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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf integrierte Schaltungen, insbesondere auf den elektrostatischen Schutz von Eingangsanschlüssen für integrierte Schaltungen.
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Integrierte Schaltungen (ICs) können spezifische Schaltungen enthalten, um sie vor ESD-Ereignissen durch elektrostatische Entladung an ihren Eingangs-/Ausgangs-E/A-Pads zu schützen. Die Erfüllung dieser ESD-Schutzanforderung kann eine Herausforderung darstellen, wenn breitbandige Hochfrequenzsignale über die E/A-Pads der IC übertragen und/oder empfangen werden.
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Insbesondere ist die Implementierung von ESD-Schutzmaßnahmen in Transceiver-Schaltungen von Bedeutung, die in modernen Breitband-Kommunikationssystemen verwendet werden, in denen Signale mit Leistungsspektralverteilungen im Frequenzbereich von 1 bis 100 GHz über verlustreiche drahtgebundene Kanäle übertragen werden. Typische Kanäle bestehen aus Kupferleiterbahnen auf Leiterplatten, Steckverbindern und Kabeln, und sie können an ihren Enden eine angepasste Impedanz aufweisen, die entweder durch den Übertragungsstandard definiert oder durch Optimierung wie etwa auf Geschwindigkeit, Leistung und Signalintegrität ausgewählt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die Erfindung eine elektrostatische Schutzvorrichtung zum Schutz eines Eingangsanschlusses einer elektronischen Schaltung bereit. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst eine gestapelte Spulenbaugruppe mit vier Anschlüssen. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner eine Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung oder eine Schutzschaltung gegen elektrostatische Entladungen. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner eine Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner eine Impedanzanpassungsschaltung. Die Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung, die Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung und die Impedanzanpassungsschaltung sind mit separaten Anschlüssen verbunden, die aus den vier Anschlüssen ausgewählt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die Erfindung ferner eine integrierte Schaltung bereit, die die elektrostatische Schutzvorrichtung zum Schutz eines Eingangsanschlusses einer elektronischen Schaltung enthält.
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Figurenliste
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Im Folgenden:
- 1 veranschaulicht eine Ausführungsform einer elektrostatischen Schutzvorrichtung.
- 2 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform einer elektrostatischen Schutzvorrichtung.
- 3 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform einer elektrostatischen Schutzvorrichtung.
- 4 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform einer elektrostatischen Schutzvorrichtung.
- 5 veranschaulicht einen Teil einer Ausführungsform einer integrierten Schaltung.
- 6 zeigt eine Draufsicht auf eine gestapelte Spulenbaugruppe.
- 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der gestapelten Spulenbaugruppe aus 6.
- 8 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht der gestapelten Spulenbaugruppe aus 6.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Gleich nummerierte Elemente in diesen Figuren sind entweder gleichwertige Elemente oder erfüllen die gleiche Funktion. Elemente, die zuvor besprochen wurden, werden in späteren Figuren nicht unbedingt diskutiert, wenn die Funktion äquivalent ist.
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Die Verwendung einer gestapelten Spulenbaugruppe mit vier Anschlüssen, wobei jeder der Anschlüsse separat mit der ESD-Schutzschaltung des Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung, der ESD-Schutzschaltung des Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung und der Impedanzanpassungsschaltung verbunden ist, kann eine Erhöhung sowohl der Bandbreite als auch der Signalübertragung für die elektrostatische Schutzvorrichtung ermöglichen. Die Verwendung der Vorrichtung mit vier Anschlüssen kann im Vergleich zu ähnlichen gestapelten Spulenbaugruppen mit drei Anschlüssen eine Erhöhung der Bandbreite um etwa 2 und eine größere Augenöffnung ermöglichen.
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In einigen Ausführungsformen beziehen sich sowohl die Human-Body-Model(HBM)-Elektro-Static-Discharge(ESD)-Schutzschaltung als auch die Charge-Device-Model(CDM)-ESD-Schutzschaltung möglicherweise auf ESD-Schutzschaltungen, die Klemmschaltungen, wie z.B. Dioden, enthalten, die mit beiden Stromversorgungsschienen verbunden sind. Die HBM- und CDM-ESD-Geräte können in der Praxis auch eine Kapazität gegen Erde enthalten, die durch die parasitäre Verdrahtungskapazität der Dioden verursacht wird, bei der CDM-Diode durch die parasitäre Diode und die RX-Eingangskapazität. Das Charge-Device-Modell ESD kann außerdem einen Widerstand in Reihe mit einem Eingang enthalten, der den Strom begrenzt.
