用于改进的瞬变免疫性的集成电路和方法
【专利摘要】触发电路检测集成电路上的瞬变电压增加。所述触发电路控制箝位器件的导电状态以限制所述瞬变电压增加。所述触发电路包括有电容值的公共电容元件，其中第一时间值和第二时间值取决于所述公共电容元件的所述电容值，所述第一时间值适用于所述集成电路的未上电状态以及所述第二时间值适用于所述集成电路的上电状态。所述第一时间值和所述第二时间值控制触发电路参数，所述触发电路参数可包括检测范围，瞬变电压增加的速率在所述检测范围内导致所述触发电路变为激活，或“开启”时间，其中对箝位器件的导电状态的控制的激活持续时间取决于该“开启”时间。
【专利说明】用于改进的瞬变免疫性的集成电路和方法
[0001]交叉引用相关申请
[0002]本申请涉及共同未决的美国专利申请号12/772，769，在2010年5月3日提交(代理人案号AC50291HC)，标题为“集成电路的过压保护电路”，以上资料内容全部包括在本申请内。
【技术领域】
[0003]本发明通常涉及集成电路(IC)，更具体地说，涉及集成电路的瞬变免疫性。
[0004]设计电子电路以在有限电压范围进行操作。暴露于超出这些有限电压范围的电压可以损坏或破坏这些电路。这个问题对于集成电路尤其值得注意，其中该集成电路往往有很多外部端子被连接到在非常小的规模上制作的电路。
[0005]虽然存在集成电路的瞬变电压抑制电路，它们往往在未上电瞬变情况下(B卩，这些瞬变事件在集成电路尚未上电以正常运行时发生)和上电瞬变情况下(即，这些瞬变事件发在电源被应用于集成电路以正常运行时发生)都不能正常运作。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]参照附图，可更好地理解本发明，并且其多个特征和优点对于本领域所属技术人员来说会更明显。
[0007]图1是根据至少一个实施例，说明了瞬变抑制系统的方框图，该瞬变抑制系统包括带有使用公共电抗元件的可变定时块提供多个时间值的触发电路。
[0008]图2是根据至少一个实施例，说明了带有可调电阻元件和公共电容元件以提供多个时间值的触发电路的简化示意图。
[0009]图3是根据至少一个实施例，说明了触发电路的互补金属氧化物半导体(CMOS)实现的示意图。
[0010]图4是根据至少一个实施例，说明了瞬变抑制系统的方框图，该瞬变抑制系统包括带有用于提供多个时间值的线性时不变(LTI)块的触发电路。
[0011]图5是根据至少一个实施例，说明了一种检测瞬变电压增加和控制箝位器件的导电状态的方法的流程图。
[0012]图6是根据至少一个实施例，说明了一种检测瞬变电压增加和控制箝位器件的导电状态的方法的流程图。
[0013]不同附图中使用的相同参考符号表示相似或相同物件。
【具体实施方式】
[0014]提供了用于改进的瞬变免疫性的触发电路(TC)。触发电路在其被制造在其上的集成电路上检测瞬变电压增加。触发电路控制集成电路上箝位器件的导电状态以限制瞬变电压增加。触发电路包括具有电容值的公共电容元件，其中第一时间值和第二时间值取决于公共电容兀件的电容值，第一时间值适用于集成电路的未上电状态以及第二时间值适用于集成电路的上电状态。第一时间值和第二时间值控制触发电路参数，触发电路参数可包括检测范围，瞬变电压增加的速率在该检测范围内导致触发电路变为激活，或“开启”时间，其中控制箝位器件的导电状态的激活持续时间取决于该“开启”时间。
[0015]图1是根据至少一个实施例，说明了瞬变抑制系统的方框图，该瞬变抑制系统包括带有使用公共电抗元件的可变定时块以提供多个时间值的触发电路。瞬变抑制系统101包括静电放电(ESD)上电复位(POR)模块102、触发电路模块103以及输入输出(IO)模块104。瞬变抑制系统101还包括多个电压轨和信号总线以及一个瞬变抑制总线。例如，瞬变抑制系统101包括正电压轨VDDl 18和负电压轨VSS120、ESD电压轨ESD_B00ST116、信号总线P0R119和ESD_TRIGGER117以及瞬变抑制总线ESD_BUS115。正电压轨VDDl 18和负电压轨VSS120给系统组件提供了电源，系统组件在这种系统组件的通常操作中受到该瞬变抑制系统101的保护，其中负电压轨VSS120通常被认为是其它电压相对参考的接地参考电位。