专利名称：低功耗高可靠性遥控器芯片按键输入端口电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及MOS数字集成电路，具体涉及一种低功耗高可靠性遥控器芯片的按键输入端口电路。
背景技术：
随着人类生活水平的不断提高和电子技术的不断进步，遥控器芯片的应用越来越广泛，因而人们对芯片性能的要求也越来越高。遥控器芯片主要用于电视机、电风扇、空调机、门铃、照明灯的遥控，汽车防盗报警及车门遥控等。由于此类遥控器大多采用电池供电，故芯片的功耗越低越好。同时由于被控对象要求具有高度的可靠性，即要求遥控器具有高度的抗干扰能力，决不可误动作，这就要求芯片具有高度的抗干扰能力，即可靠性。
绝大多数遥控器芯片的按键输入端口，如果只与芯片输入通道晶体管的栅极连接，则都必须有上拉电阻或下拉电阻。这是因为与输入端口直接连接的输入通道晶体管的栅极不能悬空，即必须有确定的电位状态(要么是高电平，要么是低电平)，否则将导致芯片不能正常工作，甚至永久性损坏。上、下拉电阻的阻值不能太大，也不能太小。上、下拉电阻的阻值过大时，芯片抗干扰性能差，或不能正常工作，甚至于永久性损坏；上、下拉电阻的阻值过小时，芯片功耗就会增大。现有技术中，上拉(PULLUP)电阻一般采用PMOS管(称为上拉管)来实现，如图2所示；而下拉(PULLDOWN)电阻一般采用NMOS管(称为下拉管)来实现，如图1所示。NMOS管与PMOS管通称为MOS管。近似地，上、下拉电阻的阻值与MOS管的长度(L)成正比，与MOS管的宽度(W)成反比。
现以图3为例来说明遥控器芯片按键输入端口的下拉电阻阻值过大的危害性。图3中R1为端口下拉电阻，R2为端口与VDD(电源线)之间的线路板寄生电阻。若R1偏大，同时遥控器线路板因自身原因或受潮而导致输入端口与电源线之间的绝缘性能变差，即电阻值变小，则可能导致输入端口的电位不能被拉到低电平。如果R1和R2的值比较接近，那么端口电位Vin就可能接近1/2 VDD，此时，输入门电路中与Vin直接相连的NMOS和PMOS管就可能同时导通，从而导致门电路的输出为不定态，进而导致芯片内部其它晶体管也处于类似的工作条件，芯片不能正常工作，甚至发出错误的信号而使被控对象误动作。此时因一些NOMS和PMOS管同时导通，使VDD和VSS(地线)之间有较大的直流电流通过。这样，电路的功耗就会大大增加，情况严重时还会导致芯片因过流过热而永久性损坏。另外，若下拉电阻偏大，则输入端口的抗干扰能力就会变弱。为了克服上述缺点，可以将下拉电阻的阻值做小，以提高电路可靠性。但这样一来，就会增大芯片的工作电流，因为按键时，输入端口是与VDD直接相连的，此时如果下拉电阻偏小，则流过该电阻的电流就会较大，从而导致遥控器的功耗增大而缩短电池的使用寿命。所以这里存在着一个矛盾，即当下拉电阻大时，芯片抗干扰性能差；而当下拉电阻小时，芯片功耗增大。上拉结构也存在同样的问题，其原理与此相同，故这里不再重述。
发明内容
本实用新型的目的是要解决现有遥控器芯片按键输入端口电路中，上拉或下拉电阻阻值与芯片性能之间的矛盾，即在提高遥控器芯片的可靠性的同时降低芯片的功耗、延长遥控器电池的使用寿命。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种低功耗高可靠性遥控器芯片按键输入端口电路，由一个产生电位状态的上拉电路或下拉电路构成。
