专利名称：用于无线电通信输入电路的正和负电压箝位电路的制作方法
技术领域：
本发明一般来说涉及半导体设备中无线电通信输入电路。具体来说，本发明涉及在存在强射频场的情况下可能进行对输入电压的箝位，以防止损伤和输入电路相连的电子电路。
背景技术：
无线电通信输入电路有两个期望的特性。第一，需要高阻抗输入，以使在输入电路中不消耗功率。第二，要求有低阻抗过压箝位，从而可以保护输入电路下游方向的电子电路不受存在强射频场的情况下的高压的影响。
本领域的当前状态描述的电压箝位是由齐纳二极管实现的。虽然对齐纳二极管待很多限制，主要关心的是控制按照单个的单片集成电路实现的射频输入电路的制造参数，齐纳二极管还有一个特征就是难以实现对于正和负电压对称的箝位。
因此，需要提供对正和负电压对称箝位的电压箝位。
本发明的概述本发明的一个目的是提供一种电压箝位电路，用于在射频范围工作的无线电输入电路。
本发明的另一个目的是提供一种正和负电压都箝位的电压箝位电路。
本发明的另一个目的是提供一种对于正和负方向的输入电压对称箝位的电压箝位电路。
本发明的另一个目的是提供一种用于在单个的单片集成电路中实现的正和负电压的对称电压箝位电路。
按照本发明的一个实施例，用于输入电路的一个正和负电压箝位电路包括一个节点、一个和地电位相连的节点、一个MOS晶体管、一个二极管、和一个电容器，这个电容器连接到输入节点并且连接到晶体管的控制极。
按照本发明的另一个实施例，MOS晶体管是一个P沟道晶体管。
从以下对于结合
的本发明的优选实施例的更加具体的描述，本发明的上述目的和其它目的、特征、优点将是显而易见的。
附图的简要说明图1是本发明的电路图。
图2是输入电压相对于栅压在有和没有二极管的情况下并且针对正和负的电位的转移特性曲线。
图3是P沟道设备的输入电压对于电流导通的转移特性曲线。
优选实施例的详细描述现在参照图1，其中表示用于输入电路的一个正和负电压箝位电路100(以下称之为箝位电路)。箝位电路100包括输入节点10、和地电位相连的节点20(下面称之为Vss)、MOS晶体管30、二极管40、电容器50，电容器50连接到输入节点10和晶体管30的控制极(下面称之为栅极)。电容器50的数值范围在0.1微微法到10微微法。
在优选实施例中，MOS晶体管30是一个P沟道的晶体管，在一个可替换的实施例中，MOS晶体管是一个N沟道的晶体管，并且二极管40的阳极/阴极的取向要和图1所示的相反。
P沟道晶体管30的目的是通过发挥它的旁路开关的作用限制在相当强的射频场中正的和负的电压幅度，这个旁路开关可以导通电流并限制电压。使用电容器50的作用是把输入节点10的电压连接到P沟道晶体管30的栅极。二极管40的目的是通过具有一个正的电压幅度的P沟道器件来加速箝位。在优选实施例中，这个箝位电路的所有上述元件都是在单个的单片集成电路上制造出来的。
在理想的情况下，电容器50的值大约等于P沟道晶体管30的寄生电容。P沟道器件30的寄生电容包括MOS器件本身固有的很多不同的电容。然而，对于本发明来说，可以把这几个固有的电容合并起来，将它们看成是控制极和Vss之间的一个寄生电容。于是，可以将这个电路部分地看成是一个简单的电容分压器。如果这种情况成立，那么，栅极电压VG就可能是输入电压VIN的一半，并且可以实现对称箝位，这是因为对于在负和正的范围下工作的输入电压VIN来说，VGS的阈值电压可能是在相同的VIN(按绝对值计算)下发生的。
然而，实际上，寄生电容在正的和负的电压范围都是强烈地动态变动的。其结果是，寄生电容是不可预期的，因此当输入电压在正和负之间变化时，导致一个非线性的栅极电压。因此，在优选实施例中，要使电容器50的值明显大于P沟通器件30的寄生电容，使电容器50在电容分压器等分分压中占主导地位。这种情况的实施结果就是VG紧密地跟踪VIN。
下面，通过分析下述3种情况来说明箝位电路的工作过大的正电压幅度、过大的负电压幅度、非过大的正或负电压幅度。
对于过大的正电压幅度的情况，当在输入节点10的电压VIN增加时，P沟道器件30的栅极电压VG通过电容器50耦合到输入节点10。参照图2，由于和寄生电容相比电容器50是占主导地位的，因而所示的VG略微滞后VIN一点。因此，如果没有二极管，栅-源之间的电位差就会很慢增加。
二极管50将把栅极的正电位限制为VBE。当V1N继续升高时，一个VGS就加到了这个P沟道器件30上，所说的VGS等于VIN和VBE之差。当VGS等于P沟道器件30的阈值电压时，P沟道器件30将导通。
现在参照图2和3，P沟道器件30一旦导通就要流过电流，这个电流又将钳住输入节点10，防止正电压增加，这个正电压由VC1表示。如果这个二极管40不存在，就不能将栅极电位限制在VBE。相反，栅极电位可能会是如图2所示的VG。因此，如果没有二极管40，VIN可能要升高到较高的电位才能建立达到使P沟道器件30导通的阈值电压所需的栅-源电位差，如由VGG′S所示。这可能导致电路100的箝位电压较高，如图2中的VC2所示。然而，应该注意的是，带有二极管40的P沟道器件30的阈值电压是存在的，即，VGS等于在没有二极管情况下的阈值电压，即VGG′S。
