CN104979805B - 双向静电保护电路及其电池保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双向静电保护电路及其电池保护电路，其中，集成电路的双向静电保护电路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P阱的环形N阱；沿P阱的上表面向下延伸至P阱中的NG层；沿NG层的上表面向下延伸至NG层中的第一N+有源区；沿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；P+有源区和第二N+有源区均与第二连接端相连，第一N+有源区与第一连接端相连。与现有技术相比，本发明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。

Description

双向静电保护电路及其电池保护电路

【技术领域】

本发明涉及电路设计领域，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】

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。

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C1、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R1和电容C1串联于电芯Bat的正极和负极G之间。当负载电阻R0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。

所述放电功率开关120包括NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor)场效应晶体管MN1和寄生于其体内的二极管D1。所述充电功率开关130包括NMOS场效应晶体管MN2和寄生于其体内的二极管D2。NMOS晶体管MN1的漏极和NMOS晶体管MN2的漏极相连，NMOS晶体管MN1的源极与电芯Bat的负极G相连，NMOS晶体管MN2的源极与第二电源端VM相连。

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DO。其中，连接端VDD连接于电阻R1和电容C1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MN2的栅极)相连，放电控制端DO1与放电功率开关120的控制端(即NMOS晶体管MN1的栅极)相连。

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MN1、MN2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MN2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MN1截止，从而切断了放电过程，但仍可以充电。

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。

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。

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C1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C1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。

如图1所示，电感L1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VL1(电感L1和电阻R1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，L1为寄生电感L1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10V足以。但对于寄生电感较大的情况，在实际测试中，节点VL1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R1和电容C1构成的滤波电路会将瞬间的尖峰电压滤平，因此，经过电阻R1和电容C1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R1和C1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。

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。

因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。

【发明内容】

本发明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。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明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N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。

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。

进一步的，所述P+有源区为多个，所述第二N+有源区为多个。

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。

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；

N阱和P阱之间形成的P-N结的反向击穿电压大于或等于4.5V；N型埋层与P阱之间形成的P-N结反向击穿电压大于或等于4.5V。

进一步的，所述静电保护器件还包括第一寄生NPN型双极晶体管和第二寄生NPN型双极晶体管，所述第一寄生NPN型双极晶体管包括N阱、P阱、N型埋层；所述第二寄生NPN型双极晶体管包括N型埋层、P阱、NG层。

进一步的，所述静电保护器件还包括NM层，所述NM层沿所述NG层的上表面向下延伸至NG层的下表面且环绕所述第一N+有源区，NM层的外侧紧邻所述P阱，其中，NM层的N型掺杂浓度较NG层的N型掺杂浓度低。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种电池保护电路，其包括与电池电芯负极相连的电池电芯负极连接端VSS和电池电芯正极相连的电源端VDD，所述电池保护电路还包括连接于电池电芯负极连接端VSS和电源端VDD之间的静电保护器件，所述静电保护器件连接于第一连接端和第二连接端之间，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N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。其中，电源端VDD为第一连接端，电池电芯负极连接端VSS为第二连接端。

进一步的，所述电池保护电路包括内部电路和设置于电源端VDD和内部电路之间的限压电路，所述内部电路用于对电池电芯的充放电状态进行检查，并通过充电控制机端输出充电控制信号，通过放电控制端输出放电控制信号，所述限压电路用于限定所述内部电路的工作电压小于等于一电压阈值。

进一步的，所述限压电路的限压输出端通过电阻R4连接于电源端VDD，所述限压电路的限压输出端给内部电路提供电源。

进一步的，所述限压电路包括NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极与所述限压输出端，其源极和栅极相连并接地；或所述限压电路包括二极管，该二极管的负极与所述限压输出端相连，其正极接地。

进一步的，所述限压电路包括依次串联于所述限压输出端和接地端之间的N个二极管单元，第一个二极管单元的负极与限压输出端相连，第N个二极管单元的正极接地。M个二极管单元中的任一个二极管单元包括一个PMOS晶体管，该PMOS晶体管的源极为所属的二极管单元的负极，该PMOS晶体管的栅极与其漏极相连作为所属的二极管单元的正极，该PMOS晶体管的衬体与所述限压输出端相连；另外(N-M)个二极管单元中的任一个二极管单元包括一个NMOS晶体管，该NMOS晶体管的源极为所属的二极管单元的正极，该NMOS晶体管的栅极与其漏极相连作为所属的二极管单元的负极，该NMOS晶体管的衬体接地，其中，N≥M≥0，且N为大于等于1的自然数。

