CN108599130A - 一种具有防反接电路的esd保护电路及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有防反接电路的ESD保护电路及其实现方法，所述具有防反接电路的ESD保护电路包括：ESD保护电路，连接于电源输入端和内部电路之间，用于对内部电路进行ESD保护；及防反接电路，连接于电源输入端和ESD保护电路之间，用于当电源输入端接入正向电源电压时，防反接电路导通，电源输入端与内部电路之间呈现通路；当电源输入端接入反向电源电压时，防反接电路关断，电源输入端与内部电路之间呈现开路，以进行防反接保护。通过本发明解决了现有ESD保护电路中，当电源输入端接入反向电源电压时，所述NMOS管本身的寄生二极管导通，从而产生大电流，导致整个电路系统工作不正常、甚至烧毁的问题。

Description

一种具有防反接电路的ESD保护电路及其实现方法
技术领域
本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种具有防反接电路的ESD保护电路及其实现方法。
背景技术
静电释放(Electrostatic Discharge，ESD)保护对集成电路来说是非常重要的，在集成电路设计领域已经进行了许多研究。无论是在电子设备的正常使用、运输和库存中、还是在生产装配各种集成电路元件的过程中都有可能发生静电释放。这些难以正确预见和防范的静电释放会损坏集成电路，产生不良率，甚至导致严重的损失。在目前的集成电路设计和制造中都会特别注意ESD保护电路的设计。
现有芯片设计中，一般会在电源输入端与内部电路之间设置ESD保护电路，用以实现内部电路的ESD保护。现有ESD保护电路10连接于电源输入端(VDD为正电源输入端、GND为负电源输入端)和内部电路之间，具体电路结构如图1所示，包括一NMOS管NM1’，其中，所述NMOS管NM1’本身具有寄生二极管Ds’；当在VDD和GND之间加正向电源电压时，内部电路正常工作，NMOS管NM1’作为内部电路的ESD保护管处于关断状态，对内部电路进行ESD保护；但当VDD和GND之间加反向电源电压时，NMOS管NM1’本身的寄生二极管Ds’导通，导致有大电流产生，从而会导致整个电路系统工作不正常，甚至烧毁。
鉴于此，有必要设计一种新的具有防反接电路的ESD保护电路及其实现方法，用以解决上述技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有防反接电路的ESD保护电路及其实现方法，用于解决现有ESD保护电路中，当电源输入端接入反向电源电压时，所述NMOS管本身的寄生二极管导通，从而产生大电流，导致整个电路系统工作不正常、甚至烧毁的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有防反接电路的ESD保护电路，所述ESD保护电路包括：
ESD保护电路，连接于电源输入端和内部电路之间，用于对所述内部电路进行ESD保护；以及
防反接电路，连接于所述电源输入端和所述ESD保护电路之间，用于当所述电源输入端接入正向电源电压时，所述防反接电路导通，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现通路；当所述电源输入端接入反向电源电压时，所述防反接电路关断，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现开路，以进行防反接保护。
可选地，所述防反接电路包括：
一防反接单元，连接于所述电源输入端和所述ESD保护电路之间，用于当所述电源输入端接入正向电源电压时，所述防反接电路导通，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现通路；当所述电源输入端接入反向电源电压时，所述防反接电路关断，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现断路；以及
衬底切换单元，连接于所述防反接单元，用于从电源电压和所述内部电路的输入电压中选择高电位电压作为所述防反接单元的衬底电压。
可选地，所述防反接单元包括：第一PMOS管，所述第一PMOS管的源极端接入正电源输入端，所述第一PMOS管的栅极端接入负电源输入端，所述第一PMOS管的漏极端与所述ESD保护电路连接，所述第一PMOS管的衬底端与所述衬底切换单元连接。
