KR100876549B1 - Esd protection circuitry - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 ESD(Electro-Static Discharge) 보호 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 전원전압을 집적화하는 경우에 적합한 전원전압 간의 ESD 보호 회로에 관한 것이다. The present invention relates to an electro-static discharge (ESD) protection circuit, and more particularly, to an ESD protection circuit between power supply voltages suitable for integrating a plurality of power supply voltages.
인체나 기계 등에 기인하는 정전기가 집적화된 반도체 칩 내부로 들어가게 되면, 반도체 칩 내의 매우 미세한 내부회로들이 파괴되거나 또는 오동작을 할 우려가 있다. 따라서 일반적인 반도체 칩에는 정전기가 방전될 수 있는 ESD 보호 회로가 구비되어 있다. When static electricity due to a human body or a machine enters an integrated semiconductor chip, very fine internal circuits in the semiconductor chip may be destroyed or malfunction. Therefore, a general semiconductor chip is provided with an ESD protection circuit capable of discharging static electricity.
도 1은 종래의 ESD 보호 회로를 나타낸다.1 shows a conventional ESD protection circuit.
도 1을 참조하면, 종래의 ESD 보호 회로(100)는 크게 입/출력단자(I/O)에서의 ESD 보호 회로(110), 전원전압(VCC1,VCC2) 사이의 ESD 보호 회로(120) 및 접지전압(GND) 사이의 ESD 보호 회로(130)로 이루어진다. Referring to FIG. 1, the conventional
입/출력단자에서의 ESD 보호 회로(110)는 기본적으로 2개의 다이오드(D1,D2)로 이루어진다. 즉, 제1다이오드(D1)는 캐소드단자가 제1전원전압(VCC1)에 연결되고, 애노드단자가 입/출력단자(I/O)에 연결된다. 제2다이오드(D2)는 캐소드단자가 입/출력단자(I/O)에 연결되고, 애노드단자가 접지전압(GND)에 연결된다. 2개의 다이오드(D1,D2)로 이루어지는 입/출력단자에서의 ESD 보호 회로(110)는 대한민국특허공개공보 제1998-66467호(1998.10.15. 공개) 등에 이미 널리 알려져 있다. 정상 동작 조건에서는 각각의 다이오드(D1,D2)로 ESD 펄스의 방전 경로(Discharge Path)가 형성되지 않는다. 그러나, 입/출력단자(I/O)에 제1다이오드(D1)의 턴-온 전압보다 높은 전압준위를 갖는 ESD 펄스(이하 포지티브 ESD 펄스라 한다) 가 인가되면, 입/출력단자(I/O)에서 제1전원전압(VCC1) 쪽으로 포지티브 ESD 펄스가 빠져나갈 수 있는 ESD 펄스의 방전 경로가 형성된다. 반대로, 입/출력단자(I/O)에 제2다이오드(D2)의 턴-온 전압보다 낮은 전압준위를 갖는 ESD 펄스(이하 네거티브 ESD 펄스라 한다)가 인가되면, 입/출력단자(I/O)에서 접지전압(GND) 쪽으로 네거티브 ESD 펄스가 빠져나갈 수 있는 ESD 펄스의 방전 경로가 형성된다. The
전원전압 사이의 ESD 보호 회로(120)는 반도체 칩에 다중 전원을 구성하는 경우에 다중 전원 사이에 포지티브 또는 네거티브 ESD 펄스의 방전 경로를 만들어주기 위하여 필요하다. 전원전압 사이의 ESD 보호 회로(120)는 주로 전원전압(VCC1,VCC2) 사이에 다이오드들을 직렬(Series)로 연결함으로써 이루어진다. The
접지전압 사이의 ESD 보호 회로(130)는 전원전압(VCC1,VCC2) 사이의 ESD 보호 회로(120)와 마찬가지로 접지전압(GND1,GND2) 사이에 다이오드들을 직렬로 연결함으로써 이루어진다. 그러나, 접지전압(GND1,GND2)들은 일반적으로 매우 낮은 임피던스를 갖는 기판(Substrate)에 연결되므로 접지전압 사이의 ESD 보호 회로(130)는 생략되는 경향이 있다. The
도 2는 종래의 동일한 전압준위를 갖는 전원들 사이에 적용되는 ESD 보호 회로를 나타내고, 도 3은 서로 다른 전압준위를 갖는 전원들 사이에 적용되는 ESD 보호 회로를 나타낸다.2 shows an ESD protection circuit applied between power supplies having the same voltage level in the related art, and FIG. 3 shows an ESD protection circuit applied between power supplies having different voltage levels.
