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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf integrierte Schaltungen, insbesondere auf den Schutz von Eingangsanschlüssen für integrierte Schaltungen gegen elektrostatische Aufladung.
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In integrierte Schaltungen (ICs, integrated circuits) können zweckbestimmte Schaltungen aufgenommen sein, um diese gegen Ereignisse elektrostatischer Entladung (ESD, Electrostatic Discharge) an ihren Eingang/Ausgang- (E/A-) Kontaktflächen zu schützen. Die Erfüllung dieser ESD-Schutzanforderung kann Schwierigkeiten bereiten, wenn breitbandige Hochfrequenzsignale an den E/A-Kontaktflächen des IC gesendet und/oder empfangen werden.
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ESD-Schutzeinheiten in integrierten Schaltungen weisen oft Einheiten wie Induktivitäten und Spulen auf. Da die Abmessungen von integrierten Schaltungen geringer und Taktraten höher werden, ist es schwierig oder manchmal gar nicht möglich, die Ausgestaltungen von ESD-Schutzeinheiten in ihrer Größe entsprechend anzupassen. Bestehende Ausgestaltungen von ESD-Schutzeinheiten stellen oft nicht die benötigte Bandbreite bereit.
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KURZDARSTELLUNG
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In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung zum Schützen eines Eingangsanschlusses einer elektronischen Schaltung. Die elektronische Schutzeinheit weist eine erste gestapelte Spule und eine zweite gestapelte Spule auf. Die erste gestapelte Spule und die zweite gestapelte Spule können aufeinandergestapelt sein. Wenn sie in einer integrierten Schaltung gebildet sind, können die erste gestapelte Spule und die zweite gestapelte Spule physisch als eine über der anderen gebildet sein.
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Die Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung weist einen Eingangsanschlusskontakt auf. Die erste gestapelte Spule weist einen mit dem Eingangsanschlusskontakt verbundenen Eingang der ersten Spule auf. Die erste gestapelte Spule weist einen Ausgangsanschluss der ersten Spule auf, der mit einer ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen verbunden ist. Die erste gestapelte Spule weist einen mit einer Abschlusslast verbundenen ersten Spulenabschlussanschluss auf. Die zweite gestapelte Spule ist mit der ersten gestapelten Spule induktiv gekoppelt. Die zweite gestapelte Spule weist einen Ausgangsanschluss auf, der mit einer ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen verbunden ist. Die ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen weist einen Ausgang für höhere Frequenzen auf. Die ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen weist einen Ausgang für niedrigere Frequenzen auf. Die Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung weist eine Summierungsschaltung auf, die zum Ausgeben einer Summierung des Ausgangs für höhere Frequenzen und des Ausgangs für niedrigere Frequenzen an den Eingangsanschuss der elektronischen Schaltung konfiguriert ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die Erfindung weiterhin eine integrierte Schaltung bereit, in die die Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung zum Schützen eines Eingangsanschlusses einer elektronischen Schaltung aufgenommen ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher erklärt, in denen:
- 1 ein Beispiel einer Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung veranschaulicht;
- 2 ein Beispiel einer ersten gestapelten Spule und einer zweiten gestapelten Spule veranschaulicht;
- 3 ein Diagramm der Frequenzübertragung aus einer Schaltungssimulation der in 1 gezeigten elektrostatischen Schutzeinheit zeigt;
- 4 die Bandbreite, die von der Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung von 1 bereitgestellt wird, so veranschaulicht, wie sie in einem Augendiagramm beobachtet wird;
- 5 ein Beispiel einer integrierten Schaltung veranschaulicht;
- 6 ein weiteres Beispiel einer Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung veranschaulicht;
- 7 ein weiteres Beispiel einer Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung veranschaulicht;
- 8 ein weiteres Beispiel einer Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung veranschaulicht; und
- 9 ein weiteres Beispiel einer Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zur Veranschaulichung vorgelegt, sie sind jedoch nicht als erschöpfend oder auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt zu verstehen. Viele Änderungen und Varianten werden für den Fachmann ersichtlich sein, ohne vom Geltungsbereich der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hier verwendete Begrifflichkeit wurde so gewählt, dass sie die Grundsätze der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber auf dem Markt zu findenden Technologien bestmöglich erklärt bzw. dass sie den Fachmann in die Lage versetzt, die hier offenbarten Ausführungsformen zu verstehen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorteilhaft, da sie ein wirksames Mittel zum Erhöhen der Bandbreite einer Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung bereitstellen. Das Signal wird in Komponenten mit niedrigeren und höheren Frequenzen aufgeteilt, die danach getrennt behandelt und danach wieder zusammengefügt werden. Die Begriffe ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen und ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen sind Bezeichnungen, die zum Unterscheiden von zwei getrennten ESD-Schutzschaltungen verwendet werden. Die Begriffe Ausgang für höhere Frequenzen und Ausgang für niedrigere Frequenzen werden zum Unterscheiden oder Benennen von zwei in der Schaltung verwendeten unterschiedlichen Frequenzausgängen verwendet.