进一步的，所述限压电路的限压输出端的限制电压为4.5V～12V。

与现有技术相比，本发明中的电池保护电路通过对其内部电路进行限压，从而提高自身的耐压；通过设置该电池保护电路上的静电保护电路的结构，不仅可以使静电保护电路具有反向耐压功能，以使电池保护电路可承受电芯反接，而且还可以提高静电保护电路的耐压(或正向耐压)，以避免不恰当的静电释放，从而克服在应用中由于电池保护电路外部的寄生电感较大所带来的严酷考验。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为现有技术中的一种电池保护系统的电路示意图；

图2为传统的5V器件的结构示意图；

图3为本发明的一个实施例中的静电保护电路的结构示意图；

图4为本发明的另一个实施例中的静电保护电路的结构示意图；

图5为本发明的一个实施例中的电池保护系统的电路示意图；

图6为图5中的限压电路在一个实施例中的电路示意图；

图7为图5中的限压电路在另一个实施例中的电路示意图；

图8为图5中的限压电路在另一个实施例中的电路示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

本发明中的电池保护电路通过对其内部电路进行限压，从而提高自身的耐压；通过设置该电池保护电路上的静电保护电路的结构，不仅可以使静电保护电路具有反向耐压功能，以使电池保护电路可承受电芯反接，而且还可以提高静电保护电路的正向耐压，以避免不恰当的静电释放，从而克服在应用中由于电池保护电路外部的寄生电感较大所带来的严酷考验。

请参考图2所示，其为传统的5V器件的结构示意图，其可以被用作ESD器件(即静电保护电路)。该5V器件包括P型衬底(P-Sub)；沿所述P型衬底的上表面向下延伸至P型衬底中的第一N+有源区和第二N+有源区，所述第一N+有源区和第二N+有源区相互间隔；位于所述P型衬底上且紧邻所述第一N+有源区和第二N+有源区的栅氧层；位于所述栅氧层上的栅极；沿所述P型衬底的上表面向下延伸至P型衬底中的第一P+有源区，所述第一P+有源区与所述第一N+有源区相互间隔，其中所述N+表示N型重掺杂，所述P+表示P型重掺杂。图2中的ESD器件耐压较低，且电芯反接时，其寄生二极管会导通，不加限流会导致芯片损坏。

请参考图3所示，其为本发明在一个实施例中的静电保护电路的结构示意图。该静电保护电路与图2所示的5V器件相比，不仅具有更高的正向耐压，而且具有反向耐压功能。

如图3所示的静电保护电路包括P型衬底(P-Sub)；埋置于所述P型衬底内的N型埋层(NBL)；沿晶圆的上表面向下延伸至N型埋层中的P阱(PWell)，沿晶圆的上表面向下延伸至N型埋层中且环绕所述P阱的环形N阱(NWell)，内部的P阱与外部的P型衬底可以电位独立连接；沿所述P阱的上表面向下延伸至P阱中的NG层(其可以称为第一N型层)；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。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N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。

图3中，由P+有源区和第二N+有源区构成所述静电保护电路的第二连接端，该P+有源区和第二N+有源区都可以通过接触孔和金属连接到集成RC的电池保护电路(如，申请号：201110411181.3的中国专利或本申请图5中示出的电池保护电路210，有关电池保护电路210的描述将在下文中详细介绍)的接地端VSS；由第一N+有源区构成所述静电保护电路的第一连接端，该第一N+有源区可以通过接触孔和金属连接到集成RC的电池保护电路(如，申请号：201110411181.3的中国专利或本申请图5中输出的电池保护电路210)的电源端VDD。

在一个优选的实施例中，可以增加P+有源区和第二N+有源区的个数，即所述P+有源区为多个，所述第二N+有源区为多个，这样，可以增强静电泄放能力，从而改善静电保护电路的静电防护效果。在另一个优选的实施例中，可以使所述P+有源区的面积大于第二N+有源区的面积。在另一个优选的实施例中，所述P+有源区较第二N+有源区更靠近所述P阱。

