JP5694578B2 - チャージポンプ静電気放電保護 - Google Patents

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Description

本開示は、電気放電保護に関し、より詳細には、増幅器、およびチャージポンプを採用している他の回路のための静電気放電(ESD)保護に関する。
チャージポンプは一般的に、所与の電圧供給レベルを上げるまたは下げるため、および/または、供給を反転電圧レベルに反転させて負荷に電力供給するために電子回路で利用される。チャージポンプは、例えば、G級増幅器アーキテクチャに応用でき、増幅器に提供される供給電圧は増幅されるべき入力信号のレベルに依存して変化しうる。チャージポンプはまた、増幅器以外の他のタイプの負荷に電力供給するためにも採用できる。
静電気放電(ESD)からチャージポンプの端子を保護するために、ツェナーダイオード(Zener diode)およびRCトリガ電力クランプ(clamp)などの保護デバイスが、ESDの影響を受けやすい端子間に結合されうる。このような保護デバイスは、チャージポンプ回路、および、これら端子に結合された他の回路から離れてESD電流を分路(shunt)させ、これにより、このような回路へのダメージを防ぐ。回路が耐える必要のありうるESDレベルの例は、例えば、当技術分野で知られている人体モデル(HBM)、または、国際電気標準会議によって発表された規格IEC 61000−4−2に従って説明されているとおりである。従来のESD保護デバイスは、オンチップコンポーネントまたはオフチップコンポーネントのいずれかを採用しており、オフチップコンポーネントは、通常、オンチップコンポーネントよりも高価である。
通常のチャージポンプ動作の間、チャージポンプの1つ以上の出力供給電圧は、このチャージポンプのために選択された利得モードに依存して、低(low)レベルと高(high)レベルとの間で切り替えられうる。このようなチャージポンプ出力供給電圧の利得切替は、意図せずに、供給電圧に結合された1つ以上のクランプをオンし、このクランプを通した電流漏れを不所望にもたらす。代わりに、チャージポンプからの負荷によって引き起こされる電流はチャージポンプ出力供給電圧に大きなリップルを生じさせ、クランプを通した電流漏れにも寄与する。
チャージポンプ動作に最適に適合したESD保護技法を提供することが望まれるはずである。これらの具体化コストを低くするために、こうしたESD保護技法をオンチップに統合するための技法を提供することがさらに望まれるはずである。
図1は、本開示に従うチャージポンプアプリケーションの例示的な実施形態を示す。 図2は、本開示に従うチャージポンプ内の内部スイッチの例示的な実施形態を示す。 図2Aは、図2を参照して説明されたチャージポンプの例示的な実施形態を示しており、スイッチS1〜S6は複数のMOSトランジスタM1〜M6として具体化される。 図3Aは、3つのフェーズにわたる第1の利得モード、すなわち利得=1/2、におけるスイッチS1〜S6の例示的な構成を示す。 図3Bは、2つのフェーズにわたる第2の利得モード、すなわち利得=1、におけるスイッチの構成を示す。 図4は、図2を参照して説明されたチャージポンプの端子に対する静電気静電気放電(ESD)保護スキームの例示的な実施形態を示す。 図4Aは、動的なクランプの例示的な実施形態を示す。 図5は、図2Aを参照して説明されたチャージポンプに対する静電気放電保護スキームの例示的な実施形態を示す。 図6は、M4を駆動ために電圧D4’を生成するためのM4制御モジュール525の例示的な実施形態を示す。 図7は、図6を参照して上で説明された機能を具体化するための例示的な回路を示す。 図8は、M5を駆動するために電圧D5’を生成するためのM5制御モジュール515の例示的な実施形態を示す。 図9は、図8を参照して上で説明された機能を具体化するための例示的な回路を示す。 図10は、IECレベル保護を提供するためのスキームの例示的な実施形態を示す。 図11は、第1および第2のIECクランプの例示的な実施形態を示す。 図12は、本開示に従う方法の例示的な実施形態を示す。
本開示の様々な態様が、以下に添付の図面を参照してより詳しく説明される。しかしながら、本開示は、多くの異なる形式で実施でき、本開示全体を通して提示される任意の特定の構成または機能に限定されると解釈されるべきでない。むしろ、これら態様は、本開示を徹底的かつ完全なものとし、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるために提供されるものである。本明細書における教示に基づき、本開示の他の態様から独立して具体化されようと、これらと組み合わされて具体化されようと、本開示の範囲が、本明細書における開示の任意の態様をカバーすることが意図されることを、当業者は認識するべきである。例えば、本明細書に説明される任意の数の態様を使用して、装置が具体化され、方法が実施されうる。さらに、本開示の範囲は、本明細書に説明される開示の様々な態様に加えて、または、これら以外の他の構成、機能、または構成と機能を使用して実施された、このような装置または方法をカバーすることを意図している。本明細書における開示の任意の態様が、請求項に記載された1つ以上のエレメントにより組み込まれうることは理解されるべきである。
添付図面に関連して以下に示される詳細な説明は、本発明の例示的な態様の説明として意図され、本発明が実施されうる唯一の例示的な態様を表すことは意図されない。本明細書全体にわたって用いられる「例示的(exemplary)」という用語は、「例、実例、または例示を提供する」を意味し、必ずしも、他の例示的な態様よりも好ましいとか、有利であるとか解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的な態様の完全な理解を提供することを目的とした特定の詳細を含む。本発明の例示的な態様がこれらの特定の詳細なしに実施されうることは当業者に明らかとなるはずである。いくつかの例において、本明細書で提示される例示的な態様の新規性を曖昧にしないために、周知の構造およびデバイスがブロック図形式で示される。
図1は、本開示に従うチャージポンプアプリケーションの例示的な実施形態を示す。図1に示されるチャージポンプアプリケーションは、例示を目的としてのみ示されるものであり、本開示の範囲を任意の特定のチャージポンプアプリケーションに限定することを意図するものではない。
