KR102545639B1 - 전원 클램프 - Google Patents

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미카엘 리엔
파브리스 블랑
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Abstract

전자회로의 전력 레일들 사이에 접속가능한 전원 클램프는, 전자회로의 전력 레일들 사이에 접속 경로를 제공하기 위해 전환가능한 스위칭 부품과, 제 1 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하고 검출에 응답하여 검출기 출력신호를 발생하도록 구성된 제 1 검출기와, 제 1 검출기와 스위칭 부품 사이에 배치되고, 검출기 출력신호에 응답하여 스위칭 부품의 전환을 제어하는 제어신호에 대한 제어신호 경로를 제공하는 일련의 한 개 이상의 연속된 중간 증폭 스테이지들과, 제 1 특성 기간보다 짧은 제 2 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하도록 구성된 제 2 검출기를 구비하고, 제 2 검출기는 제 1 검출기 뒤의 제어신호 경로에 있는 노드에(예를 들어, 일련의 중간 증폭 스테이지들 중에서 두 번째 또는 그 뒤의 중간 증폭 스테이지에) 설치되어, 제 2 검출기에 의한 검출이 제어신호에 대해 스위칭 부품의 전환을 제어하게 한다.

Description

전원 클램프{POWER SUPPLY CLAMP}
본 발명은 전원 클램프에 관한 것이다.
전원 클램프를 사용하여, 전자회로의 전력 레일(power rail)들 사이에서 전환가능한 저임피던스 경로를 제공, 예를 들어, 적어도 정전 방전(ESD) 이벤트로 인한 손상을 방지하는 보호를 제공한다.
ESD 이벤트의 잠재적인 다수의 원인이 존재한다. 다소 다른 시간적 특성을 갖는 이와 같은 2가지의 잠재적인 원인은, 전자회로에 접촉하는 전하를 띤 외부 물품(인체 또는 외부 장치 또는 기계)으로부터의 정전 방전과, 전자회로 자체가 유지한 전하가, 예를 들어, 접지면에 접촉하는 회로의 한 개 이상의 단자 또는 핀들에 의해, 접지로 방전되는 것에 기인한 정전 방전이다. 일반적으로, 전하를 띤 인체나 외부 기계에 관련된 ESD 이벤트는 접지로 방전되는 전하를 띤 장치와 관련된 ESD 이벤트보다 더 느린 승압 시간과 더 느린 감쇠(즉, 더 오래 지속된다)를 갖는다.
각각의 개별적인 ESD 이벤트는 그것의 특정한 상황에 의존하는 파라미터들(크기, 시간 특성 등)을 갖는다. 그러나, ESD의 영향을 완화하도록 의도된 보호 장치들의 설계의 일부로서, 전형적인(또는 최소한, 재현가능한) ESD 이벤트의 다양한 모델이 사용된다. 이와 같은 2가지 모델은, 느린 승압 시간, 느린 감쇠의 ESD 이벤트를 모델화하는 인체 모델(Human Body Model: HBM)과, 빠른 승압 시간, 빠른 감쇠의 ESD 이벤트를 모델화하는 전하 장치 모델(Charged Device Model: CDM)이다. ESD 보호 장치들은 이들 모델화된 ESD 이벤트들 중에서 한 개 이상에 대해 보호를 하도록 설계되는 경우가 많으며, 테스트중인 전자회로에 인가되어 이 전자회로가 모델화된 ESD 이벤트에 견딜 수 있는지 여부를 확인할 수 있는 테스트 절차가 모델들에 따라 이용가능하다.
ESD 보호는 다수의 종류의 전자회로에 관련되지만, 집적회로로 구현된 전자회로 등의 반도체 장치와 특히 관련된다. 이것의 한가지 이유는, 집적회로 내부의 개별 부품의 작은 물리적인 크기가 이 부품이 안전하게 소모할 수 있는 순시 전력 또는 이 부품이 손상이 없이 안전하게 (ESD 이벤트 중에) 지속할 수 있는 전압 스트레스를 제한할 수 있기 때문이다.
예시적인 ESD 이벤트는 전자회로의 전력 레일들 양단에 방전의 형태로 발생할 수 있다. 전술한 것과 같이, 전원 클램프는 전력 레일들 사이에 전환가능한 저임피던스 경로를 제공하여, ESD 이벤트가 검출될 때 저임피던스 경로가 인에이블될 수 있다. 저임피던스 경로는 높은 순시 전류를 처리할 수 있다. 일부 예에서는, 큰 전계효과 트랜지스터가 사용된다. 따라서, 예시적인 전원 클램핑 처리는, ESD 이벤트를 즉시 검출하는 단계와, ESD 이벤트에 기인한 전류 임펄스가 저임피던스 경로에 의해 전달되도록 저임피던스 경로를 전환하는 단계와, ESD 이벤트의 지속기간 동안 저임피던스 경로를 유지하는 단계와, 그후 저임피던스 경로를 오프하여 전자회로의 정상 동작으로 복귀하는 단계를 포함한다.