所述上拉电路由一个反相器INV2和两个PMOS上拉管P1、P2组成，其中，PMOS上拉管P1电阻值＞PMOS上拉管P2电阻值，上拉电路输入端第一路接芯片输入通道门电路的输入端；第二路接反相器INV2的输入端，反相器INV2输出端接PMOS上拉管P2的栅极G；第三路接两个PMOS上拉管P1、P2的漏极D，两个PMOS上拉管P1、P2的源极S接电源VDD，PMOS上拉管P1的栅极G接地VSS。
所述下拉电路由一个反相器INV1和两个NMOS下拉管N1、N2组成，其中，NMOS下拉管N1电阻值＞NMOS下拉管N2电阻值，下拉电路输入端第一路接芯片输入通道门电路的输入端；第二路接反相器INV1的输入端，反相器INV1输出端接NMOS下拉管N2的栅极G；第三路接两个NMOS下拉管N1、N2的漏极D，两个NMOS下拉管N1、N2的源极S接地VSS，NMOS下拉管N1的栅极G接电源VDD。
上述技术方案中的有关内容解释如下1、上述方案中，为了达到更好的效果，所述PMOS上拉管P1电阻值是PMOS上拉管P2电阻值的10～20倍；所述NMOS下拉管N1电阻值是NMOS下拉管N2电阻值的10～20倍。
2、上述方案中，为了达到更好的效果，所述PMOS上拉管P1电阻值为500KΩ～2MΩ，PMOS上拉管P2电阻值为50KΩ～100KΩ；所述NMOS下拉管N1电阻值为500KΩ～2MΩ，NMOS下拉管N2电阻值为50KΩ～100KΩ。
本实用新型下拉电路的工作原理是见图4所示，当输入端口有按键开关K1按下时，输入端口被直接连到电源VDD，反相器INV1在接通瞬间(1ns之内)迅速翻转，输出低电平，使NMOS下拉管N2立即关断。此时，输入端口只有NMOS下拉管N1导通，因N1的电阻值很大，故流过它的电流很小，因而功耗就很低。当输入端口按键开关K1被释放时，由于输入端口除NMOS下拉管N1和N2外没有其它驱动源(输入门电路中的管子只有栅极与输入端口连接)，故输入端口电位VIN首先被NMOS下拉管N1下拉至某一电平而使反相器INV1的输出大于NMOS下拉管N2的阈值电压而使N2导通，从而输入端口电位VIN被NMOS下拉管N2迅速下拉至VSS。由于NMOS下拉管N2的下拉能力较强(比N1强10倍以上)，故能可靠地将输入端口电位VIN锁定在VSS。
本实用新型上拉电路的工作原理是见图5所示，当输入端口有按键开关K2按下时，输入端口被直接连到VSS，反相器INV2在接通瞬间(1ns之内)迅速翻转，输出高电平，使PMOS上拉管P2立即关断。此时，输入端口只有PMOS上拉管P1导通，因P1的电阻值很大，故流过它的电流很小，因而功耗就很低。当输入端口按键开关K2被释放时，由于输入端口除PMOS上拉管P1和P2外没有其它驱动源(输入门电路中的管子只有栅极与输入端口连接)，故输入端口电位VIN首先被PMOS上拉管P1上拉至某一电平而使反相器INV2的输出低于PMOS上拉管P2的阈值电压(PMOS管的阈值电压相对于源极为负值，在本电路中，其源极就是VDD)而使PMOS上拉管P2导通，从而输入端口电位VIN被PMOS上拉管P2迅速上拉至VDD。由于PMOS上拉管P2的上拉能力较强(比P1强10倍以上)，故能可靠地将输入端口电位VIN锁定在VDD。
由以上原理可知，由于本实用新型并联使用两个不同电阻值的MOS管，并利用反相器来结合按键开关按下和释放两种工作状态，从而对应切换不同电阻值的MOS管进行工作，最终较好地解决了现有技术所存在的矛盾，因此使电路具有可靠性高，功耗低的优点和效果。
附图1为现有常规按键输入端口下拉电路；
