CN106356823A - 集成于芯片内的浪涌保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集成于芯片内的浪涌保护电路，其包括主泄放电路和快速检测电路，主泄放电路包括第一二极管、第二二极管、第二电阻和第一MOS管，第一二极管负极与电源端相连，其正极经第二电阻接地，第一二极管和第二电阻间的节点称为第一节点；第一MOS管的第一连接端与电源端相连，第二连接端接地，控制端与第一节点相连。快速检测电路包括电容、第一电阻、第三二极管和第二MOS管，电容连接于电源端和第三二极管负极之间，第三二极管正极接地，第三二极管和电容间的节点称为第二节点；第二MOS管的第一连接端与电源端相连，第二连接端与第一节点相连，控制端与第二节点相连。与现有技术相比，本发明集成于芯片内，且可对该芯片中的内部电路进行浪涌保护。

Description

集成于芯片内的浪涌保护电路

【技术领域】

本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种可集成于芯片内的浪涌保护电路。

【背景技术】

浪涌(Electrical surge)指电源在瞬间出现超过稳定值的峰值，它包括浪涌电压和浪涌电流。在系统输入电源环境恶劣的情况下，输入到IC端口会产生瞬间的浪涌电压和电流，如果不能及时释放，会对IC产品造成严重的危害。传统的抗浪涌保护结构主要是采用外置TVS(Transient Voltage Suppressor)二极管，由于其制造工艺特殊，无法在芯片上集成，占用PCB板面积，布局布线比较繁琐。

因此，有必要开发一种能在芯片上集成的浪涌保护结构，来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种浪涌保护电路，其集成于芯片内，可以与现有的IC制造工艺兼容，且其可替代外置TVS对该芯片中的内部电路进行浪涌保护。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种浪涌保护电路，其用于对内部电路进行浪涌保护，所述内部电路与电源端口和地之间，电源经所述电源端口对所述内部电路供电。所述浪涌保护电路包括主泄放电路和快速检测电路，所述主泄放电路用于泄放电源端口的浪涌能量，所述主泄放电路包括第一二极管、第二二极管、第二电阻和第一MOS管，其中，第一二极管的负极与电源端口相连，其正极经第二电阻接地，第一二极管的正极和第二电阻之间的连接节点称为第一节点；第一MOS管的第一连接端与电源端口相连，其第二连接端接地，其控制端与第一节点相连。所述快速检测电路用于检测电压端口的电压变化，所述快速检测电路包括电容、第一电阻、第三二极管和第二MOS管，其中，电容的一端与电源端口相连，其另一端与第三二极管的负极相连，第三二极管的正极与接地端相连，第三二极管的负极和电容之间的连接节点称为第二节点；第二MOS管的第一连接端与电源端口相连，其第二连接端与第一节点相连，其控制端与第二节点相连。

进一步的，当电源端口的电压正常时，主泄放电路不工作，第一MOS管关断；快速检测电路不工作，第二MOS管关断，当电源端口的电压大于预设电压，则第一二极管导通，第一MOS导通，泄放所述电源端口的能量；当电源端口的电压上升速度超过预定电压上升速度阈值时，第二MOS管导通，从而驱动第一MOS管导通。

进一步的，所述第一MOS管M1的第一连接端、第二连接端和控制端分别为第一MOS管的漏极、源极和栅极；所述第二MOS管M2的第一连接端、第二连接端和控制端分别为第二MOS管的漏极、源极和栅极。

进一步的，所述二极管为齐纳二极管。

进一步的，所述第一MOS管与第二MOS管的宽长比之比为100:1至1000:1。

进一步的，所述第一MOS管与第二MOS管的宽长比之比为200:1。

进一步的，所述浪涌保护电路和所述内部电路集成于同一芯片内。

与现有技术相比，本发明中的浪涌保护电路不仅可以与内部电路集成于同一芯片、替代外置TVS对该芯片中的内部电路进行浪涌保护，而且可以与现有的IC制造工艺兼容，节省占用的PCB板面积、简化布局布线。