일 구성에 따르면, 전자회로의 전력 레일들 사이에 접속가능한 전원 클램프로서, 상기 전자회로의 상기 전력 레일들 사이에 접속 경로를 제공하기 위해 전환가능한 스위칭 부품과, 제 1 특성 기간(characteristic time period)을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하고 상기 검출에 응답하여 검출기 출력신호를 발생하도록 구성된 제 1 검출기와, 상기 제 1 검출기와 상기 스위칭 부품 사이에 배치되고, 상기 검출기 출력신호에 응답하여 상기 스위칭 부품의 전환을 제어하는 제어신호에 대한 제어신호 경로를 제공하는 일련의 한 개 이상의 연속된 중간 증폭 스테이지들과, 상기 제 1 특성 기간보다 짧은 제 2 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하도록 구성된 제 2 검출기를 구비하고, 상기 제 2 검출기는 상기 제 1 검출기 뒤의 상기 제어신호 경로에 있는 노드에 설치되어, 상기 제 2 검출기에 의한 검출이 상기 제어신호에 대해 상기 스위칭 부품의 전환을 제어하게 하고, 상기 제 1 검출기 및 상기 제 2 검출기는 상기 제어신호를 통해 상기 스위칭 부품을 턴온하여 상기 전자회로의 상기 전력 레일들 사이에 전류 흐름을 일으키도록 구성되는, 전원 클램프가 제공된다.
일 구성에 따르면, 전자회로의 전력 레일들 사이에 접속가능한 전원 클램프로서, 상기 전자회로의 상기 전력 레일과 접지 레일 사이에 접속 경로를 제공하기 위해 전환가능한 스위칭수단과, 제 1 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하고 상기 검출에 응답하여 검출기 출력신호를 발생하는 제 1 검출수단과, 상기 제 1 검출수단과 상기 스위칭수단 사이에 배치되고, 상기 검출기 출력신호에 응답하여 상기 스위칭수단의 전환을 제어하는 제어신호에 대한 제어신호 경로를 제공하는 일련의 한 개 이상의 연속된 중간 증폭 수단과, 상기 제 1 특성 기간보다 짧은 제 2 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하는 제 2 검출수단을 구비하고, 상기 제 2 검출수단은 상기 제 1 검출수단 뒤의 상기 제어신호 경로에 있는 노드에 설치되어, 상기 제 2 검출수단에 의한 검출이 상기 제어신호에 대해 상기 스위칭수단의 전환을 제어하게 하고, 상기 제 1 검출수단 및 상기 제 2 검출수단은 상기 제어신호를 통해 상기 스위칭수단을 턴온하여 상기 전자회로의 상기 전력 레일들 사이에 전류 흐름을 일으키도록 구성되는, 전원 클램프가 제공된다.
본 발명의 또 다른 국면 및 특징은 첨부하는 청구항에 기재되어 있다.
이하, 다음의 첨부도면에 도시된 실시예들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 전원 클램프를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 ESD 검출기를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 정전용량의 예시적인 구현을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 예시적인 스위칭 부품을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 인버터를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 인버터의 예시적인 구현을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 일련의 연속된 인버터들을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8은 ESD 검출기를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9는 예시적인 전원 클램프를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 10은 도 9의 전원 클램프의 개략적인 회로도이다.
도 11은 전자회로와 전원을 개략적으로 나타낸 것이다.
첨부도면을 참조하여 실시예들을 설명하기 전에, 다음의 실시예들의 설명을 제공한다.
예시적인 실시예는, 전자회로의 전력 레일들 사이에 접속가능한 전원 클램프로서,
상기 전자회로의 상기 전력 레일들 사이에 (저임피던스 접속 경로 등의) 접속 경로를 제공하기 위해 전환가능한 스위칭 부품과,
제 1 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하고 상기 검출에 응답하여 검출기 출력신호를 발생하도록 구성된 제 1 검출기와,
상기 제 1 검출기와 상기 스위칭 부품 사이에 배치되고, 상기 검출기 출력신호에 응답하여 상기 스위칭 부품의 전환을 제어하는 제어신호에 대한 제어신호 경로를 제공하는 일련의 한 개 이상의 연속된 중간 증폭 스테이지들과,
상기 제 1 특성 기간보다 짧은 제 2 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하도록 구성된 제 2 검출기를 구비하고, 상기 제 2 검출기는 상기 제 1 검출기 뒤의(예를 들어, 2개 이상의 스테이지들이 설치되는 경우에는 일련의 중간 증폭 스테이지들 중에서 두 번째 또는 그 뒤의 중간 증폭 스테이지에 위치한) 상기 제어신호 경로에 있는 노드에 설치되어, 상기 제 2 검출기에 의한 검출이 상기 제어신호에 대해 상기 스위칭 부품의 전환을 제어하게 하는, 전원 클램프를 제공된다.
본 발명은, CDM 이벤트 등의 고속 ESD 이벤트와 HBM 이벤트 등의 저속 ESD 이벤트의 서로 다른 검출을 제공한다. 고속 검출은 저속 검출보다 중간 증폭 스테이지들의 체인의 뒤의 위치에서 제공되는데, 이것은 고속 검출이 중간 증폭 스테이지들에 의해 덜 지연된다는 것을 의미한다. 이것은 CDM 이벤트 등의 고속 이벤트에 대한 잠재적으로 더 빠른 반응을 제공한다.
