CN116093909A - 静电放电防护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静电放电防护电路。静电放电防护电路包括放电开关、第一晶体管、反向器以及反馈电路。放电开关耦接在第一电源轨线以及第二电源轨线间，根据控制电压以被导通或断开。第一晶体管具有第一端耦接至第一电源轨线。第一晶体管的控制端接收控制电压。反向器耦接在第一晶体管的第二端与放电开关的控制端间。反馈电路耦接在反向器的输出端以及输入端间，用以根据控制电压以决定是否在反向器的输入端与第二电源轨线间提供导通路径。

Description

静电放电防护电路

技术领域

本发明涉及一种静电放电防护电路，尤其涉及一种可提升静电放电电流的放电时间的静电放电防护电路。

背景技术

请参照图1，图1为现有技术的静电放电电路的电路图。静电放电电路100包括晶体管T1、电阻R1、电容C1以及反向器INV1。晶体管T1耦接在电源轨线PWL1以及PWL2间，并受控于控制电压Vg以被导通或断开。

电阻R1以及电容C1可用以感测电源轨线PWL1上的静电放电现象发生与否。并在静电放电现象发生时，反向器INV1可根据电阻R1以及电容C1的耦接点上的电压，来产生为高电平的控制电压Vg来使晶体管T1导通。通过被导通的晶体管T1，电源轨线PWL1上的静电放电电流可以被宣泄至电源轨线PWL2。

在现有技术的静电放电电路100中，晶体管T1的导通时间是由电容C1的充电速度来决定。若要延长静电放电电流的放电时间，则势必要增大电容C1的面积，造成电路面积的增加，并增加电路的生产成本。

发明内容

本发明是针对一种一种静电放电防护电路，可提升静电放电电流的放电时间。

根据本发明的实施例，静电放电防护电路包括放电开关、第一晶体管、反向器以及反馈电路。放电开关耦接在第一电源轨线以及第二电源轨线间，根据控制电压以被导通或断开。第一晶体管具有第一端耦接至第一电源轨线。第一晶体管的控制端接收控制电压。反向器耦接在第一晶体管的第二端与放电开关的控制端间。反馈电路耦接在反向器的输出端以及输入端间，用以根据控制电压以决定是否在反向器的输入端与第二电源轨线间提供导通路径。

根据上述，本发明实施例通过第一晶体管以及反馈电路以执行第一电源轨在线的静电放电现象。第一晶体管用以提供一主动负载。反馈电路则用以在静电放电保护模式下，延长静电放电电流的放电时间。反馈电路并用以在正常工作模式下，维持放电开关不被导通。通过本发明实施例的静电放电防护电路的架构，电路面积更可以有效减小。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1为现有技术的静电放电电路的电路图；

图2为本发明一实施例的静电放电保护电路的示意图；

图3为本发明另一实施例的静电放电防护电路的示意图；

图4A以及图4B的本发明实施例的静电放电防护电路的动作时的等效电路示意图；

图5为在静电放电模式下，本发明实施例的静电放电防护电路与现有技术的静电放电防护电路的电流波形图。

附图标号说明

100、200、300：静电放电保护电路；

210、310：放电开关；

220、320：反馈电路；

510、520：曲线；

C1：电容；

EC：静电放电电流；

ESDV：静电放电电压；

INV1：反向器；

M1、M2、T1：晶体管；

PWL1、PWL2：电源轨线；

R1、R31、R32：电阻；

Vd：分压电压；

VDD：操作电源；

Vg：控制电压。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

请参照图2，图2为本发明一实施例的静电放电保护电路的示意图。静电放电保护电路200包括放电开关210、晶体管M1、反向器INV1以及反馈电路220。放电开关210耦接在电源轨线PWL1以及电源轨线PWL2间。放电开关210可由晶体管T1来建构。晶体管T1的控制端接收控制电压Vg，并可根据控制电压Vg以被导通或断开。

在本实施例中，在正常工作模式下，电源轨线PWL1可用以接收操作电源，电源轨线PWL2则可用以接收接地电压。

此外，晶体管M1的第一端耦接至电压轨线PWL1，晶体管M1的第二端耦接至反馈电路220以及反向器INV1的输入端。晶体管M1的控制端则耦接至反向器INV1的输出端以接收控制电压Vg。在另一方面，反馈电路220耦接至反向器INV1的输入端以及输出端。反馈电路220用以根据控制电压Vg以决定是否在反向器INV1的输入端与电源轨线PWL2间提供导通路径。

