一种物联网中的静电保护电路的制作方法

文档序号:15496356发布日期:2018-09-21 21:48阅读:179来源:国知局

本发明涉及静电保护领域,特别是涉及一种电源钳位静电保护电路。



背景技术:

近些年随着集成电路工艺的快速发展,mos管的线宽越来越窄,结深越来越浅,栅氧层的厚度也越来越薄,这些都加速了电路设计对静电保护(esd,electro-staticdischarge)的需求。当线宽为1µm时,esd事件对电路的影响很小,当进入0.18µm、0.13µm时代,尤其是90纳米以下时代,esd成为了刻不容缓的问题。在各种物联网芯片应用中,都需要对应的静电保护电路。

通用的esd分为hbm(humanbodymodel人体模式)模式,mm(machinemodel机器模式)模式和cdm(chargeddevicemodel带电模式)模式。hbm和mm模式是外部对芯片进行放电,仅仅依靠输入输出端口的esd保护电路是远远不够的,还需要在电源和地之间加esd保护电路(电源钳位esd电路),从而能够更加快速的泄放电流,以保证整个芯片的esd性能。

参见图1所示,现有的电源钳位esd电路。

检测电路由电阻r1和电容c1组成,其rc延时时间决定着泄放电流的时间,延时时间越大,泄放电流时间也就越多。该检测电路用于检测esd脉冲,正确区分esd脉冲和正常的电源上电脉冲。当电源正常上电时,检测电路要保证电源钳位esd电路不开启,当发生esd事件时,检测电路要能够迅速检测到esd脉冲,并引导电源钳位esd电路工作,从而泄放电流,保护芯片内部电路。

缓冲电路,由三个串联连接的反相器inv1~inv3组成,用于放大检测电路的输出,给泄放电路提供驱动能力,从而驱动泄放管工作。

泄放电路,由nmos晶体管nm1组成,用于泄放esd电流的,当发生esd事件时,泄放电路能正常打开泄放esd电流;当电路正常工作时,泄放电路是关闭的。由于发生esd事件时,电流都是安培量级的,泄放电路的nmos晶体管尺寸都较大。

当在芯片引脚处发生esd事件时,esd电压或电流通过d1留到vdd上,然后再通过nm1管来泄放esd电流。nm1管上的栅极电压就是vdd电压,该电压比芯片引脚处的电压低一个二极管压降。

电源正常上电的时间一般为1ms左右,而发生esd事件的时间为几十纳秒级别。检测电路不仅要正确区分esd脉冲和正常的电源上电脉冲,还要尽量增加延时时间,从而增加泄放esd电流的时间。图1中的检测电路用rc电路进行延时设计,如果rc时间较长,泄放电流效果会更好。图1中的结构在泄放esd电流时,nm1管上栅极的电压就是vdd,该电压越高,泄放电流也会越快。



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题是提供一种静电保护电路,在芯片正常上电时,要保证esd电路处于关闭状态,不会误触发esd电路工作,当发生esd事件时,又要尽可能的多泄放esd电流,从而保护电路的内部器件不受损坏。

为解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:

一二极管保护电路,由第一二极管d1和第二二极管d2组成,用于提供泄流通路;

一检测电路,由第一电阻r1和第一电容c1组成,用于检测是否发生静电事件;

一缓存电路,由第一反相器inv1和第二反相器inv2组成,用于给泄放管提供驱动;

一延时电路,由第三nmos管nm3和第三pmos管pm3组成,用于增加泄放静电电流的时间;

一泄放电路,由第二nmos晶体管nm2组成,用于泄放主要的静电电流。

所述二极管保护电路,芯片引脚端、pm2管的漏极、二极管d1的正极、二极管d2的负极和内部电路的输入端连接在一起,该点标记为va点,二极管d1的负极和vdd相连,二极管d2的正极和地相连。

所述的检测电路,第一电容c1和第一电阻r1串联,串联的点作为检测电路的输出端,该点标记为vd,电容c1的另外一端和地连接,电阻r1的另外一端和电源vdd连接。

所述的缓存电路,检测电路的输出端和第一反相器inv1的输入端相连在一起,第一反相器inv1的输出端和第二反相器inv2的输入端连接,inv2的输出端、pm1管的栅极和nm1管的栅极相连接在一起,该点标记为vb,pm1管的漏极和nm1管的漏极相连接,pm1管的源极接vdd,nm1管的源极接地。

所述的延时电路,nm3管的栅极接vdd,nm3管的漏极接pm1管的漏极,nm3管的源极、pm3管的漏极与nm2管的栅极相连,该点标记为vc点,pm3管的源极接va点,pm3管的栅极接vd点。

所述泄放电路,第二nmos管nm2源极和地连接,nm2管的漏极和vdd连接,nm2管的栅极连接至vc点。

本发明与现有的静电保护电路相比,具有以下优点:

当发生esd事件时,通过延时电路可以让泄放管有更多的时间来泄放静电电流,让静电电流泄放的更加充分,因此可以更好的保护内部器件。

附图说明

图1是现有的静电保护电路原理图;

图2是本发明的静电保护电路一实施例原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:

参见图2所示,在下面的实施例中,本发明所述的静电保护电路,包括:

一二极管保护电路,由第一二极管d1和第二二极管d2组成;一检测电路,由第一电阻r1和第一电容c1组成;一缓存电路,由第一反相器inv1和第二反相器inv2组成;一延时电路,由第三pmos管pm3和第三nmos管nm3组成;一泄放电路,由第三nmos晶体管nm2组成。

电阻r1和电容c1组成的检测电路,例如设计其rc延时时间为150ns左右,一般esd事件的发生时间都是几十ns级别的,当发生esd事件时,其检测电路可以正确的检测出,当芯片正常上电时,又不会误触发。

当芯片正常上电时候,检测电路的输出端为高电平,反相器inv2的输出端就是高电平,pm1管的漏极是低电平,此时nm3管是导通的,因此vc点电压也是低电平,泄放管nm2处于关闭状态。虽然va点的电压会通过pm3管传输到vc,但是也会很快泄放到地,vc点还是维持在低电平上。

当发生esd事件时候,检测电路的输出端为低电平,反相器inv1的输出端就是高电平,那么反相器inv2的输出端vb点就是低电平,pm1管是导通的,vdd电压就通过nm3管传输到vc点,nm2管开始泄放电流。

当发生esd事件时候,检测电路的输出端vd为低电平,此时pm3导通,将va点的电压传输到vc点,nm2同样可以泄放电流,由于vd点的电压存在一定时间的延时才会从零电平变为高电平,那么pm3管就有更多的时间处于导通导通状态。由于vd点的电压经过两级反相器,到了一定的电压阈值,反相器输出才会翻转,而pm3管的导通直接由栅极电压vd控制,处于相对低电压的时间更长,因此使得pm1管处于导通的时间没有pm3管导通的时间长,也就是pm3管的存在使得nm2管有更加充分的时间来泄放电流。

采用smic0.13um工艺进行模拟仿真,在同等条件下,假设瞬间的esd电压为20v,背景技术的电路,nm2管的泄放时间为230ns,而本发明的电路中,泄放管的泄放时间为850ns,从仿真对比结果来看,本发明具有更长的泄放静电电流的时间。

虽然本发明利用具体的实施例进行说明,但是对实施例的说明并不限制本发明的范围。本领域内的熟练技术人员通过参考本发明的说明,在不背离本发明的精神和范围的情况下,容易进行各种修改或者可以对实施例进行组合。

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