KR20070118820A - Electrostatic discharge protection circuit for high frequency circuit of differential structure - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 정전기 방지회로를 간략하게 나타낸 회로 구성도이다. 1 is a circuit diagram schematically showing a general antistatic circuit.
도 2는 일반적인 고주파 회로의 정전기 방지회로를 간략하게 나타낸 회로 구성도이다. 2 is a circuit diagram schematically illustrating an antistatic circuit of a general high frequency circuit.
도 3은 일반적인 차동구조로 된 고주파 회로를 나타낸 예시도이다. 3 is an exemplary view showing a high frequency circuit having a general differential structure.
도 4는 고주파 입력과 출력에 변압기가 사용된 일반적인 차동구조로 된 고주파 회로를 나타낸 예시도이다. 4 is an exemplary diagram illustrating a high frequency circuit having a general differential structure using a transformer for high frequency input and output.
도 5는 본 발명에 의한 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로를 나타낸 회로 구성도이다. 5 is a circuit diagram illustrating an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to the present invention.
도 6a내지 도 6c는 일반적인 규격화된 정전기 모델의 주파수 대역을 나타낸 주파수 스펙트럼이다. 6A to 6C are frequency spectra showing frequency bands of a general standardized electrostatic model.
도 7은 본 발명에 의한 고주파 회로의 변압기에서 정전기의 방전에 의한 전류의 경로를 나타낸 도면이다. 7 is a view showing the path of the current by the discharge of static electricity in the transformer of the high frequency circuit according to the present invention.
도 8a내지 도 8c는 본 발명에 의한 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로에서 직류성분의 신호가 인가되는 부분에 양방향 정전기 방지소자를 사용한 회로 구성도이다. 8A to 8C are circuit configuration diagrams in which a bidirectional antistatic element is used in a portion to which a DC component signal is applied in an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to the present invention.
도 9a 내지 도 9f는 도 5에서 도시된 본 발명에 의한 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로에서 정전기 발생시 정전기 전류의 이동 경로를 나타낸 도면이다. 9A to 9F are diagrams illustrating a movement path of an electrostatic current when static electricity is generated in an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to the present invention shown in FIG. 5.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로를 나타낸 회로 구성도이다. 10 is a circuit diagram illustrating an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to another embodiment of the present invention.
도 11a 내지 도 11g는 도 10의 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로에서 정전기 발생시 정전기 전류의 이동 경로를 나타낸 도면이다. 11A to 11G are diagrams illustrating a movement path of an electrostatic current when static electricity is generated in the antistatic circuit of the high frequency circuit having the differential structure of FIG. 10.
도 12는 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로를 나타낸 회로 구성도이다. 12 is a circuit diagram illustrating an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to another embodiment of the present invention.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 - -Explanation of symbols for the main parts of the drawings-
101 : 제 1정전기 방지소자 102 : 저항101: first static electricity prevention element 102: resistance
103 : 제 2정전기 방지소자 201 : 정전기 방지소자103: second antistatic device 201: antistatic device
301 : 차동 증폭기 400 : 고주파 회로301: differential amplifier 400: high frequency circuit
401 : 제 1변압기 402 : 제 2변압기 401: first transformer 402: second transformer
500 : 고주파 회로 501 : 제 1변압기500: high frequency circuit 501: first transformer
502 : 제 2변압기 503 : 제 1정전기 방전소자502: second transformer 503: first electrostatic discharge element
504 : 제 2정전기 방전소자 505 : 공통 정전기 방전버스504: second static discharge device 505: common static discharge bus
505a : 제 1공통 정전기 방전버스 505a: first common electrostatic discharge bus
505b : 제 2공통 정전기 방전버스505b: second common electrostatic discharge bus
506 : 제 3정전기 방전소자 506: third electrostatic discharge element
본 발명은 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차동구조로 형성된 고주파 회로에서 입출력부에 적용되는 변압기를 정전기(ESD : Electrostatic Discharge) 발생시 정전기 방지소자로 활용하여 낮은 주파수의 정전기가 입력될 경우 변압기에서 다음 차측으로 전달시키기 않고 공통 정전기 방전 버스를 통해 방전시킴으로써 높은 정전기 내성을 가짐과 동시에 전원전압과 바이어스 패드에는 별도의 정전기 방전소자를 사용함에 따른 고주파 회로 동작의 열화를 최소화 할 수 있도록 한 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로에 관한 것이다. The present invention relates to an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure, and more particularly, a transformer applied to an input / output unit in a high frequency circuit formed of a differential structure is used as an antistatic device when generating an electrostatic discharge (ESD). When the frequency static electricity is input, it discharges through the common static discharge bus without transferring from the transformer to the next vehicle side, so it has high static resistance and deteriorates the operation of the high frequency circuit by using separate electrostatic discharge elements for the power supply voltage and the bias pad. The present invention relates to an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure to minimize the noise.
정전기(ESD : Electrostatic Discharge)는 일상생활에서 아주 흔하게 일어나는 현상으로써, 시간적인 변화가 없는 전하 또는 그와 같은 전하분포에 수반되는 전기적인 현상을 일컫는 말이다. 즉, 서로 다른 종류의 전하, 혹은 서로 다른 양의 전하로 대전된 두 물체가 서로 접촉을 하게 될 경우 두 물체 사이에서 순간적으로 발생하는 전하의 이동을 정전기 방전이라고 한다. Electrostatic Discharge (ESD) is a very common phenomenon in everyday life. It refers to a charge that does not change over time or an electrical phenomenon that accompanies such a charge distribution. That is, when two objects charged with different kinds of charges or different amounts of charges come into contact with each other, the movement of electric charges generated momentarily between the two objects is called electrostatic discharge.