可选地，所述衬底切换单元包括：第二PMOS管和第三PMOS管，所述第二PMOS管的源极端与所述第三PMOS管的栅极端连接，同时接入电源电压，所述第二PMOS管的漏极端与所述第三PMOS管的漏极端连接，所述第二PMOS管的栅极端与所述第三PMOS管的源极端连接，同时接入所述内部电路的输入电压，所述第二PMOS管的衬底端与所述第三PMOS管的衬底端连接，同时与所述第二PMOS管的漏极端连接。
可选地，所述ESD保护电路包括：一NMOS管，所述NMOS管的漏极端与所述防反接电路连接，所述NMOS管的源极端与其栅极端连接，同时与所述负电源输入端连接，所述NMOS管的衬底端与其源极端连接。
本发明还提供了一种如上所述的具有防反接电路的ESD保护电路的实现方法，所述实现方法包括：
当所述电源输入端接入正向电源电压时，所述防反接电路导通，所述ESD保护电路关断，以使所述电源输入端与所述内部电路之间呈现通路的同时，对所述内部电路进行ESD保护；
当所述电源输入端接入反向电源电压时，所述防反接电路关断，以使所述电源输入端与所述内部电路之间呈现开路，以进行防反接保护。
可选地，所述衬底切换单元从所述电源电压和所述内部电路的输入电压中选择高电位电压作为所述防反接单元的衬底电压，以避免所述防反接单元出现衬底漏电。
如上所述，本发明的一种具有防反接电路的ESD保护电路及其实现方法，具有以下有益效果：本发明通过所述ESD保护电路对所述内部电路进行ESD保护的同时，通过所述防反接电路对整个电路系统进行电源电压防反接保护，以避免因不正常操作导致电源电压反接时，对整个电路系统造成烧毁等问题。本发明更通过所述衬底切换单元对所述防反接单元的衬底电压进行选择，以避免所述防反接单元出现衬底漏电的情况。
附图说明
图1显示为现有ESD保护电路的电路结构示意图。
图2显示为本发明所述具有防反接电路的ESD保护电路的电路结构示意图。
图3显示为本发明所述实现方法的示意图。
元件标号说明
10 现有ESD保护电路
20 具有防反接电路的ESD保护电路
21 ESD保护电路
22 防反接电路
221 防反接单元
222 衬底切换单元
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2和图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图2所示，本实施例提供一种具有防反接电路的ESD保护电路，所述具有防反接电路的ESD保护电路20包括：
ESD保护电路21，连接于电源输入端和内部电路之间，用于对所述内部电路进行ESD保护；以及
防反接电路22，连接于所述电源输入端和所述ESD保护电路21之间，用于当所述电源输入端接入正向电源电压时，所述防反接电路导通，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现通路；当所述电源输入端接入反向电源电压时，所述防反接电路关断，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现开路，以进行防反接保护。
作为示例，如图2所示，所述电源输入端包括正电源输入端和负电源输入端；本实施例中，在所述电路正常工作时，所述电源输入端接入正向电源电压，即所述正电源输入端接电源电压VDD，所述负电源输入端接GND；在因不正常操作出现电源反接时，所述电源输入端接入反向电源电压，即所述正电源输入端接GND，所述负电源输入端接电源电压VDD。
作为示例，如图2所示，所述内部电路为可实现任一功能的电路或可实现任意几种功能的电路组合。需要注意的是，本实施例仅是为了说明设置于所述电源输入端和所述内部电路之间的具有防反接电路的ESD保护电路，故所述内部电路的具体电路结构并不会对本实施例所述具有防反接电路的ESD保护电路进行限制。
作为示例，如图2所示，所述ESD保护电路21包括：一NMOS管NM1，所述NMOS管NM1的漏极端与所述防反接电路22连接，所述NMOS管NM1的源极端与其栅极端连接，同时与所述负电源输入端连接，所述NMOS管NM1的衬底端与其源极端连接。具体的，所述NMOS管NM1本身还具有一寄生二极管Ds，所述寄生二极管Ds的正极端与所述NMOS管NM1的源极端连接，所述寄生二极管Ds的负极端与所述NMOS管NM1的漏极端连接。
在所述电源输入端接入正向电源电压(即正电源输入端接VDD，负电源输入端接GND)时，所述NMOS管NM1处于关断状态，以对所述内部电路进行ESD保护；在所述电源输入端接入反向电源电压(即正电源输入端接GND，负电源输入端接VDD)时，因所述防反接电路22关断，故所述寄生二极管Ds不导通，从而避免了大电流的产生，进而避免了大电流对整个电路系统的损坏。
