包括静电放电电路的半导体器件及其操作方法_3

文档序号:9378071阅读:来源:国知局
和变换器可被构造为允许开关控制信号RSW具有能够将开关晶体管MN_S截止特定的持续时间的电压电平。
[0060]图4A和图4B分别是示出根据本发明构思的示例性实施例的图3的第一驱动器210和第二驱动器215的示例的电路图。
[0061]参照图4A,第一驱动器210’可包括在漏极节点与源极节点之间串联的多个PMOS晶体管MP1_1至MPl_i。多个PMOS晶体管MP1_1至MPl_i中的每一个的栅极可连接至驱动信号DRV。第一驱动器210’的使用可允许控制被输出至焊盘Pad的上拉电压的电平。如图所示,第一驱动器210’可包括至少两个PMOS晶体管。
[0062]参照图4B,第二驱动器215’可包括在漏极节点与源极节点之间串联的多个NMOS晶体管丽1_1至^lJ。可通过驱动信号DRV控制多个NMOS晶体管丽1_1至^lJ中的每一个的栅极。如图所示,第二驱动器215’可包括至少两个NMOS晶体管。
[0063]在示例性实施例中,可按照高电压晶体管的形式设置第一驱动器210’和第二驱动器215’的晶体管(例如,PMOS晶体管MP1_1至MPl_i和NMOS晶体管丽1_1至丽l_j)。
[0064]图5是示出根据本发明构思的示例性实施例的图3的半导体器件在正常操作和ESD导致的异常操作下的电流通路的示例的电路图。参照图5,在正常操作中,焊盘Pad可经开关晶体管MN_S连接至第二驱动器215的NMOS晶体管丽I。当发生ESD事件时,焊盘Pad可经保护电阻器Rp连接至第二驱动器215的NMOS晶体管丽I。
[0065]例如,电源电压VDDl和VDD2在正常操作中可具有恒定电平。因此,由于通过驱动器210和215来确定焊盘Pad的电势,因此焊盘Pad可具有低于第一电源电压VDDl且高于第二电源电压VDD2的电压电平。在该条件下,经焊盘Pad设置在第一电源线与第二电源线之间的二极管Dl和D2可处于反向偏压条件。
[0066]在上述针对正常操作的条件下,ESD检测器230可输出高电平的开关控制信号RSW。例如,包括第一电阻器Rl和第一电容器Cl的RC电路可连接至第一电源电压VDDl,因此,第一节点NI可与第一电源电压VDDl处于相同电平。这是因为在DC偏压状态下,第一电容器Cl可基本处于断开模式。因此,PMOS晶体管MP3可保持在截止状态。结果,用作PMOS晶体管MP3的漏极区的第二节点N2可与第二电源电压VDD2具有基本相同的电平。
[0067]PMOS晶体管MP2和NMOS晶体管MN2可构成变换第二节点N2的逻辑电平的变换器电路。变换后的逻辑电平可被输出作为开关控制信号RSW。因此,在正常操作期间,开关控制信号RSW可保持在高电平。
[0068]由于开关控制信号RSW处于高电平,因此开关晶体管MN_S可处于导通状态。因此,在正常操作期间激活的电流通路形成为经过开关晶体管MN_S但不经过保护电阻器Rp。也就是说,在正常操作期间,在焊盘Pad与第二驱动器215之间可几乎没有电阻。图5中的附图标记①示出了在正常操作期间激活的电流通路。
[0069]相反,如果发生ESD事件(例如,作为通过焊盘Pad供应的电荷的结果),则焊盘Pad可具有高于第一电源电压VDDl的电势。因此,第一二极管Dl可被导通并且电荷可从焊盘Pad流入第一电源线。图5中的附图标记②示出了通过ESD事件导致的这种电流。结果,第一电源电压VDDl可具有突然升高的电平。
[0070]当第一电源电压VDDl的电势通过ESD事件突然升高时,可从ESD检测器230输出低电平的开关控制信号RSW。例如,ESD检测器230可被构造为检测第一电源电压VDDl的突然升高并且将开关晶体管MN_S截止一段时间,如以下更详细的描述。
[0071]当发生ESD事件时,第一电源电压VDDl会按照激增的方式升高。由于存在包括第一电阻器Rl和第一电容器Cl的RC电路,因此在特定的时间(例如,由时间常数τ规定)过去之后,第一节点NI的电压会设置在第一电源电压VDDl。也就是说,第一节点NI的电压会在特定的时间期间保持在低电平,然后会升高。当第一节点NI的电压处于低电平时,PMOS晶体管MP3可保持在导通状态。
[0072]当PMOS晶体管MP3导通时,第二节点Ν2的电压可升高至高电平。在第二节点Ν2的高电压电平期间,开关控制信号RSW可保持在低电平。也就是说,在发生ESD事件之后的特定的时间期间,开关控制信号RSW可保持在低电平,这会导致将开关晶体管MN_S截止并在焊盘Pad与第二驱动器215之间形成经过保护电阻器Rp的电流通路。因此,可防止ESD导致的电流流入第二驱动器215或NMOS晶体管MNl中。图5中的附图标记③示出了流过保护电阻器Rp的ESD导致的电流。
[0073]图6A和图6B分别是示出根据本发明构思的示例性实施例的图5的电路在正常模式和ESD导致的异常模式下操作的电源电压和节点电压的电压电平的时间变化的时序图。
[0074]参照图6A,在正常操作中,第一电源电压VDDl可处于恒定电平VDD_max。因此,由于存在包括第一电阻器Rl和第一电容器Cl的RC电路,所以第一节点NI的电压可处于与第一电源电压VDDl的电平基本相同的电平(例如,VDDjnax)。这是因为在DC偏压状态下,第一电容器Cl可基本处于断开模式。因此,PMOS晶体管MP3可保持在截止状态。结果,用作PMOS晶体管MP3的漏极区的第二节点N2可具有与第二电源电压VDD2基本相同的电压电平(例如,VDDjnin)。
