CN201364900Y - 一种多电源域集成电路的静电放电保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多电源域集成电路IC的静电放电ESD保护装置，包括在每个电源域的电源线和地线之间并联的钳位电路，其特征在于，该装置还包括第一ESD总线、第二ESD总线和第一电容；第一电源域的电源线至第n电源域的电源线均与第一ESD总线相连；第一电源域的地线至第n电源域的地线均与第二ESD总线相连；第一电容并联在第一ESD总线和第二ESD总线之间；其中，n是多电源域IC中的电源域个数。利用本实用新型能够提高多电源域IC的ESD防护能力。

Description

一种多电源域集成电路的静电放电保护装置

技术领域

本实用新型涉及集成电路(IC)的电磁兼容技术领域，尤其涉及一种多电源域的静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)保护装置。

背景技术

在大规模IC设计中，很多芯片都具有多个电源域，即芯片的不同部分使用不同的电压范围。对多电源域的IC进行ESD保护是当前大规模IC设计人员面临的一个重要技术问题。

目前，现有技术中通过在每一电源域的电源线和地线之间并联钳位电路来对多电源域的IC进行ESD保护。随着对IC性能要求的提高，仅依靠钳位电路来对IC进行ESD保护已无法满足要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种多电源域IC的ESD保护装置，以提高多电源域IC的ESD防护能力。

为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案具体是这样实现的：

一种多电源域的静电放电ESD保护装置，包括在每个电源域的电源线和地线之间并联的钳位电路，该装置还包括第一ESD总线、第二ESD总线和第一电容；

第一电源域的电源线至第n电源域的电源线均与第一ESD总线相连；

第一电源域的地线至第n电源域的地线均与第二ESD总线相连；

第一电容并联在第一ESD总线和第二ESD总线之间；

其中，n是多电源域集成电路IC中的电源域个数。

所述第一电容的数目为两个，其中的一个第一电容与第一电源域并联，另一个第一电容与第n电源域并联。

该装置进一步包括分别并联在每个电源域的电源线和地线之间的第二电容。

所述第二电容为一个或两个以上。

所述第一ESD总线是各个电源域的电源线，所述第二ESD总线是各个电源域的地线。

该装置进一步包括串联在相邻电源域的电源线之间的保护电路和串联在相邻电源域的地线之间的保护电路。

第一电源域的电源线至第n电源域的电源线分别通过保护电路与第一ESD总线相连，第一电源域的地线至第n电源域的地线分别通过保护电路与第二ESD总线相连。

该装置进一步包括：与所述第一电源域并联的钳位电路，和与所述第n电源域并联的钳位电路。

所述保护电路是二极管。

第一ESD总线的线宽大于各个电源域的电源线，第二ESD总线的线宽大于各个电源域的地线。

由上述技术方案可见，本实用新型提供的装置中设置有与各个电源域的电源线相连的第一ESD总线和与各个电源域的地线相连的第二ESD总线，并且，在第一ESD总线和第二ESD总线之间并联有第一电容，这样，各个电源域的ESD电流可以通过其各自的电源线耦合到第一ESD总线上，由于第一ESD总线和第二ESD总线之间并联有第一电容，因此该第一电容能够将第一ESD总线上耦合到的ESD电流泄放到第二ESD总线上，进而泄放到与第二ESD总线相连的地线上，从而提高多电源域的ESD防护能力。

附图说明

图1是本实用新型提供的多电源域IC的ESD保护装置结构图；

图2是本实用新型提供的ESD保护装置第一实施例结构图；

图3是本实用新型提供的ESD保护装置第二实施例结构图；

图4是本实用新型提供的ESD保护装置第三实施例结构图；

图5是本实用新型提供的ESD保护装置第四实施例结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。

图1是本实用新型提供的多电源域IC的ESD保护装置结构图，如图1所示，该装置包括：

与第一电源域至第n电源域的电源线相连的第一ESD总线，与第一电源域至第n电源域的地线相连的第二ESD总线，以及并联在第一ESD总线和第二ESD总线之间的第一电容。其中，n是多电源域IC中的电源域个数。