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Die Impedanzanpassungsschaltung kann z.B. eine Induktivität parallel zur Kapazität oder ein Widerstand parallel zur Kapazität zur Impedanzanpassung eines Eingangs an einen Ausgang der elektrostatischen Schutzvorrichtung sein. In einigen Beispielen kann ein Widerstand für die Impedanzanpassung verwendet werden. Ein Widerstand mit einem Wert von z.B. 50 Ohm kann in vielen Fällen verwendet werden.
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In einer anderen Ausführungsform kann die gestapelte Spulenbaugruppe eine erste Spule, eine zweite Spule und eine dritte Spule umfassen. Die Verwendung der ersten, zweiten und dritten Spule in der gestapelten Spulenbaugruppe stellt eine größere Anzahl von Entwurfsparametern bereit. Zum Beispiel kann die Positionierung der ersten Spule und der zweiten Spule relativ zueinander eingestellt werden, ebenso wie die Einstellung der Position einer dritten Spule relativ zur zweiten Spule. Wenn die erste Spule, die zweite Spule und die dritte Spule in einem Stapel angeordnet sind, kann die erste Spule in Bezug auf die zweite Spule zweidimensional und die zweite Spule in Bezug auf die dritte Spule zweidimensional verschoben werden. Damit stehen vier frei wählbare Konstruktionsparameter zur Verfügung. Auch die Größe der Spulen relativ zueinander kann gewählt werden, was eine Anpassung der Kopplungskoeffizienten der Spulen zur Folge haben kann. Einige der Spulen können positive Kopplungskoeffizienten relativ zueinander haben und einige können auch negative Kopplungskoeffizienten relativ zueinander haben. Dies stellt zusätzliche Freiheitsgrade im Entwurfsprozess zur Verfügung.
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In einem Beispiel der obigen Ausführungsform können die erste Spule, die zweite Spule und die dritte Spule jeweils planare Spulen sein. Die Herstellung der Spulen als planare Spulen kann es ermöglichen, die elektrostatische Schutzvorrichtung auf einer kleinen Fläche einzubauen und sie mit Hilfe von Standard-Halbleiterfertigungstechniken herzustellen. Die erste Spule, die zweite Spule und die dritte Spule können zusätzlich Zwei-Anschluss-Spulen sein. Eine Spule mit zwei Anschlüssen, wie sie hier verwendet wird, umfasst eine Spule, die einen Eingang und einen Ausgang hat. Die erste Spule, die zweite Spule und die dritte Spule können in unterschiedlichen Anordnungen miteinander verbunden werden, um die gestapelte Spulenbaugruppe mit vier Anschlüssen zu bilden.
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In einigen Ausführungsformen überlappt sich die erste Spule zumindest teilweise mit der zweiten Spule. Die zweite Spule überlappt sich zumindest teilweise mit der dritten Spule. In einigen Ausführungsformen kann sich die erste Spule auch zumindest teilweise mit der dritten Spule überlappen. Die Überlappung der ersten, zweiten und/oder dritten Spule kann ein Mittel zur Einstellung der Kopplung zwischen den verschiedenen Spulen zur Verfügung stellen. Dies kann bei der Einstellung der Parameter der elektrostatischen Schutzvorrichtung hilfreich sein.
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In einer anderen Ausführungsform hat die erste Spule eine erste Achse. Die zweite Spule hat eine zweite Achse. Die dritte Spule hat eine dritte Achse. Die erste Achse, die zweite Achse und die dritte Achse ist eine Symmetrieachse. Die erste Achse, die zweite Achse und die dritte Achse können entweder ein Zentrum sein, durch das eine Achse verläuft, oder, wie bereits erwähnt, eine Symmetrieachse. Die erste Achse kann in einigen Ausführungsformen von der zweiten Achse versetzt sein. Die zweite Achse kann in einigen Ausführungsformen von der dritten Achse versetzt sein. Die erste Achse kann in einigen Ausführungsformen von der dritten Achse versetzt sein. Ebenso kann die zweite Achse in einigen Ausführungsformen von der dritten Achse versetzt sein. Wenn die verschiedenen Achsen gegeneinander versetzt sind, kann die Abstimmung der Kopplung zwischen der ersten Spule, der zweiten Spule und/oder der dritten Spule ermöglicht werden.
