CN217643318U - 开关电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

一种开关电路及电子设备，开关电路，包括：速开关模块和外置吸收模块；所述高速开关模块，包括第一端和至少一第二端，所述第一端与所述外置吸收模块连接，所述第二端作为所述开关电路的输入/输出端口，所述高速开关模块用于在所述输入/输出端口出现静电放电脉冲时，将产生的静电电流泄放到所述外置吸收模块；外置吸收模块，位于所述高速开关模块的外部，用于吸收所述静电电流。通过外置吸收模块，在高速开关的输入/输出端口I/O出现静电放电脉冲时，吸收产生的静电电流，可以减少芯片面积，降低成本。

Description

开关电路及电子设备

技术领域

本申请涉及电子技术领域，具体涉及一种开关电路及电子设备。

背景技术

静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)是造成大多数的电子元件或电子系统受到过度电性应力(Electrical Overstress，EOS)破坏的主要因素。这种破坏会导致半导体元件以及电脑系统等受到永久性的毁坏，因而影响集成电路(Integrated Circuits，ICs)的电路功能，而使得电子产品工作不正常。

传统高速开关一般无系统级ESD保护能力，或者在芯片内置TVS(TransientVoltage Suppressor，瞬态电压抑制器)管以提高ESD保护能力，但是内置TVS会造成芯片面积较大。

如何在不增加芯片面积的基础上，提高ESD保护能力是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

鉴于此，本申请提供一种开关电路及电子设备，以解决现有的高速开关通过内置TVS进行ESD防护时造成芯片面积较大的问题。

本申请提供一种开关电路，包括：高速开关模块和外置吸收模块；所述高速开关模块，包括第一端和至少一第二端，所述第一端与所述外置吸收模块连接，所述第二端作为所述开关电路的输入/输出端口，所述高速开关模块用于在所述输入/输出端口出现静电放电脉冲时，将产生的静电电流泄放到所述外置吸收模块；外置吸收模块，位于所述高速开关模块的外部，用于吸收所述静电电流。

可选的，所述开关电路还包括：偏置模块；所述偏置模块，与所述外置吸收模块连接，用于根据输入的第一电压输出偏置电压；所述外置吸收模块还用于根据所述偏置电压充电至固定电位。

可选的，所述偏置模块，还用于在所述第一电压大于预设值时，检测所述第一端的电压值，在所述第一端的电压值大于预设阈值时，控制所述偏置模块的输出端与所述第一端断开连接。

可选的，所述外置吸收模块包括电容吸收单元；所述电容吸收单元的电容值大于第一电容阈值；所述偏置模块还用于在所述高速开关模块正常工作时将所述电容吸收单元的的电容电压充电至所述固定电位。

可选的，所述高速开关模块还包括：与所述输入/输出端口对应的至少一对导向开关管；所述一对导向开关管中，第一导向开关管的第一导向端与地连接、第二导向端与所述输入/输出端口连接，所述第二导向开关管的第一导向端与所述第一导向开关管的第一导向端连接，所述第二导向开关管的第二导向端与所述外置吸收模块连接；所述第一导向开关管用于在所述输入/输出端口出现对地的反向静电放电电流时导通，所述第二导向开关管用于在所述输入/输出端口出现对地的正向静电放电电流时导通，以将产生的静电电流导向所述第一端。

可选的，所述第一导向开关管为导向二极管；所述第二导向开关管为导向二极管。

可选的，所述偏置模块包括：钳位单元和开关控制单元；

所述钳位单元，用于在所述偏置电压超过钳位电压时输出控制信号；所述开关控制单元，包括开关器件，所述开关器件的第一连接端连接所述第一电压、第二连接端连接所述偏置电压、第三连接端与所述钳位单元连接，所述开关器件用于根据所述控制信号控制所述第一连接端和所述第二连接端之间断开。