在动作细节上，晶体管M1以及反馈电路220用以感测电源轨线PWL1上有无发生静电放电现象。其中晶体管M1可作为主动负载，并在当静电放电现象发生时，晶体管M1可被截止并提供相对高的阻值。此时，反向器INV1的输入端上的电压可为相对低的接地电压，反向器INV1并在输出端产生相对高的控制电压Vg。反馈电路220则根据具有相对高电压的控制电压Vg以在电源轨线PWL2以及反向器INV1的输入端上提供导通路径，并使反向器INV1的输入端可以维持等于接地电压。

在此同时，由晶体管T1所构成的放电开关210可以根据控制电压Vg而被导通，并在电源轨线PWL1以及PWL2间形成静电放电电流的电流宣泄路径，达到静电放电防护的能力。

在此请注意，本发明实施例的反馈电路220，在静电放电模式下，可通过在反向器INV1的输入端以及电源轨线PWL2间提供导通路径，并使反向器INV1维持等于接地电压，来有效延长放电开关210的导通时间，并提升静电放电电流的放电时间。

在另一方面，当静电放电现象没有发生时，晶体管M1可被导通并提供相对低的阻值。在正常工作模式下，反向器INV1的输入端实质上等于操作电源，反向器INV1并在其输出端产生具有相对低电压(例如等于接地电压)的控制电压Vg，并使放电开关210中的晶体管T1被截止。此时，反馈电路220可根据例如等于接地电压的控制电压Vg来使电源轨线PWL2以及反向器INV1的输入端间的连接路径被断开。

以下请参照图3，图3为本发明另一实施例的静电放电防护电路的示意图。静电放电防护电路300包括放电开关310、晶体管M1、反向器INV1以及反馈电路320。放电开关310由晶体管T1所建构。晶体管T1的控制端接收控制电压Vg，并可根据控制电压Vg以被导通或断开。反馈电路320包括电阻R31、R32所构成的分压器以及晶体管M2。电阻R31、R32所构成的分压器串接在反向器INV1的输出端以及电源轨线PWL2间。电阻R31、R32用以分压反向器INV1的输出端上的控制电压Vg，并产生分压电压Vd。晶体管M2的第一端耦接至晶体管M1的第二端，晶体管M2的第二端耦接至电源轨线PWL2，晶体管M2的控制端则耦接至电阻R31、R32，并接收分压电压Vd。

在本实施例中，在正常工作模式下，电源轨线PWL1可用以接收操作电源，电源轨线PWL2则可用以接收接地电压。

相较于图1的现有技术的静电放电防护电路100，本实施例的静电放电防护电路300利用晶体管M1以作为主动负载，并取代电阻R1，可在不同的模式下提供不同的阻值。反馈电路320则用以取代电容C1，并在占去相对少的布局面积的条件下，可延长晶体管T1被导通的时间长度，并延长静电放电电流的放电时间。据此，本发明的静电放电防护电路300不但可以减低电路成本，还可有效提升静电放电防护的效能，具有多重的优点。

在动作细节上，可参照图4A以及图4B的本发明实施例的静电放电防护电路的动作时的等效电路示意图。在图4A中，静电放电防护电路300工作在静电放电防护模式下。其中，具有正脉波的静电放电电压ESDV被施加在电源轨线PWL1上。此时晶体管M1被截止并提供具有相对高的电阻值。反向器INV1根据其输入端上的相对低的第一电压，在其输出端上产生为具有相对高的第二电压的控制电压Vg。控制电压Vg被提供至放电开关310的晶体管T1的控制端，并使晶体管T1被导通。被导通晶体管T1可提供静电放电电流EC的放电路径，并达成防护的目的。

同时，电阻R31以及R32所形成的分压器，根据控制电压Vg进行分压并产生分压电压Vd。分压电压Vd可被提供至晶体管M2的控制端，并使晶体管M2被导通。在此，被导通的晶体管M2可在反向器INV1的输入端以及电源轨线PWL2间提供一导通路径，以使反向器INV1的输入端可维持等于接地电压。

附带一提的，反馈电路320维持反向器INV1的输入端等于接地电压的状态，可在静电放电电压ESDV下降至一定电压电平后解除。

在本实施例中，电阻R31的电阻值可以小于电阻R32的电阻值。而晶体管M1的通道宽长比可以小于晶体管M2的通道宽长比。且晶体管M1、M2的通道宽长比均小于1。

在图4B中，静电放电防护电路300工作在正常工作模式下。其中，操作电源VDD被施加在电源轨线PWL1上，电源轨线PWL2则接收接地电压。此时，晶体管M1被导通并提供一相对低的阻值。反向器INV1的输入端上的电压被拉高为第二电压(等于操作电源VDD)，而反向器INV1的输出端则产生为第一电压(等于接地电压)的控制电压Vg。

