接，所述第四电阻的另一端接地，并与所述第二三极管的be极形成并联连接。
22.进一步的，所述第二三极管具体为npn型三极管。
23.进一步的，所述第二保护单元还包括第二二极管，所述第二二极管的正极分别与所述第三电阻的另一端和所述第四电阻的一端连接，所述第二二极管的负极与所述第二三极管的基极连接。
24.进一步的，所述信号传输模块包括第五电阻，连接所述信号输入模块与所述信号输出模块。
25.进一步的，信号传输模块还包括滤波单元，与所述第五电阻连接，用于抑制所述信号中的尖峰脉冲。
26.进一步的，所述滤波单元包括滤波电阻以及电容；
27.所述滤波电阻的一端连接所述信号输入模块，所述滤波电阻的另一端分别与所述第五电阻的一端和所述电容的一端连接，所述电容的另一端接地。
28.与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：
29.本技术提供一种mcu端口保护电路，通过保护模块在信号输入模块输入的信号的电压为异常信号电压时，触发保护电路进入保护状态，使得信号无法通过信号输出模块进行输出，这样可以将信号输入模块和信号输出模块进行隔离，进一步可以避免异常信号电压通过mcu端口进入电子产品内部，防止损坏电子产品，同时，对静电的涌入也可以起到抑制作用。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1本技术实施例提供的mcu端口保护电路的结构示意图。
具体实施方式
32.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术技术领域的技
术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本技术的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
33.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
35.为了解决在相关技术中，电子产品内部mcu端口与外置接口有信号线连接，因接线等原因导致异常电压通过外置接口进入系统内部，进而损坏产品的问题，本技术实施例提供一种mcu端口保护电路，具体的结构示意图参见图1所示，包括：信号输入模块1、信号传输模块2、保护模块以及信号输出模块4。
36.信号输入模块1用于接收信号，电子产品系统内部的mcu端口与外置接口或者按键有信号线连接，信号可以通过外置接口或者按键输入至mcu端口。具体参见图1所示，信号输入模块1为signal_input。
37.信号传输模块2连接于信号输入模块1与信号输出模块4之间，将信号由信号输入模块1传输至信号输出模块4，从而输入至电子产品内部。
38.需要说明的是，信号传输模块2在输入的信号的电压为正常信号电压时，才将信号进行传输，该信号用于电子产品的通讯。输入的电压是否为正常值，根据实际需要设计的电路来确定。
39.保护模块与信号传输模块2连接，保护模块用于在信号的电压为异常信号电压时，触发保护电路进入保护状态，信号无法通过信号传输模块2传输，从而将信号输入模块1和信号输出模块4进行隔离。
40.在本实施例中，异常信号电压为小于第一预设阈值或者大于第一预设阈值中的任一种。具体地，本实施例的mcu端口保护电路的参数适合3.3v信号电压通讯，当信号电压小于-1.2v或者大于4.5v时，即被保护电路识别为异常信号电压，此时，保护电路的保护功能启动，使得信号到达电子产品芯片gpio口(通用i/o端口)的幅度迅速衰减至0v左右，起到保护作用。
41.在本实施例中，保护模块包括第一保护单元31和第二保护单元32，在异常信号电压小于第一预设阈值时，第一保护单元31开启，保护电路进入保护状态；在异常信号电压大于第二预设阈值时，第二保护单元32开启，保护电路进入保护状态。
42.具体地，第一保护单元31包括第一电阻r101、第二电阻r105和第一三极管d102，第一电阻r101、第二电阻r105以及第一三极管d102之间电连接，第一电阻r100的一端与信号输入模块1连接，第一电阻r101的另一端分别与第二电阻r105的一端和第一三极管d102的基极b连接。
43.第一三极管d102的基极b与第一电阻r101的另一端连接，第一三极管d102的集电
极c与信号输出模块4连接，第一三极管的发射极e接地。
44.第二电阻r105的一端与第一电阻r101的另一端连接，第二电阻r105的另一端接地，并与第一三极管d102的be极形成并联连接。
45.在本实施例中，第一电阻r101和第二电阻r105的作用都为分压。
46.在本实施例中，第一三极管d102具体为pnp型三极管，pnp型三极管的电流流向为从发射极e流向基极b和从发射极e流向集电极c。当第一三极管d102的be极之间的电压大于0.7v时，第一三极管d102处于导通状态。
47.在本实施例中，第一保护单元31还包括第一二极管d105，第一二极管d105的正极第一三极管d102的基极b连接，第一二极管d105的负极分别与第一电阻r101的另一端和第二电阻r105的一端连接。
48.需要说明的是，第一二极管d105用于保护第一三极管d102，当有幅度较大的正向异常信号电压输入时，电压无法通过第一二极管d105，第一二极管d105处于断开状态，从而将之与第一三极管d102的be极隔离，避免第一三极管d102损坏。
49.作为一种具体的实现方式，第一保护单元31包括第一电阻r101、第二电阻r105、第一二极管d105以及第一三极管d102。当信号电压小于第一预设阈值时，例如，信号电压小于-1.2v时，信号通过第一三极管d102的eb极、第一二极管d105与第一电阻r101形成通路。此时，第一三极管d102发射极e和集电极c均处于正偏，达到饱和导通状态，ce极之间处于直线连通状态，信号输出模块signal_output电压接近地电平，信号无法通过signal_output输出，起到保护作用。
50.在本实施例中，第二保护单元32包括稳压二极管d100、第三电阻r103、第四电阻r104和第二三极管d101，稳压二极管d100、第三电阻r103、第四电阻r104以及第二三极管d101之间电连接。