对于过大负电压幅度的情况，当输入节点10的电压VIN变负时，P沟道器件30的栅极电压通过电容器50连接到输入节点10，将P沟道器件30的栅极电压拉向负。参照图2，在负方向，由于电容器50相对于P沟道器件30寄生电容占主导地位，所示的VG再次地滞后于VIN。然而，在这种情况下，应该注意的是，在P沟道器件30的栅极和Vss20之间产生VGS。现在参照图3，当VGS达到P沟道器件30的阈值电压时，器件30导通。一旦导通，电流就从Vss流到输入节点10，将在输入节点10的负电压箝位在VC3。
在最后的情况，对于非过大的正和负电压幅度，VGS不会达到P沟道器件30的阈值电压，因此不会导通。对于处在截止状态的P沟道器件，没有电流流过，VIN相对于电路的其余部分没有被箝位。由于非过大的电压幅度VIN没有箝位，达到了高阻抗要求，输入节点10不会从电路的其余部分吸取功率。
当电容器50明显大于寄生电容时，二极管的存在还对实现对称箝位起关键作用。二极管40的作用是按VBE而不是按VG′S建立一个参考点，，在正幅度的情况下，从二极管40施加VGS。其结果是，在和负阈值电压VGS情况实际上相同的绝对值VIN下达到正阈值VGS。于是，借助于二极管使正箝位电压VC1和负箝位电压VC3具有大致相同的幅度，但符号相反。
本发明的对正和负输入电压的对称箝位在射频频谱的宽变化范围内都是有效的。射频频谱的常规定义是从VLF(极低频)带的低端10千赫兹到EHE′(极高频带)的高端100千兆赫兹。本发明的应用从在低端大约50千赫兹到高端大约100兆赫。优选实施例要求在62.5千赫兹、125千赫兹工作，并且在10-15兆赫的频带内工作，优选的为13兆赫。
虽然是参照本发明的优选实施例具体表示和描述了本发明，但本领域的普通技术人员将会理解，在不偏离本发明的构思和范围的条件下还可以进行形式上的和细节方面的改变。
权利要求
1．一种用于射频输入电路的正和负电压箝位电路，包括一个输入节点；一个连接到输入节点的MOS晶体管；一个连接到MOS晶体管的地电位节点；一个连接到MOS晶体管的控制极并且另外连接到地电位节点的二极管；和一个连接到输入节点并且另外连接到MOS晶体管的控制极的电容器。
2．权利要求1的箝位电路，其特征在于MOS晶体管是一个P沟道晶体管。
3．权利要求1的箝位电路，其特征在于MOS晶体管是一个N沟道晶体管。
4．权利要求1的箝位电路，其特征在于箝位电路是在单个的单片集成电路上实施的。
5．权利要求1的箝位电路，其特征在于电容器的范围是0.1微微法到10微微法。
6．权利要求1的箝位电路，其特征在于箝位电路工作的频率范围是50千赫兹到100兆赫兹。
7．权利要求1的箝位电路，其特征在于箝位电路在约62.5千赫兹工作。
8．权利要求1的箝位电路，其特征在于箝位电路在约125千赫兹工作。
9．权利要求1的箝位电路，其特征在于箝位电路工作的频率范围在10兆赫兹到15兆赫兹。
10．权利要求1的箝位电路，其特征在于箝位电路在约13兆赫兹工作。
11．权利要求1的箝位电路，其特征在于箝位电路具有响应于过大的正输入电压提供一个箝位电压的功能。
12．权利要求11的箝位电路，其特征在于输入电压通过电容器连接到MOS晶体管的控制极。
13．权利要求12的箝住电路，其特征在于输入电压大于MOS晶体管的控制极的电压。
14．权利要求13的箝位电路，其特征在于MOS晶体管控制极的电压近似等于二极管的阈值电压。
15．权利要求14的箝位电路，其特征在于输入电压和控制极的电压之间的差大于MOS晶体管的阈值电压。
16．权利要求11的箝位电路，其特征在于箝位电路具有响应于过大的负输入电压提供一个第二箝位电压的功能。
17．权利要求16的箝位电路，其特征在于输入电压通过电容器连接到MOS晶体管的控制极。
18．权利要求17的箝位电路，其特征在于输入电压小于MOS晶体管控制极的电压。
19．权利要求18的箝位电路，其特征在于MOS晶体管的控制极的电压小于地电位。
20．权利要求19的箝位电路，其特征在于地电位和控制极电压之间的差大于MOS晶体管的阈值电压。
21．权利要求16的箝位电路，其特征在于响应于过大正输入电压的第一箝位电压相对于响应于过大的负输入电压的第二箝位电压是对称的。
22．权利要求16的箝位电路，其特征在于第一箝位电压的绝对值近似等于第二箝位电压的绝对值。
23．权利要求1的箝位电路，其特征在于箝位电路具有响应于非过大的正输入电压不提供箝位电压的功能。
24．权利要求1的箝位电路，其特征在于箝位电路具有响应于非过大的负输入电压不提供箝位电压的功能。
全文摘要
一种改进的电压箝位电路,结合射频频带的无线电通信输入电路工作。这个箝位电路可为过大的正和负输入电压幅度提供对称的箝位。这个箝位电路当在非过大的正和负输入电压范围中工作时不抽取电流。箝位电路包括:输入节点、电容器、MOS晶体管、二极管、和一个地电位节点。
文档编号H01L27/02GK1287703SQ99801892
公开日2001年3月14日 申请日期1999年10月20日 优先权日1998年10月29日
发明者萨姆·E·亚历山大 申请人:密克罗奇普技术公司