專利名稱：一種實現(xiàn)esd防護的二極管電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是涉及一種實現(xiàn)ESD(ElectroStatic Discharge)防護的二極管電路。
背景技術(shù)：
靜電放電ESD(ElectroStatic Discharge)現(xiàn)象是在日常生活中最常見到的物理現(xiàn)象，靜電放電能夠給電子線路帶來大量的危害，尤其是對于射頻(RFRadio Frequency)射頻電路，因為射頻電路大多數(shù)采用MOS工藝，防靜電能力非常低，一般只能達到200V～300V的抗靜電能力，少數(shù)可以達到1000V。但是在實際操作過程中，如進行產(chǎn)品的生產(chǎn)、安裝、維護等時，產(chǎn)生的靜電電壓可能可以達到幾千伏甚至上萬伏，這么高的靜電電壓非常容易造成射頻電路失效。因此，如何對這些射頻電路進行靜電保護，尤其是天線端口的靜電放電ESD防護，已經(jīng)成為業(yè)界普遍關(guān)注的一個重要問題。
針對上述問題，現(xiàn)有技術(shù)提出了兩種解決方案。
第一種是采用TVS(Transient Voltage Suppressors瞬態(tài)電壓抑制)二極管實現(xiàn)靜電放電ESD防護，如圖1所示，該種電路是利用TVS二極管的高速開關(guān)性能完成。在正常使用時，由于射頻信號的幅度是很低的，該TVS二極管處于開路狀態(tài)；當有靜電放電ESD時，由于靜電的高電壓使該TVS二極管迅速導(dǎo)通，將靜電短路到地進行釋放，保護了內(nèi)部電路等后級的器件。
然而，這種靜電放電ESD防護電路，由于選擇了低電容TVS二極管，所以應(yīng)用的最高工作頻率有限，只能適用于幾百兆赫茲頻段以內(nèi)，遠遠不能滿足現(xiàn)在高頻(如1GHz以上)射頻電路的需求，另外，該電路對射頻電路的輸出功率和接收靈敏度影響大。
第二種是采用快速二極管實現(xiàn)靜電放電ESD防護，如圖2所示，這種電路結(jié)構(gòu)簡單，使用廣泛，利用兩個雙向的開關(guān)二極管D3高速的開關(guān)性能來完成。在正常使用時，由于射頻信號的幅度很低，開關(guān)二極管D3處于開路狀態(tài)；當有靜電放電ESD時，由于靜電的高壓使二極管迅速導(dǎo)通，將靜電短路到地，保護了后級的器件。
但是，這種電路存在以下不足1、不能直接應(yīng)用于信號電平為3dBm以上的射頻電路的端口，否則會造成信號限幅失真；2、不適用于工作在1GHz以上頻段的場合，由于該電路受結(jié)電容影響，會嚴重影響射頻電路信號端口的阻抗匹配狀態(tài)。
實用新型內(nèi)容本實用新型提出了一種實現(xiàn)ESD防護的二極管電路，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的適用頻段的場合有限、對射頻電路的輸出功率和接收靈敏度影響大、易造成信號限幅失真的問題。
為了解決上述問題，本實用新型的解決方案是一種實現(xiàn)ESD防護的二極管電路，該二極管電路由第一二極管和第二二極管組成，其中，該第一二極管的一端和輸入端相聯(lián)結(jié)，另一端和電源相聯(lián)結(jié)；該第二二極管的一端和輸入端相聯(lián)結(jié)，另一端和地相聯(lián)結(jié)。
該二極管電路還包含有電容，該電容一端和電源相聯(lián)結(jié)，另一端和地相聯(lián)結(jié)。
所述的第一二極管和第二二極管為快速開關(guān)二極管。所述的電容為高頻旁路電容。
所述的電容和電源的聯(lián)接點位于靠近所述的第一二極管負極端的位置。