図1では、チャージポンプ120が電源10からの供給電圧Vdd 105aを供給される。例示的な実施形態において、電源10は、例えば、他の電子モジュールにも電力を供給するスイッチモード電源(SMPS)でありうる。チャージポンプ120は、フライングキャパシタCfly 125を連続的に充電および放電するようにチャージポンプ120内の複数のスイッチ(図1には示されていない)を構成することによって、電圧Vdd 105aから出力電圧Vpos 120aおよびVneg 120bを生成する。示される例示的な実施形態において、チャージポンプ利得、すなわちVddのレベルからVposおよびVnegのレベルへの相対利得は、制御信号cp_gain 110aによって制御される。同様に、内部チャージポンプスイッチが起動される周波数を決めるチャージポンプスイッチング周波数は、制御信号cp_fclk 110bによって制御される。制御信号cp_gainおよびcp_fclkは、内部チャージポンプスイッチの開閉を制御するスイッチ制御モジュール123に供給されうる。
図1に示されるように、キャパシタCpos 161およびCneg 162は、チャージポンプによって供給されたエネルギを格納し、それぞれ電圧レベルVpos 120aおよびVneg 120bを維持し、増幅器20に電力を供給するために設けられることができる。電力増幅器20はノード20aで入力電圧を増幅し、ノード20bで出力電圧を生成する。
図2は、本開示に従って、チャージポンプ内の内部スイッチの例示的な実施形態を示す。図2に示される特定のチャージポンプは、例示を目的として説明されているにすぎず、本開示の範囲を、チャージポンプ内のスイッチの特定の実施に限定することを意図しないことに注意されたい。当業者は、図2を参照して本明細書で説明されるものと同一の機能を達成するために、代替数および/またはトポロジのスイッチが使用されうることが分かるはずである。このような別の例示的な実施形態は、本開示の範囲内であることが意図される。
図2において、フライングキャパシタCfly 125は、複数のスイッチS1〜S6に結合されたノードC1pおよびC1nを有する。C1pおよびC1nはまた、本明細書において、それぞれ第1および第2のフライングキャパシタノードを指すこともある。スイッチS1〜S6は、出力電圧Vpos 120aおよびVneg 120bを生成するために、例えば、図1に示されたスイッチ制御モジュール123によって、より詳細に以下で説明される一連の動作フェーズにわたって開閉するように構成される。特に、利得=1/2に対応する第1の利得モードでは、Vpos 120aおよびVneg 120bがそれぞれVdd/2および−Vdd/2に対応し、利得=1に対応する第2の利得モードでは、Vpos 120aおよびVneg 120bがそれぞれVddおよび-Vddに対応しうる。
本明細書では、スイッチS4は「接地スイッチ」としても示され、スイッチS5は「Vneg」として示されうることに注意されたい。
図2Aは、図2を参照して説明されるチャージポンプの例示的な実施形態を示しており、スイッチS1〜S6は、複数のMOSトランジスタM1〜M6として具体化される。トランジスタM1〜M6の各々は、対応するドライバ201〜206によって駆動され、それは、例えば、スイッチ制御モジュール123によって生成された制御電圧制御1〜6をバッファしうる。特定の例示的な実施形態において、個々のトランジスタのサイズが、これら駆動回路と共に、各トランジスタによって処理されるべき期待される電圧および電流負荷に依存して、互いに変更されうることが分かるはずである。
図3Aは、3つのフェーズにわたる第1の利得モード、すなわち利得=1/2、におけるスイッチS1〜S6の例示的な構成を示す。図3Aに示されるように、フェーズIの間、CflyのノードC1pおよびC1nはそれぞれVddおよびVposノードに結合される。フェーズIIの間、ノードC1pおよびC1nはそれぞれVposおよびGNDノードに結合される。フェーズIIIの間、ノードC1pおよびC1nはそれぞれGNDおよびVnegノードに結合される。
フェーズIおよびIIの間、フェーズIおよびIIは、VposおよびGND間で供給電圧Vddを効率的に半分に分割するため、Cflyにわたる全電圧が、安定した状態で(示されていない負荷モジュールから引き起こされた電流に従い)Vdd/2に近づくことは、スイッチの前述の構成から分かるはずである。フェーズIIIの間、Cflyは反転され、Vnegは、−Vdd/2に近づく。
図3Bは、2つのフェーズにわたる第2の利得モード、すなわち利得=1、におけるスイッチの構成を示す。図3Bに示されるように、フェーズIの間、CflyのノードC1pは、VddおよびVposの両方に結合され、CflyのノードC1nはGNDに結合される。このフェーズにおいて、供給電圧Vddは、スイッチS1を介してCflyのノードC1pを直接的に充電する。Vddはまた、スイッチS1およびS3の直列接続を介して、正の出力電圧ノードVposに結合されており、それによって、キャパシタCpos 161(図3Aには示されていない)の端子のうちの1つを充電する。フェーズIにおいて、Cflyにわたる全電圧は、Vddに近づき、Vposもまた、Vddに近づく。

フェーズIIの間、ノードC1pおよびC1nは、それぞれ、GNDおよびVnegノードに結合される。このフェーズにおいて、C1nは、S5を介して負の出力電圧ノードVnegに結合され、それによって、電圧Vnegを−Vddに近づけ、(図3Bには示されていない)キャパシタCneg 162の端子のうちの1つを充電する。
当業者はさらに、他の例示的な実施形態では、フェーズの順序が図3Aおよび3Bに示された通りである必要がなく、代わりとして代替的に配列されうることが分かるはずである。例えば、示されたフェーズはいずれも、順次スイッチングされうる。さらに、反転された(負の)供給電圧を要求しないチャージポンプの特定のアプリケーションでは、利得モード=1/2のフェーズIIIが省略されうることが分かるはずである。このような別の例示的な実施形態は、本開示の範囲内であることが意図される。
図4は、図2を参照して説明されたチャージポンプの端子のための静電気放電(ESD)保護スキームの例示的な実施形態を示す。図4の例示的なESD保護スキームは、例示を目的として示されるにすぎず、本開示の範囲を限定することを意図するものではないことに注意されたい。
