CN2671286Y - 一种实现esd防护的二极管电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种实现ESD防护的二极管电路，以解决现有技术中存在的适用频段的场合有限、对射频电路的输出功率和接收灵敏度影响大、易造成信号限幅失真的问题。该二极管电路由第一二极管和第二二极管组成，其中，该第一二极管的一端和输入端相联结，另一端和电源相联结；该第二二极管的一端和输入端相联结，另一端和地相联结。本实用新型为高频率、高电平的射频电路提供了双向较好的静电放电ESD保护，把射频端口的抗静电能力从一般的几百伏到一千伏提高到8kV以上，可以保证大多数情况下的静电放电ESD干扰对系统不会造成任何影响。

Description

一种实现ESD防护的二极管电路

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，具体来说是涉及一种实现ESD(ElectroStatic Discharge)防护的二极管电路。

背景技术

静电放电ESD(ElectroStatic Discharge)现象是在日常生活中最常见到的物理现象，静电放电能够给电子线路带来大量的危害，尤其是对于射频(RF：Radio Frequency)射频电路，因为射频电路大多数采用MOS工艺，防静电能力非常低，一般只能达到200V～300V的抗静电能力，少数可以达到1000V。但是在实际操作过程中，如进行产品的生产、安装、维护等时，产生的静电电压可能可以达到几千伏甚至上万伏，这么高的静电电压非常容易造成射频电路失效。因此，如何对这些射频电路进行静电保护，尤其是天线端口的静电放电ESD防护，已经成为业界普遍关注的一个重要问题。

针对上述问题，现有技术提出了两种解决方案。

第一种是采用TVS(Transient Voltage Suppressors：瞬态电压抑制)二极管实现静电放电ESD防护，如图1所示，该种电路是利用TVS二极管的高速开关性能完成。在正常使用时，由于射频信号的幅度是很低的，该TVS二极管处于开路状态；当有静电放电ESD时，由于静电的高电压使该TVS二极管迅速导通，将静电短路到地进行释放，保护了内部电路等后级的器件。

然而，这种静电放电ESD防护电路，由于选择了低电容TVS二极管，所以应用的最高工作频率有限，只能适用于几百兆赫兹频段以内，远远不能满足现在高频(如1GHz以上)射频电路的需求，另外，该电路对射频电路的输出功率和接收灵敏度影响大。

第二种是采用快速二极管实现静电放电ESD防护，如图2所示，这种电路结构简单，使用广泛，利用两个双向的开关二极管D3高速的开关性能来完成。在正常使用时，由于射频信号的幅度很低，开关二极管D3处于开路状态；当有静电放电ESD时，由于静电的高压使二极管迅速导通，将静电短路到地，保护了后级的器件。

但是，这种电路存在以下不足：1、不能直接应用于信号电平为3dBm以上的射频电路的端口，否则会造成信号限幅失真；2、不适用于工作在1GHz以上频段的场合，由于该电路受结电容影响，会严重影响射频电路信号端口的阻抗匹配状态。

实用新型内容

本实用新型提出了一种实现ESD防护的二极管电路，以解决现有技术中存在的适用频段的场合有限、对射频电路的输出功率和接收灵敏度影响大、易造成信号限幅失真的问题。

为了解决上述问题，本实用新型的解决方案是：

一种实现ESD防护的二极管电路，该二极管电路由第一二极管和第二二极管组成，其中，

该第一二极管的一端和输入端相联结，另一端和电源相联结；

该第二二极管的一端和输入端相联结，另一端和地相联结。

该二极管电路还包含有电容，该电容一端和电源相联结，另一端和地相联结。

所述的第一二极管和第二二极管为快速开关二极管。所述的电容为高频旁路电容。

所述的电容和电源的联接点位于靠近所述的第一二极管负极端的位置。

本实用新型所述的实现静电放电ESD防护的二极管电路，在采用双向快速响应二极管设计理念的基础上进行改进，通过在第一二极管和第二二极管之间施加了反向偏压，减小了二极管的结电容，从而其不但适用于工作频率在1GHz以下或工作电平在3dBm以下的射频电路的静电放电ESD防护，而且也可以直接用在信号工作电平达3dBm以上和工作频率在1GHz以上的射频电路的静电放电ESD防护的场合。本实用新型为高频率、高电平的射频电路提供了双向较好的静电放电ESD保护，把射频端口的抗静电能力从一般的几百伏到一千伏提高到8kV以上，可以保证大多数情况下的静电放电ESD干扰对系统不会造成任何影响。

附图说明

图1是现有技术中TVS二极管实现静电放电ESD防护的系统结构示意图；

图2是现有技术中快速二极管实现静电放电ESD防护的电路示意图；

图3是本实用新型实施例的电路原理图；

图4是快速二极管的扩散电容Cd和外加电压的分布曲线示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型实施例，下面首先简单介绍一下二极管的有关知识：

