CN112086947A - 一种电源钳位电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源钳位电路，包括反相电路模块、电阻、泄放场效应管和调节电容模块，所述电阻连接所述泄放场效应管的漏极和所述反相电路模块的输入端，所述反相电路模块的输出端连接所述泄放场效应管的栅极，所述泄放场效应管的源极接地，所述泄放场效应管的漏极与电源连接；通过设置有调节电容模块，可以根据反相电路模块的反馈信号，分别在ESD检测时和ESD泄放时改变自身的电容值，既能合理地设置ESD检测延时的时长，又能提高ESD的泄放时长，在保证ESD检测的准确性的同时保证ESD防护效果；并且，在ESD检测时和ESD泄放时共用同一个电阻，有利于节省电路所占用的面积。

Description

一种电源钳位电路
技术领域
本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种电源钳位电路。
背景技术
静电在人们的日常生活中无处不在，任何两个不同材料的物体摩擦，都有可能产生静电。当电子元器件在制造、生产、组装、测试、存放、搬运等过成中，静电会积累在人体、仪器、存放设备等之中，甚至在电子器件本身也会积累电荷。当静电源与其它物体接触时，存在着电荷流动，将产生潜在的破坏性电压、电流以及电磁场，严重时可以将其中的物体击毁，这就是静电放电ESD。
随着集成电路技术和工艺水平的不断发展，芯片上的晶体管以及器件尺寸越做越小，芯片的集成度越来越高，这些对芯片ESD保护提出了更高的要求，而电源钳位电路在ESD防护电路中扮演着至关重要的角色。现有的电源钳位电路，一般采用泄放场效应管对静电进行泄放，采用RC电路进行延时，为了区分正常上电和ESD，保证ESD检测的准确性，一般检测延时设置为几百纳秒，此时RC的值不会太大，而泄放时长与RC的值有关，这种情况下，如果保证了ESD检测的准确性，则会降低了泄放时长，大大地限制了电源钳位电路的ESD防护能力。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种电源钳位电路，既能够保证ESD检测的准确性，也能够提高泄放时长，保证ESD防护效果。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种电源钳位电路，包括反相电路模块、电阻和泄放场效应管，所述电阻连接所述泄放场效应管的漏极和所述反相电路模块的输入端，所述反相电路模块的输出端连接所述泄放场效应管的栅极，所述泄放场效应管的源极接地，所述泄放场效应管的漏极与电源连接，还包括：
调节电容模块，所述调节电容模块分别连接所述泄放场效应管的栅极、所述泄放场效应管的源极和所述反相电路模块的输入端，用于接收并根据所述反相电路模块的反馈信号而改变自身的电容值，以改变ESD检测延时的时长和ESD的泄放时长。
进一步地，所述调节电容模块包括第一电容、第二电容和调节场效应管；所述第一电容接于所述电阻和泄放场效应管的源极之间；所述第二电容分别连接所述调节场效应管的漏极和所述反相电路模块的输入端；所述调节场效应管的源极连接所述泄放场效应管的源极，所述调节场效应管的栅极连接所述泄放场效应管的栅极。
进一步地，当没有发生ESD时，反相电路模块的输入端为高电平，反相电路模块的输出端为低电平，泄放场效应管截止，调节场效应管截止，第二电容被开路，调节电容模块的容值仅为第一电容的容值，调节电容模块与电阻形成检测延时电路。
进一步地，当发生ESD时，在电阻和第一电容的延时作用下，反相电路模块的输入端为低电平，反相电路模块的输出端为高电平，泄放场效应管导通，同时反相电路模块输出的高电平反馈至调节场效应管，使得调节场效应管导通，调节电容模块的电容值为第一电容和第二电容的电容值之和，使得调节电容模块的电容值变大。
进一步地，只有当所述泄放场效应管的栅极电压降到低于一个阈值电压时，泄放场效应管和调节场效应管才会同时截止。
进一步地，所述反相电路模块为一反相器。
进一步地，所述泄放场效应管为N型场效应管。
进一步地，所述调节场效应管为为N型场效应管。
进一步地，所述第二电容的电容值大于第一电容的电容值
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明通过设置设置有调节电容模块，其可以根据反相电路模块的反馈信号，分别在ESD检测时和ESD泄放时改变自身的电容值，既能合理地设置ESD检测延时的时长，又能提高ESD的泄放时长，在保证ESD检测的准确性的同时保证ESD防护效果；并且，在ESD检测时和ESD泄放时共用同一个电阻R1，有利于节省电路所占用的面积。
附图说明
图1本发明的电源钳位电路具体实施例原理图；
图2是现有技术的电源钳位电路原理图。
具体实施方式
实施例：
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
参照图1，本发明的具体施例提供了一种电源钳位电路，包括反相电路模块INV1、电阻R1、泄放场效应管M1和调节电容模块100。所述电阻R1连接所述泄放场效应管M1的漏极和所述反相电路模块的输入端，所述反相电路模块的输出端连接所述泄放场效应管M1的栅极，所述泄放场效应管M1的源极接地，所述泄放场效应管M1的漏极与电源连接，所述调节电容模块100分别连接所述泄放场效应管M1的栅极、所述泄放场效应管M1的源极和所述反相电路模块的输入端，用于接收并根据所述反相电路模块的反馈信号而改变自身的电容值，以改变ESD检测延时的时长和ESD的泄放时长。
