CN1319271A - 集成电路的保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种保护电路,该保护电路与集成电路的焊盘连接。保护电路具有一个门限检测单元,该门限检测单元由加在焊盘上的电压导出一门限电压。门限电压对第一晶体管的控制端子进行控制,该控制端子的负载电路至少接在另一晶体管的焊盘与控制端子之间,第一晶体管及另一晶体管的负载电路并联接在焊盘和基准电位之间并将焊盘与基准电位连接,其中通过一晶体管或其它的晶体管对焊盘和基准电位之间的连接电阻进行控制。

Description

集成电路的保护电路
本发明涉及一种集成电路的保护电路，该保护电路对加在集成电路焊盘上的电压进行限制，其中保护电路接在焊盘和集成电路的基准电位之间并备有一个门限检测单元，该门限检测单元与焊盘连接并由加在焊盘上的电压导出一门限电压。
为保护集成电路避免受到将可能造成集成电路损伤或击穿的电压的影响，在集成电路的端子(以下简称焊盘)上接有保护电路。尤其是由于静电放电(ESD)导致的加在焊盘上的电压(以下简称ESD电压)将会击穿集成电路的敏感的结构。
一种经常采用的用于对加在焊盘上过高的电压进行限制的简单的保护电路由一限制输入电流的电阻和两个二极管构成，这两个二极管的截止极接在焊盘与电源电压或集成电路的基准电位之间。当加在一个焊盘上的电压超过电源电压时，则位于焊盘与电源电压之间的二极管的截止极导通，并且使加在焊盘上的电压限制在电源电压上。因此，在焊盘上的电压的控制范围被限制在电源电压与基准电位之间的范围内。当加在焊盘上的电压低于基准电位时，第二二极管开始导通。
但在集成电路中经常会有例如一些模拟电路元件，它们往往需要的电压比电源电压高。而简单的保护电路将阻碍出现较高的电压，这是因为加在焊盘上的高于集成电路的电源电压的电压将被该保护电路限制在电源电压上之故。
US5,400,202对一种保护电路做了记载，该保护电路具有一个闸流晶体管(SCR=硅可控整流器)，其中闸流晶体管从加在焊盘上的一特定的电压开始点火并建立焊盘与集成电路基准电位之间的低阻连接，从而实现对加在焊盘上的ESD-电压的有效限制。闸流晶体管的优点是可以导通很高的电流并可以快速接通。根据US5,781,388，在一保护电路中备有一个分压器，该分压器由一电容和一电阻构成并且当焊盘上的电压发生变化时产生一门限电压，该门限电压用于对闸流晶体管点火。但这种保护电路的缺点是，为了接通闸流晶体管需要高的点火电压。
所以本发明的目的在于提出一种保护电路，该保护电路可以克服在已有技术中存在的缺点。
该目的的实现方案如下：一种集成电路的保护电路，该保护电路对加在集成电路焊盘上的电压进行限制，其中保护电路接在集成电路的焊盘与基准电位之间并备有一个门限检测单元，该门限检测单元与焊盘连接并由加在焊盘上的电压导出一门限电压，具有：
-一第一晶体管，该晶体管的负载电路的第一端子与焊盘连接并且门限电压被加在控制端子上，
-一第二晶体管，该晶体管的控制端子与第一晶体管的负载电路的第二端子连接，并且其负载电路接在焊盘与基准电位之间。
根据本发明的保护电路的有益设计，其中，
-第二晶体管由多个并联的晶体管构成，其中多个并联的晶体管与第一晶体管的负载电路的第二端子连接并且多个并联的晶体管并联接在焊盘和基准电位之间；
-门限检测单元具有一个分压器，该分压器接在焊盘与基准电位之间，其中门限电压在分压器的节点上抽头；
-所述晶体管是npn-双极晶体管；
-在焊盘与第一晶体管和第二晶体管或多个并联的晶体管的负载电路之间分别接有一个电阻；
-在电阻与焊盘之间接有一个二极管，其中二极管的p-端子与焊盘连接和二极管的n-端子与电阻连接；
-在第一晶体管的负载电路的第二端子与基准电位之间接有一个电阻。
本发明涉及一种保护电路，该保护电路与集成电路的焊盘连接。保护电路具有一个门限检测单元，该门限检测单元由加在焊盘上的电压导出一门限电压。门限电压对第一晶体管进行控制，该晶体管的负载电路的第一端子与焊盘连接并且其负载电路的第二端子与第二晶体管的控制端子连接。第二晶体管的负载电路并联接在焊盘与基准电位之间并将焊盘与基准电位连接。其优点在于，为接通保护结构仅需要一低门限电压，其中门限电压仅是晶体管导通电压的两倍。
根据本发明的一特别优选的实施方式，用多个晶体管替代第二晶体管，其中多个晶体管的控制端子与第一晶体管的负载电路的第二端子连接，并且多个晶体管的负载电路并联接在焊盘与基准电位之间。
本发明的一特别优选的实施方式涉及门限检测单元，其中该检测单元具有一个分压器，该分压器接在焊盘与基准电位之间。门限电压在分压器节点上抽头。分压器宜由在集成电路中可以简单实现的高欧姆电阻构成，以便使流过分压器的电流保持在很低的状态。
