CN116670957A - 静电防护电路、芯片和终端 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种静电防护电路、芯片和终端,涉及芯片技术领域,通过将第一开关耦合于第一电压端与接地端之间,不但可以静电泄放,还可以防止第一电压端到接地端路径的总电压大于击穿电压阈值,导致被保护器件被损坏。该静电防护电路包括控制电路、第一开关、第一电压端、第二电压端和接地端;第二电压端用于向第一电压端提供工作电压;第一开关和被保护器件并联耦合于第一电压端与接地端之间。控制电路,用于在检测到第一电压端向第二电压端发送静电信号时,向第一开关发送控制信号;第一开关,用于在控制信号的控制下导通。
Description
本申请涉及芯片技术领域,尤其涉及一种静电防护电路、芯片和终端。
芯片因制造、运输、封装或测试等原因产生电荷后,若芯片的管脚连接到接地端,则会形成静电泄放(electrostatic discharge,ESD)。静电泄放过程中,容易损坏芯片中的器件,进而影响芯片的功能。
因此,如何防止因静电泄放损坏器件,是目前亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题,本申请提供一种静电防护电路、芯片和终端,通过将第一开关耦合于第一电压端与接地端之间,不但可以静电泄放,还可以防止第一电压端到接地端路径上的总电压大于击穿电压阈值,导致被保护器件被损坏。
第一方面,本申请提供一种静电防护电路,该静电防护电路包括控制电路、第一开关、第一电压端、第二电压端和接地端;第二电压端用于向第一电压端提供工作电压。第一开关和被保护器件并联耦合于第一电压端与接地端之间。控制电路,用于在检测到第一电压端向第二电压端发送静电信号时,向第一开关发送控制信号;第一开关,用于在控制信号的控制下导通。
本申请中,通过将第一开关耦合在第一电压端与接地端之间,使得第一开关在控制信号的控制下导通,使第一电压端、第一开关、以及接地端形成通路。这样一来,第一电压端上的静电电压可以通过第一开关泄放,避免造成第一电压端上的静电电压过高,进而避免较高的静电电压在瞬间放电时,形成较大的峰值电流,对被保护器件造成冲击,损坏被保护器件。
并且,本申请通过使第一开关与被保护器件并联耦合于第一电压端与接地端之间。在静电泄放时,第一电压端上的静电可以通过第一电压端、第一开关、以及接地端这一通路泄放。相较于相关技术,本申请在静电泄放时无需经过第二电压端,可以减短静电泄放路径,减小静电泄放路径上的寄生电阻。并且,本申请还可以控制在第一电压端、第一开关、以及接地端这一通路上,不再集成除第一开关以外的其他器件。这样一来,相较于相关技术,本申请第一电压端到接地端路径上的总电压不再受其他器件的阻抗的影响。通过减小静电泄放路径上的寄生电阻,以及排除其他器件的阻抗影响,第一电压端到接地端路径上的总电压可以大大降低,防止第一电压端到接地端路径上的总电压大于击穿电压阈值,导致被保护器件被损坏。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还包括第二开关;第二开关耦合于第二电压端与接地端之间;控制电路,还用于在检测到第一电压端向第二电压端发送静电信号 时,向第二开关发送控制信号;第二开关,用于在控制信号的控制下导通。第二开关导通后,第一电压端、第二电压端、第二开关、接地端可以形成通路,第一电压端上的静电电压除了通过第一开关泄放以外,还可以通过第二开关泄放。第一电压端通过第二开关泄放至少部分静电电压,降低第一电压端的电压值,防止第一电压端的电压过大,且电源通过第二电压端向第一电压端提供工作电压,第一电压端的上电过快时,导致第一开关误开启,从而避免工作电压通过第一开关漏电。
在一些可能实现的方式中,控制电路包括检测电路,检测电路串接于第二电压端与接地端之间;用于在检测到第一电压端向第二电压端发送静电信号时,输出检测信号。该检测信号可以用作控制信号;检测电路,还用于将检测信号发送至第一开关和第二开关。可以利用检测电路检测第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,并直接向第二开关输入检测信号,控制第一开关和第二开关导通,实现通过第一开关和第二开关进行静电泄放。
在一些可能实现的方式中,控制电路还包括第一反相器;检测电路,用于在检测到第一电压端向第二电压端发送静电信号时,向第一反相器发送检测信号;第一反相器,用于对检测信号取反,得到控制信号,并输出控制信号;检测信号与控制信号互为高低电平。可以利用检测电路检测第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,并输出检测信号。之后,将检测信号发送至第一反相器,第一反相器对检测信号取反后,将取反后的控制信号输出。
第一反向器可以将控制信号发送至第二开关,以控制第二开关导通,实现通过第二开关进行静电泄放。还可以将控制信号发送至第一开关,以控制第一开关导通,实现通过第一开关进行静电泄放。相较于下文控制电路包括第二反相器的方案,本方案因控制电路不包括第二反相器,可以减小静电防护电路的版图面积。
相较于前述控制电路不包括第一反相器的方案,控制电路包括第一反相器的方案可以应用在检测电路到第一开关和第二开关的路径过长的场景中。避免因检测电路到第一开关和第二开关的路径过长,导致检测电路输出的信号消耗在所述路径上,使得第一开关和第二开关不能充分导通。
或者,控制电路还包括第二反相器,检测电路,还用于在检测到第一电压端向第二电压端发送静电信号时,向第而反相器发送检测信号。第二反相器,用于对检测信号取反,得到控制信号,并将控制信号发送至第一开关;检测信号与控制信号互为高低电平,以控制第一开关导通,实现通过第一开关进行静电泄放。而第一反相器仍然将控制信号发送至第二开关,以控制第二开关导通,实现通过第二开关进行静电泄放。
本方案的检测电路可以直接将检测信号发送至第二反相器,虽然第二反相器也具有沟道阻抗,但第二反相器与第一开关耦合的路径较短,第二反相器将第一电压端的电压传输至第一开关后,第一开关可以充分导通,也可以说,第一开关强开启,不会影响第一电压端通过第一开关的静电泄放效率。因此,相较于上文控制电路包括第一反相器,不包括第二反相器的方案,本方案可以提高第一电压端通过第一开关的静电泄放效率。
对于上述第一开关、第二开关、第一反相器和第二反相器。例如,上述第一开关可以包括第一晶体管,第二开关可以包括第二晶体管,上述第一反相器包括第一P型晶体管和第一N型晶体管。第二晶体管的栅极与第一反相器耦合,第一极与第二电压端耦合,第二极与接地端耦合。第一P型晶体管的栅极与检测电路的输出端耦合,第一极与第二电压端耦合,第二极与第一晶体管的栅极和第二晶体管的栅极耦合。第一N型晶体管的栅极与检测电路的输出端耦合,第一极与接地端耦合,第二极与第一晶体管的栅极和第二晶体管的栅极耦合。
又例如,上述第一开关可以包括第一晶体管,第二开关可以包括第二晶体管,上述第一反相器包括第一P型晶体管和第一N型晶体管,上述第二反相器包括第二P型晶体管和第二N型晶体管。第二晶体管的的第一极与第二电压端耦合,第二极与接地端耦合。第一P型晶体管的栅极与检测电路的输出端耦合,第一极与第二电压端耦合,第二极与第二晶体管的栅极耦合。第一N型晶体管的栅极与检测电路的输出端耦合,第一极与接地端耦合,第二极与第二晶体管的栅极耦合。第二P型晶体管的栅极与检测电路的输出端耦合,第一极与第一电压端耦合,第二极与第一晶体管的栅极耦合。第二N型晶体管的栅极与检测电路的输出端耦合,第一极与接地端耦合,第二极与第一晶体管的栅极耦合。
又例如,上述第一开关可以包括第一晶体管,第二开关可以包括第二晶体管,在控制电路不包括第一反相器和第二反相器的情况下,第一晶体管的栅极和第二晶体管的栅极可以与检测电路的输出端耦合。
在一些可能实现的方式中,第一晶体管和第二晶体管可以是N型晶体管,也可以是P型晶体管。检测电路为电阻-电容电路,电阻-电容电路包括电阻、电容、以及耦合于电阻与电容之间的输出端。
以电阻耦合于第二电压端与电容-电阻电路的输出端之间,电容耦合于电容-电阻电路的输出端与接地端之间为例,第一开关和第二开关接收第一反相器发送的控制信号时,或者,第一开关接收第二反相器发送的控制信号,第二开关接收第一反相器发送的控制信号时,电阻R对第二电压端VDD的高电平具有延迟作用,因此,从RC电路输出的检测信号为低电平。取反后的控制信号为与低电平相反的高电平,在高电平的控制下,N型的第一晶体管和第二晶体管导通。或者,第一开关和第二开关接收检测电路发送的控制信号时,电阻R对第二电压端VDD的高电平具有延迟作用,因此,从RC电路输出的检测信号为低电平,P型的第一晶体管和第二晶体管在低电平下导通。
以电容耦合于第二电压端与电容-电阻电路的输出端之间,电阻耦合于电容-电阻电路的输出端与接地端之间为例,第一开关和第二开关接收第一反相器发送的控制信号时,或者,第一开关接收第二反相器发送的控制信号,第二开关接收第一反相器发送的控制信号时,由于电容C耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电容C对第二电压端VDD的高电平没有延迟作用,且第二电压端VDD的高电平可以通过电容C将RC电路的输出端拉高,因此,从RC电路输出的检测信号也为高电平。取反后的控制信号为与高电平相反的低电平,在低电平的控制下,P型的第一晶体管和第二晶体管导通。或者,第一开关和第二开关接收检测电路发送的控制信号时,由于电容C耦合于第二电 压端VDD与RC电路的输出端之间,电容C对第二电压端VDD的高电平没有延迟作用,且第二电压端VDD的高电平可以通过电容C将RC电路的输出端拉高,因此,从RC电路输出的检测信号也为高电平,在高电平的控制下,N型的第一晶体管和第二晶体管导通。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还包括第三晶体管;第三晶体管耦合于第一电压端与第二电压端之间;当第二电压端向第一电压端提供工作电压时,第三晶体管用作三极管;当第一电压端向第二点阿姨端发送静电信号时,第三晶体管的栅极可以悬空,并复用作二极管。
第二方面,提供一种芯片,该芯片包括第一方面所述的静电防护电路。
第二方面的实现方式与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第二方面的实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果,此处不再赘述。
第三方面,提供一种终端,该终端包括第二方面所述的芯片。
第三方面的实现方式与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第三方面的实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果,此处不再赘述。
图1为本申请实施例提供的被保护电路集成在芯片中的电路图;