이러한 정전기 방전은 일상생활에서 많은 불편함을 야기 시키는데, 특히 전 기적 특성에 민감한 반도체 소자 및 회로는 정전기에 매우 취약한 특성을 가진다. 실질적으로 집적회로를 이용한 와이어 본딩, 납땜 그리고 PCB 상에 집적회로를 부착하는 과정, 또는 집적 회로를 사람이 핸들링 하는 과정에서 정전기 방전은 발생하게 되고, 이로 인하여 집적 회로는 파괴 될 수 있다. Such electrostatic discharge causes a lot of inconveniences in daily life. In particular, semiconductor devices and circuits that are sensitive to electrical characteristics have very vulnerable to static electricity. Substantially, electrostatic discharges are generated during wire bonding, soldering, and attaching an integrated circuit on the PCB, or a human handling the integrated circuit using the integrated circuit, which can destroy the integrated circuit.
특히, 현재 가장 흔히 사용하는 반도체 소자인 CMOS는 회로의 소형화 및 동작 속도의 향상을 위하여 지속적인 공정 발달을 이룩하고 있다. 하지만, 이러한 공정 기술의 발달은 CMOS의 게이트 길이(length)를 지속적으로 줄여가는 방향으로 이루어지게 되는데, 이러한 공정 기술의 발달 방향은 CMOS의 정전기 내성을 점점 더 악화 시키는 주요 원인이 된다. In particular, CMOS, the most commonly used semiconductor device, is achieving continuous process development for miniaturization of circuits and improvement of operation speed. However, the development of the process technology is made in the direction of continuously reducing the gate length of the CMOS, the development direction of this process technology is a major cause to further deteriorate the electrostatic resistance of the CMOS.
이러한 집적 회로의 낮은 정전기 내성은 집적 회로를 이용한 제품의 수율을 감소시키는 주요 원인이 되고, 이는 제품의 생산 단가를 높이는 결과를 낳게 된다. 따라서 정전기 내성이 약한 집적 회로를 정전기로부터 보호하는 추가적인 회로, 혹은 기법의 중요성은 날로 강조 되고 있다.The low electrostatic resistance of such integrated circuits is a major cause of reducing the yield of products using integrated circuits, which results in higher production costs of the products. Therefore, the importance of additional circuits or techniques that protect integrated circuits with low static immunity from static electricity is becoming increasingly important.
도 1은 가장 일반적인 정전기 방지회로의 예시를 보이고 있다. 1 shows an example of the most common antistatic circuit.
여기에 도시된 바와 같이 정전기 방지회로로써 제 1내지 제 2정전기 방지소자(101)(103)와 저항(102)인 MOSFET 혹은 SCR 과 같은 여러 가지 소자 및 회로를 이용하여 구성 할 수 있으나, 여기서는 정전기 방지소자로 가장 일반적으로 사용되는 다이오드로 정전기 방지소자를 표현 하였다. 만약 패드(PAD)에서 정전기가 발생 할 경우, 제 1정전기 방지소자(101)에 의하여 정전기 전류는 접지 혹은 전압원 쪽으로 빠져 나가게 되어 정전기 내성이 낮은 내부 회로를 정전기로부터 보호 할 수 있다. 이때 저항(102)은 정전기 발생 시 정전기 전류가 내부 회로 방향으로 흘러들어가는 것을 막아주는 역할을 하게 된다. 제 2정전기 방지소자(103)는 정전기 발생 초기 내부회로 쪽으로 흘러 들어온 정전기 전류에 의하여 내부 회로에서 발생할 수 있는 전압의 과도한 증가를 막아 주는 역할을 하게 된다. As shown herein, the first to second
하지만 대부분의 정전기 전류는 제 1정전기 방지소자(101)에 의하여 방전 되므로 제 1정전기 방지소자(101)가 제 2정전기 방지소자(103)에 비하여 큰 용량을 가지는 것이 일반적이다.However, since most of the electrostatic current is discharged by the first
상기 종래 기술에 의한 정전기 방지회로는 일반적인 아날로그 회로나 디지털 회로에는 매우 적합한 구조이지만, 동작 주파수가 높은 무선 통신용 회로에는 적합 하지 않은 구조이다. The antistatic circuit according to the prior art is a structure suitable for a general analog circuit or a digital circuit, but is not suitable for a circuit for wireless communication having a high operating frequency.