由此可见，本实施提供的通过设置有调节电容模块，其可以根据反相电路模块的反馈信号，分别在ESD检测时和ESD泄放时改变自身的电容值，既能合理地设置ESD检测延时的时长，又能提高ESD的泄放时长，在保证ESD检测的准确性的同时保证ESD防护效果；并且，在ESD检测时和ESD泄放时共用同一个电阻R1，有利于节省电路所占用的面积。
具体地，所述调节电容模块100包括第一电容C1、第二电容C2和调节场效应管M2，所述第一电容C1接于所述电阻R1和泄放场效应管M1的源极之间，所述第二电容C2分别连接所述调节场效应管M2的漏极和所述反相电路模块INV1的输入端，所述调节场效应管M2的源极连接所述泄放场效应管M1的源极，所述调节场效应管M2的栅极连接所述泄放场效应管M1的栅极。
在本实施例中，检测点net1为反相电路模块的输入端。当没有发生ESD时，反相电路模块的输入端为高电平，反相电路模块的输出端为低电平，泄放场效应管M1截止，调节场效应管M2截止，第二电容C2被开路，调节电容模块100的容值仅为第一电容C1的容值，调节电容模块100与电阻R1形成检测延时电路，时间常数为R1*C1；当发生ESD时，在电阻R1和第一电容C1的延时作用下，反相电路模块的输入端为低电平，反相电路模块的输出端为高电平，泄放场效应管M1导通，同时反相电路模块输出的高电平反馈至调节场效应管M2，使得调节场效应管M2导通，调节电容模块100的电容值为第一电容C1和第二电容C2的电容值之和，使得调节电容模块100的电容值变大，时间常数变为R1*C1+R1*C2，使得泄放场效应管M1获得更长的泄放时间。
在本实施例中，所述反相电路模块为反相器INV1，通过设置一个反相器INV1，相对于多级的逻辑电路，使得检测信号的传输延时大大降低，保证了泄放场效应管M1动作的及时性，提高了ESD防护的可靠性，同时可以节省所占用的面积。
优选地，所述调节场效应管M2为N型场效应管，适合用于作为开关使用。另外，所述泄放场效应管M1为N型场效应管，泄放效果好、稳定性高。
进一步，在泄放ESD的过程中，对于现有技术(图2)，当泄放场效应管M1的栅极电压降到比电源低一个阈值电压时，调节场效应管M2开启，RC延时变小，反相器的输入端电压被快速拉升，反相器的输出端电压迅速拉低，使得泄放场效应管M1截止。而对于本实施例的电源钳位电路，只有当泄放场效应管M1的栅极电压降到低于一个阈值电压时，泄放场效应管M1和调节场效应管M2才会同时截止。因此，本申请的电源钳位电路相比于现有技术(图2)，能够获得更长的泄放时间和效果。
需要补充说明的是，第一电容C1和第二电容C2的电容值可以根据实际应用中检测延时的时长和泄放时长进行设定，一般检测延时为几百纳秒左右，而第二电容C2的电容值一般远大于第一电容C1的电容值，以获得更长的泄放时长。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种电源钳位电路，包括反相电路模块、电阻和泄放场效应管，其特征在于，所述电阻连接所述泄放场效应管的漏极和所述反相电路模块的输入端，所述反相电路模块的输出端连接所述泄放场效应管的栅极，所述泄放场效应管的源极接地，所述泄放场效应管的漏极与电源连接，还包括：
调节电容模块，所述调节电容模块分别连接所述泄放场效应管的栅极、所述泄放场效应管的源极和所述反相电路模块的输入端，用于接收并根据所述反相电路模块的反馈信号而改变自身的电容值，以改变ESD检测延时的时长和ESD的泄放时长。
2.如权利要求1所述的电源钳位电路，其特征在于，所述调节电容模块包括第一电容、第二电容和调节场效应管；所述第一电容接于所述电阻和泄放场效应管的源极之间；所述第二电容分别连接所述调节场效应管的漏极和所述反相电路模块的输入端；所述调节场效应管的源极连接所述泄放场效应管的源极，所述调节场效应管的栅极连接所述泄放场效应管的栅极。
3.如权利要求2所述的电源钳位电路，其特征在于，当没有发生ESD时，反相电路模块的输入端为高电平，反相电路模块的输出端为低电平，泄放场效应管截止，调节场效应管截止，第二电容被开路，调节电容模块的容值仅为第一电容的容值，调节电容模块与电阻形成检测延时电路。
4.如权利要求3所述的电源钳位电路，其特征在于，当发生ESD时，在电阻和第一电容的延时作用下，反相电路模块的输入端为低电平，反相电路模块的输出端为高电平，泄放场效应管导通，同时反相电路模块输出的高电平反馈至调节场效应管，使得调节场效应管导通，调节电容模块的电容值为第一电容和第二电容的电容值之和，使得调节电容模块的电容值变大。
5.如权利要求2所述的电源钳位电路，其特征在于，只有当所述泄放场效应管的栅极电压降到低于一个阈值电压时，泄放场效应管和调节场效应管才会同时截止。
6.如权利要求1-5任一所述的电源钳位电路，其特征在于，所述反相电路模块为一反相器。
7.如权利要求1-5任一所述的电源钳位电路，其特征在于，所述泄放场效应管为N型场效应管。
8.如权利要求2-5任一所述的电源钳位电路，其特征在于，所述调节场效应管为为N型场效应管。
9.如权利要求2-5任一所述的电源钳位电路，其特征在于，所述第二电容的电容值大于第一电容的电容值。
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