图2为相关技术的静电钳制电路与被保护电路的连接关系图;
图3为相关技术的静电钳制电路与被保护电路的连接关系图;
图4a为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图4b为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图5a为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图5b为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图6a为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图6b为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图7a为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图7b为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图8a为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图8b为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图9a为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图9b为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图10a为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图10b为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图11a为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图;
图11b为本申请实施例提供的一种静电防护电路的电路图。
附图标记:
10-控制电路;11-检测电路;12-第一反相器;13-第二反相器;20-第一开关;30-第二开关;50-被保护器件;60-驱动电路;100-静电钳制电路;200-被保护电路。
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。
本申请实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象,而不是用于描述对象的特定顺序。例如,第一目标对象和第二目标对象等是用于区别不同的目标对象,而不是用于描述目标对象的特定顺序。
在本申请实施例中,“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是指两个或两个以上。例如,多个处理单元是指两个或两个以上的处理单元;多个系统是指两个或两个以上的系统。
本申请实施例提供一种终端,终端可以是手机、电脑、平板电脑、电视、车载显示器、智能手表、服务器、存储器、雷达、基站、汽车等包含芯片的设备。当然,终端还可以是其他设备,本申请实施例不对终端的具体形式进行限定。为了方便说明,下文以终端为手机进行举例说明。
手机可以包括多个芯片,芯片中包括一个或多个被保护电路,每个被保护电路包括一个或多个被保护器件。如图1所示,芯片在制造、运输、封装或测试等场景下产生电荷,如果芯片碰触到地,则会形成静电泄放,损坏被保护电路200中的被保护器件。
例如,如图1所示,被保护电路200在制造、运输、封装或测试等场景下可以寄存在任意电路中,该电路包括第二电压端VDD和接地端VSS。被保护电路200包括第一电压端TVDD、以及耦合于第一电压端TVDD与接地端VSS之间的被保护器件50。第二电压端VDD图1以保护器件为包含P型晶体管和N型晶体管的反相器为例。被保护器件50处于工作状态时,电源可以通过第二电压端VDD向第一电压端TVDD提供工作电压;进一步的,第一电压端TVDD可以将工作电压提供给被保护器件50。
芯片中的静电可能导致被保护电路200上的静电电压变高,静电无法有效释放时,不能从被保护电路200释放出去,而是存储在被保护器件50的P型晶体管和N型晶体管中,逐渐使得第一电压端TVDD的电压进一步变高。若晶体管为P型晶体管,则静电电压存储在P型晶体管的N肼中;若晶体管为N型晶体管,则2kV静电电压存储在N 型晶体管的P型衬底中。而不论是P型晶体管的N肼,还是N型晶体管的P型衬底,其在晶体管中所占的面积都比较大。N肼和P型衬底的面积越大,所能存储的静电电荷越多,较高的静电电压在瞬间放电时,将形成较大的峰值电流(peak current),对N型晶体管和P型晶体管造成冲击,极限情况下,将损坏N型晶体管和P型晶体管。
此处需要说明的是,本申请的被保护电路200可以是集成于芯片中的任意电路,前述示例中,被保护器件50为P型晶体管和N型晶体管仅为示例。可选的,被保护电路200例如可以是低功耗电路。此情况下,被保护电路200中的被保护器件50可以是多阈值器件(multi-threshold complementary metal oxide semiconductor,MTCMOS)、低压差稳压器(low dropout regulator,LDO)或电源栅控器件(power gating)等。
为了防止静电泄放损坏芯片中的被保护器件,如图2所示,相关技术提出在芯片中集成静电泄放钳制电路100,静电电压可以通过静电泄放钳制电路100泄放,从而使被保护电路200始终处于安全状态。
然而,如图3所示,若将静电泄放钳制电路100耦合在第二电压端VDD与接地端VSS之间,则只要第二电压端VDD为高电平,在高电平的控制下,静电泄放钳制电路100即可导通。而第一电压端TVDD又与第二电压端TVDD耦合,因此,在第一电压端TVDD为高电平时,第一电压端VDD可能间接控制静电泄放钳制电路100导通。因此,在被保护器件50正常工作,电源通过第二电压端VDD向第一电压端TVDD提供工作电压时,如果第一电压端TVDD的上电过快(例如ns~us级),可能在第一电压端TVDD的间接控制下,导致静电泄放钳制电路100误开启,进而第一电压端TVDD、静电泄放钳制电路100、以及接地端VSS形成通路,第一电压端TVDD上的工作电压直接通过静电泄放钳制电路100所在支路流向接地端VSS,也可以说,第一电压端TVDD上的工作电压通过静电泄放钳制电路100所在支路漏电。从而导致第一电压端TVDD上的电压始终较小,达不到理想的电压值,影响晶体管正常工作。
此外,如图3所示,将静电泄放钳制电路100集成在第二电压端VDD与接地端VSS之间,在第二电压端VDD到接地端VSS通路上的电流基本不变时,还需要保证第一电压端TVDD到第二电压端VDD之间的电阻极低,以使得第一电压端TVDD经过第二电压端VDD到接地端VSS路径上的总电压,小于击穿电压阈值。此处需要说明的是,击穿电压阈值,是指:被保护器件50处于可承受的最大的耐压电压。若静电钳制电路100的钳位电压超过此击穿电压阈值,被保护器件50则会形成永久性击穿损毁。
然而,相关技术通过第一电压端TVDD、静电泄放钳制电路100、以及接地端VSS这一通路静电泄放时,由于第一电压端TVDD到第二电压端VDD之间可能集成有多个器件,且无法控制多个器件的阻抗。在多个器件的阻抗较大时,在第一电压端TVDD到第二电压端VDD之间的多个器件的阻抗、静电钳制电路100的钳位电压、以及第一电压端TVDD到第二电压端VDD路径上的寄生电阻的作用下,可能使得第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压大于击穿电压阈值,仍然会损坏被保护器件50。其中,第一电压端TVDD与第二电压端VDD之间的器件可以包括二极管,静电泄放时,第一电压端TVDD上的电荷可以通过二极管流向第二电压端VDD。而二极管的尺寸较小,导通时的阻抗较大,从而大大增加第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压。
基于上述问题,本申请实施例提供一种静电防护电路,如图4a-图5b所示,静电防护电路可以包括控制电路10、第一开关20、接地端VSS。第一开关20与被保护器件50并联耦合于第一电压端TVDD与接地端之间。控制电路10,用于在检测到第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,向第一开关20发送控制信号。第一开关20,用于在所述控制信号的控制下导通。第一开关20导通后,第一电压端TVDD、第一开关20、以及接地端VSS形成通路。这样一来,第一电压端TVDD上的静电电压可以通过第一开关20泄放,避免造成第一电压端TVDD上的静电电压过高,进而避免较高的静电电压在瞬间放电时,形成较大的峰值电流,对被保护器件50造成冲击,损坏被保护器件50。
并且,本申请通过使第一开关20与被保护器件50并联耦合于第一电压端TVDD与接地端VSS之间。静电泄放时,第一电压端TVDD上的静电可以通过第一电压端TVDD、第一开关20、以及接地端VSS这一通路泄放,相较于相关技术,本申请在静电泄放时无需经过第二电压端VDD,可以减短静电泄放路径,减小静电泄放路径上的寄生电阻。并且,本申请还可以控制在第一电压端TVDD、第一开关20、以及接地端VSS这一通路上,不再集成除第一开关20以外的其他器件。这样一来,相较于相关技术,本申请第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压不再受其他器件的阻抗的影响。通过减小静电泄放路径上的寄生电阻,以及排除其他器件的阻抗影响,第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压可以大大降低,防止第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压大于击穿电压阈值,导致被保护器件50被损坏。
在上述电路基础上,如图4a-图5b所示,静电防护电路还可以包括第二开关30,第二开关30耦合于第二电压端VDD与接地端VSS之间。控制电路10,还用于在检测到第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,向第二开关30发送控制信号。第二开关30,用于在所述控制信号的控制下导通。第二开关30导通后,第一电压端TVDD、第二电压端VDD、第二开关30、接地端VSS可以形成通路,第一电压端TVDD上的静电电压除了通过第一开关20泄放以外,还可以通过第二开关30泄放。第一电压端TVDD通过第二开关30泄放至少部分静电电压,降低第一电压端TVDD的电压值,防止第一电压端TVDD的电压过大,且电源通过第二电压端VDD向第一电压端TVDD提供工作电压,第一电压端TVDD的上电过快时,导致第一开关20误开启,从而避免工作电压通过第一开关20漏电。
