CN107645157B - 具有瞬态激活和激活释放控制的高电压钳位装置 - Google Patents

具有瞬态激活和激活释放控制的高电压钳位装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了具有瞬态激活和激活释放控制的高电压钳位装置。公开了一种集成电路，包括：电连接在第一节点和第二节点之间的钳位装置，其中钳位装置由钳位激活信号选择性地启动；被配置为基于第一节点的电压产生隔离电压的隔离电路；和有源钳位控制电路，包括：被配置为基于隔离电压来检测第一节点处的瞬态过应力事件的存在的触发电路，其中触发电路激活调节电压以响应检测到瞬态过应力事件的存在；和被配置为通过控制钳位激活信号来控制钳位装置的激活和释放的逻辑电路，其中逻辑电路被配置为从调节电压接收功率。

Description

具有瞬态激活和激活释放控制的高电压钳位装置
技术领域
本发明的实施方案涉及电子系统，更具体地涉及包括激活和激活释放控制的用于可伸缩高电压过应力钳位的电路架构。
背景技术
某些电子系统可能容易受到瞬态过应力事件或具有快速变化的电压和高功率的短持续时间电信号的影响。瞬态过应力事件可以包括例如从物体或人到电子系统突然释放电荷而产生的电气过应力(EOS)事件和/或静电放电(ESD)事件。
瞬态过应力事件可能通过在集成电路的相对较小区域产生过电压状态和高功耗来损坏或破坏集成电路(ICs)。高功耗可以增加集成电路温度并且可能导致诸如栅极氧化物穿通、结损坏、金属损坏和表面电荷积累等众多问题。
发明内容
本文提供了具有有源激活和激活释放控制的高电压钳位装置。在某些配置中，钳位装置具有可扩展操作的钳位电压电平并且可以用于保护连接到半导体芯片电源的电路免受诸如静电放电(ESD)事件之类的过应力事件的损坏。主动监控电源的引脚以检测何时存在过应力事件并且接通钳位装置以响应检测到的过应力事件。在检测到过应力事件的时间延迟之后使用定时器关闭钳位装置，从而提供错误检测关闭机制以防止保护钳位装置在正常电路操作期间被错误地激活并保持在导通状态。
一方面，集成电路包括电连接在第一节点和第二节点之间的钳位装置以及被配置为基于第一节点的电压产生隔离电压的隔离电路和有源钳位控制电路。钳位装置通过钳位激活信号选择性地激活。此外，有源钳位控制电路包括被配置为基于隔离电压来检测在第一节点处的瞬态过应力事件存在的触发电路，并且触发电路激活调节电压以响应检测到瞬态过应力事件的存在。有源钳位控制电路还包括被配置为通过控制钳位激活信号来控制钳位装置的激活和释放的逻辑电路，并且逻辑电路被配置为从调节电压接收功率。
另一方面，提供一种用于控制电源钳位装置的有源钳位控制电路。有源钳位控制电路包括被配置为在电源的一对节点之间检测瞬态过应力事件存在的触发电路。触发电路包括被配置为激活调节电压以响应检测到的瞬态过应力事件存在的调节器和被配置为在调节电压激活的时间延迟之后激活触发信号的定时器。有源钳位控制电路还包括由调节电压供电的逻辑电路，并且逻辑电路被配置为响应于调节电压的激活而导通钳位装置，并且响应于触发信号的激活而关断钳位装置。
另一方面，一种提供主动控制的过应力保护的方法被提供。该方法包括响应于检测到电源的一对节点之间的瞬态过应力事件的存在而激活调节电压、为使用调节电压而供电逻辑电路、使用逻辑电路电连接在一对节点之间的钳位装置以响应于调节电压的激活、在使用定时器激活调节电压的时间延迟之后激活触发信号以及使用逻辑电路关断钳位装置以响应触发信号的激活。
另一方面，集成电路被提供。集成电路包括电连接在第一节点和第二节点之间的钳位装置，钳位装置包括用于控制钳位装置启动的控制输入。集成电路还包括被配置为响应于检测到第一节点和第二节点之间的瞬态过应力事件来激活检测信号的第一电阻器电容器(RC)电路、被配置为从第一节点到钳位装置控制输入提供反馈以响应检测信号的激活的有源反馈电路、被配置为基于第一节点和第二节点之间的电压差低通滤波来检测瞬态过应力事件的通过之后激活关闭信号的第二电阻器电容器(RC)电路以及被配置为响应于关闭信号的激活经由控制输入端而关断钳位装置的钳位装置关断电路。
附图说明
图1是根据一个实施方案的主动控制的高电压钳位装置的示意图。
图2是根据另一实施方案的主动控制的高电压钳位装置的示意图。
图3是根据一个实施方案的触发电路的示意图。
图4是根据一个实施方案的迟滞缓冲的示意图。
图5是根据一个实施方案的电平移位器的示意图。
图6是根据另一实施方案的主动控制的高电压钳位装置的示意图。
图7是根据另一实施方案的触发电路的示意图。
图8是根据一个实施方案的开关的示意图。
图9A是根据一个实施方案的过电压检测器的示意图。
图9B是根据另一实施方案的过电压检测器的示意图。
图10是根据另一实施方案的主动控制的高电压钳位装置的示意图。
图11A示出了用于主动控制的高电压钳位装置的电压和电流对时间的曲线图的一个示例。
图11B示出了用于主动控制的高电压钳位装置的电压和电流对时间的曲线图的另一示例。
图11C示出了用于主动控制的高电压钳位装置的电压和电流对时间的曲线图的另一示例。
图11D示出了用于主动控制的高电压钳位装置的电压和电流对时间的曲线图的另一示例。
图12A是根据另一实施方案的主动控制的高电压钳位装置的示意图。
图12B是根据另一实施方案的主动控制的高电压钳位装置的示意图。
图12C是根据另一实施方案的主动控制的高电压钳位装置的示意图。
图13A示出了用于主动控制的高电压钳位装置的电流和电压曲线图的一个示例。
图13B示出了用于主动控制的高电压钳位装置的电压和电流对时间的曲线图的另一示例。
具体实施方式
以下对某些实施方案的详细描述呈现了本发明的具体实施方案的各种描述。然而，本发明可以以权利要求所限定和覆盖的多种不同方式来体现。在本说明书中将结合附图进行说明，其中相同的附图标记可以表示相同或功能相似的元件。应当理解的是附图中所示的元件不一定按比例绘制。此外，应当理解的是某些实施方案可以包括比图中所示的更多元件和/或图中所示元件的子集。此外，一些实施方案可以包括来自两个或更多个附图的特征的任何合适的组合。
某些电子系统包括过应力保护电路用以保护电路或部件免受瞬态过应力事件的影响。为了保证电子系统的可靠性，制造商可以在规定的应力条件下对电子系统进行测试，这可以通过各种组织制定的标准来描述，如联合电子设备工程委员会(JEDEC)、国际电工委员会(IEC)和汽车工程委员会(AEC)。这些标准可以涵盖广泛的瞬态过应力事件，包括电力过应力(EOS)和/或静电放电(ESD)事件。
主动控制的保护电路是一种过应力保护电路，通过监测与过应力相关的电气条件来检测是否存在瞬态过应力事件。相对于依赖于自身结击穿以提供钳位的实现，通过实现具有主动控制的保护电路可以实现相对较快的激活时间、相对较低的静态功耗和/或相对紧凑的区域。
在本文的某些实施方式中，主动控制的高电压钳位装置包括电连接在电源节点和接地节点之间的隔离电路、有源钳位控制电路和钳位装置。隔离电路基于电源节点的电压来控制隔离的高电压节点的电压。有源钳位控制电路基于隔离的高电压节点和接地节点之间的电压差来检测是否存在瞬态过应力事件。当有源钳位控制电路检测到瞬态过应力事件的存在时，有源钳位控制电路打开钳位装置用以在电源节点和接地节点之间提供低阻抗。
在某些配置中，有源钳位控制电路包括接通或关断钳位装置的逻辑电路和包括调节器和定时器的触发电路。调节器产生用于为逻辑电路供电的调节电压，并且定时器产生用作逻辑电路输入的触发信号。调节器接通调节电压、逻辑电路激活钳位装置以提供过应力保护用于响应瞬态过应力事件。在定时器的时间延迟之后，触发信号被激活并且逻辑电路关断钳位装置。