51.稳压二极管d100的负极与信号输入模块1连接，稳压二极管d100的正极与第三电阻r103的一端连接。
52.需要说明的是，稳压二极管需要达到一定压值才能导通，可以避免在正常电压信号时误触发保护电路，此外，还有一个作用就是保持电压的稳定。
53.第三电阻r103的一端与稳压二极管d100的正极连接，第三电阻r103的另一端分别与第二三极管d101的基极b和第四电阻r104的一端连接；
54.第二三极管d101的集电极c与信号输出模块4连接，第二三极管d101的发射极e接地，并与第二三极管d101的be极形成并联连接。
55.本实施例中，第三电阻r103和第四电阻r104的作用为分压。
56.在本实施例中，第二三极管d101具体为npn型三极管，npn型三极管中电流有两个流向，一个是从基极b流至发射极e的基极电流，另一个是从集电极c流至发射极e的集电极电流。当第二三极管d101的be极之间的电压大于0.7v时，第二三极管d101处于导通状态。
57.在本实施例中，第二保护单元32还包括第二二极管d106，第二二极管d106的正极分别与第三电阻r103的另一端和第四电阻r104的一端连接，第二二极管d106的负极与第二三极管d101的基极b连接。
58.需要说明的是，第二二极管d106用于保护第二三极管d101，当有幅度较大的负向异常信号电压输入时，电压无法通过第二二极管d106，第二二极管d106处于断开状态，从而
将之与第二三极管d101的be极隔离，避免第二三极管d101损坏。
59.作为一种具体的实现方式，第二保护单元32包括稳压二极管d100、第三电阻r103、第四电阻r104、第二二极管d106以及第二三极管d101。当信号电压大于第二预设阈值时，例如，信号电压大于4.5v时，信号通过稳压二极管d100、第三电阻r103、第二二极管d106以及第二三极管d101的be极形成通路。此时，第二三极管d101的发射极e和集电极c均处于正偏，达到饱和导通状态，ce极之间处于直线连通状态，信号输出模块signal_output电压接近地电平，信号无法通过signal_output输出，起到保护作用。
60.在本实施例中，信号传输模块2包括第五电阻r102，第五电阻r102连接信号输入模块1与信号输出模块4。信号传输模块2接收信号的电压为正常信号电压时，信号通过第五电阻r102传输至信号输出模块4。
61.需要说明的是，第五电阻r102还可以将信号的输入和输出隔离，同时在第一三极管d101和第二三极管d102饱和导通时，承载绝大部分异常信号电压的压降。
62.在本实施例中的一些可选的实现方式中，信号传输模块2还包括滤波单元，滤波单元与第五电阻r102连接，用于抑制信号中的尖峰脉冲，保持电路工作的稳定性。
63.具体地，滤波单元包括滤波电阻r100以及电容c100，滤波电阻r100的一端连接信号输入模块1，滤波电阻r100的另一端与第五电阻r102一端连接，电容c100的一端与滤波电阻r100的另一端连接，电容c100的另一端接地。
64.第一电阻r100和电容c100形成一级rc滤波网络，对信号中的尖峰脉冲做初级抑制，避免保护电路误触发，影响信号的正常通讯。
65.应当理解，尖峰脉冲的高次谐波分量很丰富，而且出现频繁，幅度高，是污染低压220v工频电网的一种主要干扰噪声，对交流供电电子系统带来很多不利影响，因此需要进行抑制。
66.在本实施例中，信号输出模块4用于将信号输出，具体的参见图1所示，信号输出模块为signal_output。在signal_output的电压接近低电平时，可以起到保护作用。
67.需要说明的是，在异常信号电压输入保护电路时，保护电路开启保护功能，使得信号输出模块signal_output的电压接近电平，信号无法输出，可以将异常信号进行隔离，同理，针对静电这样的异常信号也可以起到隔离作用，避免静电进入产品内部。
68.作为一种具体的实现方式，mcu端口保护电路包括信号输入模块signal_input、滤波电阻r100、电容c100、第一电阻r101、第二电阻r105、第一二极管d105、第一三极管d102、稳压二极管d100、第三电阻r103、第四电阻r104、第二二极管d106、第二三极管d101、第五电阻r102以及信号输出模块signal_output。
69.在信号输入模块1接收信号的电压为正常信号电压时，信号通过滤波电阻r100、第五电阻r102形成通路，将信号传输至信号输出模块4。
70.在信号输入模块1接收信号的电压为异常信号电压，且异常信号电压小于第一预设阈值时，信号通过第一三极管d102的eb极、第一二极管d105与第一电阻r101、滤波电阻r100形成通路，信号输出模块signal_output电压接近地电平，信号无法通过signal_output输出，起到保护作用。
71.在信号输入模块1接收信号的电压为异常信号电压，且异常信号电压大于第二预设阈值时，信号通过滤波电阻r100、稳压二极管d100、第三电阻r103、第二二极管d106以及
第二三极管d101的be极形成通路，信号输出模块signal_output电压接近地电平，信号无法通过signal_output输出，起到保护作用。
72.本技术提供的mcu端口保护电路，通过保护模块在信号输入模块输入的信号的电压为异常信号电压时，触发保护电路进入保护状态，使得信号无法通过信号输出模块进行输出，这样，可以将信号输入模块和信号输出模块进行隔离，进一步可以避免异常信号电压通过mcu端口进入电子产品内部，防止损坏电子产品，同时，对静电的涌入也可以起到抑制作用。
73.显然，以上所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本技术的较佳实施例，但并不限制本技术的专利范围。本技术可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本技术说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本技术专利保护范围之内。