CN107369672A - 静电放电保护电路 - Google Patents

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曹太和
颜承正
吴健铭
詹政邦
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Abstract

本发明公开一种静电放电防护电路，耦接一差动对电路的一第一节点及一第二节点，该静电放电防护电路包括：一静电放电感测单元，耦接该第一节点及该第二节点，感测该第一节点及该第二节点的电性变化以产生一第一触发信号；以及一第一放电单元，耦接该静电放电感测单元，根据该第一触发信号导通一第一放电路径。

Description

静电放电保护电路
技术领域
本发明涉及一种静电放电保护电路。
背景技术
由于电子电路元件的输出/输入端难以避免会受到不可预期的静电放电(ElectroStatic Discharge，简称ESD)袭击，其常为快速、暂态、高电压的能量，而造成电路的损坏，因此ESD保护对于电子电路元件的设计相当重要。为解决此类问题，各式的ESD防护电路被施加于电子电路元件，以提供ESD电流可以旁通(bypass)的消散路径，避免电子电路元件本身免于遭受伤害，常见的相关测试有静电放电测试、系统层级静电枪(ESD gun)测试、电气快速暂态脉冲(Electrical fast transient)测试及雷击(Surge)测试。
然而，现有技术的ESD保护电路对于静电放电能量消散路径仍未臻理想，且可整合于差动对(Differential-pair)电路晶片的ESD保护电路亦为未来趋势。
发明内容
为实现前述目的，本发明一实施例提出一种静电放电防护电路，耦接一差动对电路的一第一节点及一第二节点，该静电放电防护电路包括：一静电放电感测单元，耦接该第一节点及该第二节点，感测该第一节点及该第二节点的电性变化以产生一第一触发信号；以及一第一放电单元，耦接该静电放电感测单元，根据该第一触发信号导通一第一放电路径。
在一实施例中，该静电放电感测单元还包含：一共模电压单元，根据该第一节点及该第二节点的电性变化产生一共模电压；以及一比较器，比较该共模电压与一参考电压，藉以产生该第一触发信号。
在一实施例中，该共模电压单元是由二个电阻串联组成的电压分压器。
在一实施例中，该第一放电单元耦接该第一节点及该第二节点，当该第一放电单元根据该第一触发信号导通该第一放电路径时，该第一节点与该第二节点短路。
在一实施例中，该静电放电防护电路还包括：一第二放电单元，耦接该第一节点及一接地端，该静电放电感测单元感测该第一节点及该第二节点的电性变化以产生一第二触发信号，当该第二放电单元接收到该第二触发信号时，导通一第二放电路径使该第一节点接地；其中，该第一放电单元耦接该第二节点及该接地端，根据该第一触发信号导通该第一放电路径使该第二节点接地。
在一实施例中，该静电放电防护电路还包括：一第三放电单元，耦接该第一节点及该第二节点，该静电放电感测单元感测该第一节点及该第二节点的电性变化以产生一第三触发信号，当该第三放电单元接收到该第三触发信号时，该第三放电单元导通一第三放电路径使该第一节点与该第二节点短路。
在一实施例中，该静电放电感测单元还包含一第二比较器，比较该共模电压与一第二参考电压，藉以产生一第二触发信号。
在一实施例中，该第一放电单元是选自金氧半场效晶体管、双极性接面晶体管或硅控整流器所组成的群体。
在一实施例中，该第一触发信号、第二触发信号及该第三触发信号为同一信号。
在一实施例中，该第一触发信号、第二触发信号及该第三触发信号为不同信号。
有关本发明的特征、实作与技术效果，兹配合附图作较佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1为本发明提出的ESD防护电路一实施例的示意图；
图2为图1的实施例的电路图，其中的放电单元由晶体管构成；
图3为ESD感测单元另一实施例的电路图；
图4为根据本发明的ESD防护电路另一实施例的电路图；以及
图5为根据本发明的ESD防护电路又一实施例的电路图。
附图标记说明：
10、20 差动对电路
11、21、31 第一节点
12、22、32 第二节点
100 ESD防护电路
120、220 ESD感测单元
121、122、123、221 触发信号
125、225 共模电压单元
126、126a、126b、226 比较器
141、142、143、241、34、36 放电单元
具体实施方式
为使贵审查员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，兹配合附图详细说明本发明的实施例如后。在所有的说明书及图示中，将采用相同的元件编号以指定相同或类似的元件。
