CN107732888A - 一种物联网中的高性能静电保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物联网中的高性能静电保护电路，包括：一检测电路，一缓存电路，一泄放电路。所述缓存电路，由两个反相器、一个MOS管，一个电阻和一个电容组成。本发明能在芯片快速上电时，保证静电保护电路处于关闭状态，不影响芯片正常工作，在遇到静电事件时候，可以快速的泄放静电电流，并且通过增加泄放的时间，从而达到更好的抗静电性能。

Description

一种物联网中的高性能静电保护电路

技术领域

本发明涉及静电保护领域，特别是涉及一种电源钳位静电保护电路。

背景技术

近些年随着集成电路工艺的快速发展，MOS管的线宽越来越窄，结深越来越浅，栅氧层的厚度也越来越薄，这些都加速了电路设计对静电保护（ESD，Electro-Staticdischarge）的需求。当线宽为1µm时，ESD事件对电路的影响很小，当进入0.18µm、0.13µm时代，尤其是90纳米以下时代，ESD成为了刻不容缓的问题。ESD问题在物联网中的问题也同样刻不容缓。

通用的ESD分为HBM（Human body model 人体模式）模式，MM（machine model机器模式）模式和CDM（Charged device model 带电模式）模式。HBM和MM模式是外部对芯片进行放电，仅仅依靠输入输出端口的ESD保护电路是远远不够的，还需要在电源和地之间加ESD保护电路（电源钳位ESD电路），从而能够更加快速的泄放电流，以保证整个芯片的ESD性能。

参见图1所示，现有的电源钳位ESD电路包括检测电路，缓冲电路和泄放电路。

检测电路由电阻R1和电容C1组成，其RC延时时间决定着泄放电流的时间，延时时间越大，泄放电流时间也就越多。该检测电路用于检测ESD脉冲，正确区分ESD脉冲和正常的电源上电脉冲。当电源正常上电时，检测电路要保证电源钳位ESD电路不开启，当发生ESD事件时，检测电路要能够迅速检测到ESD脉冲，并引导电源钳位ESD电路工作，从而泄放电流，保护芯片内部电路。

缓冲电路，由三个串联连接的反相器INV1～INV3组成，用于放大检测电路的输出，给泄放电路提供驱动能力，从而驱动泄放电路工作。

泄放电路，由NMOS晶体管M1组成，用于泄放ESD电流的，当发生ESD事件时，泄放电路能正常打开泄放ESD电流；当电路正常工作时，泄放电路是关闭的。由于发生ESD事件时，电流都是安培量级的，泄放电路的NMOS晶体管尺寸都较大。

电源正常上电的时间一般为1ms左右，而发生ESD事件的时间为几十纳秒级别。检测电路不仅要正确区分ESD脉冲和正常的电源上电脉冲，还要尽量增加延时时间，从而增加泄放ESD电流的时间。图1中的检测电路用RC电路进行延时设计，如果RC时间较长，泄放电流效果会更好。

但是对于快速上电的芯片，就会导致误触发，误把快速的电源上电当成ESD事件，从而影响芯片正常工作。在有些应用中，电源上电速度可能会达到200ns级别，那么RC延时电路的时间如果小于200ns，那么泄放ESD电流的时间就不够充分，如果RC延时时间大于200ns，就会导致误触发ESD电路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种物联网中的高性能静电保护电路，在芯片快速上电时，要保证ESD电路处于关闭状态，不会误触发ESD电路工作，当发生ESD事件时，又要尽可能的多泄放ESD电流。

为解决上述技术问题，本发明的一种物联网中的高性能静电保护电路，包括：

一检测电路，由第一电阻R1和第一电容C1组成；一缓存电路，由第一反相器INV1，第二反相器INV2，第二电阻R2，第二电容C2和第一NMOS晶体管M1组成；一泄放电路，由第二NMOS晶体管M2组成。