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In einigen Ausführungsformen können sich sowohl die vom Modell des menschlichen Körpers (HMB, human body model) ausgehende Schutzschaltung gegen elektrostatische Entladung (ESD, Electro Static Discharge) als auch die vom Modell eines aufgeladenen Bauelements (CDM, charge device model) ausgehende ESD-Schutzschaltung auf ESD-Schutzschaltungen beziehen, in die mit beiden Stromversorgungsschienen (Versorgung und Masse) verbundene Klemmschaltungen, beispielsweise Dioden, aufgenommen sind. In die HBM- und die CDM-ESD-Einheiten kann in der Praxis auch eine Kapazität nach Masse aufgenommen sein, die durch die Kapazität der Diodenverbindungsstelle und die parasitäre Verdrahtungskapazität der Dioden für die CDM-Diode, die Diodenverbindungsstelle, die parasitäre und die RX-Eingangskapazität verursacht wird. In den auf die Aufladung von Bauelementen bezogenen ESD-Schutz können weiterhin ein Widerstand und/oder eine Impedanz in Reihe mit einem Eingang, der den Strom begrenzt, sowie getrennte HBM- und CDM-Schutzschaltungen aufgenommen sein.
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In einer weiteren Ausführungsform bilden die erste gestapelte Spule und die zweite gestapelte Spule eine Frequenzweiche, die so konfiguriert ist, dass sie eine Signaleingabe in den Eingangsanschlusskontakt in eine Komponente mit höheren Frequenzen und eine Komponente mit niedrigeren Frequenzen teilt. Die Verwendung der induktiven Schaltung stellt ein Mittel zum natürlichen Teilen des Eingangssignals in diese beiden Komponenten bereit. Die Komponente der höheren Frequenzen wird vom Ausgang für höhere Frequenzen ausgegeben, und der Ausgang für niedrigere Frequenzen wird vom Ausgang für niedrigere Frequenzen ausgegeben.
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Ein möglicher Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Komponenten der höheren und niedrigeren Frequenzen eines ESD-Ereignisses unterschiedliche Stromstärken aufweisen können. Die Komponente der niedrigeren Frequenzen des ESD-Ereignisses weist üblicherweise einen höheren Strom auf als die Komponente der höheren Frequenzen des ESD-Ereignisses. Dieser Effekt kann beim Ausgestalten einer wirksamen Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung genutzt werden. Die erste gestapelte Spule und die zweite gestapelte Spule können wirksam eine Frequenzweiche bilden, die die ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen von der Komponente der niedrigeren Frequenzen des ESD-Ereignisses entkoppelt. Dies kann es der ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen und der ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen ermöglichen, ihre Komponenten für jede bestimmte Art eines ESC-Ereignisses zuzuschneiden. Die ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen kann beispielsweise mit einem niedrigeren Nennstrom ausgestaltet werden als die ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen.