图1为本发明提出的ESD防护电路一实施例的示意图。ESD防护电路100耦接第一节点11及第二节点12，第一节点11与第二节点12为差动信号的输入端，一般会连接到晶片的焊垫(Pad)；该第一节点11与第二节点12的信号通常为互补(Complementary)，或称为差模信号(Differentialsignal)，差动对电路10对经由第一节点11与第二节点12输入的差模信号进行信号处理，再提供给负载电路(图中未示)。
如图1所示，ESD防护电路100包含ESD感测单元120、放电单元141、放电单元142及放电单元143，在其他实施例中，放电单元的数量及配置并不以此为限，亦可以只具有一个或二个放电单元。ESD感测单元120具有二个输入端，分别连接第一节点11与第二节点12，耦接并感测发生于该第一节点11及该第二节点12的电性变化，上述的电性变化可以是电压量、电流量、或电荷量的变化。当剧烈的电性变化出现在第一节点11及/或第二节点12上时，ESD感测单元120产生触发信号121、122及123，用以致动放电单元141、放电单元142及放电单元143，使得静电放电能量能有合适的路径得以迅速消散。
在本实施例中，放电单元141耦接第一节点11及第二节点12，从ESD感测单元120接收触发信号121；放电单元142耦接第一节点11及接地电位，并从ESD感测单元120接收触发信号122；放电单元143耦接第二节点12及接地电位，并从ESD感测单元120接收触发信号123。
图2为图1的实施例的电路图，在本实施例中，放电单元141、142、143由晶体管构成，其栅极耦接ESD感测单元120，当第一节点11及/或第二节点12上的电性变化使得ESD感测单元120产生触发信号时，放电单元141、放电单元142、放电单元143皆导通，产生三条放电路径，放电单元141所建立的放电路径是使第一节点11及第二节点12短路；放电单元142所建立的放电路径是使第一节点11接地；放电单元143所建立的放电路径是使第二节点12接地；因此，静电放电能量可经由三条放电路径快速消散。
在本实施例中，ESD感测单元120是以共模电压单元125以及比较器126来实现，且共模电压单元125是由电阻R1及R2串联所形成的电压分压器(Voltage divider)来实现。在一较佳实施例，电阻R1及R2具有相同的电阻值，共模电压Vcom为第一节点11与第二节点12之间的平均电压；在其他实施例中，电阻R1及R2可以有不同的电阻值，端视实际电路的需求而定。当共模电压Vcom大于参考电压Vref时，比较器126产生触发信号。在本实施例中，提供给放电单元141、放电单元142及放电单元143的触发信号是相同的，在其他实施例中，亦可将ESD感测单元120设计成具有多个比较器，以根据不同的门槛值分别产生触发信号，使放电单元141、放电单元142、放电单元143分别根据不同触发信号导通各自的放电路径；其中，放电单元可以金氧半场效晶体管(MOSFET)、双极性结型晶体管(BJT)或可控硅整流器(SCR)或其他可快速导通的电子元件实现。
当差动对电路10的电源电压VDD为3.3伏特时，可将参考电压Vref设定为1.65伏特(即，VDD/2)。比较器126比较共模电压Vcom与参考电压Vref；当共模电压Vcom大于参考电压Vref时，表示有静电放电现象发生于该第一节点11及/或该第二节点12，此时比较器126发出触发信号。在本实施例中，比较器126是为一运算放大器。
图3为ESD感测单元另一实施例的电路图，ESD感测单元220包括比较器126a及126b，分别耦接不同的参考电压Vref1及Vref2，在此架构下，当共模电压Vcom超出由参考电压Vref1及Vref2建立的电压范围时，ESD感测单元220发出触发信号。在一实施例中，参考电压Vref1可为1.15伏特(即，VDD/2-0.5V)，参考电压Vref2则为2.15伏特(即，VDD/2+0.5V)。
图4为根据本发明的ESD防护电路另一实施例的电路图。当差动模式(Differential-mode)的静电放电现象发生于第一节点21时，共模电压单元225所提供的共模电压Vcom会大于参考电压Vref，比较器226产生触发信号221，使得放电单元241中的场效晶体管导通，建立放电路径使第一节点21及第二节点22短路，静电放电能量造成的暂态电流的放电路径如图中的破折线所示。
图5为根据本发明的ESD防护电路又一实施例的电路图，在本实施例中，放电单元34及放电单元36皆以晶体管实现，放电单元34的源极和漏极分别耦接第一节点31和接地端，放电单元36的源极和漏极分别耦接第二节点32和接地端，当共同模式(Common-mode)的静电放电现象发生于第一节点31及第二节点32时，共模电压Vcom大于参考电压Vref，放电单元34及放电单元36的栅极接收到触发信号，使得其漏极与源极之间导通，建立如图中破折线所示的两条放电路径，使得第一节点31和第二节点32接地。
唯以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，当不能以的限制本发明的范围。即大凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。

