CN103824855A - 具有电源反接保护功能的cmos调整集成电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构，其中包括第一PMOS管；第三PMOS管；第一寄生二极管，第一寄生二极管的阳极与接地端相连接，第一寄生二极管的阴极与第一PMOS管的背栅极相连接；第三寄生二极管，第三寄生二极管的阳极与接地端相连接，第三寄生二极管的阴极与第三PMOS管的背栅极相连接；第一电阻，第一电阻的第一端与接电源端相连接，第一电阻的第二端分别与第一寄生二极管的阴极和第三寄生二极管的阴极相连接。采用该种结构的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构，无需增加外围保护二极管即可实现电源反接保护，不影响集成电路的最低工作电压，具有更广泛应用范围。

Description

具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构

技术领域

本发明涉及保护电路领域，尤其涉及反接保护电路领域，具体是指一种具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构。

背景技术

CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor，互补金属氧化物半导体）工艺里的PMOS（P沟道金属氧化物半导体）管结构如图1所示，在P型衬底上做一个N型掺杂的Nwell（N阱层。PMOS管做在Nwell里面，Nwell和P型衬底之间构成一个寄生二极管（如图2所示）。CMOS工艺时的NMOS管结构如图2所示，NMOS管的漏端D与P型衬底存在一个寄生二极管。集成电路设计时，如果有PMOS管的B端（Nwell）或者有NMOS（N沟道金属氧化物半导体）管的D端接到外部电源VDD（电源电压），则当集成电路在安装应用时，如果使用人员不小心将地线和电源线混淆，将芯片的VDD端接到外部电源的GND（接地），芯片的GND端接到外部电源的VDD。则集成电路衬底与PMOS管的B端或者衬底与NMOS的漏端存在的寄生二极管就会正向导通，并且产生很大的电流和功耗。芯片会因为在大功耗下温度过高而烧毁。

现有技术在解决上述问题一般有两种方法：

方法一：如图3所示，芯片应用时，在芯片电源脚外接一个保护二极管，保护二极管的阴极接芯片的电源脚，阳极接外部电源。当外部电源连接正常时，保护二极管正向导通，芯片寄生二极管截止，芯片正常工作。当外部电源反接时，外部电源通过寄生二极管将保护二极管的阴极电压充电到电源电压，而保护二极管的阳极为地电位。此时由于保护二极管反向截止，没有电流流过芯片，因而有效的保护了芯片不被大电流烧坏。

方法二：如图4所示,将保护二极管内置到集成电路里面。保护二极管的阳极接电源脚VDD端，二极管的阴极接内部电路。当外部电源反接时，内置保护二极管反向截止，从而保护电路不被烧坏。

方法一在电路外围增加了一个保护二极管因而增加了芯片的使用成本。同时，因为保护二极管的导通需要一个导通电压Von，外部电源在给芯片供电时会有一个Von的电压损失，从而增加电路的最低使用电压。方法二同样因为保护二极管上的Von电压损失，会使芯片可以使用的最低工作电压变高。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够无需增加外围保护二极管即可实现电源反接保护、不影响集成电路的最低工作电压、具有更广泛应用范围的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构。

为了实现上述目的，本发明的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构具有如下构成：

该具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构，其主要特点是，所述的电路结构包括：

第一PMOS管，所述的第一PMOS管的源极与所述的电路结构的接电源端相连接；

第三PMOS管，所述的第三PMOS管的源极与所述的电路结构的接电源端相连接，所述的第三PMOS管的漏极与所述的电路结构的电源输出端相连接；

第一寄生二极管，所述的第一寄生二极管的阳极与接地端相连接，所述的第一寄生二极管的阴极与所述的第一PMOS管的背栅极相连接；

第三寄生二极管，所述的第三寄生二极管的阳极与接地端相连接，所述的第三寄生二极管的阴极与所述的第三PMOS管的背栅极相连接；

第一电阻，所述的第一电阻的第一端与接电源端相连接，所述的第一电阻的第二端分别与所述的第一寄生二极管的阴极和第三寄生二极管的阴极相连接。

较佳地，所述的电路结构还包括：

第二PMOS管，所述的第二PMOS管的源极与所述的电路结构的接电源端相连接；

第二寄生二极管，所述的第二寄生二极管的阳极与接地端相连接，所述的第二寄生二极管的阴极分别与所述的第二PMOS管的背栅极和第一电阻的第二端相连接。

更佳地，所述的电路结构还包括：

第一NMOS管，所述的第一NMOS管的漏极与所述的第一PMOS管的漏极相连接。

更进一步地，所述的电路结构还包括：

第三NMOS管，所述的第三NMOS管的漏极与所述的第一NMOS管的源极相连接，所述的第三NMOS管的源极与接地端相连接，所述的第三NMOS管的栅极与偏置电压相连接。

