CN207053483U - 电路和电子器件 - Google Patents

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M·贾科米尼
R·纳尔沃
P·K·赛尼
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Abstract

本申请涉及电路和电子器件。一种电路，包括：输入端子；以及稳压供电线，该稳压供电线用于向具有静电放电保护和驱动器电路系统的电子器件供电，其中，该供电线经由该电路系统耦合至该输入端，从而使得注入该输入端子中的电流可以在所述稳压供电线上产生电压增加。提供对在该输入端处的电压以及该供电线上的电压敏感的比较器，其中，电流吸收器与该供电线耦合，该电流吸收器可激活以从该供电线吸收电流。该比较器被配置成用于由于在该输入端子处的电压超过该供电线上的电压一定的干预阈值而激活该电流吸收器。基于检测输入通道上的电流注入并且相应地增加例如IO供电的消耗，从而使得IO环中的总电流消耗可以维持在比总注入电流更高的水平处。

Description

电路和电子器件
技术领域
本说明书涉及电子器件保护电路。
一个或多个实施例可以应用于例如输入/输出(IO)和/或模数转换器(ADC)供电器件，例如用于汽车领域。
背景技术
支持多个通道(诸如多个ADC通道)上的电流注入规格(例如5mA)的能力可以表示不同器件例如在汽车领域中的有利条件。
使得例如IO(输入/输出)和ADC电源可以不同的供电电压配置可以表示各应用中被理解的特征。
符合这种要求的方式是将ADC集群IO环与IO环的其余部分分离开，从而使得两个环均可由专用的供电单元来供电。
在各种应用中，ADC加上ADC IO环的全部电流消耗可能很小，从而使得每通道比如说6.5mA的注入电流可能是可靠性问题的基础(例如，如果全部注入电流之和超过ADC电源的总消耗)。
输入通道中的注入电流可以由IO环的电源来收集。如果IO环上的消耗低于总注入电流，则IO环上的供电电压可能升高超过规格限值，这可能是当外部稳压器为源类型时的情况。
文献US 8 605 398 B1例示了一种包括围绕焊盘端子的闭合回路的解决方案。在稳定性可能取决于焊盘端子上的外部电容(其可以在例如微微法到微法的范围内发生变化)的前提下，可能难以稳定如在那个文献中所公开的安排。来自附加源和信宿MOS晶体管的泄漏电流也可能限制性能。
实用新型内容
一个或多个实施例的目的是免除这种已知安排的缺点。
根据一个或多个实施例，可以借助于具有在以下权利要求书中阐述的特征的保护电路来实现这个目的。
一个或多个实施例还可以涉及一种相应的器件。
根据本申请的一个方面，提供一种电路，其特征在于，包括：输入端子；稳压供电线，所述稳压供电线用于为电子器件供电；用于所述电子器件的静电放电保护和驱动器电路系统，其中，所述供电线经由所述电路系统耦合至所述输入端子，其中，注入所述输入端子中的电流在所述稳压供电线处产生电压增加；比较器，所述比较器对所述输入端子处的电压以及所述供电线处的电压敏感；以及电流吸收器，所述电流吸收器与所述供电线耦合，所述可激活的电流吸收器用于从所述供电线吸收电流，所述电流吸收器与所述比较器耦合，其中，所述比较器被配置成用于由于所述输入端子处的电压超过所述供电线处的电压一定干预阈值而激活所述电流吸收器。
在一个实施例中，该电路包括电平移位器，所述电平移位器具有与所述输入端子和所述供电线耦合的输入端并且向所述比较器提供所述端子处的电压和所述供电线处的电压的电平移位副本。
在一个实施例中，所述电平移位器包括与所述输入端子和所述供电线耦合的源级跟随器输入端。
在一个实施例中，该电路包括电源相关的偏置网络。
在一个实施例中，所述比较器包括驱动所述电流吸收器的输出缓冲器，优选地是CMOS缓冲器。
在一个实施例中，所述电流吸收器包括：电子开关，所述电子开关在所述供电线与接地之间提供电流吸收路径；以及电阻器，所述电阻器在所述电流吸收路径中。
