CN112310952B

CN112310952B - 射频电路的静电放电防护电路、静电放电防护方法以及射频电路

Info

Publication number: CN112310952B
Application number: CN201910698962.1A
Authority: CN
Inventors: 施冠宇; 陈家源
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2039-07-31
Also published as: CN112310952A

Abstract

本发明提供一种用于一射频电路的静电放电防护电路、静电放电防护方法以及射频电路。该静电放电防护电路包含耦接于该射频电路中的接收器的一正接收端子与一负接收端子之间的一组静电放电元件，其中该正接收端子以及该负接收端子分别用来接收一正端信号以及一负端信号，且该正端信号以及该负端信号为一对差动信号。在该静电放电防护电路的运作中，该组静电放电元件可响应于该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的一电压差大于一预定差值而导通。

Description

射频电路的静电放电防护电路、静电放电防护方法以及射频电路

技术领域

本发明涉及静电放电(electrostatic discharge,ESD)防护，尤指一种射频电路的静电放电防护电路、静电放电防护方法以及射频电路。

背景技术

在集成电路的制造流程中(例如生产、组装、测试)，许多容易累积静电的设备都有机会直接地接触到芯片。若没有针对静电放电(electrostatic discharge,ESD)作适当的防护，这些累积的静电可能在接触的瞬间进入芯片内部的核心电路，进而造成该核心电路永久性的损坏。为了避免芯片内部的电路因静电放电而损坏，在芯片的输入输出引脚(input/output pin,I/O pin)会设置有用来进行静电放电防护的元件。在某些相关技术中，以及被保护的电路之间可利用一电阻器来连接，如此一来在静电进入芯片时因为通往该电路的路径的阻抗较大，静电就不会往此路径流。但这样的方式无法确定这些静电会流向何处，因此在其他相关技术中，在输入输出引脚上可另外设置一静电放电路径来释放这些静电。

然而，在特定领域中，上述静电放电防护机制的防护能力可能尚有不足。例如，在一射频芯片中，某些特定频率的静电信号特别容易进入该射频芯片中的电路。因此，需要一种新颖的静电放电防护机制来响应于射频芯片的应用需求，以在没有副作用或较不会带来副作用的情况下增强射频芯片的静电放电防护能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频电路的静电放电(electrostatic discharge,ESD)防护电路、静电放电防护方法以及射频电路，以在没有副作用或较不会带来副作用的情况下增强射频芯片的静电放电防护能力。

本发明至少一实施例提供一种用于一射频电路的静电放电防护电路。该静电放电防护电路可包含耦接于该射频电路中的接收器的一正接收端子与一负接收端子之间的一组静电放电元件，其中该正接收端子以及该负接收端子分别用来接收一正端信号以及一负端信号，且该正端信号以及该负端信号为一对差动信号。在该静电放电防护电路的运作中，该组静电放电元件可响应于该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的一电压差大于一预定差值而导通。

本发明至少一实施例提供一种用于一射频电路的静电放电防护方法。该静电放电防护方法包含：通过该射频电路中的接收器的一正接收端子以及一负接收端子分别接收一正端信号以及一负端信号，其中该正端信号以及该负端信号为一对差动信号；以及利用耦接于该正接收端子与该负接收端子之间的一组静电放电元件响应于该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的一电压差大于一预定差值而导通。

本发明至少一实施例提供一种射频电路。该射频电路可包含一接收器以及一静电放电防护电路，其中该接收器具有一正接收端子以及一负接收端子，而该静电放电防护电路可耦接至该接收器的该正接收端子以及该负接收端子。另外，该正接收端子以及该负接收端子可分别用来接收一正端信号以及一负端信号，且该正端信号以及该负端信号为一对差动信号。具体来说，该静电放电防护电路可包含耦接于该接收器的该正接收端子与该负接收端子之间的一组静电放电元件，而该组静电放电元件可响应于该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的一电压差大于一预定差值而导通，以避免该接收器因静电放电而损坏。

本发明针对接收差动信号的差动接收端子提供了一种静电放电防护电路以及静电放电防护方法，提升了射频芯片的静电放电防护能力。另外，相比于相关技术，本发明的实施例不会大幅增加额外成本。因此，本发明能在没有副作用或较不会带来副作用的情况下解决相关技术的问题。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的射频电路的示意图。

