一、前言
IO可以让芯片内部电路模块和外界进行通信，一般IO都是放在芯片的外围，随着芯片在速度和效率的不断提升，IO需要支持的速率也越来越快，因此IO电路对core电路的处理能力和效率最大化也越来越重要，如下图所示（一般IO在IC布局中都被布局外围）。
IO模块电路起到的作用主要有如下几点：
1、电平转换，core电源域和IO电平的相互转换；
2、恢复外部信号，避免外部噪声对内部电路的影响；
3、增强驱动能力；
二、IO的信号类型
IO的信号类型有两种：单端和差分
单端信号
差分信号
三、IO的类型
取决于IO的应用类型，可以分为如下几种：
四、IO的基本结构
1、典型数字IO PAD的基本结构
如上图所示，数字GPIO输出通路可以分为pre-driver和post-driver，pre-driver 用于完成电路的逻辑功能，比如三态；post-driver用于向外提供足够的驱动能力；
2、GPIO的框架
五、IO的不同组成模块
1、input buffer
（1）input buffer将外部数据传输到core，将外部电平转换为core电平；
（2）当IO作为输入时：
输出缓冲器被关闭；
施密特触发器被打开；
根据GPIOx_pupdr寄存器中的值决定是否打开上拉或者下拉；
对输入数据寄存器的读访问可以获取IO状态
（3）input的不同状态
浮空输入
输入上拉（IPU）
输入下拉（IPD）
2、output buffer
output buffer将数据从core传送到外部电路，将core电压域转换为外界的IO电平；
output buffer根据具体的应用有2-state和3-state（三态输出）两种，三态buffer 有EN PIN用于使能高阻态；
（1）当输出缓冲器被打开：
OD模式（开漏模式）：PMOS被关闭，NMOS被打开；
push-pull（推挽模式）
（2）施密特触发器输入被打开
（3）根据GPIOx_PUDPDR寄存器的值决定是否打开弱上拉电阻或者下拉电阻
注：配置称为输出时，输入并没有被关闭，可以输入也可以输出。
3、Bi-direction buffer
双向buffer包括输入和输出buffer，来自core电路的使能信号配置IO打开输入buffer或者输出buffer（当配置为输入buffer时，PAD输出为高阻态）
4、open-drain
open-drain buffer用上拉电阻取代PMOS，该上拉电阻在芯片外，连接到特定的VTT，因此VTT的电压就决定了输出电平；
5、LVDS
差分Buffer实现高速、低功耗和抑制共模干扰的应用；
6、level shifter
用于core电压和IO电压的转换：
六、IO的性能指标
七、IO的其他注意事项
八、IO的TOP level design
注：VDD 为IO电平
九、IO的ESD protection
下面的电路为通常IO电路的ESD电路保护，当静电电压高于VDD时，将通过D1、D3泄放，并通过RC触发电路，打开M1泄放到地；
当静电低于GND时，将通过D2、D4泄放；
正是因为ESD二极管的存在，所以通常我们用万用表判断芯片PIN是否虚焊的时候，会测量IO的二极管特性。
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