本申請(qǐng)要求于2015年7月13日遞交的第1556647號(hào)法國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其內(nèi)容以法律所允許的最大程度通過(guò)引用的方式整體并入于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及用于保護(hù)被連接到電話線路的電子電路免受例如由于閃電所致的過(guò)電壓。

背景技術(shù)：

圖1示出了與第8,687,329號(hào)美國(guó)專利(通過(guò)引用并入)的圖2相對(duì)應(yīng)的被連接到電話線路的電子電路的一部分的結(jié)構(gòu)。電子電話信號(hào)發(fā)送和接收電路1、或者SLIC(“Subscriber Line Interface Circuit”、“訂戶線接口電路”)被連接到由在電壓VTIP和VRING處的兩個(gè)導(dǎo)體3和5形成的電話線路。例如由于閃電所致的突發(fā)過(guò)電壓(overvoltage)可以在導(dǎo)體3和5上發(fā)生并且可能損壞電路1。導(dǎo)體3、5被連接到保護(hù)結(jié)構(gòu)7，該保護(hù)結(jié)構(gòu)在導(dǎo)體中之一上的電壓從兩個(gè)閾值電壓限定的區(qū)間出來(lái)時(shí)能夠朝著接地9對(duì)過(guò)電壓放電。電壓閾值由具有正電勢(shì)VH的電源電壓源11和具有負(fù)電勢(shì)VL的電源電壓源13來(lái)限定。保護(hù)結(jié)構(gòu)7包括兩個(gè)陰極-柵極晶閘管(thyristor)15和17，其陰極相應(yīng)地被連接到導(dǎo)體3和5，并且具有接地的陽(yáng)極。晶閘管15和17的柵極相應(yīng)地被連接到NPN類型的兩個(gè)晶體管19和21的射極，該兩個(gè)晶體管19和21的集電極被連接到接地9并且其基極被連接到具有負(fù)電勢(shì)VL的電源13。保護(hù)結(jié)構(gòu)7還包括兩個(gè)陽(yáng)極-柵極晶閘管23和25，其陽(yáng)極相應(yīng)地被連接到導(dǎo)體3和5，并且其陰極被連接到接地9。晶閘管23和25的柵極相應(yīng)地被連接到兩個(gè)PNP類型的晶體管 27和29的射極，該兩個(gè)晶體管27和29的集電極被連接到接地9并且其基極被連接到具有正電勢(shì)VH的電源11。

在正常操作中，導(dǎo)體3和5的電壓維持在VL與VH之間。所有晶體管以及所有晶閘管是關(guān)斷的。

在導(dǎo)體3上的低于負(fù)電勢(shì)VL的負(fù)過(guò)電壓的情況中，晶體管19的基極的電勢(shì)變得大于其射極的電勢(shì)，并且晶體管19導(dǎo)通，這導(dǎo)通晶閘管15。在線路上的過(guò)電壓全過(guò)程上，晶閘管15維持導(dǎo)通并且向接地9對(duì)過(guò)電壓放電。

在線路5上的低于負(fù)電勢(shì)VL的負(fù)過(guò)電壓的情況中，該操作與在針對(duì)線路3上的負(fù)過(guò)電壓的情況所描述的操作相同，并且涉及(imply)晶閘管17和晶體管21。

類似地，在高于正電勢(shì)VH的正過(guò)電壓出現(xiàn)在線路3或5上的情況中，該操作類似于負(fù)過(guò)電壓的情況。在線路3上的正過(guò)電壓涉及陽(yáng)極-柵極晶閘管23和PNP晶體管27。在線路5上的正過(guò)電壓涉及陽(yáng)極-柵極晶閘管25和PNP晶體管29。

在過(guò)電壓結(jié)束之后，施加的晶閘管僅在流過(guò)其的電流變得低于其保持電流時(shí)關(guān)斷。晶閘管的保持電流因而應(yīng)當(dāng)高于能夠流過(guò)電話線路的最大電流。該最大電流例如在150mA的數(shù)量級(jí)。為了獲得高保持電流，該晶閘管設(shè)置有射極短路電路，諸如第5,274,524號(hào)美國(guó)專利中所描述的(通過(guò)引用并入)。

射極短路晶閘管的缺點(diǎn)在于它們具有低敏感度，也就是說(shuō)，它們需要高柵極電流來(lái)導(dǎo)通。另外在不能存在過(guò)電壓的情況中，電流應(yīng)當(dāng)不能夠在保護(hù)結(jié)構(gòu)與電話線路的導(dǎo)體之間流動(dòng)，該電話線路具有在從VL到VH的范圍內(nèi)的電壓?，F(xiàn)在，在晶閘管的每個(gè)晶閘管中，射極短路電路的存在使得電流能夠在柵極與被連接到晶閘管的電話線路的導(dǎo)體之間流動(dòng)。

