DE4402095C2 - Elektrostatische Entladeschutzschaltung mit dynamischer Triggerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine auf einem Chip ausgeführte elektrostatische Entladungs-Schutzschaltung, die dazu dient, eine Beschädigung des Chips zu verhindern. Die Erfindung umfaßt dabei insbe­ sondere eine Triggereinrichtung, die auf einen elektro­ statischen Entladungszustand anspricht, um die Schutzschaltung während eines elektrostatischen Entladevorganges zu aktivie­ ren und um die Schutzschaltung während sog. normaler Zustände ausgeschaltet zu halten.

Während eines an zwei Anschlüssen stattfindenden elektrosta­ tischen Entladevorganges wird ein hoher Strompuls in eine elektrische Verbindung oder einen elektrischen Signalweg einer integrierten Schaltung injiziert und tritt an einem anderen Anschlußpunkt auf, wobei sich alle anderen Anschluß­ punkte potentialmäßig "schwimmend" verhalten. Typische Strom­ pulse aufgrund derartiger Ereignisse gehen mit injizierten Spitzenströmen daher, die die Stromstärke von einem Ampere übersteigen. Damit eine integrierte Schaltung ein derartiges Ereignis ohne Beschädigung überstehen kann, muß für den Entladungsfall ein robuster, niedrig-impedanter Kurzschlußweg für den Strom von jeglichem Anschlußpunkt zu einem beliebigen anderen An­ schlußpunkt verfügbar sein. Um eine Störung der normalen Be­ triebsweise der integrierten Schaltung zu vermeiden, haben elektrostatische Entladungsschutzschaltungen allgemein so­ wohl einen aktiven bzw. eingeschalteten wie auch einen inak­ tiven bzw. ausgeschalteten Zustand. Die Schutzschaltung soll während normaler Betriebsbedingungen ausgeschaltet sein und im Falle eines elektrostatischen Entladungsvorganges schnell eingeschaltet werden. Die Schaltung soll in wirksamer Weise den Strom in den gewünschten Nebenschlußweg bei ihrer Akti­ vierung lenken, jedoch soll der normale Betrieb während ihres ausgeschalteten Zustandes unbeeinträchtigt bleiben. Insbesondere darf die an eine Signalanschlußfläche ange­ schlossene Schutzschaltung keine zu hohe Widerstandslast oder kapazitive Last für diese Anschlußfläche bewirken, darf keinen zu hohen Rauschpegel für die an diese Signalanschluß­ fläche angelegten Signale hervorrufen und darf keine nen­ nenswerten Leckströme in ihrem ausgeschalteten Zustand ver­ ursachen.

Einige funktionale Anwendungen einer integrierten Schaltung erfordern den direkten Anschluß der eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Anschlußflächen an einen externen Bus oder an mehrere externe Busse. Diese Busse können aktive Signale auch dann führen, wenn keine Leistung an die integrierte Schaltung angelegt wird. Die elektrostatische Entladungs­ schutzschaltung darf nicht den Betrieb derartiger Busse bei solchen Zuständen beeinträchtigen. Die direkt gekoppelten Eingangs/Ausgangs-Anschlußflächen dürfen auch dann keinen zu hohen Strom aufweisen, wenn ein Bussignal angelegt wird und dabei die Leistung für die integrierte Schaltung abgeschaltet wird. Da die Busse aktive Signale auch dann führen können, wenn die Leistung für die integrierte Schaltung, die mit einer Eingabe/Ausgabe-Anschlußfläche oder mehrerer derarti­ ger Anschlußflächen direkt mit dem Bus gekoppelt ist, abge­ schaltet ist, muß die Schutzschaltung auch in dem Zustand der abgeschalteten Leistung eine hohe Triggerspannung beibe­ halten. Dementsprechend müssen elektrostatische Entladungs­ schutzschaltungen eine Triggerspannung haben, die unabhängig von der Versorgungsspannung ist. Bekannte Nebenschlußvor­ richtungen, wie beispielsweise Siliziumthyristoren bzw. SCRs und FETs werden durch den Lawinendurchbruch oder durch den Durchbruch oberhalb einer festen Spannungsschwelle getrig­ gert. Derartige Schaltungen erfordern Serienwiderstände zwi­ schen der Nebenschlußvorrichtung und dem nFET-Treiber der Eingabe/Ausgabe-Anschlußfläche für einen zuverlässigen Schutz in vielen Fällen bei integrierten Schaltungen. In Abweichung hiervon kann eine kapazitive Kopplung verwendet werden, um die Triggerspannung derartiger Nebenschlußvor­ richtungen bei Übergangszuständen zu senken, wobei jedoch bei einer kapazitiven Kopplung das oben erwähnte Erfordernis für niedrige Leckströme bei ausgeschalteter Leistungsver­ sorgung und bei aktiven Signalen schwer zu erfüllen ist.