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In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der ersten gestapelten Spule um eine T-Spule mit einem einzelnen Spulenabgriff. In dieser Ausführungsform wird eine T-Spulen-Struktur für die Komponente der niedrigeren Frequenzen verwendet. Dies kann vorteilhaft sein, da es vergleichsweise einfach ist, die T-Spule mit einem einzelnen Abgriff und die ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen zu bauen, sodass sie in der Lage ist, mit höheren Strömen zurechtzukommen. Dies kann sich jedoch auf ihre Fähigkeit auswirken, auf höhere Frequenzen zu reagieren. Es ist daher vorteilhaft, die T-Spule mit dem ESD-Schutzkreis für höhere Frequenzen zu koppeln, um die Bandbreite zu erhöhen.
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In einer weiteren Ausführungsform teilt der einzelne Spulenabgriff die erste gestapelte Spule in einen ersten Spulenteil und einen zweiten Spulenteil. Bei dem einzelnen Spulenabgriff handelt es sich um den Ausgang der ersten Spule. Der zweite Spulenteil ist zwischen dem einzelnen Spulenabgriff und dem Spulenabschlussanschluss verbunden. Der erste Spulenteil ist zwischen dem einzelnen Spulenabgriff und dem Eingang der ersten Spule verbunden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die induktive Kopplung zwischen dem ersten Spulenteil und der zweiten gestapelten Spule größer als die induktive Kopplung zwischen dem zweiten Spulenteil und der zweiten gestapelten Spule. Diese Ausführungsform kann während des Aufbauens der Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung vorteilhaft sein, da das am ersten Spulenteil aufgenommene Signal genauer sein kann. Wenn ein Signal beispielsweise den ersten Spulenteil und danach den zweiten Spulenteil durchläuft, kann der Blindwiderstand des ersten Spulenteils eine Verschlechterung in der Hochfrequenzkomponente des Signals verursachen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Strom im ersten Spulenteil höher sein kann. Er kann deshalb die Fähigkeit erhöhen, dass die induktive Kopplung stattfindet.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die zweite gestapelte Spule einen Bezugsanschluss auf, der mit einer Masseebene der Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung verbunden ist. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft sein, da sie ein wirksames Mittel in Bezug auf die Hoch- als auch auf die Niederfrequenzkomponente bereitstellen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen eine vom Modell des menschlichen Körpers ausgehende ESD-Schutzschaltung auf. Dies kann vorteilhaft sein, da die vom Modell des menschlichen Körpers ausgehende ESD-Schutzschaltung insbesondere so gebaut werden kann, dass sie mit der Komponente mit höherem Strömen und niedrigeren Frequenzen eines ESD-Ereignisses zurechtkommt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen eine zusätzliche, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung auf. Die verschiedenen Frequenzkomponenten können in obere, höhere und untere Teile geteilt werden, aber es kann immer noch ein gewisser Teil der Komponente mit höheren Frequenzen des ESD-Impulses vorhanden sind, der durch die erste gestapelte Spule verläuft. Die Einbeziehung der zusätzlichen, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehenden ESD-Schutzschaltung kann daher vorteilhaft sein und die Wirksamkeit des ESD-Schutzes erhöhen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die erste gestapelte Spule einen ersten Spulenabgriff und einen zweiten Spulenabgriff auf. Die ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen ist mit dem ersten Spulenabgriff und dem zweiten Spulenabgriff verbunden. Diese Ausführungsform ist einer T-Spulen-Anordnung ähnlich, doch statt der Teilung der ersten gestapelten Spule in zwei Teile ist sie in drei Teile geteilt. Dies kann eine anspruchsvollere ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen ermöglichen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die erste gestapelte Spule einen ersten Spulenteil, einen dazwischenliegenden Spulenteil und einen zweiten Spulenteil auf. Der erste Spulenteil ist zwischen dem Eingang der ersten Spule und dem ersten Spulenabgriff verbunden. Der dazwischenliegende Spulenteil ist zwischen dem ersten Spulenabgriff und dem zweiten Spulenabgriff verbunden. Der zweite Spulenteil ist zwischen dem zweiten Spulenabgriff und dem Abschlussanschluss der ersten Spule verbunden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen eine vom Modell des menschlichen Körpers ausgehende ESD-Schutzschaltung auf. Der ESD-Schutz für niedrigere Frequenzen weist eine zusätzliche, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung auf. Die zusätzliche, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung ist mit dem ersten Spulenabgriff verbunden, und die vom Modell des menschlichen Körpers ausgehende ESD-Schutzschaltung ist mit dem zweiten Spulenabgriff verbunden. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft sein, da sie für einen sehr wirksamen ESD-Schutz für niedrigere Frequenzen sorgt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die zweite gestapelte Spule einen Bezugsanschluss auf, der mit einer Masseebene der Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung verbunden ist.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die zweite gestapelte Spule einen mit dem zweiten Spulenabgriff verbundenen Bezugsanschluss auf.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die erste gestapelte Spule zumindest teilweise von den beiden oberen Metallisierungsschichten der Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung gebildet. Dies kann vorteilhaft sein, da die durch die erste gestapelte Spule verlaufenden Ströme größer sein können als durch die zweite gestapelte Spule. Die oberen beiden Metallisierungsschichten der Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung können dicker sein und eine erste gestapelte Spule bereitstellen, die eine geringere Wahrscheinlichkeit aufweist, durch ein ESD-Ereignis zerstört zu werden, und sie können einen geringeren Widerstand haben.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen eine primäre, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung auf. Die Verwendung der Begriffe primäre, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung und zusätzliche, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung sollen darauf hinweisen, dass zwei getrennte, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltungen vorhanden sind.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die primäre, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung eine primär reaktive Impedanz auf. Da das Signal von dem ESD-Ereignis wirksam zweigeteilt wurde, wobei die Komponente der höheren Frequenzen einen niedrigeren Strom aufweist, kann die primäre, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung darauf spezialisiert und so in einer Weise ausgestaltet werden, dass ein geringerer Leistungsverlust auftritt. In einer herkömmlichen Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung verwendet die primäre, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung Dioden, die für kleinere Signale wirksam verlustbehaftete Kondensatoren sind. Für größere Spannungen beginnen die Dioden zu leiten und bieten wirksam einen Widerstand, der die ESD-Energie nach Masse abführt. Für die ESD-Schutzschaltung kann stattdessen eine reaktive Impedanz verwendet werden, da das Datensignal für eine ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen und niedrigere Frequenz einen niedrigeren Strom aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform kann es sich bei der Summierungsschaltung um eine zeitkontinuierliche lineare Entzerrschaltung handeln. Dies kann beispielsweise eine besonders wirksame Möglichkeit des Zusammenführens Nieder- und Hochfrequenz-Signalkomponenten sein.
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In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Eingangsanschluss der elektronischen Schaltung um einen Differenzeingangsanschluss. Der Differenzeingangsanschluss wird von zwei Einheiten zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung gebildet, die miteinander über die zeitkontinuierliche lineare Entzerrschaltung verbunden sind. Die zeitkontinuierliche lineare Entzerrschaltung wird zum Zusammenführen der Signale von zwei getrennten Einheiten zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung verwendet. Dies kann vorteilhaft sein, da es für eine bessere Unterdrückung von Rauschen sorgen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Abschlusslast resistiv. Dies kann beispielsweise ein wirksames Mittel zum Aufbauen der Schaltung bereitstellen.