因此，晶體管被提供以使得在晶體管的射極與基極之間的結(jié)在不存在過(guò)電壓時(shí)阻擋電流的流動(dòng)。該晶體管還被用于放大由具有電勢(shì)VL和VH的電源供應(yīng)的電流以達(dá)到導(dǎo)通晶閘管所必需的柵極電流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

這里期望提供一種用于保護(hù)電話線路免于過(guò)電壓的結(jié)構(gòu)，其至少部分地克服了一些現(xiàn)有解決方案的缺點(diǎn)。

因此，實(shí)施例提供了一種用于保護(hù)SLIC電話線路免于低于負(fù)閾值或者高于正閾值的過(guò)電壓的結(jié)構(gòu)，包括至少一個(gè)晶閘管，被連接在電話線路的每個(gè)導(dǎo)體與參考電勢(shì)之間，其中對(duì)于所有晶閘管，與在柵極側(cè)的電極對(duì)應(yīng)的金屬通過(guò)金屬的整個(gè)表面與對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體區(qū)域相接觸；并且該柵極被直接連接到限定所述閾值之一的電壓源。

根據(jù)實(shí)施例，適用于其中正閾值為零的情況，電話線路的每個(gè)導(dǎo)體被耦合到一二極管的陽(yáng)極和一陰極-柵極晶閘管的陰極，所述二極管的陰極和所述晶閘管的陽(yáng)極被耦合到參考電勢(shì)；共用負(fù)電壓源，被連接到兩個(gè)晶閘管的兩個(gè)柵極。

根據(jù)實(shí)施例，每個(gè)線路被連接到一陰極-柵極晶閘管的陰極和一陽(yáng)極-柵極晶閘管的陽(yáng)極，所述陰極-柵極晶閘管的陽(yáng)極和所述陽(yáng)極-柵極晶閘管的陰極被耦合到參考電勢(shì)；所述陰極-柵極晶閘管的柵極被直接連接到限定負(fù)閾值的共用負(fù)電壓源；并且所述陽(yáng)極-柵極晶閘管的柵極被直接連接到限定正閾值的共用正電壓源。

根據(jù)實(shí)施例，晶閘管和二極管被形成在同一單片部件中。

根據(jù)實(shí)施例，所有晶閘管被形成在同一單片部件中。

根據(jù)實(shí)施例，電壓源中的至少一個(gè)電壓源是SLIC的電源。

根據(jù)實(shí)施例，電壓源中的至少一個(gè)電壓源包括至少一個(gè)電池。

附圖說(shuō)明

以上及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下參照附圖對(duì)具體實(shí)施例的非限制性描述中詳細(xì)論述，在附圖中：

先前描述的圖1示出了被連接到電話線路的保護(hù)免于低于負(fù)閾值或者高于正閾值的過(guò)電壓的電路；

圖2A示出了被連接到電話線路的保護(hù)免于低于負(fù)閾值或者高于 正閾值的過(guò)電壓的電路的實(shí)施例；

圖2B是實(shí)現(xiàn)圖2A的電路的單片部件的示例的截面圖；

圖3A示出了根據(jù)另一實(shí)施例的被連接到電話線路的保護(hù)免于低于負(fù)閾值或者高于正閾值的過(guò)電壓的結(jié)構(gòu)；

圖3B是實(shí)現(xiàn)圖3A的電路的單片部件的示例的截面圖。

具體實(shí)施方式

在不同的附圖中，相同的元件用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示，并且進(jìn)另外各個(gè)附圖未按比例繪制。處于清楚的原因，僅已示出并詳細(xì)描述對(duì)于理解所描述的實(shí)施例有用的那些元件。

在以下描述中，在對(duì)說(shuō)明絕對(duì)位置，諸如“高”、“低”、“左手”、“右手”之類的術(shù)語(yǔ)做出引用時(shí)，參照在正常使用位置上的附圖的定向。