因此，有源钳位控制电路响应于检测到的瞬态过应力事件而导通钳位装置，并且在由定时器控制的时间延迟之后关断钳位装置。以这种方式实现有源钳位控制电路提供了快速的导通时间和低电压过冲，同时提供了一种提高对假触发的鲁棒性的错误检测关闭机制。
在某些配置中，钳位装置包括诸如双扩散金属氧化物半导体(DMOS)晶体管的高电压金属氧化物半导体(MOS)晶体管。在这种实现中，有源钳位控制电路可以通过控制高电压MOS晶体管的栅极电压来导通或关断钳位装置。在某些配置中，钳位装置包括两个或更多个器件的级联，例如高电压MOS晶体管，从而增强钳位装置的高电压处理能力。
主动控制的高电压钳位装置可以在集成电路(IC)或半导体芯片的正常工作条件下在高电压工作的一对节点之间提供保护。在一个示例中，主动控制的高电压钳位装置对一对节点提供保护，该对节点以8V至高达钳位装置的自身击穿电压的高电压工作，例如用0.18μm BCD工艺的DMOS晶体管实现的钳位装置电压约为60V。在另一示例中，使用漏极延伸金属氧化物半导体(DEMOS)技术，并且在以高达约5V的额定电压差工作的一对节点之间提供保护。在另一示例中，使用较高电压DMOS工艺，例如用于汽车和工业所应用的，并且在以高达约200V的额定电压差工作的一对节点之间提供保护。
主动控制的高电压钳位装置可以在相对较快的导通时间操作，例如约2ns或更少的导通时间用以响应瞬态过应力事件。主动控制的高电压钳位装置可以适用于保护敏感的高电压接点，这可能是新兴高电压和混合信号应用中的主要设计挑战。
在某些配置中，主动控制的高电压钳位装置是用于重新触发或复位有源钳位控制电路的过电压检测器来实现。过电压检测器重新触发有源钳位控制电路并在检测到过电压状态时复位定时器。当有源钳位控制电路被错误地触发时，例如在与集成电路导通相关的电源斜坡上升期间，过电压检测器不会重新触发有源钳位控制电路并且在定时器的时间延迟之后关闭钳位装置。然而，当存在瞬态过应力事件时，过电压检测器可以将有源钳位控制电路复位一次或多次直到过应力事件充分放电，从而允许钳位装置基本上在瞬态过应力事件的整个持续时间内维持导通。通过包括错误检测关闭机构，可以在供电条件下提供故障检测和钳位装置分流，同时提供再触发器或复位机构以提供稳定的钳位。
本文所述的主动控制的高电压钳位装置可以在高电压工艺技术中提供高电压钳位，并且可将最大量的过应力限制在低于导致损坏的电压。在某些实施方式中，当在无供电或供电的集成电路上的一对引脚之间发生过应力事件时，主动控制的高电压钳位装置可以在过应力期间将最大过电压限制为小于一对引脚之间的额定工作电压。
因此，主动控制的高电压钳位装置可以提供具有相对较快的导通时间、相对较低的电压过冲、相对低的持续泄漏电流、稳定温度和错误触发关断机制强大的过应力保护。
相比之下，使用自身或直接结击穿操作的保护钳位装置可能在标称工作电压和接点击穿电压之间具有不足的电压余度，因此可能不能足够快地开启以提供过应力保护。在另一个示例中，可以使用电阻-电容触发网络来相对快速地打开DMOS钳位装置的门。然而，具有由电阻-电容触发网络激活的栅极的DMOS钳位装置可能在正常集成电路操作期间被错误触发并且可能无法关断。
图1是根据一个实施方案的主动控制的高电压钳位装置20的示意图。主动控制的高电压钳位装置20包括隔离电路1、有源钳位控制电路2和钳位装置3。
在所示实施方案中，主动控制的高电压钳位装置电连接在电源节点VDDHV和接地节点VSS之间。因此，在该实施方案中，主动控制的高电压钳位装置20作为电源钳位装置而运作。
尽管在电源电压节点和接地节点之间提供过应力保护在上下文中被示出，但是本文的主动控制的高电压钳位装置可以以各种各样的方式用于提供过应力保护。例如，钳位装置3可以电连接在第一节点和第二节点之间，其可以对应于例如针、焊盘、凸块、电压平面和/或其它结构或其组合。在某些实施方式中，第一节点和第二节点分别用高压电源和接地进行偏置，但是其它配置也是可能的。因此，尽管示出了所示实施方案，其中第一节点对应于电源节点VDDHV和第二节点对应于接地节点VSS，本文的教导也可应用于其他配置。
主动控制的高电压钳位装置20的一个或多个实例可以被包括在集成电路或芯片上。主动控制的高电压钳位装置20可以为集成在同一集成电路上的电路和/或单独的集成电路上的电路提供保护。例如，本文的教导适用于使用管芯到管芯引线键合、倒装芯片突起连接、柱倒装芯片连接和/或贯穿衬底通孔(TSV)连接的系统。
如图1所示，钳位装置3电连接在电源节点VDDHV和接地节点VSS之间，并通过来自有源钳位控制电路2的钳位激活信号选择性地被激活。钳位装置3可以用宽泛的各种方式来实现，并且可以包括例如一个或多个高电压MOS晶体管，例如DMOS晶体管(包括但不限于横向DMOS晶体管和漏极扩展的DMOS晶体管)。
隔离电路1允许能量从电源节点VDDHV流到隔离高电压节点VHV，同时限制从隔离高电压节点VHV到电源节点VDDHV的能量流。当电源节点VDDHV的电压大于隔离高压节点VHV的电压时，包括隔离电路1允许隔离高电压节点VHV由电源节点VDDHV供电，同时当电源节点VDDHV的电压小于隔离高电压节点VHV的电压时禁止隔离高电压节点VHV损耗能量到电源节点VDDHV。例如，当在有源钳位控制电路2检测到瞬态过应力事件之后激活钳位装置3时，钳位装置3的接通可以相对较快地降低电源节点VDDHV的电压。
因此，当钳位装置3激活后电源节点VDDHV的电压急剧下降时，包括隔离电路1禁止隔离高电压节点VHV的电压被下拖或下拉。因此，隔离电路1禁止钳位装置3接通之后隔离高电压节点VHV的电压下降或降低，从而在隔离高电压节点VHV上提供相对稳定和连续的电压。因此，即使当电源节点VDDHV的电压急剧下降时，有源钳位控制电路2可以在良好限定的状态下工作并且提供对钳位装置3的激活和去激活的稳定控制。
有源钳位控制电路2基于隔离高电压节点VHV和接地节点VSS之间的电压差来检测是否存在瞬态过应力事件。当存在瞬态过应力事件时，有源钳位控制电路2通过钳位激活信号接通钳位装置3，从而将钳位装置3操作为导通或低阻抗状态。然而，当有源钳位控制电路2没有检测到瞬态过应力事件时，有源钳位控制电路2将钳位装置3操作为关闭或高阻抗状态。在一个实施方案中，关闭状态阻抗可以例如在约0.1GΩ至10GΩ的范围内，并且导通状态阻抗可以例如在约0.3Ω至5Ω的范围内。
如图1所示，所示的有源钳位控制电路2包括触发电路11和逻辑电路12。逻辑电路12控制钳位激活信号以打开或关闭钳位装置3。另外，触发电路11包括产生用于为逻辑电路12供电的调节电压的调节器13和产生用作逻辑电路12输入的触发信号的定时器14。响应于有源钳位控制电路2检测到瞬态过应力事件，调节器13输出调节电压，从而给逻辑电路12供电，逻辑电路12又激活钳位装置3用以在电源节点VDDHV和接地节点VSS之间提供低阻抗。在定时器14的时间延迟之后，触发信号被激活并且逻辑电路12通过钳位激活信号关断钳位装置。
因此，有源钳位控制电路2响应于检测到瞬态过应力事件而接通钳位装置3，并且在由定时器14控制的时间延迟之后关断钳位装置3。以这种方式实现的有源钳位控制电路2提供快速导通时间、低电压过冲以及可靠的触发和关闭机制。
有源钳位控制电路2确定在电源节点VDDHV处是否存在过应力事件，并且在检测到瞬态过应力事件时产生用于为逻辑电路12供电的调节电压。调节电压由隔离高电压节点VHV上接收到的隔离高电压产生。