예시적인 실시예들의 또 다른 이점으로는, CDM 이벤트의 빠른 타임 스케일(time scale)을 해소하기 위한 명시적이고 독립적인 트리거링(triggering) 경로와 HBM 이벤트의 더 느린 타임 스케일을 해소하기 위한 분리되고 더 긴 타임 스케일 트리거링 경로의 제공을 들 수 있다.
고가의 트랜지스터 대신에 MOSFET 등의 트랜지스터가 사용되어도 되는데, 이것은 집적회로 컨텍스트(context)에 있어서 면적 축소를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제 1 검출기는, 인체 모델 정전 방전 이벤트 검출기이고, 예를 들어, 2 내지 10 나노초의 전압 승압 시간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하도록 구성되고, 예를 들어, 적어도 600 나노초 동안 상기 검출기 출력신호를 유지하도록 구성된다.
다른 실시예가 사용될 수도 있지만, 예시적인 실시예에서는, 상기 제 1 검출기가 상기 전자회로의 전력 레일들 사이에 직렬 접속된 정전용량 및 저항을 구비한다.
상기 제 1 검출기의 상기 정전용량에 접속된 전류 미러를 설치함으로써 정전용량의 크기(따라서 집적회로 장치 상의 그것의 면적)가 줄어든다.
예시적인 실시예에서, 상기 제 2 검출기는, 전하 장치 모델 정전 방전 이벤트 검출기이고, 예를 들어, 1나노초 미만의 전압 승압 시간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하도록 구성되고, 예를 들어, 10나노초 이하 동안 상기 검출기 출력신호를 유지하도록 구성된다.
예시적인 실시예들에서, 상기 일련의 연속된 중간 증폭 스테이지들은, 상기 전력 레일들 사이에 직렬 접속되는, 트랜지스터 쌍을 각각 포함하는 일련의 연속된 인버터 회로들을 구비한다. 예를 들여, 상기 제 2 검출기는, 상기 전자회로의 상기 전력 레일들 사이에 직렬 접속되고 상기 일련의 중간 증폭기 스테이지들 중에서 2개의 연속된 스테이지들 사이의 상기 제어신호 경로에 있는 노드로 진행하는 출력신호를 갖는 정전용량 및 저항(실제 저항 또는 저항으로 사용되는 MOS)을 구비한다.
예시적인 실시예에서, 상기 스위칭 부품은 상기 전력 레일들 사이에 1옴 미만의 임피던스를 갖는 접속 경로를 제공하기 위해 전환가능한 트랜지스터를 구비한다.
또 다른 실시예는, 전자회로의 전력 레일들 사이에 접속가능한 전원 클램프로서,
상기 전자회로의 상기 전력 레일과 접지 레일 사이에 접속 경로를 제공하기 위해 전환가능한 스위칭수단과,
제 1 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하고 상기 검출에 응답하여 검출기 출력신호를 발생하는 제 1 검출수단과,
상기 제 1 검출수단과 상기 스위칭수단 사이에 배치되고, 상기 검출수단 출력신호에 응답하여 상기 스위칭수단의 전환을 제어하는 제어신호에 대한 제어신호 경로를 제공하는 일련의 한 개 이상의 연속된 중간 증폭 수단과,
상기 제 1 특성 기간보다 짧은 제 2 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하는 제 2 검출수단을 구비하고, 상기 제 2 검출수단은 상기 제 1 검출수단 뒤의 상기 제어신호 경로에 있는 노드에 설치되어, 상기 제 2 검출수단에 의한 검출이 상기 제어신호에 대해 상기 스위칭수단의 전환을 제어하게 하는, 전원 클램프를 제공한다.
전술한 발명은, 옵션으로 전원에 접속되는, 전술한 어느 한 개의 전원 클램프를 구비한 전자회로에 대해 특히 유용하다.
도 1은 전자회로(미도시)의 전력 레일들 사이에 접속가능한 전원 클램프를 개략적으로 나타낸 것이다. 전원 클램프는, 제어신호(20)의 제어하에서 선택적으로 동작가능하여 전력 레일들 사이에 저임피던스 경로(예를 들어, 1Ω보다 작은 임피던스를 갖는 경로)를 제공하는 스위칭 부품(10)을 구비함으로써, 정전 방전(ESD) 이벤트가 검출되는 경우에, 이 이벤트에서 발생한 정상보다 높은 전류 흐름이 전자회로의 전력 레일들 사이에 접속된 다른 부품들을 거치는 것이 아니라 스위칭 부품(10)을 거쳐 전달된다. 일반적으로 말하면, 스위칭 부품(10)은, (a) ESD 이벤트 중에 그것의 전환 동작이 적절할 수 있도록 충분히 빨리 전환하도록, 그리고 (b) ESD 이벤트와 관련된 일시적이지만 매우 큰 전류 흐름을 처리하도록 선택된다.
ESD 이벤트들은 도 1에서는 검출기(30)에 의해 검출되고, 검출기는 검출신호(40)를 증폭기(50)에 공급하며, 결국 증폭기는 이 검출신호를 증폭하여 제어신호(20)를 형성한다. 이들 모든 부품은 이하에서 더욱 상세히 설명한다.