도 2 및 도 3을 참조하면, 동일한 전압준위를 갖는 전원전압 사이의 ESD 보호 회로는 전원전압들(VCC1,VCC2) 사이에 직렬로 연결된 다이오드들의 양방향 분로(shunt)로 구성된다. 반면, 서로 다른 전압준위를 갖는 전원전압 사이의 ESD 보호 회로는 양방향이 아닌 한쪽 방향으로 다이오드들이 직렬로 연결되어 구성된다. 이는 포지티브 ESD 펄스의 방전 경로가 높은 전압준위로부터 낮은 전압준위로 형성되기 때문이다. 즉, 전체적으로 보았을때, 상대적으로 높은 전압준위를 갖는 전원전압(VCC2)에 캐소드단자가 연결되고, 상대적으로 낮은 전압준위를 갖는 전원전압(VCC1)에 애노드단자가 연결된다. 2 and 3, an ESD protection circuit between power supply voltages having the same voltage level is composed of bidirectional shunts of diodes connected in series between power supply voltages VCC1 and VCC2. On the other hand, ESD protection circuits between power supply voltages having different voltage levels are composed of diodes connected in series in one direction rather than in both directions. This is because the discharge path of the positive ESD pulse is formed from a high voltage level to a low voltage level. That is, as a whole, the cathode terminal is connected to the power supply voltage VCC2 having a relatively high voltage level, and the anode terminal is connected to the power supply voltage VCC1 having a relatively low voltage level.
도 3과 같이 전원전압들(VCC1,VCC2)의 전압준위가 서로 다른 경우, ESD 보호 회로는 전원전압들(VCC1,VCC2)의 전위차에 해당하는 만큼의 다이오드가 요구된다. 일예로, 전원전압들(VCC1,VCC2)의 전위차가 7V이고, 다이오드의 순방향 전압(Forward Voltage)이 0.7V라 가정하면, 전원전압들 사이의 ESD 보호 회로는 전원전압들(VCC1,VCC2)의 전위차를 만들기 위하여 최소 10개 이상의 다이오드를 필요로 한다. 3, when the voltage levels of the power supply voltages VCC1 and VCC2 are different from each other, an ESD protection circuit requires as many diodes as the potential difference between the power supply voltages VCC1 and VCC2. For example, assuming that the potential difference between the power supply voltages VCC1 and VCC2 is 7 V and the forward voltage of the diode is 0.7 V, the ESD protection circuit between the power supply voltages may be configured as the power supply voltages VCC1 and VCC2. At least 10 diodes are needed to make the potential difference.
따라서, 전원전압들 사이의 전위차가 큰 경우에 필요로 하는 다이오드의 개수는 매우 많아지게 된다. 이는 반도체 칩의 면적이 증대되는 원인이 되어 반도체 칩의 집적화가 어려운 조건이 될 수 있다. Therefore, the number of diodes required when the potential difference between power supply voltages is large becomes very large. This may cause the area of the semiconductor chip to increase, which may be a difficult condition for the integration of the semiconductor chip.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다이오드의 직렬연결 대신에 NPN 바이폴라 트랜지스터를 이용하여, 전원전압 사이에 면적을 줄이면서도 우수한 ESD 보호 효과를 얻을 수 있는 ESD 보호 회로를 제공하는데 있다. The technical problem to be solved by the present invention is to use an NPN bipolar transistor instead of a series connection of diodes, to provide an ESD protection circuit that can achieve an excellent ESD protection while reducing the area between the supply voltage.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 ESD 보호 회로의 일실시예는 에미터단자가 제1전원전압이 인가되는 제1노드에 연결되고, 콜렉터단자가 제2전원전압이 인가되는 제2노드에 연결되는 NPN 바이폴라 트랜지스터; 일단자가 상기 NPN 바이폴라 트랜지스터의 베이스단자에 연결되고, 다른 일단자가 상기 에미터단자에 연결되는 제1저항; 및 일단자가 상기 제2노드에 연결되고, 다른 일단자가 접지전압에 연결되는 제1다이오드를 구비하여 이루어진다. One embodiment of the ESD protection circuit according to the present invention for achieving the above technical problem is that the emitter terminal is connected to the first node to which the first power supply voltage is applied, the collector terminal to the second node to which the second power supply voltage is applied. NPN bipolar transistors connected; A first resistor having one terminal connected to the base terminal of the NPN bipolar transistor and the other terminal connected to the emitter terminal; And a first diode having one end connected to the second node and the other end connected to the ground voltage.