CN108598077A - 一种面向双极型比较器的通用静电保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向双极型比较器的通用静电保护电路，INP是比较器正向输入端，INN是比较器负向输入端，AVDD是正电源，AGND接地。比较器输入级电路由中的NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q2、负载电阻R1和负载电阻R2、尾电流源IP组成；NPN型双极晶体管Q3和NPN型双极晶体管Q4、NPN型双极晶体管Q5和NPN型双极晶体管Q6、二极管D1和二极管D2组成了抗静电保护结构。本发明适用于大多数以NPN型晶体管作为输入对管的比较器电路，灵活性和通用性很强。

Description

一种面向双极型比较器的通用静电保护电路

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，具体涉及一种面向双极型比较器的通用静电保护电路。

背景技术

随着比较器类芯片近年来的迅猛发展，比较器类芯片的抗静电问题也日趋重要。然而，目前比较器类芯片的抗静电保护电路结构单一且发展缓慢，无法保证芯片在受到外界静电损伤后其功能性能不受影响，严重时可能导致失效。因此，需要设计一种新的静电保护电路，完成静电端口的保护作用，提高比较器电路的抗静电能力。

如图1所示，为业内现有通用技术中典型的端口抗静电电路的结构。该电路由二极管D1和D2组成，其中D1管的负端与正电源电压VDD相连，D2管的正端与负电源电压NVDD相连，D1管的正端和D2管的负端相接于外部PAD，并与内部端口P相连。该种结构的静电保护电路对以PNP为输入对管的比较器而言效果显著，但对于以NPN为输入对管的比较器而言，当正反向输入端间存在静电能量时，无法起到保护作用。

如图1所示的抗静电电路存在如下缺点：

参照图1，当电路中任意两端口P1和P2之间出现静电破坏时，P1端的抗静电结构和P2端的抗静电结构会形成一种PNPN四层结构，当该结构出现在以NPN作为输入对管的比较器中时，一方面端口特性会发生改变，另一方面，当正反向输入端间存在瞬间静电能量时，静电发生时该保护结构未完全开启，电路内部N型输入管已经吸收大量电流，导致比较器电路自身承受极大的泄放电流，输入对管BE结遭受损坏，无法正常工作甚至功能失效。此外，对于比较器而言输入差模范围有一定要求，因此普通抗静电结构很难直接应用于以NPN作为输入对管的比较器电路中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向双极型比较器的通用静电保护电路，以克服现有技术的缺陷，本发明对于以NPN为输入对管的比较器电路，当其受到静电损坏时存在一种有效的保护结构，可以避免比较器自身受到静电损坏，且不改变电路输入端口特性的抗静电结构。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面向双极型比较器的通用静电保护电路，包括NPN型双极晶体管Q1、NPN型双极晶体管Q2、负载电阻R1、负载电阻R2、正电源AVDD、尾电流源IP、二极管D1、二极管D2、NPN型双极晶体管Q3、NPN型双极晶体管Q4、NPN型双极晶体管Q5和NPN型双极晶体管Q6；

其中，NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q2的B极分别连接至比较器正向输入端INP和比较器反向输入端INN，NPN型双极晶体管Q1的C极与负载电阻R1的一端相连，NPN型双极晶体管Q2的C极与负载电阻R2的一端相连，负载电阻R1的另一端和负载电阻R2的另一端均与正电源AVDD连接，NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q2的E极短接并与尾电流源IP的其中一端相连，尾电流源IP的另一端接地AGND；

