專利名稱：一種過壓保護(hù)電路、ic芯片及過壓保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，尤其涉及一種過壓保護(hù)電路、IC芯片及過壓保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
過壓保護(hù)電路是指當(dāng)為芯片供電的電壓或者芯片自身產(chǎn)生的電壓超出設(shè)計(jì)范圍時(shí)，為芯片內(nèi)部電路提供保護(hù)的電路，以避免芯片內(nèi)部電路工作異常甚至芯片被損壞。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，過壓保護(hù)電路分為兩種一種為芯片外部保護(hù)電路，這種保護(hù)方式需要增加外部高壓器件，當(dāng)芯片接入電壓超過一定值時(shí)，斷開芯片供電或者將芯片接入的電壓穩(wěn)定在一定值以保護(hù)芯片內(nèi)部電路，但由于這種保護(hù)方式需要增加外部元器件，因而在芯片應(yīng)用時(shí)增加了操作的復(fù)雜程度。
另一種為芯片內(nèi)部保護(hù)電路，這種保護(hù)方式一般通過斷開芯片供電的方式來實(shí)現(xiàn)。圖I示出了現(xiàn)有芯片內(nèi)過壓保護(hù)電路一般性結(jié)構(gòu)，其中IC芯片I包括IC內(nèi)部電路11以及由開關(guān)12和電壓檢測電路13組成的過壓保護(hù)電路。該開關(guān)12連接于電源10與IC內(nèi)部電路11之間，該電壓檢測電路13連接于電源10與開關(guān)12的控制端之間。電壓檢測電路13對(duì)進(jìn)入IC芯片I內(nèi)部的電源10電壓進(jìn)行檢測，當(dāng)電源10電壓高于IC芯片I的工藝耐壓值時(shí)，電壓檢測電路13發(fā)出控制信號(hào)，關(guān)閉開關(guān)12，使電源10和IC內(nèi)部電路11斷開，以保護(hù)IC內(nèi)部電路11。圖2示出了 IC內(nèi)部電路普通P襯底雙阱CMOS工藝的器件結(jié)構(gòu)，其中PMOS管230包括漏極(PD)231、柵極(PG)232、源極(PS) 233、襯底N阱236、漏極-襯底寄生二極管234、源極-襯底寄生二極管235，N阱-P襯底寄生二極管250 ;NM0S管240包括漏極(ND) 241、柵極(NG) 242、源極(NS) 243、襯底P阱246、漏極-襯底寄生二極管244、源極-襯底寄生二極管245，P阱-P襯底寄生電阻251。另外，NMOS管240中的襯底P阱246和P襯底252必須連接在一起，并且接在0電位(GND)。在該工藝下，芯片的工作電壓為V1, PG 232和PD 231、PS 233和PG 232、襯底N阱 236 和 PD 231、襯底 N 阱 236 和 PS 233,ND 241 和 NG 242,NG 242 和 NS 243,ND 241 和襯底P阱246、NS 243和襯底P阱246、之間的耐壓值均為V2，漏極-襯底寄生二極管234、源極-襯底寄生二極管235、漏極-襯底寄生二極管244、源極-襯底寄生二極管245的反向擊穿電壓也為V2，N阱-P襯底寄生二極管250的耐壓為VB。由于漏極-襯底寄生二極管234、源極-襯底寄生二極管235為N+P_結(jié)，漏極-襯底寄生二極管244、源極-襯底寄生二極管245為N_P+結(jié)，比N_P_結(jié)的N阱-P襯底寄生二極管250的反向擊穿電壓低得多，因此MOS器件能夠承受的極限電壓為V2。為確保IC芯片能夠正常工作，加在PG 232和231、PS 233和PG 232、襯底N阱236和TO 231、襯底N阱236和PS 233上的電壓不能超過V2,否則PG 232的柵氧被擊穿，寄生二極管234、235也被擊穿造成反向?qū)?，加在ND 241和NG242,NG 242和NS 243,ND 241和襯底P阱246、NS 243和襯底P阱246上的電壓也不能超過V2，否則NG 242的柵氧有可能被擊穿，寄生二極管244、245也有可能被擊穿造成反向?qū)?，IC芯片將遭到不可逆的損壞。結(jié)合圖I和圖2可以看出，在常規(guī)芯片內(nèi)過壓保護(hù)系統(tǒng)中，由于工藝制程的限制，開關(guān)12只能保證電源10在一定范圍內(nèi)使IC內(nèi)部電路11和電源10斷開，若電源10的電壓超過IC芯片I工藝制程的耐壓極限值，則開關(guān)12將被損壞，開關(guān)12被損壞后，電源10將直接接駁IC內(nèi)部電路11，導(dǎo)致IC內(nèi)部電路11同樣遭受不可逆的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種過壓保護(hù)電路，旨在解決在工藝制程的限制下，當(dāng)芯片供電電壓處于雙倍工藝耐壓值內(nèi)，能夠保證IC芯片正常工作，不遭受損壞的問題。