可选的，所述高速开关模块还包括电流泄放单元；所述电流泄放单元连接于所述偏置模块的输出端和地之间，用于在器件级静电放电保护中将产生的静电电流导向地。

可选的，所述第一电容阈值范围为0.1微法至1微法。

可选的，所述外置吸收模块还包括瞬态电压抑制器；所述瞬态电压抑制器连接于所述第一端和地之间。

可选的，所述开关电路包括通用串行总线开关电路。

本申请还提供一种电子设备，包括所述的开关电路。

本申请提供的一种开关电路及电子设备，通过位于所述高速开关模块外部的外置吸收模块，吸收开关电路的输入/输出端口出现静电放电脉冲时产生的静电电流，减少了高速开关模块的芯片面积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的开关电路的结构示意图；

图2为本申请一实施例的开关电路的结构示意图；

图3为本申请一实施例的开关电路的结构示意图；

图4为本申请一实施例的开关电路的结构示意图；

图5为本申请一实施例的偏置模块的电路的结构示意图；

图6中a为本申请一实施例的电流泄放单元的结构示意图，b为a中的电路原理图；

图7为本申请一实施例的开关电路的结构示意图；

图8为本申请一实施例的开关电路的结构示意图；

图9为IEC61000-4-2标准下接触放电静电枪内部电路结构示意图；

图10为本申请一实施例的开关电路正常工作状态的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术描述，静电放电会造成电子设备损坏，针对ESD产生的方式、上升时间、衰减时间以及峰值电流等，ESD主要划分为四种放电模式：人体模型(Human-Body-Model，HBM)，机器模型(Machine-Model，MM)，组件充电模型(Charged-Device-Model，CDM)，IEC模型(International-Electrotechnical-Commission，IEC)。其中前三种放电模型为器件级，主要保证IC在制造过程中不受损坏。IEC模型为系统级ESD测试，用于模拟现实世界中的终端用户ESD时间。

发明人研究发现，现有的开关电路如图1所示，该电路通过内置TVS提高高速开关的ESD防护能力。该电路主要由两部分组成：导向二极管(D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7/D8)和TVS。其中I/O(Input/Output，输入输出)端口(包括I/O1、I/O2、I/O3和I/O4)处通过导向二极管对ESD电流进行导向泄放，减小端口处的等效寄生电容，提高高速开关的带宽。系统级ESD保护通路如图1中电流通路所示：(1)当I/O1处遭受正向ESD应力时，由于导向二极管D1处于反偏状态且击穿电压比较大，ESD电流经过导向二极管D2触发开启TVS器件，泄放ESD电流至地GND起到保护内部器件的作用，电流路径如图1中I_P所示。(2)当I/O2处遭受负向ESD应力时，由于此时导向二极管D1处于正偏状态，此时ESD电流从GND经导向二极管D1泄放ESD电流起到保护内部器件的作用，电流路径如图1中I_N所示。端口I/O2、I/O3、I/O4的ESD放电路径与端口I/O1的原理相同，此处不再赘述。

图1中的电路为目前主流的高速开关全芯片系统级ESD保护方案，由于需要通过内置TVS管泄放ESD电流，因此要求TVS管电流泄放能力足够强，又由于TVS管的电流泄放能力与TVS管的尺寸大小成一定的正比关系，要获得较好的ESD电流泄放效果，需要使用较大体积的TVS管，因此极大的牺牲了芯片面积，提高了芯片成本。

针对上述的开关电路的缺点，本申请提出一种开关电路，通过外置吸收模块来吸收ESD电流以替代内置TVS管，减小芯片面积，降低了芯片成本，同时对芯片起到较好的ESD防护。

下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域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。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