通过包括电压调节器13，即使当电源节点VDDHV和接地节点VSS未被供电时(例如，当集成电路被关闭和/或被处理时)有源钳位控制电路2也可以响应过应力事件而被激活。例如，在过应力事件期间，电源节点VDDHV的电压相对于接地节点VSS的电压而增加，隔离电路1迫使隔离高电压节点VHV的电压跟随电源节点VDDHV的电压。当隔离高电压节点VHV的电压足够高时，电压调节器13可以导通以产生用于为逻辑电路12供电的调节电压。因此，可以提供用于供电和无供电芯片和电路的应对过应力事件的保护。
在某些配置中，响应于瞬态过应力事件的检测，调节器13相对较快地产生调节电压，例如小于约2ns。此外，逻辑电路12被实现为接通钳位装置3以响应经由调节电压的接收功率。在定时器14的时间延迟之后，触发信号被去激活，然后逻辑电路12关断钳位装置3。定时器14可以以各种方式实现。在一个示例中，使用电阻器-电容器网络来确定定时器14的时间延迟。例如，电阻器-电容器网络可以电连接在调节电压和接地节点VSS之间，由此基于电阻器-电容器网络的时间常数从调节电压的激活提供时间延迟。然而，定时器的其他实施方式是可能的。
图2是根据一个实施方案的主动控制的高电压钳位装置50的示意图。主动控制的高电压钳位装置50包括隔离电路21、有源钳位控制电路22和钳位晶体管23。
钳位晶体管23在该示例中被实现为NMOS器件，并且包括电连接到电源节点VDDHV的漏极、电连接到接地节点VSS的源极、电连接到源极的主体以及接收由有源钳位控制电路22产生的钳位激活信号的栅极。在某些实现中，钳位晶体管23使用诸如DMOS晶体管的高电压MOS晶体管来实现。
尽管图2中示出了钳位装置的一个示例，但是本文的教导可适用于钳位装置的其他构造，包括例如使用其它类型的组件和/或使用相同和/或不同类型的附加组件实现的钳位装置。在一个示例中，钳位晶体管23由PMOS晶体管(包括例如PDMOS器件)实现，并且有源钳位控制电路的逻辑电路被修改以向PMOS晶体管的栅极提供具有适当极性的钳位控制信号。
隔离电路21包括电连接到电源节点VDDHV的漏极、电连接到隔离高电压节点VHV的源极、电连接到源极的栅极和电连接到源极的主体。在某些实施方案中，隔离晶体管21使用诸如DMOS晶体管的高电压MOS晶体管来实现。
在所示实施方案中，隔离电路21包括二极管连接的PMOS晶体管，其允许正向二极管操作期间的快速通道导通，同时阻止反向二极管操作中的导通。然而，隔离电路可以以各种方式实现，包括但不限于使用其它半导体器件，包括但不限于以标准二极管模式工作的器件。因此，本文的教导可应用于隔离电路的其它配置，包括例如使用二极管连接的PMOS或其他类型的组件和/或相同和/或不同类型的附加组件实现的隔离电路。
包括隔离电路21有助于有源钳位控制电路22检测到瞬态过应力事件的存在，同时增强主动控制的高电压钳位装置50在过应力期间的非预期激活和/或损坏的鲁棒性。例如，隔离电路21可以对电源节点VDDHV的电压进行低通滤波从而防止与上电和/或集成电路活动相关的高频故障误触发有源钳位控制电路22。此外，隔离电路21可以通过将有源钳位控制电路22与电源节点VDDHV的峰值电压过冲隔离来为有源钳位控制电路22的电路提供应对过应力事件期间损坏的保护。
所示的有源钳位控制电路22包括触发电路31、迟滞缓冲器32、逻辑与门33、电平移位器34、下拉控制晶体管41、上拉控制晶体管42、下拉电阻器43、栅极电容器44和限压齐纳二极管45。
触发电路31基于隔离高电压节点VHV和接地节点VSS之间的电压差来检测瞬时过应力事件的存在或不存在。如图2所示，触发电路31包括在时间延迟之后产生触发信号VTRIG的集成定时器。触发电路31还包括产生调节电压VREG的集成电压调节器。如图2所示，调节电压VREG用于为有源钳位控制电路22的逻辑电路供电，包括迟滞缓冲器32、逻辑与门33和电平移位器34。
在某些配置中，触发电路31产生调节电压VREG以响应瞬态过应力事件，这导致有源钳位控制电路22接通钳位晶体管23。此外，在产生调节电压的时间延迟之后触发电路31启动触发信号VTRIG，触发信号VTRIG导致有源钳位控制电路22关断钳位晶体管23。在所示实施方案中，触发信号通过逐渐将触发信号从逻辑低值转变为逻辑高值而被激活。然而，本文的教导也适用于通过将触发信号从逻辑高值转换为逻辑低值来激活触发信号的配置和触发信号突然转变而不是渐进转变的配置。
迟滞缓冲器32接收触发信号VTRIG，并产生迟滞触发信号TRIG。使用具有滞后功能的逻辑电路可以更好地控制钳位装置开启和关断。逻辑与门33基于调节电压VREG和迟滞触发信号TRIG的逻辑与运算的结果来控制对电平移位器34的输入。此外，电平移位器34的输出控制上拉控制晶体管42的栅极。电平移位器34操作在调节电压VREG的电压域和电源节点VDDHV的电压域之间用以提供信号转换。如图2所示，迟滞触发信号TRIG控制下拉晶体管41的栅极。
下拉控制晶体管41和上拉控制晶体管42分别操作钳位晶体管23栅极电压的下拉和上拉。因此，当迟滞触发信号TRIG在逻辑低时，下拉控制晶体管41关断并且上拉控制晶体管42导通以启动钳位晶体管23。另外，当迟滞触发信号TRIG在逻辑高时，下拉控制晶体管42导通并且上拉控制晶体管42关断以去激活钳位晶体管23。
虽然图2中示出了逻辑电路的一个实施方案，但是本文的教导可应用于使用以各种方式实现的逻辑电路的有源钳位控制电路。因此，逻辑电路和/或钳位激活控制的其他实现是可能的。
下拉电阻器43和栅极电容器44有助于防止钳位晶体管23的非预期的激活。例如，下拉电阻器43在钳位晶体管23的栅极和接地节点VSS之间提供放电路径，从而有助于防止可能无意中导致钳位晶体管23导通的电压增加。然而，下拉电阻器43具有足够大的电阻使得当触发电路31检测到瞬态过应力事件时上拉控制晶体管42上拉钳位晶体管23的栅极电压。栅极电容器44使钳位晶体管23的栅极电压稳定并且提供滤波从而降低钳位晶体管23的误激活的可能性。
限压齐纳二极管45限制钳位晶体管23的最大栅极电压从而防止当存在瞬态过应力事件时钳位晶体管23损坏。
尽管图2中示出了有源钳位控制电路22的一个示例，但是本文的教导可应用于有源钳位控制电路的其他配置，包括例如使用其他类型的组件和/或更多或更少组件实现的有源钳位控制电路。
图3是根据一个实施方案的触发电路100的示意图。触发电路100包括第一调节晶体管61、第二调节晶体管62、定时器电阻器70、第一调节电阻器71、第二调节器电阻器72、限流电阻器73、栅极电阻器74、调节二极管81、栅极电容器85、去耦电容器86、定时器电容器87、第一电压限制齐纳二极管91、第二电压限制齐纳二极管92和第三限压齐纳二极管93。触发电路100用于产生调节电压VREG和触发电压VTRIG。
图3的触发电路100示出了图2的触发电路31的一个实施方案。然而，本文的教导可应用于以各种方式实现的触发电路。因此，触发电路的其他实现是可能的。
第一调节器电阻器71、第一调节器晶体管61、第二调节器电阻器72和调节器二极管81串联在隔离高电压节点VHV和调节电压VREG之间电连接并且基于隔离高压节点VHV的电压控制调节电压VREG。在集成电路的正常工作电压条件下，隔离高电压节点VHV的电压不足以上拉调节电压VREG。因此，在集成电路的正常操作期间，调节电压VREG被关断或去激活。然而，当存在过应力事件时，隔离高电压VHV增加并且跨越第一调节器电阻器71、第一调节器晶体管61、第二调节器电阻器72和调节器二极管81提供足够的正向偏置以激活调节电压VREG。
触发电路调节器的静态功耗可以基于隔离高电压节点VHV和调节电压VREG之间的电阻。在一个实施方案中，第一调节器电阻器71具有在约1kΩ至约5kΩ范围内的电阻并且第二电阻器72具有在约5mΩ至约9mΩ范围内的电阻。然而，其他电阻值是可能的。