图2中的5V器件的耐压(或正向耐压)由第二N+有源区和P型衬底形成的P-N结决定，其反向耐压极低。图3中的静电保护电路，第一连接端的电压等于电源端VDD的电压，第二连接端的电压等于接地端VSS的电压，当电芯正接时(如图5所示)，第一连接端VDD的电压高于第二连接端VSS的电压，此时图3中的静电保护电路依靠NG层和P阱之间形成的P-N结来承受耐压(此耐压称为正向耐压)，一般会将NG层和P阱的掺杂浓度设置的较轻，以便可以承受较高的耐压，在一个优选的实施例中，NG层和P阱之间形成的P-N结的反向击穿电压可以大于或等于15V；当电芯接反时(如图5中的电芯的正负极接反)，第一连接端VDD的电压小于第二连接端VSS的电压，此时图3中的静电保护电路依靠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(此耐压称为反向耐压)，在一个优选的实施例中，N阱和P阱之间形成的P-N结的反向击穿电压可以大于或等于4.5V；且NBL层与P阱之间形成的P-N结反向击穿电压大于或等于4.5V。

如图3所示的静电保护电路，当发生第一连接端VDD相对于第二连接端VSS的正向静电时(即第一连接端VDD的电压大于第二连接端VSS的电压)，将先反向击穿NG层与P阱构成的二极管，然后触发由NG层、P阱和N型埋层构成的寄生三极管和由NG层、P阱和N阱构成的寄生三极管进行静电泄放；当发生第一连接端VDD相对于第二连接端VSS的负向静电时(即第一连接端VDD的电压小于第二连接端VSS的电压)，主要静电流将通过第二连接端VSS流经P+有源区与N阱形成的正相二极管，然后流经由N阱、P阱和NG层构成的寄生三极管，或流经N阱后通过由N型埋层、P阱和NG层构成的寄生三极管至至第一连接端VDD。需要说明的是，对于直接连接的相同类型的层次，电流可以直接导通，例如，对于NG层与NG层中的第二N+有源区，电流可以直接导通。

请参考图4所示，其为本发明在另一个实施例中的静电保护电路的结构示意图，与图3相比，图4中的静电保护电路还包括NM层(其可称为第二N型层)，所述NM层沿所述NG层的上表面向下延伸至NG层的下表面且环绕所述第一N+有源区，NM层的外侧紧邻所述P阱，且NM层的N型掺杂浓度较NG层的N型型掺杂浓度低，如此设置的目的在于，通过在所述第一N+有源区的侧面设置NM层来优化(或增强)P阱与其内部的N型区域形成的反向二极管的耐压，从而实现更高的第一连接端VDD电压相对于第二连接端VSS的耐压性能(即实现更高的正向耐压)。

综上所述，本发明中的静电保护电路不仅比传统的5V器件具有更高的耐压，而且具有反向耐压功能，同时也保持了较好的静电泄放性能。

所属领域内的普通技术人能够理解的是，图3和图4中的静电保护电路还可以用于高耐压的其他集成电路或者芯片中进行静电保护，其可以连接在芯片的任意两个管脚或连接端之间。

除了静电保护器件的改变，本发明中的电池保护电路为了提高耐压还进行了其它改进，下文将详细描述。

请参考图5所示，其为本发明的一个实施例中的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、电池保护电路210、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。当负载电阻R0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。

所述放电功率开关120包括NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor)场效应晶体管MN1和寄生于其体内的二极管D1。所述充电功率开关130包括NMOS场效应晶体管MN2和寄生于其体内的二极管D2。NMOS晶体管MN1的漏极和NMOS晶体管MN2的漏极相连，NMOS晶体管MN1的源极与电芯Bat的负极G相连，NMOS晶体管MN2的源极与第二电源端VM相连。

所述电池保护电路210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DO。其中，连接端VDD与电芯Bat的正极相连，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MN2的栅极)相连，放电控制端DO1与放电功率开关120的控制端(即NMOS晶体管MN1的栅极)相连。电感L1为连接电芯Bat的正极和电池保护电路210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210的接地端VSS的导线产生的寄生电感。

所述电池保护电路210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210控制NMOS晶体管MN1、MN2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210控制NMOS晶体管MN2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210控制NMOS晶体管MN1截止，从而切断了放电过程，但仍可以充电。

在本实施例中，所述电池保护电路210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。所述充电检测电路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可以统称为内部电路。也就是说，所述内部电路用于对电池电芯的充放电状态进行检测，并通过所述充电控制端CO输出充电控制信号，通过所述放电控制端DO输出放电控制信号。