本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種過壓保護(hù)電路，連接于電源與IC內(nèi)部電路之間，包括電壓檢測電路，所述過壓保護(hù)電路還包括柵控制電路，所述柵控制電路的信號(hào)輸入端與所述電壓檢測電路輸出端連接，所述柵控制電路的電源輸入端與所述電源的正極連接，用于將電壓檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為柵控制信號(hào);第一開關(guān)管，所述第一開關(guān)管的控制端與所述柵控制電路的輸出端連接，所述第一開關(guān)管的電流輸入端與所述電源正極連接，所述第一開關(guān)管的電流輸出端與所述IC內(nèi)部電路連接，用于根據(jù)所述柵控制信號(hào)改變其等效阻抗，降低芯片內(nèi)部電壓；以及輔助分流環(huán)路，所述輔助分流環(huán)路的輸入端與所述開關(guān)管的電流輸出端連接，所述輔助分流環(huán)路的輸出端與所述電源負(fù)極連接，用于通過抽取額定外電流以增強(qiáng)所述第一開關(guān)的分壓能力，進(jìn)一步降低芯片內(nèi)部電壓。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種采用上述過壓保護(hù)電路的IC芯片。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種過壓保護(hù)方法，所述方法包括下述步驟檢測電源電壓，并輸出電壓檢測信號(hào)；將電壓檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為柵控制信號(hào)；根據(jù)所述柵控制信號(hào)改變第一開關(guān)的等效阻抗，降低芯片內(nèi)部電壓；通過抽取額定外電流以增強(qiáng)所述第一開關(guān)的分壓能力，進(jìn)一步降低芯片內(nèi)部電壓。在本發(fā)明實(shí)施例中，于芯片內(nèi)部利用電阻可變式開關(guān)管代替?zhèn)鹘y(tǒng)開關(guān)，做選擇性分壓，并通過輔助分流環(huán)路抽取額定外電流，使電源電壓處于工藝耐壓值的兩倍以內(nèi)，仍能保證芯片正常工作，實(shí)現(xiàn)無需外部器件達(dá)到雙倍耐壓，簡化了芯片的應(yīng)用。


圖I為現(xiàn)有芯片內(nèi)過壓保護(hù)電路一般性結(jié)構(gòu)圖；圖2為IC內(nèi)部電路普通P襯底雙阱CMOS工藝的器件結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例提供的P襯底普通CMOS工藝下過壓保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明一實(shí)施例提供的柵控制電路的結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例提供的相關(guān)電壓關(guān)系圖6為本發(fā)明一實(shí)施例提供的過壓保護(hù)方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例于芯片內(nèi)部利用電阻可變式開關(guān)管代替?zhèn)鹘y(tǒng)開關(guān)，做選擇性分壓，并通過輔助分流環(huán)路抽取額定外電流，實(shí)現(xiàn)無需外部器件達(dá)到雙倍耐壓。作為本發(fā)明一實(shí)施例提供的過壓保護(hù)電路，連接于電源與IC內(nèi)部電路之間，包括電壓檢測電路，所述過壓保護(hù)電路還包括 柵控制電路，所述柵控制電路的信號(hào)輸入端與所述電壓檢測電路輸出端連接，所述柵控制電路的電源輸入端與所述電源的正極連接，用于將電壓檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為柵控制信號(hào);第一開關(guān)管，所述第一開關(guān)管的控制端與所述柵控制電路的輸出端連接，所述第一開關(guān)管的電流輸入端與所述電源正極連接，所述第一開關(guān)管的電流輸出端與所述IC內(nèi)部電路連接，用于根據(jù)所述柵控制信號(hào)改變其等效阻抗，降低芯片內(nèi)部電壓；以及輔助分流環(huán)路，所述輔助分流環(huán)路的輸入端與所述開關(guān)管的電流輸出端連接，所述輔助分流環(huán)路的輸出端與所述電源負(fù)極連接，用于通過抽取額定外電流以增強(qiáng)所述第一開關(guān)的分壓能力，進(jìn)一步降低芯片內(nèi)部電壓。