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In einer anderen Ausführungsform ist die erste Spule induktiv mit der zweiten Spule gekoppelt. Die zweite Spule ist induktiv mit der dritten Spule gekoppelt. Die erste Spule ist mit der dritten Spule induktiv gekoppelt. Die Kopplung der drei Spulen miteinander ermöglicht die Einstellung der Schaltung. In einigen Ausführungsformen sind die Kopplungskoeffizienten zwischen der ersten Spule, der zweiten Spule und der dritten Spule alle positiv. In anderen Ausführungsformen können die erste Spule, die zweite Spule und/oder die dritte Spule auch negative Kopplungskoeffizienten in Bezug aufeinander haben.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst die elektrostatische Schutzvorrichtung einen ersten Anschluss der vier Anschlüsse, der mit einem externen Eingangsanschluss verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Anschluss der vier Anschlüsse, der mit der Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen dritten Anschluss, der mit der Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen vierten Anschluss der vier Anschlüsse, der mit der Impedanzanpassungsschaltung verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen internen Eingangsanschluss, der für den Anschluss zwischen dem Eingangsanschluss der elektronischen Schaltung und der Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung konfiguriert ist. Das Design der Schaltung kann sowohl Hochfrequenzsignale zwischen dem internen Eingangsanschluss als auch dem externen Eingangsanschluss ermöglichen. Zusätzlich kann dieser Entwurf einen geringen Signalverlust zwischen dem externen Eingangsanschluss und dem internen Eingangsanschluss bereitstellen. Der interne Eingangsanschluss kann mit einem Eingangsanschluss der elektronischen Schaltung verbunden werden.
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In einer anderen Ausführungsform ist der erste Anschluss mit einem ersten Eingang der ersten Spule verbunden. Der zweite Anschluss ist mit einem zweiten Eingang der ersten Spule und einem ersten Eingang der zweiten Spule verbunden. Der dritte Anschluss ist mit einem zweiten Eingang der zweiten Spule und einem ersten Eingang der dritten Spule verbunden. Der vierte Anschluss ist mit einem zweiten Eingang der dritten Spule verbunden.
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1 veranschaulicht ein konkretes Beispiel einer elektrostatischen Schutzvorrichtung 100 gemäß der obigen Ausführungsform. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst eine gestapelte Spulenbaugruppe 102. Die gestapelte Spulenbaugruppe umfasst eine erste Spule 104, eine zweite Spule 106 und eine dritte Spule 108. 110 stellt einen Kopplungskoeffizienten zwischen der ersten Spule 104 und der zweiten Spule 106 dar. 112 stellt einen Kopplungskoeffizienten zwischen der zweiten Spule 106 und der dritten Spule 108 dar. 114 stellt einen Kopplungskoeffizienten zwischen der ersten 104 und der dritten Spule 108 dar. Die gestapelte Spulenbaugruppe 102 hat einen ersten Anschluss 118, einen zweiten Anschluss 120, einen dritten Anschluss 122 und einen vierten Anschluss 124. Die erste Spule 104 hat einen ersten Eingangsanschluss 126, der mit dem ersten Anschluss 118 verbunden ist. Der zweite Anschluss 120 ist mit einem zweiten Eingang 128 der ersten Spule 104 und einem ersten Eingang 130 der zweiten Spule 106 verbunden. Der dritte Anschluss 122 ist mit einem zweiten Eingang 132 der zweiten Spule 106 und einem ersten Eingang 134 der dritten Spule 108 verbunden. Der vierte Anschluss 124 ist mit einem zweiten Eingang 136 der dritten Spule 108 verbunden. Die Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung 138 ist mit dem dritten Anschluss 122 verbunden. Die Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung 140 ist mit dem zweiten Anschluss 120 verbunden. Es gibt eine Impedanzanpassungsschaltung 142, die an den vierten Anschluss 124 angeschlossen ist. Die Impedanzanpassungsschaltung 142 ist als Widerstand und eine Kapazität in Parallelschaltung dargestellt. Der Widerstandswert wird als Anpassungsimpedanz gewählt, die in vielen Fällen 50 Ohm beträgt. Die Kapazität ist so dargestellt, dass sie eine 50fF-Kapazität enthält. Diese Kapazität stellt eine parasitäre Kapazität des Widerstandes dar.
