一种ESD保护电路及电子装置的制作方法

本实用新型涉及静电防护技术领域，更为具体的说，涉及一种ESD保护电路及电子装置。

背景技术：

ESD(Electro-Static discharge，静电放电)电路是半导体集成电路中极为重要的部分。其主要负责保护芯片内部的器件不受ESD的损伤。随着应用场景的逐步复杂以及人们对ESD性能要求也不断提高，例如在需要进行高压短路保护的高压、高速模拟开关应用场景下，以带有过压保护的USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)开关为例，其一方面允许外部端口直接短路到高压，例如20V，另一方面，其传输USB高速数据要求整个引脚上的寄生电容小于4pF。而现有一些高压ESD保护电路的方案，其被保护端口到电源的接地端之间存在着较大的寄生电容，这会影响到高速端口的信号完整性，无法满足高速信号传输的应用场景。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种ESD保护电路及电子装置，由于双向导通模块的寄生电容小于高压二极管形成的寄生电容，及双向导通模块的寄生电容与高压二极管形成的寄生电容为串联关系，因此ESD保护电路总的寄生电容较小，以提高ESD保护电路的带宽；同时由于耐高压的高压二极管存在，使得ESD保护电路的耐高压性能优异。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种ESD保护电路，连接于供电电源与被保护电路之间，所述ESD保护电路包括：

高压二极管和双向导通模块，所述双向导通模块包括第一正向低压二极管和第一反向低压二极管；

所述第一正向低压二极管的阳极与所述第一反向低压二极管的阴极均连接至所述供电电源的供电端，所述第一正向低压二极管的阴极与所述第一反向低压二极管的阳极均连接至所述高压二极管的阴极，所述高压二极管的阳极连接至所述供电电源的接地端；

其中，所述第一正向低压二极管和所述第一反向低压二极管的反向击穿电压均小于所述高压二极管的反向击穿电压，且所述双向导通模块的寄生电容小于所述高压二极管形成的寄生电容。

可选的，所述第一正向低压二极管和所述第一反向低压二极管的相连结构包括：

衬底；

位于所述衬底上的N型埋层；

位于所述N型埋层上的第一P型注入层和第二P型注入层；

位于所述第一P型注入层上的第一N阱和位于所述第二P型注入层上的第二N阱；

以及，位于所述第一N阱上的第一P+注入层和位于所述第二N阱上的第二P+注入层；

其中，所述第一P+注入层与所述第二N阱相连且连接至所述供电端，所述第一N阱、所述第一P型注入层、所述第二P+注入层、所述第二P型注入层与所述N型埋层相连且连接至所述高压二极管的阴极。