栅极电阻器74和栅极电容器85串联电连接在隔离高电压节点VHV和接地节点VSS之间，并且基于低通滤波隔离高电压节点VHV和接地节点VSS之间的电压差来操作以控制第二调节晶体管62的栅极。因此，第二调节晶体管62基于隔离高电压节点VHV和接地节点VSS之间的电压差的低频分量来控制调节电压VREG。
第二调节晶体管62有助于在瞬态过应力事件期间对去耦电容器86进行快速充电从而相对较快地提升调节电压VREG。因此，集成在一起工作的上述电路元件可以增加触发电路100激活调节电压VREG的速度以响应瞬态过应力事件的检测。限流电阻器73用于限制可流过第二调节晶体管62的最大电流量从而防止晶体管62被电过应力事件损坏。去耦电容器86用于稳定调节电压VREG，包括例如限制电压变化以响应由调节电压VREG供电的逻辑电路的切换。
定时器电阻器70和定时器电容器87产生触发电压VTRIG。在所示实施方案中，定时器电阻器70和定时器电容器87用于控制触发信号VTRIG的上升时间以响应调节电压VREG的激活。特别地，触发信号VTRIG的上升时间基于定时器电阻器70和定时电容器87的电阻器-电容器(RC)时间常数。
因此，在调节电压VREG被激活之后，触发电压VTRIG以基于定时器电阻器70和定时电容器87的时间常数的时间延迟上升。因此，触发电路100产生相对于调节电压VREG导通的时间延迟的触发信号VTRIG。一旦触发信号VTRIG上升到图2中的迟滞缓冲器32的阈值电压以上，施密特触发器就会改变状态，这又促使图2的钳位装置装置23从导通状态变为关断状态。
第一电压限制齐纳二极管91以限制触发信号VTRIG电压进行操作，从而向接收触发信号VTRIG(例如晶体管栅极)的电路提供过压保护。此外，第二电压限制齐纳二极管92以限制调节电压VREG电压进行操作，从而提供给使用调节电压进行操作的电路。此外，第三电压限制齐纳二极管93以限制第二调节晶体管62的栅极和源极之间的电压差进行操作。
图4是根据一个实施方案的迟滞缓冲器140的示意图。迟滞缓冲器140包括第一输入级n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管111、第二输入级NMOS晶体管112、第一输入级p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管121、第二输入级PMOS晶体管122、滞后控制NMOS晶体管113、滞后控制PMOS晶体管123、第一电阻器131、第二电阻器132、第一反相器NMOS晶体管114、第一反相器PMOS晶体管124、第二反相器NMOS晶体管115、第二反相器PMOS晶体管125和第三反相器NMOS晶体管116以及第三反相器PMOS晶体管126。迟滞缓冲器140经由调节电压VREG和接地节点VSS接收电力。
迟滞缓冲器140接收触发信号VTRIG并使用滞后产生迟滞触发信号TRIG和反向迟滞触发信号TRIGB。特别地，当节点VH处的电压相对较高时，滞后控制NMOS晶体管113导通并且通过滞后控制NMOS晶体管113和第一电阻器131的导电路径提供滞后以维持节点VH的相对较高电压。类似地，当节点VH处的电压相对较低时，滞后控制PMOS晶体管123导通并且通过滞后控制PMOS晶体管123和第二电阻器132的导电路径提供滞后以使节点VH的电压保持相对较低。
此外，节点VH的电压由级联的反相器处理以产生迟滞触发信号TRIG和反向迟滞触发信号TRIGB。
图4的迟滞缓冲器140示出了图2的迟滞缓冲器32的一个实施方式。尽管迟滞缓冲器140的一个示例在图4中示出，但是本文的教导可应用于迟滞电路和/或逻辑电路的其他配置，包括例如无滞后运行的逻辑电路。
图5是根据一个实施方案的电平移位器200的示意图。电平移位器200包括反相器NMOS晶体管191、下拉NMOS晶体管192、反相器PMOS晶体管193、上拉电阻器194和限压齐纳二极管195。电平移位器200包括接收电平移位器输入信号的电平移位器输入L_IN以及产生电平移位器输出信号的电平移位器输出L_OUT。电平移位器200用于将电平移位器输入信号从调节电压VREG的电压域电平移位到电源节点VDDHV的电压域。
反相器NMOS晶体管191和反相器PMOS晶体管193作为反相器进行逻辑反转输入信号。反相器通过调节电压VREG和接地节点VSS接收电力。此外，逻辑反相输入信号被提供给下拉NMOS晶体管192的栅极，其包括连接到电平移位器输出L_OUT的漏极。上拉电阻器194电连接在电平移位器输出L_OUT和电源节点VDDHV之间。电压限制齐纳二极管195与上拉电阻器194并联连接。
可以选择上拉电阻器194的电阻和下拉NMOS晶体管192的导通电阻用来提供电平移位器200的期望输出电压摆幅。特别地，当下拉NMOS晶体管192导通时，下拉NMOS晶体管192和上拉电阻器194作为分压器工作。因此，在本实施方案中，由于齐纳二极管195和适当尺寸的下拉晶体管192的电压限制作用，电平移位器输出L_OUT仅在约VDDV与VDDHV之间少于5.5V摆动。
图5的电平移位器200示出了图2的电平移位器34的一个实现方式。尽管图5中示出了电平移位器的一个示例，但是本文的教导可应用于电平移位器的其他实现和/或逻辑电路的其他配置，包括例如省略电平移位器的逻辑电路。
图6是根据另一实施方案的主动控制的高电压钳位装置250的示意图。主动控制的高电压钳位装置250包括隔离电路21和钳位晶体管23，其可以如先前关于图2的主动控制的高电压钳位装置50所述。主动控制的高电压钳位装置250还包括有源钳位控制电路222、过电压检测器24和开关25。
所示的有源钳位控制电路222包括迟滞缓冲器32、电平移位器34、下拉控制晶体管41、上拉控制晶体管42、栅极电阻器43、栅极电容器44和限压齐纳二极管，这些可以如先前关于图2的有源钳位控制电路22所述。有源钳位控制电路222还包括触发电路231和反相器233。
在所示实施方案中，触发电路231产生调节电压VREG用以响应瞬态过应力事件的检测。触发电路231还产生触发信号VTRIG，该触发信号VTRIG以逻辑低值开始，并且在该实施方案中在时间延迟之后逐渐转变到逻辑高值。如图6所示，触发信号VTRIG被提供给迟滞缓冲器32，其产生迟滞触发信号TRIG和反向迟滞触发信号TRIGB。迟滞触发信号TRIG被提供给开关25的控制输入、触发电路231的调节器使能输入(VREG_OFF)和下拉控制晶体管41的栅极。反向迟滞触发信号TRIG提供给反相器233的输入，反相器233向电平移位器34的输入提供反向迟滞触发信号TRIG的反相形式。
在该实施方案中，触发电路231接通调节电压VREG并将触发信号VTRIG控制在逻辑低值用以响应瞬态过应力事件的检测。在触发电路的定时器的延时之后，触发信号VTRIG被激活(在本例中对应于逻辑高电平)，并且迟滞触发信号TRIG闭合开关25用以将调节电压VREG连接到外部电压VEXT。迟滞触发信号TRIG还通过触发电路231的调节器的VREG_OFF输入来关断触发电路231。迟滞缓冲器32还控制触发信号TRIGB从逻辑高电平变为逻辑低电平，这迫使钳位装置元件23关断。
通过包括开关25和外部电压VEXT，经过触发电路231的集成调节器的高位泄漏被减小或最小化。此外，包括外部电压VEXT有助于稳定调节电压VREG，因此钳位晶体管23和有源钳位控制电路的逻辑控制电路也保持在良好限定的偏置状态。因此，可以实现增强的性能和较低的静电消耗。