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Ein externer Eingangsanschluss 144 ist mit dem ersten Anschluss 118 verbunden. Ein interner Eingangsanschluss 146 ist mit der Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung 140 verbunden. Die mechanische Einstellung der Größe der Spulen 104, 106, 108 zusätzlich zur Positionierung, die die Kopplungskoeffizienten 110, 112, 114 sowie die Kapazitäten 116 einstellt, stellt ein Mittel zur Einstellung der elektrostatischen Schutzvorrichtung 100 bereit, so dass eine erhöhte Bandbreite und ein reduzierter Übertragungsverlust erreicht werden kann. Die Kapazitäten 116 können teilweise auf parasitäre Kapazitäten und teilweise auf physikalische Kondensatoren zurückzuführen sein, die der Schaltung hinzugefügt wurden, um die kapazitive Kopplung zwischen den verschiedenen Spulen 10, 106 und 108 zu modifizieren.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst die elektrostatische Schutzvorrichtung einen ersten Anschluss der vier Anschlüsse, die mit der Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung verbunden sind. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Anschluss, der mit einem externen Eingangsanschluss verbunden ist, der für den Anschluss an den Eingangsanschluss der elektronischen Schaltung konfiguriert ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen dritten Anschluss der vier Anschlüsse, der mit der Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen vierten Anschluss der vier Anschlüsse, der mit der Impedanzanpassungsschaltung verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen internen Eingangsanschluss, der für den Anschluss zwischen dem Eingangsanschluss der elektronischen Schaltung und der Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung konfiguriert ist.
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In der obigen Ausführungsform kann der erste Anschluss mit einem ersten Eingang der ersten Spule verbunden werden. Der zweite Anschluss kann mit einem zweiten Eingang der ersten Spule und einem ersten Eingang der zweiten Spule verbunden werden. Der dritte Anschluss kann mit einem zweiten Eingang der zweiten Spule und einem ersten Eingang der dritten Spule verbunden werden. Der vierte Anschluss ist mit einem zweiten Eingang der dritten Spule verbunden.
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2 veranschaulicht ein konkretes Beispiel für die obige Ausführungsform einer elektrostatischen Schutzvorrichtung 200. Das in 2 gezeigte Beispiel ähnelt dem in 1 veranschaulichten Beispiel. Die verschiedenen Komponenten sind jedoch unterschiedlich an die vier Eingangsanschlüsse angeschlossen. In dieser Ausführungsform ist die Impedanzanpassungsschaltung 142 wiederum mit dem vierten Anschluss 124 verbunden. Die Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung 138 ist wiederum mit dem dritten Anschluss 122 verbunden. Der externe Eingangsanschluss 144 wird als mit dem zweiten Anschluss 120 verbunden dargestellt. Die ESD-Schutzschaltung 140 des Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung ist mit dem ersten Anschluss 118 verbunden. Der interne Eingangsanschluss 146 ist wiederum als mit der ESD-Schutzschaltung 140 des Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung 140 verbunden dargestellt.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst die elektrostatische Schutzvorrichtung einen ersten Anschluss der vier Anschlüsse, der mit einem externen Eingangsanschluss verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Anschluss der vier Anschlüsse, der mit der Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen dritten Anschluss, der mit der Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen vierten Anschluss der vier Anschlüsse, der mit der Impedanzanpassungsschaltung verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen internen Eingangsanschluss, der für den Anschluss zwischen dem Eingangsanschluss der elektronischen Schaltung und der Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung konfiguriert ist.
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In der obigen Ausführungsform kann der erste Anschluss mit einem ersten Eingang der ersten Spule verbunden werden. Der zweite Anschluss kann mit einem zweiten Eingang der ersten Spule und einem ersten Eingang der zweiten Spule verbunden werden. Der dritte Anschluss ist mit einem zweiten Eingang der zweiten Spule und einem ersten Eingang der dritten Spule verbunden. Der vierte Anschluss ist mit einem zweiten Eingang der dritten Spule verbunden.