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種采用上述過壓保護(hù)電路的IC芯片。在本發(fā)明實(shí)施例中，于芯片內(nèi)部利用電阻可變式開關(guān)管代替?zhèn)鹘y(tǒng)開關(guān)，做選擇性分壓，并通過輔助分流環(huán)路抽取額定外電流，使電源電壓處于工藝耐壓值的兩倍以內(nèi)，仍能保證芯片正常工作，實(shí)現(xiàn)無需外部器件達(dá)到雙倍耐壓，簡化了芯片的應(yīng)用。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)說明。圖3示出本發(fā)明一實(shí)施例提供的P襯底普通CMOS工藝下過壓保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。其中IC芯片3包括IC內(nèi)部電路15和過壓保護(hù)電路，該過壓保護(hù)電路進(jìn)一步包括電壓檢測電路31、柵控制電路32、第一開關(guān)管33以及輔助分流環(huán)路34。其中，電壓檢測電路31的輸入端與電源30的正極連接，電壓檢測電路31的輸出端與柵控制電路32的信號(hào)輸入端連接，柵控制電路32的電源輸入端與電源30的正極連接，柵控制電路32的輸出端與第一開關(guān)管33的控制端連接，第一開關(guān)管33的電流輸入端與電源30的正極連接，第一開關(guān)管33的電流輸出端分別與輔助分流環(huán)路34和IC內(nèi)部電路35的輸入端連接，其節(jié)點(diǎn)電壓為芯片內(nèi)部電壓，電源30的負(fù)極分別與輔助分流環(huán)路34和IC內(nèi)部電路35的輸出端連接。作為本發(fā)明一實(shí)施例，第一開關(guān)管33可以為P型MOS管，該P(yáng)型MOS管的源級(jí)為開關(guān)管33的電流輸入端，漏極為開關(guān)管33的電流輸出端，柵極為開關(guān)管33的控制端。輔助分流環(huán)路34包括基準(zhǔn)電壓源340，用于為輔助分流環(huán)路34提供基準(zhǔn)電壓，其正極與運(yùn)算放大器Ul的反向輸入端連接，其負(fù)極與第二開關(guān)管341的電流輸出端連接；
運(yùn)算放大器Ul,用于將芯片內(nèi)部電壓與基準(zhǔn)電壓比較,輸出控制信號(hào),其正向輸入端為輔助分流環(huán)路34的輸入端；第二開關(guān)管341，用于根據(jù)控制信號(hào)控制分流，以降低芯片內(nèi)部電流，其控制端與運(yùn)算放大器Ul的輸出端連接，電流輸入端與運(yùn)算放大器Ul的正向輸入端連接，電流輸出端為輔助分流環(huán)路34的輸出端。作為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，第二開關(guān)管341可以為N型MOS管，該N型MOS管的漏極為第二開關(guān)管341的電 流輸入端，源級(jí)為第二開關(guān)管341的電流輸出端，柵極為第二開關(guān)管341的控制端。在本發(fā)明實(shí)施例中，芯片能夠保持正常工作所承受的最大電源電壓為V3，Ves為MOS管的柵-源電壓，Vgd為MOS管柵-漏電壓，Vds為MOS管漏-源電壓。電壓檢測電路31對(duì)電源30電壓進(jìn)行檢測，輸出電壓檢測信號(hào)，當(dāng)電源30電壓低于電壓V1，則柵控制電路32根據(jù)電壓檢測信號(hào)將柵控制信號(hào)拉至O電位，第一開關(guān)管33處于線性區(qū)，可以等效為導(dǎo)線，電源30與IC內(nèi)部電路35短接，電源30直接向IC內(nèi)部電路35供電，IC芯片處于安全工作電壓。當(dāng)電源30電壓高于電壓V1且低于電壓V2時(shí)，則柵控制電路32根據(jù)電壓檢測信號(hào)，輸出柵控制信號(hào)，其電壓為此時(shí)第一開關(guān)管33的源-柵電壓Vsei,且Vsei小于等于V2,第一開關(guān)管33仍然處于線性區(qū)，并可以等效為具有一定阻值的電阻，分取部分電源30電壓，以降低芯片內(nèi)部電壓。此時(shí)，芯片內(nèi)部電壓小于電壓V2，使IC內(nèi)部電路35能夠正常工作。該芯片內(nèi)部電壓Vic的計(jì)算公式為Vic — Vsouece-Iload X Rpm0Si其中Vrc為芯片內(nèi)部電壓，Vsquke為電源30電壓，1_為IC內(nèi)部電路35的耗電，Rpmosi為第一開關(guān)管33此時(shí)的等效電阻。