一种双向瞬态电压抑制保护电路的制作方法

本发明涉及一种双向瞬态电压抑制电路。

背景技术：

1、电压和电流瞬变是电子系统中集成电路故障的主要诱因。瞬变来自于系统内部和外部的各种来源。例如，瞬变的常见来源包含电源的正常开关操作、交流线路波动、雷电浪涌以及静电放电(esd)等。

2、瞬态电压抑制器(tvs)常用于保护集成电路不受集成电路中的瞬态或过电压现象造成的损坏。过电压保护对于消费设备或物联网设备来说非常重要，因为这些电子设备暴露于频繁的人工操作，因此可能容易受到esd或瞬态电压事件的影响，对设备造成损坏。

3、尤其是电源引脚和电子器件的数据引脚都要求对esd事件或开关和雷电瞬态事件造成的过电压情况提供保护。通常来说，电源引脚要求高浪涌保护，但可以承受较高电容的保护设备。同时，数据引脚可以在很高的数据速度下工作，需要保护设备用低电容提供浪涌保护，而不会影响受保护的数据引脚的数据速度。

4、现有的用于高速应用中输入/输出(i/o)终端的tvs保护方案，存在于垂直型和水平型的半导体电路结构中。在传统的垂直非定向结构中，发生esd时，i/o电流从高端和低端转向二极管中流出，垂直流向地。然而，当这些垂直结构用于传统的双向tvs时，i/o电流垂直流动，然后通过第二个i/o端，水平流向地。由于电流水平流动，垂直电流和水平电流通路之间的寄生电阻会增大，从而降低了箝位电压。

技术实现思路

1、本发明提供一种双向瞬态电压抑制电路，用于实现受保护节点处的低电容，改善电压箝位，在浪涌事件时提供强劲的保护。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种双向瞬态电压抑制保护电路，包括：

3、第一高侧二极管，其具有耦合到第一受保护节点的阳极和耦合到第一节点的阴极；

4、第一低侧二极管，其具有耦合到第一受保护节点的阴极和耦合到第二节点的阳极；

5、第二高侧二极管，其具有耦合到第二受保护节点的阳极和耦合到第一节点的阴极；

6、第二低侧二极管，其具有耦合到第二受保护节点的阴极和耦合到第二节点的阳极；

7、钳位电路，其包括与可控硅scr集成的mos晶体管，其中scr具有耦合到第一节点的阳极、耦合到第二节点的阴极和一个栅极端，其中mos晶体管具有通过第一电阻耦合到scr阳极的第一电流端，耦合到第二节点的第二电流端，和一个栅极端；以及

8、触发电路，其包括串联在第一节点和第二节点之间的第二电阻和第一电容，其中第二电阻和第一电容之间的第三节点耦合到mos晶体管的栅极和scr的栅极，

9、其中响应于施加到其中一个受保护节点的电压超过第一电压电平，触发电路驱动mos晶体管使电流流过scr以触发scr动作并且scr钳定相应受保护节点处的电压在钳位电压。

10、所述钳位电路在触发电压下触发scr动作，所述触发电压为所述mos晶体管阈值电压的函数。

11、所述mos管包括nmos管，所述触发电路还包括反相器，所述反相器耦合所述第三节点，为所述mos管的栅极和所述scr的栅极提供驱动信号，驱动信号在第三节点处具有信号的反相状态。

12、所述scr包括：

13、pnp双极晶体管，其发射极耦合到第一节点，其基极通过第一电阻耦合到第一节点，并耦合到mos晶体管的第一电流端，其集电极端为scr栅极端；和

14、npn双极晶体管，其集电极耦合到pnp双极晶体管的基极，其基极耦合到pnp双极晶体管的集电极，其发射极耦合到第二节点，其基极通过第三个电阻耦合到通过第三个电阻其发射极端子。

15、所述mos管包括nmos管，其第一电流端与pnp双极管的基极相连，第二电流端与npn双极管的发射极相连，栅极端子耦合到scr的栅极端子和触发电路。

16、所述保护电路形成于半导体层上的掺杂区，所述第一电阻为n型阱区电阻，所述第三电阻为p型阱区电阻。

17、第一和第二高侧二极管以及第一和第二低侧二极管中的每一个在零伏偏置电压下被耗尽。

18、当所述第一或第二受保护节点的电压在给定电压范围内时，所述tvs保护电路处于阻断模式，所述第一或第二受保护节点的电容小于0.2pf。

19、所述第一节点和第二节点电浮置。

20、响应于施加到第一或第二受保护节点的击穿电压，第一节点比第二节点偏置得更正，触发电路驱动mos晶体管导通，mos晶体管导通以触发scr动作并钳定第一节点和第二节点之间的电压。

21、响应于施加到第一受保护节点的正击穿电压，第一高侧二极管被正向偏置；响应正击穿电压超过触发电压，钳位电路被触发scr动作，scr导通，电流从第一节点导通到第二节点，第二低侧二极管正向偏置，电流通过第二受保护节点退出。