ESD电压轨ESD_B00ST116被瞬变事件通电并且给瞬变抑制系统101元件提供电源以使其能够积极地操作以检测和控制瞬变事件。信号总线P0R119从POR模块102接收了 POR信号并且将该POR信号提供给触发电路模块103。信号总线ESD_TRIGGER117从触发电路模块103接收触发信号TRIG并且将该触发信号TRIG提供给IO模块104。瞬变抑制总线ESD_BUS115允许产生于瞬变事件抑制的大电流绕过通常电压轨，例如正电压轨VDD118，这就防止了正电压轨VDD118处有大偏差的正电源电压。
[0016]ESD POR模块102包括ESD POR电路块105。ESD POR电路块105的正电源极端子被连接到ESD电压轨ESD_B00ST116。ESDPOR电路块105的负电源极端子被连接到电压轨VSS120。ESD POR电路块105的POR输出被连接到信号总线P0R119。触发器电路模块103包括触发电路块106。触发电路块106包括可变定时电路块107，其包括用于提供多个时间值的公共电抗元件。触发电路块106的正电源极端子被连接到ESD电压轨ESD_B00ST116。触发电路块106的负电源极端子被连接到负电压轨VSS120。触发电路块106的POR输入端子被连接到信号总线P0R119。触发电路块106的触发输出被连接到信号总线ESD_TRIGGER117。
[0017]IO模块104包括IO焊盘108、二极管109、二极管110、二极管111、箝位器件112、正输出驱动器113和负输出驱动器114。IO焊盘108给集成电路的外部端子(例如，插脚、球、隆起物、接线片等等)提供了导电连接，其中瞬变抑制系统101在其上被制作。二极管109、110和111基于二极管109、110和111的电流-电压(IV)曲线提供了电流路径以保持节点或总线之间的电压关系。二极管在其之间被用于保持电压关系的这种节点或总线可能包括IO焊盘108、瞬变抑制总线ESD_BUS115、ESD电压轨ESD_B00ST116、正电压轨VDD118和负电压轨VSS120。例如，类似于IO模块104的二极管109、110和111被配置的附加二极管可被用在用于正电压轨VDD118的VDD焊盘单元中。因此，瞬变抑制总线ESD_BUS115被类似于IO焊盘单元模块104的二极管109的VDD焊盘单元二极管拉高到至少一个低于正电压轨的电压VDD118的二极管压降。因此，正电压轨的电压VDD118在确定瞬变抑制总线ESD_BUS115的电压中会起重大作用。如果IO在负电压轨VSS120和正电压轨VDDl 18之间(例如，在芯片正常操作期间)的范围内转换，瞬变抑制总线ESD_BUS115的电压不应该受到二极管，例如IO模块内的二极管109、110、111，或VDD焊盘单元内其相对物的存在的影响。同样，VDD焊盘单元内的类似于IO模块104的二极管110的二极管有助于在低于正电压轨VDD118的电压的二极管压降处预调整ESD电压轨ESD_B00ST116，并且，对于在负电压轨VSS120和正电压轨VDD118之间(例如，在芯片正常操作期间)的范围内的IO转换，ESD电压轨ESD_B00ST116的电压不应该受到二极管，例如IO模块104内的二极管109、110、111，或VDD焊盘单元内其相对物的存在的影响。当正电压过压事件施加于IO焊盘108时，二极管109在IO焊盘108和瞬变抑制总线ESD_BUS115之间传递电流。例如，当IO焊盘108处的电压上升到瞬变抑制总线ESD_BUS115的电压之上的大于一个二极管压降时，二极管109将导电。当正电压过压事件在IO焊盘108发生时，二极管110在IO焊盘108和ESD电压轨ESD_B00ST116之间传递电流。例如，当IO焊盘108处的电压上升到ESD电压轨SD_B00ST116的电压之上的大于一个二极管压降时，二极管110将导电。在IO焊盘108上有负电压过压事件的事件中，二极管111提供了从负电压轨VSS120到IO焊盘108的电流路径。例如，当IO焊盘108处的电压降到负电压轨VSS120的电压之下的大于一个二极管压降时，二极管111将导电。