CN2580605Y - 具有静电释放保护功能的集成电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有静电释放保护功能的集成电路，此具有静电释放保护功能的集成电路包含一电感器与一电容器，此电感器与电容器于一操作频率时可抵消静电释放保护组件所产生的阻抗值，于一操作频率下，由选择具有适当阻抗值的静电释放保护组件、电容器与电感器，可消除静电释放保护组件所引起的不匹配现象。

Description

具有静电释放保护功能的集成电路

技术领域

本实用新型涉及一种具有静电释放保护功能的集成电路，特别是有关于一种具有静电释放保护功能同时不会造成阻抗不匹配问题的集成电路。

背景技术

当集成电路发生静电释放(Electrostatic Discharge)时非常容易受到损坏，而当静电释放时对于人体而言，感受可能只是短暂的。不过对于集成电路而言，所造成的损坏却常是永久性难以复原。静电释放所产生的能量通常大到足以摧毁集成电路的线路，引起集成电路的完全失效，或造成集成电路以不可测的方式运作，或是使集成电路内产生缺陷而导致集成电路的寿命缩短。静电释放现象可能在任何时刻发生，不过大部份的静电释放现象是发生在集成电路于晶圆上制造的阶段，或是集成电路封装与固定于电路板上的阶段。

一般多利用外加组件来吸收释放静电以保护集成电路使其免于受到静电释放现象的破坏，但此外加组件不会造成集成电路运作的不良影响。外加组件可为简单的保险丝、二极管或是较复杂的电路，例如接地的N型金属氧化物半导体晶体管(NMOS)或二极晶体管。不过对于高性能高频的集成电路而言，静电释放保护电路的电容却会限制并降低集成电路的效能。

图1显示一用于保护射频电路的传统静电释放保护电路。静电释放保护二极管106与108分别连接至Vcc电源与Vss接地。静电释放保护二极管106与108位于一输入/输出垫102与一射频电路104之间。静电释放保护二极管106与108提供一静电释放路径以释放产生的大量静电。静电释放保护二极管106与108的尺寸通常都必须尽量放大以利有效释放大量静电电流，也就是当静电释放保护二极管106与108的尺寸越大时，静电释放保护二极管106与108的保护效能也就越好。不过大尺寸静电释放保护二极管106与108却会造成不可避免的副作用，特别是会造成较大的负载电容，而较大的负载电容于高频率运作时却会产生阻抗不匹配的现象。此外，额外的负载电容也会使高频射频电路的信号失准。因此为了要减少会降低射频电路性能的多余负载电容，却又必须减少静电释放保护组件的尺寸以将所产生的负载电容降至最低。不过减少静电释放保护组件的尺寸又必须牺牲静电释放保护组件的保护功能。因此究竟是要增加静电释放保护组件的尺寸以提高静电释放保护组件的保护功能但却得增加额外的负载电容，或是要减少静电释放保护组件的尺寸以降低额外的负载电容，却又同时牺牲静电释放保护组件的保护功能，便陷入两难。

有鉴于上述的问题，因此非常有必要提出一种具有静电释放保护功能的集成电路，使得上述传统的问题能被解决，而这正是本实用新型提出的目的。

发明内容

本实用新型的一目的为提供一种具有静电释放保护功能的集成电路，以消除由静电释放保护组件尺寸增加所引起的负载电容，并使静电释放保护组件所造成的阻抗降至零。

本实用新型的又一目的为提供一种具有静电释放保护功能的集成电路，以兼顾静电释放保护组件的的保护功能与所产生的额外负载电容问题。

本实用新型的另一目的为提供一种具有静电释放保护功能的集成电路，特别是用于高频射频电路的具有静电释放保护功能的集成电路。

为了达成上述的目的，本实用新型提出一种具有静电释放保护功能的集成电路。此具有静电释放保护功能的集成电路包含一第一与一第二电源供应线、串联于该第一与该第二电源供应线之间的一第一与一第二静电释放保护组件、一电感器与一电容器。其中该电感器连接于一位于一输入/输出垫与一射频电路间的第一电极及一位于该第一与该第二静电释放保护组件之间的第二电极之间，而该电容器连接于该第一电极及该第二电源供应线之间。

在本实用新型的另一实施例中，此具有静电释放保护功能的集成电路包含一第一与一第二电源供应线、一第一静电释放保护组件及串联于该第一电极与该第二电源供应线之间的一电感器与一第二静电释放保护组件。其中该第一静电释放保护组件连接于该第一电源供应线与一位于一输入/输出垫与一射频电路间的第一电极之间。