22、本发明还提供一种双向瞬态电压抑制保护电路，包括：

23、第一高侧二极管与第一可控硅scr集成，其中第一高侧二极管的阳极和第一scr的阳极耦合到第一受保护节点，第一高侧二极管的阴极和第一scr的阴极耦合到第一节点；

24、第一低侧二极管，其具有耦合到第一受保护节点的阴极和耦合到第二节点的阳极；

25、第二高侧二极管与第二可控硅scr集成，其中第二高侧二极管的阳极和第二scr的阳极耦合到第二受保护节点，第二高侧二极管的阴极和第二scr的阴极耦合到第二节点；

26、第二低侧二极管，其具有耦合到第二受保护节点的阴极和耦合到第一节点的阳极；

27、其中响应于施加到一个受保护节点的电压超过第一电压电平，第一或第二scr被触发以引起电流流动并且相应scr将相应受保护节点处的电压钳定在钳位电压。

28、第一和第二高侧二极管以及第一和第二低侧二极管中的每一个在零伏的偏置电压下被耗尽。

29、本发明还提供一种双向电路瞬态电压抑制保护电路，包括：

30、第一高侧二极管，其具有耦合到第一受保护节点的阳极和耦合到第一节点的阴极；

31、与第一可控硅scr集成的第一低侧二极管，其中第一低侧二极管的阳极和第一scr的阳极耦合到第二节点，第一低侧二极管的阴极和第一scr的阴极耦合到第一受保护节点；

32、第二高侧二极管，其具有耦合到第二受保护节点的阳极和耦合到第二节点的阴极；

33、与第二可控硅scr集成的第二低侧二极管，其中第二低侧二极管的阳极和第二scr的阳极耦合到第一节点，第二低侧二极管的阴极和第二scr的阴极耦合到第二受保护节点，

34、其中响应于施加到一个受保护节点的电压超过第一电压电平，第一或第二scr被触发以引起电流流动并且相应scr将相应受保护节点处的电压钳定在钳位电压。

35、第一和第二高侧二极管以及第一和第二低侧二极管中的每一个在零伏的偏置电压下被耗尽。

36、本发明用于实现受保护节点处的低电容，改善电压箝位，在浪涌事件时提供强劲的保护。

技术特征：

1.一种双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，所述钳位电路在触发电压下触发scr动作，所述触发电压为所述mos晶体管阈值电压的函数。

3.如权利要求1所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，所述mos管包括nmos管，所述触发电路还包括反相器，所述反相器耦合所述第三节点，为所述mos管的栅极和所述scr的栅极提供驱动信号，驱动信号在第三节点处具有信号的反相状态。

4.如权利要求1所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，所述scr包括：

5.如权利要求4所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，所述mos管包括nmos管，其第一电流端与pnp双极管的基极相连，第二电流端与npn双极管的发射极相连，栅极端子耦合到scr的栅极端子和触发电路。

6.如权利要求5所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，所述保护电路形成于半导体层上的掺杂区，所述第一电阻为n型阱区电阻，所述第三电阻为p型阱区电阻。

7.如权利要求1所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，第一和第二高侧二极管以及第一和第二低侧二极管中的每一个在零伏偏置电压下被耗尽。

8.如权利要求7所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，当所述第一或第二受保护节点的电压在给定电压范围内时，所述tvs保护电路处于阻断模式，所述第一或第二受保护节点的电容小于0.2pf。

9.如权利要求1所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，所述第一节点和第二节点电浮置。

10.如权利要求9所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，响应于施加到第一或第二受保护节点的击穿电压，第一节点比第二节点偏置得更正，触发电路驱动mos晶体管导通，mos晶体管导通以触发scr动作并钳定第一节点和第二节点之间的电压。

11.如权利要求2所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，响应于施加到第一受保护节点的正击穿电压，第一高侧二极管被正向偏置；响应正击穿电压超过触发电压，钳位电路被触发scr动作，scr导通，电流从第一节点导通到第二节点，第二低侧二极管正向偏置，电流通过第二受保护节点退出。

12.一种双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，包括：

13.如权利要求12所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，第一和第二高侧二极管以及第一和第二低侧二极管中的每一个在零伏的偏置电压下被耗尽。

14.一种双向电路瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，包括：

15.如权利要求14所述的双向瞬态电压抑制保护电路，其特征在于，第一和第二高侧二极管以及第一和第二低侧二极管中的每一个在零伏的偏置电压下被耗尽。

技术总结
一种双向瞬态电压抑制保护电路，包含两个高侧二极管、两个低侧二极管、钳位电路和触发电路。该双向瞬态电压抑制保护电路用于实现受保护节点处的低电容，改善电压箝位，在浪涌事件时提供强劲的保护。

技术研发人员：雪克·玛力卡勒强斯瓦密,史宁
受保护的技术使用者：万国半导体（开曼）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13