附图2为现有常规按键输入端口上拉电路；附图3为现有常规按键输入端口下拉电路抗干扰原理图；附图4为本实用新型按键输入端口下拉电路；附图5为本实用新型按键输入端口上拉电路；附图6为应用本实用新型按键输入端口电路的低功耗红外遥控器芯片电路原理图；附图7为“0”码和“1”码的码元波形图(T＝16个频率为38kHz的时钟周期)。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例一见图4所示，一种低功耗高可靠性遥控器芯片按键输入端口电路，由一个产生电位状态的下拉电路构成。
所述下拉电路由一个反相器INV1和两个NMOS下拉管N1、N2组成，其中，NMOS下拉管N1为很弱的NMOS管，其沟道的长度(L)与宽度(W)之比(长宽比，L/W)，可以大于50倍到200倍，其电阻值可达500KΩ～2MΩ，而NMOS下拉管N2的长宽比可设在5到10之间，其电阻值大约在50KΩ～100KΩ之间。
下拉电路输入端第一路接芯片输入通道门电路的输入端；第二路接反相器INV1的输入端，反相器INV1输出端接NMOS下拉管N2的栅极G；第三路接两个NMOS下拉管N1、N2的漏极D，两个NMOS下拉管N1、N2的源极S接地VSS，NMOS下拉管N1的栅极G接电源VDD。
实施例二见图5所示，一种低功耗高可靠性遥控器芯片按键输入端口电路，由一个产生电位状态的上拉电路构成。
所述上拉电路由一个反相器INV2和两个PMOS上拉管P1、P2组成，其中，PMOS上拉管P1为很弱的PMOS管。由于PMOS管的沟道电阻值比NMOS大(一般大2到3倍)，故PMOS上拉管P1的长宽比可适当小于NMOS下拉管N1，其沟道电阻值应在500KΩ～2MΩ之间，而PMOS上拉管P2的长宽比可相应地比PMOS上拉管P1小10倍以上，其电阻值大约在50KΩ～100KΩ之间。
上拉电路输入端第一路接芯片输入通道门电路的输入端；第二路接反相器INV2的输入端，反相器INV2输出端接PMOS上拉管P2的栅极G；第三路接两个PMOS上拉管P1、P2的漏极D，两个PMOS上拉管P1、P2的源极S接电源VDD，PMOS上拉管P1的栅极G接地VSS。
应用实例本实用新型的最好应用方式是将其应用于遥控器芯片中。现以图6来说明其实现方式。
图6所示遥控器芯片电路有N个输入端口。这N个输入端口的一部分或全部，既可用作按键输入端口，也可用作用户编码输入端口。输入端口作为用户编码使用时，可由用户任意接GND或VDD或悬空；作为按键输入端口用时，就需要与遥控键盘连接。每一输入端口都接有1个低功耗按键输入端口上拉电路或按键输入端口下拉电路(即图4虚线框内所示的下拉电路或图5虚线框内所示的上拉电路)。图6中“按键输入端口电路”方框代表一组N个这样的低功耗按键输入端口上拉电路或下拉电路。
图6所示遥控器芯片电路的工作原理如下电路上电后，复位电路将各数据锁存单元复位，电路进入省电等待模式。若没有键按下，电路将一直处于省电等待状态。如果有键按下，晶振电路将被唤醒电路所唤醒，开始振荡，并产生芯片工作所需要的时钟信号。“按键锁存译码电路”将按键输入信号锁存和译码，并将译码结果提供给“用户码、指令码只读存储器”(ROM)，作为“行地址”(Row Address)。“地址译码器”对“分频计数电路”的结果进行译码，并将译码结果送给ROM，作为“列地址”(Column Address)。ROM根据行地址和列地址按顺序逐位向外提供一串二进制码，即一帧码。每一帧码的组成格式如下