(후술하는 것과 같이) 일련의 증폭 스테이지들로 형성되는 증폭기(50)는 검출기(30)와 스위칭 부품(10) 사이에 제어신호 경로를 제공한다. 예를 들어, 증폭기(50)는 검출기(30)로부터의 검출신호를 증폭하여 스위칭 부품에 제어신호를 제공할 수 있다. 이 증폭기는 경로의 일부로서 적어도 입력 노드 및 출력 노드인 다수의 노드들을 제공하고, 일부 실시예에서는, 경로를 따라 한 개 이상의 중간 노드들, 예를 들어, 다중 증폭기 배치에서는 연속된 증폭기 스테이지들 사이의 노드를 제공한다. 따라서, 도 1 및 (후술하는) 도 10에서는, 제어신호(20)가 스위칭 부품의 입력에 잇는 것으로 표시되어 있지만, 제어신호가 일련의 한 개 이상의 중간 증폭 스테이지들의 제어신호 경로를 따라가 회로 내부의 이 지점에 도달한다.
도 1의 전력 레일들은, 단지 예시를 목적으로, 양의 전력 레일(VDD)과 접지 전력 레일(VSS)로서 도시되어 있다. 그러나, 양의 전력 레일 및 음의 전력 레일 등의 다른 배치가 사용될 수도 있다.
이와 같은 배치에 포함된 원리를 예시하기 위해, 본 발명의 실시예의 상세한 설명으로 진행하기 전에, 범용적인 실시예를 이하 설명한다.
도 2는, 예를 들어, 도 1의 검출기(30)로서 사용가능한 ESD 검출기를 개략적으로 나타낸 것이다. 이 검출기는 저항(70)과 직렬로 정전용량(60)을 구비한다. 정전용량(60)과 저항(70)의 접점으로부터 검출신호(40)가 유도된다. 예를 들어, (도 10을 참조하여 설명하는) 전류 미러와 다수의 저항 및/또는 정전용량을 사용하는 다른 종류의 검출기를 사용해도 된다. 이때, 도 2는 C-R 스테이지를 나타내지만, 그 대신에 R-C 스테이지를 사용할 수도 있다.
도 3은 집적회로 환경에서 사용하는데 특히 적합한 방식으로 정전용량의 예시적인 구현을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 3에서는, PMOS로 도시되어 있지만 NMOS 또는 PMOS일 수 있는 금속 산화물 실리콘 전계효과 트랜지스터(MOSFET)가 서로 접속되어 총괄하여 정전용량의 한 개의 단자를 제공하는 드레인, 소스 및 기판 단자를 갖도록 제조되고, MOSFET의 게이트가 나머지 단자를 제공한다. 마찬가지로, 소자를 "온" 상태로 하도록 영구적으로 접속된 게이트를 갖는 MOSFET 소자에 의해 저항이 구현될 수 있다.
도 4는 예시적인 스위칭 부품(10)을 나타낸 것이다. 물리적으로 크기가 큰(적어도 다른 회로 부품들에 비해) NMOSFET 또는 PMOSFET(80)이 사용된다. 이것은 ESD 이벤트 중에 과도적이지만 잠재적으로 큰 전류를 처리하는 그것의 원하는 특성의 일상적인 표현으로서 "BigFET"으로 불리는 경우가 있다. BigFET(80)은 제어신호(20)에 전환될 때 전력 레일들(90, 100) 사이에 적절한 저임피던스 경로를 제공한다.
BigFET(80)에 의해 처리할 필요가 있는 ESD 이벤트들의 전형적인 파라미터들은, 잠재적으로는 1A보다 큰, 예를 들어, CDM ESD 이벤트에서는 6A 이상인 피크 방전 전류를 유도하는, 2 또는 3 kV 등의 수 kV를 갖는 피크 전압이다. 그러나, ESD 이벤트의 지속기간은 일반적으로는 1μ보다 작은 정도이다. ESD 손상은 과도한 ESD 전류가 회로를 통해 흐르는 동안 이벤트들이나 전압 축적(build-up)과 관련된 과도한 순시 전류에 의해 주로 기인하는 것으로 생각되지만, 전압의 급격한 변화율을 검출함으로써 ESD 이벤트의 검출이 행해지는 일이 많다. ESD 검출기의 관점에서는, 임계 레이트 위의 전압의 변화율이 검출되는데, 검출기는 이것이 ESD에 의해 기인한 것인지 여부를 알지 못하므로, 용어 "ESD 검출기"는, 실제의 ESD 이벤트들이 발생하고 있는 어떤 요건을 말하는 것이 아니라. ESD 이벤트를 검출하는 검출 파라미터들을 갖는 배치를 말한다.
증폭기(50)는, 예시적인 배치에서는, 일련의 연속된 증폭 스테이지들로 구현된다. 본 발명은 한 개 이상의 이와 같은 스테이지들, 예를 들어 2개 이상의 이와 같은 스테이지들을 이용한다. (한개의 증폭기 스테이지는 스위칭 소자를 직접 어드레스 지정하는 CDM 검출기를 의미한다.) 이와 같은 증폭기 스테이지의 일례는, 도 5에 도시되고 도 6에 예시적인 개략적인 회로 구성으로 나타낸 인버터로서, 이때 PMOSFET(110)과 NMOSFET(1200이 협동하여 입력신호(140)의 반전된 신호를 출력신호(130)로서 출력하여, 입력신호가 하이이면, 출력신호가 로우가 되고, 역도 성립한다.