上述有关实用新型的简单说明及以下的详细说明仅为范例并非限制。其它不脱离本实用新型的精神的等效改变或修饰均应包含在的本实用新型的权利要求书之内。

附图说明

图1显示一传统静电释放保护电路；

图2A显示本实用新型的静电释放保护电路的一实施例；

图2B显示本实用新型的静电释放保护电路的另一实施例；

图2C显示于交流电模式运作时图2A与图2B中所示的电路的等效电路；

图3A显示具有接地闸极的N型金属氧化物半导体晶体管；

图3B显示具有与源极连接的闸极的P型金属氧化物半导体晶体管；

图3C显示一二极管；

图3D显示具有位于基极与射极的间的电阻器的NPN二极电极体；

图4A显示图2C所示的等效电路的总阻抗值随操作频率改变的情形；

图4B显示图2C所示的电感器、等效电容器的等效总阻抗值随操作频率改变的情形。

图中符号说明

20    电源供应线

22    电源供应线

102   输入/输出垫

104   射频电路

106   静电释放保护二极管

108   静电释放保护二极管

202   输入/输出垫

204   射频电路

206   静电释放保护组件

208   静电释放保护组件

210   电感器

212   电容器

214   静电释放保护组件

216   静电释放保护组件

220   等效阻抗负载

222   等效电容器

224   等效电容器

302   N型金属氧化物半导体晶体管

304   闸极

306   P型金属氧化物半导体晶体管

308   闸极

310   二极管

312   NPN二极电极体

314    电阻器

具体实施方式

在此必须说明的是以下描述的电路并不包含完整的射频与静电释放电路。本实用新型可以借助各种电路技术来实施，在此仅提及了解本实用新型所需的技术与组件。

以下将根据本实用新型的附图做详细的说明，请注意图标均为简单的形式且未依照比例描绘，而尺寸均被夸大以利于了解本实用新型。

参考图2A所示，显示本实用新型的静电释放保护电路的一实施例。静电释放保护电路连接于电源供应线20与22之间，以保护一射频电路204使其免于受到静电释放的破坏。电源供应线20可供以一电压Vcc，而电源供应线22则接地。一用于接收输入讯号与提供由射频电路204产生的讯号的输入/输出垫202则连接至射频电路204。图2A同时显示串联于电源供应线20与22之间的静电释放保护组件206与208。一电感器210则连接于一位于输入/输出垫202与射频电路204间的电极及一位于静电释放保护组件206与208之间的电极之间。一电容器212则连接于一位于输入/输出垫202与射频电路204间的电极及电源供应线22之间。电容器212仅为一范例，而可由其它电路组件取代，例如一金属氧化物半导体电容器。

参考图2B所示，显示本实用新型的静电释放保护电路的另一实施例。静电释放保护电路连接于电源供应线20与22之间，以保护一射频电路204使其免于受到静电释放的破坏。图2B同时显示一静电释放保护组件214、电感器210与一静电释放保护组件216串联于电源供应线20与22之间。静电释放保护组件214连接于电源供应线20及位于输入/输出垫202与射频电路204间的电极。电感器210与静电释放保护组件216则串联于输入/输出垫202与射频电路204间的电极及电源供应线22之间。电源供应线20可供以一电压Vcc，而电源供应线22则接地。

射频电路204可为一行动电话的射频收发电路。一般而言，静电释放保护电路为在正常电路运作时为断路，只有在静电释放时充作释放静电电流的路径。静电释放保护组件206、208、214与216包含各种可用于静电释放时电路保护的组件或电路，而电路可由单一组件或是多个组件构成。例如分别示于图3A至图3D的是具有一接地闸极304的N型金属氧化物半导体晶体管(NMOS)302、一具有与源极(电压Vcc)连接的闸极308的P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)306、一二极管310与一具有一位于基极与射极之间的电阻器314的NPN二极电极体312。

图3C所示的二极管310可被视为图2A与图2B所示的静电释放保护组件206、208、214与216。当二极管被用作为图2A与图2B所示的静电释放保护组件206、208、214与216时，其运作方式为如下所述。若一电位低于接地的电源供应线22的静电释放现象发生于输入/输出垫202时，则静电电流由图2A中的静电释放保护二极管208或是图2B中所示的静电释放保护二极管216。若一电位高于接地的电源供应线22的静电释放现象发生于输入/输出垫202时，则静电电流由图2A中的静电释放保护二极管206或是由图2B中所示的静电释放保护二极管214经一电路回到接地电位。若一电位高于具有电压Vcc的电源供应线20的静电释放现象发生于输入/输出垫202时，则静电电流由图2A中的顺向偏压静电释放保护二极管206或是图2B中所示的顺向偏压静电释放保护二极管214释放至电源供应线20。若一电位低于具有电压Vcc的电源供应线20的静电释放现象发生于输入/输出垫202时，则静电电流由图2A中的静电释放保护二极管208或是由图2B中所示的静电释放保护二极管216。