下面结合附图和具体实施例,对静电防护的电路结构及工作原理进行详细说明。
一个实施例中,如图4a和图4b所示,上述第一开关20包括第一晶体管T1,第二开关30包括第二晶体管T2。控制电路10包括检测电路11和第一反相器12。其中,第一晶体管T1和第二晶体管T2均为N型晶体管。第一晶体管T1的第一极与第一电压端TVDD耦合,第二极与接地端VSS耦合。第二晶体管T2的第一极与第二电压端VDD耦合,第二极与接地端VSS耦合。
此处需要说明的是,第一晶体管T1第一极可以是源极,第二极可以是漏极。第二晶体管T2以及下文中的第三晶体管T3、第一P型晶体管P1、第一N型晶体管N1、第二 P型晶体管P2和第二N型晶体管N2的第一极也可以是源极,第二极也可以是漏极。下文不再赘述。
检测电路11可以是电阻-电容(RC)电路,检测电路11包括电阻R电容C、以及耦合于电阻R与电容C之间的输出端。电阻R耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电容C耦合于接地端VSS与RC电路的输出端之间。
第一反相器12的控制端与RC电路的输出端耦合,第一反相器12的输入端分别与第二电压端VDD和接地端VSS耦合,第一反相器12的输出端与第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极耦合。具体的,第一反相器12可以包括第一P型晶体管P1和第一N型晶体管N1。第一P型晶体管P1的栅极与RC电路的输出端耦合,第一P型晶体管P1的第一极与第二电压端VDD耦合,第一P型晶体管P1的第二极与第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极耦合。第一N型晶体管N1的栅极与RC电路的输出端耦合,第一N型晶体管N1的第一极与接地端VSS耦合,第一N型晶体管N1的第二极与第一晶体管T1的栅极和第二晶体管T2的栅极耦合。
基于本实施例的电路结构,静电防护电路可以工作在静电泄放阶段和正常工作阶段。
如图4a所示,在静电泄放阶段:芯片因制造、运输、封装或测试等原因产生电荷,如果芯片接触到地,则会形成静电泄放,第一电压端TVDD上的电荷经过第二电压端VDD向低电势接地端VSS流动。电荷流至第二电压端VDD,第二电压端VDD的电压被迅速拉高。此处需要说明的是,相较于接地端VSS上的电压,第二电压端VDD上的电压和第一电压端TVDD上的电压为高电平。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括第三晶体管T3,在静电泄放阶段,通过将第三晶体管T3的栅极悬空(即,第三晶体管T3的栅极不加任何电压,也可以说,不向第三晶体管T3输入高电平和低电平),使第三晶体管T3的源极、体端、以及漏极可以构成二极管。第一电压端TVDD上的电荷可以通过二极管向低电势流动。其中,第三晶体管T3可以是P型晶体管。
当RC电路检测到第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件(ESD event),RC电路的输出端输出检测信号。由于电阻R耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电阻R对第二电压端VDD的高电平有延迟作用,从RC电路输出的检测信号为与高电平相反的低电平。
本申请实施例可以利用RC电路识别到第二电压端VDD的脉冲上升沿,与静电电压的脉冲上升沿匹配时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,并输出检测信号。例如,若静电电压的脉冲上升沿发生在ns级到μs之间,则RC电路确定判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件。当然,其他场景下的静电电压的脉冲上升沿还可能发生在其他时间范围内,本申请实施例对此不作限定,只要预先设定RC电路识别静电电压的方式即可。也可以说,当RC电路第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,第二电压端VDD的电平快速上升,RC电路上的电压增大。
接着,RC电路输出的低电平可以传输至第一P型晶体管P1的栅极和第一N型晶体 管N1的栅极,作为第一P型晶体管P1和第一N型晶体管N1的使能信号。在低电平的控制下,第一P型晶体管P1导通,第一N型晶体管N1截止。第一P型晶体管P1导通后,可以向第一晶体管T1和第二晶体管T2发送控制信号。即,第一P型晶体管P1的第一极通过第一P型晶体管P1的第二极,将第二电压端VDD的高电平发送至第一晶体管T1的栅极和第二晶体管T2的栅极。
由于第一晶体管T1和第二晶体管T2为N型晶体管,因此,第一晶体管T1和第二晶体管T2在高电平的控制下导通。第一电压端TVDD上的静电电压可以分别通过第一晶体管T1和第二晶体管T2泄放至接地端VSS。
此处需要说明的是,即使因第一电压端TVDD与第二电压端VDD间的阻抗较大,导致第二晶体管T2的静电泄放效果不好,也不影响第一电压端TVDD上的静电电压通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。并且,虽然第一电压端TVDD也可以间接控制第一晶体管T1导通,但由于至少部分静电电压可以通过第二晶体管T2泄放。因此,即使第一电压端TVDD的上电过快,也不会第一开关20误开启,从而避免第一电压端TVDD上的工作电压通过第一开关20漏电。
如图4b所示,在正常工作阶段:第二电压端VDD可以与电源耦合,电源通过第二电压端VDD向第一电压端TVDD输入工作电压,使被保护器件50正常工作在第一电压端TVDD与接地端VSS之间。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括驱动电路60,在正常工作阶段,驱动电路60可以为第三晶体管T3的栅极提供低电平,使第三晶体管T3导通。进一步的,第二电压端VDD可以通过第三晶体管T3将工作电压发送至第一电压端TVDD。
此外,在正常工作阶段,若芯片中除被保护电路200以外的其他电路存在静电电压,且该静电电压通过电源传输至第二电压端VDD和第一电压端TVDD,则一旦被RC电路判定电荷通过电源流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路也可以向第一反相器12输出低电平,以使第一P型晶体管P1导通。第一P型晶体管P1将第二电压端VDD的高电平发送至第一晶体管T1的栅极,使第一晶体管T1导通。进而使从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。
此情况下,由于第一晶体管T1与被保护器件50并联,因此,从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放的同时,不会影响被保护电路200的正常工作。并且,由于第一电压端TVDD通过第一晶体管T1泄放了静电电压,还可以避免第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压较大,也可以说,避免第一电压端TVDD与接地端VSS之间的钳位电压较大,导致被保护器件50被损坏。
此外,需要说明的是,本实施例是以静电防护电路包括第一开关20和第二开关30举例,说明静电防护电路的工作原理。但是,在静电防护电路包括第一开关20、不包括第二开关30的情况下,控制电路10可以包括RC电路和第一反相器12,且RC电路与第一反相器12之间的连接关系以及工作原理,与本实施例相同,在此不再赘述。
另一个实施例中,如图5a和图5b所示,在控制电路10不包括第一反相器12(或者控制电路不包括第一反相器以及下文的第二反相器)时,本申请实施例的第一晶体管T1 和第二晶体管T2可以为P型晶体管,第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极可以与RC电路的输出端耦合。此外,图5a和图5b所示的方案中的其他电路结构,与图4a和图4b所示的方案中的其他电路结构相同。
基于本实施例的电路结构,静电防护电路可以工作在静电泄放阶段和正常工作阶段。
如图5a所示,在静电泄放阶段:芯片因制造、运输、封装或测试等原因产生电荷,如果芯片接触到地,则会形成静电泄放,第一电压端TVDD上的电荷经过第二电压端VDD向低电势接地端VSS流动。电荷流至第二电压端VDD,第二电压端VDD的电压被迅速拉高。此处需要说明的是,相较于接地端VSS上的电压,第二电压端VDD上的电压和第一电压端TVDD上的电压为高电平。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括第三晶体管T3,在静电泄放阶段,通过将第三晶体管T3的栅极悬空(即,第三晶体管T3的栅极不加任何电压,也可以说,不向第三晶体管T3输入高电平和低电平),使第三晶体管T3的源极、体端、以及漏极可以构成二极管。第一电压端TVDD上的电荷可以通过二极管向低电势流动。其中,第三晶体管T3可以是P型晶体管。
当RC电路检测到第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件(ESD event),RC电路的输出端输出检测信号。由于电阻R耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电阻R对第二电压端VDD的高电平有延迟作用,从RC电路输出的检测信号为与高电平相反的低电平。
本申请实施例可以利用RC电路识别到第二电压端VDD的脉冲上升沿,与静电电压的脉冲上升沿匹配时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,并输出检测信号,该检测信号可以用作控制信号。例如,若静电电压的脉冲上升沿发生在ns级到μs之间,则RC电路确定判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件。当然,其他场景下的静电电压的脉冲上升沿还可能发生在其他时间范围内,本申请实施例对此不作限定,只要预先设定RC电路识别静电电压的方式即可。也可以说,当RC电路第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,第二电压端VDD的电平快速上升,RC电路上的电压增大。
接着,RC电路输出的低电平可以传输至第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极,由于第一晶体管T1和第二晶体管T2为P型晶体管,因此,第一晶体管T1和第二晶体管T2在低电平的控制下导通。第一电压端TVDD上的静电电压可以分别通过第一晶体管T1和第二晶体管T2泄放至接地端VSS。
