專利名稱：一種帶檢測控制電路的靜電保護方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路的靜電保護領(lǐng)域，尤其涉及一種帶檢測控制電路的靜 電保護方法及實現(xiàn)該方法的電路。
背景技術(shù)：
在芯片應(yīng)用中，靜電放電會造成大多數(shù)芯片毀壞，而靜電卻無處不在，靜 電會在芯片的生產(chǎn)、組裝，及測試過程中積累在人體和機器上，當芯片與帶有 靜電的人體或者物體相互接觸時，就形成了電流回路，造成芯片內(nèi)部的毀壞。 人體上的靜電會經(jīng)芯片的管腳形成放電回路，該放電過程會在短到幾百納秒
(ns)的時間內(nèi)產(chǎn)生數(shù)安培的瞬間放電電流，對于一般的消費芯片而言，其瞬間 放電電流的尖峰可達到1. 3安培到幾十個安培，該放電電流將使IC內(nèi)的組件燒 毀。
為了解決由于靜電放電造成芯片毀壞的問題，目前有較多的保護方案，例 如，在芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端與焊盤之間增加與地連通的二極管器件、M0S (NM0S/PM0S)器件、厚氧化層M0S (Field-oxide)組件、寄生三極管器件，以及 SCR保護結(jié)構(gòu)。對于以上幾種保護方法，均需要增加絕對的器件面積才能達到較 好的靜電保護效果。
圖1所示為簡單的二極管保護電路10， 二極管11的正常工作電壓在0. 7 1.2V左右，但二極管11的反向工作電壓約為-12V -15V左右。因此，當靜電
5放電電流12流經(jīng)二極管11時，二極管11在反向電壓情況下所產(chǎn)生的熱量遠大 于二極管在正向電壓情況下所產(chǎn)生的熱量，即二極管在反向電壓下所能承受的 靜電電壓遠小于正向電壓下所能承受的靜電電壓。
如圖2所示，對于M0S器件或者厚氧化層M0S保護電路20而言，當靜電電 壓上升到MOS管21的擊穿電壓時，MOS管21將進行雪崩擊穿。MOS器件或者厚 氧化層MOS保護電路的效果主要取決于MOS管21的第二次雪崩擊穿點的電流， 第二次雪崩擊穿即到達PN結(jié)所能承受的最大電流值。當靜電放電電流22大于 MOS管21的第二次雪崩擊穿點的電流時，MOS管21將會發(fā)生嚴重的漏電現(xiàn)象， 造成永久性損壞。為了增大M0S管21的雪崩擊穿點的電流，需要增加M0S管21 的面積，如果分配不均勻同樣會造成漏電，造成永久性損壞。
以上提到的兩種靜電放電保護電路，靜電放電均工作在其第一次雪崩區(qū)來 排放靜電電流，此時，靜電放電保護器件仍然存在損傷。當靜電放電保護器件 因為外加過大(靜電)的電壓或電流而進入二次雪崩區(qū)后，靜電放電保護器件 將造成永久性損壞。
如圖3所示，對于現(xiàn)在高極的SCR保護電路30而言，由于SCR組件31在 正向電壓和反向電壓工作時均只有IV左右，因此SCR組件31可在更小的布局 面積下承受極高的靜電電壓。但SCR保護電路30仍然存在的問題是SCR保護 電路30的觸發(fā)電壓很難控制，同時還需要防止電路器件的閂鎖效應(yīng)(latchup)。 雖然，通過增加保護環(huán)或者采用較大的版圖間隔可提升SCR保護電路30的觸發(fā) 電壓，但觸發(fā)電壓高將無法實時導通來排放靜電放電發(fā)生時的瞬間大電流，這 將導致被保護器件會先被靜電放電所破壞。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有靜電保護電路存在的問題，提供一種通過檢測輸入 電壓來控制泄放靜電器件導通的方法及電路，以有效的泄放靜電。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種帶檢測控制電路的靜電 保護方法，該方法的實現(xiàn)過程如下-
通過一檢測電路檢測作用在芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端上的輸入電壓，當 輸入電壓小于檢測電路設(shè)定的觸發(fā)電壓時，判斷為工作電壓，則與工作電壓相 應(yīng)的工作電流直接通過芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端流入芯片內(nèi)部電路，所述觸 發(fā)電壓小于或者等于芯片內(nèi)部電路的最低擊穿電壓；
當檢測到作用在芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端上的輸入電壓大于或者等于觸 發(fā)電壓時，判斷為靜電放電電壓，則檢測電路控制與靜電放電電壓相應(yīng)的靜電 放電電流通過一泄放電路進行泄放，而非流入芯片內(nèi)部電路。