根据一特别优选的实施方式，所述晶体管是npn-双极晶体管。
根据另一优选实施方式，在焊盘与晶体管的负载电路之间分别接有一个电阻，其中电阻用于限流。
根据一实施方式，电阻与焊盘之间接有一个二极管。当加在焊盘上的电压低于二极管n-端子上的电压时，二极管截止。
根据另一实施方式，一电阻接在第一晶体管负载电路的第二端子与基准电位之间，该电阻用于调整第一晶体管的工作点。
下面将对照实施例并结合附图对本发明的进一步的优点、特征和应用加以说明。图中示出：
图1为本发明的保护电路的实施例。
集成电路1具有一个焊盘2，该焊盘与保护电路3连接。焊盘2又与被保护的避免受到加在焊盘上过高的电压，例如ESD-电压影响的电路器件连接。
保护电路3具有一个门限检测单元4，该检测单元由分压器R1和R2构成。该保护电路装置4接在焊盘2与集成电路的基准电位VSS之间。分压器将加在焊盘2上的电压UPAD分压成门限电压US，该门限电压加在分压器的节点5上：
    US=UPAD·R2/R1+R2
对门限电压US通过分压比进行调整并且其限压必须至少是npn-双极晶体管的基极-发射极-电压的两倍，以便接通保护电路的晶体管。例如，如果应在8V电压以上接通保护结构，则下式适用于在基极-发射机-电压约为0.7V时的分压比：
US≈2·UBE≈1.4V=8V·R2/R1+R2分压器电阻的典型值为：
R1=300kΩ和R2=75kΩ由此得出分压比为：
R2/R1+R2=75kΩ/375kΩ=0.2当加在焊盘上的电压约为7V时，电阻为上述值时的门限电压应是1.4V。
门限电压US对第一双极npn-晶体管T1进行激励。晶体管T1的发射极通过电阻R4与基准电位VSS连接。晶体管T1的集电极通过电阻R3与二极管D的n-端子连接。二极管D的p-端子又与焊盘2连接。两个电阻R3和R4对晶体管T1的工作点进行调整。
第一晶体管T1并联地对其它的双极npn-晶体管T2、T3、T4和T5进行激励。为此，每个晶体管T2、T3、T4和T5的基极与晶体管T1的集电极并联连接。晶体管T2、T3、T4和T5的发射极与基准电位VSS共同连接。每个晶体管T2、T3、T4和T5的集电极分别通过一电阻R5、R6、R7及R8与二极管D的n-端子连接。这些晶体管T2、T3、T4和T5的负载电路分别通过前置电阻R5、R6、R7及R8将焊盘2与基准电位VSS连接，其中通过晶体管T2、T3、T4和T5对电阻进行调整。
保护电路的工作方式如下：
当加在焊盘2上的电压UPAD超过一预定值时，以致使门限电压US大致等于一npn-双极晶体管的基极-发射极-电压的两倍时，第一晶体管T1接通并开始导通。一电流IB流过该晶体管的负载电路到达晶体管T2、T3、T4和T5的基极。对这些晶体管进行调整，从而使它们的负载电路的电阻变小，并且焊盘2被低阻地与基准电位VSS连接并且来自焊盘2的电流流过并联的晶体管T2、T3、T4和T5。这时，如果加在焊盘上的电压UPAD越高，则门限电压上升越高，并激励第一晶体管T1，直至该晶体管饱和。第一晶体管T1通过其发射极电流对并联的晶体管T2、T3、T4和T5继续进行激励，从而使焊盘2与基准电位VSS通过并联的晶体管T2、T3、T4和T5的连接的阻值变得更小。因此，加在焊盘2上的电压UPAD也同时变小。
当加在焊盘2上的电压UPAD低于一预定的值时，门限电压US也降低。在门限电压US降低的同时第一晶体管T1和并联的晶体管T2、T3、T4和T5的负载电路的阻值将增大。一旦在n-端子和p-端子之间的电位差降低到低于二极管D的导通电压时，则加在二极管D的n-端子上的电位升高并且二极管D截止。因此，保护结构被断开，并且通过分压器R1和R2还会接受来自焊盘2的一个电流。
通过将一定数量的晶体管并联可对保护电路的电流负荷能力加以调整。当然同时要考虑到，应使通过第一晶体管T1的发射极流向并联晶体管T2、T3、T4和T5的基极的电流IB的量值足以实现对并联的晶体管T2、T3、T4和T5的控制。必要时第一晶体管T1的量值应大一些，以便为控制并联的晶体管T2、T3、T4和T5可以提供更多的电流。对保护结构的电流负荷能力也可以通过提高各个并联的晶体管T2、T3、T4和T5的电流负荷能力进行调整，其中必须对用于调整晶体管必要的基极电流予以考虑。
前置于并联的晶体管T2、T3、T4和T5的电阻R5、R6、R7、R8必须是低阻值的，并且仅用于作为限流前置电阻，对晶体管进行保护避免受到强电流的影响。
始终有一电流IQ流过分压器，所以为最大限度地减少保护电路的电流消耗，分压器的电阻值(R1+R2)应尽可能的大。