일련의 증폭 스테이지들 또는 인버터들을 사용하는 한가지 이유는, 검출신호(40)가 BigFET(80)의 입력에 직접 접속된다면, BigFET(80)에 의해 형성된 고유 정정용량이 잠재적으로는 검출기의 정전용량(60)의 검출 성능 및 시정수를 왜곡시키는 영향을 미칠 수도 있기 때문이다. BigFET의 기생 용량이 검출기 정전용량과 정전용량 분압기(capacitor divider)를 형성할 수도 있다. 따라서, 도 7에 개략적으로 나타낸 것과 같은 일련의 증폭 스테이지들 또는 인버터들을 사용하여 BigFET(80)의 정전용량으로부터 검출기 정전용량(60)을 일부 격리시킨다.
전술한 것과 같이, 전원 클램프는 서로 다른 원인으로 인해, 그리고 크기 및 시간적 특성 등의 서로 다른 파라미터들을 갖는 ESD 이벤트들에 노출된다. 2가지 예시적인 종류의 ESD 이벤트는, 느린 승압 시간, 느린 감쇠의 ESD 이벤트를 모델화하는 인체 모델(HBM) 종류와, 빠른 승압 시간, 빠른 감쇠의 ESD 이벤트를 모델화하는 전하 장치 모델(CDM)이다. 이때, 이와 관련하여, HBM 종류의 이벤트의 승압 시간은 수 나노초(ns)의 차수를 갖는데, 예를 들어 2-10ns이고, 감쇠 시간(전원 클램프의 필요한 지속 또는 "온" 시간)은 600nm 등의 수백 ns의 차수를 갖는다(예를 들어, 1μs보다 작지만, 적절한 지속 또는 "온" 시간은 600ns보다 크다). CDM ESD 이벤트는 훨씬 빨라서, 예를 들어, 피코초(ps)로 측정가능한 승압 시간(예를 들어, 1ns보다 작다)과 아마도 수 ns(예를 들어, 2ns까지)의 감쇠 시간을 나타낸다. 전술한 HBM 및 CDM 검출기 모듈은 위에서 설명한 파라미터들 내에서 동작하도록 구성된다.
따라서, 전원 클램프가 HBM 및 CDM ESD 이벤트들에 대해 동작할 수 있도록 하기 위해서는 검출기(30)와 증폭기(50)에 대한 다양한 잠재적으로 상충되는 요건이 존재한다. CDM 특성을 나타내는 이벤트에 충분히 신속하게 반응하기 위해서는, 매우 신속한 검출이 필요하다. 이때, 검출의 속도는 증폭기(50)에 의해 부과된 지연을 포함하므로, 검출기(30)와 증폭기(50)가 협력하여 ESD 이벤트의 매우 초기 단계에서 스위칭 부품의 기동을 일으키는 제어신호(20)를 출력해야 한다. 그러나, HBM ESD 이벤트의 비교적 느린 붕괴를 제공하기 위해서는, HBM ESD 이벤트가 진정될 수 있도록 충분히 오랫동안 제어신호(20)가 능동 상태(즉, 스위칭 부품(10)이 저임피던스 경로를 제공하게 하는 상태)에 유지되어야 한다.
이와 같은 충돌하는 요건을 해소하기 위해, 한가지 옵션은, 도 8에 분리하여 도시된 HBM 검출기(105) 및 CDM 검출기(160)로 개략적으로 나타낸 것과 같이, HBM 이벤트 및 CDM 이벤트에 대해 별개의 검출 배치를 제공하는 것이다. 그러나, 이와 같은 속성을 갖는 단순한 배치에서는, 증폭기(50)에 의해 부여된 지연이, 스위칭 부품(10)을 온으로 하여 CDM 검출을 구현해야 하는 기간보다 커질 수 있다는 문제가 여전히 남는다.
이와 같은 문제를 해소하기 위해, 도 9에는 전자회로의 전력 레일들(예를 들면, VDD 및 VSS) 사이에 접속가능한 전원 클램프가 개략적으로 도시되어 있으며, 이 전원 클램프는, 전력 레일들 사이에서 접속 경로(저임피던스 경로, 예를 들어, 1Ω보다 작은 임피던스를 갖는 경로 등)를 제공하기 위해 전환가능한 스위칭 부품(10)과, (HBM 이벤트 등의) 제 1 특성 기간을 갖는 ESD 이벤트를 검출하고 이와 같은 검출에 응답하여 검출기 출력신호(180)를 발생하도록 구성된 제 1 검출기(170)와, 여기에서는 제 1 검출기(170)와 스위칭 부품(10) 사이에 인버터들(190, 200)로 구현되고, 일련의 스테이지들(190, 200)이 검출기 출력신호(180)에 응답하여 스위칭 부품의 전환을 제어하는 제어신호(20)에 대한 제어신호 경로를 제공하도록 배치된 일련의 한 개 이상의 연속된 중간 증폭 스테이지들을 구비한다. 예를 들어, 제어신호는, 적어도 일부가, 검출기 출력신호(180)에 근거하거나 이에 대해 발생될 수 있다. 제 2 검출기(210)는, 제 1 특성 기간(예를 들어, ESD 이벤트의 특성 기간)보다 짧은 제 2 특성 기간을 갖는 CDM 이벤트를 검출하도록 구성된다. 제 2 검출기는, 본 실시예에서는, 일련의 중간 증폭 스테이지들(190, 200) 중에서 두번째 스테이지, 또는 그 뒤의 스테이지에 설치되어(이것은 다른 곳에 설치되어도 된다. 더욱 일반적으로 말하면, 이것은 제 1 검출기 뒤의, 즉 제 1 검출기가 접속되거나 연결되거나 설치된 노드 위의 제어신호 경로에 있는 노드에 설치된다), 제 2 검출기에 의한 검출이 제어신호(20)에 대하여 저임피던스 상태로 스위칭 부품(10)의 전환을 제어하게 한다. 예를 들면, 제어신호는, 적어도 일부가, 제 2 검출기(210)로부터의 검출기 출력신호에 근거하거나 이에 대해 발생될 수 있다. 따라서, 이와 같은 배치는, 일련의 한 개 이상의 중간 증폭 스테이지들이 제 1 및 제 2 검출기들 중에서 어느 한 개 또는 이들 모두에 의해 주어진 검출신호로부터 제어신호를 발생하는 것으로서 생각할 수 있다. 예를 들어, 제 2 검출기에 의한 검출은 스위칭 부품의 전환을 제어하는 제어신호의 발생을 일으킨다. 예를 들어, 제 1 검출기에 의한 검출은 스위칭 부품의 전환을 제어하는 제어신호의 발생을 일으킨다.