请参看图2，为本申请一实施例的开关电路的结构示意图。

本实施例的开关电路，包括：高速开关模块1和外置吸收模块2。

高速开关模块1，与所述外置吸收模块2连接，用于根据输入的第一电压输出偏置电压。

外置吸收模块2，位于所述高速开关模块1的外部，用于吸收所述静电电流。

本实施例的开关电路，通过位于高速开关模块1外部的外置吸收模块2，在高速开关的输入/输出端口I/O出现静电放电脉冲时，吸收产生的静电电流，可以减少芯片面积，降低成本，同时提高芯片的ESD防护能力。

高速开关模块1包括第一端和至少一第二端，所述第一端与所述外置吸收模块2的输出端连接，即第一端的电压值为V_CAP，所述第二端作为所述开关电路的输入/输出端口I/O，所述高速开关模块1用于在所述输入/输出端口I/O出现静电放电脉冲时，将产生的静电电流泄放到所述外置吸收模块2。

另外，在高速开关中，输入/输出端口的电容值要求较小，以避免对输入或输出的信号带宽造成影响，所以本申请的外置吸收模块并不是连接在开关电路的输入/输出端口的，而是连接在电路的其他端点处，以防止外置吸收模块中的电容或寄生电容对电路的输入/输出端口的信号带宽产生影响，在提高高速开关电路的静电流吸收能力的同时，避免了影响输入或输出信号的带宽。

请参看图3，为本申请一实施例的开关电路的结构示意图。

本实施例的开关电路还包括偏置模块3。

所述偏置模块3，与所述外置吸收模块2连接，用于根据输入的第一电压V_SYS输出偏置电压；该偏置电压的值等于第一端的电压值V_CAP。所述外置吸收模块2还用于根据所述偏置电压充电至固定电位。

高速开关在进行信号传输时不可避免地会给外置吸收模块2中的电容进行充电，该充电现象的出现会造成传输信号的衰减。为了防止该充电现象的出现，本实施例的开关电路还包括偏置模块3，当第一电压V_SYS上电后，通过偏置模块3对外置吸收模块2中的电容进行预充电，将外置吸收模块2中的电容充电至固定电位，即在信号传输前给外置吸收模块2提供一个稳定的偏置电压，避免了传输信号的衰减。

在可选的一种实施方案中，所述偏置模块3，还用于在所述第一电压V_SYS大于预设值时，检测所述第一端的电压值，在所述第一端的电压值大于预设阈值时，控制所述偏置模块3的输出端与所述第一端断开连接。

比如，预设值为0，在第一电压V_SYS大于0时，即，当第一电压V_SYS带电时，开关电路正常工作，通过偏置模块提供稳定的偏置电压，即第一端的电压V_CAP；当开关电路的输入/输出端口，即I/O端口出现对地GND的正向ESD脉冲时，此时ESD电流经导向转移至外置吸收模块，同时当第一端的电压V_CAP电压高于偏置模块的检测阈值时，偏置模块控制所述偏置模块的输出端与所述第一端断开连接，即断开第一电压V_SYS至第一端的电压V_CAP的连接，对第一电压V_SYS端口及内部器件起到保护作用，防止内部器件受到静电电力脉冲影响。

在可选的一种实施方式中，所述外置吸收模块2包括电容吸收单元；所述电容吸收单元的电容值大于第一电容阈值；所述偏置模块3还用于在所述高速开关模块1正常工作时将所述电容吸收单元的的电容电压充电至固定电位。电容吸收单元包括电容元件和其他能实现电荷吸收能力的元器件。本申请提出全芯片系统级ESD保护方案适用于高速开关，当电容吸收单元电容电压未冲至一固定电位时，高速开关进行信号传输时不可避免会通过导向二极管给电容吸收单元进行充电，造成信号衰减。为了防止该现象的出现，当V_SYS上电后，通过偏置模块对电容吸收单元进行预充电，在信号传输前给电容吸收单元前提供一个稳定的偏置电压，避免信号衰减。