图3A所示的具有接地闸极304的N型金属氧化物半导体晶体管302可用作为静电释放保护组件208与216，配合可用作为静电释放保护组件206与214的图3C所示的二极管310或图3B所示的具有与源极(电压Vcc)连接的闸极308的P型金属氧化物半导体晶体管306。闸极304接地的N型金属氧化物半导体晶体管302将发生于输入/输出垫202的静电电流导向电源供应线22，而用作为静电释放保护组件206与214的源极(电压Vcc)连接闸极308的P型金属氧化物半导体晶体管306则崩溃以释放静电电流。图3D所示的具有位于基极与射极之间的电阻器314的NPN二极晶体管(Bipolar Transistor)312则可用作为静电释放保护组件208与216，配合可用作为静电释放保护组件206与214的图3C所示的二极管310。

图2C显示于交流电模式(AC Mode)运作时图2A与图2B中所示的电路的等效电路。于一运作频率之下，由选择具有适当阻抗值的静电释放保护组件与电感器，图2A与图2B中所示的静电释放保护电路与其等效电路在排除输入/输出垫202与射频电路204后的阻抗值可达到零。图2A中加入电感器210与电容器212可抵消或补偿由静电释放保护组件214与216所产生的阻抗。图2B中加入电感器210可抵消或补偿由静电释放保护组件206与208所产生的阻抗。交流电模式(AC Mode)下进行仿真，图2C所示的等效电路的仿真结果则示于图4A与图4B。射频电路204的等效阻抗负载220的阻抗值为50欧姆。图4A显示图2C所示的等效电路的总阻抗值随操作频率改变的情形。图2C所示的等效电路的总阻抗值于操作频率2.5GHz时达50欧姆，亦即等于射频电路204的等效阻抗负载220的阻抗值。于操作频率达2.5GHz时，电感器210、等效电容器222与224的总阻抗值为0。图4B显示电感器210、等效电容器222与224的等效总阻抗值随操作频率改变的情形。电感器210、等效电容器222与224的总阻抗值于操作频率达2.5GHz时达到0表示此时由静电释放保护组件所造成的阻抗值不匹配现象已被抵消。本实用新型可应用于高频射频电路，其中以射频操作频率范围介于900MHz至10GHz之间为主，但不限于此频率范围。

上述有关实用新型的详细说明仅为范例并非限制。其它不脱离本实用新型的精神的等效改变或修饰均应包含在的本实用新型的权利要求书之内。

Claims (10)

1.一种具有静电释放保护功能的集成电路，其特征在于，该集成电路至少包含：

一第一与一第二电源供应线；

串联于该第一与该第二电源供应线之间的一第一与一第二静电释放保护组件；

一电感器，该电感器连接于一位于一输入/输出垫与一射频电路间的第一电极及一位于该第一与该第二静电释放保护组件之间的第二电极之间；及

一电容器，该电容器连接于该第一电极及该第二电源供应线之间。

2.如权利要求1所述的具有静电释放保护功能的集成电路，其特征在于，上述的该第一电源供应线连接至一电压Vcc。

3.如权利要求1所述的具有静电释放保护功能的集成电路，其特征在于，上述的该第二电源供应线接地。

4.如权利要求1所述的具有静电释放保护功能的集成电路，其特征在于，上述的该第一与该第二静电释放保护组件包含二极管。

5.如权利要求1所述的具有静电释放保护功能的集成电路，其特征在于，上述的该第一静电释放保护组件包含一具有与其源极连接的闸极的P型金属氧化物半导体晶体管。

6.如权利要求1所述的具有静电释放保护功能的集成电路，其特征在于，上述的该第二静电释放保护组件包含一具有接地闸极的N型金属氧化物半导体晶体管。

7.如权利要求1所述的具有静电释放保护功能的集成电路，其特征在于，上述的该第二静电释放保护组件包含一具有位于基极与射极之间的电阻器的NPN双极晶体管。

8.如权利要求1所述的具有静电释放保护功能的集成电路，其特征在于，上述的该射频电路射频操作频率范围介于900MHz至10GHz之间。

9.一种具有静电释放保护功能的集成电路，其特征在于，该集成电路至少包含：

一第一与一第二电源供应线；

一第一静电释放保护组件，该第一静电释放保护组件连接于该第一电源供应线与一位于一输入/输出垫与一射频电路间的第一电极之间；及

串联于该第一电极与该第二电源供应线之间的一电感器与一第二静电释放保护组件。

10.如权利要求9所述的具有静电释放保护功能的集成电路，其特征在于，上述的该射频电路射频操作频率范围介于900MHz至10GHz之间。

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