图2为根据本发明另一实施例的射频电路的示意图。

图3为根据本发明一实施例的射频电路的示意图。

图4为根据本发明一实施例的射频电路的示意图。

图5为根据本发明一实施例的射频电路的示意图。

图6为根据本发明一实施例的射频电路的示意图。

图7为根据本发明一实施例的一种静电放电防护方法的流程图。

符号说明

10、20、30、40、50、60 射频电路

100 静电放电防护电路

120 接收器

140 传送器

160 转换电路

180 箝位电路

710、720 步骤

RP、RN 接收端子

TP、TN 传送端子

D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10 二极管

SWP、SWN 开关

P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11 引脚

具体实施方式

图1为根据本发明一实施例的射频电路10的示意图。在本实施例中，射频电路10可实施于一集成电路(integrated circuit,IC)当中，其中射频电路10包含一接收器120、一传送器140以及一转换电路160。需注意的是，在本实施例中接收器120与传送器140是利用共用的引脚(pin)P1来连接至该集成电路的外部(例如封装、印刷电路板、天线等等)。如图1所示，接收器120可具有一正接收端子诸如接收端子RP以及一负接收端子诸如接收端子RN，其中接收端子RP及RN可分别通过开关SWP以及SWN耦接至转换电路160。另外，传送器140可具有一正传送端子诸如传送端子TP以及一负传送端子诸如传送端子TN，其中传送端子TP及TN可耦接至转换电路160。

在射频电路10的一第一操作模式(例如一传送模式)中，开关SWP及SWN是被关闭的，其中传送器140可传送一对差动输出信号诸如信号{V_TP,V_TN}(例如分别通过传送端子TP及TN传送信号V_TP及V_TN)至转换电路160，接着转换电路160可将信号{V_TP,V_TN}转为一单端输出信号并通过引脚P1将该单端输出信号输出至该集成电路的外部；在射频电路10的一第二操作模式(例如一接收模式)中，开关SWP及SWN是被开启的，其中转换电路160可通过引脚P1自该集成电路的外部接收一单端输入信号，接着转换电路160可将该单端输入信号转为一对差动输入信号诸如信号{V_RP,V_RN}给接收器120(例如分别通过接收端子RP及RN接收信号V_RP及V_RN)。典型状况下，信号{V_TP,V_TN}以及信号{V_RP,V_RN}不同时出现。为了便于理解，信号{V_TP,V_TN}以及信号{V_RP,V_RN}可被一并绘示于图1，但本发明不限于此。在本实施例中，转换电路160可通过一平衡转非平衡(balanced to unbalanced,Balun)转换器来实施，如图1所示，但本发明不限于此。

在本实施例中，由于传送器140输出的该对差动输出信号的电压变动范围较大(例如+7V～-7V)，因此传送器140本身对静电放电就具有一定程度的耐受度；而接收器120接收的该对差动输入信号的电压变动范围较小(例如+1V～-1V)，因此相比于传送器140，接收器120需要依赖额外的静电放电防护电路来提升对静电放电的耐受度。另外，由于该对差动输出信号以及该对差动输入信号的电压变动范围不同，因此相关的静电放电防护电路无法设置在引脚P1的位置，而是应设置在接收器120的输入端(例如接收端子RP及RN)。在本实施例中，射频电路10可另包含一静电放电防护电路100，其中静电放电防护电路100可包含耦接于接收端子RP与RN之间的一组静电放电元件，且该组静电放电元件可响应于信号V_RP的电压电平与信号V_RN的电压电平之间的一电压差大于一预定差值而导通。具体来说，该组静电放电元件可包含一第一静电放电元件(诸如二极管D1)以及一第二静电放电元件(诸如二极管D2)，其中二极管D1的阳极(anode)及阴极(cathode)分别耦接至接收端子RP及RN，而二极管D2的阳极及阴极分别耦接至接收端子RN及RP。例如，二极管D1可响应于信号V_RP的电压电平高于信号V_RN的电压电平且信号V_RP的电压电平与信号V_RN的电压电平之间的一电压差(例如这两个电压电平之间的差的绝对值)大于一预定差值(例如施加于二极管D1的正向偏压(forward bias voltage)大于二极管D1的临界电压)而导通；又例如，二极管D2可响应于信号V_RP的电压电平低于信号V_RN的电压电平且信号V_RP的电压电平与信号V_RN的电压电平之间的该电压差大于该预定差值(例如施加于二极管D2的正向偏压大于二极管D2的临界电压)而导通。因此，当射频芯片10操作在该接收模式(开关SWP及SWN被开启)时，若有静电放电事件发生在引脚P1或是连接至引脚P1的任何装置，进而使得这些静电被转换电路160转为一对差动静电放电信号时，二极管D1或D2可响应于这对差动静电放电信号而导通以避免接收器120被这对差动静电放电信号破坏。