由于图5中的电芯Bat正、负极之间未设置电阻R1和电容C1，电池保护电路210在对电芯Bat进行短路保护时，电池保护电路210的电源端VDD和接地端VSS之间的电压差可能会高达15V，电池保护电路210可能被击穿损坏，因此，图5中电池保护电路210还包括设置于其连接端VDD和连接端VSS之间的新型静电保护电路220，所述新型静电保护电路220可以为图3和图4所示的静电保护电路中的任意一个，从而避免不恰当的静电释放。此外，由于图3和图4所述的静电保护电路具有反向耐压能力，因此，图5中的电池保护电路可承受电芯反接。

为了应对电池保护电路210的电源端VDD和接地端VSS之间的瞬间高电压差，图5中的电池保护电路210还包括设置于连接端VDD和内部电路之间的限压电路230，所述限压电路230用于限定所述电池保护电路中的内部电路的工作电压小于或等于一电压阈值，从而提高所述电池保护电路210的耐压。

在图5所示的实施例中，所述限压电路230的限压输出端VLIM通过电阻R4连接于电源端VDD，所述限压电路230的限压输出端VLIM给内部电路提供受限制的电源电压。换句话说，所述电源端VDD提供的电压经过所述限压电路230的限制后提供给所述内部电路。

请参考图6所示，其为图5中的限压电路在一个实施例中的电路示意图。所述限压电路包括NMOS晶体管MN3，该NMOS晶体管MN3的漏极与所述限压输出端VLIM相连，其源极、栅极相连并接地。图6所示的限压电路通过NMOS晶体管MN3寄生的反向二极管实现限压，其限制电压为NMOS晶体管MN3的漏极到衬体的寄生二极管的反向击穿电压(或称NMOS晶体管MN3的击穿电压)，当电源端VDD的电压超过NMOS晶体管MN3的击穿电压(或称为电压阈值)时，NMOS晶体管MN3中会产生击穿电流，将限压输出端VLIM的电压限制在NMOS晶体管MN3的击穿电压，从而将限压输出端VLIM的电压限制小于等于NMOS晶体管MN3的击穿电压值。由于NMOS晶体管MN3中的击穿电流被图5中的电阻R4所限制，所以NMOS晶体管MN3不会被击坏。

请参考图7所示，其为图5中的限压电路在另一个实施例中的电路示意图。

所述限压电路包括二极管D3，该二极管D3的负极与所述限压输出端VLIM相连，其正极接地。7所示的限压电路通过二极管D3的反向击穿电压实现限压，其限制电压为二极管D3的反向击穿电压，其工作原理与图6相似，在此不再赘述。

请参考图8所示，其为图5中的限压电路在另一个实施例中的电路示意图。

图8所示的限压电路包括依次串联于所述限压输出端VLIM和接地端之间的N个二极管单元，第一个二极管单元的负极与限压输出端VLIM相连，第N个二极管单元的正极接地。其中，M个二极管单元为二极管连接的PMOS晶体管，即该M个二极管单元中的任一个二极管单元包括一个PMOS晶体管，该PMOS晶体管的源极为所属的二极管单元的负极，该PMOS晶体管的栅极与其漏极相连作为所属的二极管单元的正极，该PMOS晶体管的衬体与所述限压输出端VLIM相连；另外(N-M)个二极管单元为二极管连接的NMOS晶体管，即该(N-M)个二极管单元中的任一个二极管单元包括一个NMOS晶体管，该NMOS晶体管的源极为所属的二极管单元的正极，该NMOS晶体管的栅极与其漏极相连作为所属的二极管单元的负极，该NMOS晶体管的衬体接地，其中，N≥M≥0，且N为大于等于1的自然数。

图8所示的实施例中，N等于5，M等于3，即所述限压电路包括PMOS晶体管MP3、MP2、MP1，NMOS晶体管MN4、MN5。其中，PMOS晶体管MP3的源极作为第一个二极管单元的负极与所述限压输出端VLIM相连，PMOS晶体管MP3的栅极和其漏极相连作为第一个二极管的正极；PMOS晶体管MP2的源极作为第二个二极管单元的负极与第一个二极管单元的正极相连，PMOS晶体管MP2的栅极和其漏极相连作为第二个二极管单元的正极；PMOS晶体管MP1的源极作为第三个二极管单元的负极与第二个二极管单元的正极相连，PMOS晶体管MP3的栅极和其漏极相连作为第三个二极管单元的正极；NMOS晶体管MN4的栅极和其漏极相连作为第四个二极管单元的负极与第三二极管单元的正极相连，NMOS晶体管MN4的源极作为第四个二极管单元的正极；NMOS晶体管MN5的栅极和其漏极相连作为第五个二极管单元的负极与第四个二极管单元的正极相连，NMOS晶体管MN5的源极作为第五个二极管单元的正极与接地端相连；PMOS晶体管MP3、MP2、MP1的衬体均与所述限压输出端VLIM相连，NMOS晶体管MN4、MN5均接地。