所示实施方案还包括过电压检测器24，其基于过电压检测器24在电源节点VDDHV和接地节点VSS之间是否检测到过电压状况而生成过电压检测信号OVDET。过电压检测信号OVDET用于通过将触发信号VTRIG放电到VSS并重置定时器来重新触发或复位触发电路231。在所示实施方案中，只要电源节点VDDHV的电压保持在过电压检测器24的预定阈值电压以下，过电压检测信号OVDET就保持停止，因此不妨碍其他电路操作。
然而，当瞬态过应力事件导致电源节点VDDHV的电压超过预定阈值电压时，过电压检测器24产生逻辑高信号，在本实施方案中，通过过电压检测信号OVDET重触发或复位触发电路231。因此，如果钳位晶体管23关断，则过电压检测器24可以检测过电压并使触发电路231复位从而为钳位晶体管23提供再次重新导通的机制直到过应力事件基本上释放为止。因此，主动控制的高电压钳位装置250具有用于在非常快的供电条件下的错误检测关闭机构。此外，过电压检测器24提供一种重触发机构，其允许钳位晶体管23在瞬态过应力事件的整个持续时间内重复导通。因此，相对于图2的实施方案，主动控制的高电压钳位装置250可以提供更长持续时间的过应力事件保护。
过电压检测器24基于电源节点VDDHV与接地节点VSS之间的电压差产生过电压检测信号OVDET。在某些实施方式中，当电压差大于最大电压Vmax时，过电压检测器24激活过电压检测信号OVDET，否则将去激活过电压检测信号OVDET。
图7是根据另一实施方案的触发电路300的示意图。触发电路300包括调节器PMOS晶体管261、反相器PMOS晶体管262、反相器NMOS晶体管266、使能NMOS晶体管265、第一调节器电阻器271、第二调节器电阻器272、定时器电阻器273、上拉电阻器274、第一分压电阻器275、第二分压电阻器276、调节器二极管281、重触发器NMOS晶体管284、去耦电容器286、定时电容器287、栅极电容器288、第一电压限制齐纳二极管291、第二限压齐纳二极管292和第三限压齐纳二极管293。触发电路300用于产生触发电压VTRIG和调节电压VREG。
图7的触发电路300示出了图6的触发电路231的一个实施方案。然而，本文的教导可应用于以各种方式实现的触发电路。因此，触发电路的其他实现是可能的。
第一调节器电阻器271、调节器PMOS晶体管261、第二调节器电阻器272和调节器二极管281在隔离高电压节点VHV和调节电压VREG之间串联电连接并且基于隔离高电压节点VHV的电压来控制调节电压VREG。在集成电路的正常工作电压条件下，隔离高电压节点VHV的电压不足以上拉调节电压VREG。因此，在集成电路的正常操作期间，调节电压VREG被关断或去激活。然而，当存在过应力事件时，隔离高电压VHV增加到足以激活调节电压VREG的电压电平。去耦电容器286用于稳定调节电压VREG。
触发电路调节器的静态功耗可以基于隔离高电压节点VHV和调节电压VREG之间的电阻。在一个实施方案中，第一调节器电阻器271具有在约4kΩ至约8kΩ范围内的电阻，并且第二电阻器272具有在约0.3mΩ至约0.7mΩ范围内的电阻。然而，其他电阻值是可能的。
当调节器使能NMOS晶体管265导通时，调节器使能NMOS晶体管265将调节器PMOS晶体管261的栅极电压拉低用以接通触发电路的集成电压调节器。然而，当调节器使能NMOS晶体管265关断时，栅极上拉电阻274用于上拉调节器PMOS晶体管261的栅极电压以关断集成电压调节器。如图7所示，调节器使能NMOS晶体管265由逻辑反相器控制，该逻辑反相器在调节器使能输入VREG_OFF处接收使能信号。
定时器电阻器273和定时器电容器287产生触发电压VTRIG。在所示实施方案中，定时器电阻器273和定时器电容器287控制触发信号VTRIG的上升时间用于响应调节电压VREG的激活。特别地，触发信号VTRIG的上升时间是基于定时器电阻器273和定时器电容器287的RC时间常数。因此，触发电路300相对于调节电压VREG的激活产生带有时间延迟的触发信号VTRIG。
触发器NMOS晶体管284重新触发或复位触发电路的定时器用于响应过电压检测信号DET的激活。特别地，当过电压检测信号DET在逻辑上较高时，分压器电阻器275和276控制重触发器NMOS晶体管284的栅极电压以拉低触发电压VTRIG从而复位定时器。因此，触发电压VTRIG由过电压检测信号OVDET去激活或复位。
第一电压限制齐纳二极管291用于限制再触发器NMOS晶体管284的栅极处的电压。另外，栅极电容器288使再触发器NMOS晶体管284的栅极电压稳定从而有助于防止意外的重新触发。此外，第二电压限制齐纳二极管292操作以限制调节电压VREG的电压，由此使用调节电压提供给进行操作的电路。此外，第三限压齐纳二极管293操作以限制调节器PMOS晶体管261的栅极和源极之间的电压差。
图8是根据一个实施方案的开关400的示意图。开关400包括第一反相器NMOS晶体管401、第一反相器PMOS晶体管411、第二反相器NMOS晶体管402、第二反相器PMOS晶体管412、第一开关PMOS晶体管413和第二开关PMOS晶体管414。
如图8所示，第一和第二开关PMOS晶体管413和414在调节器电压VREG和外部电压VEXT之间串联电连接。此外，开关400接收开关使能信号SW，其用于选择性地导通或关断第一和第二开关PMOS晶体管413和414。因此，开关使能信号SW控制第一和第二开关PMOS晶体管413和414用以打开或关闭开关400。
图8的开关400示出了图6的开关25的一个实现方式。尽管图8中示出了开关的一个示例，但是本文的教导可应用于开关的其他实施方式以及在没有开关到外部电压的情况下工作的配置。
图9A是根据一个实施方案的过电压检测器520的示意图。过电压检测器520包括基准电压电路501、第一分压电阻器511、第二分压电阻器512、限压齐纳二极管513和电容器514。
图9A的过电压检测器520示出了图6的过电压检测器24的一个实施方案。然而，本文的教导可应用于以各种方式实现的过电压检测器以及省略过电压检测器的配置。
基准电压501产生表示电源节点VDDHV的电压是否超过最大电压Vmax的输出电压。在某些实施方案中，最大电压Vmax基于基准电压501的设计实现来确定。最大电压Vmax大于电源节点VDDHV的额定工作电压使得基准电压501产生输出电压，该输出电压表示在电源节点VDDHV处存在瞬态过应力事件。此外，第一和第二分压电阻器511和512作为分压器工作，以基于基准电压501的输出电压来控制过电压检测信号OVDET。通过选择第一和第二分压电阻器511和512的电阻比可以实现用于过压检测信号OVDET的逻辑高值的期望电压电平。
因此，在所示实施方案中，当电源节点VDDHV的电压超过电压Vmax时，过电压检测信号OVDET具有逻辑高值，否则为逻辑低值。然而，本文的教导也适用于逻辑低值表示过电压状态并且逻辑高值不表示过电压状态的配置。
图9B是根据另一实施方案的过电压检测器550的示意图。过电压检测器550包括基准电压电路521、第一分压电阻器511、第二分压电阻器512、限压齐纳二极管513和电容器514。
图9B的过电压检测器550类似于图9A的过电压检测器520，除了图9B的过电压检测器550示出了基准电压电路的具体实施方式。特别地，图9B的基准电压电路521包括在电源节点VDDHV和过电压检测器550的输出端之间从阴极到阳极串联电连接的十三个齐纳二极管531-543。其他类型的过电压检测器也可以通过使用诸如MOSFET、二极管或双极器件等其它半导体器件或其组合来实现。