優(yōu)選的是，所述檢測電路包括PNP型三級管、齊納二極管和第三上偏電阻；
所述的觸發(fā)電壓Ven與PNP型三極管的導通電壓Veb和齊納二極管的穩(wěn)壓值Vzd 之間的關(guān)系為Ven二Veb+nXVzd，其中，n為自然數(shù)，表示齊納二極管的數(shù)量， 通過選擇齊納二極管的數(shù)量和穩(wěn)壓值調(diào)節(jié)觸發(fā)電壓Ven;
當所述輸入電壓小于觸發(fā)電壓Ven時，PNP型三極管處于截至狀態(tài)，則與 PNP型三極管的集電極串聯(lián)的第三上偏電阻無電流通過，致使PNP型三極管集電 極的電壓為低電平；
此時， 一控制端與PNP型三極管集電極相連接的控制功率開關(guān)處于截至狀 態(tài)，則與所述控制功率開關(guān)串聯(lián)的第二上偏電阻無電流通過，致使第二上偏電阻兩端的電壓為低電平；
此時，泄放電路上的、控制端接入第二上偏電阻兩端電壓的泄放功率開關(guān) 處于截至狀態(tài)，則判斷所述輸入電壓為工作電壓，而與工作電壓相應(yīng)的工作電 流只能直接通過芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端流入芯片內(nèi)部電路；
當所述輸入電壓大于或者等于觸發(fā)電壓Ven時，PNP型三極管處于導通狀態(tài)， 第三上偏電阻有電流通過，使PNP型三極管集電極的電壓達到控制功率開關(guān)的 導通電壓；此時控制功率開關(guān)導通，第二上偏電阻有電流通過，致使第二上偏 電阻兩端的電壓達到泄放功率開關(guān)的導通電壓；此時，泄放功率開關(guān)導通，泄 放電路為通路，則判斷所述輸入電壓為靜電放電電壓，使得靜電放電電流通過 泄放電路快速泄放。
一種帶檢測控制電路的靜電保護電路，包括檢測電路、控制電路和泄放電 路；其中，
檢測電路連接在所述芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端與地之間，包括使能端和 控制端；檢測電路的使能端與芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端電連接，以檢測作用 在芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端上的輸入電壓；
控制電路連接在所述芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端與地之間，所述控制電路 包括控制功率開關(guān)和與控制功率開關(guān)串聯(lián)的第二上偏電阻；控制功率開關(guān)的控 制端與檢測電路的控制端電連接，以通過檢測電路控制其導通與截至；
泄放電路連接在所述芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端與地之間，所述泄放電路 包括泄放功率開關(guān)，泄放功率開關(guān)的控制端接入第二上偏電阻兩端的電壓，以 通過控制功率開關(guān)的狀態(tài)控制泄放功率開關(guān)的導通與截至，進而控制工作電流直接通過芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端流入芯片內(nèi)部電路，而靜電放電電流通過 所述泄放電路進行泄放。
優(yōu)選的是，所述的控制功率開關(guān)為NMOS管，NMOS管的柵極作為控制功 率開關(guān)的控制端與檢測電路的控制端電連接，NMOS管的漏極與芯片內(nèi)部電路 的輸入/輸出端電連接，NMOS管的源極與地之間串接所述第二上偏電阻。
優(yōu)選的是，所述泄放功率開關(guān)為NPN型三級管，NPN型三級管的集電極與 芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端電連接，NPN型三級管的發(fā)射極接地，NPN型三級 管的基極作為泄放功率開關(guān)的控制端接入所述第二上偏電阻兩端的電壓。
優(yōu)選的是，所述檢測電路包括PNP型三級管、齊納二極管和第三上偏電阻; 其中，PNP型三級管的發(fā)射級為所述檢測電路的使能端，PNP型三級管的集電 極與地之間串接第三上偏電阻，PNP型三級管的集電極作為所述檢測電路的控 制端，PNP型三級管的基極與地之間串接齊納二極管。
優(yōu)選的是，所述檢測電路，其PNP型三級管的基極與地之間串接齊納二極 管和第四限流電阻。
優(yōu)選的是，在靜電放電電流流入檢測電路、控制電路和泄放電路，或者工 作電流流入芯片內(nèi)部電路之前先流經(jīng)一個第一限流電阻。