在可选的一种实施方式中，所述第一电容阈值范围为0.1uF(微法)-1uF。在开关电路正常工作时，由于需要电容吸收单元吸收ESD能量，所以电容吸收单元的电容值不能太小，所以所述电容吸收单元的电容值大于第一电容阈值，本申请中，第一电容阈值为0.1uF，电容吸收单元的电容值大于或等于0.1uF。

在可选的一种实施方式中，所述高速开关模块包括与所述输入/输出端口对应的至少一对导向开关管；所述一对导向开关管中，第一导向开关管的第一导向端与地连接、第二导向端与对应的第二导向开关管的第一导向端及所述输入/输出端口连接，所述第二导向开关管的第二导向端与所述外置吸收模块连接；所述第一导向开关管用于在所述输入/输出端口出现对地的反向静电放电电流时导通，所述第二导向开关管用于在所述输入/输出端口出现对地的正向静电放电电流时导通，以将产生的静电电流导向所述第一端。所述第一导向开关管和所述第二导向开关管为导向二极管。

本实施例的开关电路，通过输入/输出端口采用二极管作为导向管，由于二极管的寄生电容低，可以提高高速开关的信号带宽。

本申请的开关电路适用于高速开关的全芯片系统级ESD保护方案，一方面可以解决全芯片器件级ESD事件和系统级ESD事件，本申请中器件级ESD事件指的是对单颗芯片进行人体模型(HBM)，充电设备模型(CDM)和机器模型(MM)等ESD测试，系统级ESD事件指的是将开关电路芯片与其他元器件一起集成在系统板上后按照标准IEC-41000-2进行的ESD测试，用来模拟现实世界用户终端ESD事件；另一方面输入/输出端口采用二极管作为导向管，由于二极管的寄生电容很小，可以提高高速开关的信号带宽。

在可选的一种实施方式中，所述高速开关模块还包括电流泄放单元；所述电流泄放单元连接于所述偏置模块的输出端和地之间，用于在器件级静电放电保护中将产生的静电电流导向地。器件级ESD保护主要保证IC在制造过程中不受损坏，因此对芯片的单体ESD保护能力提出了挑战，通过增加电流泄放单元，可以实现器件级ESD保护。

在可选的一种实施方式中，所述外置吸收模块还包括瞬态电压抑制器，即TVS；所述瞬态电压抑制器连接于所述第一端和地之间。通过增加外置的TVS管，可以进一步提升静电电流的吸收和泄放能力，提高开关电路的保护效果。

所述高速开关包括通用串行总线开关电路或其他类型的高速开关。在通用串行总线开关电路和其他类型的高速开关电路中，输入/输出端口的电容值要求较小，以避免对输入或输出的信号带宽造成影响，通过不是连接在开关电路的输入/输出端口的，而是连接在电路的其他端点处的外置吸收模块，可以防止外置吸收模块中的电容或寄生电容对电路的输入/输出端口的信号带宽产生影响，在提高通用串行总线开关电路的静电流吸收能力的同时，避免了影响输入或输出信号的带宽。

请参看图4，本申请一实施例的开关电路的结构示意图。

本实施例的开关电路适用于高速开关的全芯片系统级ESD保护方案。该保护方案主要由三部分组成：导向二极管(D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7/D8)构成的高速开关模块1、外置吸收模块2和偏置模块3。

本实施例中，高速开关模块1包括电流泄放单元11，所述电流泄放单元11连接于所述偏置模块3的输出端和地GND之间，用于在器件级静电放电保护中将产生的静电电流导向地。

具体的，本实施例的开关电路中，所述高速开关包括4个输入/输出端口，高速开关模块1的多个端口分别与对应的输入/输出端口连接，即I/O1、I/O2、I/O3和I/O4。每个输入/输出端口均包括一对导向二极管，即输入/输出端口I/O1包括导向二极管D1和D2、输入/输出端口I/O2包括导向二极管D3和D4、输入/输出端口I/O3包括导向二极管D5和D6、输入/输出端口I/O4包括导向二极管D7和D8。导向二极管D1、D3、D5和D7的正极均接地、D1的负极接对应的输入/输出端口I/O1和导向二极管D2的正极，导向二极管D2负极与偏置模块3的输出端连接。同样的，D3、D5和D7的负极接对应的输入/输出端口和对应的导向二极管的正极，导向二极管D4、D6和D8负极与偏置模块3的输出端连接。