通过串联地包含希望数量的齐纳二极管可以实现用于过电压比较的最大电压Vmax的期望值。例如，当每个齐纳二极管的正向电压约为5.4V时，可以提供约70.2V的电压Vmax用于过电压检测。
尽管图9B示出了过电压检测器的一个具体实施方式，但是本文的教导可应用于以各种各样的方式实现的过电压检测器以及省略过电压检测器的配置。
图10是根据另一实施方案的主动控制的高电压钳位装置650的示意图。图10的主动控制的高电压钳位装置650包括隔离电路21、有源钳位控制电路22和钳位晶体管23，其可以如先前相对于图2的主动控制的高电压钳位装置50所述。然而，与图2的主动控制的高电压钳位装置50相反，主动控制的高电压钳位装置650还包括有源反馈电路601。
所示的有源反馈电路601包括反馈使能电路611、反馈电路612和电压限制齐纳二极管625。尽管在图10中示出了有源反馈电路的一个示例，但是本文的教导可应用于以各种方式实现的有源反馈电路以及省略有源反馈的配置。
反馈使能电路611基于对电源节点VDDHV和接地节点VSS之间的电压差进行低通滤波来生成反馈电压VF。在所示实施方案中，反馈使能电路611包括串联电连接在电源节点VDDHV和接地节点VSS之间的电阻器621和电容器622。
反馈电路612包括电连接在电源节点VDDHV和钳位晶体管23的栅极之间的反馈晶体管623。如图10所示，使用反馈电压VF来控制反馈晶体管623的栅极。因此，反馈使能电路611基于对电源节点VDDHV和接地节点VSS之间的电压差的低通滤波来控制由反馈晶体管623提供的反馈量。
当在电源节点VDDHV和接地节点VSS之间接收到瞬态过应力事件时，反馈使能电路611启用反馈晶体管623。另外，反馈晶体管623基于电阻器621和电容器622的时间常数保持导通一段时间。当反馈晶体管623导通时，钳位晶体管23的栅极电压可以跟随电源节点VDDHV的电压而跟踪或改变。钳位晶体管23的栅极电压可以在存在瞬态过应力事件的同时跟踪电源节点VDDHV。在经过瞬态过应力事件之后，电源节点VDDHV的电压降低，反馈晶体管623关断。
包括有源反馈电路601有助于提供可以放松触发电路31的设计约束的和/或安全地允许定时器的时间延迟更短的反馈。例如，可以使用更小的组件和更短的时间延迟来实现触发电路31的定时器的电阻器-电容器网络。
当供电节点VDDHV供电时，反馈电压VF被控制为大约等于电源节点VDDHV的电压。因此，在供电操作期间禁用有源反馈电路612。
图11A示出了主动控制的高电压钳位装置的电压和电流对时间的曲线图的一个示例。图11A包括不同温度模拟的电压对时间的第一曲线图700和不同温度下的叠加电流对时间的第二曲线图710。第一和第二图700和710对应于2kV人体模型(HBM)ESD事件的模拟，其针对设计用于60V标称电源电压操作的图6中主动控制的高电压钳位装置250的一个实现。第一和第二曲线图700和710对应于在无动力状态下的主动控制的高电压钳位装置的模拟。
第一曲线图700包括用于在-40℃下的2kV HBM ESD事件的电源节点VDDHV的第一电压-时间曲线701。第一曲线图700还包括用于在25℃下的2kV HBM ESD事件的电源节点VDDHV的第二电压-时间曲线702。第一曲线图700还包括用于在125℃下的2kV HBM ESD事件的电源节点VDDHV的第三电压-时间曲线703。
第二曲线图710包括通过钳位晶体管23的电流与时间的关系曲线704。曲线704对应于在-40℃的模拟电流。在25℃和125℃下模拟的曲线图是相似的，因此为了清楚起见从图11A中省略。
如图11A所示，在该示例中主动控制的高电压钳位装置的峰值过冲电压为33V，其在该示例中小于电源节点VDDHV与接地节点VSS之间的60V额定电压差。因此，在所示示例中，当在无供电状态下在集成电路上的电源和接地引脚之间提供2kV HBM事件时，主动控制的高电压钳位装置将最大过压限制为小于电源和接地引脚之间的额定工作电压。
虽然图11A示出了具体的模拟结果，但是可以有各种各样的结果，包括例如取决于设计实现、应用和/或制造过程的结果。
图11B示出了主动控制的高电压钳位装置的电压和电流对时间的曲线图的另一个示例。第一和第二曲线图720和730对应于从0μs的0V到1μs的66V电压斜坡上升的模拟，其用于图6的主动控制的高电压钳位装置250的一个实施方案。模拟包括对应于斜坡上升的系统引脚到电源节点之间的输入电阻的不同模拟值的曲线。
第一曲线图720包括具有0Ω的输入电阻的电压-时间的第一曲线721、输入电阻为1Ω的电压-时间的第二曲线722、输入电阻为10Ω的电压-时间的第三曲线723以及输入电阻为50Ω的电压-时间的第四曲线724。第二曲线图730包括具有0Ω输入电阻的钳位电流-时间的第一曲线731、输入电阻为1Ω的钳位电流-时间的第二曲线732、输入电阻为10Ω的钳位电流-时间的第三曲线733以及输入电阻为50Ω的钳位电流-时间的第四个曲线734。
如图11B所示，即使当在电源斜坡期间触发主动控制的高电压钳位装置时，在定时器的时间延迟之后主动控制的高电压钳位装置被关断。因此，图11B示出了错误检测关闭的一个示例。
图11C示出了主动控制的高电压钳位装置的电压和电流对时间的曲线图的另一示例。第一和第二曲线图740和750对应于从在0μs时0V增加到10μs时的66V电源斜坡的模拟，其用于图6的主动控制的高电压钳位装置250的一个实施方式。模拟包括对应于斜坡上升的系统引脚到电源节点之间的输入电阻的不同仿真值的曲线。
第一曲线图740包括具有0Ω的输入电阻的电压-时间的第一曲线741。因为输入电阻为1Ω、10Ω和50Ω模拟的曲线图相似，为了清楚起见从图11C中省略。第二曲线图750包括具有0Ω的输入电阻的钳位电流-时间的第一曲线751、输入电阻为1Ω的钳位电流-时间的第二曲线752、输入电阻为10Ω的钳位电流-时间的第三曲线753以及输入电阻为50Ω的钳位电流-时间的第四曲线754。
如图11C所示，所示的钳位装置在对各种输入电阻值存在10μs的电源上升时间的情况下表现出对错误触发的抗扰性。
图11D示出了主动控制的高电压钳位装置的电压和电流对时间的曲线图的另一示例。曲线图760、770和780对应于电源斜坡上升和随后的过电压状态的模拟，其用于图6的主动控制的高电压钳位装置250的一个实现。曲线图760、770和780在斜坡上升的系统引脚和电源节点之间用10Ω的输入电阻进行仿真。第一曲线图760包括系统引脚电压对时间的第一曲线761，第二曲线图770包括电源节点VDDHV的电压对时间的第二曲线771，第三曲线图780包括钳位电流对时间的第三曲线781。
如图11D所示，钳位装置在第一时间窗口791导通用以响应电源电压的快速斜坡。在定时器的时间延迟之后，钳位装置关闭并在第二时间窗口792被去激活。电源被模拟为在时间2μs处具有72V的过电压电平，这导致钳位装置在第三时间窗口793导通。由于钳位装置在第三时间窗口793导通，钳位装置将电源节点VDDHV的电压降低，如第二个771所示。在定时器的时间延迟之后，钳位装置在第四时间窗口794瞬间关闭并且电源节点VDDHV的电压随着钳位装置被关闭而增加。电压的上升使得图6的过电压检测器24复位触发电路的定时器，此后钳位装置在第五时间窗口795导通。在定时器的时间延迟之后，钳位装置在第六个时间窗口瞬间关断，此后图6的过电压检测器24复位触发电路的定时器并且钳位装置在第七时间窗口797接通。在定时器的时间延迟之后，钳位装置关闭。由于电源引脚的电压不再以过电压电平工作，因此过电压检测器不会复位触发电路的定时器并且在第八个时间窗口798期间钳位装置保持关闭。