특성 기간은, 관련된 ESD 이벤트의 승압 시간, 관련된 ESD 이벤트의 감쇠 시간, 및/또는 검출기의 적어도 일부를 구성하는 RC 회로의 시정수 중에서 한 개 이상을 말한다.
도 9의 배치에서는, (전술한 것과 같이, HBM 검출기(170)가 느린 승압 시간과 느린 감쇠의 ESD 이벤트를 검출할 수 있도록 하는데 필요한) 관련된 큰 정전용량을 갖는 HBM 검출기(170)가 인버터들(190, 200) 등의 2개 이상의 중간 증폭 스테이지들에 의해 BigFET 또는 다른 스위칭 부품(10)으로부터 분리된다. 이에 반해, CDM 검출기(210)는 훨씬 빠른 승압 시간과 더 빠른 감쇠의 ESD 이벤트를 검출하는데 필요하므로, 상당히 더 작은 정전용량을 사용하여 구현된다. 결국, 이것은 CDM 검출기가 그것의 검출이 BigFET의 존재와 올바르지 않게 상호작용하지 않으면서 BigFET에 대해 회로 구조 내에서 더 근접하게 배치될 수 있게 한다. 결국, 이것은, 일련의 증폭 스테이지들의 더 적은 수의 스테이지들이 CDM 검출기(210)와 스위칭 부품(10) 사이에 존재하기 때문에, CDM 검출기(210)와 스위칭 부품(10) 사이의 감쇠가 더 낮아진다는 것을 의미한다. 도 9의 실시예에서는, 제 1(HBM) 검출기(제 1 증폭 스테이지(190)에 대한 입력)의 (증폭 스테이지들(190, 200)에 의해 제공되는 제어신호 경로 내부에서) 뒤에 있는 노드의 일례인, 제 1 증폭 스테이지(190)와 제 2 증폭 스테이지(200) 사이의 노드에 제 2(CDM) 검출기가 설치된다.
전술한 설명에서는, 일부 실시예에서, ("제2 검출기"인) CDM 검출기가 일련의 증폭 스테이지들의 두 번째 또는 그 뒤의 스테이지에 설치된 것으로 명기하였다. 더욱 일반적으로는, 제 2 검출기가 제 1 검출기 뒤의 제어신호 경로 내부의 노드에 설치된다. 이때, 2개 이상의 증폭 스테이지들이 사용되므로, 예를 들어, 일련의 2개, 3개, 4개 등등의 증폭 스테이지들이 설치되고, 대응하는 노드들이 적어도 증폭 스테이지들 사이의 위치들에 설치된다는 점에 주목하기 바란다. 영어 "노드에 설치"는 증폭 스테이지의 입력, 출력 또는 다른 부분에 설치되는 것이라고 할 수 있다. 따라서, 두 번째 또는 그 뒤의 증폭 스테이지에 제 2 검출기가 설치된다는 것은 (도 9에 개략적으로 나타낸 것과 같이) 제 2 검출기(210)가 제 2 스테이지의 입력(또는 사실상 3개 이상의 스테이지들을 갖는 일련의 증폭 스테이지들의 경우에는 뒤에 있는 스테이지의 입력)에 설치된다는 것을 의미한다. 예시적인 실시예에서는, 제 2 검출기가 이들 일련의 스테이지들의 최종 스테이지의 출력에 설치되지 않는다(즉, BigFET 또는 다른 스위칭 부품(10)의 입력에 직접 설치되지 않는다). 그러나, 제 2 검출기는 실제로 그것의 출력이 BigFET으로 직접 진행하도록 배치될 수도 있다는 점에 주목하기 바란다.
도 10은 도 9의 전원 클램프의 개략 회로도이다. 박스 170으로 둘러싸인 부품들은 HBM 검출기를 표시하고, 박스 210으로 둘러싸인 부품은 CDM 검출기를 표시한다.