图1所示ESD保护装置的工作原理是：每个电源域的ESD电流通过其各自的电源线耦合到第一ESD总线上，第一ESD总线通过并联在第一ESD总线和第二ESD总线之间的第一电容将ESD电流泄放到第二ESD总线上，第二ESD总线与各个电源域的地线相连，因此能够将ESD电流泄放至大地。

图1所示保护装置可以有多种实施方式。

具体地，从第一ESD总线与电源线连接关系以及第二ESD总线与地线之间的连接关系出发，可以将第一ESD总线与电源线合二为一，和/或将第二ESD总线与地线合二为一(具体请见下文第一、三实施例)，也可以将第一ESD总线通过保护电路与电源线相连，和/或将第二ESD总线通过保护电路与地线相连(具体请见下文第二、四实施例)。

从ESD保护装置中设置电容的位置以及数目出发，可以只在第一ESD总线和第二ESD总线之间并联第一电容，该第一电容的数目可以为1个，也可以为2个；还可以在每个电源域的电源线和地线之间均并联有第二电容，该第二电容的数目可以为1个，也可以为2个以上，即在每个电源域的电源线和地线的两端分别并联有第二电容。关于ESD保护装置中包含的电容的位置及数目的说明，详见下文第一实施例至第四实施例。

第一实施例：

图2是本实用新型提供的ESD保护装置第一实施例结构图。如图2所示，该ESD保护装置用于保护具有两电源域的IC，并且，第一ESD总线和电源线合二为一、第二ESD总线和地线合二为一。

图2中，VDD1和VDD2分别是第一电源域的电源线和第二电源域的电源线，同时也是第一ESD总线，其线宽一般取得较宽，例如取为30um至50um；VSS1和VSS2分别是第一电源域的地线和第二电源域的地线，同时也是第二ESD总线，其线宽一般取得也较宽，例如取为30um至50um。电源线VDD1和电源线VDD2通过二极管保护电路500相连，地线VSS1和地线VSS2通过二极管保护电路600相连。在电源线VDD1和地线VSS1的两端分别并联有电容C1和C2，在电源线VDD2和地线VSS2的两端分别并联有电容C3和C4。电源线VDD1和地线VSS1之间通过第一钳位电路相连。在第一钳位电路的两端，第一电源域的输入管脚100通过二极管DP1与电源线VDD1相连、通过二极管DN1与地线VSS1相连，第一电源域的输出管脚200通过场效应管MP1与电源线VDD1相连、通过场效应管MN1与地线VSS1相连。在第二钳位电路两端，第二电源域的输入管脚300通过二极管DP2与电源线VDD2相连、通过二极管DN2与地线VSS2相连，第二电源域的输出管脚400通过场效应管MP2与电源线VDD2相连、通过场效应管MN2与地线VSS2相连。

图2中，二极管保护电路500和二极管保护电路600也可以替换为能够隔离ESD电流的其他保护电路；或者，去掉二极管保护电路500而断开电源线VDD1和电源线VDD2之间的连接，即电源线VDD1和电源线VDD2之间呈现断路状态，去掉二极管保护电路600并将地线VSS1和地线VSS2短接。图2中的电容C1和电容C2可以只保留其一，电容C3和电容C4也可以只保留其一，即，可以在第一ESD总线和第二ESD总线之间只并联一个电容，也可以在第一ESD总线和第二ESD总线的两端分别并联一个电容，也即，可以在每一个电源域的电源线和地线之间只并联一个电容，也可以在每一个电源域的电源线和地线的两端分别并联一个电容。其中的第一ESD总线和第二ESD总线一般是金属线。

下面对图2所示ESD保护装置的工作原理进行说明：

图2中，如果IC正常工作时，该IC的输入管脚100、输入管脚300以及输出管脚200和输出管脚400中均是正确的输入信号和输出信号，则第一电源域的第一钳位电路和第二电源域的第二钳位电路处于非触发的状态，即相当于开路。以第一电源域为例，如果第一电源域的电源线VDD1中出现噪声波动，即出现ESD电流，则该ESD电流可以通过并联在电源线VDD1和地线VSS1之间的电容C1和/或电容C2泄放到地线VSS2上，提高了ESD防护能力。

