CN112821366B - 双向静电防护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向静电防护电路，包括连接于第一端和第二端之间的静电监测电路、栅和背体控制电路及静电防护管，所述静电监测电路与栅和背体控制电路电性连接，所述栅和背体控制电路与静电防护管的栅极和背体电性连接；所述静电监测电路用于监测是否发生静电事件；以及，当发生静电事件时，向所述栅和背体控制电路发出指令，使静电防护管的背体电压高于静电防护管的源极电压或漏极电压，从而开启静电防护管的寄生三极管进行静电泄放。本发明通过一个静电防护管即可实现双向静电防护，大大缩小了电路的版图面积；通过静电防护管产生的单级寄生三极管即可形成双向静电泄放通路，能够提供理想的低钳位电压，使静电防护能力较背靠背的MOS管静电防护结构更强健。

Description

双向静电防护电路

技术领域

本发明涉及静电防护技术领域，特别是涉及一种双向静电防护电路。

背景技术

基于MOS管的双向静电保护是用背靠背的两级电路组成，或者由ESD二极管加上ESD NMOS管的沟道导通，或者由ESD二极管加上ESD NPN晶体管导通形成静电泄放通路。

参图1所示，现有技术中的一种双向静电防护电路由ESD二极管加上ESD NMOS管的沟道导通形成静电泄放通路，其工作原理如下：

当静电事件是从A端到B端(A端电压高于B端)发生时，则静电监测电路(R1、C1、R2、C2)监测到静电发生，并给出控制信号到ESD NMOS1和ESD NMOS2的栅极，使得ESD NMOS1关断，而ESD NMOS2导通，静电泄放经由ESD D1正向导通和ESD NMOS2的沟道泄放；

当静电事件是从B端到A端(B端电压高于A端)发生时，则静电监测电路(R1、C1、R2、C2)监测到静电发生，并给出控制信号到ESD NMOS1和ESD NMOS2的栅极，使得ESD NMOS1导通，而ESD NMO2关断，静电泄放经由ESD D2正向导通和ESD NMOS2的沟道泄放。

参图2所示，现有技术中的另一种双向静电防护电路由ESD二极管加上ESD NPN晶体管导通形成静电泄放通路，其工作原理如下：

当静电事件是从A端到B端(A端电压高于B端)发生时，则静电监测电路(R1、C1、R2、C2)监测到静电发生，并给出控制信号到ESD NMOS1和ESD NMOS2的栅极，使得ESD NMOS1关断，而ESD NMOS2导通，并产生一定的阱电流(Ipwb)，当阱电流Ipwb与阱电阻(Rpwb)的乘积超过ESD NPN的基极-发射极(此时发射极为B端)的正向偏置电压(通常约0.5伏～0.7伏)，则ESD NPN2便会开启，此时静电泄放经由ESD D1正向导通和ESD NPN2的集电极-发射极泄放；

当静电事件是从B端到A端(B端电压高于A端)发生时，则静电监测电路(R1、C1、R2、C2)监测到静电发生，并给出控制信号到ESD NMOS1和ESD NMOS2的栅极，使得ESD NMOS1导通，而ESD NMOS2关断，并产生一定的阱电流(Ipwa)，当阱电流Ipwa与阱电阻(Rpwa)的乘积超过ESD NPN的基极-发射极(此时发射极为A端)的正向偏置电压(通常约0.5伏～0.7伏)，则ESD NPN1便会开启，此时静电泄放经由ESD D1正向导通和ESD NPN1的集电极-发射极泄放。

由以上已有的双向静电防护电路的工作原理可以看出，已有电路由两个主静电防护管ESD NMOS1和ESD NMOS2组成，版图面积较大。

另外，静电泄放通路由二极管(ESD D1或ESD D2)叠加ESD NMOS1或ESD NMOS2，或由二极管(ESD D1或ESD D2)叠加ESD NPN1或ESD NPN2构成。通常静电电流都是安培量级，则由二极管(ESD D1或ESD D2)叠加ESD NMOS1或ESD NMOS2，或由二极管(ESD D1或ESD D2)叠加ESD NPN1或ESD NPN2结构所产生的叠加电压较高，很容易出现在此静电泄放通路上的叠加电压高于被保护电路的击穿电压，而起不到有效的静电防护的目的。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种双向静电防护电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双向静电防护电路，以通过一个静电防护管实现双向静电防护。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种双向静电防护电路，所述双向静电防护电路包括连接于第一端和第二端之间的静电监测电路、栅和背体控制电路及静电防护管，所述静电监测电路与栅和背体控制电路电性连接，所述栅和背体控制电路与静电防护管的栅极和背体电性连接；