作为示例，如图2所示，所述防反接电路22包括：
一防反接单元221，连接于所述电源输入端和所述ESD保护电路21之间，用于当所述电源输入端接入正向电源电压时，所述防反接电路导通，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现通路；当所述电源输入端接入反向电源电压时，所述防反接电路关断，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现断路；以及
衬底切换单元222，连接于所述防反接单元221，用于从电源电压VDD和所述内部电路的输入电压VIN中选择高电位电压作为所述防反接单元221的衬底电压。
具体的，如图2所示，所述防反接单元221包括：第一PMOS管PM1，所述第一PMOS管PM1的源极端接入正电源输入端，所述第一PMOS管PM1的栅极端接入负电源输入端，所述第一PMOS管PM1的漏极端与所述ESD保护电路连接，所述第一PMOS管PM1的衬底端与所述衬底切换单元连接。
在所述电源输入端接入正向电源电压(即正电源输入端接VDD，负电源输入端接GND)时，若GND为0V，对于所述第一PMOS管PM1来说，其栅源电压为：VGS1＝VG1-VS1＝0-VDD＝-VDD；而对于正常电路的电源电压来说，VDD>|VTH1|，故所述第一PMOS管PM1导通；其中，VTH1为第一PMOS管PM1的开启阈值电压。
在所述第一PMOS管PM1导通时，所述内部电路的输入电压为：VIN＝VDD-I1*RDSON1，其中，I1为所述第一PMOS管PM1导通时的导通电流(同时也为所述内部电路的电流总和)，RDSON1为所述第一PMOS管PM1导通时的导通电阻；当所述内部电路需要提供的电流I1越大，所述第一PMOS管PM1上的压降也越大，从而导致所述内部电路的输入电压VIN越小；如果要降低所述第一PMOS管PM1上的压降，就需要降低所述第一PMOS管PM1导通时的导通电阻RDSON1；故在本实施例中，需要综合考虑所述内部电路的驱动能力，从而选择所述第一PMOS管PM1的大小。
在所述电源输入端接入反向电源电压(即正电源输入端接GND，负电源输入端接VDD)时，若GND为0V，对于所述第一PMOS管PM1来说，其栅源电压为：VGS1＝VG1-VS1＝VDD-0＝VDD，此时所述第一PMOS管PM1关断，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现开路，VDD-GND电源通路中没有电流，故所述ESD保护电路中的寄生二极管Ds处也不会产生大电流，对整个电路系统起到了防反接保护的作用。
具体的，如图2所示，所述衬底切换单元222包括：第二PMOS管PM2和第三PMOS管PM3，所述第二PMOS管PM2的源极端与所述第三PMOS管PM3的栅极端连接，同时接入电源电压VDD，所述第二PMOS管PM2的漏极端与所述第三PMOS管PM3的漏极端连接，所述第二PMOS管PM2的栅极端与所述第三PMOS管PM3的源极端连接，同时接入所述内部电路的输入电压VIN，所述第二PMOS管PM2的衬底端与所述第三PMOS管PM3的衬底端连接，同时与所述第二PMOS管PM2的漏极端连接。
在电源电压VDD大于输入电压VIN时，所述第二PMOS管PM2导通，此时接入所述第一PMOS管PM1衬底端的衬底电压VDP等于电源电压VDD；当电源电压VDD小于输入电压VIN时，所述第三PMOS管PM3导通，此时接入所述第一PMOS管PM1衬底端的衬底电压VDP等于输入电压VIN；可见，本实施例所述衬底切换电路222会从电源电压VDD和输入电压VIN中选择高电位电压作为接入所述第一PMOS管PM1衬底端的衬底电压VDP，以保证所述第一PMOS管PM1的衬底二极管处于反偏状态，从而不会出现衬底漏电的情况。
如图3所示，本实施例提供了一种如上所述的具有防反接电路的ESD保护电路的实现方法，所述实现方法包括：
当所述电源输入端接入正向电源电压时，所述防反接电路导通，所述ESD保护电路关断，以使所述电源输入端与所述内部电路之间呈现通路的同时，对所述内部电路进行ESD保护；
当所述电源输入端接入反向电源电压时，所述防反接电路关断，以使所述电源输入端与所述内部电路之间呈现开路，以进行防反接保护。