図4では、400a〜400fというラベル付けされたノードがそれぞれVdd、GND、Vpos、Vneg、C1p、C1nに電気的に結合された端子に対応する。例示的な実施形態において、これらノードの各々は該当の端子をオフチップリードに接続する出力パッドに結合されうる。図4に示されており、より詳細に以下で説明されているように、任意のノード間で高電圧が蓄積する場合、電流を分路させるために、複数のクランプおよび逆方向バイアス保護ダイオードがこれらノード間に設けられる。
例えば、図4において、クランプ410はVdd 400aおよびVneg 400d間に設けられる。動的クランプ420はVdd 400aおよびGND 400b間に設けられる。動的クランプ430はGND 400bおよびVneg 400d間に設けられる。例示的な実施形態では、クランプ410がノードVddおよびVneg間で回路の最も高い電圧差をサポートすると予想されるため、クランプ410がクランプ420および430よりも高い電圧用に設計されうる。
例示的な実施形態では、動的クランプが、図4Aに示されるような、例えば、RCトリガされる非常に大きな電界効果トランジスタ、すなわち「BigFET」を意味しうる。このようなクランプは端子AおよびB間でESDイベントを感知し、このようなESDイベントの感知に伴ってクランプ内のBigFETをオンにするように機能しうることが分かるはずである。本明細書に開示される原理を踏まえて、図4Aのクランプの動作が当業者に明確になるはずであることに注意されたい。さらに、図4Aの動的クランプは、例示を目的として示されるにすぎず、本開示の範囲をクランプの任意の特定の具体化に限定することを意図しないことに注意されたい。
さらに図4には、Vdd 400aおよびVpos 400c間に設けられた逆方向バイアスダイオード451と、Vpos 400cおよびGND 400b間に設けられた逆方向バイアスダイオード452とが示される。ダイオード453および454はそれぞれVdd 400aおよびC1p 400e間、並びにC1p 400eおよびGND 400b間に同様に設けられる。ダイオード455および456はそれぞれVdd 400aおよびC1n 400f間、並びにC1n 400fおよびVneg 400c間に設けられる。最後に、ダイオード457は、C1p 400eおよびC1n 400f間に設けられる。
チャージポンプ動作のあいだに、チャージポンプ利得が例えば利得=1/2から利得=1にスイッチングされると、比較的大きな電圧過渡電流(voltage transient)が、−Vdd/2から−Vddへの予想される電圧レベルの急激な変化によって、Vnegに結合されたノード400dに発生しうることが分かるはずである。このような電圧過渡電流は、好ましくなく、Vneg 400dをGND 400bに結合する動的クランプ430において漏れ電流を引き起こす。このように、チャージポンプ動作の間に期待される電圧スイングに対して最適化されたVnegに結合されたノード400dにおいてESD保護の技法を提供することは有益なはずである。
図5は、図2Aを参照して説明されたチャージポンプのための静電気放電保護スキームの例示的な実施形態を示す。図5の例示的な実施形態は、例示を目的として示されるにすぎず、本開示の範囲を限定することを意図するものではないことに注意されたい。図4および5において同様にラベル付けされたエレメントは、別途記載がない限り、同様の機能を実行するエレメントに対応する。
図5において、第1のESD検出モジュール510はノードVdd 400aおよびVneg 400d間において静電気放電イベントを検出するように構成される。モジュール510はインジケータ信号DetAを生成し、その値はESDイベントが検出された場合に論理ハイであり、そうでない場合にローである。さらに、第2のESD検出モジュール520はノードGND 400bおよびVneg 400dの間において静電気放電イベントを検出するように構成される。モジュール520はインジケータ信号DetBを生成し、その値はESDイベントが検出された場合に論理ハイであり、そうでない場合にローである。本願明細書および特許請求の範囲において、DetAおよびDetBの各々はいずれも、その状況に依存した信号または電圧を指し、このような意味が当業者には明らかなはずであることに注意されたい。
図5において、トランジスタM4はノードGND 400bおよびC1n 400f間に結合される。図5に示されるトランジスタM4は、図2Aに示されるスイッチトランジスタM4と同一であり、接地スイッチをも意味する。しかしながら、図2AのトランジスタM4を駆動する駆動電圧D4の代わりに、図5におけるM4の駆動電圧は、M4制御モジュール525によって生成される関連電圧D4’である。モジュール525はモジュール520からのインジケータ信号DetBを受け入れる。
トランジスタM5は、ノードC1n 400fおよびVneg 400d間に結合される。図5に示されるトランジスタM5は、図2Aに示されるスイッチトランジスタM5と同一であり、Vnegスイッチとも表される。図2AのトランジスタM5を駆動する駆動電圧D5の代わりに、図5におけるM5の駆動電圧は、関連電圧D5’であり、それは、M5制御モジュール515によって生成されうる。モジュール515は、それぞれ、モジュール510および520からのインジケータ信号DetAおよびDetBを受け入れる。
図5に示されるESD保護スキームによれば、ESDイベントがGND 400bおよびC1n 400f間において発生すると、ESD電流がGNDからESD検出モジュール520を通ってVnegに流れ、さらに、VnegからC1nにダイオード456を通って流れる。これに応じ、ESD検出モジュール520はインジケータ信号DetBを高く設定し、M4制御モジュール525はD4’を用いてトランジスタM4をオンにする。M4をオンにすることは、GNDからC1nへの導電性経路を提供して、これらノード間で高まる過大な電圧を防ぐ。
同様に、ESDイベントがC1n 400fおよびVneg 400d間において発生すると、電流がC1nからダイオード455を通ってVddに流れると共に、VddからVnegにESD検出モジュール510を通って流れる。これに応じ、ESD検出モジュール510はインジケータ信号DetAを高く設定し、M5制御モジュール515はD5’を用いてトランジスタM5をオンにする。これにより、C1nからVnegへの導電性経路が提供される。
