CN108110746A - 一种基于增强型phemt的esd保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于增强型PHEMT的ESD保护电路,包括ESD偏置电路和电阻,还包括两个串联连接的增强型PHEMT管T1和T2,所述T1的源极与T2的源极连接,所述T1的漏极连接到需要ESD电路保护的芯片焊盘上,所述T2的漏极接地,所述ESD偏置电路设置有两个,分别连接在所述T1的漏极和栅极之间和所述T2的栅极和漏极之间,所述T1的栅极和源极之间连接有电阻R1,所述T2的源极和栅极之间接电阻R2。本发明效果采用增强型PHEMT管背靠背串联连接组成ESD保护电路,可以降低负载电容,使得本发明适用于高频率电路,采用串联若干个二极管提供ESD偏置电压,可以提高ESD电路的导通电压,使得本发明适用于高输入功率的场合,而且可在芯片内部实现,实现成本低。
Description
技术领域
本发明涉及ESD保护电路,尤其涉及一种基于增强型PHEMT的ESD保护电路。
背景技术
设计高频率、高功率的微波电路时,人们会经常采用砷化镓pHMET(英文为Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor,中
文为准高电子迁移率晶体管)器件,例如天线开关、低噪声放大器以及功率放大器等,但是pHMET器件本身的ESD性能很差,ESD(Electro-Static discharge静电释放)电压人体模式只有100-250V,所以在PHEMT芯片中需要增加ESD保护电路。目前pHMET的ESD保护电路基本上是外接的,实现成本高。即使有在芯片内部实现的ESD保护电路,也不适用高功率输入场合。本发明是针对高功率PHEMT电路,在芯片内部实现ESD保护,大大降低成本。本发明另一个特点是,电路本身电容很小,非常适合在高频率电路中使用。
通常的PHEMT芯片ESD保护电路都是外接电压钳位管或二极管,也有在芯片内部ESD保护电路,如图1所示,T1是个耗尽型的PHEMT管。
采用外接ESD保护电路的缺点是需要额外的元件和PCB布线,结构复杂,成本高。
采用内部耗尽型管子的ESD保护电路,不能适应高功率电路,而且自身寄生电容较大会影响高频信号。
发明内容
针对现有技术中的问题,本发明提供一种基于增强型PHEMT的ESD保护电路,是一种低成本,适用于高频率和高功率输入的ESD保护电路。
为解决以上问题,本发明的解决方案是一种基于增强型PHEMT的ESD保护电路,包括ESD偏置电路和电阻,还包括两个串联连接的增强型PHEMT管T1和T2,所述T1的源极与T2的源极连接,所述T1的漏极连接到需要ESD电路保护的芯片焊盘上,所述T2的漏极接地;
所述ESD偏置电路设置有两个,分别连接在所述T1的漏极和栅极之间和所述T2的栅极和漏极之间;
所述电阻有两个,分别为R1和R2,所述T1的栅极和源极之间连接有电阻R1,所述T2的源极和栅极之间接电阻R2。
作为优选,所述ESD偏置电路包括至少两个串联连接的二极管,最前端的二极管的P端与增强型PHEMT管的漏极连接,中段部分的二极管的N端连接相邻一个二极管的P端,最尾端的二极管的N端与增强型PHEMT管的栅极连接。
作为优选,所述ESD偏置电路设置有两个,其中一个ESD偏置电路为两个串联连接的二极管,分别为二极管D1和二极管D2,所述二极管D2的N端与T1的栅极连接,所述二极管D2的P端与二极管D1的N端连接,所述二极管D1的P端与T1的漏极连接;
所述另一个ESD偏置电路为两个串联连接的二极管,分别为二极管M1和二极管M2,所述二极管M1的N端与T2的栅极连接,所述二极管M1的P端与二极管M2的N端连接,所述二极管M2的P端与T2的漏极连接。
作为优选,所述ESD偏置电路设置有两个,其中一个ESD偏置电路为一个二极管D1,所述二极管D1的N端与T1的栅极连接,所述二极管D1的P端与T1的漏极连接;
所述另一个ESD偏置电路为一个二极管M1,所述二极管M1的N端与T2的栅极连接,所述二极管M1的P端与T2的漏极连接。
增强型PHEMT管T1和T2的栅极和漏极之间的若干个串联连接的二极管提供PHEMT管的偏压。
在电路正常工作时,T1、T2的栅源电压为零,T1和T2都处在关断状态。
当出现正向ESD电压,并且超过的二级管D1到Dn总的导通电压,串联连接的二极管D1到Dn导通,电流流过电阻R1,使得T1的栅源电压升高,当T1的栅源电压超过T1的阚值电压时,T1导通。这时T2等效为一个正向偏置的二极管,电流进过T1,从T2流向地放掉。