즉, 제 1내지 제 2정전기 방지소자(101)(102)에 기인하는 기생 커패시턴스와 저항(102)의 저항값은 고주파 회로의 신호 파형을 왜곡 시켜 회로의 특성을 열화 시킨다. 특히, 신호선에 직렬로 연결되어 있는 저항(102)은 고주파 신호를 감쇄시켜 고주파 회로의 특성을 심각하게 열화 시킨다. That is, the parasitic capacitance caused by the first to second
따라서 현재 고주파 회로에서는 저항(102)을 뺀 도 2와 같은 구조의 정전기 방지회로를 사용하고 있다. Therefore, in the current high frequency circuit, the antistatic circuit having the structure as shown in FIG. 2 without the
하지만, 도 2에서는 정전기 전류가 내부 회로로 흘러들어가는 것을 방지 해 줄 저항(102)이 없기 때문에 회로의 높은 정전기 내성을 위해서는 정전기 방지소자(201)가 정전기 발생 시 매우 효율적으로 정전기 전류를 전압원이나 접지쪽으로 빼어 주어야 하다. However, in FIG. 2, since there is no
이를 위해서는 정전기 방지소자(201)의 크기가 매우 커져야 하고 이에 따라 정전기 방지소자(201)에서 기인하는 기생 커패시턴스의 값이 증가 하게 되고 이 역시 내부 회로의 동작을 열화 시키는 원인이 된다. To this end, the size of the
일반적으로 정전기 방지소자에 기인하는 기생 커패시턴스는 고주파 신호의 스윙에 따라 비선형적인 특성을 가져 회로 전체의 선형성을 열화 시킨다. 또한 높은 정전기 내성을 지니게 하기 위해서는 큰 용량의 정전기 방지소자를 사용하게 되는데, 이에 더불어 증가하게 되는 기생 커패시턴스는 고주파 회로의 정합 회로 구성을 난해하게 하고 회로의 주파수 대역을 제한하는 주요 요인이 된다. In general, the parasitic capacitance caused by the antistatic element has a nonlinear characteristic according to the swing of the high frequency signal, thereby degrading the linearity of the entire circuit. In addition, to have high static resistance, a large capacity antistatic device is used. In addition, the increased parasitic capacitance becomes a major factor that complicates the matching circuit configuration of the high frequency circuit and limits the frequency band of the circuit.
따라서 현재 고주파 회로에서는 정전기 방지회로를 사용하더라도 큰 용량의 정전기 방지소자의 사용이 힘들기 때문에, 정전기 내성의 향상이 극히 미미하고, 심지어는 아예 정전기 방지회로를 사용하지 않아 정전기 내성에 취약한 문제점이 있다. Therefore, in the current high frequency circuit, even if the antistatic circuit is used, it is difficult to use a large capacity antistatic device, so the improvement of the electrostatic resistance is extremely minimal, and even there is a problem that the antistatic circuit is not used at all, which is vulnerable to the electrostatic resistance. .
본 발명은 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 차동구조로 형성된 고주파 회로에서 입출력부에 적용되는 변압기를 정전기 발생시 정전기 방지소자로 활용하여 낮은 주파수의 정전기가 입력될 경우 변압기에서 다음 차측으로 전달시키기 않고 공통 정전기 방전버스를 통해 방전시킴으로써 높은 정전기 내성을 가짐과 동시에 전원전압 및 바이어스 패드에는 별도의 정전기 방전소자를 사용함에 따른 고주파 회로 동작의 열화를 최소화 할 수 있도록 한 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로를 제공함에 있다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to use a transformer applied to the input and output unit in a high-frequency circuit formed of a differential structure as a static electricity prevention element when generating static electricity is a low-frequency static In case of input, it discharges through common electrostatic discharge bus without transferring from transformer to next vehicle side, and it has high electrostatic resistance and minimizes deterioration of high frequency circuit operation by using separate electrostatic discharge element for power voltage and bias pad. The present invention provides an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 의한 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로는 차동구조로 된 고주파 회로의 입력단 및 출력단에 각각 정합회로로 제 1내지 제 2변압기가 형성된 고주파 회로에 있어서, 고주파 회로의 외곽에 형성되고 접지된 공통 정전기 방전버스로 이루어지며, 공통 정전기 방전버스에 고주파 회로의 접지가 연결되고 제 1변압기의 1차측 접지와 제 2변압기의 2차측 접지가 각각 연결된 것을 특징으로 한다. An antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to the present invention for realizing the above object is a high frequency circuit having first to second transformers each having a matching circuit at an input end and an output end of a high frequency circuit having a differential structure. And a common electrostatic discharge bus formed on the outer side of the high frequency circuit and grounded, wherein the ground of the high frequency circuit is connected to the common electrostatic discharge bus, and the primary ground of the first transformer and the secondary ground of the second transformer are connected, respectively. It is done.
본 발명은 공통 정전기 방전버스와 전원전압 패드 사이에 매개되어 연결된 제 1정전기 방전소자와, 공통 정전기 방전버스와 바이어스 패드 사이에 매개되어 연결된 제 2정전기 방전소자를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. The present invention is characterized in that it further comprises a first electrostatic discharge device connected between the common electrostatic discharge bus and the power supply voltage pad, and a second electrostatic discharge device connected between the common electrostatic discharge bus and the bias pad.
본 발명에서 제 1내지 제 2정전기 방전소자는 양방향성 소자인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the first to second electrostatic discharge device is characterized in that the bidirectional device.
본 발명에서 제 1내지 제 2정전기 방전소자는 단방향성 소자인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the first to second electrostatic discharge device is characterized in that the unidirectional device.
본 발명에서 제 1내지 제 2정전기 방전소자는 MOSFET로 형성한 것을 특징으로 한다. In the present invention, the first to second electrostatic discharge elements are formed of a MOSFET.
본 발명에서 제 1내지 제 2정전기 방전소자는 SCR로 형성한 것을 특징으로 한다.In the present invention, the first to second electrostatic discharge device is characterized in that formed by SCR.
본 발명에서 제 1내지 제 2정전기 방전소자는 다이오드로 형성한 것을 특징으로 한다. In the present invention, the first to the second electrostatic discharge device is characterized in that formed with a diode.
