CN110993601A - 一种基于GaAs工艺的ESD保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于GaAs工艺的ESD保护电路，第一至第N肖特基二极管同向串联，且第一肖特基二极管的正极连接电源电压，第N肖特基二极管的负极经第一电阻接地并连接第一PHEMT管的栅极；第一电容的一端连接电源电压，第一电容的另一端连接第二PHEMT管的栅极以及经第二电阻接地；第N+1肖特基二极管的正极连接电源电压，负极连接第N+2肖特基二极管的正极，第N+2肖特基二极管的负极连接第二PHEMT管的漏极；第一PHEMT管的漏极连接第二PHEMT管的源极，第一PHEMT管的源极接地。此种电路能够在上电瞬间避免ESD保护电路误触发的问题，且在受到外界巨大的脉冲扰动时，能够快速提供动态泄放通路，实现了双检测的保护机制，从而保证了芯片的安全可靠性。

Description

一种基于GaAs工艺的ESD保护电路
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种基于GaAs工艺的ESD保护电路。
背景技术
静电释放是集成电路设计中必须考虑的一个可靠性问题，大多数的电子器件或者电路系统的失效是由ESD问题造成的，其性能优劣直接关系到整个系统的稳定性。
基于GaAs工艺的PHEMT器件，其本身的ESD性能很差，需要在PHEMT芯片中加入ESD保护电路，例如图1和图2所示的电路。尤其对于应用在开关电路或者功率放大器时，其对ESD的性能要求更高。通常的ESD保护电路基于GaAs工艺在速度和稳定性等方面还不能很好的满足，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种基于GaAs工艺的ESD保护电路，能够在上电瞬间避免ESD保护电路误触发的问题，且在受到外界巨大的脉冲扰动时，能够快速提供动态泄放通路，实现了双检测的保护机制，从而保证了芯片的安全可靠性。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种基于GaAs工艺的ESD保护电路，包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第一PHEMT管、第二PHEMT管、第一至第N+2肖特基二极管；
第一至第N肖特基二极管同向串联，且第一肖特基二极管的正极连接电源电压VDD，第N肖特基二极管的负极经第一电阻接地GND，第N肖特基二极管的负极还连接第一PHEMT管的栅极；
第一电容的一端连接电源电压VDD，第一电容的另一端经第二电阻接地GND，且第一电容的另一端还连接第二PHEMT管的栅极；
第N+1肖特基二极管的正极连接电源电压VDD，第N+1肖特基二极管的负极连接第N+2肖特基二极管的正极，第N+2肖特基二极管的负极连接第二PHEMT管的漏极；
第一PHEMT管的漏极连接第二PHEMT管的源极，第一PHEMT管的源极接地GND。
采用上述方案后，本发明的电路结构与现有的ESD保护电路相比，其具有两方面的优点：
第一个优点是与现有的动态ESD电路相比，在上电瞬间时，第一PHEMT管M1与第二PHEMT管M2都未导通，使得内部电路正常工作，避免了上电瞬间的误触发，当出现巨大的正向ESD脉冲时，此时第一PHEMT管M1与第二PHEMT管M2均被打开，即通过增加了一个与门，与静态ESD保护电路共同控制泄放路径,快速的将静电产生的脉冲电流泄放掉；
第二个优点是与现有的静态ESD保护电路相比，泄放通路漏电流小，功耗较低。
附图说明
图1是现有的静态ESD保护电路的原理图；
图2是现有的动态ESD保护电路的原理图；
图3是本发明提出的ESD保护电路的原理图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图3所示，本发明提供一种基于GaAs工艺的ESD保护电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第一PHEMT管M1、第二PHEMT管M2、第一肖特基二极管D1、第二肖特基二极管D2…第N肖特基二极管DN、第M肖特基二极管DM、第F肖特基二极管DF；