【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为本发明在一个实施例中的浪涌保护电路的电路示意图。

【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。

请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的浪涌保护电路的电路示意图。图1中的浪涌保护电路100集成于内部电路200所在的芯片中(即所述浪涌保护电路100和所述内部电路200集成于同一芯片)。所述内部电路200连接于电源端口VIN和接地端之间，电源经所述电源端口VIN给所述内部电路200供电；所述浪涌保护电路100连接于电源端口VIN和接地端GND之间，所述浪涌保护电路100可替代外置TVS对该芯片中的内部电路200进行浪涌保护。

图1中的浪涌保护电路100包括主泄放电路110和快速检测电路120。主泄放电路110用于泄放电源端口VIN上的浪涌能量；所述快速检测电路120用于检测电压端口VIN上的电压变化，若检测到电压端口VIN的电压上升速度大于预定电压上升速度阈值时，则快速检测电路120驱动主泄放电路110工作，以泄放浪涌能量。

所述主泄放电路110包括第一二极管D1、第二二极管D2、第二电阻R2和第一MOS管M1，其中，第一二极管D1的负极与电源端口VIN相连，其正极经第二电阻R2与接地端GND相连，第一二极管D1的正极和第二电阻R2之间的连接节点称为第一节点A；第一MOS管M1的第一连接端与电源端口VIN相连，其第二连接端接地，其控制端与节点A相连。

所述快速检测电路120包括电容C1、第一电阻R1、第三二极管D3和第二MOS管M2，其中，电容C1的一端与电源端口VIN相连，其另一端与第三二极管D3的负极相连，第三二极管D3的正极与接地端相连，第三二极管D3的负极和电容C1之间的连接节点称为第二节点B；第二MOS管M2的第一连接端与电源端口VIN相连，其第二连接端与第一节点A相连，其控制端与第二节点B相连。

在图1所示的具体实施例中，所述第一MOS管和第二MOS管均为NMOS晶体管，其中，所述第一MOS管M1的第一连接端、第二连接端和控制端分别为第一MOS管的漏极、源极和栅极；所述第二MOS管M2的第一连接端、第二连接端和控制端分别为第二MOS管M2的漏极、源极和栅极。其中，第一MOS管M1可称为浪涌能量释放管，第二MOS管M2可称为快速检测管。

在一个优选的实施例中，所述二极管D1、D2和D3可以为齐纳二极管，它们都可以在反向电压超过临界值时被击穿，而在反向电压低于临界值时保持很高的电阻，也可以被称为稳压二极管。

为了便于理解本发明，以下具体介绍图1中的浪涌保护电路100的工作原理。

当电源端口VIN的电压正常时，快速检测管M2的栅极通过第一电阻R1接地，快速检测管M2截止，浪涌能量释放管M1的栅极通过第二电阻R2接地，浪涌能量释放管M1截止，整个浪涌保护电路110不工作不耗电，对其他电路没有影响。

若电源端口VIN的电压大于预设电压，第一二极管D1将被击穿，有电流流过第二电阻R2，因此，浪涌能量释放管M1的栅压被拉高，浪涌能量释放管M1导通，电源端口VIN上的浪涌能量通过浪涌能量释放管M1释放到地，保证电源端口VIN上的浪涌能量不会被传递到后面的内部电路200，从而起到保护内部电路200的作用。其中，第二电阻R2的作用是在电源端口VIN上的电压正常时保证浪涌能量释放管M1的栅极接地，使浪涌能量释放管M1截止；第二二极管D2的作用是将浪涌能量释放管M1的栅压钳位，保证浪涌能量释放管M1的栅极不会被高压打坏。