此处需要说明的是,即使因第一电压端TVDD与第二电压端VDD间的阻抗较大,导致第二晶体管T2的静电泄放效果不好,也不影响第一电压端TVDD上的静电电压通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。并且,虽然第一电压端TVDD也可以间接控制第一晶体管T1导通,但由于至少部分静电电压可以通过第二晶体管T2泄放。因此,即使第一电压端TVDD的上电过快,也不会第一开关20误开启,从而避免第一电压端TVDD上的工作电压通过第一开关20漏电。
并且,相较于前述图4a所示的控制电路10包括第一反相器12的方案,本申请实施 例可以减小静电防护电路的版图面积。但是,前述控制电路10包括第一反相器12的方案,可以应用在RC电路到第一晶体管T1的栅极和第二晶体管T2的栅极的路径过长的场景中。避免因RC电路到第一晶体管T1的栅极和第二晶体管T2的栅极的路径过长,导致RC电路输出的信号消耗在所述路径上,使得第一晶体管T1和第二晶体管T2不能充分导通。
如图5b所示,在正常工作阶段:第二电压端VDD可以与电源耦合,电源通过第二电压端VDD向第一电压端TVDD输入工作电压,使被保护器件50正常工作在第一电压端TVDD与接地端VSS之间。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括驱动电路60,在正常工作阶段,驱动电路60可以为第三晶体管T3的栅极提供低电平,使第三晶体管T3导通。进一步的,第二电压端VDD可以通过第三晶体管T3将工作电压发送至第一电压端TVDD。
此外,在正常工作阶段,若芯片中除被保护电路200以外的其他电路存在静电电压,且该静电电压通过电源传输至第二电压端VDD和第一电压端TVDD,则一旦被RC电路判定电荷通过电源流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路也可以向第一晶体管T1输出低电平,以使第一晶体管T1导通。进而使从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。
此情况下,由于第一晶体管T1与被保护器件50并联,因此,从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放的同时,不会影响被保护电路200的正常工作。并且,由于第一电压端TVDD通过第一晶体管T1泄放了静电电压,还可以避免第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压较大,也可以说,避免第一电压端TVDD与接地端VSS之间的钳位电压较大,导致被保护器件50被损坏。
此外,需要说明的是,本实施例是以静电防护电路包括第一开关20和第二开关30举例,说明静电防护电路的工作原理。但是,在静电防护电路包括第一开关20、不包括第二开关30的情况下,控制电路10可以包括RC电路和第一反相器12,且RC电路与第一反相器12之间的连接关系以及工作原理,与本实施例相同,在此不再赘述。
又一个实施例中,如图6a和图6b所示,上述第一开关20包括第一晶体管T1,第二开关30包括第二晶体管T2。控制电路10包括检测电路11和第一反相器12。其中,第一晶体管T1和第二晶体管T2均为P型晶体管。第一晶体管T1的第一极与第一电压端TVDD耦合,第二极与接地端VSS耦合。第二晶体管T2的第一极与第二电压端VDD耦合,第二极与接地端VSS耦合。
检测电路11可以是RC电路,检测电路11包括电阻R、电容C、以及耦合于电阻R与电容C之间的输出端。电容C耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电阻R耦合于接地端VSS与RC电路的输出端之间。
第一反相器12的控制端与RC电路的输出端耦合,第一反相器12的输入端分别与第二电压端VDD和接地端VSS耦合,第一反相器12的输出端与第二晶体管T2的栅极耦合。具体的,第一反相器12可以包括第一P型晶体管P1和第一N型晶体管N1。第一P型晶体管P1的栅极与RC电路的输出端耦合,第一P型晶体管P1的第一极与第二 电压端VDD耦合,第一P型晶体管P1的第二极与第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极耦合。第一N型晶体管N1的栅极与RC电路的输出端耦合,第一N型晶体管N1的第一极与接地端VSS耦合,第一N型晶体管N1的第二极与第一晶体管T1的栅极和第二晶体管T2的栅极耦合。
基于本实施例的电路结构,静电防护电路可以工作在静电泄放阶段和正常工作阶段。
如图6a所示,在静电泄放阶段:芯片因制造、运输、封装或测试等原因产生电荷,如果芯片接触到地,则会形成静电泄放,第一电压端TVDD上的电荷向低电势流动。电荷流至第二电压端VDD,第二电压端VDD的电压被迅速拉高。此处需要说明的是,相较于接地端VSS上的电压,第二电压端VDD上的电压和第一电压端TVDD上的电压为高电平。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括第三晶体管T3,在静电泄放阶段,通过将第三晶体管T3的栅极悬空(即,第三晶体管T3的栅极不加任何电压,也可以说,不向第三晶体管T3输入高电平和低电平),使第三晶体管T3的源极、体端、以及漏极可以构成二极管。第一电压端TVDD上的电荷可以通过二极管向低电势流动。
当RC电路检测到第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路的输出端输出检测信号。由于电容C耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电容C对第二电压端VDD的高电平没有延迟作用,且第二电压端VDD的高电平可以通过电容C将RC电路的输出端拉高,因此,从RC电路输出的检测信号也为高电平。
本申请实施例可以利用RC电路识别到第二电压端VDD的脉冲上升沿,与静电电压的脉冲上升沿匹配时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,并输出检测信号。例如,若静电电压的脉冲上升沿发生在ns级到μs之间,则RC电路判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件。当然,其他场景下的静电电压的脉冲上升沿还可能发生在其他时间范围内,本申请实施例对此不作限定,只要预先设定RC电路识别静电电压的方式即可。也可以说,当RC电路第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,第二电压端VDD的电平快速上升,RC电路上的电压增大。
接着,RC电路输出的高电平可以传输至第一P型晶体管P1的栅极和第一N型晶体管N1的栅极,作为第一P型晶体管P1和第一N型晶体管N1的使能信号。在高电平的控制下,第一N型晶体管N1导通,第一P型晶体管P1截止。第一N型晶体管N1导通后,可以向第一晶体管T1和第二晶体管T2发送控制信号。即,第一N型晶体管N1的第一极通过第一N型晶体管N1的第二极,将接地端VSS的低电平发送至第一晶体管T1的栅极和第二晶体管T2的栅极。
由于第一晶体管T1和第二晶体管T2为P型晶体管,因此,第一晶体管T1和第二晶体管T2在低电平的控制下导通。第一电压端TVDD上的静电电压可以分别通过第一晶体管T1和第二晶体管T2泄放至接地端VSS。
此处需要说明的是,即使因第一电压端TVDD与第二电压端VDD间的阻抗较大,导致第二晶体管T2的静电泄放效果不好,也不影响第一电压端TVDD上的静电电压通 过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。并且,虽然第一电压端TVDD也可以间接控制第一晶体管T1导通,但由于至少部分静电电压可以通过第二晶体管T2泄放。因此,即使第一电压端TVDD的上电过快,也不会第一开关20误开启,从而避免第一电压端TVDD上的工作电压通过第一开关20漏电。
如图6b所示,在正常工作阶段:第二电压端VDD可以与电源耦合,电源通过第二电压端VDD向第一电压端TVDD输入工作电压,使被保护器件50正常工作在第一电压端TVDD与接地端VSS之间。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括驱动电路60,在正常工作阶段,驱动电路60可以为第三晶体管T3的栅极提供低电平,使第三晶体管T3导通。进一步的,第二电压端VDD可以通过第三晶体管T3将工作电压发送至第一电压端TVDD。
此外,在正常工作阶段,若芯片中除被保护电路200以外的其他电路存在静电电压,且该静电电压通过电源传输至第二电压端VDD和第一电压端TVDD,则一旦被RC电路判定电荷通过电源流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路也可以向第一反相器输出高电平,以使第一N型晶体管1导通。第一N型晶体管N1将接地端VSS的低电平发送至第一晶体管T1的栅极,使第一晶体管T1导通。进而使从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。
此情况下,由于第一晶体管T1与被保护器件50并联,因此,从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放的同时,不会影响被保护电路200的正常工作。并且,由于第一电压端TVDD通过第一晶体管T1泄放了静电电压,还可以避免第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压较大,也可以说,避免第一电压端TVDD与接地端VSS之间的钳位电压较大,导致被保护器件50被损坏。
此外,需要说明的是,本实施例是以静电防护电路包括第一开关20和第二开关30举例,说明静电防护电路的工作原理。但是,在静电防护电路包括第一开关20、不包括第二开关30的情况下,控制电路10可以包括RC电路和第一反相器12,且RC电路与第一反相器12之间的连接关系以及工作原理,与本实施例相同,在此不再赘述。
又一个实施例中,如图7a和图7b所示,在控制电路不包括第一反相器12(或者控制电路不包括第一反相器以及下文的第二反相器)时,本申请实施例的第一晶体管T1和第二晶体管T2可以为N型晶体管,第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极可以与RC电路的输出端耦合。此外,图7a和图7b所示的方案中的其他电路结构,与图6a和图6b所示的方案中的其他电路结构相同。
基于本实施例的电路结构,静电防护电路可以工作在静电泄放阶段和正常工作阶段。