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In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine integrierte Schaltung bereit, die eine elektronische Schaltung aufweist. Die integrierte Schaltung weist eine Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung zum Schützen des Eingangsanschlusses der elektronischen Schaltung auf. Die Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung weist eine erste gestapelte Spule und eine zweite gestapelte Spule auf. Die Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung weist einen Eingangsanschlusskontakt auf. Die erste gestapelte Spule weist einen mit dem Eingangsanschlusskontakt verbundenen Eingang der ersten Spule auf. Die erste gestapelte Spule weist einen Ausgangsanschluss der ersten Spule auf, der mit einer ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen verbunden ist. Die erste gestapelte Spule weist einen mit einer Abschlusslast verbundenen ersten Spulenabschlussanschluss auf. Die zweite gestapelte Spule ist mit der ersten gestapelten Spule induktiv gekoppelt. Die zweite gestapelte Spule weist einen Ausgangsanschluss auf, der mit einer ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen verbunden ist. Die ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen hat einen Ausgang für höhere Frequenzen. Die ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen hat einen Ausgang für niedrigere Frequenzen. Die Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung weist eine Summierungsschaltung auf, die zum Ausgeben einer Summierung des Ausgangs für höhere Frequenzen und des Ausgangs für niedrigere Frequenzen an den Eingangsanschuss der elektronischen Schaltung konfiguriert ist.
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In einer weiteren Ausführungsform kann es sich bei der integrierten Schaltung um eine beliebige der folgenden handeln: ein Mikroprozessor, eine Mikrosteuereinheit, eine Grafikverarbeitungseinheit, eine Zentraleinheit, ein Breitbandverstärker, ein Analog-Digital-Wandler, ein Digital-Analog-Wandler, eine drahtgebundene Transceiver-Schaltung und ein Telekommunikationschip.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die integrierte Schaltung ein Substrat auf. Die elektronische Schaltung ist auf dem Substrat gebildet. Die Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung ist ebenfalls auf dem Substrat gebildet. Die zweite gestapelte Spule ist näher an dem Substrat gebildet als die erste gestapelte Spule. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, da dickere Metallschichten wie die wenigen Metallisierungs-Endschichten zum Bilden der ersten gestapelten Spule verwendet werden können. Dies kann einen höheren Nennstrom und einen niedrigeren Widerstand für die ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen bereitstellen.
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1 veranschaulicht ein Beispiel einer Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 100. Die Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 100 hat einen Eingangsanschluss 102. Bei dem Eingangsanschluss 102 kann es sich um den Eingangsanschluss für eine elektronische Schaltung handeln, die er schützt. Die Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 100 weist eine erste gestapelte Spule 104 und eine zweite gestapelte Spule 106 auf. In diesem Beispiel ist die erste gestapelte Spule 104 in einen ersten Spulenteil 110 und einen zweiten Spulenteil 112 geteilt. Es gibt einen einzelnen Spulenabgriff 114 zwischen dem ersten Spulenteil 110 und dem zweiten Spulenteil 112. Die erste gestapelte Spule 104 und die zweite gestapelte Spule 106 sind physisch aufeinandergestapelt, sodass die erste gestapelte Spule 104 und die zweite gestapelte Spule 106 eine induktive Kopplung aufweisen. In dieser spezifischen Figur wird gezeigt, dass bei der zweiten gestapelten Spule 106 die Kopplung vorwiegend mit dem ersten Spulenteil 110 besteht. Dies ist jedoch lediglich eine Wahlmöglichkeit. Ihre Kopplung könnte auch vorwiegend mit dem zweiten Spulenteil 112 bestehen.
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Die erste gestapelte Spule und die zweite gestapelte Spule 104, 106 bilden eine Einheit mit fünf Anschlüssen. Bei dem ersten Anschluss 120 handelt es sich um einen Eingang der ersten Spule. Bei dem zweiten Anschluss 122 handelt es sich um einen Ausgangsanschluss der ersten Spule, und er ist der gleiche wie der einzelne Spulenabgriff 114. Der dritte Anschluss 124 ist mit dem Ausgang des zweiten Spulenteils 112 verbunden und ist mit einer Abschlusslast 116 verbunden. Bei dem vierten Anschluss handelt es sich um einen Bezugsanschluss 126, der mit einem Ende der zweiten gestapelten Spule 106 verbunden ist, und bei dem fünften Anschluss handelt es sich um einen Ausgangsanschluss der zweiten Spule 128, der mit dem anderen Anschluss der zweiten gestapelten Spule 106 verbunden ist.