스위칭 부품(10)(BigFET)은 정상 동작 상태하에서는(VDD에 전력이 공급될 때) 오프가 되고 ESD 펄스 지속기간 중에만 온으로 되도록 구성된다.
HBM 검출기를 참조하면, 트랜지스터 PM1은 (도 3을 참조하여 전술한 것과 같이) 정전용량으로서 기능하고 저항 R1(이것은 예를 들어 전술한 것과 같이 트랜지스터로 구현될 수도 있다)은 도 2의 개략 회로의 저항으로서 기능한다. HBM ESD 이벤트의 영향하에서, VDD와 VSS 사이의 양의 승압 전압 차이는 검출 출력 RC1이 상승하게 한다. 트랜지스터들 PM2 및 NM2는 (HBM 검출에 대해) 제 1 인버터 스테이지로 기능하여 중간 신호 RC2가 하강하게 한다. 트랜지스터들 PM3 및 NM3는 제 2 인버터 스테이지로서 기능하여 제어신호(20)를 상승하게 함으로써, 스위칭 부품(10)으로 기능하는 BigFET은 온시킨다. 이와 관련하여, (제 2 검출 스테이지가 삽입되는) 제 2 인버터는, 이것이 저항(ON으로 고정)으로서 기능하는 PMOSFET과 이전 스테이지에서 유도된 NMOSFET 게이트를 구비한다는 점에서, 통상적인 상보성 CMOS 스테이지와 다르다.
더 짧은 지속기간의 CDM ESD 이벤트의 영향하에서, RC 및 C1과 관련된 특성 시간이 너무 느려서 CDM ESD 스트레스에 대해 RC1이 충분히 효율적으로 반응할 수 없지만, (이와 관련해서 저항으로 기능하는) 트랜지스터 PM2와 더 작은 정전용량 C2는 더 짧은 특성 시간을 갖는 제 2 저항-정전용량 스테이지로서 기능한다. CDM ESD 이벤트에 응답하여, PM2 및 C2의 조합이 신호 RC2를 로우 상태로 끌어내려 PM3와 NM3로 이루어진 인버터 스테이지가 제어신호(20)를 하이 상태로 하여, 스위칭 부품(10)으로 기능하는 BigFET을 "온" 상태로 기동한다.
트랜지스터들 NM1a 및 NM1d는 전류 미러로서 기능하여 정전용량 C1에서의 전류 흐름을 증폭한다. 이와 같은 구성은 동일한 시정수를 달성하면서 더 작은 정전용량이 사용될 수 있도록 할 수 있다(집적회로 장치와 관련해서, 이것은 정전용량을 구현하는데 더 작은 칩 면적이 필요하다는 것을 의미한다).
실시예들에서는, (CDM이 온으로 유지되는) 지속 시간은 HBM 검출기의 기동과 관련된 지연 시간(예를 들어, 2ns, 또는 2ns 내지 10ns의 범위, 예를 들어, 10ns 이하)과 같거나 거의 같도록 설정될 수 있다.
도 11은 전자회로(500)와 전원(510)을 개략적으로 나타낸 것이다. 전자회로(500)는, 전술한 종류의 전원 클램프(520)와, 전자회로(500)의 기능과 관련된 ESD 이벤트로부터 보호하려는 회로 부품들(530)을 구비한다. 전원 클램프(520)는 전자회로의 전력 레일들 VDD 및 VSS의 양단에 접속되고, ESD 이벤트가 검출되는 경우에 전력 레일들 VDD와 VSS 사이에 저임피던스 경로를 제공하여 회로 부품들(530)에 대한 ESD 손상의 방지를 제공하도록 동작한다.
전원(510)은, 전원이 켜졌을 때 전원 클램프를 거쳐 ESD 보호의 우연한 기동을 피하기 위해, 10μs 등과 같이 최소 임계 스위치 온(승압) 시간 이하를 갖도록 제한된다.
또한, 타임 스케일이 일반적으로 다른(더 느린) 것을 제외하고는, 정상 파워업(power-up)이 ESD 이벤트로 검출될 수도 있다는 점에 주목하기 바란다. 따라서, 파워업으로 인한 전압 승압과 ESD로 인한 전압 승압을 구별하는 클램프를 갖는 것이 유용할 수 있다. 또한, 파워업에 의해 잘못 기동되는 경우에는, 전술한 것과 같이 신속하게 오프하여 정상 동작으로 복귀하는 것이 중요하다. 이들 특징은 본 발명의 적어도 일부 실시예에 의해 제공되며, 예를 들어, 전술한 것과 같이 스위치 온 시간을 제한함으로써 도움이 된다.
본 발명에서, 단어 "하도록 구성된"은 장치의 구성요소가 정의된 동작을 행할 수 있는 구성을 갖는다는 것을 의미하기 위해 사용된다. 이와 관련하여, "구성"은 하드웨어 또는 소프트웨어의 배치 또는 상호접속 방식을 의미한다. 예를 들어, 장치는 정의된 동작을 제공하는 전용 하드웨어를 갖거나, 프로세서 또는 기타의 처리장치가 기능을 행하도록 프로그래밍되어도 된다."하도록 구성된"은 이 장치의 구성요소가 정의된 동작을 제공하기 위해 어떤 식으로 변경될 필요가 있는 것을 시사하는 것은 아니다.