Eine Entladungsschutzschaltung mit zugehöriger Trigger­ schaltung ist beispielsweise in der EP 05 73 213 A1 beschrieben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elek­ trostatische Entladungsschutzschaltung für Eingabe/Ausgabe- Anschlußflächen einer integrierten Schaltung mit einer von der Versorgungsspannung unabhängigen Triggerung und einem niedrigen Leckstrom zu schaffen, welche keine seriellen Wi­ derstände benötigt und welche insbesondere für solche Sig­ nalsituationen geeignet ist, bei denen ein elektrostatischer Entladungsschutz bei aktiven Signalen und abgeschalteter Leistungsversorgung benötigt wird.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrostatische Entladungs­ schutzschaltung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Die Erfindung schafft dabei eine elektrostatische Entladungs­ schutzschaltung, die sich gleichfalls zur Verwendung mit solchen Signalen eignet, bei denen nicht das Erfordernis ak­ tiver Signale bei ausgeschalteter Leistung besteht, so daß eine Diodenverbindung von dem Signal zu dem Versorgungsbus für die positive Leistungsversorgung tolerierbar ist.

Die Erfindung schafft mit anderen Worten eine elektrostatische Entladungs­ schutzschaltung für eine integrierte Schaltung, wobei eine Kette von dioden-verbundenen Feldeffekttransistoren, die zwischen einem Bus und Masse geschaltet ist, in dynamischer Weise ein Nebenschlußelement triggern, das mit dem gleichen Bus oder einem anderen Bus und Masse verbunden ist. Jeder Bus ist diodenmäßig mit einer Leistungsversorgungsspannung- Anschlußfläche mit der Anode an der Leistungsversorgung und der Kathode an dem Bus und mit wenigstens einer Signalan­ schlußfläche der integrierten Schaltung verbunden. Die Reihe der diodenmäßig verbundenen FETs schaltet ein, wenn die Spannung zwischen der Signalanschlußfläche und Masse und da­ mit die Spannung zwischen dem Bus und Masse einen Schwellen­ wert des elektrostatischen Entladungsvorganges übersteigt, wobei die Diodenkette dann als Spannungsteiler arbeitet, um die Spannung auf einem Knoten zwischen zwei diodenmäßig verbundenen FETs in der Reihe auf eine ausrei­ chend hohe Spannung zu bringen, um einen n-Kanal-FET, nämlich einem sogenannten Trigger-FET einzuschalten, welcher ein Be­ standteil eines Inverters mit einer Widerstandslast ist. Der Ausgang des Inverters mit Widerstandslast, nämlich ein Kno­ ten zwischen dem Lastwiderstand und dem Trigger-FET, ist mit dem Eingang eines anderen Inverters verbunden, dessen Ausgang eine Triggerspannung an ein Nebenschlußelement liefert. Die Inverter selbst werden von dem elektrostatischen Entladungs­ bus mit Leistung versorgt. Durch Aktivieren des Nebenschluß­ elementes und zwar vorzugsweise eines "großen" n-Kanal-FETs, der in der Lage ist, einen großen Strombetrag gegen Masse zu leiten, welcher typischerweise wenigstens ein Ampere be­ trägt, wird die Bus-Masse-Spannung und damit die Spannung zwischen dem Signalanschluß und Masse wieder unter die Schwellenspannung abgesenkt. Wenn die Spannung abfällt und die Kette der diodenmäßig verschalteten FETs ausgeschaltet wird, wird die Ladung auf dem Gate des Trigger-FET gespeichert und fließt nur allmählich als Leckstrom durch den Trigger-FET ab. Demgemäß bleibt das Nebenschlußelement eingeschaltet, so daß dieses weiterhin den Strom von der elektrostatischen Entla­ dung gegen Masse abführen kann.