NPN型双极晶体管Q3的B极与NPN型双极晶体管Q4的B极相连，NPN型双极晶体管Q3的C极与正电源AVDD相连，NPN型双极晶体管Q3的E极分别与NPN型双极晶体管Q4的C极、比较器正向输入端INP以及NPN型双极晶体管Q5的E极相连；NPN型双极晶体管Q4的E极分别与比较器反向输入端INN、NPN型双极晶体管Q6的E极和NPN型双极晶体管Q5的C极相连；NPN型双极晶体管Q6的C极和正电源AVDD相连，NPN型双极晶体管Q6的B极与的NPN型双极晶体管Q5B极相连，二极管D1的正向端与比较器正向输入端INP相连，负向端与正电源AVDD连接；二极管D2的正向端与比较器反向输入端INN相连，负向端与正电源AVDD连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明对于以NPN型晶体管作为输入对管的比较器电路，当输入端之间受到静电损坏时存在一种有效的保护结构，为瞬间静电大电流提供一条外部通路，避免其经过比较器内部电路导致其本身功能失效，且不改变电路输入端口特性的抗静电结构，本发明适用于大多数以NPN型晶体管作为输入对管的比较器电路，灵活性和通用性很强。

附图说明

图1是现有通用抗静电结构电路的电路图；

图2是本发明的一种提高比较器抗静电能力的通用电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图2，一种面向双极型比较器的通用静电保护电路，INP是比较器正向输入端，INN是比较器负向输入端，AVDD是正电源，AGND接地。比较器输入级电路由图2中的NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q2、负载电阻R1和负载电阻R2、尾电流源IP组成。NPN型双极晶体管Q3和NPN型双极晶体管Q4、NPN型双极晶体管Q5和NPN型双极晶体管Q6、二极管D1和二极管D2组成了抗静电保护结构。

NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q2的B极分别通过比较器正向输入端INP和比较器负向输入端INN连接至比较器，NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q2的C极分别与负载电阻R1和负载电阻R2的一端相连，负载电阻R1和负载电阻R2的另一端均与正电源AVDD连接，NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q2的E极短接并与尾电流源IP的其中一端相连，尾电流源IP另一端接地AGND。

NPN型双极晶体管Q3的B极与NPN型双极晶体管Q4的B极相连，NPN型双极晶体管Q3的C极与正电源AVDD相连，NPN型双极晶体管Q3的E极分别与NPN型双极晶体管Q4的C极、比较器正向输入端INP以及NPN型双极晶体管Q5的E极相连。NPN型双极晶体管Q4的E极分别与比较器反向输入端INN、NPN型双极晶体管Q6的E极和NPN型双极晶体管Q5的C极相连。NPN型双极晶体管Q6的C极和正电源AVDD相连，NPN型双极晶体管Q5的B极与NPN型双极晶体管Q6的B极相连。二极管D1的正向端与比较器正向输入端INP相连，负向端与正电源AVDD连接。二极管D2的正向端与比较器反向输入端INN相连，负向端与正电源AVDD连接。

参照图2，二极管D1和二极管D2作为输入端与正电源之间的静电保护二极管，NPN型双极晶体管Q3、NPN型双极晶体管Q4、NPN型双极晶体管Q5和NPN型双极晶体管Q6作为输入对NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q2的静电保护三极管。当输入端与正电源之间存在高静电能量时，通过二极管D1和二极管D2提供的外部通道将能量泄放。当比较器正向输入端INP和比较器反向输入端INN两端存在高静电能量时，若无NPN型双极晶体管Q3、NPN型双极晶体管Q4、NPN型双极晶体管Q5和NPN型双极晶体管Q6，静电能量直接从NPN型双极晶体管Q1的正向BE结合NPN型双极晶体管Q2的反向BE结通过，由于双极工艺中较低的BE结反向击穿电压导致结特性遭受静电损坏，影响输入管的器件特性，输入端电参数(如输入失调电压、输入失调电流和输入偏置电流等)发生漂移，严重时导致电路失效。然而，加入本发明的静电保护结构后，可利用外围电路的BE结反向击穿特性和三极管的放大作用相结合，避免高静电损伤能量通过比较器内部，从而对比较器形成有效的静电保护作用。即当NPN型双极晶体管Q3和NPN型双极晶体管Q5的BE结被反向击穿后，为NPN型双极晶体管Q4和NPN型双极晶体管Q6管提供基极注入电流，使正负输入端间的瞬间静电大电流通过NPN型双极晶体管Q4和NPN型双极晶体管Q6管的放大作用被吸收，而非流经比较器内部NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q3的BE结，保障了比较器的内部电路结构，提高了输入端口的抗静电性能。

