双向静电保护电路及其电池保护电路的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电路设计领域，特别涉及一种双向静电保护电路及其集成电芯(Bat)端的电阻和电容(RC)且可承受电芯反接的电池保护电路。
【【背景技术】】
[0002]电池保护芯片(电路)通常被安装在电池内，例如，在手机电池内部，有一块很小的印刷电路板(Printed Circuit Board)，电池保护芯片就安装在此印刷电路板上。电池保护芯片与其他的辅助元件一起提供对电池的充放电控制。比较常用的是锂离子电池和锂聚合物电池。电池保护芯片的基本功能包括过电压充电保护、过电压放电保护、放电过流保护、充电过流保护和短路保护。
[0003]请参考图1所示，其为现有技术中电池保护系统的电路示意图。所述电池保护系统包括电芯Bat、电阻R1、电容Cl、电池保护电路110、电阻R2、放电功率开关120和充电功率开关130。所述电芯Bat的正极直接与第一电源端VP相连，放电功率开关120和充电功率开关130串联于电芯Bat的负极G和第二电源端VM之间，电阻Rl和电容Cl串联于电芯Bat的正极和负极G之间。当负载电阻RO连接于第一电源端VP和第二电源端VM之间时，所述电芯Bat处于放电状态；当电池充电器140正接于第一电源端VP和第二电源端VM之间时，所述电芯Bat处于充电状态。
[0004]所述放电功率开关120 包括 NMOS (N-channel Metal Oxide Semiconductor)场效应晶体管MNl和寄生于其体内的二极管Dl。所述充电功率开关130包括NMOS场效应晶体管丽2和寄生于其体内的二极管D2。NMOS晶体管丽I的漏极和NMOS晶体管丽2的漏极相连，NMOS晶体管丽I的源极与电芯Bat的负极G相连，NMOS晶体管丽2的源极与第二电源端VM相连。
[0005]所述电池保护电路110包括三个连接端(或称为检测端)和两个控制端，三个连接端分别为电芯Bat正极连接端(或称电源端)VDD，电芯Bat负极G连接端(或称接地端)VSS和第二电源端VM连接端VMI，两个控制端分别为充电控制端CO和放电控制端D0。其中，连接端VDD连接于电阻Rl和电容Cl之间，连接端VSS与电芯Bat的负极G相连，连接端VMI通过电阻R2连接于第二电源端VM，充电控制端CO与充电功率开关130的控制端(即NMOS晶体管丽2的栅极)相连，放电控制端DOl与放电功率开关120的控制端(即NMOS晶体管丽I的栅极)相连。
[0006]所述电池保护电路110可以对电芯Bat进行充电保护和放电保护。在正常状态时，所述电池保护电路110控制NMOS晶体管丽1、丽2同时导通，既可充电也可以放电。在充电发生异常(比如充电过流和充电过压)时，所述电池保护电路110控制NMOS晶体管丽2截止，从而切断了充电过程，但仍可以放电。在放电发生异常(比如放电过流和放电过压)时，所述电池保护电路110控制NMOS晶体管丽I截止，从而切断了放电过程，但仍可以充电。
[0007]在本实施例中，所述电池保护电路110包括过充电检测电路112、过放电检测电路114、放电过流检测电路116、充电过流检测电路(未标示)和控制电路118。所述过充电检测电路112、过放电检测电路114、放电过流检测电路116和充电过流检测电路可以被统称为阈值检测电路。所述控制电路118根据所述过充电检测电路112、过放电检测电路114、放电过流检测电路116和充电过流检测电路提供的检测信号生成充电控制信号并通过充电控制端CO输出，生成放电控制信号并通过放电控制端DO输出。
[0008]由于静电防护对集成电路来说非常重要，因此，在目前的集成电路设计和制造时都会特别注意静电放电保护电路的设计。通常，图1中的电池保护电路110是一块芯片，其各个连接端之间也需要设置静电保护电路(ESD器件)。图1中的电池保护电路110还包括设置于电源端VDD和接地端VSS之间的传统静电保护电路150。
[0009]图1是现有技术中的一种电池保护系统的电路示意图。其印刷电路板上需要安装电容Cl和电阻R1。中国专利(申请号:201110411181.3)中公布了一种集成电芯端的电阻和电容的电池保护装置，其印刷电路板上不需要安装电芯端电容Cl和电阻R1，该专利解决了电池出现短路时导致芯片电源电压太低从而电池保护芯片出错的问题，其原理是通过内部电容存储电荷为电池保护芯片供电，避免控制电路异常。在图1和申请号为201110411181.3的电池保护装置中，一般都会通过导线连接电芯和电池保护芯片，电源和地分别需要导线连接。当电芯到电池保护芯片的连接导线过长时，会产生较大的寄生电感。