然而，如果电源端口VIN上的浪涌电压上升速度非常快，而第一二极管D1被击穿也需要一定的时间，比如需要微妙级的延迟，这样浪涌电压可能在第一二极管D1被击穿前就会被传到至内部电路，从而对内部电路造成破坏。因此，在本发明中的浪涌保护电路100中增加了快速检测电路120。若电压上升速度大于预定电压上升速度阈值时，则在第一二极管D1被击穿前，快速检测电路120先工作。具体为，电源端口VIN的电压迅速升高，由于电容C1两边电压不能突变，则快速检测管M2的栅压会随电源端口VIN上的电压升高，快速检测管M2导通，将浪涌能量释放管M1的栅压拉高，因此，浪涌能量释放管M1导通，将电源端口VIN上的浪涌能量通过浪涌能量释放管M1释放到地，这样快速检测电路120驱动主泄放电路110工作，从而保护了后面的内部电路200。所述快速检测电路120可以在浪涌产生的几纳秒至几十纳秒内反应，从而启动所述主泄放电路110进行浪涌保护，从而大大的提升了反应速度。其中，第一电阻R1的作用是在电源端口VIN上的电压正常时保证快速检测管M2的栅极接地，使第二快速检测管M2截止；第三二极管D3的作用是将快速检测管M2的栅压钳位，防止有高电压打坏快速检测管M2的栅极。

在一个实施例中，浪涌能量释放管M1和快速检测管M2的宽长比之比为100:1～1000:1。在一个优选的实施例中，浪涌能量释放管M1和快速检测管M2的宽长比之比为200:1。

综上所述，本发明中的浪涌保护电路100包括主泄放电路110和快速检测电路120。其中，主泄放电路110用于泄放电源端口VIN上的浪涌能量；所述快速检测电路120用于检测电压端口VIN上的电压变化，若电源端口VIN的电压上升速度大于预定电压上升速度阈值，则快速检测电路120驱动主泄放电路110工作，以泄放浪涌能量。本发明中的浪涌保护电路不仅可以与内部电路集成于同一芯片，替代外置TVS对该芯片中的内部电路进行浪涌保护，而且可以与现有的IC制造工艺兼容，节省占用的PCB板面积、简化布局布线。

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 (7)

1.一种浪涌保护电路，其用于对内部电路进行浪涌保护，所述内部电路与电源端口和地之间，电源经所述电源端口对所述内部电路供电，其特征在于，

所述浪涌保护电路包括主泄放电路和快速检测电路，

所述主泄放电路用于泄放电源端口的浪涌能量，所述主泄放电路包括第一二极管、第二二极管、第二电阻和第一MOS管，其中，第一二极管的负极与电源端口相连，其正极经第二电阻接地，第一二极管的正极和第二电阻之间的连接节点称为第一节点；第一MOS管的第一连接端与电源端口相连，其第二连接端接地，其控制端与第一节点相连，

所述快速检测电路用于检测电压端口的电压变化，所述快速检测电路包括电容、第一电阻、第三二极管和第二MOS管，其中，电容的一端与电源端口相连，其另一端与第三二极管的负极相连，第三二极管的正极与接地端相连，第三二极管的负极和电容之间的连接节点称为第二节点；第二MOS管的第一连接端与电源端口相连，其第二连接端与第一节点相连，其控制端与第二节点相连。

2.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，

当电源端口的电压正常时，主泄放电路不工作，第一MOS管关断；快速检测电路不工作，第二MOS管关断，

当电源端口的电压大于预设电压，则第一二极管导通，第一MOS导通，泄放所述电源端口的能量；

当电源端口的电压上升速度超过预定电压上升速度阈值时，第二MOS管导通，从而驱动第一MOS管导通。

3.根据权利要求2述的浪涌保护电路，其特征在于，

所述第一MOS管M1的第一连接端、第二连接端和控制端分别为第一MOS管的漏极、源极和栅极；

所述第二MOS管M2的第一连接端、第二连接端和控制端分别为第二MOS管的漏极、源极和栅极。

4.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，

所述二极管为齐纳二极管。

5.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，

所述第一MOS管与第二MOS管的宽长比之比为100:1至1000:1。

6.根据权利要求5所述的浪涌保护电路，其特征在于，

所述第一MOS管与第二MOS管的宽长比之比为200:1。

7.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述浪涌保护电路和所述内部电路集成于同一芯片内。