起始码和结束码可由1位或多位二进制码组成。用户码与用户编码输入端口的连接方式对应。根据应用要求，用户码可以设，也可以不设。起始码与结束码也是如此。指令码与按键输入端口对应，每一按键输入端口对应一条指令，若有复合键定义，则可用几个键的组合来定义一条指令。指令码的内容与位数可根据需要来设定。
“码元发生电路”产生如图7所示的码元波形。“二选一”电路(MUX)根据ROM提供的信号选择来自码元发生电路的“0”码或“1”码波形信号并将此信号传送给“与门”(AND)。输出驱动器(OUTPUT DRIVER)将来自AND的信号放大后向外发送。
每当有键按下时，电路就向外发送一帧码或几帧码。如果按键一直按着不放，电路就将不断地向外发送以一帧为单位的二进制码，直到按键释放为止。按键释放后，晶振电路停止振荡，所有数据锁存单元复位，电路进入省电等待模式(休眠状态)。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种低功耗高可靠性遥控器芯片按键输入端口电路，由一个产生电位状态的上拉电路或下拉电路构成，其特征在于所述上拉电路由一个反相器[INV2]和两个PMOS上拉管[P1、P2]组成，其中，PMOS上拉管[P1]电阻值＞PMOS上拉管[P2]电阻值，上拉电路输入端第一路接芯片输入通道门电路的输入端；第二路接反相器[INV2]的输入端，反相器[INV2]输出端接PMOS上拉管[P2]的栅极[G]；第三路接两个PMOS上拉管[P1、P2]的漏极[D]，两个PMOS上拉管[P1、P2]的源极[S]接电源[VDD]，PMOS上拉管[P1]的栅极[G]接地[VSS]；所述下拉电路由一个反相器[INV1]和两个NMOS下拉管[N1、N2]组成，其中，NMOS下拉管[N1]电阻值＞NMOS下拉管[N2]电阻值，下拉电路输入端第一路接芯片输入通道门电路的输入端；第二路接反相器[INV1]的输入端，反相器[INV1]输出端接NMOS下拉管[N2]的栅极[G]；第三路接两个NMOS下拉管[N1、N2]的漏极[D]，两个NMOS下拉管[N1、N2]的源极[S]接地[VSS]，NMOS下拉管[N1]的栅极[G]接电源[VDD]。
2.根据权利要求1所述的低功耗高可靠性遥控器芯片按键输入端口电路，其特征在于所述PMOS上拉管[P1]电阻值是PMOS上拉管[P2]电阻值的10～20倍；所述NMOS下拉管[N1]电阻值是NMOS下拉管[N2]电阻值的10～20倍。
3.根据权利要求1所述的低功耗高可靠性遥控器芯片按键输入端口电路，其特征在于所述PMOS上拉管[P1]电阻值为500KΩ～2MΩ，PMOS上拉管[P2]电阻值为50KΩ～100KΩ；所述NMOS下拉管[N1]电阻值为500KΩ～2MΩ，NMOS下拉管[N2]电阻值为50KΩ～100KΩ。
专利摘要一种低功耗高可靠性遥控器芯片按键输入端口电路，由一个产生电位状态的上拉电路或下拉电路构成，所述上拉电路或下拉电路由一个反相器和两个不同电阻值的MOS管组成。本实用新型并联使用两个不同电阻值的MOS管，并利用反相器来结合按键开关按下和释放两种工作状态，从而对应切换不同电阻值的MOS管进行工作，最终较好地解决了现有技术中，上拉或下拉电阻阻值与芯片性能之间的矛盾，在提高遥控器芯片可靠性的同时，降低了芯片的功耗、延长了遥控器电池的使用寿命。
文档编号H03K17/13GK2785260SQ20052007013
公开日2006年5月31日 申请日期2005年3月22日 优先权日2005年3月22日
发明者谢卫国, 袁翔, 张政平 申请人:苏州市华芯微电子有限公司