圖2A示出了在SLIC側(cè)的被連接到電話線路的保護(hù)免于低于負(fù)閾值或者高于正閾值的過(guò)電壓的電路的實(shí)施例。線路的兩個(gè)導(dǎo)體3和5(在電壓VTIP和VRING處)被連接到保護(hù)結(jié)構(gòu)30。結(jié)構(gòu)30包括兩個(gè)陰極-柵極晶閘管32、34，陰極-柵極晶閘管32、34具有柵極36和38，并且其陽(yáng)極被連接到接地GND。晶閘管32的陰極40被連接到導(dǎo)體3和晶閘管34的陰極42。結(jié)構(gòu)30還包括兩個(gè)陽(yáng)極-柵極晶閘管44和46，陽(yáng)極-柵極晶閘管44和46具有柵極48和50，并且其陰極被連接到接地GND。晶閘管44的陽(yáng)極52被連接到導(dǎo)體3，并且晶閘管46的陽(yáng)極54被連接到導(dǎo)體5。

正電勢(shì)VH由電壓源56供應(yīng)并且負(fù)電勢(shì)VL由電壓源58供應(yīng)。每個(gè)電壓源可以當(dāng)將其電勢(shì)保持在接近VH或VL的值處時(shí)供應(yīng)或者吸收電流。陰極-柵極晶閘管的柵極36和38被直接連接到電壓源58，并且陽(yáng)極-柵極晶閘管的柵極48和50被直接連接到電壓源56。電壓源56和58可以有可能是SLIC的電源，例如是電池或者穩(wěn)定化的直流電源。

所有晶閘管被剝奪射極短路電路，也就是說(shuō)，在每個(gè)晶閘管中， 與在柵極側(cè)的主電極對(duì)應(yīng)的金屬區(qū)域通過(guò)其整個(gè)表面而與對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體區(qū)域相接觸，并且不是與具有被連接到其的柵極的層部分接觸。

在正常操作中，導(dǎo)體3和5的電壓保持在VL與VH之間，并且晶閘管是關(guān)斷的。

如果在導(dǎo)體3上發(fā)生比VL要負(fù)的負(fù)過(guò)電壓，則陰極40的電壓變得比柵極電壓36更低。電流從柵極36流向陰極40。晶閘管32不具有射極短路電路，它是高度敏感的并且迅速導(dǎo)通，這使得能夠?qū)^(guò)電壓向接地放電。

在過(guò)電壓結(jié)束時(shí)，第一晶閘管32仍導(dǎo)通，并且傳導(dǎo)從接地流向?qū)w3的電流。雖然晶閘管不包括射極短路電路，但是它的保持電流時(shí)低的。因此，流過(guò)晶閘管的電流通常維持得比其保持電流更高。然而，由于晶閘管柵極被維持在低于陰極電勢(shì)的電勢(shì)VL處，因此源自接地的電流的部分朝著電壓源58被偏離(deviate)而不是朝著陰極流動(dòng)，這關(guān)斷晶閘管。換言之，在晶閘管傳導(dǎo)期間存在于柵極層中的電荷被電壓源58吸收。由于電荷不再可用于維持晶閘管導(dǎo)通，因此晶閘管關(guān)斷。這一操作是可能的，這是因?yàn)殡妷涸?8是能夠當(dāng)吸收電流的部分時(shí)維持電勢(shì)VL的實(shí)際電壓源。如果電勢(shì)VL例如由如兩個(gè)上面提到的專利中描述的齊納(Zener)二極管限定電勢(shì)VL，則這一操作會(huì)是不可能的。

在線路5上的比電勢(shì)VL負(fù)的負(fù)過(guò)電壓的情況中，操作是一樣的并且涉及陰極-柵極晶閘管34。

在線路3或5上的比VH大的正過(guò)電壓的情況中，操作是相似的，并且涉及對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極-柵極晶閘管44或46。

在上文中，應(yīng)當(dāng)理解到過(guò)電壓與電勢(shì)值的比較可以在前向二極管電壓降以內(nèi)。

圖2B是使用圖2A的電路的單片部件的示例的截面圖。該單片部件由輕摻雜的N型半導(dǎo)體襯底60形成，半導(dǎo)體例如為硅。該部件的前表面在截面圖的頂部并且后表面在底部。該部件被分為相對(duì)于繪圖軸的兩個(gè)對(duì)稱的部分。左半邊包含晶閘管32和44，并且右半邊包含 晶閘管34和46。這里僅詳述左半邊，右半邊是對(duì)稱的并且具有一樣的操作。

