JP2002124574A - 保護回路 - Google Patents

保護回路

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JP2002124574A
JP2002124574A JP2001235299A JP2001235299A JP2002124574A JP 2002124574 A JP2002124574 A JP 2002124574A JP 2001235299 A JP2001235299 A JP 2001235299A JP 2001235299 A JP2001235299 A JP 2001235299A JP 2002124574 A JP2002124574 A JP 2002124574A
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voltage
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Michael Muth
ミヒャエル、ムート
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Koninklijke Philips NV
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Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CMOS回路等のアナログ信号処理集積回路
の入力を過大電圧から保護する回路構成を提供する。 【解決手段】 保護回路100は、少なくとも二つの入
力端子10,20と、各入力端子が保護ダイオード(半
導体ダイオード)12,22を介して電源電圧U と、
他の保護ダイオード(半導体ダイオード)16,26を
介して基準電圧U に接続される少なくとも一つの保護
段Sと、保護ダイオード12,16;22、26の各々
に対して直列に配されたさらなるダイオード14,1
8;24,28を有し、とフィルタ段Fの前段に設けら
れた保護段Sを備える。保護段Sにより、簡単、低コス
ト構成で入力信号経路を不要な復調、さらに、静電放電
による過大電圧から保護する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、特にCMOS集
積回路等、アナログ信号処理に適する集積回路の入力を
過大電圧より保護するための保護回路であって、少なく
とも二つの入力端子と、各入力端子が保護ダイオード
(半導体ダイオード)を介して電源電圧と、他の保護ダ
イオード(半導体ダイオード)を介して基準電圧に接続
される少なくとも一つの保護段を備える保護回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】このような保護回路は例えば米国特許
4,254,442に開示されている。この文献には、
電話回線及びこれに接続される電子回路を過大電圧より
保護するための保護回路が開示されている。この保護回
路では、第1の半導体保護ダイオード・ペアが、通常動
作では逆バイアスとなるように、一定電位の2点間に同
方向に直列に接続されている。保護ダイオードは電話回
線に接続され、過大電圧が発生すると、電話回線電圧が
一定電位の2点間のいずれか一方の電位にクランプされ
る。この保護回路にはさらに第2の半導体保護ダイオー
ド・ペアが、通常動作では逆バイイアスとなるように、
一定電位の2点間に同方向に直列に接続されている。こ
れらの保護ダイオードも電話回線に接続されている。電
話回線は、第1の半導体保護ダイオード・ペアの接続点
と第2の半導体保護ダイオード・ペアの接続点との間に
インピーダンス、好ましくは、インダクタンスを有す
る。第2の半導体保護ダイオード・ペアにおける一定電
位の範囲は、第1の半導体保護ダイオード・ペアにおけ
る一定電位の範囲より大きいか又はこの第1ペアの電位
範囲に相当する範囲である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の保護回路は、例
えば、ボンディング・パッド(集積回路、特にチップの
電気的伝導接触領域)に、例えば静電放電(ESD)時
に発生する過大電圧によりこれらパッドに接続される集
積回路が破壊されるのを防止するものである。特に、C
MOS集積回路は高入力電圧に対してダメージを受けや
すい。入力電圧が基準電位より低くなったり又は電源電
圧より高くなると保護ダイオードが導通して過大電圧が
これらダイオードを介して放電する。即ち、過大電圧が
保護ダイオードによりある程度短絡状態となる。
【0004】これは、言い換えれば、基準電位と電源電
圧の間に入力電圧の制御範囲が限定されるということで
ある。しかし、このような入力電圧の制御範囲限定は、
基準電位と電源電圧により規定される制御範囲を越えて
入力端子電圧が過大になるような外部から高周波成分が
与えられたときに問題となる。このような場合、保護ダ
イオードが順方向となり、入力アナログ信号を復調する
が、そのような復調は信号経路にダメージを与え、これ
は低周波帯域でも同様である。
【0005】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、特にCMOS集積回路等、アナログ信号処理に