当出现负向ESD电压时,电路的工作原理和出现正向ESD电压时完全类似,当负向ESD电压超过的串联连接的二极管M1到Mn总的导通电压时,二极管M1到Mn导通,电流流过电阻R2,使得T2的栅源电压升高,当T2的栅源电压超过T2的阚值电压时,T2导通。这时T1等效为一个正向偏置的二极管,电流进过T2,从T1流向外部电路放掉。
T1的栅极和源极之间接电阻R1,T2的源极和栅极之间接电阻R2。电阻R1、R2的作用一方面可以为导通T1、T2提供栅压;另一方面,在T1、T2导通之后,起到一个限流作用。所以R1、R2的阻值尽量大一些,效果更好。
通常微波射频电路的输入阻抗为50欧姆,输入功率越大,其对应的电压幅值也就越大,为了保证ESD保护电路在主电路正常工作时处在关断状态,就需要提高ESD电路的导通电压。ESD偏置电路中的二级管的个数可以决定ESD保护电路的导通电压,二极管个数越多,ESD保护电路的导通电压就越高。
ESD保护电路对主电路来说是负载,其本身电容大小会影响主电路的性能,尤其是对高频电路的影响尤为严重,所有要求ESD保护电路本身的电容要尽量小,以减少对高频电路的影响。
本发明中增强型PHEMT管T1和T2采用串联连接,和单个增强型PHEMT管子相比,电容值可以减小一半。在主电路正常工作是,T1和T2是关断的,漏源极电容Cds很小,漏栅极电容Cdg和栅源电容Cgs是串联连接,使整体电容降低。同时ESD偏置电路中的二级管也是串联连接,本身的电容值很低。
从以上描述可以看出,本发明具有以下优点:
1、本发明采用增强型PHEMT管T1和T2背靠背串联连接组成的ESD保护电路,可以降低负载电容(可以减小一半),使得本发明适用于高频率电路。现有技术中,增强型PHEMT管都用做有源放大用,没有用在ESD保护电路中。
本发明通过选择大小合适的增强型PHEMT管T1和T2,ESD电压人体模式可以达到1000V,大大提高了电路防静电的能力。实际使用时,通过调整增强型PHEMT管的大小,还可以达到更高的ESD电压。
2、本分发明采用串联若干个二极管提供ESD偏置电压,可以提高ESD电路的导通电压,使得本发明适用于高输入功率的场合。
3、本发明可以在芯片内部实现,实现成本低。
附图说明
图1是背景技术中所述的ESD保护电路的结构示意图;
图2是本发明所述的ESD保护电路的结构示意图;
具体实施方式
结合图2,详细说明本发明的第一个具体实施例,但不对本发明的权利要求做任何限定。
如图2所示,一种基于增强型PHEMT的ESD保护电路,包括ESD偏置电路和电阻,还包括两个串联连接的增强型PHEMT管T1和T2,所述T1的源极与T2的源极连接,所述T1的漏极连接到需要ESD电路保护的芯片焊盘上,所述T2的漏极接地;
所述ESD偏置电路设置有两个,分别连接在所述T1的漏极和栅极之间和所述T2的栅极和漏极之间;
所述电阻有两个,分别为R1和R2,所述T1的栅极和源极之间连接有电阻R1,所述T2的源极和栅极之间接电阻R2。
更具体地,所述ESD偏置电路包括若干个串联连接的二极管,其中一个ESD偏置电路若干个串联连接的二极管用D1到Dn表示,另一个ESD偏置电路若干个串联连接的二极管用M1到Mn;
二极管D1的P端与增强型PHEMT管T1的漏极连接,中段部分的二极管的N端连接相邻一个二极管的P端,二极管Dn的N端与增强型PHEMT管T1的栅极连接;
二极管M1的N端与增强型PHEMT管T2的栅极连接,中段部分的二极管的N端连接相邻一个二极管的P端,二极管Mn的P端与增强型PHEMT管T2的漏极连接。
所述T1和T2是增强型PHEMT管,T1的漏极接到需要ESD保护电路保护的芯片焊盘上,T1的源极接T2的源极,T2的漏极接地。
在T1的漏极和栅极之间连接有若干个串联连接的二极管,二极管D1的P端接T1的漏极,D1的N端接下一个二极管D2的P端,以此类推,第n个二极管Dn的N端接T1的栅极。
在T2的栅极和漏极之间连接有若干个串联连接的二极管,二极管M1的N端接T2的栅极,M1的P端接下一个二极管M2的N端,以此类推,第n个二极管Mn的P端接T2的漏极。
增强型PHEMT管T1和T2的栅极和漏极之间的若干个串联连接的二极管提供PHEMT管的偏压。
在电路正常工作时,T1、T2的栅源电压为零,T1和T2都处在关断状态。
当出现正向ESD电压,并且超过的二级管D1到Dn总的导通电压,串联连接的二极管D1到Dn导通,电流流过电阻R1,使得T1的栅源电压升高,当T1的栅源电压超过T1的阚值电压时,T1导通。这时T2等效为一个正向偏置的二极管,电流进过T1,从T2流向地放掉。