箝位器件112，可例如是N-沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)，有第一端子(例如，漏极端子)被连接到瞬变抑制总线ESD_BUS115，第二端子(例如，源极端子)被连接到负电压轨VSS120，控制端子(例如，栅极端子)被连接到信号总线ESD_TRIGGER117以及体端子被连接到负电压轨VSS120。正输出驱动器113，可例如是P-沟道M0SFET，有第一端子(例如，源极端子)被连接到正电压轨VDD118，第二端子(例如，漏极端子)被连接到IO焊盘108，控制端子(例如，栅极端子)被连接到输出驱动电路以用于导致正输出驱动器113将IO焊盘108驱动到高逻辑电平，以及体端子被连接到跟踪井控制电路。跟踪井控制电路保持正输出驱动器113的体端子处于正电压轨VDD118和IO焊盘108的较高电压处以避免使电流从IO焊盘108注入到正电压轨VDD118。负输出驱动器114，可例如是N-沟道M0SFET，有第一端子(例如，漏极端子)被连接到IO焊盘108，第二端子(例如，源极端子)被连接到负电压轨VSS120，控制端子(例如，栅极端子)被连接到输出驱动电路以用于导致负输出驱动器114将IO焊盘108驱动到低逻辑电平，以及体端子被连接到负电压轨VSS120。
[0018]作为例子，图1的瞬变抑制系统101可被应用于焊盘环情景，例如多个IO焊盘108可以共享触发电路的情景。例如，触发电路模块103可被放置为IO模块104与TC模块103成一定比例(例如，8:1)。此外，包括了多个IO模块104的IO段可由单一 ESD POR模块102服务。单一 ESD POR模块102可耦合于多个触发电路模块103，其可通过信号总线ESD_TRIGGER117给IO段的多个IO模块104提供触发信号TRIG。因此，ESD POR模块102、触发电路模块103以及IO模块104可以1: l:n比例实现，其中η大于I。或者，ESD POR模块102、触发103电路模块以及IO模块104可以1:1:1比例、1:χ:χ比例实现，其中χ大于
I,或l:x:y比例,其中χ大于I且y大于X。
[0019]图2是根据至少一个实施例，说明带有可调电阻元件和公共电容元件以提供多个时间值的触发电路的简化示意图。触发电路块106包括控制块201、可变定时电路块107、第一驱动块202、第二驱动块203。控制块201包括控制电路204块。电压轨，例如ESD电压轨ESD_B00ST116，被连接到ESD POR电路块105。ESD POR电路块105通过信号总线P0R119给触发电路块106的控制块201的控制电路块204提供了 POR信号。控制电路块204给控制开关210提供被连接到开关210的控制端子的第一开关控制输出215，给控制开关211提供被连接到开关211的控制端子的第二开关控制输出216，以及给控制开关212提供被连接到开关212的控制端子的第三开关控制输出217。控制电路块204从第二驱动块203接收触发信号TRIG。控制电路块204响应于POR信号的状态和触发信号TRIG的状态，断言(assert)第一开关控制输出215、第二开关控制输出216以及第三开关控制输出217分别控制开关210、211和212。
[0020]可变定时电路块107包括公共电容元件205、电阻元件206、电阻元件207、电阻元件208、电阻元件209、开关210、开关211和开关212。公共电容元件205可例如被实现为金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)、变容二极管、金属-绝缘体-金属(MM)电容、或提供合适电容值的任何其它合适元件。电阻元件206、207、208和209可例如被实现为电阻器、被配置以提供所需“开启”电阻的M0SFET、被配置以提供相应于所需电阻的电流流动的双极型晶体管、或提供合适电容值的任何其它合适元件。电压轨，例如ESD电压轨ESD_B00ST116，被连接到公共电容元件205的第一端子。公共电容元件205的第二端子被连接到节点218，该节点被连接到电阻元件206的第一端子和第一驱动块202的反相器213的输入。电阻元件206的第二端子被连接到节点219，该节点被连接到电阻元件207的第一端子和开关210的第一端子。电阻元件207的第二端子被连接到节点220，该节点被连接到开关210的第二端子、电阻元件208的第一端子以及开关212的第一端子。电阻元件208的第二端子被连接到电阻元件209的第一端子和开关211的第一端子。电阻元件209的第二端子被连接到负电压轨VSS120。开关211的第二端子被连接到负电压轨VSS120。开关212的第二端子被连接到负电压轨VSS120。