在实际操作中，转换电路160可能无法完美的进行单端至差动转换，例如，转换得到的差动信号可能具有一偏移量(offset)，使得这个差动信号的共模电压电平偏离原来预定的电平。在上述情况下，若有静电放电事件发生在引脚P1或是连接至引脚P1的任何装置，进而使得这些静电被转换电路160转为具有该偏移量的一对差动静电放电信号时，这对差动静电放电信号之间的电压差(例如这两个信号的各自的电压电平之间的差的绝对值)可能尚不足以让二极管D1或D2导通，但这对差动静电放电信号中的其中一个的电压电平可能已超出一预定范围(例如单一端子或节点可容许的电压范围)，依然存在接收器120因静电放电而损坏的风险。因此，静电放电防护电路100可另包含一组正端子放电元件以及一组负端子放电元件，其中该组正端子放电元件可耦接于接收端子RP与至少一参考端子(例如至少一接地电压端子及/或一电源电压端子)之间，以及该组负端子放电元件可耦接于接收端子RN与上述至少一参考端子(例如该接地电压端子及/或该电源电压端子)之间。在本实施例中，该组正端放电元件可响应于信号V_RP的电压电平超出该预定范围而导通，以及该组负端子放电元件可响应于信号V_RN的电压电平超出该预定范围而导通。另外，静电放电防护电路100可另包含一箝位(clamp)电路180以限制上述至少一参考端子中的第一参考端子(例如该电源电压端子)的电压电平与一第二参考端子(例如该接地电压端子)的电压电平之间的一电压差(例如这两个电压电平之间的差的绝对值)，其中箝位电路180并不限于使用特定架构来实施，凡是能响应于该电源电压端子的电压电平与该接地电压端子的电压电平之间的一电压差达到一预定临界值而导通，使得该电源电压端子的电压电平与该接地电压端子的电压电平之间的该电压差维持在该预定临界值以内均适用于本发明。

如图1所示，该组正端放电元件可包含二极管D3及D4，其中二极管D3的阳极及阴极分别耦接至该接地电压端子以及接收端子RP，而二极管D4的阳极及阴极分别耦接至接收端子RP以及该电源电压端子(例如箝位电路180的上方端子)。另外，该组负端放电元件可包含二极管D5及D6，其中二极管D5的阳极及阴极分别耦接至该接地电压端子以及接收端子RN，而二极管D6的阳极及阴极分别耦接至接收端子RN以及该电源电压端子。当信号V_RP因静电放电而造成其电压电平超出该预定范围，二极管D3或D4会导通以使得静电流向该接地电压端子或该电源电压端子(例如流向箝位电路180)。例如，当信号V_RP的电压电平因静电(例如正电荷)放电而高于接收端子RP的可容许最高电平时，二极管D4会导通以使得这些正电荷流向该电源电压端子，而由于该电源电压端子的电压电平因为这些正电荷而被抬升，此时箝位电路180会导通以使得这些正电荷接着流向该接地电压端子；又例如，当信号V_RP的电压电平因静电(例如负电荷)放电而低于接收端子RP的可容许最低电平时，二极管D3会导通以使得这些负电荷流向该接地电压端子。当信号V_RN因静电放电而造成其电压电平超出该预定范围，二极管D5或D6会导通以使得静电流向该接地电压端子或该电源电压端子(例如流向箝位电路180)，例如，当信号V_RN的电压电平因静电(例如正电荷)放电而高于接收端子RN的可容许最高电平时，二极管D6会导通以使得这些正电荷流向该电源电压端子，而由于该电源电压端子的电压电平因为这些正电荷而被抬升，此时箝位电路180会导通以使得这些正电荷接着流向该接地电压端子；又例如，当信号V_RN的电压电平因静电(例如负电荷)放电而低于接收端子RN的可容许最低电平时，二极管D5会导通以使得这些负电荷流向该接地电压端子。

如上所述，本发明的静电放电防护电路100利用二极管D3及D4以及箝位电路180来确保接收端子RP所连接的电路不会因为静电放电而遭受破坏；利用二极管D5及D6以及箝位电路180来确保接收端子RN所连接的电路不会因为静电放电而遭受破坏；以及利用二极管D1及D2来针对接收端子RP及RN所接收的差动信号提供更有效率的静电放电路径。