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 ESD 보호 회로의 다른 일실시예는 에미터단자가 제3전원전압이 인가되는 제4노드에 연결되고, 콜렉터단자가 내부회로에 연결되는 제5노드에 연결되는 NPN 바이폴라 트랜지스터; 일단자가 상기 NPN 바이폴라 트랜지스터의 베이스단자에 연결되고, 다른 일단자가 상기 에미터단자와 연결되는 제2저항; 일단자가 상기 제5노드에 연결되고, 다른 일단자가 접지전압에 연결되는 제4다이오드; 및 일단자가 제1전원전압에 연결되고, 다른 일단자가 상기 제4노드에 연결되는 제5다이오드를 구비하여 이루어진다. Another embodiment of the ESD protection circuit according to the present invention for achieving the above technical problem is that the emitter terminal is connected to the fourth node to which the third power supply voltage is applied, the collector terminal is connected to the fifth node connected to the internal circuit NPN bipolar transistor; A second resistor having one terminal connected to the base terminal of the NPN bipolar transistor and the other terminal connected to the emitter terminal; A fourth diode having one end connected to the fifth node and the other end connected to a ground voltage; And a fifth diode having one end connected to the first power supply voltage and the other end connected to the fourth node.
본 발명에 따른 ESD 보호 회로는 전위차가 큰 전원전압들 사이에서 NPN 바이폴라 트랜지스터와 저항만으로 구성이 가능하므로 종래에 비해 반도체 칩에서 전원전압들 사이에 ESD 보호 회로가 차지하는 면적을 크게 줄이면서도 우수한 ESD 보호 효과를 얻을 수 있다. The ESD protection circuit according to the present invention can be composed of only NPN bipolar transistors and resistors between power supply voltages having a large potential difference, and thus excellent ESD protection while greatly reducing the area occupied by the ESD protection circuit between power supply voltages in semiconductor chips. The effect can be obtained.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 ESD(Electro-Static Discharge) 보호 회로의 일실시예를 도시한 것이다. 4 illustrates an embodiment of an electro-static discharge (ESD) protection circuit according to the present invention.
도 4에 도시된 ESD 보호 회로(400)는 입/출력단자에서의 ESD 보호 회로(410) 및 전원전압 사이에서의 ESD 보호 회로(420)를 구비한다. 여기서, 2개의 다이오드(D1,D2)로 이루어지는 입/출력단자에서의 ESD 보호 회로(410)는 종래의 입/출력단자에서의 ESD 보호 회로(410)와 마찬가지로 구성될 수 있다. 따라서, 이하에서는 전원전압 사이에서의 ESD 보호 회로(420)를 중심으로 설명하기로 한다. The
도 5는 도 4에 도시된 전원전압 사이에서의 ESD 보호 회로(420)의 일실시예를 도시한 것이다. FIG. 5 illustrates one embodiment of an
도 5를 참조하면, 전원전압 사이에서의 ESD 보호 회로(500)는 전원전압들(VCC1,VCC2) 사이에 연결된 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1), 제1저항(R1) 및 제1다이오드(D3)를 구비하여 이루어진다. 여기서, 제1전원전압(VCC1)은 내부회로1(도 4의 430)에 이용되는 전원전압이고, 제2전원전압은 내부회로2(도 4의 440)에 이용되 는 전원전압이다. Referring to FIG. 5, an
NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)는 에미터단자가 제1전원전압(VCC1)이 인가되는 제1노드(N1)에 연결되고, 콜렉터단자가 제2전원전압(VCC2)이 인가되는 제2노드(N2)에 연결된다. 제1저항(R1)은 일단자가 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스단자(B)에 연결되고, 다른 일단자가 에미터단자에 연결된다. 제1다이오드(D3)는 일단자가 제2노드(N2)에 연결되고, 다른 일단자가 접지전압(GND)에 연결되는데, 도 5에서는 제1다이오드(D3)는 캐소드단자가 제2노드(N2)에 연결되고, 애노드단자가 접지전압(GND)에 연결된 것이 도시되어 있다. 여기서, 제2전원전압(VCC2)은 제1전원전압(VCC1)보다 같거나 높은 전압준위를 가지고, 접지전압(GND)은 제1전원전압(VCC1) 및 제2전원전압(VCC2)보다 낮은 전압준위를 가진다. The NPN bipolar transistor Q1 has an emitter terminal connected to a first node N1 to which a first power supply voltage VCC1 is applied, and a collector node to a second node N2 to which a second power supply voltage VCC2 is applied. Is connected to. One end of the first resistor R1 is connected to the base terminal B of the NPN bipolar transistor Q1, and the other end is connected to the emitter terminal. One end of the first diode D3 is connected to the second node N2, and the other end of the first diode D3 is connected to the ground voltage GND. In FIG. 5, the first diode D3 has a cathode terminal of the second node N2. It is shown that the anode terminal is connected to the ground voltage GND. Here, the second power supply voltage VCC2 has the same or higher voltage level than the first power supply voltage VCC1, and the ground voltage GND is lower than the first power supply voltage VCC1 and the second power supply voltage VCC2. Has a level.
NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)는 제2전원전압(VCC2)에 트랜지스터의 턴-온 전압보다 높은 전압준위를 갖는 ESD 펄스(이하 포지티브 ESD 펄스라 한다) 가 인가된 경우에만 동작한다. 즉, 제2전원전압(VCC2)와 제1전원전압(VCC1)의 전위차가 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 턴-온 전압을 넘지 않는 정상상태일 경우, NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)는 턴-오프 상태를 유지한다. The NPN bipolar transistor Q1 operates only when an ESD pulse having a voltage level higher than the turn-on voltage of the transistor (hereinafter, referred to as a positive ESD pulse) is applied to the second power supply voltage VCC2. That is, when the potential difference between the second power supply voltage VCC2 and the first power supply voltage VCC1 does not exceed the turn-on voltage of the NPN bipolar transistor Q1, the NPN bipolar transistor Q1 is turned off. Keep it.
그러나, 제2전원전압(VCC2)에 포지티브 ESD 펄스가 발생하면, 발생된 포지티브 ESD 펄스는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 베이스 사이의 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)에 의해 콜렉터로부터 베이스로 전달된다. 전달된 포지티브 ESD 펄스는 베이스단자와 연결되는 제1저항(R1)을 통하여 제1전원전압(VCC1)으로 빠져나가게 된다. 이는 도 5에 도시된 ①번 ESD 펄스의 방전 경 로(Discharge Path)에 의해 이루어진다. However, when a positive ESD pulse occurs in the second power supply voltage VCC2, the generated positive ESD pulse is transferred from the collector to the base by parasitic capacitance between the collector and the base of the NPN bipolar transistor Q1. The transferred positive ESD pulse is output to the first power supply voltage VCC1 through the first resistor R1 connected to the base terminal. This is done by the discharge path (Discharge Path) of the ① ESD pulse shown in FIG.
NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)가 턴-온 된 후에는 콜렉터와 에미터 사이에 ESD 펄스의 방전 경로가 형성되어, 제2전원전압(VCC2)로부터 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)를 통하여 제1전원전압(VCC1)으로 포지티브 ESD 펄스가 빠져나가게 된다. 이는 도 5에 도시된 ②번 ESD 펄스의 방전 경로에 의해 이루어진다. After the NPN bipolar transistor Q1 is turned on, an ESD pulse discharge path is formed between the collector and the emitter, and the first power voltage VCC1 from the second power supply voltage VCC2 through the NPN bipolar transistor Q1. The positive ESD pulse is pulled out. This is done by the discharge path of
제2전원전압(VCC2)에 제1다이오드(D3)가 턴-온 될 수 있는 낮은 전압준위를 가지는 ESD 펄스(이하 네거티브 ESD 펄스라 한다)가 발생하면, 발생된 네거티브 ESD 펄스는 제1다이오드(D3)를 통하여 접지전압(GND)으로 빠져나가게 된다. 이와 마찬가지로, 제1전원전압(VCC1)과 접지전압(GND) 사이의 ESD 펄스의 방전 경로(Discharge Path)를 형성하기 위하여 일단자(캐소드단자)가 제1노드(N1)에 연결되고, 다른 일단자(애노드단자)가 접지전압(GND)에 연결되는 제2다이오드(D4)를 더 구비할 수 있다. When an ESD pulse having a low voltage level (hereinafter, referred to as a negative ESD pulse) at which the first diode D3 is turned on in the second power supply voltage VCC2 is generated, the generated negative ESD pulse is a first diode (see FIG. Through D3), it is pulled out to the ground voltage GND. Similarly, one end (cathode terminal) is connected to the first node N1 to form a discharge path of the ESD pulse between the first power supply voltage VCC1 and the ground voltage GND. The terminal (anode terminal) may further include a second diode D4 connected to the ground voltage GND.