如图7a所示,在静电泄放阶段:芯片因制造、运输、封装或测试等原因产生电荷,如果芯片接触到地,则会形成静电泄放,第一电压端TVDD上的电荷向低电势流动。电荷流至第二电压端VDD,第二电压端VDD的电压被迅速拉高。此处需要说明的是,相较于接地端VSS上的电压,第二电压端VDD上的电压和第一电压端TVDD上的电压为高电平。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括第三晶体管T3,在静电泄放阶 段,通过将第三晶体管T3的栅极悬空(即,第三晶体管T3的栅极不加任何电压,也可以说,不向第三晶体管T3输入高电平和低电平),使第三晶体管T3的源极、体端、以及漏极可以构成二极管。第一电压端TVDD上的电荷可以通过二极管向低电势流动。
当RC电路检测到第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路的输出端输出检测信号。由于电容C耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电容C对第二电压端VDD的高电平没有延迟作用,且第二电压端VDD的高电平可以通过电容C将RC电路的输出端拉高,因此,从RC电路输出的检测信号也为高电平。
本申请实施例可以利用RC电路识别到第二电压端VDD的脉冲上升沿,与静电电压的脉冲上升沿匹配时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,并输出检测信号,该检测信号可以用作控制信号。例如,若静电电压的脉冲上升沿发生在ns级到μs之间,则RC电路判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件。当然,其他场景下的静电电压的脉冲上升沿还可能发生在其他时间范围内,本申请实施例对此不作限定,只要预先设定RC电路识别静电电压的方式即可。也可以说,当RC电路第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,第二电压端VDD的电平快速上升,RC电路上的电压增大。
接着,RC电路输出的高电平可以传输至第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极,由于第一晶体管T1和第二晶体管T2为N型晶体管,因此,第一晶体管T1和第二晶体管T2在高电平的控制下导通。第一电压端TVDD上的静电电压可以分别通过第一晶体管T1和第二晶体管T2泄放至接地端VSS。
此处需要说明的是,即使因第一电压端TVDD与第二电压端VDD间的阻抗较大,导致第二晶体管T2的静电泄放效果不好,也不影响第一电压端TVDD上的静电电压通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。并且,虽然第一电压端TVDD也可以间接控制第一晶体管T1导通,但由于至少部分静电电压可以通过第二晶体管T2泄放。因此,即使第一电压端TVDD的上电过快,也不会第一开关20误开启,从而避免第一电压端TVDD上的工作电压通过第一开关20漏电。
并且,相较于前述图6a所示的控制电路10包括第一反相器12的方案,本申请实施例可以减小静电防护电路的版图面积。但是,前述控制电路10包括第一反相器12的方案,可以应用在RC电路到第一晶体管T1的栅极和第二晶体管T2的栅极的路径过长的场景中。避免因RC电路到第一晶体管T1的栅极和第二晶体管T2的栅极的路径过长,导致RC电路输出的信号消耗在所述路径上,使得第一晶体管T1和第二晶体管T2不能充分导通。
如图7b所示,在正常工作阶段:第二电压端VDD可以与电源耦合,电源通过第二电压端VDD向第一电压端TVDD输入工作电压,使被保护器件50正常工作在第一电压端TVDD与接地端VSS之间。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括驱动电路60,在正常工作阶段,驱动电路60可以为第三晶体管T3的栅极提供低电平,使第三晶体管T3导通。进一步的,第二电压端VDD可以通过第三晶体管T3将工作电压发送至第一电压端TVDD。
此外,在正常工作阶段,若芯片中除被保护电路200以外的其他电路存在静电电压,且该静电电压通过电源传输至第二电压端VDD和第一电压端TVDD,则一旦被RC电路判定电荷通过电源流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路也可以向第一晶体管T1输出低电平,以使第一晶体管T1导通。进而使从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。。
此情况下,由于第一晶体管T1与被保护器件50并联,因此,从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放的同时,不会影响被保护电路200的正常工作。并且,由于第一电压端TVDD通过第一晶体管T1泄放了静电电压,还可以避免第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压较大,也可以说,避免第一电压端TVDD与接地端VSS之间的钳位电压较大,导致被保护器件50被损坏。
此外,需要说明的是,本实施例是以静电防护电路包括第一开关20和第二开关30举例,说明静电防护电路的工作原理。但是,在静电防护电路包括第一开关20、不包括第二开关30的情况下,控制电路10可以包括RC电路和第一反相器12,且RC电路与第一反相器12之间的连接关系以及工作原理,与本实施例相同,在此不再赘述。
又一个实施例中,如图8a和图8b所示,上述第一开关20包括第一晶体管T1,第二开关30包括第二晶体管T2。控制电路10包括检测电路11、第一反相器12和第二反相器13。其中,第一晶体管T1和第二晶体管T2均为N型晶体管。第一晶体管T1的第一极与第一电压端TVDD耦合,第二极与接地端VSS耦合。第二晶体管T2的第一极与第二电压端VDD耦合,第二极与接地端VSS耦合。
检测电路11可以是RC电路,检测电路11包括电阻R和电容C,电阻R耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电容C耦合于接地端VSS与RC电路的输出端之间。
第一反相器12的控制端与RC电路的输出端耦合,第一反相器12的输入端分别与第二电压端VDD和接地端VSS耦合,第一反相器12的输出端与第二晶体管T2的栅极耦合。具体的,第一反相器12可以包括第一P型晶体管P1和第一N型晶体管N1。第一P型晶体管P1的栅极与RC电路的输出端耦合,第一P型晶体管P1的第一极与第二电压端VDD耦合,第一P型晶体管P1的第二极与第二晶体管T2的栅极耦合。第一N型晶体管N1的栅极与RC电路的输出端耦合,第一N型晶体管N1的第一极与接地端VSS耦合,第一N型晶体管N1的第二极与第二晶体管T2的栅极耦合。
第二反相器13的控制端与RC电路的输出端耦合,第二反相器13的输入端分别与第一电压端TVDD和接地端VSS耦合,第二反相器13的输出端与第一晶体管T1的栅极耦合。具体的,第二反相器13可以包括第二P型晶体管P2和第二N型晶体管N2。第二P型晶体管P2的栅极与RC电路的输出端耦合,第二P型晶体管P2的第一极与第一电压端TVDD耦合,第二P型晶体管P2的第二极与第一晶体管T1的栅极耦合。第二N型晶体管N2的栅极与RC电路的输出端耦合,第二N型晶体管N2的第一极与接地端VSS耦合,第二N型晶体管N2的第二极与第一晶体管T1的栅极耦合。
基于本实施例的电路结构,静电防护电路可以工作在静电泄放阶段和正常工作阶段。
如图8a所示,在静电泄放阶段:芯片因制造、运输、封装或测试等原因产生电荷,如果芯片接触到地,则会形成静电泄放,第一电压端TVDD上的电荷经过第二电压端VDD向低电势流动。电荷流至第二电压端VDD,第二电压端VDD的电压被迅速拉高。此处需要说明的是,相较于接地端VSS上的电压,第二电压端VDD上的电压和第一电压端TVDD上的电压为高电平。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括第三晶体管T3,在静电泄放阶段,通过将第三晶体管T3的栅极悬空(即,第三晶体管T3的栅极不加任何电压,也可以说,不向第三晶体管T3输入高电平和低电平),使第三晶体管T3的源极、体端、以及漏极可以构成二极管。第一电压端TVDD上的电荷可以通过二极管向低电势流动。其中,第三晶体管T3可以是P型晶体管。
当RC电路检测到第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路的输出端输出检测信号。由于电阻R耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电阻R对第二电压端VDD的高电平有延迟作用,从RC电路输出的检测信号为与高电平相反的低电平。
本申请实施例可以利用RC电路识别到第二电压端VDD的脉冲上升沿,与静电电压的脉冲上升沿匹配时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,并输出检测信号。例如,若静电电压的脉冲上升沿发生在ns级到μs之间,则RC电路确定判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件。当然,其他场景下的静电电压的脉冲上升沿还可能发生在其他时间范围内,本申请实施例对此不作限定,只要预先设定RC电路识别静电电压的方式即可。也可以说,当RC电路第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,第二电压端VDD的电平快速上升,RC电路上的电压增大。
接着,RC电路输出的低电平可以传输至第一P型晶体管P1的栅极、第一N型晶体管N1的栅极、第二P型晶体管P2的栅极、第二N型晶体管N2的栅极,作为第一P型晶体管P1、第一N型晶体管N1、第二P型晶体管P2、以及第二N型晶体管N2的使能信号。在低电平的控制下,第一P型晶体管P1和第二P型晶体管P2导通,第一N型晶体管N1和第二N型晶体管N2截止。第一P型晶体管P1导通后,可以向第一晶体管T1和第二晶体管T2发送控制信号。即,第一P型晶体管P1的第一极通过第一P型晶体管P1的第二极,将第二电压端VDD的高电平发送至第二晶体管T2的栅极。第二P型晶体管P2导通后,可以向第一晶体管T1和第二晶体管T2发送控制信号。即,第二P型晶体管P2的第一极通过第二P型晶体管P2的第二极,将第一电压端TVDD的高电平发送至第一晶体管T1的栅极。
由于第一晶体管T1和第二晶体管T2为N型晶体管,因此,第一晶体管T1和第二晶体管T2在高电平的控制下导通。第一电压端TVDD上的静电电压可以分别通过第一晶体管T1和第二晶体管T2泄放至接地端VSS。