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Die induktive Kopplung zwischen der zweiten gestapelten Spule 106 und der ersten gestapelten Spule 104 ist so konfiguriert, dass vorzugsweise die Hochfrequenzkomponente eines Signals mit einer ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen 140 gekoppelt wird. Der nicht gekoppelte Teil des Signals bleibt in der ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen 130. Dies bildet daher einen Schaltungspfad für höhere Frequenzen 142 und einen Schaltungspfad für niedrigere Frequenzen 132. Der Schaltungspfad für niedrigere Frequenzen 132 weist eine vom Modell des menschlichen Körpers ausgehende ESD-Schutzschaltung 134 und eine zusätzliche, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung 136 auf. Der Schaltungspfad für höhere Frequenzen 142 weist eine primäre, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung 144 auf.
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Sowohl die ESD-Schutzschaltung für höhere Frequenzen 140 als auch die ESD-Schutzschaltung für niedrigere Frequenzen 130 sind durch einen Verstärker mit einer Summierungsschaltung 150 verbunden. Die Summierungsschaltung 150 summiert eine Ausgabe für niedrigere Frequenzen 154 und eine Ausgabe für höhere Frequenzen 156 zu einer Ausgabe der Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 152, die eine Summierung 158 sowohl der Ausgabe für niedrigere Frequenzen 154 als auch der Ausgabe für höhere Frequenzen 156 aufweist. Dies wird durch die Diagramme des Signals niedrigerer Frequenzen und des Signals höherer Frequenzen veranschaulicht, wie in der Kurvendarstellung gezeigt.
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2 zeigt ein Beispiel einer ersten gestapelten Spule 104 und einer zweiten gestapelten Spule 106. Diese Figur zeigt eine perspektivische Ansicht 200 und eine Draufsicht 202. Die Figuren zeigen den ersten Spulenteil 110 und zweiten Spulenteil 112 der ersten gestapelten Spule 104 oben auf der zweiten gestapelten Spule 106. In diesem Beispiel grenzt der zweite Spulenteil 112 an die zweite gestapelte Spule 106 an. Die induktive Kopplung ist wahrscheinlich stärker zwischen der zweiten gestapelten Spule 106 und dem zweiten Spulenteil 112 als zwischen der zweiten gestapelten Spule 106 und dem ersten Spulenteil 110. Dies ist das Gegenteil der Situation, die in 1 veranschaulicht ist, wo die Zeichnung zeigt, dass die induktive Kopplung vorwiegend zwischen dem ersten Spulenteil 110 und der zweiten gestapelten Spule 106 besteht. Die Ausgestaltung in 2 könnte ohne Weiteres so geändert werden, dass sie mit dem, was in 1 veranschaulicht ist, übereinstimmt, indem die Position der beiden Spulenteile 112 und 110 mechanisch getauscht wird. Die in 2 veranschaulichten Spulen könnten zum Beispiel ohne Weiteres unter Verwendung von Standardtechniken zur Herstellung von Halbleitern hergestellt werden.
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3 zeigt die Frequenzübertragung aus einer Simulation der in 1 gezeigten Schaltung. Aufgetragen sind die Ausgabe für niedrigere Frequenzen 154 und die Ausgabe für höhere Frequenzen 156. Gezeigt wird der -3dB-Punkt des tiefen Bands 300. Die Summierung von beiden Signalen wird durch die Summierung 158 veranschaulicht. Der -3dB-Punkt für die Summierung 158 wird durch die Linie 302 veranschaulicht. Im Vergleich zum -3dB-Punkt des tiefen Bands 300 ist der -3dB-Punkt für die Summierung der Signale stark erhöht.