本发明的特征在于：所述的检测电路，第一电容C1和第一电阻R1串联后并作为检测电路的输出端，电容C1的另外一端和VDD连接，电阻R1的另外一端和地连接；所述缓存电路，第二电阻R2和第二电容C2并联后一端和VDD连接，另外一端和第一NMOS管M1的漏极、第一反相器INV1的输出端、以及第二反相器INV2的输入端都连接在一起，第一反相器INV1的输入端和检测电路的输出端相连接，第二反相器INV2的输出端、第二NMOS管M2的栅极、第一NMOS管M1的栅极连接在一起，第一NMOS管M1的源极和地连接，第一反相器INV1的电源端和VDD连接，第一反相器INV1的接地端和低连接，第二反相器INV2的电源端和VDD连接，第二反相器INV2的接地端和低连接；所述泄放电路，第二NMOS管M2源极和地连接，其漏极和VDD连接。

本发明与现有的静电保护电路相比，在芯片快速上电时，ESD保护电路不会被误触发，当发生ESD事件时，ESD保护电路又可以快速有效的泄放ESD电流，总体ESD保护性能较好。

附图说明

图1是现有的静电保护电路原理图；

图2是本发明的静电保护电路一实施例原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

参见图2所示，在下面的实施例中，本发明所述的静电保护电路，包括：

一检测电路，由第一电阻R1和第一电容C1组成；一缓存电路，由第一反相器INV1，第二反相器INV2，第二电阻R2，第二电容C2和第一NMOS晶体管M1组成；一泄放电路，由第二NMOS晶体管组成。

电阻R1和电容C1组成的检测电路，例如设计其RC延时时间为150ns左右，一般ESD事件的发生时间都是几十ns级别的，当发生ESD事件时，其检测电路可以正确的检测出，当芯片快速上电（大于200ns）时，又不会误触发。

当芯片正常上电时候，检测电路的输出端为低电平，反相器INV1的输出端就是高电平，反相器INV2的输出端就是低电平，泄放电流管M2处于关闭状态。

当发生ESD事件时候，检测电路的输出端为高电平，反相器INV1的输出端就是低电平，那么反相器INV2的输出端就是高电平，此时泄放电流管M2处于导通状态，开始泄放电流。由于M1管的栅极和反相器INV2的输出端相连，因此M1管也导通，将INV2的输入端拉在地电平的状态，输出端就更加稳定的稳在高电平状态，那么M2管也就在稳定的泄放电流。当检测电路的输出端慢慢变成低电平时，有R2和C2组成的延时电路会使得INV1的输出端在持续一端时间的低电平，然后INV1的输出端再变为高电平，最后关闭M2管，从而完成ESD保护的整个过程。其优点就是当ESD事件结束时，仍然还可以依靠RC延时给M2管一段时间来充分泄放电流，更好的保护芯片内部器件。由R2和C2组成的延时电路，其时间常数可以设置的较长些，比如200us。

虽然本发明利用具体的实施例进行说明，但是对实施例的说明并不限制本发明的范围。本领域内的熟练技术人员通过参考本发明的说明，在不背离本发明的精神和范围的情况下，容易进行各种修改或者可以对实施例进行组合。

Claims (1)

1.一种物联网中的高性能静电保护电路，包括：

一检测电路，由第一电阻R1和第一电容C1组成；

一缓存电路，由第一反相器INV1，第二反相器INV2，第二电阻R2，第二电容C2和第一NMOS晶体管M1组成；

一泄放电路，由第二NMOS晶体管M2组成；

其特征在于：所述的检测电路，第一电容C1和第一电阻R1串联后并作为检测电路的输出端，电容C1的另外一端和VDD连接，电阻R1的另外一端和地连接；

所述缓存电路，第二电阻R2和第二电容C2并联后一端和VDD连接，另外一端和第一NMOS管M1的漏极、第一反相器INV1的输出端、以及第二反相器INV2的输入端都连接在一起，第一反相器INV1的输入端和检测电路的输出端相连接，第二反相器INV2的输出端、第二NMOS管M2的栅极、第一NMOS管M1的栅极连接在一起，第一NMOS管M1的源极和地连接，第一反相器INV1的电源端和VDD连接，第一反相器INV1的接地端和低连接，第二反相器INV2的电源端和VDD连接，第二反相器INV2的接地端和低连接；

所述泄放电路，第二NMOS管M2源极和地连接，M2管的漏极和VDD连接。