此处需要说明的是,即使因第一电压端TVDD与第二电压端VDD间的阻抗较大,导致第二晶体管T2的静电泄放效果不好,也不影响第一电压端TVDD上的静电电压通 过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。并且,虽然第一电压端TVDD也可以间接控制第一晶体管T1导通,但由于至少部分静电电压可以通过第二晶体管T2泄放。因此,即使第一电压端TVDD的上电过快,也不会第一开关20误开启,从而避免第一电压端TVDD上的工作电压通过第一开关20漏电。
此外,第一反相器12的第一P型晶体管P1和第二反相器13的第二P型晶体管P2在导通时,具有沟道阻抗。对于图4a所示的控制电路10不包括第二反相器13的方案,第一P型晶体管P1通过较长路径与第一晶体管T1的栅极耦合,导致到达第一晶体管T1的栅极的沟道阻抗进一步增大。第一P型晶体管P1将第二电压端VDD的电压传输至第一晶体管T1后,需被第一晶体管T1的栅极分一部分电压,导致传输至第一晶体管T1的栅极、用于开启第一晶体管T1的电压减小,第一晶体管T1导通不充分,也可以说,第一晶体管T1弱开启,从而导致第一电压端TVDD通过第一晶体管T1的静电泄放效率低。
而对于本实施例的控制电路10包括第二反相器13的方案,RC电路可以直接将低电平发送至第二P型晶体管P2的栅极,虽然第二P型晶体管P2也具有沟道阻抗,但第二P型晶体管P2与第一晶体管T1的栅极耦合的路径较短,第二P型晶体管P2将第一电压端TVDD的电压传输至第一晶体管T1后,被第一晶体管T1的栅极分去的电压较小,第一晶体管T1可以充分导通,也可以说,第一晶体管T1强开启,不会影响第一电压端TVDD通过第一晶体管T1的静电泄放效率。因此,相较于控制电路10不包括第二反相器13的方案,本实施例可以提高第一电压端TVDD通过第一晶体管T1的静电泄放效率。
当然,相较于本实施例控制电路10包括第二反相器13的方案,图4a所示的方案因控制电路10不包括第二反相器13,可以减小静电防护电路的版图面积。
如图8b所示,在正常工作阶段:第二电压端VDD可以与电源耦合,电源通过第二电压端VDD向第一电压端TVDD输入工作电压,使被保护器件50正常工作在第一电压端TVDD与接地端VSS之间。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括驱动电路60,在正常工作阶段,驱动电路60可以为第三晶体管T3的栅极提供低电平,使第三晶体管T3导通。进一步的,第二电压端VDD可以通过第三晶体管T3将工作电压发送至第一电压端TVDD。
此外,在正常工作阶段,若芯片中除被保护电路200以外的其他电路存在静电电压,且该静电电压通过电源传输至第二电压端VDD和第一电压端TVDD,则一旦被RC电路判定电荷通过电源流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路也可以向第一反相器12和第二反相器13输出低电平,以使第二P型晶体管P2导通。第二P型晶体管P2将第一电压端TVDD的高电平发送至第一晶体管T1的栅极,使第一晶体管T1导通。进而使从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。
此情况下,由于第一晶体管T1与被保护器件50并联,因此,从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放的同时,不会影响被保护电路200的正常工作。并且,由于第一电压端TVDD通过第一晶体管T1泄放了静电电压,还可以避免第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压较大,也可以说,避免第一电压端TVDD与接地端VSS之间的钳位电压较大,导致被保护器件50被损坏。
此外,需要说明的是,本实施例是以静电防护电路包括第一开关20和第二开关30举例,说明静电防护电路的工作原理。但是,在静电防护电路包括第一开关20、不包括第二开关30的情况下,控制电路10可以包括RC电路和第二反相器13,且RC电路与第二反相器13之间的连接关系以及工作原理,与本实施例相同,在此不再赘述。
又一个实施例中,如图9a和图9b所示,在控制电路10不包括第一反相器12,但包括第二反相器13时,本申请实施例的第一晶体管T1可以为N型晶体管,第二晶体管T2可以为P型晶体管,第一晶体管T1的栅极可以与第二反相器13耦合,第二晶体管T2的栅极可以与RC电路的输出端耦合。此外,图9a和图9b所示的方案中的其他电路结构,与图8a和图8b所示的方案中的其他电路结构相同。
基于本实施例的电路结构,静电防护电路可以工作在静电泄放阶段和正常工作阶段。
如图9a所示,在静电泄放阶段:芯片因制造、运输、封装或测试等原因产生电荷,如果芯片接触到地,则会形成静电泄放,第一电压端TVDD上的电荷经过第二电压端VDD向低电势流动。电荷流至第二电压端VDD,第二电压端VDD的电压被迅速拉高。此处需要说明的是,相较于接地端VSS上的电压,第二电压端VDD上的电压和第一电压端TVDD上的电压为高电平。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括第三晶体管T3,在静电泄放阶段,通过将第三晶体管T3的栅极悬空(即,第三晶体管T3的栅极不加任何电压,也可以说,不向第三晶体管T3输入高电平和低电平),使第三晶体管T3的源极、体端、以及漏极可以构成二极管。第一电压端TVDD上的电荷可以通过二极管向低电势流动。其中,第三晶体管T3可以是P型晶体管。
当RC电路检测到第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路的输出端输出检测信号。由于电阻R耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电阻R对第二电压端VDD的高电平有延迟作用,从RC电路输出的检测信号为与高电平相反的低电平。
本申请实施例可以利用RC电路识别到第二电压端VDD的脉冲上升沿,与静电电压的脉冲上升沿匹配时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,并输出检测信号。例如,若静电电压的脉冲上升沿发生在ns级到μs之间,则RC电路确定判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件。当然,其他场景下的静电电压的脉冲上升沿还可能发生在其他时间范围内,本申请实施例对此不作限定,只要预先设定RC电路识别静电电压的方式即可。也可以说,当RC电路第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,第二电压端VDD的电平快速上升,RC电路上的电压增大。
接着,RC电路输出的低电平可以传输至第二P型晶体管P2的栅极、第二N型晶体管N2的栅极、以及第二晶体管T2的栅极,作为第二P型晶体管P2、第二N型晶体管N2、以及第二晶体管T2的使能信号。在低电平的控制下,第二P型晶体管P2和第二晶体管T2导通,第二N型晶体管N2截止。第二P型晶体管P2导通后,可以向第一晶体 管T1发送控制信号。即,第二P型晶体管P2的第一极通过第二P型晶体管P2的第二极,将第一电压端TVDD的高电平发送至第一晶体管T1的栅极。由于第一晶体管T1为N型晶体管,因此,第一晶体管T1在高电平的控制下导通。第一电压端TVDD上的静电电压可以分别通过第一晶体管T1和第二晶体管T2泄放至接地端VSS。
此处需要说明的是,即使因第一电压端TVDD与第二电压端VDD间的阻抗较大,导致第二晶体管T2的静电泄放效果不好,也不影响第一电压端TVDD上的静电电压通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。并且,虽然第一电压端TVDD也可以间接控制第一晶体管T1导通,但由于至少部分静电电压可以通过第二晶体管T2泄放。因此,即使第一电压端TVDD的上电过快,也不会第一开关20误开启,从而避免第一电压端TVDD上的工作电压通过第一开关20漏电。
对于本实施例的控制电路10包括第二反相器13的方案,RC电路可以直接将低电平发送至第二P型晶体管P2的栅极,虽然第二P型晶体管P2也具有沟道阻抗,但第二P型晶体管P2与第一晶体管T1的栅极耦合的路径较短,第二P型晶体管P2将第一电压端TVDD的电压传输至第一晶体管T1后,被第一晶体管T1的栅极分去的电压较小,第一晶体管T1可以充分导通,也可以说,第一晶体管T1强开启,不会影响第一电压端TVDD通过第一晶体管T1的静电泄放效率。因此,相较于控制电路10不包括第二反相器13的方案,本实施例可以提高第一电压端TVDD通过第一晶体管T1的静电泄放效率。
当然,相较于本实施例控制电路10包括第二反相器13的方案,图5a所示的方案因控制电路10不包括第二反相器13,可以减小静电防护电路的版图面积。
如图9b所示,在正常工作阶段:第二电压端VDD可以与电源耦合,电源通过第二电压端VDD向第一电压端TVDD输入工作电压,使被保护器件50正常工作在第一电压端TVDD与接地端VSS之间。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括驱动电路60,在正常工作阶段,驱动电路60可以为第三晶体管T3的栅极提供低电平,使第三晶体管T3导通。进一步的,第二电压端VDD可以通过第三晶体管T3将工作电压发送至第一电压端TVDD。
此外,在正常工作阶段,若芯片中除被保护电路200以外的其他电路存在静电电压,且该静电电压通过电源传输至第二电压端VDD和第一电压端TVDD,则一旦被RC电路判定电荷通过电源流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路也可以向第二反相器13输出低电平,经第二反相器13取反后,将取反后的高电平输入至第一晶体管T1,以使第一晶体管T1导通。进而使从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。
此情况下,由于第一晶体管T1与被保护器件50并联,因此,从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放的同时,不会影响被保护电路200的正常工作。并且,由于第一电压端TVDD通过第一晶体管T1泄放了静电电压,还可以避免第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压较大,也可以说,避免第一电压端TVDD与接地端VSS之间的钳位电压较大,导致被保护器件50被损坏。
此外,需要说明的是,本实施例是以静电防护电路包括第一开关20和第二开关30举例,说明静电防护电路的工作原理。但是,在静电防护电路包括第一开关20、不包括 第二开关30的情况下,控制电路10可以包括RC电路和第二反相器13,且RC电路与第二反相器13之间的连接关系以及工作原理,与本实施例相同,在此不再赘述。