當(dāng)電源30電壓高于電壓V2且低于電壓V3時(shí)，則柵控制電路32根據(jù)電壓檢測信號(hào)輸出柵控制信號(hào)，其電壓為此時(shí)第一開關(guān)管33的源-柵電壓Vse2,且Vse2小于等于V2,第一開關(guān)管33處于飽和區(qū)，并可以等效為具有較大阻值的電阻，分取大部分電源30電壓，進(jìn)一步降低芯片內(nèi)部電壓。同時(shí)，運(yùn)算放大器U1、第二開關(guān)管341以及基準(zhǔn)電壓源340組成的輔助分流環(huán)路34開始工作，令第二開關(guān)管341抽取IC內(nèi)部電路35額定外的電流，由于該額定電流不變，因此第一開關(guān)管33的電流增大，進(jìn)而提高第一開關(guān)管33的分壓效果，進(jìn)一步降低了芯片內(nèi)部電壓，此時(shí)，芯片內(nèi)部電壓Vic不高于電壓V2，保證IC內(nèi)部電路35不被損壞。IC內(nèi)部電路35可以根據(jù)電壓檢測電路31提供的信號(hào)，判斷是否能夠正常工作。此時(shí)芯片內(nèi)部電壓Vrc的計(jì)算公式為Vlc — Vsource-(Iload+Inmos) X Rpmos2其中Vic為IC內(nèi)部電壓，Vsquke為電源30電壓，Iload為IC內(nèi)部電路35的耗電，Inmos為第二開關(guān)管341抽取的額定外電流，Rpmosi為第一開關(guān)管33此時(shí)的等效電阻。在本發(fā)明實(shí)施例中，第一開關(guān)管33的源級(jí)電壓為電源30電壓，漏極電壓為芯片內(nèi)部電壓，第一開關(guān)管33的漏-源電壓Vds最大值為V2，IC內(nèi)部電壓的最大耐壓值也為V2,因此，得到IC的極限耐壓值為V3 = MIN(2X V2, Vb)其中Vb為第一開關(guān)管33的寄生二極管的反向擊穿電壓，由于Vb通常大于2%,因此，V3 = 2V2，此時(shí)，電路中各器件電壓值除寄生二極管外都不超過V2，可以參考圖2中的寄生二極管250，因此器件不會(huì)損壞，即芯片實(shí)現(xiàn)二倍耐壓。圖4示出本發(fā)明一實(shí)施例提供的柵控制電路的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。作為本發(fā)明一實(shí)施例，柵控制電路可以但不限于包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單兀401、第一電平轉(zhuǎn)移單元402、第二電平轉(zhuǎn)移單元403、第三電平轉(zhuǎn)移單元404、第三開關(guān)405、第四開關(guān)406、第五開關(guān)407、第一電流源408、第二電流源409及電阻R410。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元401的輸入端為柵控制電路的輸入端，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元401的第一數(shù)字輸出端與第一電平轉(zhuǎn)移單元402的輸入端連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元401的第二數(shù)字輸出端與第四開關(guān)406的控制端連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元401的第三數(shù)字輸出端與第五開關(guān)407的控制端連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元401的第一模擬輸出端與第二電平轉(zhuǎn)移單元403的控制端連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元401的第二模擬輸出端與第三電平轉(zhuǎn)移單元404的控制端連接，第一電平轉(zhuǎn)移單元402的輸出端與第三開關(guān)405的控制端連接，第三開關(guān)405的輸入端為柵控制電路的電 源輸入端與電源30的正極連接，第三開關(guān)405的輸出端與電阻410的一端連接，第三開關(guān)405的輸出端與電阻410的公共端為柵控制電路的輸出端，電阻410的另一端同時(shí)連接第一電流源408的正極和第二電流源409的正極，第一電流源408的負(fù)極連接第二電平轉(zhuǎn)移單元403的輸入端，第二電平轉(zhuǎn)移單元403的輸出端連接第四開關(guān)406的輸入端，第四開關(guān)406的輸出端接地或與外部電源30的負(fù)極連接，第二電流源409的負(fù)極連接第三電平轉(zhuǎn)移單元404的輸入端，第三電平轉(zhuǎn)移單元404的輸出端連接第五開關(guān)407的輸入端，第五開關(guān)407的輸出端接地或與外部電源30的負(fù)極連接。