根据本申请的另一方面，提供一种电子器件，其特征在于，包括：上述电路；以及被供电的电子器件，所述被供电的电子器件与所述供电线耦合。
在一个实施例中，所述被供电的电子器件包括模数转换器。
一个或多个实施例的操作可以是基于检测输入通道上的电流注入并且相应地增加例如IO供电的消耗，从而使得IO环中的总电流消耗可以维持在比总注入电流更高的水平处。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参照所附附图来描述一个或多个实施例，在附图中：
-图1是一个或多个实施例的框图例示，并且
-图2是一个或多个实施例的电路图例示。
具体实施方式
在随后的描述中，展示了一个或多个具体细节，旨在提供对本说明书的实施例的示例的深入理解。可以在没有这些特定细节中的一个或多个细节的情况下或用其他方法、部件、材料等等来获得实施例。在其他情况下，未详细展示或描述已知的结构、材料或操作，从而使得将不会模糊实施例的某些方面。
本说明书的框架中对于“实施例”或“一个实施例”的引用旨在指示关于该实施例所描述的特定的配置、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，可能存在于本说明书的一个或多个点中的诸如“在实施例中”、“在一个实施例中”等短语不一定恰好指代同一个实施例。而且，可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式来对特定构造、结构或特性进行组合。
在此使用的引用仅为了方便而被提供，并且因此未限定实施例的保护范畴或范围。
在附图中，参考号10总体上表示用于从输入端子(焊盘)为负载L(其可以包括例如模数转换器ADC)供电的电路。
将认识到的是，负载L可以是与实施例不同的元件和/或包括除了ADC转换器以外的器件。
端子12可以是单个端子或者可以是多个端子或引脚的示意性表示。端子可以是例如用于从耦合至端子12的外部器件(在附图中不可见)接收电信号的输入端子。
在一个或多个实施例中，负载L的ADC例示可以经由充当围绕焊盘端子12的ESD(静电放电)和输入/输出(IO)驱动器电路的驱动器电路14而耦合至端子12。
一个或多个实施例可以考虑到：过量的静电放电(ESD)(例如当诸如ADC L的电子器件连接至诸如焊盘12的外部端子或引脚时)可能导致电流注入。ESD可能导致由直接接触或由静电场的感应而引起的在处于不同静电势的两个物体之间流动的突变和瞬时电流。ESD例如可能是由对芯片的人为处置所造成的。当带电物体放置在与地隔离的导电物体附近时，ESD可能例如是由摩擦起电或由静电感应导致的静电所引起的。在此物体接触导电路径时会发生ESD事件。由于IC技术的尺寸减小，层尺寸的减小可能增加电路对ESD的敏感性。因此，ESD保护可能在各种应用中发挥作用。电流注入半导体器件的引脚或端子中可能例如导致器件故障(由于衬底中的载体交互或不想要的供电水平修改)，这可能妨碍对器件的正确操作或损坏器件。
在一个或多个实施例中，电路14可以设置在输入/输出(IO)供电线16与接地G之间。
在一个或多个实施例中，电路可以包括串联安排在IO供电线16与接地G之间的一对二极管D1、D2，其阴极朝向供电线16并且端子12(焊盘)耦合至二极管D1、D2之间的中间点。
在一个或多个实施例中，电路14还可以包括设置在IO线16与接地G之间的一对晶体管18a、18b，其电流路径(源极-漏极，在场效应晶体管的情况下)彼此串联安排。
在一个或多个实施例中，晶体管18a、18b可以包括使其控制端子(栅极)在电压PBIAS(具有输入逆变器)和NBIAS处进行偏置的MOSFET。
在一个或多个实施例中，引脚(焊盘)12可以与二极管D1与二极管D2之间的中间点以及与晶体管18a、18b之间的中间点耦合。
在如图1中所例示的安排中，从焊盘端子12输出的信号因此可以经由安排在晶体管18a、18b之间的中间点与ADC之间的电阻器19而行进朝向负载L(例如，ADC)。