또한, 본 발명에 의한 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로는 차동구조로 된 고주파 회로의 입력단 및 출력단에 각각 정합회로로 제 1내지 제 2변압기가 형성된 고주파 회로에 있어서, 고주파 회로의 접지와 제 1변압기의 1차측 접지와 제 2변압기의 2차측 접지가 공통으로 접지되고, 전원전압 패드와 접지 사이에 매개되어 연결된 제 1정전기 방전소자와, 바이어스 패드와 제 1정전기 방전소자 사이에 매개되어 연결된 제 2정전기 방전소자로 이루어진 것을 특징으로 한다. In addition, the antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to the present invention is a high frequency circuit in which a first to a second transformer is formed as a matching circuit at an input terminal and an output terminal of a high frequency circuit having a differential structure, respectively. The primary side ground of the first transformer and the secondary side ground of the second transformer are commonly grounded, and are interposed between the first electrostatic discharge element connected between the power supply voltage pad and the ground, and the bias pad and the first electrostatic discharge element. And a second electrostatic discharge device connected thereto.
또한, 본 발명에 의한 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로는 차동구조로 된 고주파 회로의 입력단 및 출력단에 각각 정합회로로 제 1내지 제 2변압기가 형성된 고주파 회로에 있어서, 제 1변압기 외곽에 형성되고 접지된 제 1공통 정전기 방전버스와, 고주파 회로 외곽에 형성되고 접지된 제 2공통 정전기 방전버스와, 제 1공통 정전기 방전버스와 제 2공통 정전기 방전버스를 연결하는 제 3정전기 방전소자로 이루어지며, 제 1공통 정전기 방전버스에 제 1변압기의 1차측 접지가 연결되고, 제 2공통 정전기 방전버스에 고주파 회로의 접지와 제 2변압기의 2차측 접지가 각각 연결된 것을 특징으로 한다. In addition, the antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to the present invention is a high frequency circuit in which a first to a second transformer is formed as a matching circuit at an input end and an output end of a high frequency circuit having a differential structure, respectively. A third electrostatic discharge element connecting the first common electrostatic discharge bus formed and grounded, the second common electrostatic discharge bus formed and grounded outside the high frequency circuit, and the first common electrostatic discharge bus and the second common electrostatic discharge bus. The primary side ground of the first transformer is connected to the first common electrostatic discharge bus, and the ground of the high frequency circuit and the secondary side ground of the second transformer are connected to the second common electrostatic discharge bus, respectively.
본 발명은 제 2공통 정전기 방전버스와 전원전압 패드 사이에 매개되어 연결된 제 1정전기 방전소자와, 제 2공통 정전기 방전버스와 바이어스 패드 사이에 매 개되어 연결된 제 2정전기 방전소자를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. The present invention further includes a first electrostatic discharge element connected between the second common electrostatic discharge bus and the power supply voltage pad, and a second electrostatic discharge element connected and connected between the second common electrostatic discharge bus and the bias pad. It is characterized by.
본 발명에서 제 1내지 제 3정전기 방전소자는 양방향성 소자인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the first to third electrostatic discharge devices are characterized in that the bidirectional device.
본 발명에서 제 1내지 제 3정전기 방전소자는 단방향성 소자인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the first to third electrostatic discharge devices are characterized in that the unidirectional device.
본 발명에서 제 1내지 제 3정전기 방전소자는 MOSFET로 형성한 것을 특징으로 한다. In the present invention, the first to third electrostatic discharge devices are formed of a MOSFET.
본 발명에서 제 1내지 제 3정전기 방전소자는 SCR로 형성한 것을 특징으로 한다. In the present invention, the first to third electrostatic discharge elements are formed of SCR.
본 발명에서 제 1내지 제 3정전기 방전소자는 다이오드로 형성한 것을 특징으로 한다. In the present invention, the first to third electrostatic discharge elements are formed of a diode.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and the same parts as in the prior art use the same reference numerals and names. In addition, the present embodiment is not intended to limit the scope of the present invention, but is presented by way of example only and those skilled in the art will be capable of many modifications within the technical spirit of the present invention.
도 3은 일반적인 차동구조로 된 고주파 회로를 나타낸 예시도이다. 3 is an exemplary view showing a high frequency circuit having a general differential structure.
일반적으로 CMOS 공정은 다른 화합물 반도체 공정과는 달리 비아(VIA) 공정을 제공하지 않는다. 따라서 CMOS를 이용하여 고주파 회로(301)를 구성 할 때는 AC 접지를 형성하기 위하여 사용하게 되는 메탈 라인과 본드 와이어(bond-wire)에 의하여 회로 특성의 열화가 발생한다. Generally, CMOS processes do not provide via (VIA) processes, unlike other compound semiconductor processes. Therefore, when configuring the
따라서 이를 방지하기 위하여 일반적으로 CMOS를 이용한 고주파 회로(301)에서는 차동구조를 사용하게 되는데 이러한 차동구조를 갖는 고주파 회로(301)의 특성에 의하여 가상 접지의 형성이 매우 용이해지고, 이러한 가상 접지에 의하여 접지를 형성하기 위하여 사용하게 되는 메탈라인 혹은 본드 와이어에 의한 회로 특성의 열화를 막을 수 있다. Therefore, in order to prevent this, in general, a
이러한 차동구조의 집적 회로는 회로 내부의 동작은 차동이지만 일반적으로 차동구조를 갖는 집적 회로의 입력 및 출력은 싱글엔디드(Single ended)의 형태로 이루어져 있다. In the differential integrated circuit, the operation inside the circuit is differential, but in general, the input and output of the differential integrated circuit have a single ended form.