Ein Ausführungsbeispiel umfaßt einen Verstärkungskondensator (Boostkondensator) zwischen dem Bus und einem zweiten Knoten der dioden-geschalteten FET-Kette oberhalb des ersten Knotens mit wenigstens einem dazwischen liegenden FET, um das Einschalten des Nebenschlußelementes im Falle eines elektrostatischen Entladungsvorganges zu beschleunigen. Ein Rückkopplungs-FET kann für den Inverter, der das Neben­ schlußelement treibt, vorgesehen sein, um eine rücksetzbare Schaltung zu bilden, welche das Nebenschlußelement während der Zeitdauer des elektrostatischen Entladungsvorganges ein­ geschaltet hält, ohne daß Ladung an dem Gate des Trig­ ger-FET auftritt. Weitere Ausführungsbeispiele verwenden getrennte Busse für Triggerelemente und das Neben­ schlußelement oder eine Leitung, die mit dem Leistungsver­ sorgungsanschluß als Bus gekoppelt ist. Das letztgenannte Ausführungsbeispiel kann nicht für den Fall aktiver Signale bei ausgeschalteter Leistung verwendet werden.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer inte­ grierten Schaltung zur Verdeutlichung der Anschluß­ flächenverbindungen mit einer elektrostatischen Ent­ ladungsschutzschaltung gemäß der vorliegenden Er­ findung;

Fig. 2 ein Schaltbild der elektro­ statischen Entladungsschutzschaltung gemäß einem Beispiel der vor­ liegenden Erfindung für die in Fig. 1 gezeigte in­ tegrierte Schaltung;

Fig. 3 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles einer elektrostati­ schen Entladungsschutzschaltung gemäß der vorlie­ genden Erfindung; und

Fig. 4 ein Schaltbild von einer ebenfalls möglichen Anschlußflächenverbindungen für die elektrosta­ tische Entladungsschutzschaltung gemäß der vorlie­ genden Erfindung.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die integrierte Schaltung mit ihrer Leistungsversorgungsanschlußfläche 11 mit einer Lei­ stungsversorgungsspannungsleitung 13 verbunden, die ihrer­ seits diodenmäßig durch den Basis-Emitter-Übergang eines pnp-Transistors 15 mit einem elektrostatischen Entladungs­ schutzbus 17 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 15 ist mit der Leitung 13 verbunden, während die Basis des Transistors 15 mit dem Bus 17 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 15 ist mit einer Masseebene 41 verbunden. Mit der Masseebene 41 wird nicht nur die Substratmasse be­ zeichnet, sondern jeder andere Knoten innerhalb der Schal­ tung, der einen Diodenweg von dem Knoten zu sämtlichen Sig­ nalanschlußflächen aufweist. Dies ist der Stromrückweg für die elektrostatische Entladung. Typischerweise kann die Masseebene 41 die Substratmasse bei einem p-Substrat sein. Die integrierte Schaltung hat gleichfalls Eingabe/Ausgabe-Signalanschlußflächen 21, 23 (ggf. weitere), die über jeweilige Signalleitungen 22, 24 mit Eingangsschaltungen 31, 33 verbunden sind. N-Kanal-Feldeffekttransistoren 35, 37, die zur Potentialabsenkung dienen, verbinden die Si­ gnalleitungen 22, 24, usw. mit einer sog. "unreinen" Masseleitung 39, die gegenüber der sog. "reinen" Masse 41 isoliert ist, welche für eine innere bzw. Kernschaltung 43 der integrierten Schaltung vorge­ sehen ist. Es sei angemerkt, daß die Feldeffekttransistoren 35, 37 Bestandteil einer Ausgangstreiberschaltung und nicht der elektrostatischen Entladungsschutzschaltung sind.