さらに、ESDイベントがGNDおよびVneg間において発生すると、ESD検出モジュール520がインジケータ信号DetBを高く設定する。これに応じ、M4制御モジュール525およびM5制御モジュール515はそれぞれD4’およびD5’を介して両方のトランジスタM4およびM5を自動的にオンにする。これにより、M4およびM5の直列接続を介した、GND 400bからVneg 400dへの導電性経路が提供される。
図6は、M4を駆動するために電圧D4’を生成するためのM4制御モジュール525の例示的な実施形態を示す。図6の機能ブロックは、例示を目的として示されるにすぎず、本開示の範囲を限定することを意図するものではないことに注意されたい。別の例示的な実施形態において、これら機能ブロックのいずれもが組み合わせられうること、および/または、当業者に明らかな追加の論理エレメントが必要に応じて導入されうることが分かるはずである。このような別の例示的な実施形態は、本開示の範囲内であることが意図される。
図6において、起動に伴ってM4ドライバ204の駆動能力を選択的にオフできるディスエーブル(無効disable)入力端600aがM4ドライバ204に設けられる。ディスエーブル入力端600aは、ESD検出モジュール520によって生成されたインジケータ信号DetBに結合される。インジケータ信号DetBは、さらに、ゲートプルアップモジュール610に供給される。ゲートプルアップモジュール610は、DetBが高(high)であるいことに応じてM4のゲートを高(high)に引き上げ、これによりトランジスタM4をオンにするように構成される。DetBが低(low)である場合には、ゲートプルアップモジュール610がM4のゲートに対して高インピーダスを提示する。
図7は、図6を参照して上で説明された機能を具体化するための例示的な回路を示す。例示的な回路は、例示を目的として示されるにすぎず、本開示の範囲を、説明されたブロックの任意の特定の具体化に限定することを意図するものではないことに注意されたい。
図7において、例示的なESD検出モジュール520.1は、電圧DetBをサポートするノードにおけるレジスタ(resistor)712に結合されたキャパシタ710を含む。例示的な実施形態において、キャパシタ710は例えば5pFであり、レジスタ712は例えば200kオームでありうる。これらの値がモジュール520.1に例えば1マイクロ秒という特定のRC時定数を設定するために選択されることが分かるはずである。例示的な実施形態において、キャパシタ710はオンチップMOSキャパシタでありうる。GNDからVnegへの電流がない場合において、GNDからVnegへの電流サージは電圧DetBを高くさせる一方で電圧DetBがVnegに近くあり続けることが分かるはずである。
図7において、電圧DetBは、トランジスタ722、724を含むインバータ720にさらに結合される。インバータ720の出力端は、例示的なゲートプルアップモジュール610.1に結合される。モジュール610.1は、PMOSトランジスタ730およびダイオード732を含む。トランジスタ730がオフである場合、モジュール610.1が、M4のゲートとGNDとの間に開回路を効率的に形成することが分かるはずである。しかしながら、インバータ720の出力によってトランジスタ730がオンにされると、ダイオード732は、M4のゲートをGNDに電気的に結合し、それによって、M4をオンにする。
さらに、トランジスタ740、742、744、746を含み例示的なM4ドライバ204.1が図7に示され、その動作はトランジスタ746を選択的にオフできるプルダウントランジスタ750によってディスエーブルされうる。
図8は、M5を駆動する電圧D5’を生成するためのM5制御モジュール515の例示的な実施形態を示す。モジュール515について本明細書において上述されたように、図8の機能ブロックは、例示を目的として示されるにすぎず、本開示の範囲の限定を意図しないことが分かるはずである。別の例示的な実施形態において、これら機能ブロックうちのどれもが組み合わせられうること、および/または、追加の論理エレメントが必要に応じて組み込めることが分かるはずである。このような別の例示的な実施形態は、本開示の範囲内であることが意図される。
図8において、M5ドライバ205には、M5ドライバ205の駆動能力を起動に伴って選択的にオフにできるディスエーブル(無効disable)入力端800aが設けられる。ディスエーブル入力端800aは、ESD検出モジュール510によって生成されたインジケータ信号DetAと、ESD検出モジュール520によって生成されたインジケータ信号DetBとの両方に結合される。信号DetAおよびDetBはさらに、ゲートプルアップモジュール810に供給される。ゲートプルアップモジュール810は、DetAあるいはDetBのいずれかが高(high)であることに応じて、M5のゲートを高(high)に引き上げ、それによって、トランジスタM5をオンにするように構成される。DetAおよびDetBのが両方とも低(low)である場合、ゲートプルアップモジュール810がM5のゲートへ高インピーダンスを提示する。
図9は、図8を参照して上で説明された機能を具体化するための例示的な回路を示す。例示的な回路は、例示を目的として示されるにすぎず、説明されるブロックの任意の特定の具体化に本開示の範囲を限定することを意図しないことに注意されたい。
図9において、例示的なESD検出モジュール510.1は、電圧DetAをサポートするノードでレジスタ912に結合されたキャパシタ910を含む。例示的な実施形態において、キャパシタ910は例えば、5pFであり、レジスタ912は例えば、200kオームでありうる。VddからVnegへの電流がない場合、電圧DetAはVnegに近くあり続け、VddからVnegへの電流サージが電圧DetAを高(high)にすることが分かるはずである。図9において、電圧DetAはさらに、トランジスタ922、924を含むインバータ920に結合される。インバータ920の出力端は例示的なゲートプルアップモジュール810.1に結合される。モジュール810.1はPMOSトランジスタ930およびダイオード932を含む。トランジスタ930がオフである場合、モジュール810.1がM5のゲートとC1nとの間に開回路を効率的に形成することが分かるはずである。しかしながら、インバータ920の出力によってトランジスタ930がオンにされると、ダイオード932がM5のゲートをC1nに電気的に結合しうる。