再进一步地，所述的电路结构还包括：

第二NMOS管，所述的第二NMOS管的漏极与所述的第二PMOS管的漏极相连接，所述的第二NMOS管的源极与所述的第三NMOS管的漏极相连接。

再进一步地，所述的电路结构还包括：

第二电阻，所述的第二电阻的第一端与所述的第三PMOS管的漏极相连接，所述的第二电阻的第二端与所述的第一NMOS管的栅极相连接；

第三电阻，所述的第三电阻的第一端与所述的第二电阻的第二端相连接，所述的第三电阻的第二端与接地端相连接。

采用了该发明中的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构，具有如下有益效果：

本发明提供了一种具有反接保护功能的CMOS集成电路实现方法，它不需要增加外围保护二极管，可以简化集成电路的应用外围，降低集成电路使用成本，同时它也不影响集成电路的最低工作电压，满足集成电路最低工作电压尽可能低的要求，具有更广泛的应用范围。

附图说明

图1为现有技术中的CMOS工艺中的PMOS管结构示意图。

图2为具有寄生二极管的PMOS管结构示意图、

图3为现有技术中第一种电源反接保护的结构示意图。

图4为现有技术中第二种电源反接保护的结构示意图

图5为本发明的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构的结构示意图。

图6为本发明的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构在电源反接时的示意图。

图7为本发明的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构应用于具体实施例中的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的目的在于提供一种具有反接保护功能的CMOS集成电路实现方法。它不需要增加外围保护二极管，可以简化集成电路的应用外围，降低集成电路使用成本。同时它也不影响集成电路的最低工作电压，满足集成电路最低工作电压尽可能低的要求。

为解决上述技术问题，本发明设计了一种具有反接保护功能CMOS Regulator集成电路。如图5所示，101是集成电路的Regulator模块，方框112是集成电路中除Regulator之外的其它所有电路模块，电压源102为集成电路的供电电源。Regulator模块101将电压源102的输出电压转换成比电压源102输出电压更低的稳定电压，通过PMOS管105（第三PMOS管）的D端VREG为其它电路模块112供电。由于PMOS管105的S端与电压源102直接相连，所以电压源102在供电时，没有由于增加反接保护功能而产生电压损失。PMOS管103（第一PMOS管）代表Regulator模块101里的其它与电压源102相连的PMOS管。二极管113（第一寄生二极管）是衬底SUB与PMOS管103B端的寄生二极管，二极管115（第三寄生二极管）是衬底SUB与PMOS管105的寄生二极管。二极管113的阴级（PMOS管103的B端）和二极管115的阴极（PMOS管105的B端）接电阻109（第一电阻）的一端，电阻109的另一端连接电压源102的输出。正常工作时，通过电阻109放电，保证PMOS管103的B端电位与S端电位相等，保证PMOS管105的B端电位与S端电位相等。Regulator模块101里所有NMOS管的S端和D端都没有直接连到电压源102的输出。当电压源102反接时，即电压源102的正向端接到集成电路的SUB端，电压源102的负向端接到集成电路的VDD端（如图6所示），除了寄生二极管113和寄生二极管115之外，整个电路不存其它的正向导通二极管通路。如果电压源102的输出电压为VSupply，电阻109的阻值为R，寄生二极管的正向导通压降为Von，则流过寄生二极管113和寄生二极管115的电流总和阻值R与电流I成反比关系，电阻R越大，电流I越小。只要R的值取得足够大，电阻109就可以起到限流的作用，保证集成电路不会产生大的电流烧坏。这样就做到了集成电路具备反接保护功能，同时反接保护功能不影响集成电路的最低工作电压。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各项权利要求所要求保护的技术方案。