如果IC正常工作时，该IC的输入管脚100、输入管脚300、输出管脚200和/或输出管脚400中出现了ESD脉冲，则该ESD脉冲会通过与相应的输入管脚或输出管脚相连的二极管到达相应的电源线或地线。如果ESD脉冲到达电源线，则一方面，该ESD脉冲会触发与该电源线相连的钳位电路，相应钳位电路被触发后，将该电源线上的ESD电流泄放到与该钳位电路相连的地线上，另一方面，该ESD脉冲通过并联在ESD总线之间的电容泄放到与地线相连的ESD总线上，因此，ESD总线之间并联的电容提高了ESD防护能力。

例如，如果输入管脚100中出现正向ESD脉冲，则该正向ESD脉冲会通过二极管DP1传导至电源线VDD1，电源线VDD1上的该正向ESD脉冲使得第一钳位电路处于触发状态，ESD脉冲一方面通过第一钳位电路泄放至地线VSS1，另一方面通过并联在电源线VDD1和地线VSS1之间的电容C1和电容C2泄放至地线VSS1。

另外，如果某一电源域的电源线上出现噪声波动，引起电源电平变化，则这种电平变化会通过并联在该电源域的电源线和地线之间的第二电容传导至该地线上，从而使该电源域的电源电平波动和地电平波动一致，保证IC的电源出现噪声波动时，IC传输数据的正确性。

例如，如果电源线VDD1上的电平出现波动，则电容C1和电容C2能够将该变化耦合到地线VSS1上，从而使得电源线VDD1和地线VSS1之间的电平波动一致，保证IC传输数据的正确性。

如果在每个电源域的电源线和地线的两端分别并联有电容，即图2中的电容C1和电容C2同时存在，电容C3和电容C4同时存在，则一方面可以进一步提高ESD防护能力，另一方面，还可以避免一个电源域的ESD电流流向另一电源域。

在第一实施例中，通过将ESD总线和电源线或地线合二为一，一方面可以减小电路面积，另一方面，可以使得并联在电源线和地线之间的电容既充当第一电容，又充当第二电容，即，该并联在电源线和地线之间的电容既可以提高ESD防护能力，又可以使得电源线和地线之间的电平波动一致，从而保证数据传输的正确性。

第二实施例：

图3是本实用新型提供的ESD保护装置第二实施例结构图。如图3所示，该ESD保护装置用于保护具有两电源域的IC，并且，第一ESD总线和电源线分离设置、第二ESD总线和地线分离设置。

图3所示的ESD保护装置与图2所示的ESD保护装置的区别仅在于：第一电源域的电源线VDD1和第二电源域的电源线VDD2断开，第一电源域的地线VSS1和第二电源域的地线VSS2断开；电源线VDD1通过二极管保护电路500与第一ESD总线相连，电源线VDD2通过二极管保护电路600与第一ESD总线相连；在第一ESD总线和第二ESD总线的两端分别并联有电容C5和电容C6、以及附加钳位电路，即：电容C5与第一电源域并联、电容C6与第二电源域并联，一个附加钳位电路与第一电源域并联、另一个附加钳位电路与第二电源域并联。

在图3所示ESD保护装置中，电容C5和电容C6是第一电容，用于将第一ESD总线上的ESD电流泄放到第二ESD总线上；电容C1和电容C2、以及电容C3和电容C4均是第二电容，用于保证相应电源域中的电源线和地线的电平波动一致，从而保证数据传输的正确性，其中，电容C1和电容C2用于将电源线VDD1上的噪声波动耦合到地线VSS1上，保证电源线VDD1和地线VSS1上的电平波动一致，电容C3和电容C4用于将电源线VDD2上的噪声波动耦合到地线VSS2上，保证电源线VDD2和地线VSS2上的电平波动一致。