さらに、トランジスタ940、942、944、946を含む例示的なM5ドライバ205.1が図9に示され、その動作は、トランジスタ946を選択的にオフにできるプルダウントランジスタ950によってディスエーブルされうる。
本開示のさらなる態様において、電力増幅器に対してオンチップIECレベル保護を提供するための技法が説明されている。国際電気標準会議(IEC)61000−4−2 ESD保護に従い、本願明細書で説明されるチャージポンプおよび電力増幅器回路は例えば、GNDに対して電力増幅器出力パッドで最大30アンペア(amps)の電気放電電流に耐えるように設計されうる。図10は、このようなIECレベル保護を提供するためのスキームの例示的な実施形態を示す。図10において、特定のエレメントは、上で説明されたエレメントと同様にラベル付される。このような例において、別途明記されない限り、同様にラベル付けされたエレメントが同様の機能を実行しうることが分かるはずである。
図10において、チャージポンプ部1000Aは、電力増幅器部1000Bにインターフェースされる。例示的な実施形態において、チャージポンプ部1000Aおよび電力増幅器部1000Bは両方とも、単一のチップ上に設けられる。予め上述されたように、チャージポンプ1000AのためのESD保護機能を提供するために、ダイオード451、452およびクランプ410、420が、M4−M5クランプ1010とともに設けられる。例示的な実施形態において、M4−M5クランプ1010は、図5〜9を参照して説明されたように、ESD保護技法を具体化しうる。
電力増幅器部1000Bにおいて、電力増幅器20.1は、ノード20.1aにおける入力電圧を増幅してノード20.1bにおける出力電圧を生成するように構成される。チャージポンプ出力電圧VposおよびVnegは、それぞれトランジスタ1082および1084を通して電力増幅器出力20.1bを駆動するために提供される。動的クランプ1070が、VddおよびGND間にさらに設けられうることに注意されたい。
図10において、第1のIECクランプ1090は出力ノード20.1bをVposにクランプするために設けられ、第2のIECクランプ1092は出力ノード20.1bをGNDにクランプするために設けられる。例示的な実施形態では、IECクランプ1090、1092の各々が例えばゲート接地NMOS(GGNMOS)トランジスタとして具体化されるオンチップのスナップバッククランプでありうる。第1のIECクランプ1090を設けることが、PMOSトランジスタ1082での保持電圧(holding voltage)、例えば10ボルトより低くなるようにドレイン−ソース間電圧を都合よく減らし、それによって、PMOSトランジスタ1082がスナップバック条件に入ることを防ぐことが分かるはずである。例示的な実施形態において、ドレインバラスティング(drain ballasting)またはサリサイドブロック(salicide block)がPMOSトランジスタ1082に設けられる必要はなく、NMOSトランジスタ1084は例えば、0.43ミクロンなどの最小ドレインバラスティングを組み込みうる。
大きな正の電圧を含むESDイベントが出力ノード20.1bに存在する場合、第2のIECクランプ1092が出力ノード20.1bからGNDにダイオード531を通してESD電流を分路させることが分かるはずである。大きな負の電圧を含むESDイベントが、出力ノード20.1bに存在する場合、ESD電流はGNDから出力ノード20.1bにダイオード452および第1のIECクランプ1090を通して分路される。さらに、GNDから出力ノード20.1bにM4−M5クランプ1010を通してESD電流を分路させるために並列導電性経路が存在し、逆方向ダイオードが第2のIECクランプ1092に存在する。
図11は、第1および第2のIECクランプ1090および1092の例示的な実施形態を示す。図11において、第1のクランプ1090.1は、当技術分野で知られている基板トリガスナップバッククランプである。図11に示されるように、NMOS 1132の基盤は、Vnegに接続される。負のIECイベントのあいだに、出力20.1bのパッド電圧が負になると、NMOS 1132のボディダイオードがオンになり、それによって、電流をNMOS 1132の基板に挿入し、NMOS内にある寄生BJTをオンにする。第2のクランプ1092.1は、ゲートプルスナップバッククランプである。NMOS上のゲートプルは、NMOS 1144のドレイン基板ダイオードのアバランシェ降伏(avalanche breakdown)のために閾値を低くするように機能するはずである。これは、デバイスの保持電圧で、デバイスがスナップバックモードに入ることを助ける(例えば、NMOS 1144内の寄生BJTをオンにする)。ゲートプルが適用されなかった場合、デバイスはデバイスのトリガ電圧でスナップバックに入り、それは、保持電圧よりもかなり高い。例えば、NMOSデバイスの場合、保持電圧は5Vであり、トリガ電圧は8Vでありうる。
図12は、本開示に従う方法1200の例示的な実施形態を示す。図12の方法は、例示を目的として示されるにすぎず、示された任意の特定の方法に本開示の範囲を限定することを意図するものではないことに注意されたい。
図12では、ブロック1210で、複数のスイッチがフライングキャパシタの第1および第2のノードを複数のノードに対して連続して電気的に結合、分離(decouple)するように構成される。複数のノードは、供給電圧ノード、正の出力電圧ノード、負の出力電圧ノード、接地ノードを備えうる。例示的な実施形態において、複数のスイッチは、フライングキャパシタの第2のノードを負の出力電圧ノードに結合するVnegスイッチを備える。
ブロック1220では、ESDイベントが供給電圧ノードおよび負の出力電圧ノード間で検出される。
ブロック1230では、Vnegスイッチが供給電圧ノードおよび負の出力電圧ノード間でのESDイベントの検出に応答して、第2のフライングキャパシタノードを負の出力電圧ノードに電気的に結合するように構成される。
ブロック1240では、ESDイベントが接地ノードおよび負の出力電圧ノード間でさらに検出される。
ブロック1250では、接地スイッチが接地ノードおよび負の出力電圧ノード間でのESDイベントの検出に応答して、接地ノードを第2のフライングキャパシタノードに電気的に結合するように構成される。
