CN111509687A - 一种高压带接反保护的esd电路 - Google Patents

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张超
汪坚雄
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Abstract

本发明公开了一种高压带接反保护的ESD电路，包括：防反接的耐高压二极管D1，其阳极与耐直流高压电平的输入端HV_VDD相连，其阴极与高压MOS管M1的漏极相连；耐直流高压的高压二极管D2，其阴极与D1阴极相连；串联分压电阻R1，R2，其中R1与D2的阳极相连，R2接地，中间引出接到M1的栅极；限流保护电阻R3和低电压二极管D3串联后并联到高压MOS管M1的栅极和漏极；高压MOS管M1的源极接GND，用于泄放HV_VDD到GND之间的ESD电流。本发明可以减小芯片面积，极大提高芯片ESD防护能力和耐直流高压电平的能力。

Description

一种高压带接反保护的ESD电路
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体是涉及一种高压带接反保护的ESD电路。
背景技术
集成电路开始迅速发展后，人们的自然生活中存在着各种各样的电子类器件，然而，与之共存的还有静电。静电由于其高电压小电流作用时间短的特点，经常会造成电子器件的损坏。ESD(Electro-Static discharge)的意思是"静电释放"，是20世纪中期以来形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科，国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD。
在工业控制领域，对电源的保护要求很高，集成电路一般要能承受高电压冲击，同时，也要能防止电源及地反接时产生的反向大电流。一般的，如图1所示，带接反保护的高压ESD保护电路一般采用2个正反级联的耐高压的二极管组成，其缺点在于需要2个耐高压二极管，电路实现面积大，不利于集成。
如何实现芯片ESD防护能力，反接保护能力和耐直流高压电平的能力，同时减小芯片面积，降低实现的复杂度，是急需需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的在于提供一种高压带接反保护的ESD电路，以解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高压带接反保护的ESD电路，包括：
位于芯片高压输入电源管脚HV_VDD和高压二极管D2间的防反接单元；
位于防反接单元和泄放单元间的击穿保护单元；
位于击穿保护单元和接地管脚GND间的泄放单元。
作为本发明进一步的方案，所述防反接单元包括耐高压二极管D1，二极管D1的阳极与输入端HV_VDD相连，其阴极与高压MOS管M1的漏极相连。
作为本发明进一步的方案，所述的击穿保护单元包括：耐直流高压的高压二极管D2，其阴极与D1阴极相连；串联分压电阻R1，R2，其中R1与D2的阳极相连，R2接地，R1，R2中间引出接到M1的栅极。
作为本发明进一步的方案，所述泄放单元包括低压保护结构和泄放高压MOS管，所述泄放高压MOS管用于泄放HV_VDD到GND之间的ESD电流。
作为本发明进一步的方案，所述低压保护结构包括串联的限流保护电阻R3和低电压二极管D3，其中限流保护电阻R3连接高压MOS管M1的栅端，低电压二极管D3的阳极连接到高压MOS管M1的漏端，用于钳位M1栅极电压。
作为本发明进一步的方案，所述高压NMOS管M1的漏极连接到耐高压二极管D1的阴极，其源极连接至GND，用于泄放ESD电流。
本发明的有益效果：
1.本发明的提供的一种高压带接反保护的ESD电路，可减小芯片面积，防止反接电流的产生，极大提高了芯片ESD防护能力和耐直流高压电平的能力。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明：
图1是一种现有的一种ESD保护集成电路结构示意图。
图2是本发明一种实施例的结构示意图。
具体实施方式：
下面将结合附图和有关知识对本发明作出进一步的说明，进行清楚、完整地描述，显然，所描述的电路图应用仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见图2所示，一种高压带接反保护的ESD电路，用于承受直流高压电平，防止产生反接电流，并泄放HV_VDD到GND之间的ESD电流，可减小芯片面积，防止反接电流的产生，极大提高了芯片ESD防护能力和耐直流高压电平的能力。
具体采用如下技术方案：
一种高压带接反保护的ESD电路，包括：
位于芯片高压输入电源管脚HV_VDD和高压二极管D2间的防反接单元；
位于防反接单元和泄放单元间的击穿保护单元；
位于击穿保护单元和接地管脚GND间的泄放单元。
其中，防反接单元包括D1二极管，是防反接的耐高压二极管，一般采用功率大尺寸二极管，其阳极与耐直流高压电平的输入端HV_VDD相连，其阴极与高压MOS管的漏极相连，HV_VDD为高电平时导通；GND反接为高电平时断开，防止反接电流的产生；