可选的，所述第一正向低压二极管和所述第一反向低压二极管相同。

可选的，所述双向导通模块还包括：

第二正向低压二极管至第N正向低压二极管，N为不小于2的整数，所述第二正向低压二极管至所述第N正向低压二极管的反向击穿电压均小于所述高压二极管的反向击穿电压；

所述第二正向低压二极管至所述第N正向低压二极管中每一正向低压二极管，均与所述第一正向低压二极管同向串联于所述供电端和所述高压二极管的阴极之间。

可选的，所述双向导通模块还包括：

第二正向低压二极管至第N正向低压二极管，N为不小于2的整数，所述第二正向低压二极管至所述第N正向低压二极管的反向击穿电压均小于所述高压二极管的反向击穿电压；

所述第二正向低压二极管至所述第N正向低压二极管中每一正向低压二极管，均与所述第一正向低压二极管同向并联于所述供电端和所述高压二极管的阴极之间。

可选的，所述第二正向低压二极管至所述第N正向低压二极管中每一正向低压二极管，均与所述第一正向低压二极管相同。

可选的，所述双向导通模块还包括：

第二反向低压二极管至第M反向低压二极管，M为不小于2的整数，所述第二反向低压二极管至所述第M反向低压二极管的反向击穿电压均小于所述高压二极管的反向击穿电压；

所述第二反向低压二极管至所述第M反向低压二极管中每一反向低压二极管，均所述第一反向低压二极管同向串联于所述供电端和所述高压二极管的阴极之间。

可选的，所述双向导通模块还包括：

第二反向低压二极管至第M反向低压二极管，M为不小于2的整数，所述第二反向低压二极管至所述第M反向低压二极管的反向击穿电压均小于所述高压二极管的反向击穿电压；

所述第二反向低压二极管至所述第M反向低压二极管中每一反向低压二极管，均与所述第一反向低压二极管同向并联于所述供电端和所述高压二极管的阴极之间。

可选的，所述第二反向低压二极管至所述第M反向低压二极管中每一反向低压二极管，均与所述第一反向低压二极管相同。

相应的，本实用新型还提供了一种电子装置，所述电子装置包括上述的 ESD保护电路。

相较于现有技术，本实用新型提供的技术方案至少具有以下优点：

本实用新型提供了一种ESD保护电路及电子装置，连接于供电电源与被保护电路之间，所述ESD保护电路包括：高压二极管和双向导通模块，所述双向导通模块包括第一正向低压二极管和第一反向低压二极管；所述第一正向低压二极管的阳极与所述第一反向低压二极管的阴极均连接至所述供电电源的供电端，所述第一正向低压二极管的阴极与所述第一反向低压二极管的阳极均连接至所述高压二极管的阴极，所述高压二极管的阳极连接至所述供电电源的接地端；其中，所述第一正向低压二极管和所述第一反向低压二极管的反向击穿电压均小于所述高压二极管的反向击穿电压，且所述双向导通模块的寄生电容小于所述高压二极管形成的寄生电容。

由上述内容可知，本实用新型提供的技术方案，在供电电源的供电端至接地端之间具有正向静电时，正向静电的电流经由第一正向低压二极管和高压二极管流向接地端；及在供电电源的供电端至接地端之间具有负向静电时，负向静电的电流经由高压二极管流和第二反向低压二极管流向供电端；由于双向导通模块的寄生电容小于高压二极管形成的寄生电容，及双向导通模块的寄生电容与高压二极管形成的寄生电容为串联关系，因此ESD保护电路总的寄生电容较小，以提高ESD保护电路的带宽；同时由于耐高压的高压二极管存在，使得ESD保护电路的耐高压性能优异。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种ESD保护电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种第一正向低压二极管和第一反向低压二极管的连接结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种ESD保护电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

正如背景技术所述，随着应用场景的逐步复杂以及人们对ESD性能要求也不断提高，例如在需要进行高压短路保护的高压、高速模拟开关应用场景下，以带有过压保护的USB开关为例，其一方面允许外部端口直接短路到高压，例如20V，另一方面，其传输USB高速数据要求整个引脚上的寄生电容小于4pF。而现有一些高压ESD保护电路的方案，其被保护端口到电源的接地端之间存在着较大的寄生电容，这会影响到高速端口的信号完整性，无法满足高速信号传输的应用场景。

基于此，本申请实施例提供了一种ESD保护电路及电子装置，由于双向导通模块的寄生电容小于高压二极管形成的寄生电容，及双向导通模块的寄生电容与高压二极管形成的寄生电容为串联关系，因此ESD保护电路总的寄生电容较小，以提高ESD保护电路的带宽；同时由于耐高压的高压二极管存在，使得ESD保护电路的耐高压性能优异。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图3对本申请实施例提供的技术方案进行详细说明。

参考图1所示，为本申请实施例提供的一种ESD保护电路的结构示意图，连接于供电电源与被保护电路300之间，所述ESD保护电路包括：

高压二极管210和双向导通模块220，所述双向导通模块220包括第一正向低压二极管2211和第一反向低压二极管2221；

所述第一正向低压二极管2211的阳极与所述第一反向低压二极管2221 的阴极均连接至所述供电电源的供电端Pin，所述第一正向低压二极管2211 的阴极与所述第一反向低压二极管2221的阳极均连接至所述高压二极管210 的阴极，所述高压二极管210的阳极连接至所述供电电源的接地端Gnd；

其中，所述第一正向低压二极管2211和所述第一反向低压二极管2221 的反向击穿电压均小于所述高压二极管210的反向击穿电压，且所述双向导通模块220的寄生电容C2小于所述高压二极管210形成的寄生电容C1。

在本申请一实施例中，本申请提供的所述第一正向低压二极管和所述第一反向低压二极管相同，即本申请实施例提供的第一正向低压二极管和第一反向低压二极管的反向击穿电压、导通压降、寄生电容等参数可以相同。此外，在本申请其他实施例中，第一正向低压二极管和第一反向低压二极管还可以不相同，对此本申请不做具体限制。