本明細書および特許請求の範囲において、エレメントが別のエレメントに「接続されている」または「結合されている」と称される場合、それは、他のエレメントに直接的に接続または結合されるか、仲介エレメントが存在しうることは理解されるはずである。対照的に、エレメントが別のエレメントに「直接接続されている」または「直接結合されている」と称される場合、仲介エレメントは存在しない。さらに、エレメントが、別のエレメントに「電気的に結合されている」と称される場合、それは、低抵抗の経路がこのようなエレメント間に存在していることを意味し、一方で、エレメントが単に別のエレメントに「結合されている」と称される場合、低抵抗の経路は、このようなエレメント間に存在してもしなくてもよい。
当業者は、情報および信号が、多種多様な技術および技法のいずれかを使用して表されうることを理解するはずである。例えば、上記説明の全体にわたって参照されうるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子、光場または光粒子、あるいはこれらの任意の組み合わせによって表されうる。
当業者はさらに、本明細書に開示された例示的な態様と関連して説明された様々な実例となる論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップが電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして具体化されることが分かるはずである。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に例示するために、様々な実例となるコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、一般的にこれら機能の観点から、上に説明されている。このような機能が、ハードウェアとして具体化されるか、あるいはソフトウェアとして具体化されるかは、特定のアプリケーションおよびシステム全体に課せられた設計制約に依存する。当業者は、特定のアプリケーションごとに多様な方法で、説明された機能を具体化できるが、このような具体化決定は、本発明の例示的な態様の範囲から逸脱をもたらすと解釈されるべきでない。
本明細書に開示された例示的な態様に関連して説明された様々な実例となる論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、あるいは本明細書で説明された機能を実行するように設計されるこれらの任意の組み合わせで、具体化または実行されうる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサでありうるが、代替的に、このプロセッサは、従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシン(state machine)でありうる。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、DSPと、1つのマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアを備えた1つ以上のマイクロプロセッサ、または、他のこのような構成との組み合わせとして具体化されうる。
本明細書に開示された例示的な態様に関連して説明されたアルゴリズムまたは方法のステップは、直接ハードウェアにおいて、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、またはこれら2つの組み合わせにおいて、組み込まれうる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ(register)、ハードディスク、リムーバルディスク、CD−ROM、あるいは当技術分野において知られているあらゆる別の形状の記憶媒体において存在しうる。例示的な記憶媒体は、プロセッサがこの記憶媒体から情報を読み取り、またこの記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替において、記憶媒体は、プロセッサと一体化されうる。プロセッサおよび記憶媒体は、ASIC内に存在しうる。ASICは、ユーザ端末内に存在しうる。代替において、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内のディスクリートコンポーネントとして存在しうる。
1つ以上の例示的な態様では、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組み合わせで具体化されうる。ソフトウェアで具体化された場合、これら機能は、コンピュータ読取可能な媒体上で、1つ以上の命令またはコードとして送信または記憶されうる。コンピュータ読取可能な媒体は、1つの場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送をピュータ記憶媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされうる任意の利用可能な媒体でありうる。限定ではなく例として、このようなコンピュータ読取可能な媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD−ROMまたは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶デバイス、あるいは、データ構造または命令の形式で所望のプログラムコードを記憶または搬送するために使用可能であり、かつコンピュータによってアクセスされうるその他任意の媒体を備えうる。また、任意の接続は、コンピュータ読取可能な媒体と厳密には称されうる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線(DSL)、または赤外線、ラジオ、およびマイクロ波のような無線技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他の遠隔ソースから送信された場合、この同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、ラジオ、およびマイクロ波のような無線技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用される場合、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスクおよびブルーレイ(登録商標)ディスクを含み、ここでディスク(disks)は、通常磁気的にデータを再生するが、ディスク(discs)は、レーザーを用いて光学的にデータを再生する。上記の組み合わせもまた、コンピュータ読取可能な媒体の範囲内に含まれるべきである。