도 6은 도 4에 도시된 전원전압 사이에서의 ESD 보호 회로(420)의 다른 일실시예를 도시한 것이다. FIG. 6 illustrates another embodiment of an
도 6을 참조하면, 도 6에 도시된 전원전압 사이에서의 ESD 보호 회로(600)는 도 5에 도시된 전원전압 사이에서의 ESD 보호 회로(500)와 근본적인 구조는 동일하다. 다만, 도 6에 도시된 ESD 보호 회로(600)는 일단자가 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스단자 및 제1저항(R1)의 공통단자에 연결되고, 다른 일단자가 제2노드(N2)에 연결되는 제1커패시터(C1)를 더 구비하는 것을 예시하고 있다. 여기서, 제1커패시터(C1)는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 베이스간에 존재하게 되는 기생 커패시터(미도시)와 병렬로 연결된다. Referring to FIG. 6, the
제2전원전압(VCC2)에서 포지티브 ESD 펄스가 발생되어 도 5에 도시된 ②번 ESD 펄스의 방전 경로가 형성되기 전까지의 시간, 즉 ①번 ESD 펄스의 방전 경로가 유지되는 시간을 트리거 타임(Trigger Time)이라 한다면, 도 5에 도시된 ESD 보호 회로(500)에서는 NPN 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터-베이스간 기생 커패시터의 커패시턴스 및 제1저항(R1)에 의하여 포지티브 ESD 펄스의 트리거 타임이 결정된다. 이때, 트리거 타임은 주로 제1저항(R1)의 크기에 의하여 결정된다. Trigger time until the positive ESD pulse is generated at the second power supply voltage VCC2 and the discharge path of the
반면, 도 6에 도시된 ESD 보호 회로(600)에서는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 베이스 간에 형성되는 기생 커패시터, 제1저항(R1) 외에도 제1커패시터(C1)가 구비되어 있으므로, 제1저항(R1)뿐만 아니라 제1커패시터(C1)의 커패시턴스에 의하여도 트리거 타임이 결정된다. 따라서, 도 6의 도시된 ESD 보호 회로(600)가 도 5에 도시된 ESD 보호 회로(500)보다 트리거 타임의 조정이 용이하다. 또한, 제2전원전압(VCC2)에서 발생된 포지티브 ESD 펄스는 제1커패시터(C1)로 분산될 수 있으므로, NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 인가되는 전압준위를 그만큼 낮출 수 있다. On the other hand, in the
또한, 도 6에 도시된 전원전압 사이에서의 ESD 보호 회로(600)는 제1저항(R1)의 벌크 바이어싱(Bulk Biasing, "A")을 예시하고 있다. 이 경우, 제1저항(R1)의 벌크에 상대적으로 높은 전압준위를 갖는 제2전원전압(VCC2)이 인가되면, 제1저항(R1) 하부의 벌크가 안정된 상태에서 제1저항(R1)을 통한 제1전원전압(VCC1)으로의 포지티브 ESD 펄스의 방전이 될 수 있다.In addition, the
도 7은 도 6에 도시된 제1저항의 벌크 바이어싱("A")의 일예를 도시한 것이다. FIG. 7 illustrates an example of the bulk biasing (“A”) of the first resistor illustrated in FIG. 6.