此外，该第一静电放电元件以及该第二静电放电元件中的每一个不限于仅通过单一一个二极管来实现。尤其，该第一静电放电元件以及该第二静电放电元件中的每一个中的二极管数量可响应于接收器120接收的差动信号的电压变动范围来决定。假设本发明的实施例中的全部的二极管的临界电压均为0.7V，表示图1所示的静电放电防护电路100可容许接收器120接收差动电压变动范围为+0.7V～-0.7V的差动信号(即对于接收端子RP及RN中的任一个，可接收电压变动范围为+0.35V～-0.35V的信号)。在另一实施例中，若接收器120需接收差动电压变动范围为+1.4V～-1.4V的差动信号(即对于接收端子RP及RN中的任一个，需接收电压变动范围为+0.7V～-0.7V的信号)，该第一静电放电元件以及该第二静电放电元件中的每一个中的二极管数量可调整为两个，如图2所示的射频电路20中的静电防护电路200。由于静电放电防护电路200中的耦接于接收端子RP及RN之间的第一静电放电元件以及第二静电放电元件中的每一个包含串连的多个二极管(例如，静电防护电路200中的第一静电放电元件可包含串连的二极管D8及D9，而静电防护电路200中的第二静电放电元件可包含串连的二极管D10及D7)，静电防护电路200中的第一静电放电元件(二极管D8及D9)可响应于信号V_RP的电压电平高于信号V_RN的电压电平且信号V_RP的电压电平与信号V_RN的电压电平之间的电压差大于1.4V(0.7V×2)而导通，而静电防护电路200中的第二静电放电元件(二极管D10及D7)可响应于信号V_RP的电压电平低于信号V_RN的电压电平且信号V_RP的电压电平与信号V_RN的电压电平之间的电压差大于1.4V(0.7V×2)而导通。如此一来，静电放电防护电路200可容许接收器120接收差动电压变动范围为+1.4V～-1.4V的差动信号。依此类推，静电放电防护电路200中的第一静电放电元件以及该第二静电放电元件中的每一个中的二极管数量可调整为两个以上，以响应于接收器120接收的差动信号的电压变动范围的需求，但本发明不限于此。

另外，在图1以及图2的实施例中，传送器140以及接收器120是利用共用的引脚P1来与集成电路外部进行信号传输，但本发明不限于此。在图3～6所示的实施例中，传送器140以及接收器120均具有各自专用的引脚来与集成电路外部进行信号传输。在图3所示的实施例中，射频电路30中的传送器140可利用引脚P2及P3将一对差动输出信号诸如信号{V_TP,V_TN}分别输出至集成电路的外部，而射频电路30中的接收器120则利用引脚P4自集成电路的外部接收一单端输入信号，接着利用转换电路160将该单端输入信号转为一对差动输入信号诸如信号{V_RP,V_RN}，其中引脚P2、P3及P4可分别连接至印刷电路板上各自专用的引脚。在图4所示的实施例中，射频电路40中的传送器140可利用转换电路160将一对差动输出信号诸如信号{V_TP,V_TN}转换为一单端输出信号，并且接着利用引脚P5输出至集成电路外部，而射频电路40中的接收器120可利用引脚P6及P7自集成电路的外部分别接收一对差动输入信号诸如信号{V_RP,V_RN}，其中引脚P5、P6及P7可分别连接至印刷电路板上各自专用的引脚。在图5所示的实施例中，射频电路50中的传送器140可利用引脚P8及P9将一对差动输出信号诸如信号{V_TP,V_TN}分别输出至集成电路的外部，而射频电路50中的接收器120可利用引脚P10及P11自集成电路的外部分别接收一对差动输入信号诸如信号{V_RP,V_RN}，其中引脚P8及P10可连接至印刷电路板上一共用引脚，而引脚P9及P11可连接至印刷电路板上另一共用引脚。在图6所示的实施例中，射频电路60中的传送器140可利用引脚P12及P13将一对差动输出信号诸如信号{V_TP,V_TN}分别输出至集成电路的外部，而射频电路60中的接收器120可利用引脚P14及P15自集成电路的外部分别接收一对差动输入信号诸如信号{V_RP,V_RN}，其中引脚P12、P13、P14及P15可分别连接至印刷电路板上各自专用的引脚。如上所述，传送器140及接收器120不限于以单端信号来与集成电路外部进行信号传输，且传送器140及接收器120所使用的引脚在集成电路、封装或印刷电路板可共用也可不共用，其中图3～6所示的实施例仅为说明的目的，并非对本发明的限制。