外置吸收模块2包括电容吸收单元，该电容吸收单元为外置电容C_ESD。其中导向二极管作用如前面所述，电流泄放单元11主要应用于器件级ESD保护；C_ESD为外置电容，用于吸收ESD能量；偏置模块3主要作用是开关电路正常工作时给外置电容C_ESD提供固定的偏置电压。

本实施例的开关电路，通过添加外置电容C_ESD，吸收ESD事件产生的静电流，省去了芯片内部TVS管，极大降低芯片面积成本。通过添加外置电容C_ESD与电流泄放单元的协同作用，可以同时解决器件级ESD事件和系统级ESD事件。

请参看图5，本申请一实施例的偏置模块的电路的结构示意图。

本实施例的偏置模块包括：钳位单元31和开关控制单元32。

所述钳位单元31，用于在所述偏置电压超过钳位电压时输出控制信号。

本实施例中，所述钳位单元31包括齐纳二极管D1、NMOS晶体管M1、NMOS晶体管M2、反相器INV1、INV2、INV3和电阻R1。

齐纳二极管D1的负极连接偏置电压，该偏置电压即第一端的电压V_cap，齐纳二极管D1的正极与NMOS晶体管M1的漏极、M1的栅极和M2的栅极均相连，M1的源极和M2的源极相连接，M2的漏极与反相器INV1的输入端和电阻R1的一端连接，M2的漏极电位为VA，电阻R1的另一端连接第一电压V_SYS，反相器INV1的输出端与INV2的输入端连接，INV2的输出端与INV3的输入端连接，INV2的输出端和INV3的输出端用于在电压V_cap超过钳位电压时输出控制信号，该钳位电压值为齐纳二极管D1的钳位值与NMOS晶体管M1的栅极和源极之间的电压VGS的相加和。

所述开关控制单元32，包括开关器件，所述开关器件的第一连接端连接所述第一电压、第二连接端连接所述偏置电压、第三连接端与所述钳位单元连接，所述开关器件用于根据所述控制信号控制所述第一连接端和所述第二连接端之间断开。

本实施例中，开关控制单元32包括NMOS晶体管M3、NMOS晶体管M4、PMOS晶体管M5、PMOS晶体管M6、齐纳二极管D2、齐纳二极管D3、电阻R2和电阻R3。

NMOS晶体管M3的栅极与反相器INV3的输出端连接、源极与M2的源极连接、漏极与D2的正极连接，D2的正极电位为VB，D2的负极与电阻R2的一端、R3的一端、M5的源极、M6的源极、D3的负极均相连，NMOS晶体管M4的栅极与反相器INV2的输出端连接、源极与M3的源极连接、漏极与M6的漏极连接，M6的漏极电位为VC，M6的栅极与D2的正极和电阻R2的另一端连接，M6的漏极还与D3的正极、R3的另一端和M5的栅极连接，M5的漏极连接第一电压V_SYS。

本实施例的偏置模块的电路原理是:当开关电路正常工作时，即第一端的电压V_CAP<V_{D1_CLAMP}+V_GS1时，其中，V_{D1_CLAMP}为齐纳二极管D1的钳位电压，V_GS1为NMOS晶体管M1的栅极和源极之间的电压，此时NMOS晶体管M1/M2通路无电流；VA端节点电压等于V_SYS，经过反相器逻辑处理，该反相器逻辑包括反相器INV1、INV2和INV3，NMOS晶体管M4下拉管打开，将VC端节点下拉至低电平，使得M5管打开导通，使得V_SYS端节点连接至V_CAP，对V_CAP端节点进行钳位。