따라서 도 4에서 보인 것과 같이 변압기(401)(402)가 차동구조를 갖는 고주파 회로(400)의 입력단과 출력단에 정합회로로써 각각 사용된다. Therefore, as shown in FIG. 4,
도 5는 본 발명에 의한 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로를 나타낸 회로 구성도이다. 5 is a circuit diagram illustrating an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to the present invention.
여기에 도시된 바와 같이 고주파 회로(500)의 외곽에 주위를 감싸도록 형성되고 접지된 공통 정전기 방전버스(505)로 이루어지며, 공통 정전기 방전버스(505)에 고주파 회로(500)의 접지가 연결되고 제 1변압기(501)의 1차측 접지와 제 2변압기(502)의 2차측 접지가 각각 연결된다. As shown here, a common
그리고, 공통 정전기 방전버스(505)와 전원전압 패드 사이에 매개되어 연결 된 제 1정전기 방전소자(503)와, 공통 정전기 방전버스(505)와 바이어스 패드 사이에 매개되어 연결된 제 2정전기 방전소자(504)로 이루어진다. In addition, the first
위와 같이 본 발명에 의한 정전기 방지회로는 제 1내지 제 2변압기(501)(502)를 정전기 방지소자로 활용하여 구성하는 것으로써, 고주파 신호는 제 1내지 제 2변압기(501)(502)를 통한 입력과 출력 신호로 나타난다. 그리고 고주파 신호 외에 전원전압(Supply Voltage), 접지 그리고 각종 바이어스(Bias) 전압이 고주파 회로에 인가된다. As described above, the antistatic circuit according to the present invention is configured by utilizing the first to
이때, 전원전압, 접지 그리고 각종 바이어스 전압은 고주파 신호와는 달리 직류성분이다. 따라서 이러한 직류성분들은 정전기 방지소자에 기인하는 기생 커패시턴스에 의하여 왜곡 되거나 열화 되는 문제점이 없다. At this time, the power supply voltage, ground and various bias voltages are direct current components, unlike high frequency signals. Therefore, these DC components do not have a problem of being distorted or degraded by parasitic capacitance due to the antistatic element.
따라서 고주파 신호선 이외의 직류성분이 회로로 인가되는 부분에는 정전기 방지소자의 크기에 제약이 없어, 본 발명에 의한 실시 예에서는 전원전압(Supply Voltage)이 인가되는 전원전압 패드(PAD) 및 각종 바이어스(Bias) 전압이 인가되는 바이어스 패드(PAD)에는 높은 정전기 내성을 지니도록 하기 위하여 큰 용량의 양방향이나 단방향의 제 1내지 제 2정전기 방지소자(503)(504)를 사용하여 공통 정전기 방전 버스(505)와 연결시켜 고주파 회로(500)의 전원전압 패드나 바이어스 패드(PAD)에서 정전기가 발생 했을 때 효과적으로 고주파 회로(500)의 내부 회로를 보호 할 수 있도록 한다. Therefore, there is no restriction on the size of the antistatic element in a portion where a DC component other than a high frequency signal line is applied to the circuit, and according to the embodiment of the present invention, a power supply voltage pad (PAD) to which a supply voltage is applied and various biases ( Bias) A common
또한, 고주파 신호가 인가되는 패드(RFIN)에 고주파가 인가 될 때는 제 1변 압기(501) 내부에서 발생하는 자기장에 의하여 1차 측에 인가된 고주파 신호가 2차 측으로 전달되어 고주파 회로(500)가 동작 하게 된다. In addition, when a high frequency is applied to the pad RF IN to which the high frequency signal is applied, a high frequency signal applied to the primary side is transferred to the secondary side by a magnetic field generated inside the
하지만, 고주파 신호가 인가되는 패드 및 전원전압 패드(PAD)나 바이어스 패드에 정전기가 발생한다면 제 1내지 제 2변압기(501)(502)는 더 이상 변압기로서의 역할을 하지 못한다. However, if static electricity is generated in the pad to which the high frequency signal is applied, the power supply pad (PAD), or the bias pad, the first to
그 이유로는 고주파 회로(500)에서 사용되는 고주파 신호는 수 GHz의 동작 주파수를 가지는데 반하여, 일반적인 정전기의 주파수 스펙트럼은 도 6a 내지 도 6c에서 나타낸 바와 같이 수 GHz 대역에 비하여 낮은 주파수 영역에 위치하게 된다. For this reason, the high frequency signal used in the
즉, 사람의 몸에서 발생하는 정전기는 도 6a에 도시된 사람의 몸에서 발생하는 정전기를 모델링 한 정전기 모델의 주파수 스펙트럼에서 보는 바와 같이 2.1MHz 대역이고, 금속성 물체에서 발생되는 정전기는 도 6b에 도시된 측정 장비나 공정 장비와 같은 금속성 물체에서 발생하는 정전기를 모델링 한 정전기 모델의 주파수 스펙트럼에서 보는 바와 같이 7MHz에서 12MHz 대역이고, 대전된 반도체 소자 등에서 발생되는 정전기는 도 6c에 도시된 정전기로 대전 되어 있는 반도체 소자가 외부 물체와 접촉 했을 때 발생하게 되는 정전기를 모델링한 정전기 모델의 주파수 스펙트럼에서 보는 바와 같이 600MHz에서 1.1GHz 대역이다. That is, the static electricity generated in the human body is in the 2.1 MHz band as shown in the frequency spectrum of the static electricity model that models the static electricity generated in the human body shown in FIG. 6A, and the static electricity generated in the metallic object is illustrated in FIG. 6B. As shown in the frequency spectrum of the electrostatic model modeling the static electricity generated from a metallic object such as a measuring instrument or a process equipment, the electrostatic charge generated in the charged semiconductor device is charged with the static electricity shown in FIG. In the frequency spectrum of the static electricity model, which models the static electricity generated when a semiconductor device is in contact with an external object, it is in the 600MHz to 1.1GHz band.