又一个实施例中,如图10a和图10b所示,上述第一开关20包括第一晶体管T1,第二开关30包括第二晶体管T2。控制电路10包括检测电路11、第一反相器12和第二反相器13。其中,第一晶体管T1和第二晶体管T2均为P型晶体管。第一晶体管T1的第一极与第一电压端TVDD耦合,第二极与接地端VSS耦合。第二晶体管T2的第一极与第二电压端VDD耦合,第二极与接地端VSS耦合。
检测电路11可以是RC电路,检测电路11包括电阻R和电容C、以及耦合于电阻R与电容C之间的输出端。电容C耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电阻R耦合于接地端VSS与RC电路的输出端之间。
第一反相器12的控制端与RC电路的输出端耦合,第一反相器12的输入端分别与第二电压端VDD和接地端VSS耦合,第一反相器12的输出端与第二晶体管T2的栅极耦合。具体的,第一反相器12可以包括第一P型晶体管P1和第一N型晶体管N1。第一P型晶体管P1的栅极与RC电路的输出端耦合,第一P型晶体管P1的第一极与第二电压端VDD耦合,第一P型晶体管P1的第二极与第二晶体管T2的栅极耦合。第一N型晶体管N1的栅极与RC电路的输出端耦合,第一N型晶体管N1的第一极与接地端VSS耦合,第一N型晶体管N1的第二极与第二晶体管T2的栅极耦合。
第二反相器13的控制端与RC电路的输出端耦合,第二反相器13的输入端分别与第一电压端TVDD和接地端VSS耦合,第二反相器13的输出端与第一晶体管T1的栅极耦合。具体的,第二反相器13可以包括第二P型晶体管P2和第二N型晶体管N2。第二P型晶体管P2的栅极与RC电路的输出端耦合,第二P型晶体管P2的第一极与第一电压端TVDD耦合,第二P型晶体管P2的第二极与第一晶体管T1的栅极耦合。第二N型晶体管N2的栅极与RC电路的输出端耦合,第二N型晶体管N2的第一极与接地端VSS耦合,第二N型晶体管N2的第二极与第一晶体管T1的栅极耦合。
基于本实施例的电路结构,静电防护电路可以工作在静电泄放阶段和正常工作阶段。
如图10a所示,在静电泄放阶段:芯片因制造、运输、封装或测试等原因产生电荷,如果芯片接触到地,则会形成静电泄放,第一电压端TVDD上的电荷经过第二电压端VDD向低电势流动。电荷流至第二电压端VDD,第二电压端VDD的电压被迅速拉高。此处需要说明的是,相较于接地端VSS上的电压,第二电压端VDD上的电压和第一电压端TVDD上的电压为高电平。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括第三晶体管T3,在静电泄放阶段,通过将第三晶体管T3的栅极悬空(即,第三晶体管T3的栅极不加任何电压,也可以说,不向第三晶体管T3输入高电平和低电平),使第三晶体管T3的源极、体端、以及漏极可以构成二极管。第一电压端TVDD上的电荷可以通过二极管向低电势流动。其中,第三晶体管T3可以是P型晶体管。
当RC电路检测到第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路的输出端输出 检测信号。由于电容C耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电容C对第二电压端VDD的高电平没有延迟作用,且第二电压端VDD的高电平可以通过电容C将RC电路的输出端拉高,因此,从RC电路输出的检测信号也为高电平。
本申请实施例可以利用RC电路识别到第二电压端VDD的脉冲上升沿,与静电电压的脉冲上升沿匹配时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,并输出检测信号。例如,若静电电压的脉冲上升沿发生在ns级到μs之间,则RC电路确定判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件。当然,其他场景下的静电电压的脉冲上升沿还可能发生在其他时间范围内,本申请实施例对此不作限定,只要预先设定RC电路识别静电电压的方式即可。也可以说,当RC电路第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,第二电压端VDD的电平快速上升,RC电路上的电压增大。
接着,RC电路输出的高电平可以传输至第一P型晶体管P1的栅极、第一N型晶体管N1的栅极、第二P型晶体管P2的栅极、第二N型晶体管N2的栅极,作为第一P型晶体管P1、第一N型晶体管N1、第二P型晶体管P2、以及第二N型晶体管N2的使能信号。在高电平的控制下,第一N型晶体管N1和第二N型晶体管N2导通,第一P型晶体管P1和第二P型晶体管P2截止。第一N型晶体管N1导通后,可以向第一晶体管T1和第二晶体管T2发送控制信号。即,第一N型晶体管N1的第一极通过第一N型晶体管N1的第二极,将接地端VSS的低电平发送至第二晶体管T2的栅极。第二N型晶体管N2导通后,可以向第一晶体管T1和第二晶体管T2发送控制信号。即,第二N型晶体管N2的第一极通过第二N型晶体管N2的第二极,将接地端VSS的低电平发送至第一晶体管T1的栅极。
由于第一晶体管T1和第二晶体管T2为P型晶体管,因此,第一晶体管T1和第二晶体管T2在低电平的控制下导通。第一电压端TVDD上的静电电压可以分别通过第一晶体管T1和第二晶体管T2泄放至接地端VSS。
此处需要说明的是,即使因第一电压端TVDD与第二电压端VDD间的阻抗较大,导致第二晶体管T2的静电泄放效果不好,也不影响第一电压端TVDD上的静电电压通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。并且,虽然第一电压端TVDD也可以间接控制第一晶体管T1导通,但由于至少部分静电电压可以通过第二晶体管T2泄放。因此,即使第一电压端TVDD的上电过快,也不会第一开关20误开启,从而避免第一电压端TVDD上的工作电压通过第一开关20漏电。
此外,第一反相器12的第一N型晶体管N1和第二反相器13的第二N型晶体管N2在导通时,具有沟道阻抗。对于图5a所示的控制电路10不包括第二反相器13的方案,第一N型晶体管N1通过较长路径与第一晶体管T1的栅极耦合,导致到达第一晶体管T1的栅极的沟道阻抗进一步增大。第一N型晶体管N1将接地端VSS的电压传输至第一晶体管T1后,需被第一晶体管T的栅极分一部分电压,导致传输至第一晶体管T1的栅极、用于开启第一晶体管T1的电压减小,第一晶体管T1导通不充分,也可以说,第一晶体管T1弱开启,从而导致第一电压端TVDD通过第一晶体管T1的静电泄放效率低。
而对于本实施例的控制电路10包括第二反相器13的方案,RC电路可以直接将高电 平发送至第二N型晶体管N2的栅极,虽然第二N型晶体管N2也具有沟道阻抗,但第二N型晶体管N2与第一晶体管T1的栅极耦合的路径较短,第二N型晶体管N2将第一电压端TVDD的电压传输至第一晶体管T1后,被第一晶体管T1的栅极分去的电压较小,第一晶体管T1可以充分导通,也可以说,第一晶体管T1强开启,不会影响第一电压端TVDD通过第一晶体管T1的静电泄放效率。因此,相较于控制电路10不包括第二反相器13的方案,本实施例可以提高第一电压端TVDD通过第一晶体管T1的静电泄放效率。
当然,相较于本实施例控制电路10包括第二反相器13的方案,图5a所示的方案因控制电路10不包括第二反相器13,可以减小静电防护电路的版图面积。
如图10b所示,在正常工作阶段:第二电压端VDD可以与电源耦合,电源通过第二电压端VDD向第一电压端TVDD输入工作电压,使被保护器件50正常工作在第一电压端TVDD与接地端VSS之间。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括驱动电路60,在正常工作阶段,驱动电路60可以为第三晶体管T3的栅极提供低电平,使第三晶体管T3导通。进一步的,第二电压端VDD可以通过第三晶体管T3将工作电压发送至第一电压端TVDD。
此外,在正常工作阶段,若芯片中除被保护电路200以外的其他电路存在静电电压,且该静电电压通过电源传输至第二电压端VDD和第一电压端TVDD,则一旦被RC电路判定电荷通过电源流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路也可以向第一反相器12和第二反相器13输出高电平,以使第二N型晶体管N2导通。第二N型晶体管N2将接地端VSS的低电平发送至第一晶体管T1的栅极,使第一晶体管T1导通。进而使从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。
此情况下,由于第一晶体管T1与被保护器件50并联,因此,从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放的同时,不会影响被保护电路200的正常工作。并且,由于第一电压端TVDD通过第一晶体管T1泄放了静电电压,还可以避免第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压较大,也可以说,避免第一电压端TVDD与接地端VSS之间的钳位电压较大,导致被保护器件50被损坏。
此外,需要说明的是,本实施例是以静电防护电路包括第一开关20和第二开关30举例,说明静电防护电路的工作原理。但是,在静电防护电路包括第一开关20、不包括第二开关30的情况下,控制电路10可以包括RC电路和第二反相器13,且RC电路与第二反相器13之间的连接关系以及工作原理,与本实施例相同,在此不再赘述。
又一个实施例中,如图11a和图11b所示,在控制电路10不包括第一反相器12,但包括第二反相器13时,本申请实施例的第一晶体管T1可以为P型晶体管,第二晶体管T2可以为N型晶体管,第一晶体管T1的栅极可以与第二反相器13耦合,第二晶体管T2的栅极可以与RC电路的输出端耦合。此外,图11a和图11b所示的方案中的其他电路结构,与图10a和图10b所示的方案中的其他电路结构相同。
基于本实施例的电路结构,静电防护电路可以工作在静电泄放阶段和正常工作阶段。
如图11a所示,在静电泄放阶段:芯片因制造、运输、封装或测试等原因产生电荷,如果芯片接触到地,则会形成静电泄放,第一电压端TVDD上的电荷经过第二电压端 VDD向低电势流动。电荷流至第二电压端VDD,第二电压端VDD的电压被迅速拉高。此处需要说明的是,相较于接地端VSS上的电压,第二电压端VDD上的电压和第一电压端TVDD上的电压为高电平。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括第三晶体管T3,在静电泄放阶段,通过将第三晶体管T3的栅极悬空(即,第三晶体管T3的栅极不加任何电压,也可以说,不向第三晶体管T3输入高电平和低电平),使第三晶体管T3的源极、体端、以及漏极可以构成二极管。第一电压端TVDD上的电荷可以通过二极管向低电势流动。其中,第三晶体管T3可以是P型晶体管。