도 7을 참조하면, P형 기판(710) 상에 N형의 불순물 반도체 영역이 형성되고, 제1저항(730)은 N형의 불순물 반도체 영역(720) 위에 P형 불순물 반도체로 형성된다. 이때, N형 불순물 반도체 영역(720)은 제1저항(730)의 벌크(Bulk)가 된다. Referring to FIG. 7, an N-type impurity semiconductor region is formed on the P-
이때, 포지티브 ESD 펄스가 인가되는 제1저항(730)의 안정적인 벌크 바이어싱을 위하여 제1저항(730)의 벌크인 N형 불순물 반도체 영역(720)은 상대적으로 높은 전압준위를 갖는 제2전원전압(VCC2)이 인가되는 제2노드(N2)에 연결되는 것이 바람직하다. 만약, 벌크인 N형 불순물 반도체 영역(720)에 제1전원전압(VCC1)이 인가되는 경우, P형의 저항(730)과 N형의 불순물 반도체 영역(720)로 형성된 PN 다이오드와 NPN 바이폴라 트랜지스터가 전류 미러(Current Mirror)를 형성할 수 있다. 형성된 전류 미러에 의하여 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)에서의 전류 흐름이 제한될 수 있다. 이는 제2전원전압(VCC2)에서 제1전원전압(VCC1)으로 빠져나가는 포지티브 ESD 펄스의 크기가 제한될 수 있음을 의미한다. 따라서, 이 경우 보호될 수 있는 포지티브 ESD 펄스가 제한되므로, ESD 보호 회로에서 원하는 성능이 제대로 발휘되지 못하게 될 수 있다. In this case, the N-type
도 8은 본 발명에 따른 ESD 보호 회로의 다른 일실시예를 도시한 것이다. 8 illustrates another embodiment of an ESD protection circuit in accordance with the present invention.
도 8에 도시된 ESD 보호 회로(800)는 입/출력단자에서의 ESD 보호 회로(810) 뿐만 아니라, 접지전압(GND)보다 낮은 전압준위를 갖는 제3전원전압(VEE)과 내부회로(830) 사이에서의 ESD 보호 회로(820)를 구비함으로써, 제3전원전압(VEE)에서 발 생된 네거티브 ESD 펄스를 방전시키는 경우에 유용하게 적용될 수 있다. The
도 9는 제3전원전압(VEE)과 내부회로(830) 사이에서의 ESD 보호 회로(820)의 일실시예를 도시한 것이다. FIG. 9 illustrates an embodiment of an
도 8 및 도 9에서, 제1전원전압(VCC1)은 접지전압(GND)보다 높은 전압준위를 갖고, 제3전원전압(VEE)은 접지전압(GND)보다 낮은 전압준위를 가진다. 이 경우, 제1전원전압(VCC1)은 내부회로(830)가 이용하는 전압중 가장 높은 전압준위를 갖고, 제3전원전압(VEE)은 내부회로(830)가 이용하는 전압중 가장 낮은 전압준위를 갖는 전압일 수 있다. 8 and 9, the first power supply voltage VCC1 has a voltage level higher than the ground voltage GND, and the third power supply voltage VEE has a voltage level lower than the ground voltage GND. In this case, the first power supply voltage VCC1 has the highest voltage level among the voltages used by the
도 9에서 제3저항(R3)은 일단자가 제4다이오드(D6)의 일단자(캐소드단자)에 연결되는 제6노드(N6)에 연결되고, 다른 일단자가 제3전원전압(VEE)이 인가되는 제4노드(N4)에 연결된다. 제3저항(R3)은 접지전압(GND)보다 낮은 전압준위를 갖는 전원전압이나 접지전압(GND)보다 낮은 전압준위를 이용하는 회로를 하나의 기판 상에 집적하기 위하여 이용된다. 정상상태에서 제3저항(R3)은 내부회로(830)의 포지티브 전압과 제3전원전압(VEE)을 적절히 바이어싱하게 된다. 즉, 전압준위가 상대적으로 높은 내부회로(830)에서 전압준위가 상대적으로 낮은 제3전원전압(VEE)으로 제3저항(R3)을 통하여 전류 패스가 형성되게 된다. 이는 도 9의 ③ 경로에 해당한다. 따라서, 내부회로(830)와 제3전원전압(VEE)를 바이어싱하는 제3저항(R3)을 통하여 접지전압(GND)보다 전압준위가 낮은 전원전압도 집적화가 가능하게 된다. In FIG. 9, the third resistor R3 is connected to a sixth node N6 having one end connected to one end (cathode terminal) of the fourth diode D6 and the other end applied with the third power supply voltage VEE. Is connected to the fourth node N4. The third resistor R3 is used to integrate a circuit using a power supply voltage having a voltage level lower than the ground voltage GND or a voltage level lower than the ground voltage GND on one substrate. In the steady state, the third resistor R3 properly biases the positive voltage of the
만약, NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)에 의한 ESD 펄스의 방전 경로가 존재하지 않는 경우, 제3전원전압(VEE)에 네거티브 ESD 펄스가 발생하면 ESD 펄스의 방전 경로는 제3저항(R3)을 통해서만 형성된다. 이 경우, 제3저항(R3)에서는 전압과 전류의 곱에 의한 전력 소비가 이루어진다. 이때, 전력 소비는 열로 변환되므로 제3저항(R3)에서는 많은 열이 발생하게 되어, 제3저항(R3)이 파괴될 수 있다. If the discharge path of the ESD pulse by the NPN bipolar transistor Q1 does not exist, if a negative ESD pulse occurs in the third power supply voltage VEE, the discharge path of the ESD pulse is formed only through the third resistor R3. do. In this case, the third resistor R3 consumes power by the product of the voltage and the current. At this time, since the power consumption is converted into heat, a lot of heat is generated in the third resistor R3, and the third resistor R3 may be destroyed.