具体的，当所述电源输入端接入正向电源电压(即正电源输入端接VDD，负电源输入端接GND)时，所述第一PMOS管PM1导通，所述NMOS管NM1关断，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现通路的同时，对所述内部电路进行ESD保护；当所述电源输入端接入反向电源电压(即正电源输入端接GND，负电源输入端接VDD)时，所述第一PMOS管PM1关断，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现开路，VDD-GND电源通路中没有电流，故所述ESD保护电路中的寄生二极管Ds处也不会产生大电流，对整个电路系统起到了防反接保护的作用。
作为示例，所述衬底切换单元从所述电源电压和所述内部电路的输入电压中选择高电位电压作为所述防反接单元的衬底电压，以避免所述防反接单元出现衬底漏电。
综上所述，本发明的一种具有防反接电路的ESD保护电路及其实现方法，具有以下有益效果：本发明通过所述ESD保护电路对所述内部电路进行ESD保护的同时，通过所述防反接电路对整个电路系统进行电源电压防反接保护，以避免因不正常操作导致电源电压反接时，对整个电路系统造成烧毁等问题。本发明更通过所述衬底切换单元对所述防反接单元的衬底电压进行选择，以避免所述防反接单元出现衬底漏电的情况。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种具有防反接电路的ESD保护电路，其特征在于，所述具有防反接电路的ESD保护电路包括：
ESD保护电路，连接于电源输入端和内部电路之间，用于对所述内部电路进行ESD保护；以及
防反接电路，连接于所述电源输入端和所述ESD保护电路之间，用于当所述电源输入端接入正向电源电压时，所述防反接电路导通，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现通路；当所述电源输入端接入反向电源电压时，所述防反接电路关断，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现开路，以进行防反接保护。
2.根据权利要求1所述的具有防反接电路的ESD保护电路，其特征在于，所述防反接电路包括：
一防反接单元，连接于所述电源输入端和所述ESD保护电路之间，用于当所述电源输入端接入正向电源电压时，所述防反接电路导通，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现通路；当所述电源输入端接入反向电源电压时，所述防反接电路关断，所述电源输入端与所述内部电路之间呈现断路；以及
衬底切换单元，连接于所述防反接单元，用于从电源电压和所述内部电路的输入电压中选择高电位电压作为所述防反接单元的衬底电压。
3.根据权利要求2所述的具有防反接电路的ESD保护电路，其特征在于，所述防反接单元包括：第一PMOS管，所述第一PMOS管的源极端接入正电源输入端，所述第一PMOS管的栅极端接入负电源输入端，所述第一PMOS管的漏极端与所述ESD保护电路连接，所述第一PMOS管的衬底端与所述衬底切换单元连接。
4.根据权利要求2所述的具有防反接电路的ESD保护电路，其特征在于，所述衬底切换单元包括：第二PMOS管和第三PMOS管，所述第二PMOS管的源极端与所述第三PMOS管的栅极端连接，同时接入电源电压，所述第二PMOS管的漏极端与所述第三PMOS管的漏极端连接，所述第二PMOS管的栅极端与所述第三PMOS管的源极端连接，同时接入所述内部电路的输入电压，所述第二PMOS管的衬底端与所述第三PMOS管的衬底端连接，同时与所述第二PMOS管的漏极端连接。
5.根据权利要求1所述的具有防反接电路的ESD保护电路，其特征在于，所述ESD保护电路包括：一NMOS管，所述NMOS管的漏极端与所述防反接电路连接，所述NMOS管的源极端与其栅极端连接，同时与所述负电源输入端连接，所述NMOS管的衬底端与其源极端连接。
6.一种如权利要求1至5任一项所述的具有防反接电路的ESD保护电路的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括：
当所述电源输入端接入正向电源电压时，所述防反接电路导通，所述ESD保护电路关断，以使所述电源输入端与所述内部电路之间呈现通路的同时，对所述内部电路进行ESD保护；
当所述电源输入端接入反向电源电压时，所述防反接电路关断，以使所述电源输入端与所述内部电路之间呈现开路，以进行防反接保护。
7.根据权利要求6所述的具有防反接电路的ESD保护电路的实现方法，其特征在于，所述衬底切换单元从所述电源电压和所述内部电路的输入电压中选择高电位电压作为所述防反接单元的衬底电压，以避免所述防反接单元出现衬底漏电。
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