[0021]下面的表I中显示了 POR信号、触发信号TRIG、开关210、开关211和开关212的相应状态以及电阻元件206、电阻元件207、电阻元件208和电阻元件209的相应串联组合
的真值表:
[0022]
【权利要求】
1.一种方法，包括: 检测集成电路上的瞬变电压增加；以及 控制箝位器件的导电状态以限制瞬变电压增加，其中所述检测和所述控制中的至少一个取决于第一时间值和第二时间值，所述第一时间值适用于所述集成电路的未上电状态以及所述第二时间值适用于所述集成电路的上电状态，其中所述第一时间值和第二时间值取决于公共电容元件的电容值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测取决于所述第一时间值和所述第二时间值并且所述检测响应于瞬变电压增加的速率处于检测范围内而发生，所述检测范围取决于用于所述集成电路的所述未上电状态的所述第一时间值以及用于所述集成电路的所述上电状态的所述第二时间值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制取决于所述第一时间值和所述第二时间值并且所述控制发生激活持续时间，所述激活持续时间取决于用于所述集成电路的所述未上电状态的所述第一 时间值以及用于所述集成电路的所述上电状态的所述第二时间值。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括: 基于响应于所述集成电路的所述未上电状态和所述上电状态的信号在所述第一时间值和所述第二时间值之间进行选择。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制所述箝位器件的所述导电状态以限制所述瞬变电压增加包括: 与相对于所述上电状态的先前存在电压的瞬变电压增加成比例地响应于所述上电状态中的所述瞬变电压增加。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括: 提供触发信号以响应于所述检测所述瞬变电压增加；以及 放大所述触发信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述放大所述触发信号包括: 将所述触发信号反相。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测取决于所述第一时间值和所述第二时间值，并且其中所述控制取决于第三时间值和第四时间值，其中所述第三时间值和所述第四时间值取决于所述公共电容元件的所述电容值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中响应于瞬变电压增加的速率处于检测范围内，所述检测发生，所述检测范围取决于用于所述集成电路的所述未上电状态的所述第一时间值以及用于所述集成电路的所述上电状态的所述第二时间值，其中所述控制发生激活持续时间，所述激活持续时间取决于用于所述集成电路的所述未上电状态的所述第三时间值以及用于所述集成电路的所述上电状态的所述第四时间值。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间值不等于所述第二时间值。
11.一种集成电路，包括: 箝位器件；以及 用于检测所述集成电路上的瞬变电压增加的触发电路，所述触发电路控制所述箝位器件的导电状态以限制所述瞬变电压增加，所述触发电路包括: 具有电容值的公共电容元件，其中第一时间值和第二时间值取决于所述公共电容元件的所述电容值，所述第一时间值适用于所述集成电路的未上电状态以及所述第二时间值适用于所述集成电路的上电状态，其中所述第一时间值和第二时间值控制选自于包括以下内容的组的触发电路参数: 检测范围，瞬变电压增加的速率在所述检测范围内导致所述触发电路变为激活；以及 “开启”时间，控制箝位器件的导电状态的激活持续时间取决于所述“开启”时间。