当开关电路遭遇到系统级ESD冲击时，V_CAP端电压快速上升，即V_CAP>V_{D1_CLAMP}+V_GS1时，M1/M2通路存在电流；VA端节点电压被M2管下拉至低电平，经过反相器逻辑处理，M3下拉管打开，将VB端节点下拉至低电平，M6管打开，将M5管栅源电压短接，关闭M5管；起到屏蔽V_CAP和V_SYS端节点作用；防止因V_CAP端节点电压太高，导致内部电路失效现象。

请参看图6，其中，a为本申请一实施例的电流泄放单元的结构示意图。

本实施例的电流泄放单元包括四个齐纳二极管，即D41、D42、D43和D44；4个电阻，即R41、R42、R43和R44；4个晶体管，即M41、M42、M43和M44。齐纳二极管D41的负极与第一端的电压Vcap连接，正极与晶体管M41的栅极和电阻R41的一端连接，晶体管M41的漏极连接第一端的电压Vcap，源极与电阻R41的另一端连接。齐纳二极管D42的负极与晶体管M41的漏极连接，正极与晶体管M42的栅极和电阻R42的一端连接，晶体管M42的漏极连接晶体管M41的源极，源极与电阻R42的另一端连接。齐纳二极管D43的负极与晶体管M43的漏极连接，正极与晶体管M43的栅极和电阻R43的一端连接，晶体管M43的漏极连接晶体管M42的源极，源极与电阻R43的另一端连接。齐纳二极管D44的负极与晶体管M44的漏极连接，正极与晶体管M44的栅极和电阻R44的一端连接，晶体管M44的漏极连接晶体管M43的源极，源极与电阻R44的另一端连接，晶体管M44的源极连接地。本实施例中，4个晶体管，即M41、M42、M43和M44均为NMOS晶体管，在其他可选的实施例中，4个晶体管，即M41、M42、M43和M44也可以为PMOS晶体管。

请参看图5中b所示，a中的电路原理图。

图b中，当VA端口电压大于一个NMOS晶体管M40阈值电压和一个齐纳二极管D40击穿电压的时候，会打开晶体管M41对VA端口电压进行泄放，实现静电流泄放。

结合图b，a中电路的静电流泄放过程为：当第一端的电压Vcap大于NMOS晶体管M41、M42、M43、M44的阈值电压、四个齐纳二极管D41、D42、D43、D44的击穿电压的时候，会打开晶体管M41、M42、M43、M44对第一端口电压进行泄放，实现静电流泄放。

由于开关电路芯片存在三种状态，分别是器件级状态，系统级状态及正常工作状态，对应的ESD保护分别为器件级ESD保护、系统级ESD保护和正常工作ESD保护。当开关电路包括偏置模块和外置吸收模块时，可以实现系统级ESD保护及正常工作ESD保护。在器件级ESD保护中，由于不需要外置吸收模块，开关电路需要包括电流泄放单元以实现器件级ESD保护。

下面将分别对该三种情形对本申请的开关电路的ESD保护过程进行介绍。

(1)器件级ESD事件

请参看图7，本申请一实施例的开关电路的结构示意图。

本实施例的开关电路用于器件级ESD保护，器件级ESD保护主要保证IC在制造过程中不受损坏，因此对芯片的单体ESD保护能力提出了挑战。

在这里主要以人体模型(HBM)情形为例，描述器件级ESD的保护通路。

人体模型(Human-Body-Model，HBM)人体静电是引起静电损失和发生意外爆炸的主要和经常的因素，因此国内外对产品的防静电危害要求都是以防人体静电为主，并建立了人体模型(Human Body Model-HBM)，HMB是ESD模型中建立早和主要的模型之一。

