一种比较器抗静电电路及其工作方法与流程

本发明属于集成电路设计技术领域，具体涉及一种比较器抗静电电路及其工作方法。

背景技术：

近年来，随着集成电路的小型化和工艺的不断革新，比较器类芯片有了突飞猛进的发展，然而，比较器的抗静电保护电路结构单一且发展缓慢，无法保证在芯片管脚暴露在外界环境中受到一定的静电损坏后芯片功能性能参数不受影响。因此，设计一种可以大幅度提高比较器端口的抗静电能力的静电保护网络至关重要。

图1为业内现有通用技术中典型的芯片任意两个输入/输出端口与正负电源之间的抗静电电路结构。该电路由二极管d1、d2和d3、d4组成，其中d1和d3管的负端与正电源电压avdd相连，d2和d4管的正端与负电源电压navdd相连，d1管的正端和d2管的负端相接于外部pad1，d3管的正端和d4管的负端相接于外部pad2。

但是，如图1所示的抗静电电路存在如下缺点：当电路中任意两端口之间出现静电破坏时，pad1端口的抗静电结构和pad2端口的抗静电结构会形成如图2所示的pnpn四层结构，当外界静电发生时若该结构未完全开启，则电路内部n型输入管会吸收大量的静电能量，导致比较器电路自身承受极大的泄放电流，输入对管be结遭受损坏，无法正常工作甚至功能失效。此外，对于比较器而言输入差模范围有一定要求，因此普通抗静电结构很难直接应用于以npn作为输入对管的比较器电路中。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种比较器抗静电电路及其工作方法，可以避免比较器自身受到静电损坏，且不改变电路输入端口特性的抗静电结构，解决由于外界强静电施加于比较器之上，输入对管发生损坏导致电路功能失效的现象。

本发明采用以下技术方案：

一种比较器抗静电电路，包括双极晶体管q1、双极晶体管q2、电阻r1、电阻r2和尾电流源ip，所述尾电流源ip与接地agnd连接，所述双极晶体管q1的b端与比较器正向端输入信号inp连接，所述双极晶体管q2的b端与比较器反向端输入信号inn连接，所述双极晶体管q1的c端和e端分别经过抗静电保护电路、电阻r1与电源电压avdd和尾电流源ip连接，双极晶体管q2的c端和e端分别经过抗静电保护电路、电阻r2与电源电压avdd和尾电流源ip连接，所述尾电流源ip的另一端连接接地agnd。

进一步的，抗静电保护电路具体为：双极晶体管q1和双极晶体管q2的c端分别与电阻r1和电阻r2的一端相连，电阻r1和电阻r2的另一端与正电源电压avdd连接，双极晶体管q1和双极晶体管q2的e端分别与双极晶体管q3和双极晶体管q4的e端相连，双极晶体管q3和双极晶体管q4的b端和e端分别短接并经过所述尾电流源ip与接地agnd连接，输入信号inp分别与二极管d1的正向端、二极管d2的反向端以及双极晶体管q1的b端连接；输入信号inn分别和二极管d3的正向端、二极管d4的反向端以及双极晶体管q2的b端连接，二极管d1和二极管d3的反向端与正电源电压avdd相连，二极管d2和二极管d4的正向端接地。

进一步的，双极晶体管q1和双极晶体管q2为npn型。

进一步的，双极晶体管q3和双极晶体管q4为pnp型。

一种比较器抗静电电路的工作方法，抗静电保护电路中的双极晶体管q3和双极晶体管q4作为输入对双极晶体管q1和双极晶体管q2的静电保护二极管；当比较器正向端输入信号inp为高电位，其余端口为低电位时，二极管d1与正电源avdd构成静电泄放通道，静电能量通过二极管d1的正向导通作用泄放；二极管d2与接地agnd构成静电泄放通道，静电能量通过二极管d2的齐纳击穿作用泄放。

一种比较器抗静电电路的工作方法，抗静电保护电路中的双极晶体管q3和双极晶体管q4作为输入对双极晶体管q1和双极晶体管q2的静电保护二极管；当比较器反向端输入信号inn为高电位，其余端口为低电位时，二极管d3与正电源avdd构成静电泄放通道，静电能量可通过二极管d3的正向导通作用泄放；二极管d4与接地agnd构成静电泄放通道，静电能量通过二极管d4的齐纳击穿作用泄放。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明比较器抗静电电路由比较器输入级通用结构和抗静电保护电路组成，双极晶体管q1和双极晶体管q2经过抗静电保护电路分别与电源电压avdd、尾电流源ip、比较器正向端输入信号inp和比较器反向端输入信号inn连接，对于以npn型晶体管作为输入对管的比较器电路，避免比较器内部电路承受大电流而导致的静电损伤，在现有业界通用抗静电结构电路的基础上增加了输入端口间的抗静电保护功能，提高了比较器电路的整体抗静电能力。

进一步的，抗静电保护结构电路由二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4以及双极晶体管q3和双极晶体管q4组成，静电保护结构在版图实现方面非常简单，所占面积很小，成本低。