[0075]由于存在包括PMOS晶体管MP2和NMOS晶体管丽2的变换器电路,因此可变换第二节点N2的逻辑电平,并且输出作为开关控制信号RSW。因此,在正常操作中,开关控制信号RSW可具有通过从第一电源线的电压中减去PMOS晶体管MP2的漏极区与源极区之间的压降(AV)获得的电压(例如,VDDjnax-Δ V)。由于该压降小到可忽略,因此开关晶体管MN_S可保持在导通状态。
[0076]下文中,将参照图6B描述当发生ESD事件时执行的图5的静电放电电路的操作。
[0077]在当前示例中,假设在时刻T0,通过焊盘Pad将大量电荷供应至半导体器件。然后,设置在焊盘Pad与第一电源线之间的第一二极管Dl会导通以使第一电源线的电势突然升高。例如,如图6B的时序图所示,第一电源线的电势会从第一电源电压VDDl升高。尽管第一电源电压VDDl升高,但第一节点NI的电势会在从TO过去了特定的时间的时刻T2开始升高。这是因为,由于存在包括第一电阻器Rl和第一电容器Cl的RC电路,第一节点NI的电压在特定的时间(例如,通过时间常数τ规定)过去之后会设置在第一电源电压VDDl。也就是说,在特定的时间或时间常数τ期间,第一节点NI的电压会保持在低电平,然后会升高。因此,在从时刻TO至时刻Τ2的时间段期间,PMOS晶体管MP3可保持在导通状态。因此,第二节点Ν2的电势的升高可始于时刻TC。然而,在从TO过去一段时间到时刻Tl之后,第二节点N2的电势可升高至能够使变换器电路的PMOS晶体管MP2截止的高电平(例如,高于V2)。然后,在从TO至Tl的时间段期间,PMOS晶体管MP3和MP2可处于导通状态,结果,开关晶体管MN_S可处于导通状态。然而,在从TO至Tl的这种过渡时间段期间会不足以设置开关控制信号RSW,并且在这种情况下,开关晶体管MN_S可保持在截止状态。可根据RC电路的时间常数调整这种操作条件。
[0078]在时刻Tl,第二节点N2的电压可升高至能够将PMOS晶体管MP2截止的电平。也就是说,PMOS晶体管MP2可被截止,因此,开关控制信号RSW可保持在低电平。在从时刻TO过去一段时间到时刻T3之前,开关控制信号RSW可处于低电平。在从Tl至T3的时间段期间,开关晶体管MN_S还可保持在截止状态。在从Tl至T3的时间段期间,保护电阻器Rp可连接在焊盘Pad与第二驱动器215之间。结果,可限制通过焊盘Pad突然流入第二驱动器215的电流的量。也就是说,可激活对于第二驱动器215或NMOS晶体管MNl的保护。
[0079]在时刻T2之后,第一节点NI的电势可升高。例如,在时刻T3,第一节点NI的电势可达到能够将PMOS晶体管MP3截止的电平Vl。在示例性实施例中,电压电平Vl和V2可基本相同或彼此不同。如果PMOS晶体管MP3截止,则第二节点N2的电势可降至地。因此,开关控制信号RSW的电压电平可升高,并且可导通开关晶体管MN_S。从此时开始,可激活诸如图1的箝位电路140的保护装置,并且从焊盘Pad供应的电荷可开始放电。
[0080]图7是示出根据本发明构思的示例性实施例的静电放电电路的电路图。参照图7,包括在半导体器件300中的静电放电电路可包括与图3的组件和构造基本相同的组件和构造,不同的是静电放电电路和开关保护电阻器的位置不同。例如,如图7所示,静电放电电路可包括设置在焊盘Pad与驱动器310和315之间的开关保护电阻器320。保护电阻器Rp可连接在焊盘Pad与由第一驱动器310的PMOS晶体管MPl和第二驱动器315的NMOS晶体管丽I共享的公共漏极之间。
[0081]在正常操作中,可按照开关控制信号RSW处于高电平的方式来构造ESD检测器330。ESD检测器330可与图3的ESD检测器230按照相同的方式操作。例如,在正常操作中,开关晶体管MN_S可被导通。相反,如果发生ESD事件,则开关晶体管MN_S可被截止。在这种情况下,保护电阻器Rp可用作焊盘Pad与第二驱动器315之间的电流通路,从而当焊盘Pad具有突然升高的电势时限制流入第二驱动器315的电流的量。
[0082]图8是示出根据本发明构思的示例性实施例的静电放电电路的电路图。参照图8,包括在半导体器件400中的静电放电电路可包括ESD检测器430,其包括RC电路。静电放电电路400还可包括驱动器410和415、开关保护电阻器420、焊盘Pad和二极管Dl和D2,它们可按照与图3的那些基本相同的方式构造。为了方便描述,本文省略它们的详细描述。
[0083]在ESD检测器430中,RC电路可用作高通滤波器。例如,RC电路可包括:第一电阻器Rl,其连接至施加有第二电源电压VDD2的第二电源线;以及第一电容器Cl,其连接至施加有第一电源电压VDDl的第一电源线。在这种情况下,如果第一电源电压VDDl具有AC (交流)成分,则这种AC成分可经第一电容器Cl被提供至第三节点N3。也就是说,在ESD检测器430中,可将第一电源电压VDDl的AC成分发送至第三节点N3,并且可将其用于控制NMOS晶体管MN3。高通滤波器可响应于第一电源电压VDDl的AC成分产生开关
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