所述静电监测电路用于监测是否发生静电事件；以及，

当发生静电事件时，向所述栅和背体控制电路发出指令，使静电防护管的背体电压高于静电防护管的源极电压或漏极电压，从而开启静电防护管的寄生三极管进行静电泄放。

一实施例中，所述静电防护管还包括与第一端电性连接的第一电极和与第二端电性连接的第二电极，所述第一电极和第二电极为静电防护管的漏极和源极。

一实施例中，所述静电防护管还包括位于背体和第二电极之间的第一寄生二极管、及位于背体和第一电极之间的第二寄生二极管。

一实施例中，所述静电防护管的寄生三极管包括与静电防护管的背体相连的基极、与第一端电性连接的第三电极和与第二端电性连接的第四电极，第三电极和第四电极为寄生三极管的集电极和发射极。

一实施例中，所述静电防护管为NMOS管，静电防护管的寄生三极管为NPN三极管。

一实施例中，所述静电监测电路用于监测第一端到第二端、及第二端到第一端是否发生静电事件。

一实施例中，所述静电监测电路还用于：

当第一端到第二端发生静电事件时，向栅和背体控制电路发出指令，使静电防护管的背体电压高于静电防护管第二电极的电压，静电电流流经第一寄生二极管，当第一寄生二极管两端电压大于寄生三极管的正向偏置电压时，寄生三极管开启，第一端和第二端之间形成静电泄放通路，第一端作为寄生三极管的集电极，第二端作为寄生三极管的发射极；

当第二端到第一端发生静电事件时，向栅和背体控制电路发出指令，使静电防护管的背体电压高于静电防护管第一电极的电压，静电电流流经第二寄生二极管，当第二寄生二极管两端电压大于寄生三极管的正向偏置电压时，寄生三极管开启，第二端和第一端之间形成静电泄放通路，第一端作为寄生三极管的发射极，第二端作为寄生三极管的集电极。

一实施例中，所述静电监测电路包括若干电阻和若干电容，所述栅和背体控制电路包括若干开关管。

一实施例中，所述静电监测电路包括依次串联于第一端和第二端之间的第一电容和第一电阻、及依次串联于第二端和第一端之间的第二电容和第二电阻；

所述栅和背体控制电路包括第一开关管和第二开关管，第一开关管的栅极与第一电容和第一电阻相连，源极与静电防护管的背体相连，漏极与第一端相连，第二开关管的栅极与第二电容和第二电阻相连，源极与静电防护管的背体相连，漏极与第二端相连。

一实施例中，所述静电监测电路还用于：

当第一端到第二端发生静电事件时，向栅和背体控制电路发出指令，控制第一开关管导通，第二开关管关闭；

当第二端到第一端发生静电事件时，向栅和背体控制电路发出指令，控制第二开关管导通，第一开关管关闭。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过一个静电防护管即可实现双向静电防护，大大缩小了电路的版图面积；

通过静电防护管产生的单级寄生三极管即可形成双向静电泄放通路，能够提供理想的低钳位电压，使静电防护能力较背靠背的MOS管静电防护结构更强健。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种双向静电防护电路的电路图；

图2为现有技术中另一种双向静电防护电路的电路图；

图3为本发明中双向静电防护电路的电路图；

图4为本发明一具体实施例中双向静电防护电路的电路图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参图3所示，本发明公开了一种双向静电防护电路，包括连接于第一端A和第二端B之间的静电监测电路、栅和背体控制电路及静电防护管，静电监测电路与栅和背体控制电路电性连接，栅和背体控制电路与静电防护管的栅极和背体电性连接。