下面对本发明的具体实施过程作进一步详细描述：

本发明的一种提高比较器抗静电能力的通用电路的一优选实施例如图2所示。在比较器两输入端口间加入了具有静电保护功能的电路结构，为静电能量的释放提供了一条外部通道，提高了比较器自身的抗静电能力。

下面对图2所示电路的工作过程进行分析，以说明其功能和效果。以INP(或INN)为高电位，其余端口均为低电位为例说明。

当INP(或INN)为高电位，其余端口均为低电位时，输入端与正电源AVDD之间的静电泄放通道由高二极管D1(或二极管D2)构成，高能静电能量可通过二极管的正向导通作用泄放；输入端与输入端口间的静电泄放通道可通过外部静电保护电路NPN型双极晶体管Q3和NPN型双极晶体管Q4(或NPN型双极晶体管Q5和NPN型双极晶体管Q6)构成，当两端口间发生静电现象时，NPN型双极晶体管Q3(或NPN型双极晶体管Q5)的反向BE结被击穿，从而为NPN型双极晶体管Q4(或NPN型双极晶体管Q6)的基极提供一定的基极电流，使三极管NPN型双极晶体管Q4(或NPN型双极晶体管Q6)打开，将高能静电能量通过CE结的放大作用被吸收，此时静电能量通过反向BE结合三极管的CE结电流释放，而不会通过比较器内部的NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q2，为比较器提供了一条有效的静电能量释放通道，保护了比较器电路本身免受静电损伤；输入端与地AGND之间静电泄放通道由NPN型双极晶体管Q3和NPN型双极晶体管Q4(或NPN型双极晶体管Q5和NPN型双极晶体管Q6)与隔离墙之间形成的寄生反向二极管构成，高能静电能量可通过二极管的齐纳击穿作用泄放。

从以上分析可见，本发明的一种面向双极型比较器的通用静电保护电路对于以NPN型晶体管为输入对管的比较器而言，灵活性和通用性强，具有很高的应用价值。本发明的静电保护电路可在比较器发生静电后提供一条可靠的外部通道，将瞬间高能静电能量从此通道释放，而非经过比较器内部，形成有效的保护结构，提高比较器的抗静电能力。此外，本发明的保护电路结构在版图方面易于实现，所占面积小，成本低。

Claims (1)

1.一种面向双极型比较器的通用静电保护电路，其特征在于，包括NPN型双极晶体管Q1、NPN型双极晶体管Q2、负载电阻R1、负载电阻R2、正电源AVDD、尾电流源IP、二极管D1、二极管D2、NPN型双极晶体管Q3、NPN型双极晶体管Q4、NPN型双极晶体管Q5和NPN型双极晶体管Q6；

其中，NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q2的B极分别连接至比较器正向输入端INP和比较器反向输入端INN，NPN型双极晶体管Q1的C极与负载电阻R1的一端相连，NPN型双极晶体管Q2的C极与负载电阻R2的一端相连，负载电阻R1的另一端和负载电阻R2的另一端均与正电源AVDD连接，NPN型双极晶体管Q1和NPN型双极晶体管Q2的E极短接并与尾电流源IP的其中一端相连，尾电流源IP的另一端接地AGND；

NPN型双极晶体管Q3的B极与NPN型双极晶体管Q4的B极相连，NPN型双极晶体管Q3的C极与正电源AVDD相连，NPN型双极晶体管Q3的E极分别与NPN型双极晶体管Q4的C极、比较器正向输入端INP以及NPN型双极晶体管Q5的E极相连；NPN型双极晶体管Q4的E极分别与比较器反向输入端INN、NPN型双极晶体管Q6的E极和NPN型双极晶体管Q5的C极相连；NPN型双极晶体管Q6的C极和正电源AVDD相连，NPN型双极晶体管Q6的B极与的NPN型双极晶体管Q5B极相连，二极管D1的正向端与比较器正向输入端INP相连，负向端与正电源AVDD连接；二极管D2的正向端与比较器反向输入端INN相连，负向端与正电源AVDD连接。