参考号20总体上表示外部稳压器。
在一个或多个实施例中，稳压器20可以包括用于驱动IO供电线16的线性稳压器。
在一个或多个实施例中，稳压器20可以包括被安排成使其电流路径(源极-漏极，在FET情况下)设置在(高电压)供电线(HV)与电路10的IO供电线16之间的(功率)晶体管21。
在一个或多个实施例中，晶体管21的控制端子(例如，栅极，在诸如MOSFET晶体管的FET的情况下)可以耦合(可能利用逻辑反向)至误差放大器22的输出端，该误差放大器22被配置成用于将供电线16上的电压与参考电压VREF进行比较。
在一个或多个实施例中，(稳定)电容器24可以安排在功率晶体管21的输出端(即与IO供电线16耦合的端子)与(芯片)接地G之间。
电压VREF可以是由稳压器20跟踪的外部参考电压，该稳压器用于经由功率晶体管21从外部稳压器供电电压HV来调节IO供电线16。
端子(焊盘)12上的正向(电流)注入可能导致(ESD)二极管D1导通，从而使得注入的电流可能流入电容器24中，并且将其充电至超出IO供电线16的规格的电压电平。例如，如果器件消耗小于此注入电流，则可能发生这种情况。
在那个方面，将认识到的是：电流注入可能发生在各种焊盘上(即在各种端子12上)。
因此，如果总注入电流保持低于从IO供电线16提取的总电流，则可能有助于将IO供电线16维持在给定规格内，这可能导致对最大注入电流或可能发生注入的通道的最大数量的限制。
在一个或多个实施例中，可以通过将单元或模块100包括在电路14中来对抗这种不期望类型的操作。
在一个或多个实施例中，单元或模块100可以包括电平移位器102、比较器104和电流吸收器106。
将以其他方式认识到的是：
-在一个或多个实施例中，并非所有这类元件都可以存在，和/或
-在一个或多个实施例中，这类元件中的任何一个元件可以被替代性电路取代。
在一个或多个实施例中，比较器104可以被配置以便感测(可能利用电平移位器102的协作，如下文所讨论的)焊盘端子12处的电压以及IO供电线16上的电压，并且可能地由于焊盘端子12处的电压超过IO供电线16上的电压例如一定干预阈值(例如，250mV)而激活电流吸收器106。
由于被激活，电流吸收器106可以从线16(以及因此从电容器24)吸收电流(如由图1中的虚线CS示意性指示的)，因此促进实现IO供电线16上的电流高于注入焊盘端子12中的电流的条件。例如，在一个或多个实施例中，电流吸收器106可以被设计成与例如单个IO焊盘的峰值注入电流规格有关。
在一个或多个实施例中，如本文中例示的电路可以使用围绕焊盘端子12的打开回路，从而使得可以避免使用焊盘端子上的稳定电容。然而，将认识到的是，可以例如在客户级别采用这种电容器以符合某些要求，而无需通过电流注入检测逻辑将这种电容器考虑在内。
图2的简图例示了电平移位器102、比较器104和电流吸收器106的可能电路实现方式。
例如，在一个或多个实施例中，使用采用源级跟随器配置的两个晶体管M1和M2(例如，MOSFET晶体管)对焊盘端子12和供电线16处的信号电平进行电平移位。
在一个或多个实施例中，晶体管M1的连接布局可以包括使引脚(焊盘)12耦合至其控制端子(例如，栅极，在FET情况下)的晶体管M1，其中，该晶体管M1包括在串联连接中，该串联连接在供电线16与接地G之间包括：
-晶体管M1，该晶体管被称为供电线16；
-电阻器R1和电阻器R3；以及
-另一个(偏置)晶体管M3(例如，MOSFET晶体管)，该晶体管被称为接地G。
在一个或多个实施例中，晶体管M2的连接布局可以包括使供电线16耦合至其控制端子(例如，栅极，在FET的情况下)的晶体管M2，其中，该晶体管M2包括在串联连接中，该串联连接在供电线16与接地G之间包括：
-晶体管M2，该晶体管被称为供电线16；
-电阻器R2和电阻器R4；以及
-另一个(偏置)晶体管M4(例如，MOSFET晶体管)，该晶体管被称为接地G。