開示された例示的な態様の上記説明は、いずれの当業者でも本発明を製造または使用できるようにするために提供される。これら例示的な態様への様々な変形は当業者にとって容易であることは明らかであり、本明細書で定義された包括的な原理は本発明の精神または範囲から逸脱せずに他の例示的な態様にも適用されうる。従って、本開示は、本明細書に示された例示的な態様に限定されることを意図せず、本明細書で開示された原理および新規な特徴に合致する最も広い範囲を付与されるべきである。

Claims (24)

  1. 装置であって、
    フライングキャパシタの第1および第2のノードを複数のノードに連続して電気的に結合および分離するように構成された複数のスイッチと、ここにおいて、前記複数のスイッチは、前記フライングキャパシタの前記第2のノードを負の出力電圧ノードに結合するVnegスイッチを備える、
    供給電圧ノードおよび前記負の出力電圧ノード間でのESDイベントを検出するように構成された第1のESD検出モジュールと、なお、前記Vnegスイッチは、ESDイベントが前記第1のESD検出モジュールによって検出されたことに応じて、前記第2のフライングキャパシタノードを前記負の出力電圧ノードに電気的に結合するように構成される、
    を備える装置。
  2. 前記複数のスイッチはさらに、前記接地ノードを前記第2のフライングキャパシタノードに結合する接地スイッチを備え、前記装置はさらに、
    接地ノードおよび前記負の出力電圧ノード間でのESDイベントを検出するように構成された第2のESD検出モジュールを備え、前記接地スイッチはさらに、ESD検出イベントが前記第2のESD検出モジュールによって検出されたことに応じて、前記接地ノードを前記第2のフライングキャパシタノードに電気的に結合するように構成される、請求項1に記載の装置。
  3. 前記負の出力電圧ノードから前記第2のフライングキャパシタノードに順方向バイアスされたダイオードさらに備える、請求項1に記載の装置。
  4. 前記Vnegスイッチはさらに、ESDイベントが前記第2のESD検出モジュールによって検出されたことに応じて、前記第2のフライングキャパシタノードを前記負の出力電圧ノードに電気的に結合するように構成される、請求項2に記載の装置。
  5. 前記第2のフライングキャパシタノードから前記供給電圧ノードに順方向バイアスされたダイオードをさらに備える、請求項4に記載の装置。
  6. 前記Vnegスイッチは、NMOSトランジスタを備え、前記装置は、さらに、通常のチャージポンプ動作の間、前記NMOSトランジスタを駆動するための駆動回路を備え、前記駆動回路は、前記ESDイベントが前記第1のESD検出モジュールよって検出されたことに応じてディスエーブルされるように構成され、前記装置はさらに、前記ESDイベントが前記第1のESD検出モジュールによって検出されたことに応じて、前記Vnegスイッチの前記NMOSトランジスタの前記ゲートをプルアップするように構成された第1のゲートプルアップモジュールを備える、請求項1に記載の装置。
  7. 前記駆動回路は、前記ESDイベントが前記第2のESD検出モジュールによって検出されたことに応じてディスエーブルされるように構成され、前記第1のゲートプルアップモジュールはさらに、前記ESDイベントが前記第2のESD検出モジュールによって検出されたことに応じて、前記Vnegスイッチの前記NMOSトランジスタの前記ゲートをプルアップするように構成される、請求項6に記載の装置。
  8. 前記第1のESD検出モジュールは、
    前記供給電圧ノードを第1のESD検出電圧ノードに結合するキャパシタと、
    前記第1のESD検出電圧ノードを前記負の出力電圧ノードに結合するレジスタと
    を備える、請求項1に記載の装置。
  9. 前記第1のESD検出モジュールは、
    前記供給電圧ノードを第1のESD検出電圧ノードに結合するキャパシタと、
    前記第1のESD検出電圧ノードと前記負の出力電圧ノードを結合するレジスタと、
    を備え、前記第1のゲートプルアップモジュールは、
    前記第2のフライングキャパシタノードに結合されたソースを含むPMOSトランジスタと、
    前記PMOSトランジスタの前記ドレインを前記Vnegスイッチの前記NMOSトランジスタの前記ゲートに結合するダイオードと、なお、前記ダイオードは、前記PMOSトランジスタの前記ドレインから前記NMOSトランジスタの前記ゲートに順方向バイアスされる、
    を備え、前記装置はさらに、前記第1のESD検出電圧ノードを、前記第1のゲートプルアップモジュールの前記PMOSトランジスタの前記ゲートに結合するインバータを備える、請求項6に記載の装置。
  10. 前記接地スイッチは、NMOSトランジスタを含み、前記装置は、さらに、通常のチャージポンプ動作の間、前記NMOSトランジスタを駆動するための駆動回路を含み、前記駆動回路は、前記ESDイベントが前記第2のESD検出モジュールによって検出されたことに応じてディスエーブルされるように構成され、前記装置はさらに、前記ESDイベントが前記第2のESD検出モジュールによって検出されたことに応じて、前記接地スイッチの前記NMOSトランジスタの前記ゲートをプルアップするように構成された第2のゲートプルアップモジュールを含む、請求項2に記載の装置。
  11. 前記第2のESD検出モジュールは、
    前記接地ノードを第2のESD検出電圧ノードに結合するキャパシタと、
    前記第2のESD検出電圧ノードを前記負の出力電圧ノードを結合するレジスタと
    を備える、請求項2に記載の装置。
  12. 前記第2のESD検出モジュールは、
    前記接地ノードを第2のESD検出電圧ノードに結合するキャパシタと、
    前記第2のESD検出電圧ノードを前記負の出力電圧ノードに結合するレジスタと、
    を備え、前記第2のゲートプルアップモジュールは、
    前記第2のフライングキャパシタノードに結合されたソースを含むPMOSトランジスタと、