晶閘管具有垂直結(jié)構(gòu)并且在該部件的后部，金屬62限定參考電勢(shì)GND。

陽(yáng)極-柵極晶閘管44位于在前表面處的金屬64與金屬62之間。它包括與金屬64相接觸的P型陽(yáng)極區(qū)域66、不與金屬64直接接觸并且包含區(qū)域66的N型柵極區(qū)域68、包含區(qū)域68的P型阱70，以及與金屬62接觸的重?fù)诫s的N型陰極層72。陽(yáng)極區(qū)域66與柵極區(qū)域68之間的P/N雪崩電壓大于VH。柵極區(qū)域68經(jīng)由重?fù)诫s的N型區(qū)域74與金屬76相接觸。

陰極晶閘管32位于前表面金屬78與金屬62之間。它包括與金屬78相接觸的N型陰極區(qū)域80、不與金屬78直接接觸并且包含區(qū)域80的P型柵極區(qū)域82、N型襯底60的一部分、經(jīng)由重?fù)诫s的P型陽(yáng)極層86與金屬62相接觸的P型后表面阱84。在柵極區(qū)域82與陰極區(qū)域80之間的P/N雪崩電壓大于VL。柵極區(qū)域82經(jīng)由重?fù)诫s的P型區(qū)域88與金屬90相接觸。常規(guī)地，該部件包括溝道阻止區(qū)域92。

金屬64和78意在被一起連接到導(dǎo)體3(VTIP)。

晶閘管44的柵極金屬76意在與具有電勢(shì)VH的電壓源56直接接觸。晶閘管32的柵極金屬90意在與具有電勢(shì)VL的電壓源58直接接觸。

圖3A示出了保護(hù)結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例，該保護(hù)結(jié)構(gòu)適用于其中正閾值為0(也就是說(shuō)，在接地GND的電勢(shì)處)到前向二極管電壓降以內(nèi)的情況。電話線路的兩個(gè)導(dǎo)體3和5被連接到保護(hù)結(jié)構(gòu)100。負(fù)電勢(shì)VL由電壓源58供應(yīng)。結(jié)構(gòu)100包括按與前文所描述的保護(hù)結(jié)構(gòu)30相同的方式連接的晶閘管32和34。結(jié)構(gòu)100還包括二極管102和104，該二極管102和104其陽(yáng)極相應(yīng)地被連接到導(dǎo)體3和5并且其陰極被連接到接地GND。

在負(fù)過(guò)電壓的情況中，保護(hù)結(jié)構(gòu)100的操作與圖2A的保護(hù)結(jié)構(gòu) 的操作相似。在導(dǎo)體3上的大于PN結(jié)的前向電壓降的正過(guò)電壓的情況中，該過(guò)電壓通過(guò)二極管102被偏離到接地。該操作與在導(dǎo)體5上的正過(guò)電壓的情況中的二極管104相似。

圖3B是使用圖3A的電路的單片部件的示例的截面圖。該部件時(shí)相對(duì)于繪圖軸對(duì)稱的，并且僅將描述左手邊部分。這一部件由輕摻雜的N型半導(dǎo)體襯底60形成，設(shè)置有后表面金屬62。左手邊部分包括二極管102和晶閘管32，并且右手邊部分包括二極管104和晶閘管34。晶閘管32和34以與圖2B中描述的方式來(lái)形成。二極管102被形成在前表面金屬106和金屬62之間，其陽(yáng)極區(qū)域?qū)?yīng)于經(jīng)由重?fù)诫s的P型層110與金屬106相接觸的P型阱108，其陰極區(qū)域?qū)?yīng)于襯底60的一部分和重?fù)诫s的N型層112。金屬106與金屬78相接觸并且意在被連接到導(dǎo)體3。

本文所描述的其中晶閘管沒(méi)有射極短路電路的保護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于操作不需要晶體管，這使得能夠減少部件表面積，并且沒(méi)有外部部件(二極管或晶體管)，這減少了成本和批量(bulk)。

另一優(yōu)點(diǎn)在于不包括射極短路電路的晶閘管是高度敏感的，這允許了快速啟動(dòng)并且因而改善了保護(hù)質(zhì)量。

此外，所述晶閘管的特性可以獨(dú)立于能夠流過(guò)電話線路的最大電流來(lái)進(jìn)行選擇。因而，具有不同特性的電話線路可以由具有相同特性的保護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)。

已經(jīng)描述的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到各種變更、修改和改進(jìn)。特別地，雖然已經(jīng)描述由N型襯底形成單片部件，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚單片部件可以由P型襯底形成。

變更、修改和改進(jìn)意在為本公開(kāi)的一部分，并且意在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。因此，以上描述僅通過(guò)示例方式做出并且不意在為限制性的。本發(fā)明僅在以下權(quán)利要求書(shū)所限定的及其等同物中進(jìn)行限制。