도 9에 도시된 ESD 보호 회로(900)는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1), 제2저항(R2), 제4다이오드(D6) 및 제5다이오드(D7)를 구비하여 이루어진다. The
NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)는 에미터단자(E)가 제3전원전압(VEE)이 인가되는 제4노드(N4)에 연결되고, 콜렉터단자(C)가 내부회로(830)에 연결되는 제5노드(N5)에 연결된다. 제2저항(R2)은 일단자가 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스단자(B)에 연결되고, 다른 일단자가 에미터단자(E)와 연결된다. 제4다이오드(D6)는 일단자(캐소드단자)가 제5노드(N5)에 연결되고, 다른 일단자(애노드단자)가 접지전압(GND)에 연결된다. 제5다이오드(D7)는 일단자(캐소드단자)가 제1전원전압(VCC1)에 연결되고, 다른 일단자(애노드단자)가 제4노드(N4)에 연결된다. The NPN bipolar transistor Q1 has a fifth terminal in which the emitter terminal E is connected to the fourth node N4 to which the third power supply voltage VEE is applied, and the collector terminal C is connected to the
제3전원전압(VEE)에 네거티브 ESD 펄스가 발생하면, NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 에미터와 콜렉터의 전압차에 의하여 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단자와 베이스단자 사이의 기생 커패시턴스에 의해 콜렉터단자로부터 베이스단자로 네거티브 ESD 펄스의 방전 경로가 형성된다. 이렇게 형성된 방전 경로에 의해 네거티브 ESD 펄스는 베이스단자와 연결되는 제2저항(R2)을 통하여 빠져나가게 된다. 이는 도 9에 도시된 ①번 ESD 펄스의 방전 경로에 의해 이루어진다. NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)가 턴-온 된 후에는 콜렉터와 에미터 사이에 ESD 펄스의 방전 경로가 형성되어, NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)와 제4다이오드(D6)를 통하여 접지 전압(GND)으로 네거티브 ESD 펄스가 빠져나가게 된다. 이는 도 9에 도시된 ②번 ESD 펄스의 방전 경로에 의해 이루어진다. When a negative ESD pulse occurs in the third power supply voltage VEE, the collector is caused by a parasitic capacitance between the collector terminal and the base terminal of the NPN bipolar transistor Q1 due to the voltage difference between the emitter and the collector of the NPN bipolar transistor Q1. The discharge path of the negative ESD pulse is formed from the terminal to the base terminal. The negative ESD pulse is discharged through the second resistor R2 connected to the base terminal by the discharge path thus formed. This is achieved by the discharge path of the
결국, 제3전원전압(VEE)에 네거티브 ESD 펄스가 발생하였을 때, 네거티브 ESD 펄스는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)가 턴-온될 때까지는 ①번 ESD 펄스의 방전 경로를 따라서, 그리고, NPN 바이폴라 트랜지스터가 턴-온된 후에는 ②번 ESD 펄스의 방전 경로를 따라서 접지전압(GND)으로 빠져나가게 되므로, 제3전원전압(VEE)와 내부회로(830)의 바이어스를 조절하는 제3저항(R3)을 네거티브 ESD 펄스로부터 보호할 수 있다. As a result, when a negative ESD pulse occurs in the third power supply voltage VEE, the negative ESD pulse follows the discharge path of the ① ESD pulse until the NPN bipolar transistor Q1 is turned on, and then the NPN bipolar transistor is After the turn-on, it is discharged to the ground voltage GND along the discharge path of the
제3전원전압(VEE)에 포지티브 ESD 펄스가 발생하였을 때, 제5다이오드(D7)가 턴-온되어 포지티브 ESD 펄스는 제1전원전압(VCC1)으로 빠져나간다. When the positive ESD pulse occurs in the third power supply voltage VEE, the fifth diode D7 is turned on so that the positive ESD pulse exits to the first power supply voltage VCC1.