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3 veranschaulicht ein konkretes Beispiel für die obige Ausführungsform einer elektrostatischen Schutzvorrichtung 300. Die in 3 gezeigte elektrostatische Schutzvorrichtung 300 ist der in 1 gezeigten elektrostatischen Schutzvorrichtung 100 ähnlich. Die in 3 gezeigte elektrostatische Schutzvorrichtung 300 unterscheidet sich von der in 1 dadurch, dass die Anschlüsse, an die die Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung 138 und die Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung 140 angeschlossen sind, vertauscht sind. In der in Bild 3 gezeigten Ausführungsform ist die Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung 140 mit dem dritten Anschluss 122 verbunden. Die Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung 138 ist mit dem zweiten Anschluss 120 verbunden.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst die elektrostatische Schutzvorrichtung einen ersten Anschluss der vier Anschlüsse, der mit einem externen Eingangsanschluss verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Anschluss, der mit der Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen dritten Anschluss, der mit der Impedanzanpassungsschaltung verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen vierten Anschluss der vier Anschlüsse, der mit der Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung verbunden ist. Die elektrostatische Schutzvorrichtung umfasst ferner einen internen Eingangsanschluss, der für den Anschluss zwischen dem Eingangsanschluss der elektronischen Schaltung und der Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung konfiguriert ist.
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In der obigen Ausführungsform kann der erste Anschluss an einen ersten Eingang der ersten Spule angeschlossen werden. Der zweite Anschluss kann mit einem zweiten Eingang der ersten Spule, einem ersten Eingang der zweiten Spule und einem ersten Eingang der dritten Spule verbunden werden. Der dritte Anschluss kann an einen zweiten Eingang der zweiten Spule angeschlossen werden. Der vierte Anschluss kann an einen zweiten Eingang der dritten Spule angeschlossen werden.
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4 veranschaulicht ein konkretes Beispiel für die obige Ausführungsform einer elektrostatischen Schutzvorrichtung 400. Das in 4 gezeigte Beispiel hat wiederum eine gestapelte Spulenbaugruppe 102, die eine erste Spule 104, eine zweite Spule 106 und eine dritte Spule 108 umfasst. 110 stellt wiederum einen Kopplungskoeffizienten zwischen der ersten und der zweiten Spule dar. 112 stellt wiederum einen Kopplungskoeffizienten zwischen einer zweiten und dritten Spule 108 dar. 114 stellt wiederum einen Kopplungskoeffizienten zwischen der ersten Spule 104 und der dritten Spule 108 dar. Die gestapelte Spulenbaugruppe 102 hat einen ersten Anschluss 118, einen zweiten Anschluss 120, einen dritten Anschluss 122 und einen vierten Anschluss 124. Der erste Anschluss 118 ist mit einem ersten Eingang 126 der ersten Spule 104 verbunden. Der zweite Anschluss 120 ist mit einem zweiten Eingang 128 der ersten Spule 104 und einem ersten Eingang 130 der zweiten Spule 106 verbunden. Der dritte Anschluss 122 ist mit einem zweiten Eingang 132 der zweiten Spule 106 verbunden. Der zweite Anschluss 120 ist auch mit einem ersten Eingang 134 der dritten Spule 108 verbunden. Der vierte Anschluss 124 ist mit einem zweiten Eingang 136 der dritten Spule 108 verbunden.
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Der externe Eingangsanschluss 144 wird als mit dem ersten Anschluss 118 verbunden dargestellt. Die Human-Body-Model-ESD-Schutzschaltung 138 ist mit dem zweiten Anschluss 120 verbunden. Die Impedanzanpassungsschaltung 142 ist mit dem dritten Anschluss 122 verbunden. Die ESD-Schutzschaltung 140 des Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung 140 ist mit dem vierten Anschluss 124 verbunden. Der interne Eingangsanschluss 146 ist mit der ESD-Schutzschaltung 140 des Charge-Device-Model-ESD-Schutzschaltung 140 verbunden.
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In einer anderen Ausführungsform kann die Erfindung eine integrierte Schaltung mit einer elektrostatischen Schutzvorrichtung gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform bereitstellen.
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In einer Ausführungsform ist die integrierte Schaltung ein Mikroprozessor.
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In einer anderen Ausführungsform ist die integrierte Schaltung ein Mikrocontroller.
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In einer anderen Ausführungsform ist die integrierte Schaltung eine graphische Verarbeitungseinheit.
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In einer anderen Ausführungsform ist die integrierte Schaltung eine zentrale Verarbeitungseinheit.