击穿保护单元包括D2二极管，是耐直流高压的高压二极管，采用小尺寸二极管，用于ESD保护，其阴极与D1二极管的阴极相连，其阳极与电阻R1相连，当D2二极管的反向电压超过该二极管的反向击穿电压时，D2二极管导通，并给电阻R1供电；
泄放单元包括低压保护结构和泄放高压MOS管，低压保护结构包括串联的限流保护电阻R3和低电压二极管D3；电阻R1和电阻R2，是串联分压电阻，其中电阻R1与D2二极管的阳极相连，电阻R2接地，电阻R1、电阻R2中间引出接到高压MOS管的栅极，用于把D2二极管导通的高电压转换成高压MOS管栅极能接受的低电压；具体为：D2二极管一般采用耐直流高压的高压二极管，当D2反向电压超过该二极管的反向击穿电压时，D2导通，并给串联分压电阻R1，R2供电把D2导通的高电压转换成M1栅极可承受的低电压。
电阻R3，是限流保护电阻，其一端连接到电阻R1、电阻R2间和高压MOS管的栅端，另一端连接到D3二极管阴极，保护D3二极管；
D3二极管，是低电压二极管，采用小尺寸二极管，其阴极通过电阻R3连接到高压MOS管的栅极，其阳极连接到高压MOS管的源端，也是接地管脚GND端，用于钳位高压MOS管栅极电压；
高压MOS管，其漏极连接到D1二极管阴极，栅极连接到电阻R1、电阻R2串联分压电阻间，源极接GND，用于泄放HV_VDD到GND之间的ESD电流。同等面积下，其导电效率远高于二极管；因此同等ESD指标下，其面积比二极管更小，从而节省面积。
以下提供本发明的具体的实施方式
实施例1
如图2所示，本发明一种实施例，包括：位于芯片高压输入电源管脚HV_VDD和高压二极管D2间的防反接单元；位于防反接单元和泄放单元间的击穿保护单元；位于击穿保护单元和接地管脚GND间的泄放单元。
参阅图2，本实施例中所述的防反接单元是指耐高压二极管D1，采用大尺寸二极管，防止反接电流的产生。其阳极与耐直流高压电平的输入端HV_VDD相连，其阴极与高压MOS管M1的漏极相连；
参阅图2，本实施例中所述的击穿保护单元是指：耐直流高压的高压二极管D2，采用小尺寸二极管，其阴极与D1阴极相连；串联分压电阻R1，R2，其中R1与D2的阳极相连，R2接地，中间引出接到M1的栅极；
参阅图2，本实施例中所述的泄放单元是指一个低压保护结构和泄放管高压MOS管，其高压MOS管M1的源极接GND，用于泄放HV_VDD到GND之间的ESD电流。低压保护结构是指限流保护电阻R3和低电压小尺寸二极管D3，两者串联后限流保护电阻R3连接高压MOS管M1的栅端，低电压二极管D3的阳极连接到高压MOS管M1的源端，也是接地管脚GND端。
本实施例的工作原理如下：HV_VDD是耐直流高压电平的输入端，一般用于芯片高压输入电源管脚。GND是防反接的地输入端，一般用于芯片的接地管脚。由于防反接的耐高压二极管存在，其一般采用功率二极管，当HV_VDD为高电平时导通，GND反接为高电平时断开，防止反接电流的产生。用于ESD保护的耐直流高压的高压二极管D2，当D2反向电压超过该二极管的反向击穿电压时，D2导通，并给串联分压电阻R1，R2供电，把D2导通的高电压转换成M1栅极能接受的低电压。限流保护电阻R3保护低电压二极管D3，低电压二极管D3用于钳位M1栅极电压，高压MOS管M1用于卸放HV_VDD到GND之间的ESD电流。
综上所述，本发明的一种高压带接反保护的ESD电路，具有以下有益效果：可减小芯片面积，防止反接电流的产生，极大提高了芯片ESD防护能力和耐直流高压电平的能力。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，仅是本发明的优选实施方式。本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高压带接反保护的ESD电路，其特征在于，包括：
位于芯片高压输入电源管脚HV_VDD和高压二极管D2间的防反接单元；
位于防反接单元和泄放单元间的击穿保护单元；
位于击穿保护单元和接地管脚GND间的泄放单元。
2.如权利要求1所述的一种高压带接反保护的ESD电路，其特征在于，所述防反接单元包括耐高压二极管D1，二极管D1的阳极与输入端HV_VDD相连，其阴极与高压MOS管M1的漏极相连。
3.如权利要求2所述的一种高压带接反保护的ESD电路，其特征在于，所述的击穿保护单元包括：耐直流高压的高压二极管D2，其阴极与D1阴极相连；串联分压电阻R1，R2，其中R1与D2的阳极相连，R2接地，R1，R2中间引出接到M1的栅极。
4.如权利要求3所述的一种高压带接反保护的ESD电路，其特征在于，所述泄放单元包括低压保护结构和泄放高压MOS管，所述泄放高压MOS管用于泄放HV_VDD到GND之间的ESD电流。
5.如权利要求4所述的一种高压带接反保护的ESD电路，其特征在于，所述低压保护结构包括串联的限流保护电阻R3和低电压二极管D3，其中限流保护电阻R3连接高压MOS管M1的栅端，二极管D3的阴极通过电阻R3连接到高压MOS管的栅极，其阳极连接到高压MOS管的源端，也是接地管脚GND端，用于钳位高压MOS管栅极电压。
6.如权利要求5所述的一种高压带接反保护的ESD电路，其特征在于，所述高压NMOS管M1的漏极连接到耐高压二极管D1的阴极，其源极连接至GND，用于泄放ESD电流。
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