[0010]如图1所示，电感LI为连接电芯Bat的正极和电池保护电路110的电源端VDD的导线产生的寄生电感，电感L2为连接电芯Bat的负极和电池保护电路110的接地端VSS的导线产生的寄生电感。当电池发生短路时，电池保护电路110检测到短路故障后，会关断放电通路(通过将DO节点置为低电平)，寄生电感会产生反向电动势VF = L.di/dt，其中di/dt是放电电流下降斜率，L为寄生电感的电感值。寄生电感越大，反向电动势越大；放电电流下降速度越快，即放电通路被关断得越快，反向电动势越大。电感效应导致节点VLl (电感LI和电阻Rl之间的连接点)和节点VL (电感L2和接地端VSS之间的连接点)之间的电压瞬间会升高，峰值等于VB+L1.di/dt+L2.di/dt，其中VB为电芯Bat的电压，LI为寄生电感LI的电感值，L2为寄生电感L2的电感值，di/dt为放电电流下降斜率。对于一般锂电池，最高电芯电压不超过4.3V，对于寄生电感较小的情况，电池保护电路110的电源端VDD和接地端VSS之间的耐压1V足以。但对于寄生电感较大的情况，在实际测试中，节点VLl和节点VL2的电压差会高达15V。对于图1所示的电池保护系统，由于电阻Rl和电容Cl构成的滤波电路会将瞬间的尖峰电压滤平，因此，经过电阻Rl和电容Cl后的电源端VDD和接地端VSS之间的电压差不超过8V。电池保护电路110采用5V器件即可承受电源端VDD与接地端VSS之间的耐压。但对于集成Rl和Cl的电池保护电路设计(如，申请号:201110411181.3的中国专利)，其电池保护电路的电源端VDD会暴露在15V的瞬间高压下，电池保护电路可能被击穿损坏；同时，电源端VDD的高压可能会过早击穿电池保护电路上设置的传统ESD器件，从而导致不恰当的静电释放。
[0011]另外，有些电池客户还要求有电池反接保护设计，因为在电池保护板与电芯的装配过程中，可能发生不小心反接电芯的情况，有些客户希望电芯反接(即电芯的正负极接反)时，保护芯片不被损坏。
[0012]因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。
【【实用新型内容】】
[0013]本实用新型的目的在于提供一种双向静电保护电路及应用该静电保护电路的电池保护电路，其不仅可以提高电池保护电路的耐压，避免不恰当的静电释放，而且可以使电池保护电路承受电芯反接。
[0014]为了解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种集成电路的静电保护电路，所述集成电路具有第一连接端和第二连接端，所述静电保护电路包括连接于第一连接端和第二连接端之间的静电保护器件。该静电保护器件包括P型衬底；埋置于所述P型衬底内的N型埋层；沿晶圆的上表面向下延伸至N型埋层的P阱；沿晶圆的上表面向下延伸至N型埋层且环绕所述P阱的环形N阱；沿所述P阱的上表面向下延伸至P阱中的NG层；沿所述NG层的上表面向下延伸至NG层中的第一 N+有源区；沿所述N阱的上表面向下延伸至N阱中的P+有源区和第二 N+有源区，P+有源区和第二 N+有源区相互间隔；所述P+有源区和第二 N+有源区均与所述第二连接端相连，所述第一 N+有源区与第一连接端相连，其中，P+有源区的P型掺杂浓度较P阱的P型掺杂浓度高；N+有源区的N型掺杂浓度较N阱的N型掺杂浓度高；N+有源区的N型掺杂浓度较NG层的型掺杂浓度高；N型埋层的N型掺杂浓度较N阱的掺杂浓度高。
[0015]进一步的，所述P+有源区较第二 N+有源区更接近所述P阱；或所述P+有源区的面积大于第二 N+有源区的面积。
[0016]进一步的，所述P+有源区为多个，所述第二 N+有源区为多个。
[0017]进一步的，当第一连接端的电压大于第二连接端的电压时，所述静电保护电路依靠NG层和P阱之间形成的P-N结来承受耐压；当第一连接端的电压小于第二连接端的电压时，所述静电保护电路依靠N阱和P阱之间形成的P-N结，以及N型埋层与P阱之间形成的P-N结来承受耐压。
[0018]进一步的，NG层和P阱之间形成的P-N结的反向击穿电压大于或等于15V ;
[0019]N阱和P阱之间形