图3中的附加钳位电路用于进一步提高ESD防护能力，在本实施例中并非必需。具体地，电源线上的ESD电流通过保护电路耦合到第一ESD总线后，该ESD电流通过附加钳位电路直接泄放到第二ESD总线上，进而泄放到与第二ESD总线相连的地线上。

图3中的电容C1和电容C2可以只存在其一、电容C3和电容C4可以只存在其一、电容C5和电容C6也可以只存在其一；附加钳位电路的数目可以为1个，也可以为多个，例如图3中的两个。

图3中的二极管保护电路500至二级管保护电路800也可以替换为其他类型的保护电路。

图3中的第一ESD总线和第二ESD总线的宽度一般宽于与其相连的电源线或地线的宽度，从而使得ESD电流能够耦合到第一ESD总线和第二ESD总线上。

图2和图3给出了用于保护两电源域的IC的ESD保护装置，实际应用中，可以根据两电源域的IC的ESD保护装置的结构，在该两电源域的IC的ESD保护装置基础上扩展得到三个以上电源域的IC的ESD保护装置，具体请参见第三实施例和第四实施例。

第三实施例：

图4是本实用新型提供的ESD保护装置第三实施例结构图。图4所示ESD保护装置是在图2所示ESD保护装置的基础上、按照图2所示ESD保护装置的结构扩展得到的，用于进行三个以上电源域的IC的ESD保护。图4中的k是自然数。

图4所示ESD保护装置的具体结构和工作原理参见图2相关说明。

第四实施例：

图5是本实用新型提供的ESD保护装置第四实施例结构图。图5所示ESD保护装置是在图3所示ESD保护装置的基础上、按照图3所示ESD保护装置的结构扩展得到的，用于进行三个以上电源域的IC的ESD保护。图5中的k是自然数。

图5所示ESD保护装置的具体结构和工作原理参见图3相关说明。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种多电源域集成电路IC的静电放电ESD保护装置，包括在每个电源域的电源线和地线之间并联的钳位电路，其特征在于，该装置还包括第一ESD总线、第二ESD总线和第一电容；

第一电源域的电源线至第n电源域的电源线均与第一ESD总线相连；

第一电源域的地线至第n电源域的地线均与第二ESD总线相连；

第一电容并联在第一ESD总线和第二ESD总线之间；

其中，n是多电源域集成电路IC中的电源域个数。

2、如权利要求1所述的一种多电源域集成电路的静电放电保护装置，其特征在于，所述第一电容的数目为两个，其中的一个第一电容与第一电源域并联，另一个第一电容与第n电源域并联。

3、如权利要求1所述的一种多电源域集成电路的静电放电保护装置，其特征在于，该装置进一步包括分别并联在每个电源域的电源线和地线之间的第二电容。

4、如权利要求3所述的一种多电源域集成电路的静电放电保护装置，其特征在于，所述第二电容为一个或两个以上。

5、如权利要求1所述的一种多电源域集成电路的静电放电保护装置，其特征在于，所述第一ESD总线是各个电源域的电源线，所述第二ESD总线是各个电源域的地线。

6、如权利要求5所述的一种多电源域集成电路的静电放电保护装置，其特征在于，该装置进一步包括串联在相邻电源域的电源线之间的保护电路和串联在相邻电源域的地线之间的保护电路。

7、如权利要求1所述的一种多电源域集成电路的静电放电保护装置，其特征在于，第一电源域的电源线至第n电源域的电源线分别通过保护电路与第一ESD总线相连，第一电源域的地线至第n电源域的地线分别通过保护电路与第二ESD总线相连。

8、如权利要求7所述的一种多电源域集成电路的静电放电保护装置，其特征在于，该装置进一步包括：

与所述第一电源域并联的钳位电路，和与所述第n电源域并联的钳位电路。

9、如权利要求6或7所述的一种多电源域集成电路的静电放电保护装置，其特征在于，所述保护电路是二极管。

10、如权利要求7所述的一种多电源域集成电路的静电放电保护装置，其特征在于，第一ESD总线的线宽大于各个电源域的电源线，第二ESD总线的线宽大于各个电源域的地线。

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