由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，在供电电源的供电端至接地端之间具有正向静电时，正向静电的电流经由第一正向低压二极管和高压二极管流向接地端；及在供电电源的供电端至接地端之间具有负向静电时，负向静电的电流经由高压二极管流和第二反向低压二极管流向供电端；由于双向导通模块的寄生电容小于高压二极管形成的寄生电容，及双向导通模块的寄生电容与高压二极管形成的寄生电容为串联关系，因此ESD保护电路总的寄生电容较小，以提高ESD保护电路的带宽；同时由于耐高压的高压二极管存在，使得ESD保护电路的耐高压性能优异。

结合图1所示，双向导通模块220的寄生电容C2与高压二极管210形成的寄生电容C1为串联的关系，故而，ESD保护电路的总寄生电容C为：

C＝C1*C2/(C1+C2)

对双向导通模块220和高压二极管210进行优化，以优化寄生电容C2和寄生电容C1的值，进而得到ESD保护电路的总寄生电容C能够近似为双向导通模块220的寄生电容C2，因此ESD保护电路总的寄生电容较小，以提高 ESD保护电路的带宽。

参考图2所示，为本申请实施例提供的一种第一正向低压二极管和第一反向低压二极管的连接结构示意图，其中，本申请实施例提供的所述第一正向低压二极管和所述第一反向低压二极管的相连结构包括：

衬底10；

位于所述衬底10上的N型埋层20；

位于所述N型埋层20上的第一P型注入层31和第二P型注入层32；

位于所述第一P型注入层31上的第一N阱41和位于所述第二P型注入层32上的第二N阱42；

以及，位于所述第一N阱41上的第一P+注入层51和位于所述第二N阱 42上的第二P+注入层52；

其中，所述第一P+注入层51与所述第二N阱42相连且连接至所述供电端Pin，所述第一N阱41、所述第一P型注入层31、所述第二P+注入层52、所述第二P型注入层32与所述N型埋层20相连且连接至所述高压二极管210 的阴极。

其中，由于第一正向低压二极管第一反向低压二极管连接，供电电源的供电端对接地端传输正向电，由于低压二极管的负极此时为高压，那么其不能直接位于P型衬底上，需要添加一层P型注入再加一层N型埋层(N型埋层本质上为一个注入较深的N阱)。添加的P型注入层的电位和第一正向低压二极管的负极之间的电压不能太高，此处将其接在第一正向低压二极管的负极，因此注入的P型注入层就是高电平，而注入的P型注入层和N型埋层形成正向低压二极管，使得N型埋层也是高压(也就是NBL和衬底之间组成的二极管的反向击穿电压比D_HV反向击穿高得多，例如本申请实施例中N 型埋层到衬底之间的二极管的反向击穿电压大约为45V，而高压二极管的反向击穿大约25V)。

本申请实施例提供的双向导通模块还可以包括更多的低压二极管以适应不同应用场景。在本申请一实施例中，本申请提供双向导通模块还可以包括更多的正向低压二极管，其中，所述双向导通模块还可以包括：

第二正向低压二极管至第N正向低压二极管，N为不小于2的整数，所述第二正向低压二极管至所述第N正向低压二极管的反向击穿电压均小于所述高压二极管的反向击穿电压；

所述第二正向低压二极管至所述第N正向低压二极管中每一正向低压二极管，均与所述第一正向低压二极管同向串联于所述供电端和所述高压二极管的阴极之间。

或者，本申请实施例提供的所述双向导通模块还包括：

第二正向低压二极管至第N正向低压二极管，N为不小于2的整数，所述第二正向低压二极管至所述第N正向低压二极管的反向击穿电压均小于所述高压二极管的反向击穿电压；

所述第二正向低压二极管至所述第N正向低压二极管中每一正向低压二极管，均与所述第一正向低压二极管同向并联于所述供电端和所述高压二极管的阴极之间。

此外，本申请实施例提供的双向导通模块在包括第二正向低压二极管至第N正向低压二极管时，其部分正向低压二极管可以同向串联后与第一正向低压二极管同向串联，而另一部分则可以同向串联后与第一正向低压二极管同向并联，其中，本申请实施例所述的同向即为二极管的阳极和阴极连接方向相同。

优选的，本申请实施例提供的所述第二正向低压二极管至所述第N正向低压二极管中每一正向低压二极管，均与所述第一正向低压二极管相同，对此便于对双向导通模块进行设计。在本申请其他实施例中第二正向低压二极管至第N正向低压二极管中每一正向低压二极管，还可以与第一正向低压二极管不同，对此本申请不做具体限制。