12.根据权利要求11所述的集成电路，其中所述第一时间值确定用于所述集成电路的所述未上电状态的所述检测范围，以及所述第二时间值确定用于所述集成电路的所述上电状态的所述检测范围。
13.根据权利要求12所述的集成电路，其中所述触发电路具有用于确定在所述集成电路的所述未上电状态期间的高导电率的激活持续时间的第三时间值，以及用于确定在所述集成电路的所述上电状态期间的被控低导电率的激活持续时间的第四时间值，其中所述第三时间值和所述第四时间值取决于所述公共电容元件的所述电容值。
14.根据权利要求11所述的集成电路，其中所述触发电路控制所述箝位器件以当所述集成电路处于所述未上电状态时提供高导电率以及当所述集成电路处于所述上电状态时提供被控低导电率以提供电压调整。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述触发电路包括: 具有耦合于所述公共电容元件的输入的驱动电路，所述驱动电路包括一个或多个反相器级，以检测和放大所述输入处的已过滤信号以及提供触发电路输出信号以驱动所述箝位器件的控制端子。
16.—种方法,包括: 选择用于集成电路的未上电状态的线性时不变(LTI)函数的变量的第一值以及用于所述集成电路的上电状态的线性时不变(LTI)函数的变量的第二值，其中所述第一值和所述第二值取决于公共电抗元件； 检测所述集成电路上的瞬变电压增加；以及 控制箝位器件的导电状态以限制所述瞬变电压的增加，其中所述检测和所述控制中的至少一个取决于所述LTI函数。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述检测取决于所述LTI函数，并且其中所述检测响应于瞬变电压增加的速率处于检测范围内而发生，所述检测范围取决于所述LTI函数。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述控制取决于所述LTI函数，并且其中所述控制发生激活持续时间，所述激活持续时间取决于所述LTI函数。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括: 接收响应于所述集成电路的所述未上电状态和所述上电状态的信号，其中所述选择还包括: 基于所述信号在所述LTI函数的所述变量的所述第一值和所述第二值之间进行选择。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括: 接收第二信号，其中所述第二信号以所述第二信号的第一状态表示对所述箝位器件的导电状态的控制的非激活状态以及以所述第二信号的第二状态表示对所述箝位器件的导电状态的控制的激活状态，其中在所述LTI函数的所述变量的所述第一值和所述第二值之间进行选择包括: 基于所述信号和所述第二信号，选择用于检测所述集成电路的所述未上电状态的所述LTI函数的所述变量的所述第一值、用于检测所述集成电路的所述上电状态的所述LTI函数的所述变量的所述第二值、用于控制所述集成电路的所述未上电状态的所述LTI函数的所述变量的第三值、以及以用于控制所述集成电路的所述上电状态的所述LTI函数的所述变量的第四值，其中所述第一值、所述第二值、所述第三值、所述第四值取决于所述公共电抗元件。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述信号是上电复位(POR)信号。
22.根据权利要求16所述的方法，还包括: 接收响应于所述控制所述箝位器件的导电率的禁用状态和激活状态的信号，其中所述选择包括: 基于所述信号，选择是否将所述LTI函数的所述变量的所述第一值和所述第二值应用于所述检测或所述控制。
【文档编号】H02H9/04GK103840445SQ201310585918
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2012年11月20日
【发明者】M·A·斯托金戈 申请人:飞思卡尔半导体公司