Die Eingabe/Ausgabe-Signalanschlußflächen 21, 23, usw. sind diodenmäßig mit dem elektrostatischen Entladungsschutzbus 17 durch die Basis-Emitter-Übergänge der jeweiligen pnp-Transisto­ ren 25, 27 (ggf. weitere) verbunden. Die Emitter dieser Transistoren 25, 27 sind mit den jeweiligen Signalleitungen 22, 24, verbunden, während die jeweiligen Basisanschlüsse die­ ser Transistoren 25, 27 mit dem Bus 17 verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren 25, 27 sind mit der Masseebene 41 verbunden. Es sei angemerkt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Signalanschlußflächen 21, 23 keine Diodenverbindungen mit dem Leistungsversorgungsan­ schluß 11 haben, um ein Aufladen eines jeglichen externen Bus­ ses, der mit den Signalanschlußflächen 21, 23 verbun­ den ist, bei ausgeschalteter Leistung zu verhindern. Gleich­ falls sei angemerkt, daß trotz der Tatsache, daß pnp-Transi­ storen 15, 25, 27 die bevorzugte Diodenverbindung von den Anschlußflächen 11, 21, 23 mit dem elektrostati­ schen Entladungsschutzbus 17 sind, die Diodenverbindung mit jeder Hochstromdiode (Bipolar) realisiert werden kann, wobei die Anode einer jeden Diode mit der jeweiligen Signal- oder Leistungsversorgungs-Anschlußfläche und die Kathode einer jeden Diode mit dem Bus 17 verbunden ist. Der Kollektorstrom innerhalb des pnp-Transistors 15, 25, 27 liefert einen weiteren Kurzschlußweg gegen die Masseebene 41, wobei jedoch das Fehlen eines derartigen zusätzlichen Weges bei einfachen Dioden keine nennenswerte Verschlechterung für die Betriebs­ weise der Schutzschaltung darstellt. Über diese Kollektor- Masse-Wege hinaus benötigen die Anschlußflächen keinerlei Nebenschlußvorrichtungen oder Reihenwiderstände. Das hauptsächliche Ableiten des Stromes während eines elektrostatischen Entladungsvorganges wird durch die Nebenschlußschaltung 45 geliefert, die zwischen dem elektrostatischen Entladungsschutzbus 17 und der Masseebene 41 geschaltet ist.

Die elektrostatische Entladungsschutzschaltung 45 ist de­ tailliert in Fig. 2 dargestellt. Ein großer n-Kanal-MOS- Nebenschluß-FET 47 ist mit seinem Drainanschluß mit dem elektrostatischen Entladungsschutzbus 17 und mit seinem Sourceanschluß mit der Masseebene 41 verbunden. Das Gate 49 des Nebenschluß-FET 47 wird mit einer Triggerspannung von der Schutzschaltung beaufschlagt, welche den Nebenschluß-FET 47 derart ansteuert, daß dieser einen erheblichen Strom gegen Masse während eines elektrostatischen Entladungsvorganges führt. Der Nebenschluß-FET 47 ist typischerweise derart ausgelegt, daß er in seinem aktiven Zustand wenigstens einen Strom von 1A führt. Der Nebenschluß-FET 47 arbeitet im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Kurzschlußelementen nicht im Sättigungsbetrieb. Jedoch ist die spezielle Art des Nebenschlußelementes, das in dieser Schutzschaltung eingesetzt wird, für die Erfindung weniger wesentlich als der Triggermechanismus, welcher das Ne­ benschlußelement 47 aussteuert.

Eine Kette 51 von dioden-verbundenen nFETs 51a bis 51g ist zwischen dem Bus 17 und Masse 41 geschaltet. Jeder nFET 51a bis 51g innerhalb der Kette 51 ist mit seinem Gateanschluß und Drainanschluß mit dem Sourceanschluß des nächsthöheren nFET verbunden. Ein Knoten 53 zwischen den beiden nFETs 51e und 51f ist mit dem Gateanschluß 55 eines n-Kanal-"Trigger"-FET 57 verbunden. Dieser Trigger-FET 57 ist Teil eines Inverters mit Widerstandslast, welcher gleichfalls einen Lastwiderstand 59 umfaßt. Der Wi­ derstand ist zwischen dem Bus 17 und einem Ausgangsknoten 61 des Inverters geschaltet. Ein Widerstandswert von ungefähr 10 Kiloohm ist ein typischer Wert. Der Trigger-FET liegt zwischen dem Ausgangsknoten 61 und Masse 41. Ein zweiter In­ verter ist mit seinem Eingang 63 mit dem Ausgangsknoten 61 des Inverters mit Widerstandslast geschaltet, wobei der Aus­ gang 69 eine Triggerspannung an das Gate 49 des nFET-Neben­ schlußelementes 47 liefert. Der Inverter ist vorzugsweise ein CMOS-Inverter, wobei p-Kanal- und n-Kanal-MOS-Transisto­ ren 65 und 67 in Reihe zwischen dem Bus und Masse 41 ge­ schaltet sind. Beide Inverter müssen durch den elektrosta­ tischen Entladungsschutzbus 17 für Anwendungsfälle mit ak­ tiven Signalen und ausgeschalteter Leistungsversorgung mit Leistung versorgt werden.