本发明涉及一种具有反接保护功能的Regulator集成电路，根据本实施方式下面将根据图7详细描述本发明的具体实施例。

如图7所示，Regulator模块101主要由电阻109（第一电阻）、电阻110（第二电阻）、电阻111（第三电阻）、PMOS管103（第一PMOS管）、PMOS管104（第二PMOS管）、PMOS管105（第三PMOS管）、NMOS管106（第一NMOS管）、NMOS管107（第二NMOS管）、NMOS管108（第三NMOS管）构成。Regulator模块101内的电阻109一端接到PMOS管103的B端、PMOS管104的B端、PMOS管105的B端，电阻109的另一端接电源脚VDD。当集成电路反接时，电阻109起到限流保护的作用，保证集成电路不会因为寄生二极管流过过大电流而烧坏。PMOS管103、PMOS管104、PMOS管105、NMOS管106、NMOS管107、NMOS管108构成一个运算放大器。运算放大器通过电阻110和电阻111形成负反馈，将基准电压VREF放大成VREG电压为其它电路模块112供电。如果电阻110阻值为R1，电阻111阻值为R2，则Regulator模块101的输出电压基准电压VREF是一个电压源，它的电压值受集成电路生产工作、温度、VREG电压的影响很小。NMOS管108为运算放大器的尾电流源，它的电流值由偏置电压VBIAS决定。基准电压VREF、偏置电压VBAIS都由其它电路模块112产生。除了PMOS管103、PMOS管104、PMOS管105之外，整个集成电路没有源漏与VDD相连的MOS管。因此集成电路反接时，只有PMOS管103、PMOS管104和PMOS管105衬底SUB对背栅B端寄生的二极管会导通。由于电阻109的限流作用，导通的寄生二极管不会产生大的导通电流烧坏集成电路。这种集成电路结构即保证了集成电路被反接时不会烧坏，同时也不会造成外部电压源供电产生电压损失，使集成电路的最低工作电压尽可能低。

采用了该发明中的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构，具有如下有益效果：

本发明提供了一种具有反接保护功能的CMOS集成电路实现方法，它不需要增加外围保护二极管，可以简化集成电路的应用外围，降低集成电路使用成本，同时它也不影响集成电路的最低工作电压，满足集成电路最低工作电压尽可能低的要求，具有更广泛的应用范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1.一种具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构，其特征在于，所述的电路结构包括：

第一PMOS管，所述的第一PMOS管的源极与所述的电路结构的接电源端相连接；

第三PMOS管，所述的第三PMOS管的源极与所述的电路结构的接电源端相连接，所述的第三PMOS管的漏极与所述的电路结构的电源输出端相连接；

第一寄生二极管，所述的第一寄生二极管的阳极与接地端相连接，所述的第一寄生二极管的阴极与所述的第一PMOS管的背栅极相连接；

第三寄生二极管，所述的第三寄生二极管的阳极与接地端相连接，所述的第三寄生二极管的阴极与所述的第三PMOS管的背栅极相连接；

第一电阻，所述的第一电阻的第一端与接电源端相连接，所述的第一电阻的第二端分别与所述的第一寄生二极管的阴极和第三寄生二极管的阴极相连接。

2.根据权利要求1所述的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构，其特征在于，所述的电路结构还包括：

第二PMOS管，所述的第二PMOS管的源极与所述的电路结构的接电源端相连接；

第二寄生二极管，所述的第二寄生二极管的阳极与接地端相连接，所述的第二寄生二极管的阴极分别与所述的第二PMOS管的背栅极和第一电阻的第二端相连接。

3.根据权利要求2所述的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构，其特征在于，所述的电路结构还包括：

第一NMOS管，所述的第一NMOS管的漏极与所述的第一PMOS管的漏极相连接。

4.根据权利要求3所述的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构，其特征在于，所述的电路结构还包括：

第三NMOS管，所述的第三NMOS管的漏极与所述的第一NMOS管的源极相连接，所述的第三NMOS管的源极与接地端相连接，所述的第三NMOS管的栅极与偏置电压相连接。

5.根据权利要求4所述的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构，其特征在于，所述的电路结构还包括：

第二NMOS管，所述的第二NMOS管的漏极与所述的第二PMOS管的漏极相连接，所述的第二NMOS管的源极与所述的第三NMOS管的漏极相连接。

6.根据权利要求5所述的具有电源反接保护功能的CMOS调整集成电路结构，其特征在于，所述的电路结构还包括：

第二电阻，所述的第二电阻的第一端与所述的第三PMOS管的漏极相连接，所述的第二电阻的第二端与所述的第一NMOS管的栅极相连接；

第三电阻，所述的第三电阻的第一端与所述的第二电阻的第二端相连接，所述的第三电阻的第二端与接地端相连接。

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