따라서 고주파 회로(500)에서 사용되는 제 1내지 제 2변압기(501)(502)는 고주파 측면에서 보면 기생 인덕턴스를 포함하고 있는 변압기로서의 역할을 하지만, 상대적으로 주파수 영역이 낮은 정전기 측면에서 고주파 회로(500)의 제 1내지 제 2변압기(501)(502)는 변압기로서의 역할을 하지 못하고, 입력단의 제 1변압기(501)의 1차 측이나 출력단의 제 2변압기(502)의 2차 측은 단순한 메탈라인으로 보이게 된다. Accordingly, the first to
이와 같이 낮은 주파수 대역에서 형성되는 정전기의 측면에서는 제 1내지 제 2변압기(501)(502)의 1차측 양단은 서로 단락 되어 있는 것과 같다. 즉, 도 7a에서 설명하고 있는 바와 같이 변압기에서 1차 측의 양단 중 일단에서 정전기가 발생하고, 다른 단은 안전한 접지에 연결되어 있다고 한다면, 정전기 전류는 변압기의 1차 측을 형성하고 있는 메탈라인을 따라 안전하게 접지 쪽으로 방전 되게 된다. 이 경우, 변압기의 2차 측을 통하여 연결되어 있는 정전기에 민감한 고주파 회로는 정전기 방전 경로 상에 없기 때문에 정전기로부터 안전하게 보호 된다. In view of the static electricity generated in the low frequency band as described above, both ends of the primary side of the first to
한편, 도 7b 역시 동일한 해석법에 따라 설명이 가능하다. 따라서 본 발명에서는 고주파 회로에서 사용되는 변압기를 이용하여 고주파 입력, 혹은 출력 부분에서 정전기가 발생 했을 경우, 정전기 전류를 안전한 패드(PAD) 쪽으로 방전시켜 줄 수 있는 정전기 방지소자로 활용하여 정전기 방지회로를 구성하게 된다. On the other hand, Figure 7b can also be described according to the same analysis method. Therefore, in the present invention, when the static electricity is generated at the high frequency input or output portion using a transformer used in the high frequency circuit, the antistatic circuit is utilized as an antistatic device capable of discharging the electrostatic current to a safe pad (PAD). Will be constructed.
또한, 본 발명에 의한 정전기 방지회로에서와 같이, 제 1내지 제 2변압기(501)(502)를 정전기 방지소자로 활용을 할 경우 여러 가지 장점이 있다. In addition, as in the antistatic circuit according to the present invention, there are various advantages when the first to
일반적인 다이오드, MOSFET 그리고 SCR을 이용하는 정전기 방지소자의 경우 정전기를 방전 시킬 때 고주파 회로(500) 내부에서 발생하는 열에 의하여 정전기 방지소자가 파괴 되는데, 높은 레벨의 정전기에도 견디게 하게 위해서는 큰 용량의 정전기 방지소자가 필요하다. 하지만, 고주파 회로(500)의 입출력단에 설치된 제 1 내지 제 2변압기(501)(502)를 활용하여 정전기 방전을 할 경우, 제 1내지 제 2변압기(501)(502)는 메탈라인으로 구성 되어있기 때문에 정전기 발생 시 제 1내지 제 2변압기(501)(502)에서 발생하는 열이 일반적인 반도체 소자에 비하여 매우 낮다. In the case of an antistatic device using a general diode, a MOSFET and an SCR, the antistatic device is destroyed by heat generated inside the
또한, 메탈라인으로 구성된 제 1내지 제 2변압기(501)(502)가 파괴되기 위해서는 정전기 발생 시 제 1내지 제 2변압기(501)(502)에서 발생하는 열이 제 1내지 제 2변압기(502)를 구성하는 메탈 성분의 녹는점 까지 올라가야 한다. In addition, in order for the first to
따라서 제 1내지 제 2변압기(501)(502)를 활용한 정전기 방지소자는 매우 높은 정전기 내성을 갖을 수 있게 된다. Accordingly, the antistatic device utilizing the first to
이와 같이 고주파 회로(500)에서 정전기 방지회로의 구성을 가장 힘들게 했던 고주파 입력 및 고주파 출력 부분은 제 1내지 제 2변압기(501)(502)를 이용하여 정전기 내성을 높일 수 있다. As described above, the high frequency input and the high frequency output parts which make the configuration of the antistatic circuit most difficult in the
도 8에서는 전원전압, 접지, 각종 바이어스의 인가를 위해 사용하는 패드(PAD)에 사용할 양방향성 정전기 방지소자의 예를 나타내었다. 도 8a는 양방향성 정전기 방지소자의 개념도를 나타낸 것이고, 도 8b는 단방향성 특성을 가지는 다이오드를 이용하여 양방향성 정전기 방지소자를 형성한 것을 나타낸 것이고, 도 8c는 NMOSFET 및 PMOSFET를 이용하여 양방향성 정전기 방지소자를 형성한 것을 나타낸 것이다. 8 illustrates an example of a bidirectional antistatic device to be used for a pad PAD used for applying a power supply voltage, ground, and various biases. 8A illustrates a conceptual diagram of a bidirectional antistatic device, and FIG. 8B illustrates a bidirectional antistatic device formed using a diode having a unidirectional characteristic, and FIG. 8C illustrates a bidirectional antistatic device using an NMOSFET and a PMOSFET. It shows what was formed.