첨부도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 상세히 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위의 보호범위 및 사상을 벗어나지 않으면서 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에 의해 다양한 변경, 부가 및 변화가 행해질 수 있다는 것은 자명하다. 예를 들면, 종속항들의 특징들의 다양한 조합이 독립항들의 특징과 행해질 수도 있다.

Claims (15)

  1. 전자회로의 전력 레일들 사이에 접속가능한 전원 클램프로서,
    상기 전자회로의 상기 전력 레일들 사이에 접속 경로를 제공하기 위해 전환가능한 스위칭 부품과,
    제 1 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하고 상기 검출에 응답하여 검출기 출력신호를 발생하도록 구성된 제 1 검출기와,
    상기 제 1 검출기와 상기 스위칭 부품 사이에 배치되고, 상기 검출기 출력신호에 응답하여 상기 스위칭 부품의 전환을 제어하는 제어신호에 대한 제어신호 경로를 제공하는 일련의 한 개 이상의 연속된 중간 증폭 스테이지들과,
    상기 제 1 특성 기간보다 짧은 제 2 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하도록 구성된 제 2 검출기를 구비하고, 상기 제 2 검출기는 상기 제 1 검출기 뒤의 상기 제어신호 경로에 있는 노드에 설치되어, 상기 제 2 검출기에 의한 검출이 상기 제어신호에 대해 상기 스위칭 부품의 전환을 제어하게 하고,
    상기 제 1 검출기 및 상기 제 2 검출기는 상기 제어신호를 통해 상기 스위칭 부품을 턴온하여 상기 전자회로의 상기 전력 레일들 사이에 전류 흐름을 일으키도록 구성되는, 전원 클램프.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 검출기는 인체 모델 정전 방전 이벤트 검출기인 전원 클램프.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 검출기는 2 내지 10 나노초의 전압 승압 시간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하도록 구성된 전원 클램프.
  4. 제 1항에 있어서,
    정전 방전 이벤트의 검출에 응답하여, 상기 제 1 검출기는 적어도 600 나노초 동안 상기 검출기 출력신호를 유지하도록 구성된 전원 클램프.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 검출기는 상기 전자회로의 전력 레일들 사이에 직렬 접속된 정전용량 및 저항을 구비한 전원 클램프.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 검출기의 상기 정전용량에 접속된 전류 미러를 구비한 전원 클램프.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 검출기는 전하 장치 모델 정전 방전 이벤트 검출기인 전원 클램프.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 검출기는 1 나노초 미만의 전압 승압 시간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하도록 구성된 전원 클램프.
  9. 제 1항에 있어서,
    정전 방전 이벤트의 검출에 응답하여, 상기 제 2 검출기는 10 나노초 이하 동안 상기 검출기 출력신호를 유지하도록 구성된 전원 클램프.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 일련의 연속된 중간 증폭 스테이지들은, 상기 전력 레일들 사이에 직렬 접속되는, 트랜지스터 쌍을 각각 포함하는 일련의 연속된 인버터 회로들을 구비한 전원 클램프.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 검출기는 상기 전력 레일들 사이에 직렬 접속되고 상기 제어신호 경로에 있는 노드로 진행하는 출력신호를 갖는 정전용량 및 저항을 구비한 전원 클램프.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭 부품은 상기 전력 레일들 사이에 1옴 미만의 임피던스를 갖는 접속 경로를 제공하도록 전환가능한 트랜지스터를 구비한 전원 클램프.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 일련의 한 개 이상의 연속된 중간 증폭 스테이지들은 일련의 2개 이상의 연속된 증폭 스테이지들을 구비하고,
    상기 제 2 검출기는 상기 일련의 중간 증폭 스테이지들 중에서 두 번째 또는 그 뒤의 중간 증폭 스테이지에 설치되는 전원 클램프.
  14. 전자회로의 전력 레일들 사이에 접속가능한 전원 클램프로서,
    상기 전자회로의 상기 전력 레일과 접지 레일 사이에 접속 경로를 제공하기 위해 전환가능한 스위칭수단과,
    제 1 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하고 상기 검출에 응답하여 검출기 출력신호를 발생하는 제 1 검출수단과,
    상기 제 1 검출수단과 상기 스위칭수단 사이에 배치되고, 상기 검출기 출력신호에 응답하여 상기 스위칭수단의 전환을 제어하는 제어신호에 대한 제어신호 경로를 제공하는 일련의 한 개 이상의 연속된 중간 증폭 수단과,
    상기 제 1 특성 기간보다 짧은 제 2 특성 기간을 갖는 정전 방전 이벤트를 검출하는 제 2 검출수단을 구비하고, 상기 제 2 검출수단은 상기 제 1 검출수단 뒤의 상기 제어신호 경로에 있는 노드에 설치되어, 상기 제 2 검출수단에 의한 검출이 상기 제어신호에 대해 상기 스위칭수단의 전환을 제어하게 하고,
    상기 제 1 검출수단 및 상기 제 2 검출수단은 상기 제어신호를 통해 상기 스위칭수단을 턴온하여 상기 전자회로의 상기 전력 레일들 사이에 전류 흐름을 일으키도록 구성되는, 전원 클램프.
  15. 제 1항에 기재된 전원 클램프를 구비한 전자회로.
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