Claims (10)

1.一种静电放电防护电路，耦接一差动对电路的一第一节点及一第二节点，该静电放电防护电路包括：
一静电放电感测单元，耦接该第一节点及该第二节点，感测该第一节点及该第二节点的电性变化以产生一第一触发信号；以及
一第一放电单元，耦接该静电放电感测单元，根据该第一触发信号导通一第一放电路径。
2.如权利要求1所述的静电放电防护电路，其中，该静电放电感测单元还包含：
一共模电压单元，根据该第一节点及该第二节点的电性变化产生一共模电压；以及
一比较器，比较该共模电压与一参考电压，藉以产生该第一触发信号。
3.如权利要求2所述的静电放电防护电路，其中，该共模电压单元是由二个电阻串联组成的电压分压器。
4.如权利要求1所述的静电放电防护电路，其中，该第一放电单元耦接该第一节点及该第二节点，当该第一放电单元根据该第一触发信号导通该第一放电路径时，该第一节点与该第二节点短路。
5.如权利要求1所述的静电放电防护电路，还包括：
一第二放电单元，耦接该第一节点及一接地端，该静电放电感测单元感测该第一节点及该第二节点的电性变化以产生一第二触发信号，当该第二放电单元接收到该第二触发信号时，导通一第二放电路径使该第一节点接地；
其中，该第一放电单元耦接该第二节点及该接地端，根据该第一触发信号导通该第一放电路径使该第二节点接地。
6.如权利要求5所述的静电放电防护电路，还包括：
一第三放电单元，耦接该第一节点及该第二节点，该静电放电感测单元感测该第一节点及该第二节点的电性变化以产生一第三触发信号，当该第三放电单元接收到该第三触发信号时，该第三放电单元导通一第三放电路径使该第一节点与该第二节点短路。
7.如权利要求2所述的静电放电防护电路，其中，该静电放电感测单元还包含一第二比较器，比较该共模电压与一第二参考电压，藉以产生一第二触发信号。
8.如权利要求1所述的静电放电防护电路，其中，该第一放电单元是选自金氧半场效晶体管、双极性结型晶体管或可控硅整流器所组成的群体。
9.如权利要求6所述的静电放电防护电路，其中，该第一触发信号、第二触发信号及该第三触发信号为同一信号。
10.如权利要求6所述的静电放电防护电路，其中，该第一触发信号、第二触发信号及该第三触发信号为不同信号。
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