尽管图11A-11D示出了主动控制的高电压钳位装置的仿真结果的一个示例，但其他仿真结果是可能的，包括取决于实现、应用和/或处理技术的结果。
在本文的某些实施方案中，主动控制的高电压钳位装置包括钳位装置和控制钳位装置的激活和关断的双电阻器-电容器(RC)触发电路。钳位装置电连接在第一节点(例如，电源节点)和第二节点(例如，接地节点)之间。双RC触发电路包括RC检测电路，其响应于检测到第一节点和第二节点之间的瞬态过应力事件而激活有源反馈电路。一旦被激活，有源反馈电路基于第一和第二节点的电压条件来提供反馈以在过应力事件期间维持钳位装置开启。双RC触发电路还包括RC关断电路，其基于对第一节点和第二节点之间的电压差的低通滤波产生用于钳位装置关断电路的关断控制信号。
图12A是根据另一个实施方案的主动控制的高电压钳位装置900的示意图。主动控制的高电压钳位装置900包括钳位装置901和双RC触发电路902。在本实施方案中，钳位装置901电连接在电源节点VDDHV和接地节点VSS之间。此外，双RC触发电路902电连接在电源节点VDDHV和接地节点VSS之间并控制钳位装置901的导通和关断。
所示的双RC触发电路902包括RC检测电路903、RC关断电路904、有源反馈电路905和钳位装置关断电路906。
RC检测电路903基于观察电源节点VDDHV与接地节点VSS之间的电压变化率来生成有源反馈电路905的激活信号。例如，在一个实施方案中，RC检测电路903确定存在瞬态过应力事件用以响应在足够长的时间段内检测到快速变化的电压，例如在约1ns至约1000ns范围内的时间长度内具有约0.1V/ns至约100V/ns范围内的电压变化率的上升沿。
有源反馈电路905基于电源节点VDDHV和接地节点VSS的电压条件向钳位装置电路901提供反馈。例如，钳位装置901可以实现为MOS晶体管，并且有源反馈电路905可以基于电源节点VDDHV和接地节点VSS之间的电压差来控制MOS晶体管的栅极电压。因此，当瞬态过应力事件导致电源节点VDDHV和接地节点VSS之间的电压差相对较大时，有源反馈电路905提供反馈信号以减小MOS晶体管的通道阻抗。
RC关断电路904基于对电源节点VDDHV和接地节点VSS之间的电压差进行低通滤波来产生钳位装置关断电路906的关断信号。因此，RC关断电路904检测瞬态过应力事件的通过并且产生控制钳位装置关断电路906以关断钳位装置901的关断控制信号。
在一个实施方案中，RC关断电路904的RC时间常数大于RC检测电路903的RC时间常数。以这种方式实现双RC触发电路902在上电序列期间提供了钳位装置901的可靠关断，例如在启动期间电源节点VDDHV处于斜坡时。
图12B是根据另一实施方案的主动控制的高电压钳位装置920的示意图。主动控制的高电压钳位装置920包括钳位晶体管911和双RC触发电路，双RC触发电路包括RC检测电路921、RC关断电路922、有源反馈电路931和钳位装置关断电路932。
图12B的主动控制的高电压钳位装置920示出了图12A的主动控制的高电压钳位装置900的一个实施方案。然而，图12A的主动控制的高电压钳位装置900可以以其他方式实现，包括例如使用更多或更少组件和/或不同组件布置的配置。
在所示实施方案中，钳位晶体管911被实现为NMOS晶体管并且包括电连接到接地节点VSS的源极、电连接到电源节点VDDHV的漏极、电连接到电源节点VDDHV的主体以及由有源反馈电路931和钳位装置关断电路932两者控制的栅极。在某些配置中，钳位晶体管911被实现为诸如DMOS晶体管的高电压MOS晶体管。
所示的RC检测电路921包括电源节点VDDHV和接地节点VSS串联电连接的检测电容器951和检测电阻器941。RC检测电路921产生提供给有源反馈电路931的检测信号VD。
所示的有源反馈电路931包括有源反馈使能晶体管981、检测电阻器943、反馈晶体管961和第一栅极保护齐纳二极管971。有源反馈使能晶体管981接收检测信号VD，其接通或断开有源反馈使能晶体管981用来启用或禁用有源反馈。当有源反馈使能晶体管981导通时，A电流流过检测电阻器943。通过检测电阻器943的电流大小和反馈晶体管961对应的栅极-源极电压是基于电源节点VDDHV和接地节点VSS之间的电压差的大小。因此，当电源节点VDDHV和接地节点VSS之间的电压差大时相对于电压差小时，有源反馈电路920提供更大量的反馈。
如图12B所示，所示的RC关断电路922包括在电源节点VDDHV和接地节点VSS之间串联电连接的关断电阻器942和关断电容器982。RC关断电路922产生提供给钳位装置关断电路932的关断信号VS。
所示的钳位装置关断电路932包括关断晶体管952、下拉电阻器944、第二栅极保护齐纳二极管972和第三栅极保护齐纳二极管973。关断晶体管952接收关断信号VS，当激活时其控制关断晶体管952关闭钳位晶体管911。
在一个实施方案中，RC关断电路922的RC时间常数大于RC检测电路921的RC时间常数。以这种方式实现RC时间常数在供电加电期间提供了钳位晶体管911的可靠关断。
图12C是根据另一实施方案的主动控制的高电压钳位装置1000的示意图。主动控制的高电压钳位装置1000包括钳位晶体管1011和双RC触发电路，双RC触发电路包括RC检测电路1021、RC关断电路1022、有源反馈电路1031和钳位装置关断电路1032。
图12C的主动控制的高电压钳位装置1000示出了图12A的主动控制的高电压钳位装置900的另一个实施方案。然而，图12A的主动控制的高电压钳位装置900可以以其他方式实现，包括例如使用更多或更少组件和/或不同组件布置的配置。
在所示实施方案中，钳位晶体管1011被实现为NMOS晶体管，并且包括电连接到接地节点VSS的源极、电连接到电源节点VDDHV的漏极、电连接到接地节点VSS的主体以及由主动反馈电路1031和钳位装置关断电路1032两者控制的栅极。在某些配置中，钳位晶体管被实现为高电压MOS晶体管，例如DMOS晶体管。
所示的RC检测电路1021包括电源节点VDDHV和接地节点VSS串联电连接的检测电阻器1045和检测电容器1052。RC检测电路1021生成提供给有源反馈电路1031的检测信号VD。
所示的有源反馈电路1031包括反馈晶体管1061和第一栅极保护齐纳二极管1071。反馈晶体管1061接收检测信号VD并且基于电源节点VDDHV与接地节点VSS之间的过电压条件由反馈晶体管1061提供的反馈量而改变。
如图12C所示，所示的RC关断电路1022包括在电源节点VDDHV和接地节点VSS之间串联电连接的关断电容器1051、第一MOS关断电阻1041和第二MOS关断电阻1042。RC闭合电路1022产生提供给钳位装置关断电路1032的关断信号VS。如图12C所示，在某些实现中RC网络可以使用一个或多个晶体管来实现以提供RC网络的所需电阻。因此，在某些实施方式中可以使用被动连接操作的有源部件(例如晶体管)来实现无源部件，例如电阻器和/或电容器。
所示的钳位装置关断电路1032包括关断MOS晶体管1062、二极管连接的双极晶体管1063、电阻器1046和第二栅极保护齐纳二极管1072。关断MOS晶体管1062的源极和关断双极晶体管1063的基极和集电极接收用于控制钳位晶体管1011的关闭的关断信号VS。有源反馈电路1031产生部分流过关断双极晶体管1063和电阻器1046的反馈电流，由此控制钳位晶体管1011的栅极电压以提供反馈。