정전기는 회로를 구성하고 있는 패드들 중 어느 곳에서 발생 할지 예측이 불가능하다. 따라서 일반적으로 정전기 내성 시험을 할 때는 모든 패드에서 정전기가 발생할 수 있다는 가정 하에 기준 패드 및 정전기 인가 패드의 모든 가능한 조합으 로 시험을 하게 된다. Static electricity is unpredictable in any of the pads that make up the circuit. Therefore, in general, when performing an electrostatic immunity test, the test is performed with all possible combinations of the reference pad and the electrostatic pad, assuming that all pads may generate static electricity.
따라서 무작위로 기준 패드와 정전기 인가 패드를 정하였을 때, 정전기 전류가 내부 회로를 파괴하지 않고 안전하게 기준 패드로 방전 될 수 있는 경로가 미리 형성 되어 있어야 한다. Therefore, when a reference pad and an electrostatic pad are randomly selected, a path for the electrostatic current to be safely discharged to the reference pad without destroying the internal circuit must be formed in advance.
도 9a 내지 도 9f는 도 5에서 도시된 본 발명에 의한 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로에서 정전기 발생시 정전기 전류의 이동 경로를 나타낸 도면이다. 9A to 9F are diagrams illustrating a movement path of an electrostatic current when static electricity is generated in an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to the present invention shown in FIG. 5.
여기에 도시된 바와 같이 공통 정전기 방전버스(505)를 통해 제 1내지 제 2변압기(501)(502)와 직류성분이 입력되는 전원전압 패드나 바이어스 패드에 사용된 양방향 제 1내지 제 2정전기 방지소자(503)(504)를 매개로 하여 고주파 회로(500)의 모든 패드는 공통 정전기 방전버스(505)로 연결 되도록 되어 있다. 그리고 공통 정전기 방전버스(505)는 고주파 회로(500)의 접지로 곧바로 연결 되어 있다. As shown here, bidirectional first to second electrostatic prevention used in a power voltage pad or a bias pad to which a first to
만약 도 9c와 같이 고주파 입력 패드(RFIN)에 정전기가 인가되고, 기준 패드가 접지라면 정전기 전류는 제 1변압기(501)를 통하여 접지로 방전되게 된다. 또한 도 9d와 같이 고주파 입력 패드(RFIN)에 정전기가 인가되고, 기준 패드가 전원전압 패드라고 한다면, 정전기 전류는 제 1변압기(501)를 통한 공통 정전기 방전버스(505)로 통하여 양방향성 제 1정전기 방지소자(503)를 매개로 하여 기준 패드인 전원전압 패드쪽으로 방전 되게 되어, 정전기 내성이 낮은 고주파 회로(500)의 내부회로를 성공적으로 보호 할 수 있다. If static electricity is applied to the high frequency input pad RF IN as shown in FIG. 9C, and the reference pad is grounded, the electrostatic current is discharged to the ground through the
이러한 정전기 인가 패드 및 기준 패드의 몇 가지 조합에 대한 정전기 방전 경로가 추가도 도 9a내지 도 9f에 도시되었으며 도시되지 않은 경로에 대해서도 정전기 방전의 경로는 성공적으로 형성이 된다. Electrostatic discharge paths for some combinations of these electrostatic pads and reference pads are shown in FIGS. 9A-9F and paths of electrostatic discharge have been successfully formed even for paths not shown.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로를 나타낸 회로 구성도이다. 10 is a circuit diagram illustrating an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to another embodiment of the present invention.
여기에 도시된 바와 같이 공통 정전기 방전 버스를 이용하는 것은 아니고, 전원전압이 인가되는 메탈라인과 접지를 형성하는 메탈라인을 정전기 방전경로의 일부로 활용하고 있는 것으로 고주파 회로(500)의 접지와 제 1변압기(501)의 1차측 접지와 제 2변압기(502)의 2차측 접지가 공통으로 접지되고, 전원전압 패드와 접지 사이에 매개되어 연결된 제 1정전기 방전소자(503)와, 바이어스 패드와 제 1정전기 방전소자(503) 사이에 매개되어 연결된 제 2정전기 방전소자(504)로 이루어진다. As shown here, a common electrostatic discharge bus is not used, and a metal line to which a power voltage is applied and a metal line forming a ground are used as part of an electrostatic discharge path, so that the ground and the first transformer of the
이와 같이 구성할 경우 정전기 방전경로는 도 11a 내지 도 11g에 도시된 바와 같이 다양한 모든 가능한 패드의 조합에서의 정전기 방전경로가 형성되어 정전기 방지회로를 구성할 수 있다. In this configuration, as shown in FIGS. 11A to 11G, the electrostatic discharge paths in the combination of all the various possible pads may be formed to constitute an antistatic circuit.
도 12는 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 차동구조로 된 고주파 회로의 정전기 방지회로를 나타낸 회로 구성도이다. 12 is a circuit diagram illustrating an antistatic circuit of a high frequency circuit having a differential structure according to another embodiment of the present invention.