当I/O1出现对GND的正向ESD脉冲时，ESD电流通过导向二极管D2触发电流泄放单元开启电压，快速泄放ESD电流，电流通路如图中PS所示。当I/O1出现对GND的负向ESD脉冲时，此时导向二极管D1处于正偏状态，ESD电流通过从GND经导向二极管D1泄放ESD电流，电流通路如图中NS所示。当I/O1出现对I/O3的正向ESD脉冲时，ESD电流经导向二极管D2和偏置模块最终经导向二极管D5泄放ESD电流，起到保护内部器件的作用。

(2)系统级ESD事件

请参看图8，本申请一实施例的开关电路的结构示意图。

本实施例的开关电路用于系统级ESD保护，系统级ESD保护主要是保证IC在终端用户ESD事件不受损坏。在这里又分为第一电压V_SYS不带电级ESD事件和第一电压V_SYS带电系统级ESD事件。下面将分别进行介绍：

当第一电压V_SYS未带电时，I/O1端口出现对GND的正向ESD脉冲时，此时ESD电流经导向二极管D2被外置电容C_ESD吸收。

在系统级ESD测试时，使用IEC61000-4-2标准规定的接触放电静电枪，在第一端施加ESD脉冲，该静电枪的内部结构如图9所示，IEC61000-4-2标准下，接触放电静电枪内部等效电容为150pF(皮法)，所以静电枪内部ESD能量经导向二极管转移至外置电容C_ESD，计算可得IEC模型4-2 8KV条件下V_CAP＝150pF*8kV/C_ESD，由此可以模拟ESD脉冲大小，实现系统级ESD保护。通过外置电容C_ESD吸收ESD能量，降低对内部TVS管泄放能力的苛刻要求，可以省略内部TVS管，减少芯片面积。

图8中的开关电路，当第一电压V_SYS带电时，由于正常工作下第一电压V_SYS通过偏置模块连接至V_CAP进行快速充电，提供稳定的偏置电压。当I/O1端口出现对GND的正向ESD脉冲时，此时ESD电流经导向二极管转移至外置电容C_ESD，同时当V_CAP电压高于偏置模块的检测阈值时，偏置模块断开第一电压V_SYS至V_CAP的连接，对第一电压V_SYS端口及内部器件起到保护作用。

(3)正常工作状态

请参看图10，本申请一实施例的开关电路正常工作状态的结构示意图。

实施例的开关电路在正常工作状态时，第一电压V_SYS需要连接电源，由于需要外置电容C_ESD吸收ESD能量，所以外置电容C_ESD不能选择太小容值。本申请提出全芯片系统级ESD保护方案适用于高速开关，所以当C_ESD电容电压未冲至一固定电位时，高速开关进行信号传输时不可避免会通过导向二极管给C_ESD进行充电，造成信号衰减。为了防止该现象的出现，当第一电压V_SYS上电后，通过偏置模块对外置电容C_ESD进行预充电，在信号传输前给C_ESD提供一个稳定的偏置电压，避免信号衰减。同时，偏置模块内置检测阈值，当端口出现ESD事件时，V_CAP电压高于该检测阈值时，偏置模块快速断开第一电压V_SYS与V_CAP连接。

综上所述，本申请的一种适用于高速开关的全芯片系统级ESD保护方案，一方面可以解决全芯片器件级ESD事件和系统级ESD事件，另一方面端口采用二极管作为导向管寄生电容低，可以提高高速开关带宽，同时通过偏置模块对C_ESD进行预充电，因此本申请的开关电路可适用于高速开关的全芯片系统级ESD保护方案。