在本申请一实施例中，本申请实施例提供的所述双向导通模块还包括：

第二反向低压二极管至第M反向低压二极管，M为不小于2的整数，所述第二反向低压二极管至所述第M反向低压二极管的反向击穿电压均小于所述高压二极管的反向击穿电压；

所述第二反向低压二极管至所述第M反向低压二极管中每一反向低压二极管，均所述第一反向低压二极管同向串联于所述供电端和所述高压二极管的阴极之间。

或者，本申请实施例提供的所述双向导通模块还可以包括：

第二反向低压二极管至第M反向低压二极管，M为不小于2的整数，所述第二反向低压二极管至所述第M反向低压二极管的反向击穿电压均小于所述高压二极管的反向击穿电压；

所述第二反向低压二极管至所述第M反向低压二极管中每一反向低压二极管，均与所述第一反向低压二极管同向并联于所述供电端和所述高压二极管的阴极之间。

此外，本申请实施例提供的双向导通模块在包括第二反向低压二极管至第N正向反压二极管时，其部分反向低压二极管可以同向串联后与第一反向低压二极管同向串联，而另一部分则可以同向串联后与第一反向低压二极管同向并联。

优选的，本申请实施例提供的所述第二反向低压二极管至所述第M反向低压二极管中每一反向低压二极管，均与所述第一反向低压二极管相同，对此便于对双向导通模块进行设计。在本申请其他实施例中第二反向低压二极管至第M反向低压二极管中每一反向低压二极管，还可以与第一反向低压二极管不同，对此本申请不做具体限制。

下面结合附图对本申请实施例提供的双向导通模块具有更多低压二极管时的结构进行描述。参考图3所示，为本申请实施例提供的另一种ESD保护电路的结构示意图，其中，双向导通模块220包括第二正向低压二极管2212 至第N正向低压二极管221n，及包括第二反向低压二极管2222至第M反向低压二极管222m，其中，第二正向低压二极管2212至第N正向低压二极管 221n中所有正向低压二极管均同向串联后，与第一正向低压二极管2211同向串联，以及，第二反向低压二极管2222至第M反向低压二极管222m中所有反向低压二极管均同向串联后，与第一反向低压二极管2221同向串联。

在本申请一实施例中，本申请提供的所有正向低压二极管均相同，及所有反向低压二极管均相同，且正向低压二极管和反向低压二极管均相同。此外，本申请实施例提供的N和M可以相同。

在本申请一实施例中，本申请提供的ESD保护电路还可以包括更多的高压二极管，所有高压二极管中任意两个可以相同或不同，且所有高压二极管的均同向连接与双向导通模块与接地端之间。其中，本申请实施例对于多个高压二极管的串联和并联连接关系不做具体限制。

相应的，本申请实施例还提供了一种电子装置，所述电子装置包括上述任意一实施例提供的ESD保护电路。

本申请实施例提供了一种ESD保护电路及电子装置，连接于供电电源与被保护电路之间，所述ESD保护电路包括：高压二极管和双向导通模块，所述双向导通模块包括第一正向低压二极管和第一反向低压二极管；所述第一正向低压二极管的阳极与所述第一反向低压二极管的阴极均连接至所述供电电源的供电端，所述第一正向低压二极管的阴极与所述第一反向低压二极管的阳极均连接至所述高压二极管的阴极，所述高压二极管的阳极连接至所述供电电源的接地端；其中，所述第一正向低压二极管和所述第一反向低压二极管的反向击穿电压均小于所述高压二极管的反向击穿电压，且所述双向导通模块的寄生电容小于所述高压二极管形成的寄生电容。

由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，在供电电源的供电端至接地端之间具有正向静电时，正向静电的电流经由第一正向低压二极管和高压二极管流向接地端；及在供电电源的供电端至接地端之间具有负向静电时，负向静电的电流经由高压二极管流和第二反向低压二极管流向供电端；由于双向导通模块的寄生电容小于高压二极管形成的寄生电容，及双向导通模块的寄生电容与高压二极管形成的寄生电容为串联关系，因此ESD保护电路总的寄生电容较小，以提高ESD保护电路的带宽；同时由于耐高压的高压二极管存在，使得ESD保护电路的耐高压性能优异。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。