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In einer anderen Ausführungsform ist die integrierte Schaltung ein Breitba ndverstä rker.
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In einer anderen Ausführungsform ist die integrierte Schaltung ein Analog-Digital-Wandler.
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In einer anderen Ausführungsform ist die integrierte Schaltung ein Digital-Analog-Wandler.
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In einer anderen Ausführungsform ist die integrierte Schaltung eine drahtgebundene Transceiver-Schaltung.
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In einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei der integrierten Schaltung um einen Telekommunikations-Chip.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst die integrierte Schaltung ein Substrat. Die elektronische Schaltung kann auf dem Substrat gebildet werden. Die elektronische Schutzvorrichtung ist auf dem Substrat ausgebildet. Die gestapelte Spulenbaugruppe umfasst eine erste Spule, eine zweite Spule und eine dritte Spule. Die erste Spule, die zweite Spule und die dritte Spule können auf getrennten Schichten des Substrats gebildet werden. Die erste Spule grenzt an die zweite Spule. Die zweite Spule grenzt an die dritte Spule an.
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Die obige Ausführungsform ist in 5 veranschaulicht. In 5 ist ein Teil einer integrierten Schaltung 500 so dargestellt, wie er auf einem Substrat 501 gebildet wird. Es gibt eine erste Schicht 502, eine zweite Schicht 504 und eine dritte Schicht 506, die auf dem Substrat 501 ausgebildet sind. Zwischen der ersten Schicht 502 und der zweiten Schicht 504 befindet sich eine Isolierschicht 508. Zwischen der zweiten Schicht 504 und der dritten Schicht 506 befindet sich ebenfalls eine Isolierschicht 508. Die erste Spule 104 in diesem Beispiel wird in der dritten Schicht 506 gebildet. Die zweite Spule 106 wird in der zweiten Schicht 504 und die dritte Spule 108 wird in der ersten Schicht 502 gebildet. Die erste Schicht 502 ist als in Kontakt mit dem Substrat 500 dargestellt. Durchkontaktierungen zwischen den Schichten 502, 504, 506 können zur Verbindung der verschiedenen Spulen 104, 106, 108 verwendet werden.
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Die erste Spule 104 hat eine erste Achse 507. Die zweite Spule 106 hat eine zweite Achse 505. Die dritte Spule 108 hat eine dritte Achse 503. Jede der Spulen 104, 106, 108 ist planar und innerhalb ihrer Schicht. Jede Achse 503, 505, 507 steht senkrecht zu ihrer Spule 104, 106, 108 und verläuft durch einen Mittelpunkt ihrer Spule 104, 106, 108. Die Dicke der Isolierschichten könnte möglicherweise angepasst werden, um die kapazitive und induktive Kopplung zwischen den Spulen 104, 106, 108 einzustellen. Zusätzlich kann die Lage der Achsen 104, 106, 108 innerhalb einer zweidimensionalen Ebene relativ zueinander verschoben werden. Dies ermöglicht außerdem eine Einstellung der induktiven und kapazitiven Kopplung zwischen den Spulen 104, 106, 108.
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Die 6, 7 und 8 zeigen drei Ansichten, die veranschaulichen, wie die Spulen der gestapelten Spulenbaugruppe in solchen Lagen gebildet werden können, wie es in 5 dargestellt ist. Die in den 6, 7 und 8 dargestellte Anordnung zeigt Durchkontaktierungen, die zur Implementierung der gestapelten Spulenbaugruppe 102 verwendet werden können, wie in den 1, 2 und 3 veranschaulicht wird. Die gestapelte Spulenbaugruppe 102 in 4 hat unterschiedliche Verbindungen zwischen den drei Spulen.