控制电压Vg被提供至晶体管T1的控制端，并使晶体管T1被截止。如此一来，电源轨线PWL1、PWL2间不相互导通，并可以后面的电路可以维持正常的运作。

请参照图5，图5为在静电放电模式下，本发明实施例的静电放电防护电路与现有技术的静电放电防护电路的电流波形图。图5中的横轴为时间，单位为纳秒(ns)。纵轴则为电流，单位为安培(A)。其中，曲线520例如为本发明实施例的静电放电防护电路300，在执行静电放电动作时的电流波形曲线。曲线510则为现有技术的静电放电防护电路100，在执行静电放电动作时的电流波形曲线。其中，很明显的，本发明实施例的静电放电防护电路300所可以提供的静电放电电流的放电时间，明显的长于现有技术的静电放电防护电路100所提供的静电放电电流的放电时间。也因此，本发明实施例的静电放电防护电路300可以宣泄的静电放电能量，远大于现有技术的静电放电防护电路100所可以宣泄的静电放电能量。可以得知的，本发明实施例的静电放电防护电路300所可以达成的静电放电防护等级，可以得到进一步的提升。

值得一提的，本发明实施例的静电放电防护电路300，在正常工作模式下，相对于现有技术的静电放电防护电路100，可具有更低的漏电电流。其中，现有技术的静电放电防护电路100由于在电源轨线PWL1、PWL2间具有串接的电阻R1以及电容C1，会产生相对大的漏电电流。而本发明实施例的静电放电防护电路300中，分压器(电阻R31、R32)的两端，在正常工作模式下没有电压差，且晶体管M2、T1均为截止的情况下，可降低所产生的漏电电流。

根据上述，本发明的静电放电电路通过反馈电路以及晶体管的配合，可在降低电路布局面积的前提下，还可以延长静电放电电流的放电时间，大幅增加静电放电的防护能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种静电放电防护电路，其特征在于，包括：

放电开关，耦接在第一电源轨线以及第二电源轨线间，根据控制电压以被导通或断开；

第一晶体管，具有第一端耦接至所述第一电源轨线，所述第一晶体管的控制端接收所述控制电压；

反向器，耦接在所述第一晶体管的第二端与所述放电开关的控制端间；以及

反馈电路，耦接在所述反向器的输出端以及输入端间，用以根据所述控制电压以决定是否在所述反向器的输入端与所述第二电源轨线间提供导通路径。

2.根据权利要求1所述的静电放电防护电路，其特征在于，所述反馈电路包括：

分压器，耦接在所述反向器的输出端与所述第二电压轨线间，用以分压所述控制电压以产生分压电压；以及

第二晶体管，具有第一端耦接至所述反向器的输入端，所述第二晶体管的第二端耦接至所述第二电压轨线，所述第二晶体管的控制端接收所述分压电压。

3.根据权利要求2所述的静电放电防护电路，其特征在于，所述第一晶体管与所述第二晶体管的通道宽长比皆小于1。

4.根据权利要求2所述的静电放电防护电路，其特征在于，所述第一晶体管的通道宽长比小于所述第二晶体管的晶体的信道宽长比。

5.根据权利要求2所述的静电放电防护电路，其特征在于，所述分压器包括：

第一电阻，具有第一端耦接至所述反向器的输出端；以及

第二电阻，串联耦接在所述第一电阻的第二端与所述第二电压轨线间。

6.根据权利要求5所述的静电放电防护电路，其特征在于，所述第一电阻的电阻值小于所述第二电阻的电阻值。

7.根据权利要求2所述的静电放电防护电路，其特征在于，所述第一晶体管为P型晶体管，所述第二晶体管为N型晶体管。

8.根据权利要求1所述的静电放电防护电路，其特征在于，在静电放电保护模式下，所述第一晶体管被断开，所述反馈电路在所述反向器的输入端与所述第二电源轨线间提供所述导通路径，所述反向器根据所述第二电压轨在线的第一电压来产生等于第二电压的所述控制电压，并使所述放电开关根据所述控制电压而被导通，

其中所述第一电压小于所述第二电压。

9.根据权利要求1所述的静电放电防护电路，其特征在于，在正常工作模式下，所述第一晶体管被导通，所述反馈电路切断在所述反向器的输入端与所述第二电源轨线间的所述导通路径，所述反向器根据所述第一电压轨在线的第二电压来产生等于第一电压的所述控制电压，并使所述放电开关根据所述控制电压而被断开，

其中所述第一电压小于所述第二电压。

10.根据权利要求1所述的静电放电防护电路，其特征在于，所述放电开关为晶体管开关。

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