    前記PMOSトランジスタの前記ドレインを前記接地スイッチの前記NMOSトランジスタの前記ゲートに結合するダイオードと、なお、前記ダイオードは、前記PMOSトランジスタの前記ドレインから前記NMOSトランジスタの前記ゲートに順方向バイアスされる、
    を備え、前記装置はさらに、
    前記第2のESD検出電圧ノードを、前記第2のゲートプルアップモジュールの前記PMOSトランジスタの前記ゲートに結合するインバータを備える、請求項10に記載の装置。
  13. 前記接地スイッチは、NMOSトランジスタを含み、前記装置はさらに、通常のチャージポンプ動作の間、前記NMOSトランジスタを駆動するための駆動回路を含み、前記駆動回路は、前記ESDイベントが前記第2のESD検出モジュールによって検出されたことに応じてディスエーブルされるように構成され、前記装置はさらに、前記ESDイベントが前記第2のESD検出モジュールによって検出されたことに応じて、前記接地スイッチの前記NMOSトランジスタの前記ゲートをプルアップするように構成された第2のゲートプルアップモジュールを含み、前記第2のESD検出モジュールは、
    前記接地ノードを第2のESD検出電圧ノードに結合するキャパシタと、
    前記第2のESD検出電圧ノードを前記負の出力電圧ノードに結合するレジスタと、なお、前記第2のゲートプルアップモジュールは、
    前記第2のフライングキャパシタノードに結合されたソースを含むPMOSトランジスタと、
    前記PMOSトランジスタの前記ドレインを前記接地スイッチの前記NMOSトランジスタの前記ゲートに結合するダイオードと、なお、前記ダイオードは、前記PMOSトランジスタの前記ドレインから前記NMOSトランジスタの前記ゲートに順方向バイアスされる、
    を備え、前記装置はさらに、
    前記第2のESD検出電圧ノードを、前記第2のゲートプルアップモジュールの前記PMOSトランジスタの前記ゲートに結合するインバータと
    を備える、請求項9に記載の装置。
  14. 正の出力電圧ノードと前記負の出力電圧ノードに結合された電力増幅器と、なお、前記電力増幅器は、出力ノードを含む、
    前記電力増幅器出力ノードを前記正の出力電圧ノードに結合する第1のオンチップスナップバッククランプと
    をさらに備える、請求項1に記載の装置。
  15. 前記第1のオンチップスナップバッククランプは、基板トリガスナップバッククランプを含む、請求項14に記載の装置。
  16. 正の出力電圧ノードと負の出力電圧ノードに結合された電力増幅器と、なお、前記電力増幅器は、出力ノードを含む、
    前記電力増幅器出力ノードを前記負の出力電圧ノードに結合する第2のオンチップスナップバッククランプと
    をさらに備える、請求項1に記載の装置。
  17. 前記第2のオンチップスナップバッククランプは、ゲートプルスナップバッククランプを含む、請求項16に記載の装置。
  18. フライングキャパシタの第1および第2のノードを複数のノードに連続して電気的に結合および分離するように複数のスイッチを構成することと、ここにおいて、前記複数のスイッチは、前記フライングキャパシタの第2のノードを負の出力電圧ノードに結合するVnegスイッチを備える、
    供給電圧ノードおよび前記負の出力電圧ノード間でのESDイベントを検出することと、
    前記ESDイベントの前記検出に応答して、前記第2のフライングキャパシタノードを前記負の出力電圧ノードに電気的に結合するように前記Vnegスイッチを構成することと
    を備える、方法。
  19. 前記複数のスイッチはさらに、前記第2のフライングキャパシタノードに接地ノードを結合する接地スイッチを備え、前記方法はさらに、
    前記接地ノードおよび前記負の出力電圧ノード間でのESDイベントを検出することと、
    前記接地ノードおよび前記負の出力電圧ノード間での前記ESDイベントの前記検出に応答して、前記接地ノードを前記第2のフライングキャパシタノードに電気的に結合するように前記接地スイッチを構成することと
    を備える、請求項18に記載の方法。
  20. 前記供給電圧ノードおよび前記負の出力電圧ノード間での前記ESDイベントの前記検出に応答して、前記第2のフライングキャパシタノードを前記負の出力電圧ノードに電気的に結合するように前記Vnegスイッチを構成することをさらに備える、請求項19に記載の方法。
  21. 出力ノードで出力電圧を生成するために電力増幅器を用いて入力電圧を増幅させることと、なお、前記電力増幅器は、正の出力電圧ノードおよび前記負の出力電圧ノードに結合される、
    基板トリガスナップバッククランプを含む第1のオンチップスナップバッククランプを用いて前記電力増幅器出力ノードを前記正の出力電圧ノードに結合することとをさらに備える、請求項18に記載の方法。
  22. 出力ノードで出力電圧を生成するために電力増幅器を用いて入力電圧を増幅させることと、なお、前記電力増幅器は、正の出力電圧ノードおよび前記負の出力電圧ノードに結合される、
    ゲートプルスナップバッククランプを含む第2のオンチップスナップバッククランプを用いて、前記電力増幅器出力ノードを前記負の出力電圧ノードに結合することと
    をさらに備える、請求項18に記載の方法。
  23. 装置であって、
    フライングキャパシタの第1および第2のノードを複数のノードに連続して電気的に結合および分離するように構成された複数のスイッチと、ここにおいて、前記複数のスイッチは、前記フライングキャパシタの前記第2のノードを負の出力電圧ノードに結合するVnegスイッチを備える、
    供給電圧ノードおよび前記負の出力電圧ノード間でのESDイベントの検出に応答して、前記第2のフライングキャパシタノードを前記負の出力電圧ノードに電気的に結合するように前記Vnegスイッチを構成する手段と
    を備える装置。
  24. 前記複数のスイッチはさらに、前記第2のフライングキャパシタノードに接地ノードを結合する接地スイッチを備え、前記装置はさらに、
    前記接地ノードおよび前記負の出力電圧ノード間のESDイベントの検出に応答して、前記接地ノードを前記第2のフライングキャパシタノードに電気的に結合するように前記接地スイッチを構成する手段と
    を備える、請求項23に記載の装置。
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