图13A示出了用于主动控制的高电压钳位装置的电流1110和电压1100曲线图的一个示例。第一和第二曲线图1100和1110对应于图13B的主动控制的高电压钳位装置的一个实现的模拟。
第一曲线图1100包括电源节点VDDHV与接地节点VSS的线性DC电压扫描的曲线1101。
第二曲线1110包括-40℃下的钳位电压对钳位电流的第一曲线1111、25℃下的钳位电压对钳位电流的第二曲线1112以及在125℃下的钳位电压对钳位电流的第三曲线1113。
图13B示出了在1000V HBM应力条件期间主动控制的高电压钳位装置电压和电流对时间的曲线图的另一示例。第一曲线图1120包括响应于从0ns开始的瞬态过应力事件的钳位电流对时间的曲线1121。此外，第二曲线图1130包括响应于从0ns开始的瞬态过应力事件的钳位电压对时间的曲线1131。
尽管图13A-13B示出了主动控制的高电压钳位装置的模拟结果的一个例子，但是其他仿真结果是可能的，包括取决于实现、应用和/或处理技术的结果。
应用
采用上述方案的装置可以实现为各种电子装置。电子设备的示例可以包括但不限于消费电子产品、消费电子产品的部件、电子测试设备、通信基础设施应用等。此外，电子设备可以包括未完成的产品，包括用于通信的产品、工业、医疗和汽车应用的产品。
上述描述和权利要求可以将元件或特征称为“连接”或“耦合”在一起。如本文所使用的，除非另有明确说明，“连接”是指一个元件/特征直接或间接地连接到另一元件/特征，而不一定是机械地连接。同样，除非另有明确说明，否则“耦合”是指一个元件/特征直接或间接耦合到另一个元件/特征，而不一定是机械的。因此，尽管附图中所示的各种原理图描绘了元件和部件的示例性布置，但是在实际实施例中可以存在附加的中间元件、装置、特征或部件(假定所描绘的电路的功能性不受不利影响)。
虽然已经根据某些实施方案描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员显而易见的没在本文提供阐述的所有特征和优点的实施方案的其他实施方案也在本发明的范围内。此外，可以组合上述各种实施方案以提供其他实施方案。此外，在一个实施方案的上下文中示出的某些特征也可以并入其它实施方案中。因此，仅通过参考所附权利要求来限定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种集成电路，包括：
钳位装置，电连接在第一节点和第二节点之间，其中所述钳位装置由钳位激活信号选择性地启动；
隔离电路，被配置为基于所述第一节点的电压产生隔离电压；和
有源钳位控制电路，包括：
触发电路，被配置为基于所述隔离电压来检测所述第一节点处的瞬态过应力事件的存在，其中所述触发电路响应于检测到所述瞬态过应力事件的存在而在所述触发电路的输出处激活调节电压；和
逻辑电路，被配置为通过控制所述钳位激活信号来控制所述钳位装置的激活和释放，其中所述逻辑电路具有用于从所述触发电路接收触发信号的输入，并且其中所述逻辑电路被配置为由所述调节电压供电。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述触发电路还包括定时器，所述定时器被配置为提供触发信号作为到所述逻辑电路的输入，其中所述定时器在从所述调节电压激活起的时间延迟之后激活所述触发信号，
其中所述钳位装置响应于所述触发信号的激活而关闭。
3.根据权利要求2所述的集成电路，还包括：
过电压检测器，被配置为基于所述第一节点和所述第二节点之间的电压差产生过电压检测信号的，
其中所述定时器是可由所述过电压检测信号复位的。
4.根据权利要求2所述的集成电路，其中所述逻辑电路被配置为用滞后来处理所述触发信号。
5.根据权利要求2所述的集成电路，其中所述定时器包括电连接在所述调节电压和所述第二节点之间的电阻器电容器(RC)网络。
6.根据权利要求2所述的集成电路，还包括电连接在所述调节电压和所述集成电路的外部电压之间的开关。
7.根据权利要求6所述的集成电路，其中所述逻辑电路被配置为闭合所述开关以响应所述触发信号的激活。
8.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述第一节点包括被配置为接收电源电压的电源节点，并且其中所述第二节点包括被配置为接收接地电压的接地节点。
9.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述逻辑电路包括：
电平移位器，被配置为在所述调节电压的电压域和所述电源电压的电压域之间提供电平移位。
10.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述钳位装置包括被配置为接收所述钳位激活信号的控制输入，
其中所述集成电路还包括有源反馈电路，所述有源反馈电路被配置为选择性地提供来自所述第一节点的反馈到所述钳位装置的控制输入。
11.根据权利要求10所述的集成电路，其中所述有源反馈电路包括：
反馈晶体管，电连接在所述第一节点和所述钳位装置的控制输入端之间，以及
有源反馈使能电路，被配置为基于所述第一节点和所述第二节点之间的电压差低通滤波来控制所述反馈晶体管提供的反馈的量。
12.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述钳位装置包括DMOS晶体管。
13.一种用于控制电源钳位装置的有源钳位控制电路，所述有源钳位控制电路包括：
触发电路，被配置为在电源的一对节点之间检测瞬态过应力事件的存在，其中所述触发电路包括：
调节器，被配置为响应于检测到所述瞬态过应力事件的存在而激活调节电压；和
定时器，被配置为在从所述调节电压的激活起的时间延迟之后激活触发信号；和
由所述调节电压供电的逻辑电路，其中所述逻辑电路具有用于从所述触发电路接收触发信号的输入，其中所述逻辑电路被配置为响应于所述调节电压的激活接通所述钳位装置，以及响应于所述触发信号的激活关闭所述钳位装置。
14.根据权利要求13所述的有源钳位控制电路，还包括：
过电压检测器，被配置为基于所述一对节点之间的电压差产生过电压检测信号的，其中所述定时器是可由所述过电压检测信号复位的。
15.根据权利要求13所述的有源钳位控制电路，其中所述逻辑电路被配置为用滞后来处理所述触发信号。
16.根据权利要求13所述的有源钳位控制电路，其中所述定时器包括电阻器-电容器网络，其中所述时间延迟是基于所述电阻器-电容器网络的时间常数的。
17.根据权利要求13所述的有源钳位控制电路，其中所述逻辑电路被配置为将所述调节电压切换到外部电压以及响应于所述触发信号的激活而禁用所述调节器。
18.一种提供主动控制过应力保护的方法，所述方法包括：
响应于检测到电源的一对节点之间的瞬态过应力事件的存在激活调节电压；
使用所述调节电压为逻辑电路供电；
响应于所述调节电压的激活使用所述逻辑电路接通电连接在所述一对节点之间的钳位装置；
利用定时器在从所述调节电压的激活起的时间延迟之后激活触发信号；和
响应于所述触发信号的激活使用所述逻辑电路关闭所述钳位装置。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：响应于检测到所述一对节点之间的过电压状况复位所述定时器。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括：
提供来自所述一对节点的第一节点的反馈和所述钳位装置的输入，以及
基于所述一对节点之间的电压差的低通滤波来控制提供的反馈的量。
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