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4 veranschaulicht die von der elektrostatischen Schutzeinheit von 1 bereitgestellte Bandbreite. Es gibt zwei Gruppen von Figuren. Die Figuren in Spalte 400 stellen die tatsächlichen Signale dar. Bei den Figuren in Spalte 402 handelt es sich um Augendiagramme. Zeile 1404 enthält das Band der höheren Frequenzen. Zeile 2 ist das Band der niedrigeren Frequenzen 406. Die unterste Zeile 408 enthält die Summierung des Bands der höheren Frequenzen 404 und des Bands der niedrigeren Frequenzen 406. Die Spalte 402 für die Summierung zeigt eine vergleichsweise große Bandbreite.
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5 veranschaulicht ein Beispiel einer integrierten Schaltung 500. Die integrierte Schaltung 500 weist ein Substrat 502 auf. Auf dem Substrat 502 gibt es eine Eingangskontaktfläche 504. Dies wird dann zum Eingangsanschluss 102 durch einen Drahtkontakt verbunden 506. Die erste gestapelte Spule 104 und die zweite gestapelte Spule 106 sind, wie in 2 veranschaulicht, Bestandteil der integrierten Schaltung 500. Die integrierte Schaltung 500 weist die Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 100 auf und bildet den Eingang für eine elektronische Schaltung 508. Der erste Spulenteil 110 und der zweite Spulenteil 112 werden von den oberen beiden Metallisierungsschichten 510 gebildet. Dies ermöglicht es diesen beiden Teilen 110, 112, einen höheren Nennstrom aufzuweisen und einem ESD-Ereignis besser standzuhalten.
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6 veranschaulicht ein weiteres Beispiel einer Schaltung zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 600. Die Schaltung zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 600 in 6 ist der ähnlich, die in 1 veranschaulicht wurde. In diesem Beispiel handelt es sich bei der Summierungsschaltung um eine zeitkontinuierliche lineare Entzerrschaltung 150'. Die zeitkontinuierliche lineare Entzerrschaltung 150' weist einen Verstärker 602, einen FET-Transistor 601 und mehrere Widerstände 604 auf. Die Widerstandswerte der Widerstände 604 können so eingestellt werden, dass die Dämpfung des HF-Pfads 142 mit der Amplitude des NF-Pfads 132 übereinstimmt. Im NF-Pfad 132 wird aufgrund der aus dem Verstärker 602 und dem FET-Transistor 601 gebildeten Rückkopplungsschleife eine virtuelle Masse gebildet 606. Dies bildet einen Transimpedanz-Verstärker (Strom-SpannungsVerstärker). Die NF- 154 und die HF- 156 Signale werden am unteren Ende des FET-Transistors 601 addiert, und der Ausgang 152 wird mit einer nächsten Stufe, beispielsweise einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler), verbunden.
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7 veranschaulicht ein weiteres Beispiel einer Differenzeinheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 700. Es gibt einen ersten Differenzeingang 702 und einen zweiten Differenzeingang 704. Der erste Differenzeingang 702 ist mit einer ersten Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 706 verbunden, die ähnlich ist wie die in 1 veranschaulichte Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 100. Der zweite Differenzeingang 704 ist als der Eingang für eine zweite Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 708 verbunden. Ebenso ist die zweite Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 708 der in 1 veranschaulichten Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 100 ähnlich.
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Die erste Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 706 und die zweite Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 708 weisen gegenüber der Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 100 von 1 einige Änderungen auf. Zunächst ist die zweite gestapelte Spule 106 in beiden Fällen als vorwiegend mit dem zweiten Spulenteil 112 gekoppelt gezeigt. Die erste Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 706 und die zweite Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 708 sind als verbunden und so gezeigt, dass sie eine differenzielle Summierung unter Verwendung einer zeitkontinuierlichen linearen Stellgliedschaltung 150" bereitstellen.