进一步的，当inp和inn两端存在高静电能量时，由于双极工艺中较低的be结反向击穿电压导致结特性遭受静电损坏，影响输入管的器件特性，输入端电参数(如输入失调电压、输入失调电流和输入偏置电流等)发生漂移，严重时导致电路失效，然而，pnp型双极晶体管q3和双极晶体管q4的存在，利用了双极工艺中bc结反向击穿电压非常高的结特性，将双极晶体管q1和双极晶体管q2保护起来，促使静电能量从外加的二极管网络流过，而非经过比较器内部电路，保障了比较器的抗静电性能。

本发明还公开了一种比较器抗静电电路的工作方法，当输入信号inp(inn)为高电位，其余端口为低电位时，与正电源avdd间的静电泄放通道由二极管d1(二极管d3)构成，静电能量可通过该二极管的正向导通作用泄放；与地agnd间的静电泄放通道由二极管d2(二极管d4)构成，静电能量可通过该二极管的齐纳击穿作用泄放，由于存在双极晶体管q3和双极晶体管q4所特有的极高的bc结反向击穿电压的阻挡，与输入信号inn(inp)之间的静电泄放能量不会经过比较器的输入对双极晶体管q1和双极晶体管q2，而会通过外接二极管d1和二极管d3或者是二极管d2和二极管d4释放。

综上所述，本发明适用于大多数以npn型晶体管作为输入对管的比较器电路，灵活性和通用性很强。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有通用抗静电结构电路的电路图；

图2为现有通用抗静电结构电路的两端口等效电路图；

图3为本发明的一种提高比较器抗静电能力的通用电路的电路图。

具体实施方式

请参阅图3，现有常见的以npn管作为输入级的比较器电路由图3中的npn型双极晶体管q1和q2、负载电阻r1和r2、尾电流源ip组成，inp是比较器的正端输入信号，inn是比较器的负端输入信号，avdd是电源电压，agnd接地。本发明提供了一种比较器抗静电电路，由比较器输入级通用结构和抗静电保护电路组成，在现有业界通用抗静电结构电路的基础上增加了输入端口间的抗静电保护功能，提高了比较器电路的整体抗静电能力。

本发明一种比较器抗静电电路，包括双极晶体管q1、双极晶体管q2、电阻r1、电阻r2、尾电流源ip以及双极晶体管q3、双极晶体管q4、二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4，inp和inn分别是比较器的正向端和反向端输入信号，avdd是电源电压，agnd接地。

其中，双极晶体管q1和双极晶体管q2为npn型，双极晶体管q3和双极晶体管q4为pnp型。

抗静电保护结构电路由二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4以及双极晶体管q3和双极晶体管q4组成。

抗静电保护结构电路的连接关系如下：

输入信号inp和inn分别通过双极晶体管q1和双极晶体管q2的b端进入比较器，双极晶体管q1和双极晶体管q2的c端分别与电阻r1和电阻r2的一端相连，电阻r1和电阻r2的另一端与正电源电压avdd连接，双极晶体管q1和双极晶体管q2的e端分别与双极晶体管q3和双极晶体管q4的e端相连，双极晶体管q3和双极晶体管q4的b端和e端分别短接并与尾电流源ip的一端相连，尾电流源ip的另一端与接地agnd连接，输入信号inp分别与二极管d1的正向端、二极管d2的反向端以及双极晶体管q1的b端连接；输入信号inn分别和二极管d3的正向端、二极管d4的反向端以及双极晶体管q2的b端连接，二极管d1和二极管d3的反向端与正电源电压avdd相连，二极管d2和二极管d4的正向端接地。

若无双极晶体管q3和双极晶体管q4，当inp和inn两端存在高静电能量时，由于双极工艺中较低的be结反向击穿电压导致结特性遭受静电损坏，影响输入管的器件特性，输入端电参数(如输入失调电压、输入失调电流和输入偏置电流等)发生漂移，严重时导致电路失效。然而，pnp型双极晶体管q3和双极晶体管q4的存在，利用了双极工艺中bc结反向击穿电压非常高的结特性，将双极晶体管q1和双极晶体管q2保护起来，促使静电能量从外加的二极管网络流过(二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4)，而非经过比较器内部电路，保障了比较器的抗静电性能。

比较器抗静电电路的工作方法如下：

双极晶体管q3和双极晶体管q4作为输入对双极晶体管q1和双极晶体管q2的静电保护二极管。

当输入信号inp(inn)为高电位，其余端口为低电位时，与正电源avdd间的静电泄放通道由二极管d1(二极管d3)构成，静电能量可通过该二极管的正向导通作用泄放；与地agnd间的静电泄放通道由二极管d2(二极管d4)构成，静电能量可通过该二极管的齐纳击穿作用泄放；

由于存在双极晶体管q3和双极晶体管q4所特有的极高的bc结反向击穿电压的阻挡，与输入信号inn(inp)之间的静电泄放能量不会经过比较器的输入对双极晶体管q1和双极晶体管q2，而会通过外接二极管d1和二极管d3或者是二极管d2和二极管d4释放。

本发明对于以npn型晶体管作为输入对管的比较器而言，具有较高的应用价值，使其在受到静电损坏时可以有效避免比较器内部电路承受大电流而导致器件发生静电损伤。

此外，本发明的静电保护结构在版图实现方面非常简单，所占面积很小，成本低。且本发明的思想适用于大多数以npn型晶体管作为输入对管的比较器电路，灵活性和通用性很强。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。