CN104035619B - 一种基于esd保护的生物识别感应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ESD保护的生物识别感应装置，包括：感应单元阵列，所述感应单元阵列包括多个彼此间隔设置的感应单元，其中，所述感应单元内设置有将静电电流流出所述感应单元的第一ESD保护单元。本发明通过在感应单元设置有第一ESD保护单元，加快静电电流流出工作电路，从而实现对感应单元的ESD保护、增强了电路的ESD防护能力。

Description

一种基于ESD保护的生物识别感应装置
技术领域
本发明涉及触摸屏技术领域，尤其涉及一种基于ESD保护的生物识别感应装置。
背景技术
ESD保护向来是一个重要的课题，特别是进入深亚微米工艺后，随着相关尺寸的减小，各种器件和电路的ESD防护能力快速下降，因此ESD保护的电路的设计就处于更加突出的位置。
目前对于一般的IC设计，ESD保护一般在pad(电路引脚)上进行处理。因为整个芯片除了pad外，其他部分都有塑封体进行封装，这就使IC内部的电路与外部的空间进行了有效的ESD隔离。但是对于生物识别的IC而言，整个感应阵列是直接与外部空间接触、暴露在外面，也是和待识别的生物体有直接接触的(如手，衣服等)，此时就没有封装的隔离，接触到的外部静电电流较多，增加了电路中泄放静电电流的压力。另外，感应阵列的面积较大，使得感应阵列中的静电电流不能很快地泄放出去，容易造成对工作电路的破坏、损坏电路中的元器件等。因此，需要制作出电流的泄放路径，如多层次的网状结构等，使其在对器件、电路等带来的损坏作用前，将其均匀地通过各泄放路快速地径泄放到pad上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于ESD保护的生物识别感应装置，以加速感应单元内静电电流流出感应单元，避免对工作电路的破坏。
为实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案为：
一种基于ESD保护的生物识别感应装置，包括：感应单元阵列，所述感应单元阵列包括多个彼此间隔设置的感应单元，其中，所述感应单元内设置有将静电电流流出所述感应单元的第一ESD保护单元。
作为本发明的进一步改进，还包括形成于相邻所述感应单元之间的第二ESD保护单元，其中，所述第一ESD保护单元和第二ESD保护单元被配合设置为由所述第一ESD保护单元将所述感应单元内的静电电流流向所述第二ESD保护单元。
作为本发明的进一步改进，所述第二ESD保护单元的抗ESD能力强于所述第一ESD保护单元。
作为本发明的进一步改进，所述感应单元由多个感应单元块组成，所述感应单元块包括顶层感应区域、金属走线层、N型阱区域、P型阱区域及深处N型阱区域，相邻所述感应单元块的同一N型阱区域和/或同一P型阱区域被连通设置。
作为本发明的进一步改进，所述第二ESD保护单元包括NMOSESD、GGNMOS以及与NMOSESD和GGNMOS关联设置、供驱动所述NMOSESD和所述GGNMOS的驱动单元。
作为本发明的进一步改进，所述第二ESD保护单元还包括开关单元，所述驱动单元通过所述开关单元可选择地切换控制所述NMOSESD和所述GGNMOS。
作为本发明的进一步改进，所述感应单元以矩阵排列，所述驱动单元位于以矩阵排列的所述感应单元的行与列的交汇处，其中，每个所述驱动单元对应行或列的任一侧电性连接有相同数量的所述NMOSESD。
作为本发明的进一步改进，每个所述驱动单元四周邻设有与该驱动单元直接相连相同数量的NMOSESD。
作为本发明的进一步改进，在所述第二ESD保护单元中，所述GGNMOS的数量多于所述NMOSESD的数量。
本发明的有益效果在于，通过在感应单元设置有第一ESD保护单元，避免静电电流流入工作电路，且将感应电流流向位于相邻感应单元行或列之间的第二ESD保护单元，第二ESD保护单元通过驱动单元切换驱动NMOSESD和GGNMOS，以使静电电流快速流出，最终将静电电流引向电路引脚泄放，从而实现分级保护，逐级来减弱ESD对整个识别感应装置的影响。
附图说明
图1为本发明的感应单元的一感应单元块电路结构示意图；
图2为本发明的多个感应单元块的同一性质区域合并后的示意图；
图3为本发明的感应单元块的金属层走线的结构示意图；
图4为本发明的第二ESD保护单元的驱动单元与NMOSESD的切换电路图；
图5为本发明的第二ESD保护单元的驱动单元与GGNMOS的切换电路图；
图6为本发明的一种基于ESD保护的生物识别感应装置的感应单元、第二及第三ESD保护单元的整体结构示意图；以及
图7为本发明的一种基于ESD保护的生物识别感应装置的整体结构电路图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
首先参阅图1和图6，其中，图1为本发明的感应单元块电路结构示意图，图6为本发明的一种基于ESD保护的生物识别感应装置的感应单元、第二及第三ESD保护单元的整体结构示意图。本发明的一种基于ESD保护的生物识别感应装置包括感应单元10、第二ESD保护单元20以及第三ESD保护单元30。在本发明中，作用于感应单元10的静电电流流向第二ESD保护单元20，作用于或者流向第二ESD保护单元20的静电电流经ESD保护器件作用流向第三ESD保护单元30，作用于或者流向第三ESD保护单元30的静电电流最终流向I/O的pad(电路引脚)上泄放出去。特别地，第一、第二、第三ESD保护单元(12、20、30)被配合设置为感应单元10的静电电流流向第二ESD保护单元20，第二ESD保护单元20的静电电流流向第三ESD保护单元30。