適する集積回路の入力を過大電圧より保護するための保
護回路であって、少なくとも二つの入力端子と、各入力
端子が保護ダイオード(半導体ダイオード)を介して電
源電圧と、他の保護ダイオード(半導体ダイオード)を
介して基準電圧に接続される少なくとも一つの保護段を
備える保護回路であって、簡単でコストの低い構成で入
力信号経路での復調によるダメージを防止し、さらに
は、静電放電による過大電圧から保護する保護回路を提
供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係る保護回路
は、アナログ信号処理集積回路の入力を過大電圧から保
護する保護回路であって、少なくとも二つの入力端子
と、少なくともフィルタ段の前段に設けられ、前記各入
力端子が保護ダイオードを介して電源電圧と、他の保護
ダイオードを介して基準電圧に接続される少なくとも一
つの保護段と、前記保護ダイオードの各々に対して直列
に配されたさらなるダイオードとを有する。
【0007】前記さらなるダイオードは、少なくとも、
ゼナーダイオード及び/又は少なくともゼナー効果を有
する寄生トランジスタ・ダイオードであってもよい。入
力信号の制御範囲が、ゼナーダイオードの破壊電圧によ
り、基準電圧と電源電圧間の電圧範囲より大きくなる。
【0008】さらなるダイオードは、ゼナーダイオード
の破壊電圧により増加する電圧範囲が保護すべき集積回
路がダメージを受け又は破壊されることがないような範
囲に収まるよう設定される。さらなるダイオードは低オ
ーミック、即ち、過大電圧により生じる短絡電流(ES
D電流)に対応できる低抵抗を有するものである。
【0009】保護ダイオードに直列に接続した少なくと
も一つのさらなるダイオードにより、CMOS回路等の
集積回路に対して、それに接続される集積回路にダメー
ジを与えることなく、高電圧、特に高交流電圧を印加す
ることができる。保護ダイオードが導通することなし
に、さらには、保護ダイオードによる不要な復調なし
に、この高電圧、特に高交流電圧はさらなるダイオード
の破壊電圧により基準電圧を下回るか、電源電圧を越え
ることとなる。
【0010】ブレークダウン・ダイオードとゼナーダイ
オードの直列接続についてはヨーロッパ特許03609
33A1に開示されている。しかし、この文献では、保
護段通過後の過大高周波成分の問題については触れてお
らず、さらには、本発明の改善された入力信号の制御範
囲を基にした信号経路にける高周波干渉成分の復調につ
いては触れていない。
【0011】本発明によれば、保護段は、少なくとも一
つのフィルタ段、特に高周波フィルタ段の前段に配され
る。復調されない高周波干渉信号はこのフィルタ段によ
り減衰されるので集積回路が高周波干渉信号による影響
を受けることが実質的にない。
【0012】この点に関し、例えば米国特許4,25
4,442に開示されている回路構成の入力段に(高周
波)フィルタ段を備えても、有効な信号の低周波成分で
ある復調された低周波信号を減衰することはできない。
【0013】これに対して、本発明では、増強されたE
SD保護の基に、保護段の後に配された(高周波)フィ
ルタ段が効果的に動作する。
【0014】なお、本発明はCMOS回路にも適用でき
るものである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態を説明する。
【0016】回路構成100は、入力、ここでは、アナ
ログ信号処理用CMOS集積回路(図1では示してはい
ないが図右側の矢印方向に接続される)のボンディング
・パッド(集積回路、特にチップの電気的伝導接触領
域)を過大電圧から保護するものであり、入力端子1
0,20を備える。
【0017】入力端子10,20は保護段Sに接続され
る。入力端子10は半導体保護ダイオード12を介して
電源電圧U(図2参照)に接続され、さらに、半導体
保護ダイオード16を介して接地電位に相当する基準電
位U(図2参照)に接続される。さらなるダイオー
ド、即ち、ゼナーダイオード14,18が各々半導体保
護ダイオード12,16に直列に接続される。ゼナーダ
イオード14,18の代わりに、さらに二つ以上のダイ
オードを半導体保護ダイオード12,16各々に接続し
てもよい。
【0018】同様に、入力端子20は半導体保護ダイオ
ード22を介して電源電圧Uに接続され、さらに、半
導体保護ダイオード26を介して接地電位に相当する基
準電位Uに接続される。さらなるダイオード、即ち、
ゼナーダイオード24,28が各々半導体保護ダイオー
ド22,26に直列に接続される。ゼナーダイオード2
4,28の代わりに、さらに二つ以上のダイオードを半
導体保護ダイオード22,26各々に接続してもよい。
【0019】図2に示すように、ダイオード14,1
8、24,28を配置することにより、半導体保護ダイ
オード12,16、22,26により規定される入力信
号の制御範囲U<U<Uが、ゼナーダイオード1
4,18,24,28の各破壊電圧ΔUにより増大す
る電圧範囲U-U<U<U+Uまで増加し、基準
電圧Uと電源電圧U間の電圧範囲U<U<U
り大きくなる。
【0020】さらなるダイオード14,18,24,2
8を保護ダイオード12,16,14,18と直列に配
置することにより、より大きいAC電圧を、それに続く
集積回路にダメージを与えずに集積回路(CMOS回
路)に印加することができる。保護ダイオード12,1