当出现负向ESD电压时,电路的工作原理和出现正向ESD电压时完全类似,当负向ESD电压超过的串联连接的二极管M1到Mn总的导通电压时,二极管M1到Mn导通,电流流过电阻R2,使得T2的栅源电压升高,当T2的栅源电压超过T2的阚值电压时,T2导通。这时T1等效为一个正向偏置的二极管,电流进过T2,从T1流向外部电路放掉。
T1的栅极和源极之间接电阻R1,T2的源极和栅极之间接电阻R2。电阻R1、R2的作用一方面可以为导通T1、T2提供栅压;另一方面,在T1、T2导通之后,起到一个限流作用。所以R1、R2的阻值尽量大一些,效果更好。
通常微波射频电路的输入阻抗为50欧姆,输入功率越大,其对应的电压幅值也就越大,为了保证ESD保护电路在主电路正常工作时处在关断状态,就需要提高ESD电路的导通电压。ESD偏置电路中的二级管的个数可以决定ESD保护电路的导通电压,二极管个数越多,ESD保护电路的导通电压就越高。
ESD保护电路对主电路来说是负载,其本身电容大小会影响主电路的性能,尤其是对高频电路的影响尤为严重,所有要求ESD保护电路本身的电容要尽量小,以减少对高频电路的影响。
本发明中增强型PHEMT管T1和T2采用串联连接,和单个增强型PHEMT管子相比,电容值可以减小一半。在主电路正常工作是,T1和T2是关断的,漏源极电容Cds很小,漏栅极电容Cdg和栅源电容Cgs是串联连接,使整体电容降低。同时ESD偏置电路中的二级管也是串联连接,本身的电容值很低。
综上所述,本发明具有以下优点:
1、本发明采用增强型PHEMT管T1和T2背靠背串联连接组成的ESD保护电路,可以降低负载电容(可以减小一半),使得本发明适用于高频率电路。
实践证明,通过选择大小合适的增强型PHEMT管T1和T2,ESD电压人体模式可以达到1000V,大大提高了电路防静电的能力。
2、本分发明采用串联若干个二极管提供ESD偏置电压,可以提高ESD电路的导通电压,使得本发明适用于高输入功率的场合。
3、本发明可以在芯片内部实现,实现成本低。
可以理解的是,以上关于本发明的具体描述,仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案,本领域的普通技术人员应当理解,在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下,可以对本发明进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果,但都在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于增强型PHEMT的ESD保护电路,其特征在于:包括ESD偏置电路和电阻,还包括两个串联连接的增强型PHEMT管T1和T2,所述T1的源极与T2的源极连接,所述T1的漏极连接到需要ESD电路保护的芯片焊盘上,所述T2的漏极接地;
所述ESD偏置电路设置有两个,分别连接在所述T1的漏极和栅极之间和所述T2的栅极和漏极之间;
所述电阻有两个,分别为R1和R2,所述T1的栅极和源极之间连接有电阻R1,所述T2的源极和栅极之间接电阻R2。
2.根据权利要求1述的基于增强型PHEMT的ESD保护电路,其特征在于:所述ESD偏置电路包括至少两个串联连接的二极管,最前端的二极管的P端与增强型PHEMT管的漏极连接,中段部分的二极管的N端连接相邻一个二极管的P端,最尾端的二极管的N端与增强型PHEMT管的栅极连接。
3.根据权利要求1述的基于增强型PHEMT的ESD保护电路,其特征在于:所述ESD偏置电路设置有两个,其中一个ESD偏置电路为两个串联连接的二极管,分别为二极管D1和二极管D2,所述二极管D2的N端与T1的栅极连接,所述二极管D2的P端与二极管D1的N端连接,所述二极管D1的P端与T1的漏极连接;
所述另一个ESD偏置电路为两个串联连接的二极管,分别为二极管M1和二极管M2,所述二极管M1的N端与T2的栅极连接,所述二极管M1的P端与二极管M2的N端连接,所述二极管M2的P端与T2的漏极连接。
4.根据权利要求1述的基于增强型PHEMT的ESD保护电路,其特征在于:所述ESD偏置电路设置有两个,其中一个ESD偏置电路为一个二极管D1,所述二极管D1的N端与T1的栅极连接,所述二极管D1的P端与T1的漏极连接;
所述另一个ESD偏置电路为一个二极管M1,所述二极管M1的N端与T2的栅极连接,所述二极管M1的P端与T2的漏极连接。
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