在一个或多个实施例中，电平移位信号INP和INM因此可以在分压器R1、R3(INP)的中间点处以及在晶体管M2与电阻器R2、R4(INM)之间可用，使得分别相对于在焊盘端子12处以及IO供电线16处的电压具有DC偏移。
在一个或多个实施例中，INM可以在M2与R2的源之间“分接”，并且R2和R4的组合的电阻值可以用于产生具有适当共模电压的INM与INP之间的偏移。
在一个或多个实施例中，电平移位信号INP、INM可以被馈送至比较器104的差分输入端，该比较器包括例如根据常规比较器安排的两个晶体管对M7、M9和M8、M10(例如，MOSFET晶体管)，该比较器例如经由另一个晶体管(例如，MOSFET)M6被偏置。
在一个或多个实施例中，可能由电平移位器102加上的DC偏移可以促进实现电流吸收器106(仅)由于焊盘端子12上的电压超过供电线16上的电压一给定(阈值)值时而被激活的条件。
如已经讨论的，电流注入焊盘端子12中可能导致焊盘电压开始增加。在一个或多个实施例中，焊盘端子12上的电压超过IO供电线16上的电压例如250mV可以导致比较器104导通(例如，使导电)电流吸收开关(例如，诸如MOSFET M11的晶体管)，该电流吸收开关可能经由缓冲器108由比较器104的输出端来驱动。
这将导致IO供电线16上的总消耗增加，从而使得IO供电线16上的消耗保持高于注入电流。
在一个或多个实施例中，可以将电流吸收器规格设置为可以注入输入通道的供电线中的峰值电流的函数。
在一个或多个实施例中，可以通过选择在IO供电线16与接地G之间的开关M11的电流路径(源极-漏极，在FET的情况下)中设置的电阻器R6的电阻值来设定这种规格。
在一个或多个实施例中，沿着前文讨论的该线激活保护电路促进实现系统中的总注入电流不超过总IO环消耗的条件，因此保护器件(例如，负载L的ADC例示)免受过压威胁。
在一个或多个实施例中，用于单元或模块100的电源相关的偏置网络可以包括晶体管M5(例如，MOSFET)以及在IO供电线16与接地G之间的晶体管M5的电流路径(源极-漏极，在FET的情况下)中设置的电阻器R5。
在一个或多个实施例中，该电平移位器102和该比较器104可以因此仅使用电阻器来进行偏置，因此避免为此目的使用具有各种电流吸收器被适配成由电阻器取代的电流发生器。
在一个或多个实施例中，对于电平移位器晶体管(例如M1和M2)可以避免使用单独的势阱，从而有助于节省硅面积。一个或多个实施例可以采用单独的势阱，从而有助于去除主体偏置效应。
在一个或多个实施例中，电源相关的偏置有助于电路在宽范围的可能的电源变化上运行，同时还减少导致电流吸收器106(晶体管M11)导通(即，被导电)的检测阈电压的可能的PVT(过程-电压-温度)变化。
一个或多个实施例可以采用本领域中已知的电流产生的替代方案。
在一个或多个实施例中，可以通过使用促进驱动电流吸收器106的开关M11的简单(例如，CMOS)缓冲器来对来自比较器104的输出进行缓冲(例如，108)。
一个或多个实施例可以使用例如没有电阻器的MOS晶体管作为电流吸收器，其具有一定的准确度损失。
在一个或多个实施例中，恒定电流吸收器可以用于代替电阻器(例如，R6)，以用于设定吸收电流值。
一个或多个实施例因此可以提供一种电路(例如，10)，该电路包括：
-输入端子(例如，“焊盘”12),
-稳压(例如，20)供电线(例如，16)，该稳压供电线用于为电子器件(L，例如，ADC)供电，
-用于电子器件的静电放电保护和驱动器电路系统(例如，D1，D2，18a，18b，19)，其中，该供电线经由该电路系统(例如，经由二极管D1)耦合至该输入端子，其中，注入该输入端子中的电流在该稳压供电线处产生电压增加，
-比较器(例如，104)，该比较器对该输入端子处的电压以及该供电线处的电压敏感，以及
-电流吸收器(例如，106)，该电流吸收器与供电线耦合，该可激活的(例如，108，M11)电流吸收器用于从该供电线吸收电流，该电流吸收器与该比较器耦合，其中，该比较器被配置成用于由于该输入端子处的电压超过该供电线处的电压一定干预阈值而激活该电流吸收器。