本實用新型所述的實現(xiàn)靜電放電ESD防護的二極管電路，在采用雙向快速響應(yīng)二極管設(shè)計理念的基礎(chǔ)上進行改進，通過在第一二極管和第二二極管之間施加了反向偏壓，減小了二極管的結(jié)電容，從而其不但適用于工作頻率在1GHz以下或工作電平在3dBm以下的射頻電路的靜電放電ESD防護，而且也可以直接用在信號工作電平達3dBm以上和工作頻率在1GHz以上的射頻電路的靜電放電ESD防護的場合。本實用新型為高頻率、高電平的射頻電路提供了雙向較好的靜電放電ESD保護，把射頻端口的抗靜電能力從一般的幾百伏到一千伏提高到8kV以上，可以保證大多數(shù)情況下的靜電放電ESD干擾對系統(tǒng)不會造成任何影響。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中TVS二極管實現(xiàn)靜電放電ESD防護的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中快速二極管實現(xiàn)靜電放電ESD防護的電路示意圖；圖3是本實用新型實施例的電路原理圖；圖4是快速二極管的擴散電容Cd和外加電壓的分布曲線示意圖。
具體實施方式
為了便于理解本實用新型實施例，下面首先簡單介紹一下二極管的有關(guān)知識二極管的核心是PN結(jié)，其是在一塊完整的硅片上，用不同的滲雜工藝使其一邊形成N型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體，從而在兩種半導(dǎo)體的交界面附近就形成了PN結(jié)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，同時其還有一定的電容效應(yīng)，其電容為結(jié)電容Cj，包含有勢壘電容Cb和擴散電容Cd，其中Cj＝Cb+Cd。在正向偏置時，結(jié)電容Cj一般以擴散電容Cd為主，在反向偏置時，結(jié)電容Cj一般以勢壘電容Cb為主，而反向偏置電壓越高，勢壘電容Cb就越小。正常情況，勢壘電容Cb和擴散電容Cd一般都很小，當工作頻率很高或者正向電流較大時，就需要考慮結(jié)電容Cj的影響了，如在高頻時的靜電放電高壓現(xiàn)象。
本實施例所述的一種實現(xiàn)ESD防護的二極管電路，如圖3所示，該二極管電路由電容Cp、第一二極管D1和第二二極管D2組成，其中，該第一二極管D1的正極端和輸入端IN相聯(lián)結(jié)，負極端和電源Vcc相聯(lián)后，再通過該電容Cp和地GND相聯(lián)結(jié)；該第二二極管D2的負極端和輸入端IN相聯(lián)結(jié)，正極端和地GND相聯(lián)結(jié)。第一二極管D1和第二二極管D2均為快速響應(yīng)開關(guān)二極管。
本實施例通過將第一二極管D1的負極端聯(lián)接正向的電源Vcc，而現(xiàn)有技術(shù)中其是和地GND相連的，電源Vcc經(jīng)第一二極管D1和第二二極管D2的反向電流使第一二極管D1、第二二極管D2偏置，偏壓各為Vcc/2，不再需要額外的電源就獲得了反向偏置的效果，從而減小了第一二極管D1和第二二極管D2的結(jié)電容。這一點，對提高靜電放電ESD防護的工作頻率很重要，如圖4所示為快速二極管的擴散電容Cd和外加電壓的分布曲線示意圖，從中可以看到，零偏置時的結(jié)電容Cd為1.5PF，而偏壓為4～16V時Cd大大減小，在0.5PF以下。
另外，反向偏置電壓的存在還可以有效地防止被保護射頻電路輸入端的高電平限幅問題。由于二極管是否導(dǎo)通取決于二級管兩端的電壓差，如果負端的電壓等于0，當正端的電壓大于某個值就會導(dǎo)通，該值假設(shè)為0.7V(取決于二極管的類型，如為0.3～0.4V等)，即發(fā)生電平限幅。本實施例中負端的電壓為反向偏置電壓Vcc/2，那么二極管的導(dǎo)通電壓為Vcc/2+0.7V，也就是被保護輸入端的限幅電平就提高了。