其中，静电监测电路用于监测是否发生静电事件；以及，

当发生静电事件时，向栅和背体控制电路发出指令，使静电防护管的背体电压高于静电防护管的源极电压或漏极电压，从而开启静电防护管的寄生三极管进行静电泄放。

本发明中的静电防护管为NMOS管(ESD NMOS)，静电防护管的寄生三极管为NPN三极管(寄生ESD NPN)。

本发明中当静电事件发生的时候，静电监测电路便会监测到静电的发生，然后给出信号到栅和背体控制电路去控制静电防护管ESD NMOS，使静电防护管ESD NMOS的背体电压高于静电防护管ESD NMOS的源极电压或漏极电压，从而使得静电防护管的寄生三极管ESD NPN开启，寄生三极管ESD NPN的静电防护能力较静电防护管ESD NMOS的沟道导通能力更强，因此可以提供强健的静电防护能力。

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参图4所示为本发明一具体实施例中的双向静电防护电路，包括连接于第一端A和第二端B之间的静电监测电路、栅和背体控制电路及静电防护管，静电监测电路与栅和背体控制电路电性连接，栅和背体控制电路与静电防护管的栅极和背体电性连接。

其中，静电监测电路包括若干电阻和若干电容，栅和背体控制电路包括若干开关管。

具体地，本实施例实施例中的静电监测电路包括依次串联于第一端A和第二端B之间的第一电容C1和第一电阻R1、及依次串联于第二端B和第一端A之间的第二电容C2和第二电阻R2；

栅和背体控制电路包括第一开关管M1和第二开关管M2，第一开关管M1和第二开关管M2均为NMOS管，第一开关管M1的栅极与第一电容C1和第一电阻R1相连，源极与静电防护管ESD NMOS的背体相连，漏极与第一端A相连，第二开关管M2的栅极与第二电容C2和第二电阻R2相连，源极与静电防护管ESD NMOS的背体相连，漏极与第二端B相连。

本实施例中静电防护管ESD NMOS包括与第一开关管M1的源极和第二开关管M2的源极相连的栅极，还包括与第一端A电性连接的第一电极和与第二端B电性连接的第二电极，第一电极和第二电极为静电防护管ESD NMOS的漏极和源极，当第一电极为漏极时第二电极为源极，当第一电极为源极时第二电极为漏极。

另外，静电防护管ESD NMOS还包括位于背体和第二电极之间的第一寄生二极管D1、及位于背体和第一电极之间的第二寄生二极管D2。

静电防护管的寄生三极管ESD NPN包括与静电防护管的背体相连的基极、与第一端A电性连接的第三电极和与第二端B电性连接的第四电极，第三电极和第四电极为寄生三极管的集电极和发射极。

本实施例中双向静电防护电路的工作原理如下：

静电监测电路监测第一端A到第二端B、及第二端B到第一端A是否发生静电事件；

当第一端A到第二端B发生静电事件时，向栅和背体控制电路发出指令，控制第一开关管M1导通，第二开关管M2关闭，使静电防护管ESD NMOS的背体电压高于静电防护管第二电极的电压，静电电流流经第一寄生二极管D1，当第一寄生二极管D1两端电压大于寄生三极管ESD NPN的基极-发射极(此时第一端A作为寄生三极管的集电极，第二端B作为寄生三极管的发射极)的正向偏置电压(通常约0.5伏～0.7伏)时，寄生三极管ESD NPN开启，第一端A和第二端B之间形成静电泄放通路；

当第二端B到第一端A发生静电事件时，向栅和背体控制电路发出指令，控制第一开关管M2导通，第二开关管M1关闭，使静电防护管ESD NMOS的背体电压高于静电防护管第一电极的电压，静电电流流经第二寄生二极管D2，当第二寄生二极管D2两端电压大于寄生三极管ESD NPN的基极-发射极(此时第一端A作为寄生三极管的发射极，第二端B作为寄生三极管的集电极)的正向偏置电压(通常约0.5伏～0.7伏)时，寄生三极管ESD NPN开启，第二端B和第一端A之间形成静电泄放通路。

应当理解的是，上述实施例中的静电监测电路以2个电容和两个电阻为例进行说明，在其他实施例中静电监测电路也可以采用其他类型的电路，凡是能够能够监测到两端之间静电的电路均属于本发明所保护的范围。