本实施例的开关电路，通过添加外置电容C_ESD与电流泄放单元的协同作用，可以应用解决器件级ESD事件和系统级ESD事件。通过二极管作为导向管使用，同时第一电压V_SYS通过偏置模块对V_CAP进行预充电且内置阈值检测，当端口出现ESD事件时，快速断开第一电压V_SYS与V_CAP端口连接，保护内部器件作用。该方案通过二极管作为导向管使用，同时第一电压V_SYS通过偏置模块对V_CAP进行预充电且内置阈值检测，当端口出现ESD事件时，快速断开第一电压V_SYS至V_CAP端口连接，保护内部器件作用。该方案不仅可以作为全芯片系统级ESD保护方案使用，还适用于高速开关，在保证高速开关带宽的同时提高系统级ESD能力。

本申请的实施例还提供一种包括上述电容检测电路的电子设备，例如开关器件等。该电子设备采用上述的开关电路，实现了电子设备的ESD保护，提高了电子设备的稳定性。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种开关电路，其特征在于，包括：高速开关模块和外置吸收模块；

所述高速开关模块，包括第一端和至少一第二端，所述第一端与所述外置吸收模块连接，所述第二端作为所述开关电路的输入/输出端口，所述高速开关模块用于在所述输入/输出端口出现静电放电脉冲时，将产生的静电电流泄放到所述外置吸收模块；

外置吸收模块，位于所述高速开关模块的外部，用于吸收所述静电电流。

2.如权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述开关电路还包括：偏置模块；

所述偏置模块，与所述外置吸收模块连接，用于根据输入的第一电压输出偏置电压；

所述外置吸收模块还用于根据所述偏置电压充电至固定电位。

3.如权利要求2所述的开关电路，其特征在于，所述偏置模块，还用于在所述第一电压大于预设值时，检测所述第一端的电压值，在所述第一端的电压值大于预设阈值时，控制所述偏置模块的输出端与所述第一端断开连接。

4.如权利要求2所述的开关电路，其特征在于，所述外置吸收模块包括电容吸收单元；

所述电容吸收单元的电容值大于第一电容阈值；

所述偏置模块还用于在所述高速开关模块正常工作时将所述电容吸收单元的电容电压充电至所述固定电位。

5.如权利要求3所述的开关电路，其特征在于，所述高速开关模块还包括：与所述输入/输出端口对应的至少一对导向开关管；

所述一对导向开关管中，第一导向开关管的第一导向端与地连接，所述第一导向开关管的第二导向端与所述输入/输出端口连接，第二导向开关管的第一导向端与所述第一导向开关管的第一导向端连接，所述第二导向开关管的第二导向端与所述外置吸收模块连接；

所述第一导向开关管用于在所述输入/输出端口出现对地的反向静电放电电流时导通，所述第二导向开关管用于在所述输入/输出端口出现对地的正向静电放电电流时导通，以将产生的静电电流导向所述第一端。

6.如权利要求5所述的开关电路，其特征在于，所述第一导向开关管为导向二极管；所述第二导向开关管为导向二极管。

7.如权利要求2所述的开关电路，其特征在于，所述偏置模块包括：

钳位单元和开关控制单元；

所述钳位单元，用于在所述偏置电压超过钳位电压时输出控制信号；

所述开关控制单元，包括开关器件，所述开关器件的第一连接端连接所述第一电压、第二连接端连接所述偏置电压、第三连接端与所述钳位单元连接，所述开关器件用于根据所述控制信号控制所述第一连接端和所述第二连接端之间断开。

8.如权利要求2所述的开关电路，其特征在于，所述高速开关模块还包括电流泄放单元；

所述电流泄放单元连接于所述偏置模块的输出端和地之间，用于在器件级静电放电保护中将产生的静电电流导向地。

9.如权利要求4所述的开关电路，其特征在于，所述第一电容阈值范围为0.1微法至1微法。

10.如权利要求4所述的开关电路，其特征在于，所述外置吸收模块还包括瞬态电压抑制器；

所述瞬态电压抑制器连接于所述第一端和地之间。

11.如权利要求1-10中任意一项所述的开关电路，其特征在于，所述开关电路包括通用串行总线开关电路。

12.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-11中任意一项所述的开关电路。

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