Das Triggern des Nebenschlußelementes 47 unabhängig von der Versorgungsspannung V_DD auf der Leistungsversorgungsleitung 13 wird durch die Kette 51 der diodenmäßig verbundenen nFETs 51a bis 51g bewerkstelligt, welche als Spannungsteiler mit einer minimalen Spannung arbeiten, um den leitenden Zu­ stand zu beginnen. Die Kette 51 leitet praktisch nicht, bis die Spannung zwischen dem elektrostatischen Entladungsschutzbus 17 und der Masseebene 41 die Summe der einzelnen Schwellenspannungen der FETs 51a bis 51g innerhalb der Kette übersteigt. Da die Kette 51 als Widerstandsspan­ nungsteiler arbeitet, hängt die Bus-Masse-Spannung oder "Schwellen"-Spannung, die benötigt wird, um den Trigger-FET 57 zu aktivieren, von der Anzahl der FETs auf der Masseseite des Knotens 53 bezogen auf die Gesamtzahl der FETs innerhalb der Kette ab. Eine typische Schwellenspannung liegt bei etwa 7 Volt.

Während eines elektrostatischen Entladungsvorganges wird ein bezüglich seines Betrages sehr schnell ansteigender Strom in eine Signalanschlußfläche injiziert. Der Weg hat keine Verbindung mit niedriger Impedanz nach Masse, bis die elektrostatische Entladungsschutzschaltung eingeschaltet wird. Daher lädt der injizierte Strom schnell die Anschlußflächenkapazität auf und erzeugt dort eine Spannung, die über den Span­ nungswert hinweg ansteigt, welcher an dem elektrostatischen Entladungsschutzbus 17 anliegt. Der Stromfluß durch den Emitter-Basis-Übergang des pnp-Transistors 25, 27, der dem Laden der Eingabe/Ausgabe-Anschlußfläche 21, 23 entspricht, in den Bus 17 hinein hebt die Bus-Masse-Spannung über die Schwellenspannung zum Einschalten der Kette 51 der diodenmäßig verbundenen FETs 51a bis 51g. Wenn die anstei­ gende Spannung an dem Knoten 53, welcher an dem Gate 55 des Trigger-FET 57 anliegt, ausreichend groß wird, schaltet der Trigger-FET 57 ein und vermindert die Spannung an dem Inverter­ knoten 61, bis der Nebenschluß-FET 47 einschaltet. Da die Inverter eine endliche Einschaltzeit haben, wird die An­ schlußflächenspannung die Schwellenspannung um einen gewis­ sen Betrag übersteigen, bevor der Nebenschluß-FET 47 seinen vollständig durchgeschalteten Zustand erreicht. Sodann wird die Spannung vermindert, wenn der injizierte Strom nebenschlußmäßig von dem elektrostatischen Entladungs­ schutzbus 17 durch den Nebenschluß-FET 47 gegen die Masse­ ebene 41 geführt wird. Wenn die Bus-Masse-Spannung herabge­ setzt wird, schaltet die Kette 51 der diodenmäßig verbunde­ nen FETs 51a bis 51g aus, wodurch die Ladung an dem Knoten 53 nicht weiter steigt. Der Trigger-FET 57 bleibt eingeschal­ tet, so daß der Nebenschluß-FET 47 weiterhin Strom von dem Bus 17 zu der Masse 41 leitet, bis die eingefangene Ladung ausreichend (als Leckstrom) abgeflossen ist, um den Trigger-FET 57 auszuschalten. Die Signalanschlußflächenspannung wird ansteigen, bevor sie erneut nach unten unterhalb der Schwellenspannung der elektrostatischen Entladungsschutz­ schaltungen absinkt. Die Spannung an dem elektrostati­ schen Entladungsschutzbus weicht dabei von der Spannung an der Signalanschlußfläche um den Spannungsabfall über den Basis- Emitter-Übergang der pnp-Transistoren ab.