6,14,18が導通することなしに、さらには、(保
護)ダイオードによる不要な復調なしに、このAC電圧
は、ダイオード18,28の破壊電圧ΔUにより基準
電圧Uとを下回るか、ダイオード14,24の破壊電
圧ΔUにより電源電圧Uを越えることとなる。
【0021】さらに図1に示すように、保護段Sは高周
波フィルタ段Fの前段に設けられている。即ち、入力端
子10,20がRC要素30,32(抵抗30,キャパ
シタ32)及びRC要素40,42(抵抗40,キャパ
シタ42)の前段に設けられている。復調されない高周
波干渉信号がこの高周波フィルタ段Fで減衰されるの
で、後段の集積回路がこの干渉信号により影響を受ける
ことがない。これは、増強されたESD保護(入力信号
電圧範囲U-U<U<U+U)により高周波フィ
ルタ段Fが有効に働くからである。
【0022】プリアンプ50が高周波フィルタ段Fの後
段で且つ保護すべき集積回路の前段に設けられる。
【0023】
【発明の効果】図1、2に示す回路構成は、例えば米国
特許4,254,442の従来回路構成に比べて電磁気
に対する適応性が改善される。これは、保護ダイオード
12,16,14,18に直列に配置されるさらなるダ
イオード14,18,24,28により、高周波干渉信
号が増加した復調電圧の基に高いレベルで復調され、そ
れ対し、復調されない高周波信号が、保護段Sの次に設
けられた高周波フィルタ段Fにより効果的に減衰される
からである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態による回路構成を示す回
路図である。
【図2】図1に示す回路構成と従来回路における入力電
圧制御範囲を比較して示す図である。
【符号の説明】
10 第1入力端子 12 第1保護ダイオード 14 ダイオード 16 第1保護ダイオード 18 ダイオード 20 第2入力端子 22 第2保護ダイオード 24 ダイオード 26 第2保護ダイオード 28 ダイオード 30 第1抵抗 32 第1キャパシタ 40 第2抵抗 42 第2キャパシタ 50 プリアンプ F 高周波フィルタ段 S 保護段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, Th e Netherlands Fターム(参考) 5F038 BH03 BH05 BH13 EZ20 5F048 AA02 AC03 AC10 CC01 CC05 CC06 CC10 CC15 CC19 5J024 AA01 BA04 BA19 CA19 CA20 DA01 DA25 EA01

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アナログ信号処理集積回路の入力を過大電
    圧から保護する保護回路であって、少なくとも二つの入
    力端子と、 少なくともフィルタ段の前段に設けられ、前記各入力端
    子が保護ダイオードを介して電源電圧と、他の保護ダイ
    オードを介して基準電圧に接続される少なくとも一つの
    保護段と、 前記保護ダイオードの各々に対して直列に配されたさら
    なるダイオードとを有することを特徴とする保護回路。
  2. 【請求項2】前記さらなるダイオードは、少なくとも、
    ゼナーダイオード及び/又は少なくともゼナー効果を有
    する寄生トランジスタ・ダイオードであることを特徴と
    する請求項1記載の保護回路。
  3. 【請求項3】前記保護ダイオードの各々に直列に配され
    た二つ以上のさらなるダイオードを有することを特徴と
    する請求項1又は2記載の保護回路。
  4. 【請求項4】前記さらなるダイオードは低破壊電圧を有
    することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載
    の保護回路。
  5. 【請求項5】前記さらなるダイオードは低抵抗を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の保
    護回路。
  6. 【請求項6】前記フィルタ段は少なくとも二つの抵抗、
    キャパシタ要素を有することを特徴とする請求項1乃至
    5のいずれかに記載の保護回路。
  7. 【請求項7】前記入力端子の各々は前記抵抗、キャパシ
    タ要素の各々の前段に設けられることを特徴とする請求
    項6に記載の保護回路。
  8. 【請求項8】前記フィルタ段は少なくともプリアンプの
    前段に設けられることを特徴とする請求項1乃至7のい
    ずれかに記載の保護回路。
  9. 【請求項9】前記基準電圧は接地電位であることを特徴
    とする請求項1乃至8のいずれかに記載の保護回路。
  10. 【請求項10】前記集積回路はCMOS回路であること
    を特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の保護回
    路。
  11. 【請求項11】前記フィルタ段は高周波フィルタ段であ
    ることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載
    の保護回路。
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