為了同時獲得最佳的保護效果，必須盡量使得被保護電路的串聯(lián)寄生電感最小。眾所周知，電感上的電流不能跳變，所述的串聯(lián)寄生電感的存在阻礙了靜電放電ESD防護時電流的順利泄放，所以對ESD電流的快速泄放不利。本實施例中為了不使電源Vcc對瞬變靜電放電ESD電流表現(xiàn)出高阻抗，在電源Vcc與地GND之間設(shè)置了一個高頻旁路電容Cp來實現(xiàn)對正負極性靜電放電ESD的雙向保護，實際布線時高頻旁路電容Cp應(yīng)緊靠近第一二極管D1的負極端。高頻旁路電容Cp為大小為0.1～0.2μF的瓷介高頻電容，從而盡量減小寄生電感。
當被保護的射頻電路的輸入端出現(xiàn)靜電的高電壓時，可以分為兩種情形即正極性的高電壓或者負極性的高電壓。當輸入正極性的瞬變靜電放電ESD脈沖時，第一二極管D1導(dǎo)通并經(jīng)高頻旁路電容Cp泄放到地GND；當輸入負極性的瞬變靜電放電ESD脈沖時，直接經(jīng)第二二極管D2泄放到地GND。
本實施例通過提高二極管的反向偏置電壓可以降低結(jié)電容的特性，來減小甚至避免二極管影響被保護電路的信號質(zhì)量及阻抗特性，從而使被保護射頻電路的工作頻率在1GHz以上。同時利用提高二極管的反向偏置電壓來提高被保護電路的工作電平，使得被保護射頻電路的工作電平在3dBm以上。
權(quán)利要求1.一種實現(xiàn)ESD防護的二極管電路，其特征在于，該二極管電路由第一二極管和第二二極管組成，其中，該第一二極管的一端和輸入端相聯(lián)結(jié)，另一端和電源相聯(lián)結(jié)；該第二二極管的一端和輸入端相聯(lián)結(jié)，另一端和地相聯(lián)結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)ESD防護的二極管電路，其特征在于該第一二極管的正極端和輸入端相聯(lián)結(jié)，負極端和正向的電源相聯(lián)結(jié)；該第二二極管的負極端和輸入端相聯(lián)結(jié)，正極端和地相聯(lián)結(jié)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種實現(xiàn)ESD防護的二極管電路，其特征在于該二極管電路還包含有電容，該電容一端和電源相聯(lián)結(jié)，另一端和地相聯(lián)結(jié)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種實現(xiàn)ESD防護的二極管電路，其特征在于所述的第一二極管和第二二極管為快速開關(guān)二極管。
5.如權(quán)利要求3所述的一種實現(xiàn)ESD防護的二極管電路，其特征在于所述的電容為高頻旁路電容。
6.如權(quán)利要求3所述的一種實現(xiàn)ESD防護的二極管電路，其特征在于所述的電容為大小為0.1～0.2μF的瓷介高頻電容。
7.如權(quán)利要求3所述的一種實現(xiàn)ESD防護的二極管電路，其特征在于所述的電容和電源的聯(lián)接點位于靠近所述的第一二極管負極端的位置。
專利摘要本實用新型提出了一種實現(xiàn)ESD防護的二極管電路，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的適用頻段的場合有限、對射頻電路的輸出功率和接收靈敏度影響大、易造成信號限幅失真的問題。該二極管電路由第一二極管和第二二極管組成，其中，該第一二極管的一端和輸入端相聯(lián)結(jié)，另一端和電源相聯(lián)結(jié)；該第二二極管的一端和輸入端相聯(lián)結(jié)，另一端和地相聯(lián)結(jié)。本實用新型為高頻率、高電平的射頻電路提供了雙向較好的靜電放電ESD保護，把射頻端口的抗靜電能力從一般的幾百伏到一千伏提高到8kV以上，可以保證大多數(shù)情況下的靜電放電ESD干擾對系統(tǒng)不會造成任何影響。
文檔編號H01L23/60GK2671286SQ20032012080
公開日2005年1月12日 申請日期2003年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月6日
發(fā)明者鄭軍奇 申請人:華為技術(shù)有限公司