第一肖特基二极管D1、第二肖特基二极管D2…第N肖特基二极管DN同向串联后，再和第一电阻R1串联连接在电源电压VDD和地GND之间，第N肖特基二极管DN与第一电阻R1的串联点A连接第一PHEMT管M1的栅极；
第一电容C1和第二电阻R2串联后并接在电源VDD和地GND之间，其串联点B连接第二PHEMT管M2的栅极；
第M肖特基二极管DM和第F肖特基二极管DF同向串联后连接在电源电压VDD和第二PHEMT管M2的漏极之间；
第一PHEMT管M1的漏极连接第二PHEMT管M2的源极，第一PHEMT管M1的源极连接地GND。
当电路正常工作时，ESD保护电路处于关断状态，电源电压通过串联的第一肖特基二极管D1、第二肖特基二极管D2…第N肖特基二极管DN的导通电压降低，此时第一电阻R1上的压降低于第一PHEMT管M1的阈值电压，即不会将第一PHEMT管M1导通，同理第二PHEMT管M2也不会导通，即第一PHEMT管M1、第二PHEMT管M2均处于关断状态，不会影响内部电路的正常工作。此外，串联的第一肖特基二极管D1、第二肖特基二极管D2…第N肖特基二极管DN的个数可以根据电源电压来调节，且二极管采用串联的方式，也将电路的整体电容减小，有效地减小了对高频电路的影响。
为了避免上电瞬间的误触发，本发明设计的ESD保护电路采用双检测机制，即通过两个支路共同控制ESD电流的泄放路径，兼具静态与动态ESD保护电路的优点。在上电瞬间会导致第二电阻R2上的电压升高，但是并不会使得其导通。因为上电瞬间并不会使得第一电阻R1上的电压快速增加，即并不会使第一PHEMT管M1导通，此时第一PHEMT管M1与第二PHEMT管M2都未导通，使得内部电路正常工作，避免了上电瞬间的误触发，增加了电路的可靠性，且漏电小，功耗低。
当出现正向ESD电压，并且超过第一肖特基二极管D1到第N肖特基二极管DN总的导通电压，串联连接的第一肖特基二极管D1到第N肖特基二极管DN导通，电流流过第一电阻R1，使得第一PHEMT管M1的栅源电压升高，当第一PHEMT管M1的栅源电压超过第一PHEMT管M1的阈值电压时，第一PHEMT管M1导通。与此同时，脉冲电压会对第一电容C1和第二电阻R2这条支路充电，将第二电阻R2的电压升高，当第二PHEMT管M2的栅源电压超过第二PHEMT管M2的阈值电压时，第二PHEMT管M2导通，此时双检测的机制都判定了此时ESD脉冲干扰，第一PHEMT管M1与第二PHEMT管M2均打开，快速地将静电产生的脉冲电流泄放掉。
第一电阻R1与第二电阻R2，一方面可以为导通第一PHEMT管M1、第二PHEMT管M2提供栅压，另一方面可以在第一PHEMT管M1与第二PHEMT管M2导通之后，起到限流的作用，且第二电阻R2具有调节RC常数的作用，所以在设计时适当将第一电阻R1与第二电阻R2折中设计，以优化电路性能。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于GaAs工艺的ESD保护电路，其特征在于：包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第一PHEMT管、第二PHEMT管、第一至第N+2肖特基二极管；
第一至第N肖特基二极管同向串联，且第一肖特基二极管的正极连接电源电压VDD，第N肖特基二极管的负极经第一电阻接地GND，第N肖特基二极管的负极还连接第一PHEMT管的栅极；
第一电容的一端连接电源电压VDD，第一电容的另一端经第二电阻接地GND，且第一电容的另一端还连接第二PHEMT管的栅极；
第N+1肖特基二极管的正极连接电源电压VDD，第N+1肖特基二极管的负极连接第N+2肖特基二极管的正极，第N+2肖特基二极管的负极连接第二PHEMT管的漏极；
第一PHEMT管的漏极连接第二PHEMT管的源极，第一PHEMT管的源极接地GND。
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