本發(fā)明所述帶檢測控制電路的靜電保護方法及電路的有益之處是
首先，通過檢測輸入電壓控制泄放或者正常工作；其次，本發(fā)明的方法及 電路中的觸發(fā)電壓具有可調(diào)性，減小了設(shè)計觸發(fā)電壓的難度；再次，在靜電放 電時，泄放電流器件工作在正向電壓下，可以承受較高的靜電電壓；最后，應(yīng) 用該靜電保護方法及電路可有效提高靜電保護能力，提高芯片內(nèi)部電路輸入/輸出端的可靠性。
圖1為現(xiàn)有的二極管保護電路示意圖2為M0S器件或者厚氧化層M0S保護電路示意圖3為SCR保護電路示意圖4為本發(fā)明所述的帶檢測控制電路的靜電保護電路的示意圖； 圖5為圖4所示檢測電路的示意圖。
具體實施例方式
如圖4所示， 一種帶檢測控制電路的靜電保護電路40，包括檢測電路41、 控制電路43和泄放電路42。檢測電路41、控制電路43和泄放電路42均連接 在芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端40a與地之間，而芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端40a 與外部焊盤40b連通，外部電信號通過外部焊盤40b進入帶檢測控制電路的靜 電保護電路40或者芯片內(nèi)部電路。
檢測電路41包括使能端EN、控制端CO和接地端GND。其中，使能端EN 與芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端40a電連接，以檢測作用在芯片內(nèi)部電路的輸入/ 輸出端40a上的輸入電壓。
控制電路43包括控制功率開關(guān)和與控制功率開關(guān)串聯(lián)的第二上偏電阻R2。 控制功率開關(guān)的控制端與檢測電路41的控制端CO電連接，以通過檢測電路41 控制其導通與截至，在本實施例中，控制功率開關(guān)可以選擇NMOS管MN， NMOS管MN的柵極g作為控制功率開關(guān)的控制端與檢測電路41的控制端CO電連接， 由檢測電路41控制NMOS管MN的導通與截至，NMOS管MN的漏極d與芯 片內(nèi)部電路的輸入/輸出端40a電連接，而第二上偏電阻R2串接在NMOS管MN 的源極s與地之間。當NMOS管MN導通時，第二上偏電阻R2可以保證其兩 端的電壓達到0.7v。
泄放電路42包括泄放功率開關(guān)，在本實施例中可以選擇NPN型三極管Ql ， NPN型三極管Ql的集電極Cl與芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端40a電連接，發(fā)射 極ei接地，基極h作為泄放功率開關(guān)的控制端接入所述第二上偏電阻R2兩端 的電壓。如果檢測電路41未達到觸發(fā)條件，檢測電路41的控制端CO輸出低電 平，NMOS管MN截至，進而NPN型三極管Q1也截至，則帶檢測控制電路的 靜電保護電路40不工作；如果檢測電路41達到觸發(fā)條件，檢測電路41的控制 端CO輸出高電平，NMOS管MN導通，進而NPN型三極管Q1也導通，則帶 檢測控制電路的靜電保護電路40工作。
檢測電路41如圖5所示，可以包括PNP型三級管Q2、齊納二極管ZD，和 第三上偏電阻R3。其中，PNP型三級管Q2的發(fā)射級e2為檢測電路41的使能端 EN，第三上偏電阻R3串接在集電極C2與地之間，PNP型三級管Q2的集電極 C2為所述檢測電路41的控制端CO與NMOS管MN的柵極g電連接，齊納二極 管ZD串接在PNP型三級管Q2的基極b2與地之間，為了防止靜電對齊納二極 管ZD產(chǎn)生放電損傷，在PNP型三級管Q2的基極b2與地之間還可以再串接一 個第四限流電阻R4，第四限流電阻R4的取值一般大于10KQ。另外，為了避免 NPN型三極管Q1在放電過程中造成損傷，可以增加一個第一限流電阻R1，在靜電放電電流流入帶檢測控制電路的靜電保護電路40，或者芯片內(nèi)部電路之前 先流經(jīng)該第一限流電阻Rl，第一限流電阻Rl —般取值在300Q左右。
由于靜電放電電壓比較高，所以檢測電路41的觸發(fā)電壓的設(shè)計一般均明顯 高于芯片內(nèi)部電路的正常工作電壓，因此，如果輸入電壓通過外部焊盤40b輸 入時，該電壓如果小于觸發(fā)電壓，則該輸入電壓可以判斷為工作電壓，至少是 對芯片內(nèi)部電路不會造成損傷的電壓，此時，由于帶檢測控制電路的靜電保護 電路40不工作，與工作電壓相應(yīng)的工作電流直接通過芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出 端流入芯片內(nèi)部電路；如果觸發(fā)電壓大于或者等于觸發(fā)電壓，則該輸入電壓會 對芯片內(nèi)部電路造成損傷，可以判斷為靜電放電電壓，此時，帶檢測控制電路 的靜電保護電路40工作，靜電放電電流通過泄放電路42進行泄放，使靜電放 電電壓快速泄放到小于觸發(fā)電壓的狀態(tài)，從而保護芯片內(nèi)部電路。