在本發(fā)明實(shí)施例中，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元401將接收的電壓檢測信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為通過第一數(shù)字端輸出的第一數(shù)字信號(hào)、通過第二數(shù)字端輸出的第二數(shù)字信號(hào)、通過第三數(shù)字端輸出的第三數(shù)字信號(hào)、通過第一模擬端輸出的第一模擬信號(hào)、通過第二模擬端輸出的第二模擬信號(hào)。當(dāng)電源30電壓低于V1時(shí)，第一數(shù)字信號(hào)通過第一電平轉(zhuǎn)移單元402控制第三開關(guān)405斷開，第二數(shù)字信號(hào)控制第四開關(guān)406閉合，第三數(shù)字信號(hào)控制第五開關(guān)407閉合，由于第一電流源408和第二電流源409的作用，輸出的柵控制信號(hào)電壓為O。當(dāng)電源30電壓高于V1且低于V2時(shí)，第一數(shù)字信號(hào)通過第一電平轉(zhuǎn)移單元402控制第三開關(guān)405閉合，第二數(shù)字信號(hào)控制第四開關(guān)406閉合，第三數(shù)字信號(hào)控制第五開關(guān)407斷開，由于第一電流源408在電阻R410上的作用，輸出的柵控制信號(hào)電壓為Vgsi — Vsouece-Isouecei X R其中Vesi為柵控信號(hào)的電壓值，Vsouecei為電源30電壓值，Is0UECE為第一電流源408的電流值，R為電阻R410的電阻值。當(dāng)電源30電壓高于V2且低于V3時(shí),第一數(shù)字信號(hào)通過第一電平轉(zhuǎn)移單兀402控制第三開關(guān)405閉合；第二數(shù)字信號(hào)控制第四開關(guān)406閉合；第三數(shù)字信號(hào)控制第五開關(guān)407閉合，第一模擬信號(hào)通過第二電平轉(zhuǎn)移單元403升高第一電流源408負(fù)端電壓，以保證第一電流源408兩端的壓降不高于V2，第二模擬信號(hào)通過第三電平轉(zhuǎn)移單元404升高第二電流源409負(fù)端電壓，以保證第二電流源409兩端的壓降不高于V2。由于第一電流源408和第二電流源409在電阻R410上的作用，輸出的柵控制信號(hào)電壓為
Vgs2 — Vsouece- (ISouecei+IS0UECE2) XR其中Vgs2為柵控信號(hào)的電壓值，Vsouece為電源30電壓值，Isqukei為第一電流源408的電流值，Isouece2為第二電流源409的電流值，R為電阻R410的電阻值。圖5示出本發(fā)明一實(shí)施例提供的相關(guān)電壓關(guān)系，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。在本發(fā)明實(shí)施例中，橫坐標(biāo)為電源30電壓，縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)的電壓值，A示出了電源電壓值的變化，B示出了柵控制信號(hào)的電壓變化，其單位為伏。當(dāng)電源30電壓低于V1時(shí)，柵控制信號(hào)為0，源-柵電壓Vsetl等于電源電壓，第一開關(guān)管33處于線性區(qū)，可以等效為導(dǎo)線，電源30直接向IC內(nèi)部電路35供電，IC內(nèi)部電壓低于V1 ;當(dāng)電源電壓高于V1且低于V2時(shí)，柵控制信號(hào)隨電源電壓按比例變化，源-柵電壓Vsei等于電源電壓與柵控制信號(hào)的差值，第一開關(guān)管33可以等效為具有一定阻值的電阻以分取部分電源30電壓，其阻值與源-柵電壓Vsei成反比關(guān)系，此時(shí)，芯片內(nèi)部電壓小于電壓V2 ;當(dāng)電源電壓高于V2且低于V3時(shí)，柵控制信號(hào)隨電源電壓按比例變化，源-柵電壓Vsei等于電源電壓與柵控制信號(hào)的差值，第一開關(guān)管33處于飽和區(qū)，并可以等效為具有較大阻值的電阻以分取大部分電源30電壓，進(jìn)一步降低芯片內(nèi)部電壓，其阻值與源-柵電壓Vsei成反比關(guān)系。同時(shí)，運(yùn)算放大器U1、第二開關(guān)管341以及基準(zhǔn)電壓源340組成的輔助分流環(huán)路34開始工作，令第二開關(guān)管341抽取IC內(nèi)部電路35額定外的電流，此時(shí)，芯片內(nèi)部電壓Vrc仍不高于電壓V2，保證IC內(nèi)部電路35不被損壞。