도 10은 제3전원전압(VEE)과 내부회로(830) 사이에서의 ESD 보호 회로(820)의 다른 일실시예를 도시한 것이다.FIG. 10 illustrates another embodiment of the
도 10에 도시된 ESD 보호 회로(1000)는 일단자가 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스단자 및 제2저항(R2)의 공통단자에 연결되고, 다른 일단자가 제5노드(N5)에 연결되는 제2커패시터(C2)를 더 구비할 수 있음을 예시하고 있다. ESD 보호 회로(1000)에 제2커패시터(C2)가 추가되는 것에 대한 설명은 도 6에 도시된 ESD 보호 회로(600)에서와 마찬가지이므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. In the
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention has been described by way of example only, and is not intended to limit the present invention. In addition, it is apparent that any person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 종래의 ESD 보호 회로를 나타낸다.1 shows a conventional ESD protection circuit.
도 2는 종래의 동일한 전압준위를 갖는 전원들 사이에 적용되는 ESD 보호 회로를 나타낸다.2 shows an ESD protection circuit applied between power supplies having the same voltage level in the related art.
도 3은 종래의 서로 다른 전압준위를 갖는 전원들 사이에 적용되는 ESD 보호 회로를 나타낸다.3 illustrates an ESD protection circuit applied between power supplies having different voltage levels in the related art.
도 4는 본 발명에 따른 ESD 보호 회로의 일실시예를 도시한 것이다. Figure 4 illustrates one embodiment of an ESD protection circuit in accordance with the present invention.
도 5는 도 4에 도시된 전원전압 사이에서의 ESD 보호 회로의 일실시예를 도시한 것이다. FIG. 5 illustrates one embodiment of an ESD protection circuit between the power supply voltages shown in FIG. 4.
도 6은 도 4에 도시된 전원전압 사이에서의 ESD 보호 회로의 다른 일실시예를 도시한 것이다. FIG. 6 illustrates another embodiment of an ESD protection circuit between the power supply voltages shown in FIG. 4.
도 7은 도 6에 도시된 제1저항의 벌크 바이어싱의 일예를 도시한 것이다.FIG. 7 illustrates an example of bulk biasing of the first resistor illustrated in FIG. 6.
도 8은 본 발명에 따른 ESD 보호 회로의 다른 일실시예를 도시한 것이다. 8 illustrates another embodiment of an ESD protection circuit in accordance with the present invention.
도 9는 제3전원전압과 내부회로 사이에서의 ESD 보호 회로의 일실시예를 도시한 것이다. 9 illustrates one embodiment of an ESD protection circuit between a third power supply voltage and an internal circuit.
도 10은 제3전원전압과 내부회로 사이에서의 ESD 보호 회로의 다른 일실시예를 도시한 것이다. FIG. 10 shows another embodiment of an ESD protection circuit between a third power supply voltage and an internal circuit.
Claims (12)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020070078809A KR100876549B1 (en) | 2007-08-07 | 2007-08-07 | Esd protection circuitry |
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Cited By (2)
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CN106158844A (en) * | 2015-03-26 | 2016-11-23 | 立积电子股份有限公司 | ESD protection circuit |
US10270244B2 (en) | 2015-03-26 | 2019-04-23 | Richwave Technology Corp. | Electrostatic discharge protection circuit |
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2007
- 2007-08-07 KR KR1020070078809A patent/KR100876549B1/en not_active IP Right Cessation
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