檢測電路的觸發(fā)電壓在設(shè)計時，要求小于芯片內(nèi)部電路的最低擊穿電壓， 可以確保芯片內(nèi)部電路的絕對安全。根據(jù)檢測電路41的電路結(jié)構(gòu)，觸發(fā)電壓Ven 與PNP型三極管Q2的導通電壓Veb和齊納二極管ZD的穩(wěn)壓值Vzd之間的關(guān)系 為Ve『Veb+nXVzd，其中，n為自然數(shù)，表示齊納二極管ZD的數(shù)量，通過選 擇齊納二極管的數(shù)量n和穩(wěn)壓值Vzd實現(xiàn)要求達到的觸發(fā)電壓Ven，如圖5所示 的檢測電路41可以實現(xiàn)的觸發(fā)電壓為8v。
如果需要設(shè)計一個觸發(fā)電壓為10v的帶檢測控制電路的靜電保護電路40， 導通電壓Veb為0.65v，選擇齊納二極管ZD的穩(wěn)壓值Vzd為5.5v，由于第一限 流電阻Rl也有一定的分壓作用，因此選擇串聯(lián)2個齊納二極管ZD即可實現(xiàn)10v 的觸發(fā)電壓。綜上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即 凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化及修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明的技 術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1. 一種帶檢測控制電路的靜電保護方法，其特征在于該方法的實現(xiàn)過程如下通過一檢測電路檢測作用在芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端上的輸入電壓，當輸入電壓小于檢測電路設(shè)定的觸發(fā)電壓時，判斷為工作電壓，則與工作電壓相應(yīng)的工作電流直接通過芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端流入芯片內(nèi)部電路，所述觸發(fā)電壓小于芯片內(nèi)部電路的最低擊穿電壓；當檢測到作用在芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端上的輸入電壓大于或者等于觸發(fā)電壓時，判斷為靜電放電電壓，則檢測電路控制與靜電放電電壓相應(yīng)的靜電放電電流通過一泄放電路進行泄放，而非流入芯片內(nèi)部電路。
2. '根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶檢測控制電路的靜電保護方法，其特征在于 所述檢測電路包括PNP型三級管、齊納二極管和第三上偏電阻；所述的觸發(fā) 電壓Ven與PNP型三極管的導通電壓Veb和齊納二極管的穩(wěn)壓值Vzd之間的 關(guān)系為Ven=Veb+nXVzd，其中，n為自然數(shù)，表示齊納二極管的數(shù)量，通過 選擇齊納二極管的數(shù)量和穩(wěn)壓值調(diào)節(jié)觸發(fā)電壓Ven;當所述輸入電壓小于觸發(fā)電壓Ven時，PNP型三極管處于截至狀態(tài)，則與 PNP型三極管的集電極串聯(lián)的第三上偏電阻無電流通過，致使PNP型三極管集 電極的電壓為低電平；此時， 一控制端與PNP型三極管集電極相連接的控制功率開關(guān)處于截至狀 態(tài)，則與所述控制功率開關(guān)串聯(lián)的第二上偏電阻無電流通過，致使第二上偏電 阻兩端的電壓為低電平；此時，泄放電路上的、控制端接入第二上偏電阻兩端電壓的泄放功率開關(guān)處于截至狀態(tài)，則判斷所述輸入電壓為工作電壓，而與工作電壓相應(yīng)的工作電流只能直接通過芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端流入芯片內(nèi)部電路；當所述輸入電壓大于或者等于觸發(fā)電壓Ven時，PNP型三極管處于導通狀 態(tài)，第三上偏電阻有電流通過，使PNP型三極管集電極的電壓達到控制功率開 關(guān)的導通電壓；此時控制功率開關(guān)導通，第二上偏電阻有電流通過，致使第二 上偏電阻兩端的電壓達到泄放功率開關(guān)的導通電壓；此時，泄放功率開關(guān)導通， 泄放電路為通路，則判斷所述輸入電壓為靜電放電電壓，使得靜電放電電流通 過泄放電路快速泄放。