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In den 6, 7 und 8 sind die ersten Spulen 104, 106 und 108 sichtbar. 6 ist eine Draufsicht. 7 ist eine perspektivische Ansicht von oben. 8 ist eine perspektivische Ansicht von unten. In diesen Bildern ist zu erkennen, dass die erste Spule 104, die zweite Spule 106 und die dritte Spule 108 allesamt planare Spulen sind. Der Mittelpunkt dieser Spulen ist nicht dargestellt, aber ein Mittelpunkt von jeder der Spulen könnte verwendet werden, um einen Punkt für eine Achse zu zeichnen. Es ist zu sehen, dass jede der drei Spulen 104, 106 und 108 keine Mittelpunkte oder Achsen haben, die miteinander fluchten. Durch die Positionierung der Spulen relativ zueinander lässt sich die gegenseitige Induktivität abstimmen. Die Einstellung der Positionierung der Spulen kann auch die Kapazität verändern. Die kapazitive Kopplung zwischen den Spulen kann jedoch separat gesteuert werden, indem externe Kondensatoren zwischen den verschiedenen Spulen verwendet und ihr Wert eingestellt wird. Die Größe der Spulen 104, 106, 108 ist ebenfalls ein zusätzlicher Entwurfsparameter. In vielen herkömmlichen Systemen werden nur zwei Spulen verwendet. Die Verwendung einer zusätzlichen Spule stellt zusätzliche Designvariablen bereit, die sowohl zur Erhöhung der Bandbreite als auch zur Reduzierung von Übertragungsverlusten genutzt werden können. Es gibt eine Menge von Durchkontaktierungen 700, die zur Verbindung zwischen den verschiedenen Schichten verwendet werden. Wie in den 7 und 8 besonders veranschaulicht wird, kann auch die Breite der Leiterbahnen der Spulen sowie der Abstand zwischen den Spulen eingestellt werden. In 8 ist ersichtlich, dass die dritte Spule 108 dünner ist als die beiden anderen Spulen 104, 106. Dies kann durch die Dicke der Schichten in dem verwendeten CMOS-Prozess bestimmt werden. In 8 ist zu erkennen, dass die dritte Spule 108 näher an der zweiten Spule 106 liegt.
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Beim Entwurf einer gestapelten Spulenbaugruppe, wie sie in 6, 7 und 8 dargestellt ist, gibt es mehrere Entwurfsparameter, die variiert werden können. Die Leiterbahnbreite und der Abstand der Leiterbahnen, die zur Bildung jeder Spule verwendet werden, können variiert werden. Auch der Durchmesser jeder Spule kann variiert werden. Der Abstand oder die Verschiebung zwischen den Spulen kann ebenfalls variiert werden.
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Eine Designmethode, die für den Entwurf einer elektrostatischen Schutzvorrichtung befolgt werden kann, kann die Einrichtung eines Prüfstands (eine Simulation) mit ESD-Schutzschaltbildern umfassen und kann extrahierte parasitäre Kapazitäten enthalten. Die Entwurfsmethodik kann auch die Implementierung eines Modells der gestapelten Spulenbaugruppe und anderer Komponenten der elektrostatischen Schutzvorrichtung umfassen, das ideale Elemente und Parameter für folgende Werte verwendet: Induktivitäten, Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen, Widerstände und Kapazitäten. Diese Werte können dann optimiert werden, indem die optimale Größe und Platzierung der Spule innerhalb der gestapelten Spulenbaugruppe gefunden werden, die sowohl zu einer optimierten Augenöffnung, ausreichendem S11 und ausreichendem ESD-Schutz führt.
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Eine elektrostatische Schutzvorrichtung, die nach dem in 1 veranschaulichenden Beispiel modelliert wurde, wurde unter Verwendung des Impedanzanpassungwertes mit einer Impedanz von 50 Ohm verwirklicht, wie sie normalerweise als De-facto-Standard angesehen wird. Der Streuparameter S11, der die Rückflussdämpfung misst, ist nützlich, um die Leistung und Qualität der Impedanzanpassung zu bewerten. Ein Rückflussdämpfungswert von -10dB oder weniger deutet auf eine gute Impedanzanpassung hin. Simulationen der in 1 dargestellten Schaltung zeigen, dass sie eine ausreichend gute Eingangsimpedanzanpassung erreicht (z.B. S11 < -10dB bis zu 16GHz). Sie erfüllt auch mit Sicherheit die ESD-Schutzanforderungen (z.B. Human Body Model (HBM) > 1kV, Charge Device Model (CDM) > 200V).
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Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zu Veranschaulichungszwecken dargestellt, sollen aber weder erschöpfend noch auf die offengelegten Ausführungsformen beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen werden sich gegenüber denjenigen vom gewöhnlichen Fachwissen ergeben, ohne vom Umfang und Geist der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hier verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Prinzipien der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber den auf dem Markt befindlichen Technologien am besten zu erklären oder um es Fachleuten zu ermöglichen, die hier offengelegten Ausführungsformen zu verstehen.