具体地，该识别感应装置包括感应单元阵列，该感应单元阵列包括多个彼此间隔设置的感应单元10，感应单元10内设置有第一ESD保护单元12，第二ESD保护单元20形成于相邻感应单元10之间；第三ESD保护单元30则设置于感应阵列的外围，其中，感应单元10电性连接于第二ESD保护单元20，第二ESD保护单元20电性连接于第三ESD保护单元30。通过第一、第二及第三ESD保护单元(12、20、30)的作用，感应单元10的静电电流流向第二ESD保护单元20，第二ESD保护单元20的感应电流流向第三ESD保护单元30。感应单元10内设置的第一ESD保护单元12为二极管与电阻配合组成或其他ESD保护器件，详细地，pad上的静电释放正向电压通过向上的二极管正向导通，使静电释放电流流到电源线上；当出现静电释放负向电压，使对地线的二极管导通，从而使静电释放电流流向地线上。在本实施方式中，感应单元10为设有ESD保护器件的触摸屏感应单元。特别地，在本发明中，第二ESD保护单元20的抗ESD能力强于第一ESD保护单元10，第三ESD保护单元30的抗ESD能力强于第二ESD保护单元20。
如图1至图3所示，在本发明中，感应单元10由多个感应单元块组成，感应单元块11包括顶层感应区域111、金属走线层112，N型阱区域113、P型阱区域114及深处N型阱区域115。其中，至少各个区域的外围设置有电源线和地线，相邻区域之间以特定间隙分隔开。优选地，相邻感应单元块11的同一N型阱区域113和/或同一P型阱区域114被连通设置，如此设置，可以将小区域的N型阱113或P型阱114合并成较大的N型阱113或P型阱114，从而使其可以装配更多的ESD保护器件，需要说明的是，在感应单元中，可选择性地在感应单元块内设置有第一ESD保护单元，并非每个感应单元块均需设置第一ESD保护单元，具体地根据版图设计而定，在此不再详细阐述。本实施方式中，将同一性质的N型阱113或P型阱114拼接合并后，可以将同一区域的电源线和地线共用，省去了一些不必要的设计的间隙，从而减小线阻，增大静电电流的就近流出感应单元10的通透性，使感应电流加快流出，从而增强了抗ESD的能力，并且使本发明的整体布线更加简洁，其节省出的空间增加了其他信号线的走线灵活性。另外，将同一性质的N型阱113或P型114阱合并，可减少感应单元10内的闩锁效应。再次参照图3，金属走线层112包括多个层金属走线，使流静电电流的电源和地线在各个层上都连续，形成一个流出静电电流的网络，此为本领域技术人员所熟知，在此就不再详细说明。
如图4和图5所示，在本发明中，该第二ESD保护单元20包括NMOSESD22(版图设计ESD规则的NMOS晶体管)、GGNMOS23以及与NMOSESD22和GGNMOS23关联设置、供驱动NMOSESD22和GGNMOS22的驱动单元21。该第二ESD保护单元还包括开关单元24，驱动单元21通过开关单元24可选择地控制NMOSESD22和GGNOMS23，其中，驱动单元21可驱动NMOSESD22以使静电电流流向第三ESD保护单元30。详细地，在IC上电时，减少驱动单元21驱动的NMOSESD22数，以减少上电时的漏电，同时搭配一定数量的GGNOMS23,由于GGNOMS23在该阶段不会漏电，因此上电速度受ESD电路的影响大大减弱。在ESD发生时，同时使用GGNOMS23和NMOSESD22，该第二ESD保护单元20的NMOSESD22在驱动单元21的驱动下皆启动，让静电电流流到地线或者电源线上。具体地，该驱动单元21通过开关单元24可选择地控制NMOSESD22或GGNOMS23。具体地，该装置包括两种工作形式：IC上电时，驱动单元21驱动部分NMOSESD22工作的一工作形式以及ESD发生时，驱动单元21接受到感应信号后驱动全部NMOSESD22工作的另一工作形式。驱动单元21包括驱动部分NMOSESD22的RC触发电路和反向器链A，该驱动单元21还包括上电触发电路、上电判断延迟电路、反相器链B、下拉电路，其信号传播方向依次为芯片上电触发信号、上电判断延迟电路、反相器链B、下拉电路。其中，下拉电路的输出与反相器链A的输出存在竞争关系，通过本发明的合理设计，可使各自在不同使用条件下发挥主要作用。根据电路设计规则，在第二ESD保护单元20中，GGNOMS23的数量多于NMOSESD22的数量。
特别地，请参照图6，在本实施方式中，感应单元10以矩阵排列，驱动单元21位于以矩阵排列的感应单元10的行与列的交汇处，将驱动单元21放置在以矩阵排列的感应单元10的行与列的交汇处，这样可以让感应单元10流出的静电电流或生物体产生的电流以最短的距离来引起驱动单元21的响应。其中，每个驱动单元21对应行或列的任一侧具有相同数量的NMOSESD22，优选地，每个驱动单元21的四周邻设有与该驱动单元21直接相连相同数量的NMOSESD22，具体地根据需要而定，同时驱动单元21的上下左右数量要相等，以使静电电流均衡地流出第二ESD保护单元20。
在本发明中，第三ESD保护单元30包括外圈地线31以及位于外圈地线31外围的外圈电源线32，外圈地线31与外圈电源线32之间连接有MOS电容电路，从而使外围电源线32和外围地线31耦合，得到更纯洁的电源。另外，该第三ESD保护单元30电性连接于I/O的pad上，并且形成或者作用于第三ESD保护单元30的静电电流流向pad泄放出去。