Das Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, teilt den elektrostatischen Entladungsschutzbus 17 und den Nebenschluß-FET 47 zwischen mehreren Eingabe/Ausgabe-An­ schlußflächen 21, 23. In Abweichung hiervon kann jede Anschlußfläche 21, 23, usw. ihr eigenes Nebenschlußelement haben.

Eine andere Möglichkeit besteht in der wahlweisen Verwendung eines Verstärkungskondensators (oder Boost-Kondensators) 71 für die elektrostatische Entladungsschutzschaltung, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, um die Einschaltzeit zu verkürzen und um den Spannungspuls der betroffenen Anschlußfläche zu vermindern. Der Boost-Kondensator 71 ist zwischen den elektrostatischen Entladungsschutzbus 17 und einem Knoten 73 geschaltet, welcher seinerseits zwischen zwei diodenmäßig verbundenen FETs 51d und 51e innerhalb der Kette 51 liegt. Dieser zweite Knoten 73 muß zwischen dem ersten Knoten 53, welcher mit dem Gate 55 des Trigger-FET 57 verbunden ist, und dem Bus 17 geschaltet sein, wobei wenigstens ein dioden­ mäßig verbundener FET 51e zwischen den beiden Knoten 53 und 73 liegt. Ein Boost-Kondensator mit einer geeigneten Kapazi­ tät vermindert den Spannungsanstieg an dem Signalweg, jedoch erhöht dieser den von der Schutzschaltung benötigten Strom an den Signaltransistoren an der Anschlußfläche bei ausgeschalteter Leistungsversorgung.