另外，本实施例中的栅和背体控制电路以2个NMOS管为例进行说明，在其他实施例中也可以为PMOS管、或三极管等，凡是能够根据抬高静电防护管背体电压以开启寄生三极管的技术方案均属于本发明所保护的范围。

上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明通过一个静电防护管即可实现双向静电防护，大大缩小了电路的版图面积；

通过静电防护管产生的单级寄生三极管即可形成双向静电泄放通路，能够提供理想的低钳位电压，使静电防护能力较背靠背的MOS管静电防护结构更强健。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种双向静电防护电路，其特征在于，

所述双向静电防护电路包括连接于第一端和第二端之间的静电监测电路、栅和背体控制电路及静电防护管，所述静电监测电路与栅和背体控制电路电性连接，所述栅和背体控制电路与静电防护管的栅极和背体电性连接；

所述静电监测电路用于监测是否发生静电事件；

以及，

当发生静电事件时，向所述栅和背体控制电路发出指令，使静电防护管的背体电压高于静电防护管的源极电压或漏极电压，从而开启静电防护管的寄生三极管进行静电泄放；所述静电监测电路包括依次串联于第一端和第二端之间的第一电容和第一电阻、及依次串联于第二端和第一端之间的第二电容和第二电阻；

所述栅和背体控制电路包括第一开关管和第二开关管，第一开关管的栅极与第一电容和第一电阻相连，源极与静电防护管的栅极相连，漏极与第一端相连，第二开关管的栅极与第二电容和第二电阻相连，源极与静电防护管的背体相连，漏极与第二端相连。

2.根据权利要求1所述的双向静电防护电路，其特征在于，

所述静电防护管还包括与第一端电性连接的第一电极和与第二端电性连接的第二电极，所述第一电极和第二电极为静电防护管的漏极和源极。

3.根据权利要求2所述的双向静电防护电路，其特征在于，

所述静电防护管还包括位于背体和第二电极之间的第一寄生二极管、及位于背体和第一电极之间的第二寄生二极管。

4.根据权利要求3所述的双向静电防护电路，其特征在于，

所述静电防护管的寄生三极管包括与静电防护管的背体相连的基极、与第一端电性连接的第三电极和与第二端电性连接的第四电极，第三电极和第四电极为寄生三极管的集电极和发射极。

5.根据权利要求2所述的双向静电防护电路，其特征在于，

所述静电防护管为NMOS管，静电防护管的寄生三极管为NPN三极管。

6.根据权利要求1所述的双向静电防护电路，其特征在于，

所述静电监测电路用于监测第一端到第二端、及第二端到第一端是否发生静电事件。

7.根据权利要求4所述的双向静电防护电路，其特征在于，

所述静电监测电路还用于：

当第一端到第二端发生静电事件时，向栅和背体控制电路发出指令，使静电防护管的背体电压高于静电防护管第二电极的电压，静电电流流经第一寄生二极管，当第一寄生二极管两端电压大于寄生三极管的正向偏置电压时，寄生三极管开启，第一端和第二端之间形成静电泄放通路，第一端作为寄生三极管的集电极，第二端作为寄生三极管的发射极；

当第二端到第一端发生静电事件时，向栅和背体控制电路发出指令，使静电防护管的背体电压高于静电防护管第一电极的电压，静电电流流经第二寄生二极管，当第二寄生二极管两端电压大于寄生三极管的正向偏置电压时，寄生三极管开启，第二端和第一端之间形成静电泄放通路，第一端作为寄生三极管的发射极，第二端作为寄生三极管的集电极。

8.根据权利要求1所述的双向静电防护电路，其特征在于，

所述静电监测电路包括若干电阻和若干电容，所述栅和背体控制电路包括若干开关管。

9.根据权利要求1所述的双向静电防护电路，其特征在于，

所述静电监测电路还用于：

当第一端到第二端发生静电事件时，向栅和背体控制电路发出指令，控制第一开关管导通，第二开关管关闭；

当第二端到第一端发生静电事件时，向栅和背体控制电路发出指令，控制第二开关管导通，第一开关管关闭。

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