在本發(fā)明實(shí)施例中，利用電阻可變式開關(guān)管代替?zhèn)鹘y(tǒng)開關(guān)，做選擇性分壓，并通過輔助分流環(huán)路抽取額定外電流，使IC芯片的極限耐壓值達(dá)到工藝制程的雙倍耐壓值，簡化了芯片的應(yīng)用，提聞了電路的集成度。圖6示出本發(fā)明一實(shí)施例提供的過壓保護(hù)方法的實(shí)現(xiàn)流程，所述方法包括下述步驟在步驟S601中，檢測電源電壓，并輸出電壓檢測信號(hào)；在步驟S602中，將電壓檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為柵控制信號(hào)；在步驟S603中，根據(jù)所述柵控制信號(hào)改變第一開關(guān)的等效阻抗，降低芯片內(nèi)部電壓；在步驟S604中，通過抽取額定外電流以增強(qiáng)所述第一開關(guān)的分壓能力，進(jìn)一步降低芯片內(nèi)部電壓。作為本發(fā)明一實(shí)施例，步驟S602將電壓檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為柵控制信號(hào)的具體步驟為將電壓檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)、第二數(shù)字信號(hào)、第三數(shù)字信號(hào)、第一模擬信號(hào)及第二模擬信號(hào)；當(dāng)電源電壓低于V1時(shí)，第一數(shù)字信號(hào)控制第三開關(guān)斷開，第二數(shù)字信號(hào)控制第四開關(guān)閉合，第三數(shù)字信號(hào)控制第五開關(guān)閉合，輸出柵控制信號(hào)；當(dāng)電源電壓高于V1且低于V2時(shí)，第一數(shù)字信號(hào)控制第三開關(guān)405閉合，第二數(shù)字信號(hào)控制第四開關(guān)閉合，第三數(shù)字信號(hào)控制第五開關(guān)斷開，輸出柵控制信號(hào)；當(dāng)電源電壓高于V2且低于V3時(shí)，第一數(shù)字信號(hào)控制第三開關(guān)閉合，第二數(shù)字信號(hào)控制第四開關(guān)閉合，第三數(shù)字信號(hào)控制第五開關(guān)閉合，第一模擬信號(hào)升高第一電流源的負(fù)、端電壓，第二模擬信號(hào)升高第二電流源的負(fù)端電壓，使第一電流源、第二電流源兩端的壓降不高于V2,輸出柵控制信號(hào)。在本發(fā)明實(shí)施例中，于芯片內(nèi)部利用電阻可變式開關(guān)管代替?zhèn)鹘y(tǒng)開關(guān)，做選擇性分壓，并通過輔助分流環(huán)路抽取額定外電流，使外部電壓超過工藝制程的耐壓值時(shí)，IC仍然能夠正常工作，不掉電，并且在電源電壓處于工藝制程限制的雙倍輸入電壓內(nèi)，仍能保證芯片正常工作，突破工藝制成限制，實(shí)現(xiàn)無需外部器件達(dá)到雙倍耐壓，簡化了芯片的應(yīng)用，提高了電路的集成度。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種過壓保護(hù)電路，連接于電源與IC內(nèi)部電路之間，包括電壓檢測電路，其特征在于，所述過壓保護(hù)電路還包括 柵控制電路，所述柵控制電路的信號(hào)輸入端與所述電壓檢測電路輸出端連接，所述柵控制電路的電源輸入端與所述電源的正極連接； 第一開關(guān)管，所述第一開關(guān)管的控制端與所述柵控制電路的輸出端連接，所述第一開關(guān)管的電流輸入端與所述電源正極連接，所述第一開關(guān)管的電流輸出端與所述IC內(nèi)部電路連接；以及 輔助分流環(huán)路，所述輔助分流環(huán)路的輸入端與所述開關(guān)管的電流輸出端連接，所述輔助分流環(huán)路的輸出端與所述電源負(fù)極連接。
2.如權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述柵控制電路包括 信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、第一電平轉(zhuǎn)移單元、第二電平轉(zhuǎn)移單元、第三電平轉(zhuǎn)移單元、第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)、第一電流源、第二電流源及電阻。