当RC电路检测到第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路的输出端输出检测信号。由于电容C耦合于第二电压端VDD与RC电路的输出端之间,电容C对第二电压端VDD的高电平没有延迟作用,且第二电压端VDD的高电平可以通过电容C将RC电路的输出端拉高,因此,从RC电路输出的检测信号也为高电平。
本申请实施例可以利用RC电路识别到第二电压端VDD的脉冲上升沿,与静电电压的脉冲上升沿匹配时,判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件,并输出检测信号。例如,若静电电压的脉冲上升沿发生在ns级到μs之间,则RC电路确定判定第一电压端TVDD上的电荷流至第二电压端VDD为静电泄放事件。当然,其他场景下的静电电压的脉冲上升沿还可能发生在其他时间范围内,本申请实施例对此不作限定,只要预先设定RC电路识别静电电压的方式即可。也可以说,当RC电路第一电压端TVDD向第二电压端VDD发送静电信号时,第二电压端VDD的电平快速上升,RC电路上的电压增大。
接着,RC电路输出的高电平可以传输至第二P型晶体管P2的栅极、第二N型晶体管N2的栅极、以及及第二晶体管T2的栅极,作为第二P型晶体管P2、第二N型晶体管N2、以及第二晶体管T2的使能信号。在高电平的控制下,第二N型晶体管N2和第二晶体管T2导通,第二P型晶体管P2截止。第二N型晶体管N2导通后,可以向第一晶体管T1发送控制信号。即,第二N型晶体管N2的第一极通过第二N型晶体管N2的第二极,将接地端VSS的低电平发送至第一晶体管T1的栅极。由于第一晶体管T1为P型晶体管,因此,第一晶体管T1在低电平的控制下导通。第一电压端TVDD上的静电电压可以分别通过第一晶体管T1和第二晶体管T2泄放至接地端VSS。
此处需要说明的是,即使因第一电压端TVDD与第二电压端VDD间的阻抗较大,导致第二晶体管T2的静电泄放效果不好,也不影响第一电压端TVDD上的静电电压通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。并且,虽然第一电压端TVDD也可以间接控制第一晶体管T1导通,但由于至少部分静电电压可以通过第二晶体管T2泄放。因此,即使第一电压端TVDD的上电过快,也不会第一开关20误开启,从而避免第一电压端TVDD上的工作电压通过第一开关20漏电。
对于本实施例的控制电路10包括第二反相器13的方案,RC电路可以直接将高电平发送至第二N型晶体管N2的栅极,虽然第二N型晶体管N2也具有沟道阻抗,但第二N型晶体管N2与第一晶体管T1的栅极耦合的路径较短,第二N型晶体管N2将第一电压 端TVDD的电压传输至第一晶体管T1后,被第一晶体管T1的栅极分去的电压较小,第一晶体管T1可以充分导通,也可以说,第一晶体管T1强开启,不会影响第一电压端TVDD通过第一晶体管T1的静电泄放效率。因此,相较于控制电路10不包括第二反相器13的方案,本实施例可以提高第一电压端TVDD通过第一晶体管T1的静电泄放效率。
当然,相较于本实施例控制电路10包括第二反相器13的方案,图7a所示的方案因控制电路10不包括第二反相器13,可以减小静电防护电路的版图面积。
如图11b所示,在正常工作阶段:第二电压端VDD可以与电源耦合,电源通过第二电压端VDD向第一电压端TVDD输入工作电压,使被保护器件50正常工作在第一电压端TVDD与接地端VSS之间。
在一些可能实现的方式中,静电防护电路还可以包括驱动电路60,在正常工作阶段,驱动电路60可以为第三晶体管T3的栅极提供低电平,使第三晶体管T3导通。进一步的,第二电压端VDD可以通过第三晶体管T3将工作电压发送至第一电压端TVDD。
此外,在正常工作阶段,若芯片中除被保护电路200以外的其他电路存在静电电压,且该静电电压通过电源传输至第二电压端VDD和第一电压端TVDD,则一旦被RC电路判定电荷通过电源流至第二电压端VDD为静电泄放事件,RC电路也可以向第二反相器13输出高电平,经第二反相器13取反后,将取反后的低电平输入至第一晶体管T1,以使第一晶体管T1导通。进而使从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放至接地端VSS。
此情况下,由于第一晶体管T1与被保护器件50并联,因此,从电源传输至第一电压端TVDD的静电电压,通过第一晶体管T1泄放的同时,不会影响被保护电路200的正常工作。并且,由于第一电压端TVDD通过第一晶体管T1泄放了静电电压,还可以避免第一电压端TVDD到接地端VSS路径上的总电压较大,也可以说,避免第一电压端TVDD与接地端VSS之间的钳位电压较大,导致被保护器件50被损坏。
此外,需要说明的是,本实施例是以静电防护电路包括第一开关20和第二开关30举例,说明静电防护电路的工作原理。但是,在静电防护电路包括第一开关20、不包括第二开关30的情况下,控制电路10可以包括RC电路和第二反相器13,且RC电路与第二反相器13之间的连接关系以及工作原理,与本实施例相同,在此不再赘述。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述,但是本申请并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本申请的启示下,在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,均属于本申请的保护之内。
Claims (18)
- 一种静电防护电路,其特征在于,包括控制电路、第一钳制电路、第一电压端、第二电压端和接地端;所述第一开关和被保护器件并联耦合于所述第一电压端与所述接地端之间;所述第二电压端用于向所述第一电压端提供工作电压;所述控制电路,用于在检测到所述第一电压端向所述第二电压端发送静电信号时,向所述第一开关发送控制信号;所述第一开关,用于在所述控制信号的控制下导通。
- 根据权利要求1所述的静电防护电路,其特征在于,所述静电防护电路还包括第二开关;所述第二开关耦合于所述第二电压端与所述接地端之间;所述控制电路,还用于在检测到所述第一电压端向所述第二电压端发送静电信号时,向所述第二开关发送控制信号;所述第二开关,用于在所述控制信号的控制下导通。
- 根据权利要求2所述的静电防护电路,其特征在于,所述控制电路包括检测电路,所述检测电路串接于所述第二电压端与所述接地端之间;所述检测电路,用于在检测到所述第一电压端向所述第二电压端发送静电信号时,输出检测信号。
- 根据权利要求3所述的静电防护电路,其特征在于,所述检测信号用作所述控制信号;所述检测电路,还用于将所述检测信号发送至所述第二开关。
- 根据权利要求3所述的静电防护电路,其特征在于,所述控制电路还包括第一反相器,所述第一反相器耦合于所述第二电压端与所述接地端之间,且所述第一反相器的控制端与所述检测电路的输出端耦合;所述第一反相器,用于对所述检测信号取反,得到所述控制信号,并输出控制信号;所述检测信号与所述控制信号互为高低电平。
- 根据权利要求5所述的静电防护电路,其特征在于,所述第一反相器,还用于将所述控制信号发送至所述第二开关。
- 根据权利要求4或6所述的静电防护电路,其特征在于,所述第二开关包括第二晶体管;所述第二晶体管的第一极与所述第二电压端耦合,所述第二晶体管的第二极与所 述接地端耦合;在所述检测电路向所述第二开关发送所述控制信号的情况下,所述第二晶体管的栅极与所述检测电路耦合;在所述第一反相器向所述第二开关发送所述控制信号的情况下,所述第二晶体管的栅极与所述第一反相器耦合。
- 根据权利要求3-4、7任一项所述的静电防护电路,其特征在于,所述检测电路,还用于在所述检测信号用作所述控制信号时,将所述检测信号发送至所述第一开关。
- 根据权利要求5-7任一项所述的静电防护电路,其特征在于,第一反相器,还用于将所述控制信号发送至第一开关。
- 根据权利要求8或9所述的静电防护电路,其特征在于,所述第一开关还包括第一晶体管;所述第一晶体管的第一极与所述第一电压端耦合,所述第一晶体管的第二极与所述接地端耦合;在所述检测电路向所述第一开关发送所述控制信号的情况下,所述第一晶体管的栅极与所述检测电路耦合;在所述第一反相器向所述第一开关发送所述控制信号的情况下,所述第一晶体管的栅极与所述第一反相器耦合。
- 根据权利要求3-7任一项所述的静电防护电路,其特征在于,所述控制电路还包括第二反相器;所述检测电路,还用于在检测到所述第二电压端向所述第二电压端发送静电信号时,向所述第二反相器发送检测信号;所述第二反相器,用于对所述检测信号取反,得到所述控制信号,并将所述控制信号发送至所述第一开关。
- 根据权利要求11所述的静电防护电路,其特征在于,所述第一开关还包括第一晶体管;所述第一晶体管的栅极与所述第二反相器耦合,第一极与所述第一电压端耦合,第二极与所述接地端耦合。
- 根据权利要求3-10任一项所述的静电防护电路,其特征在于,所述检测电路为电阻-电容电路;所述电阻-电容电路包括电阻、电容、以及耦合于所述电阻与所述电容之间的输出端。
- 根据权利要求13所述的静电防护电路,其特征在于,所述电阻耦合于所述第二电压端与所述电容-电阻电路的输出端之间,所述电容耦合于所述电容-电阻电路的输出端与所述接地端之间;所述第一开关和所述第二开关接收所述第一反相器发送的所述控制信号时,或者,所述第一开关接收所述第二反相器发送的所述控制信号,所述第二开关接收所述第一反相器发送的所述控制信号时,所述第一开关的第一晶体管和所述第二开关的第二晶体管为N型晶体管;或者,所述第一开关和所述第二开关接收所述检测电路发送的所述控制信号时,所述第一开关的第一晶体管和所述第二开关的第二晶体管为P型晶体管。
- 根据权利要求13所述的静电防护电路,其特征在于,所述电容耦合于所述第二电压端与所述电容-电阻电路的输出端之间,所述电阻耦合于所述电容-电阻电路的输出端与所述接地端之间;所述第一开关和所述第二开关接收所述第一反相器发送的所述控制信号时,或者,所述第一开关接收所述第二反相器发送的所述控制信号,所述第二开关接收所述第一反相器发送的所述控制信号时,所述第一开关的第一晶体管和所述第二开关的第二晶体管为P型晶体管;或者,所述第一开关和所述第二开关接收所述检测电路发送的所述控制信号时,所述第一开关的第一晶体管和所述第二开关的第二晶体管为N型晶体管。
- 根据权利要求1-15任一项所述的静电防护电路,其特征在于,所述静电防护电路还包括第三晶体管;所述第三晶体管耦合于所述第一电压端与所述第二电压端之间;当所述第二电压端向所述第一电压端提供工作电压时,所述第三晶体管用作三极管;当所述第一电压端向所述第二点阿姨端发送静电信号时,所述第三晶体管用作二极管。
- 一种芯片,其特征在于,包括权利要求1-16任一项所述的静电防护电路。
- 一种终端,其特征在于,包括权利要求17所述的芯片。
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