二极管的核心是PN结，其是在一块完整的硅片上，用不同的渗杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，从而在两种半导体的交界面附近就形成了PN结。PN结具有单向导电性，同时其还有一定的电容效应，其电容为结电容Cj，包含有势垒电容Cb和扩散电容Cd，其中：Cj＝Cb+Cd。在正向偏置时，结电容Cj一般以扩散电容Cd为主，在反向偏置时，结电容Cj一般以势垒电容Cb为主，而反向偏置电压越高，势垒电容Cb就越小。正常情况，势垒电容Cb和扩散电容Cd一般都很小，当工作频率很高或者正向电流较大时，就需要考虑结电容Cj的影响了，如在高频时的静电放电高压现象。

本实施例所述的一种实现ESD防护的二极管电路，如图3所示，该二极管电路由电容Cp、第一二极管D1和第二二极管D2组成，其中，该第一二极管D1的正极端和输入端IN相联结，负极端和电源Vcc相联后，再通过该电容Cp和地GND相联结；该第二二极管D2的负极端和输入端IN相联结，正极端和地GND相联结。第一二极管D1和第二二极管D2均为快速响应开关二极管。

本实施例通过将第一二极管D1的负极端联接正向的电源Vcc，而现有技术中其是和地GND相连的，电源Vcc经第一二极管D1和第二二极管D2的反向电流使第一二极管D1、第二二极管D2偏置，偏压各为Vcc/2，不再需要额外的电源就获得了反向偏置的效果，从而减小了第一二极管D1和第二二极管D2的结电容。这一点，对提高静电放电ESD防护的工作频率很重要，如图4所示为快速二极管的扩散电容Cd和外加电压的分布曲线示意图，从中可以看到，零偏置时的结电容Cd为1.5PF，而偏压为4～16V时Cd大大减小，在0.5PF以下。

另外，反向偏置电压的存在还可以有效地防止被保护射频电路输入端的高电平限幅问题。由于二极管是否导通取决于二级管两端的电压差，如果负端的电压等于0，当正端的电压大于某个值就会导通，该值假设为0.7V(取决于二极管的类型，如为0.3～0.4V等)，即发生电平限幅。本实施例中负端的电压为反向偏置电压Vcc/2，那么二极管的导通电压为Vcc/2+0.7V，也就是被保护输入端的限幅电平就提高了。

为了同时获得最佳的保护效果，必须尽量使得被保护电路的串联寄生电感最小。众所周知，电感上的电流不能跳变，所述的串联寄生电感的存在阻碍了静电放电ESD防护时电流的顺利泄放，所以对ESD电流的快速泄放不利。本实施例中为了不使电源Vcc对瞬变静电放电ESD电流表现出高阻抗，在电源Vcc与地GND之间设置了一个高频旁路电容Cp来实现对正负极性静电放电ESD的双向保护，实际布线时高频旁路电容Cp应紧靠近第一二极管D1的负极端。高频旁路电容Cp为大小为0.1～0.2μF的瓷介高频电容，从而尽量减小寄生电感。

当被保护的射频电路的输入端出现静电的高电压时，可以分为两种情形：即正极性的高电压或者负极性的高电压。当输入正极性的瞬变静电放电ESD脉冲时，第一二极管D1导通并经高频旁路电容Cp泄放到地GND；当输入负极性的瞬变静电放电ESD脉冲时，直接经第二二极管D2泄放到地GND。

本实施例通过提高二极管的反向偏置电压可以降低结电容的特性，来减小甚至避免二极管影响被保护电路的信号质量及阻抗特性，从而使被保护射频电路的工作频率在1GHz以上。同时利用提高二极管的反向偏置电压来提高被保护电路的工作电平，使得被保护射频电路的工作电平在3dBm以上。

Claims (7)

1、一种实现ESD防护的二极管电路，其特征在于，该二极管电路由第一二极管和第二二极管组成，其中，

该第一二极管的一端和输入端相联结，另一端和电源相联结；

该第二二极管的一端和输入端相联结，另一端和地相联结。

2、如权利要求1所述的一种实现ESD防护的二极管电路，其特征在于：该第一二极管的正极端和输入端相联结，负极端和正向的电源相联结；该第二二极管的负极端和输入端相联结，正极端和地相联结。

3、如权利要求1或2所述的一种实现ESD防护的二极管电路，其特征在于：该二极管电路还包含有电容，该电容一端和电源相联结，另一端和地相联结。

4、如权利要求1或2所述的一种实现ESD防护的二极管电路，其特征在于：所述的第一二极管和第二二极管为快速开关二极管。

5、如权利要求3所述的一种实现ESD防护的二极管电路，其特征在于：所述的电容为高频旁路电容。

6、如权利要求3所述的一种实现ESD防护的二极管电路，其特征在于：所述的电容为大小为0.1～0.2μF的瓷介高频电容。

7、如权利要求3所述的一种实现ESD防护的二极管电路，其特征在于：所述的电容和电源的联接点位于靠近所述的第一二极管负极端的位置。

Images