3. —種帶檢測控制電路的靜電保護電路，其特征在于包括檢測電路、控 制電路和泄放電路；其中，檢測電路連接在所述芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端與地之間，包括使能端 和控制端；檢測電路的使能端與芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端電連接；控制電路連接在所述芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端與地之間，所述控制電 路包括控制功率開關(guān)和與控制功率開關(guān)串聯(lián)的第二上偏電阻；控制功率開關(guān)的 控制端與檢測電路的控制端電連接；泄放電路連接在所述芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端與地之間，所述泄放電 路包括泄放功率開關(guān)，泄放功率開關(guān)的控制端接入第二上偏電阻兩端的電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶檢測控制電路的靜電保護電路，其特征在于 所述的控制功率開關(guān)為NMOS管，NMOS管的柵極作為控制功率開關(guān)的控制 端與檢測電路的控制端電連接，NMOS管的漏極與芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出 端電連接，NMOS管的源極與地之間串接所述第二上偏電阻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶檢測控制電路的靜電保護電路，其特征在于-所述泄放功率開關(guān)為NPN型三級管，NPN型三級管的集電極與芯片內(nèi)部電路 的輸入/輸出端電連接，NPN型三級管的發(fā)射極接地，NPN型三級管的基極作 為泄放功率開關(guān)的控制端接入所述第二上偏電阻兩端的電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶檢測控制電路的靜電保護電路，其特征在于 所述檢測電路包括PNP型三級管、齊納二極管和第三上偏電阻；其中，PNP 型三級管的發(fā)射級為所述檢測電路的使能端，PNP型三級管的集電極與地之間 串接第三上偏電阻，PNP型三級管的集電極作為所述檢測電路的控制端，PNP 型三級管的基極與地之間串接齊納二極管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶檢測控制電路的靜電保護電路，其特征在于 所述檢測電路，其PNP型三級管的基極與地之間串接齊納二極管和第四限流 電阻。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一權(quán)利要求所述的帶檢測控制電路的靜電保護 電路，其特征在于在靜電放電電流流入檢測電路、控制電路和泄放電路，或 者工作電流流入芯片內(nèi)部電路之前先流經(jīng)一個第一限流電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶檢測控制電路的靜電保護方法及電路，屬于靜電保護領(lǐng)域，該方法通過一檢測電路檢測作用在芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端上的輸入電壓，當輸入電壓小于檢測電路設(shè)定的觸發(fā)電壓時，判斷為工作電壓，則與工作電壓相應(yīng)的工作電流直接通過芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端流入芯片內(nèi)部電路，所述觸發(fā)電壓小于芯片內(nèi)部電路的最低擊穿電壓；當檢測到作用在芯片內(nèi)部電路的輸入/輸出端上的輸入電壓大于或者等于觸發(fā)電壓時，判斷為靜電放電電壓，則檢測電路控制與靜電放電電壓相應(yīng)的靜電放電電流通過一泄放電路進行泄放，從而把輸入電壓鉗位在安全的電壓范圍，起到保護內(nèi)部電路的作用。本發(fā)明可以通過檢測輸入電壓控制泄放進行鉗位或者正常工作。
文檔編號H02H9/00GK101483339SQ20091000006
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者李照華, 王樂康 申請人:深圳市明微電子股份有限公司