Claims (7)

1．一种集成电路的保护电路，该保护电路对加在集成电路(1)焊盘(2)上的电压进行限制，其中保护电路(3)接在集成电路(1)的焊盘(2)与基准电位(VSS)之间并备有一个门限检测单元(4)，该门限检测单元与焊盘(2)连接并由加在焊盘(2)上的电压导出一门限电压(US)，其特征在于，
-一第一晶体管(T1)，该晶体管的负载电路的第一端子(K)与焊盘(2)连接并且门限电压(US)被输送给控制端子(B)，
-一第二晶体管(T2)，其控制端子(B)与第一晶体管(1)的负载电路的第二端子连接并且其负载电路接在焊盘(2)与基准电位(VSS)之间。
2．按照权利要求1所述的保护电路，其特征在于，由多个并联的晶体管(T2、T3、T4、T5)构成第二晶体管(T2)，其中多个并联的晶体管(T2、T3、T4、T5)的控制端子(B)与第一晶体管(T1)的负载电路的第二端子(E)连接并且多个并联的晶体管(T2、T3、T4、T5)并联接在焊盘(2)和基准电位(VSS)之间。
3．按照权利要求1或2所述的保护电路，其特征在于，门限检测单元具有一个分压器(R1、R2)，该分压器接在焊盘(2)与基准电位(VSS)之间，其中门限电压(US)在分压器(R1、R2)的节点(5)上抽头。
4．按照上述权利要求中任一项所述的保护电路，其特征在于，晶体管(T2、T3、T4、T5)是npn-双极晶体管。
5．按照上述权利要求中任一项所述的保护电路，其特征在于，在焊盘(2)与第一晶体管(1)和第二晶体管(2)或多个并联的晶体管(T2、T3、T4、T5)的负载电路之间分别接有一个电阻(R3、R5、R6、R7、R8)。
6．按照上述权利要求5所述的保护电路，其特征在于，在电阻(R3、R5、R6、R7、R8)与焊盘(2)之间接有一个二极管(D)，其中二极管的p-端子与焊盘(2)连接和二极管的n-端子与电阻(R3、R5、R6、R7、R8)连接。
7．按照上述权利要求中任一项所述的保护电路，其特征在于，在第一晶体管(T1)的负载电路的第二端子(E)与基准电位(VSS)之间接有一个电阻(R4)。
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DE (1) DE59902368D1 (zh)
WO (1) WO2000019573A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112234975A (zh) * 2020-12-16 2021-01-15 上海励驰半导体有限公司 耐高压的输入输出电路