Eine andere Variation liegt darin, wahlweise einen Rückkopp­ lungs-FET 75 vorzusehen, der zwischen dem Inverterausgang 69 und dem Invertereingang 63 liegt. Der n-Kanal-FET 75 liegt mit seinem Drainanschluß an dem Invertereingang 63, während dessen Sourceanschluß mit der Masseebene 41 und dessen Gate mit dem Inver­ terausgang 69 verbunden ist. Hierdurch wird eine rücksetzbare oder regenerative Schaltung für den Inverter gebildet, welche im wesent­ lichen ein "Latsch" bildet, welches dazu beiträgt, den Inver­ tereingang 63 derart nach unten zu ziehen, daß der Neben­ schluß-FET schneller einschalten kann, sobald die Spannung an dem Inverterausgang 69, die an das Gate 49 des Neben­ schluß-FET angelegt wird, hoch genug ist, um den Neben­ schluß-FET 47 einzuschalten. Die regenerative Schaltung, die durch den Rückkopplungs-FET 75 gebildet wird, trägt zu der dynamischen Betriebsweise der elektrostatischen Entladungs­ schutzschaltung bei, ohne daß es erforderlich wäre, das Ableiten der Ladung an dem Gate 55 des Trigger-FET 57 durchzu­ führen. Die Kette der dioden-geschalteten FETs 51a bis 51g wird dabei immer noch als Triggermechanismus in der elektrostati­ schen Entladungsschutzschaltung verwendet, wird jedoch nicht länger benötigt, um das Nebenschlußelement 47 eingeschaltet zu halten. Demgemäß kann man als weitere Wahlmöglichkeit nunmehr einen Widerstandsweg von dem Gate des Trigger-FET 55 zur Masseebene 41 derart einführen, daß die Schaltung keinen potentialmäßig "schwimmenden" Knoten 53 hat. Beispielsweise kann die Schaltung einen Ein-Dioden-FET 51f oder 51g zwi­ schen dem Knoten 53 und der Masseebene 41 haben, oder die Gates der FETs 51f und 51g können jeweils mit dem Knoten 53 verbunden sein, oder ein Widerstand kann beide FETs 51f, 51g ersetzen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Schaltungsabänderung, bei der der elektrostatische Entladungsschutzbus 17 gemäß Fig. 2 in ge­ trennte Trigger- und Nebenschluß-Busse 77 und 79 unterteilt ist, die jeweils getrennte Diodenverbindungen 81 und 83 mit den Signalwegen 25 haben. Jeder Bus 77 und 79 ist gleich­ falls diodenmäßig mit einer Leistungsversorgung in einer solchen Art verbunden, die der Verbindung über den pnp-Tran­ sistor 15 des Busses 17 mit der Leistungsversorgungsleitung 13 in Fig. 1 entspricht. Die Kette der diodenmäßig verbun­ denen FETs 51 liegen zwischen dem Trigger-Bus 77 und Masse 41, während der Nebenschluß-FET 47 zwischen dem Nebenschluß-Bus 79 und der Masseebene 41 liegt. Die Inverterelemente 57, 59, 65 und 67 können entweder an den Bus 77 oder an den Bus 79 angekoppelt werden. Die Unterteilung des elektrostati­ schen Entladungsbusses 17 gemäß Fig. 2 ermöglicht eine ge­ trennte Optimierung der Diodenverbindungen 81 und 83 von dem Signalweg 85 zu den beiden Bussen 77 und 79. Beispielsweise muß das Nebenschlußelement 47 mit der Eingangs/Ausgangs-An­ schlußfläche durch einen großen pnp-Transistor 83 mit einem niedrigen Widerstandswert gekoppelt werden, wobei die Stromverstärkung zur möglichst weitgehenden Erhöhung des Emitterstromes so hoch wie möglich gehalten werden muß. Im Fall eines einzigen Bus (Fig. 2) beherrscht dieses Erforder­ nis die Auswahl der Diodenverbindungen 25, 27. Um je­ doch die Leckströme zu minimieren, würde die Triggerschal­ tung von einer Verbindung mit niedriger Verstärkung Vorteile ziehen, welche aus einem erheblich kleineren pnp-Tran­ sistor 81 oder von einem diodenmäßig verbundenen FET resul­ tieren würden.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, können bei einem anderen Aus­ führungsbeispiel die Eingabe/Ausgabe-Signalanschlußflächen 21 der integrierten Schaltung, welche nicht mit externen Bussen verbunden sind, welche aktiv sind, wenn die Lei­ stungszufuhr zu der integrierten Schaltung ausgeschaltet ist, diodenmäßig mit der Leistungsversorgungsleitung 13 über den Basis-Emitter-Übergang eines pnp-Transistors 25 verbun­ den werden. Dies ist äquivalent zu der Verbindung des Lei­ stungsversorgungsanschlusses 11 direkt mit dem elektrosta­ tischen Entladungsschutzbus 17 gemäß Fig. 2 an Stelle einer indirekten Verbindung durch einen pnp-Transistor 25. Das Triggern der Schutzschaltung 45 erfolgt dann in direkter Be­ ziehung zur Spannung V_DD, welche durch den Leistungsversor­ gungsanschluß 11 zugeführt wird. Die diodenmäßig verschal­ tete FET-Kette 51 gemäß Fig. 2 liefert weiterhin eine dyna­ mische Betriebsweise des Nebenschlußelementes, welches zwi­ schen der Leistungsversorgungsleitung 13 und Masse geschal­ tet ist, indem die Ladung eingefangen wird oder indem die Betriebsweise des Rückkopplungs-FET 75 festgehalten wird, nachdem die Leistungsversorgungsleitung während des Auftre­ tens eines elektrostatischen Entladungsvorganges entladen worden ist. Das Nebenschließen des Stromes hält da­ her während des gesamten elektrostatischen Entladungsvor­ ganges an, bis die eingefangene Ladung als Leckstrom aus der diodenmäßig verschalteten Kette der FETs 51 verschwunden ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist für den Schutz einer nicht sehr robusten Kernschaltung zweckmäßig.

Claims (9)

1. Elektrostatische Entladungsschutzschaltung, gekenn­ zeichnet durch folgende Merkmale:
einen Signalbus (13; 17; 79), der über eine Diode (25; 27; 83) mit wenigstens einer Signalanschlußfläche (21; 23; 85) einer integrierten Schaltung verbunden ist, wo­ bei die Anode der Diode (25; 27; 83) mit der Signalan­ schlußfläche und die Kathode der Diode mit dem Signal­ bus verbunden ist, wobei der Signalbus gleichfalls mit einer positiven Leistungsversorgungsspannung (11) ver­ bunden ist;
eine Schaltvorrichtung (47), die in ihrem aktiven Zu­ stand einen Strom von dem Signalbus zu einer Masseebene (41) der integrierten Schaltung liefert, wobei die Schaltvorrichtung (47) durch eine an diese angelegte Triggerspannung aktiviert wird;
eine Triggerschaltung, die auf eine Spannung, die zwi­ schen der Signalanschlußfläche (21; 23; 85) und der Masseebene (41) anliegt, anspricht, um der Schaltvor­ richtung (47) eine Triggerspannung immer dann zu lie­ fern, wenn die Spannung, die zwischen der Signalan­ schlußfläche (21; 23; 85) und der Masseebene (41) an­ liegt, einen Schwellenwert bei einem elek­ trostatischen Entladungsvorgang übersteigt, wobei die Triggerschaltung folgende Merkmale aufweist:

• eine Kette (51) von Feldeffekttransistoren (51a bis 51g), die derart verschaltet sind, daß jeweils das Gate und das Drain eines der Feldeffekttransistoren (51a-51g) gemeinsam mit der Source des nächsten Feldeffekttransistors (51a-51g) verbunden sind, wobei dieselben zwischen die Signalanschlußfläche (21; 23; 85) und die Masseebene (41) geschaltet sind und ein Knoten (53) an der Verbindung von zwei der Feldeffekttransistoren (51e, 51f) liegt;
• einen Inverter mit Widerstandslast, wobei ein Last­ widerstand (59) und ein n-Kanal-Trigger-Feldeffekt­ transistor (57) in Reihe zwischen dem Signalbus und der Masseebene geschaltet sind, wobei das Gate (55) des Trigger-FET mit einem Knoten (53) der Kette der verschalteten FETs verbunden ist und wobei ein Aus­ gangsknoten (61) des Inverters mit Widerstandslast zwischen dem Lastwiderstand und dem Trigger-FET liegt; und
• einen CMOS-Inverter (65, 67), dessen Eingang (63) mit dem Ausgangsknoten (61) des Inverters mit Wider­ standslast verbunden ist und dessen Ausgang (69) mit der Schaltvorrichtung verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode, die die Signalanschlußfläche (21; 23; 85) mit dem Signalbus (13; 17; 79) verbindet, durch den Basis-Emitter-Übergang eines pnp-Transistors (25; 27; 83) gebildet ist, wobei der Emitter des Transistors mit der Signalanschlußfläche verbunden ist und die Basis des Transistors mit dem Signalbus (13; 17;79) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalbus (13) direkt mit der Leistungsversor­ gung (11) verbunden ist.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Signalbus (17) über eine Diode mit der Lei­ stungsversorgung (11) verbunden ist, wobei die Anode der Diode (15) mit der Leistungsversorgung und die Kathode der Diode mit dem Signalbus verbunden ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode, die den Signalbus mit der Leistungsver­ sorgung (11) verbindet, durch den Basis-Emitter-Übergang eines weiteren pnp-Transistors (15) gebildet ist, wobei der Emit­ ter des Transistors (15) mit der Leistungsversorgung und die Basis des Transistors mit dem Signalbus verbun­ den ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kette (51) der verschalteten Feldeffektransi­ storen (51a bis 51g) mit einem zweiten Signalbus (77) und mit Masse (41) verbunden ist, wobei die Diode, die den zweiten Signalbus mit der Signalanschlußfläche (85) verbindet, als Basis-Emitter-Übergang eines weiteren pnp-Transistors (81) gebildet ist, wobei der Emitter des weiteren Transistors (81) mit der Signalanschlußfläche und die Basis des Transistors mit dem zweiten Signalbus verbunden ist, und der zweite Signalbus (77) gleich­ falls über eine Diode mit einer Leistungsversorgung (11) verbunden ist, wobei die Anode der Diode mit der Leistungsversorgung und die Kathode der Diode mit dem zweiten Signalbus verbunden sind.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode, die den zweiten Signalbus (77) mit der Leistungsversorgung (11) verbindet, durch den Basis-Emit­ ter-Übergang eines dritten pnp-Transistors (15) gebildet ist, wobei der Emitter des Transistors (15) mit der Lei­ stungsversorgung und die Basis des Transistors (15) mit dem zweiten Signalbus verbunden sind.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Triggerschaltung ferner einen Verstärkungs­ kondensator (71) aufweist, welcher zwischen den Signal­ bus (17) und den zweiten Knoten (73) der Kette (51) ge­ schaltet ist und den Spannungsanstieg vermindert.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenn­ zeichnet durch einen Rückkopplungs-Feldeffekttransistor (75), dessen Gate mit dem Ausgang (69) des CMOS-Inverters (65, 67), dessen Drain mit dem Eingang (63) des CMOS-Inverters und dessen Source mit der Masseebene (41) verbunden sind.