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Bei der zeitkontinuierlichen linearen Stellgliedschaltung 150" handelt es sich in diesem Beispiel um einen Differenzverstärker mit zwei FETs 710 mit einem Widerstand 712 an ihren Drains. VDD (Gleichspannung) wird durch die Induktivitäten L3 geliefert. Die höherfrequente Ausgabe 156 erreicht den Ausgang (zur nächsten Stufe) über die Drain-Widerstände 712, wo sie mit der geringfügig durch die FETs 710 verstärkten niederfrequente Ausgabe 154 zusammengeführt wird. Eine Stromquelle ist bei Differenzverstärkern üblich. Die einstellbaren Widerstände 714 sind so konfiguriert, dass sie die Schaltung abstimmen, damit die Signalamplitude des Hoch- und des Niederfrequenzkanals übereinstimmen. Ein Kondensator 716 zwischen den zwei VDDs dient lediglich dazu, die Stromversorgung abzublocken.
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8 veranschaulicht ein weiteres Beispiel einer Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 800. In diesem Beispiel wurde die erste gestapelte Spule 104 gegenüber dem in 1 veranschaulichten Beispiel geändert. Die erste gestapelte Spule 104 wurde in drei Teile geteilt, einen ersten Spulenteil 110, einen dazwischenliegenden Spulenteil 802 und einen zweiten Spulenteil 112. Es gibt einen Ausgangsanschluss der ersten Spule 122 zwischen dem ersten Spulenteil 110 und dem dazwischenliegenden Spulenteil 802. Es gibt einen sechsten Anschluss 806, der von einem zweiten Spulenabgriff 804 bereitgestellt wird. Der zweite Spulenabgriff 804 befindet sich zwischen dem dazwischenliegenden Spulenteil 802 und dem zweiten Spulenteil 112. Die erste gestapelte Spule 104 und die zweite gestapelte Spule 106 bilden daher in diesem Beispiel eine Einheit mit einem sechsten Anschluss. Das Beispiel in 8 ist gegenüber dem, das in 1 gezeigt ist, darin weiter geändert, dass die zusätzliche, vom Modell eines aufgeladenen Bauelements ausgehende ESD-Schutzschaltung 136 als mit dem zweiten Anschluss oder dem Ausgangsanschluss der ersten Spule 122 verbunden gezeigt ist. Die vom Modell des menschlichen Körpers ausgehende ESD-Schutzschaltung 134 ist als mit dem verbunden gezeigt, was der sechste Anschluss oder der Ausgangsanschluss der zweiten Spule 806 ist. In dem Schaltplan ist die zweite gestapelte Spule 106 als vorwiegend mit dem dazwischenliegenden Spulenteil 802 gekoppelt gezeigt. Dies könnte jedoch geändert werden, und die zweite gestapelte Spule 106 könnte auch vorwiegend mit dem ersten Spulenteil 110 oder dem zweiten Spulenteil 112 gekoppelt sein.
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9 zeigt ein weiteres Beispiel einer Einheit zum Schutz gegen elektrostatische Aufladung 900. Das in 9 veranschaulichte Beispiel ist, mit einer Änderung, dem in 8 veranschaulichten Beispiel sehr ähnlich. In 8 wurde der vierte Anschluss oder der Bezugsanschluss 126 der zweiten gestapelten Spule 106 mit einer Masse verbunden. In dem Beispiel in 9 ist der vierte Anschluss oder Bezugsanschluss 126 stattdessen mit dem zweiten Spulenabgriff 804 verbunden. Dies ist damit gleichwertig, dass der Ausgangsanschluss der zweiten Spule 806 mit dem Bezugsanschluss 126 der zweiten gestapelten Spule 106 verbunden wird.
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Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zur Veranschaulichung vorgelegt, sie sind jedoch nicht als erschöpfend oder auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt zu verstehen. Viele Änderungen und Varianten werden für den Fachmann ersichtlich sein, ohne vom Geltungsbereich der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hier verwendete Begrifflichkeit wurde so gewählt, dass sie die Grundsätze der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber auf dem Markt zu findenden Technologien bestmöglich erklärt bzw. dass sie den Fachmann in die Lage versetzt, die hier offenbarten Ausführungsformen zu verstehen.