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004235199A (ja) * 2003-01-28 2004-08-19 Renesas Technology Corp 半導体装置
US7564663B2 (en) * 2005-05-26 2009-07-21 Agilent Technologies, Inc. Active limiter with integrated sensor
US8045306B2 (en) * 2009-10-16 2011-10-25 Himax Technologies Limited Electrical-overstress protection circuit for an integrated circuit
JP5711000B2 (ja) * 2011-02-16 2015-04-30 ラピスセミコンダクタ株式会社 過電圧保護回路及び半導体集積回路
KR101740397B1 (ko) * 2012-12-17 2017-05-26 주식회사 알파홀딩스 고속 입출력 패드를 위한 바이어스 전압 생성 회로
CN103248381A (zh) * 2013-05-15 2013-08-14 成都市宏山科技有限公司 一种具有防浪涌保护功能的收音机
US9231403B2 (en) * 2014-03-24 2016-01-05 Texas Instruments Incorporated ESD protection circuit with plural avalanche diodes
DE102017204695A1 (de) 2017-03-21 2018-09-27 Ellenberger & Poensgen Gmbh Überspannungsschutz
CN114696305A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 恩智浦有限公司 静电放电esd保护装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3340140A1 (de) 1983-11-07 1985-05-23 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Schaltungsanordnung zur begrenzung einer spannung auf einen sollwert
US5072273A (en) * 1990-05-04 1991-12-10 David Sarnoff Research Center, Inc. Low trigger voltage SCR protection device and structure
IT1230289B (it) * 1989-06-15 1991-10-18 Sgs Thomson Microelectronics Dispositivo di protezione contro le sovratensioni per circuiti elettronici integrati, particolarmente per applicazioni in campo automobilistico.
JP3375659B2 (ja) * 1991-03-28 2003-02-10 テキサス インスツルメンツ インコーポレイテツド 静電放電保護回路の形成方法
DE4207349A1 (de) 1992-03-07 1993-09-09 Telefunken Microelectron Leistungs-spannungsbegrenzungsschaltung
US5400202A (en) 1992-06-15 1995-03-21 Hewlett-Packard Company Electrostatic discharge protection circuit for integrated circuits
GB2283622B (en) * 1993-11-03 1998-01-14 Plessey Semiconductors Ltd Overvoltage protection circuit
US5538907A (en) 1994-05-11 1996-07-23 Lsi Logic Corporation Method for forming a CMOS integrated circuit with electrostatic discharge protection
DE4423591C2 (de) * 1994-07-06 1996-08-29 Itt Ind Gmbh Deutsche Schutzstruktur für integrierte Schaltungen
FR2725848A1 (fr) 1994-10-17 1996-04-19 Sgs Thomson Microelectronics Dispositif de protection d'un circuit contre des surtensions
US5763919A (en) * 1996-07-08 1998-06-09 Winbond Electronics Corporation MOS transistor structure for electro-static discharge protection circuitry having dispersed parallel paths
US5781388A (en) 1996-09-03 1998-07-14 Motorola, Inc. Non-breakdown triggered electrostatic discharge protection circuit for an integrated circuit and method therefor
US5825600A (en) * 1997-04-25 1998-10-20 Cypress Semiconductor Corp. Fast turn-on silicon controlled rectifier (SCR) for electrostatic discharge (ESD) protection

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112234975A (zh) * 2020-12-16 2021-01-15 上海励驰半导体有限公司 耐高压的输入输出电路

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000019573A1 (de) 2000-04-06
JP2002526934A (ja) 2002-08-20
US6635930B1 (en) 2003-10-21
EP1116314A1 (de) 2001-07-18
KR20010079924A (ko) 2001-08-22
EP1116314B1 (de) 2002-08-14
ATE222415T1 (de) 2002-08-15
DE59902368D1 (de) 2002-09-19

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