一个或多个实施例可以包括：电平移位器(例如，102)，该电平移位器具有与该输入端子和该供电线耦合的输入端(例如，M1，M2)并且向该比较器提供该端子处的电压和该供电线处的电压的电平移位副本(例如，INP，INM)。
在一个或多个实施例中，该电平移位器可以包括与该输入端子和该供电线耦合的源级跟随器输入端(例如，M1，M2)。
一个或多个实施例可以包括电源相关的偏置网络(例如，R5，M5)。
在一个或多个实施例中，该比较器可以包括驱动该电流吸收器的输出缓冲器(例如，108)，优选地是CMOS缓冲器。
在一个或多个实施例中，电流吸收器可以包括：
-电子开关(例如，M11)，该电子开关在该供电线与接地(例如，G)之间提供电流吸收路径，以及
-电阻器(例如，R6)，该电阻器在该电流吸收路径中。
在一个或多个实施例中，一种电子器件可以包括：
-根据一个或多个实施例的电路，以及
-被供电的电子器件(例如，L)，该被供电的电子器件与该供电线耦合。
在一个或多个实施例中，该被供电的电子器件可以包括模数转换器。
在一个或多个实施例中，一种经由稳压供电线来为电子器件供电的方法可以包括：
-提供经由静电放电保护和驱动器电路系统耦合至该供电线的输入端子，其中，电流注入该输入端子的电流在该稳压供电线上产生电压增加，
-提供与该供电线耦合的电流吸收器，该可激活的电流吸收器用于从该供电线吸收电流，
-感测该输入端子处的电压以及该供电线处的电压，并且
-由于在该端子处的电压超过该供电线上的电压一定干预阈值而激活用于从该供电线吸收电流的该电流吸收器。
在不损害根本原则的情况下，可以仅通过示例的方式就已经在此描述的内容更显著地改变细节和实施例，而不偏离保护范畴。
保护范畴由所附权利要求书来限定。

Claims (8)

1.一种电路，其特征在于，包括：
-输入端子，
-稳压供电线，所述稳压供电线用于为电子器件供电，
-用于所述电子器件的静电放电保护和驱动器电路系统，其中，所述供电线经由所述电路系统耦合至所述输入端子，其中，注入所述输入端子中的电流在所述稳压供电线处产生电压增加，
-比较器，所述比较器对所述输入端子处的电压以及所述供电线处的电压敏感，以及
-电流吸收器，所述电流吸收器与所述供电线耦合，所述可激活的电流吸收器用于从所述供电线吸收电流，所述电流吸收器与所述比较器耦合，其中，所述比较器被配置成用于由于所述输入端子处的电压超过所述供电线处的电压一定干预阈值而激活所述电流吸收器。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，包括：电平移位器，所述电平移位器具有与所述输入端子和所述供电线耦合的输入端并且向所述比较器提供所述端子处的电压和所述供电线处的电压的电平移位副本。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电平移位器包括与所述输入端子和所述供电线耦合的源级跟随器输入端。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，包括电源相关的偏置网络。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述比较器包括驱动所述电流吸收器的输出缓冲器，优选地是CMOS缓冲器。
6.如以上权利要求中任一项所述的电路，其特征在于，所述电流吸收器包括：
-电子开关，所述电子开关在所述供电线与接地之间提供电流吸收路径，以及
-电阻器，所述电阻器在所述电流吸收路径中。
7.一种电子器件，其特征在于，包括：
-根据权利要求1至6中任一项所述的电路，以及
-被供电的电子器件，所述被供电的电子器件与所述供电线耦合。
8.如权利要求7所述的电子器件，其特征在于，所述被供电的电子器件包括模数转换器。
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