여기에서는 정전기로부터 보호해야할 고주파 회로(500)를 CMOS로 형성된 고주파 전력 증폭기라고 가정하였다. Here, it is assumed that the
일반적으로 전력 증폭기는 구동 증폭단의 전원전압 인가패드와 전력 증폭단의 전원전압 인가 패드는 서로 격리시켜 주는 것이 일반적이다. 이는 원하지 않는 발진 현상을 피하고자 하는 것이 가장 큰 이유이다. In general, the power amplifier generally isolates the power supply voltage pad of the driving amplifier stage from the power supply voltage pad of the power amplifier stage. This is the main reason to avoid unwanted oscillation.
따라서 이러한 특성을 가지는 전력 증폭기에 도 5와 도 10에 보인 정전기 방지회로를 그대로 사용할 경우 각 증폭단의 전원전압의 격리가 힘들어 진다. Therefore, when the antistatic circuit shown in Figs. 5 and 10 is used in a power amplifier having such characteristics, it is difficult to isolate the power voltage of each amplifier stage.
그래서 드라이버단(Driver Stage)과 전력단(Power Stage)을 구분하여 제 1변압기(51) 외곽에 형성되고 접지된 제 1공통 정전기 방전버스(505a)와, 고주파 회로(500) 외곽에 형성되고 접지된 제 2공통 정전기 방전버스(505b)를 분리하여 형성하고, 제 1공통 정전기 방전버스(505a)와 제 2공통 정전기 방전버스(505b)를 연결하는 제 3정전기 방전소자(506)로 이루어지며, 제 1공통 정전기 방전버스(505a)에 제 1변압기(501)의 1차측 접지가 연결되고, 제 2공통 정전기 방전버스(505b)에 고주파 회로(500)의 접지와 제 2변압기(502)의 2차측 접지가 각각 연결된다. Therefore, the first common
그리고, 제 2공통 정전기 방전버스(505b)와 전원전압 패드 사이에 매개되어 연결된 제 1정전기 방전소자(503)와, 제 2공통 정전기 방전버스(505b)와 바이어스 패드 사이에 매개되어 연결된 제 2정전기 방전소자(504)를 포함하여 이루어진다. The first
이때 제 1내지 제 3정전기 방전소자는 양방향성 소자나 단방향성 소자로써 MOSFET나, SCR이나 다이오드로 형성할 수 있다. In this case, the first to third electrostatic discharge devices may be formed of MOSFETs, SCRs, or diodes as bidirectional devices or unidirectional devices.
이와 같이 드라이버단(Driver Stage)과 전력단(Power Stage)에 개별적인 제 1내지 제 2공통 정전기 방전버스(505a)(505b)를 사용하여 정전기 방지회로를 형성하고, 각각 제 1내지 제 2공통 정전기 방전버스(505a)(505b)를 양방향성의 제 3정 전기 방지소자(506)를 이용하여 서로 연결 해 줌으로써, 드라이버단과 전력단의 전원전압을 성공적으로 격리시킬 수 있게 된다. In this way, the first and second common
위와 같이 구성된 본 발명은 일반적인 고주파 회로의 정전기 방지회로에서의 제약조건인 정전기 방지소자의 기생 커패시턴스에 의한 고주파 신호의 왜곡 때문에 발생하는 고주파 회로의 특성 열화를 해결하기 위해 정전기 방지회로를 고주파 회로의 입력단과 출력단의 변압기를 활용하여 정전기 방지소자로 사용하였으며, 기생 커패시턴스 성분에 의한 회로 특성의 열화가 없는 전원전압 및 각종 바이어스 패드에는 큰 크기의 정전기 방지소자를 사용함으로써 큰 용량의 정전기 방지소자를 이용하여 정전기 내성을 높여 줄 수 있고, 고주파 회로의 입출력단에서 정전기 방지소자의 역할을 하고 있는 변압기는 단순한 메탈라인으로 구성되어 있기 때문에 일반적으로 반도체 소자를 이용하여 정전기 방지소자로 활용하는 경우에 비하여 아주 높은 정전기 내성을 갖게 된다. According to the present invention configured as described above, in order to solve the deterioration of characteristics of the high frequency circuit caused by the distortion of the high frequency signal caused by the parasitic capacitance of the antistatic element which is a constraint in the antistatic circuit of the general high frequency circuit, It is used as an antistatic device by utilizing a transformer at the output stage and a large capacity antistatic device by using a large antistatic device for power supply voltage and various bias pads without deterioration of circuit characteristics due to parasitic capacitance components. The transformer, which can increase the static resistance and acts as an antistatic element in the input / output terminal of the high frequency circuit, is composed of simple metal lines, so it is much higher than the case of using the semiconductor element as an antistatic element. static You will become resistant.
상기한 바와 같이 본 발명은 차동구조로 형성된 고주파 회로에서 입출력부에 적용되는 변압기를 정전기 발생시 정전기 방지소자로 활용하여 낮은 주파수의 정전기가 입력될 경우 변압기에서 다음 차측으로 전달시키기 않고 공통 정전기 방전버스를 통해 방전시킴으로써 높은 정전기 내성을 가짐과 동시에 전원전압 및 바이어스 패드에는 별도의 정전기 방전소자를 사용함에 따른 고주파 회로 동작의 열화를 최소화 할 수 있는 이점이 있다. As described above, the present invention utilizes a transformer applied to an input / output unit in a high-frequency circuit having a differential structure as an anti-static element when static electricity is generated, and when a low frequency static electricity is input, the common electrostatic discharge bus is not transferred from the transformer to the next vehicle side. By discharging through, it has a high electrostatic resistance, and at the same time, there is an advantage of minimizing deterioration of the operation of the high frequency circuit due to the use of a separate electrostatic discharge element in the power supply voltage and the bias pad.
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