需要说明的是，图8所示的限压电路的限制电压等于各个二极管单元中的MOS管的栅源电压之和，具体串联的二极管单元的个数可以由具体的设计确定，在一个优选的实施例中，图8所示的限压电路的限制电压为4.5V～12V之间的值。

本发明中的电池保护电路通过对其内部电路进行限压，从而提高自身的耐压；通过设置该电池保护电路上的静电保护电路的结构，不仅可以使静电保护电路具有反向耐压功能，以使电池保护电路可承受电芯反接，而且还可以提高静电保护电路的耐压(或正向耐压)，以避免不恰当的静电释放，从而克服在应用中由于电池保护电路外部的寄生电感较大所带来的严酷考验。

在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (13)

1.一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，其特征在于，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N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。

2.根据权利要求1所述的静电保护电路，其特征在于，

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。

3.根据权利要求1所述的静电保护电路，其特征在于，

所述P+有源区为多个，所述第二N+有源区为多个。

4.根据权利要求1所述的静电保护电路，其特征在于，

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。

5.根据权利要求4所述的静电保护电路，其特征在于，

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；

N阱和P阱之间形成的P-N结的反向击穿电压大于或等于4.5V；

N型埋层与P阱之间形成的P-N结反向击穿电压大于或等于4.5V。

6.根据权利要求1所述的静电保护电路，其特征在于，所述静电保护器件还包括第一寄生NPN型双极晶体管和第二寄生NPN型双极晶体管，

所述第一寄生NPN型双极晶体管包括N阱、P阱、N型埋层；

所述第二寄生NPN型双极晶体管包括N型埋层、P阱、NG层。

7.根据权利要求1所述的静电保护电路，其特征在于，所述静电保护器件还包括NM层，所述NM层沿所述NG层的上表面向下延伸至NG层的下表面且环绕所述第一N+有源区，NM层的外侧紧邻所述P阱，其中，NM层的N型掺杂浓度较NG层的N型掺杂浓度低。

8.一种电池保护电路，其包括与电池电芯负极相连的电池电芯负极连接端VSS和电池电芯正极相连的电源端VDD，其特征在于，其还包括连接于电池电芯负极连接端VSS和电源端VDD之间的如权利要求1-7任一所述的静电保护电路，其中，电源端VDD为第一连接端，电池电芯负极连接端VSS为第二连接端。

9.根据权利要求8所述的电池保护电路，其特征在于，其包括内部电路和设置于电源端VDD和内部电路之间的限压电路，所述内部电路用于对电池电芯的充放电状态进行检查，并通过充电控制机端输出充电控制信号，通过放电控制端输出放电控制信号，所述限压电路用于限定所述内部电路的工作电压小于等于一电压阈值。

10.根据权利要求9所述的电池保护电路，其特征在于，所述限压电路的限压输出端通过电阻R4连接于电源端VDD，所述限压电路的限压输出端给内部电路提供电源。

11.根据权利要求9或10所述的电池保护电路，其特征在于，

所述限压电路包括NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极与所述限压输出端，其源极和栅极相连并接地；或

所述限压电路包括二极管，该二极管的负极与所述限压输出端相连，其正极接地。

12.根据权利要求9或10所述的电池保护电路，其特征在于，所述限压电路包括依次串联于所述限压输出端和接地端之间的N个二极管单元，第一个二极管单元的负极与限压输出端相连，第N个二极管单元的正极接地，

M个二极管单元中的任一个二极管单元包括一个PMOS晶体管，该PMOS晶体管的源极为所属的二极管单元的负极，该PMOS晶体管的栅极与其漏极相连作为所属的二极管单元的正极，该PMOS晶体管的衬体与所述限压输出端相连；另外(N-M)个二极管单元中的任一个二极管单元包括一个NMOS晶体管，该NMOS晶体管的源极为所属的二极管单元的正极，该NMOS晶体管的栅极与其漏极相连作为所属的二极管单元的负极，该NMOS晶体管的衬体接地，

其中，N≥M≥0，且N为大于等于1的自然数。

13.根据权利要求12所述的电池保护电路，其特征在于，所述限压电路的限压输出端的限制电压为4.5V～12V。