具体地，如图7所示，图7为本发明的一种基于ESD保护的生物识别感应装置的整体结构电路图。位于感应单元10的静电电流经第一ESD保护单元12的作用，使得静电电流通过VDD1和GND1流向第二ESD保护单元20，第二ESD保护单元20中的静电电流在NMOSESD22和GGNOMS23配合作用下，驱动静电电流通过VDD2和GND2汇流流向VDD3和GND3，经VDD3和GND3流向第三ESD保护单元30，最终流向I/O的pad上泄放出去。
本发明通过将邻近感应单元块11同一性质区域合并，减小了感应单元10之间的闩锁效应，避免静电电流流入工作电路，且在感应单元10添加ESD保护器件，将感应电流流向位于相邻感应单元10行或列的第二ESD保护单元20，第二ESD保护单元20的驱动单元21通过开关单元24切换驱动NMOSESD22和GGNOMS23，以使静电电流流向感应单元阵列外围的第三ESD保护单元30，最终将静电电流引向pad泄放，从而实现分级保护，逐级来减弱ESD对整个识别感应装置的影响。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，包括：
感应单元阵列，所述感应单元阵列包括多个彼此间隔设置的感应单元，其中，所述感应单元内设置有将静电电流流出所述感应单元的第一ESD保护单元；
形成于相邻所述感应单元之间的第二ESD保护单元，其中，所述第一ESD保护单元和第二ESD保护单元被配合设置为由所述第一ESD保护单元将所述感应单元内的静电电流流向所述第二ESD保护单元；所述第二ESD保护单元包括NMOSESD、GGNMOS以及与NMOSESD和GGNMOS关联设置、供驱动所述NMOSESD和所述GGNMOS的驱动单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，所述第二ESD保护单元的抗ESD能力强于所述第一ESD保护单元；
所述驱动单元包括两种工作形式：IC上电时，所述驱动单元驱动部分所述NMOSESD工作的一工作形式以及ESD发生时，所述驱动单元接受到感应信号后驱动全部所述NMOSESD工作的另一工作形式。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，所述感应单元由多个感应单元块组成，所述感应单元块包括顶层感应区域、金属走线层、N型阱区域、P型阱区域及深处N型阱区域，相邻所述感应单元块的同一N型阱区域和/或同一P型阱区域被连通设置。
4.根据权利要求3所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，所述第二ESD保护单元还包括开关单元，所述驱动单元通过所述开关单元可选择地切换控制所述NMOSESD和所述GGNMOS。
5.根据权利要求3所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，所述感应单元以矩阵排列，所述驱动单元位于以矩阵排列的所述感应单元的行与列的交汇处，其中，每个所述驱动单元对应行或列的任一侧电性连接有相同数量的所述NMOSESD。
6.根据权利要求4所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，每个所述驱动单元四周邻设有与该驱动单元直接相连相同数量的NMOSESD。
7.根据权利要求5所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，在所述第二ESD保护单元中，所述GGNMOS的数量多于所述NMOSESD的数量。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1163477A (zh) * 1996-01-26 1997-10-29 哈里公司 具有展露集成电路芯片窗口的集成电路器件及其相关方法
CN1510749A (zh) * 2002-12-23 2004-07-07 矽统科技股份有限公司 具有自身触发效能的静电放电防护电路
CN203950286U (zh) * 2014-06-13 2014-11-19 上海思立微电子科技有限公司 一种基于esd保护的生物识别感应装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6617649B2 (en) * 2000-12-28 2003-09-09 Industrial Technology Research Institute Low substrate-noise electrostatic discharge protection circuits with bi-directional silicon diodes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1163477A (zh) * 1996-01-26 1997-10-29 哈里公司 具有展露集成电路芯片窗口的集成电路器件及其相关方法
CN1510749A (zh) * 2002-12-23 2004-07-07 矽统科技股份有限公司 具有自身触发效能的静电放电防护电路
CN203950286U (zh) * 2014-06-13 2014-11-19 上海思立微电子科技有限公司 一种基于esd保护的生物识别感应装置

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