本发明的用于一射频电路的静电放电防护方法(尤指对该射频电路中的接收器的静电放电防护)可由图7所示的流程图总结。在步骤710中，该射频电路中的接收器的一正接收端子以及一负接收端子可分别接收一正端信号以及一负端信号，其中该正端信号以及该负端信号为一对差动信号。在步骤720中，耦接于该正接收端子与该负接收端子之间的一组静电放电元件可响应于该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的一电压差大于一预定差值而导通。

总结来说，本发明提供了一种静电放电防护电路以及静电放电防护方法，能有效率地提升接收差动信号的多个接收端子的静电放电防护能力。另外，本发明亦可针对该多个接收端子进行各自的静电放电防护，以避免转换电路所产生的差动信号不完全对称时可能造成的风险。此外，本发明的实施例并不会大幅地增加额外成本，因此本发明能在没有副作用或较不会带来副作用的情况下解决相关技术的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种射频电路，所述射频电路包括：

接收器，所述接收器的正接收端子与负接收端子分别经由第一开关和第二开关接收正端信号和负端信号，且所述正端信号和负端信号为一对差动信号，其中，在所述射频电路的接收模式中，所述第一开关和所述第二开关是被开启的，所述接收器接收正端信号和负端信号；以及

静电放电防护电路，其包含一组静电放电元件，其耦接于所述接收器的所述正接收端子与负接收端子之间，其中该组静电放电元件响应于该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的电压差大于预定差值而导通。

2.根据权利要求1所述的射频电路，所述静电放电防护电路还包含：

一组正端子放电元件，耦接于该正接收端子与至少一参考端子之间，用来响应于该正端信号的电压电平超出预定范围而导通；以及

一组负端子放电元件，耦接于该负接收端子与所述至少一参考端子之间，用来响应于该负端信号的电压电平超出该预定范围而导通。

3.根据权利要求2所述的射频电路，其中所述至少一参考端子包含第一参考端子以及第二参考端子，以及该静电放电防护电路另包含箝位电路以限制该第一参考端子的电压电平与该第二参考端子的电压电平之间的电压差。

4.根据权利要求3所述的射频电路，其中所述一组正端子放电元件包括：

第一二极管组件，其阳极耦接至所述第二参考端子，且阴极耦接至所述正接收端子；以及

第二二极管组件，其阳极耦接至所述正接收端子，且阴极耦接至所述第一参考端子。

5.根据权利要求4所述的射频电路，其中所述一组负端子放电元件包括：

第三二极管组件，其阳极耦接至所述第二参考端子，且阴极耦接至所述负接收端子；以及

第四二极管组件，其阳极耦接至所述负接收端子，且阴极耦接至所述第一参考端子。

6.根据权利要求5所述的射频电路，其中，

第一二极管组件为一个二极管或串联的多个二极管；

第二二极管组件为一个二极管或串联的多个二极管；

第三二极管组件为一个二极管或串联的多个二极管；

第四二极管组件为一个二极管或串联的多个二极管。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的射频电路，其中该组静电放电元件包含：

第一静电放电元件，用来响应于该正端信号的电压电平高于该负端信号的电压电平且该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的该电压差大于该预定差值而导通；以及

第二静电放电元件，用来响应于该正端信号的电压电平低于该负端信号的电压电平且该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的该电压差大于该预定差值而导通。

8.一种用于权利要求1-7中任一项所述的射频电路的静电放电防护方法，包含下列步骤：

通过该射频电路中的接收器的正接收端子以及负接收端子分别接收正端信号以及负端信号，其中该正端信号以及该负端信号为一对差动信号；以及

利用耦接于该正接收端子与该负接收端子之间的一组静电放电元件响应于该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的电压差大于预定差值而导通。

9.根据权利要求8所述的静电放电防护方法，其中利用该组静电放电元件响应于该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的该电压差大于该预定差值而导通的步骤包含：

利用该组静电放电元件中的第一静电放电元件响应于该正端信号的电压电平高于该负端信号的电压电平且该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的该电压差大于该预定差值而导通；以及

利用该组静电放电元件中的第二静电放电元件响应于该正端信号的电压电平低于该负端信号的电压电平且该正端信号的电压电平与该负端信号的电压电平之间的该电压差大于该预定差值而导通。