所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元的輸入端為所述柵控制電路的輸入端，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元的第一數(shù)字輸出端與所述第一電平轉(zhuǎn)移單元的輸入端連接，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元的第二數(shù)字輸出端與所述第四開關(guān)的控制端連接，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元的第三數(shù)字輸出端與所述第五開關(guān)的控制端連接，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元的第一模擬輸出端與所述第二電平轉(zhuǎn)移單元的控制端連接，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元的第二模擬輸出端與所述第三電平轉(zhuǎn)移單元的控制端連接，所述第一電平轉(zhuǎn)移單元的輸出端與所述第三開關(guān)的控制端連接，所述第三開關(guān)的輸入端為所述柵控制電路的電源輸入端與所述電源的正極連接，所述第三開關(guān)的輸出端與所述電阻的一端連接，所述第三開關(guān)的輸出端與所述電阻的公共端為所述柵控制電路的輸出端，所述電阻的另一端同時(shí)連接所述第一電流源的正極和所述第二電流源的正極，所述第一電流源的負(fù)極連接所述第二電平轉(zhuǎn)移單元的輸入端，所述第二電平轉(zhuǎn)移單元的輸出端連接所述第四開關(guān)的輸入端，所述第四開關(guān)輸出端接地或與所述電源的負(fù)極連接，所述第二電流源的負(fù)極連接所述第三電平轉(zhuǎn)移單元的輸入端，所述第三電平轉(zhuǎn)移單元的輸出端連接所述第五開關(guān)的輸入端，所述第五開關(guān)的輸出端接地或與所述電源的負(fù)極連接。
3.如權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述第一開關(guān)管為P型MOS管。
4.如權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述輔助分流環(huán)路包括 運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器的正向輸入端為所述輔助分流環(huán)路的輸入端； 第二開關(guān)管，所述第二開關(guān)管的控制端與所述運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述第二開關(guān)管的電流輸入端與所述運(yùn)算放大器的正向輸入端連接，所述第二開關(guān)管的電流輸出端為所述輔助分流環(huán)路的輸出端； 基準(zhǔn)電壓源，所述基準(zhǔn)電壓源的正極與所述運(yùn)算放大器的反向輸入端連接，所述基準(zhǔn)電壓源的負(fù)極與所述第二開關(guān)管的電流輸出端連接。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述第二開關(guān)管為N型MOS管。
6.一種IC芯片，其特征在于，所述芯片包括權(quán)利要求I至5任一項(xiàng)所述的過壓保護(hù)電路。
7.—種過壓保護(hù)方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 檢測電源電壓，并輸出電壓檢測信號(hào)； 將電壓檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為柵控制信號(hào)；根據(jù)所述柵控制信號(hào)改變第一開關(guān)的等效阻抗，降低芯片內(nèi)部電壓； 通過抽取額定外電流以增強(qiáng)所述第一開關(guān)的分壓能力，進(jìn)一步降低芯片內(nèi)部電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述將電壓檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為柵控制信號(hào)的步驟具體為 將所述電壓檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)、第二數(shù)字信號(hào)、第三數(shù)字信號(hào)、第一模擬信號(hào)及第二模擬信號(hào)； 當(dāng)所述電源電壓低于V1時(shí)，所述第一數(shù)字信號(hào)控制第三開關(guān)斷開，所述第二數(shù)字信號(hào)控制第四開關(guān)閉合，所述第三數(shù)字信號(hào)控制第五開關(guān)閉合，輸出所述柵控制信號(hào)； 當(dāng)所述電源電壓高于V1且低于V2時(shí)，所述第一數(shù)字信號(hào)控制第三開關(guān)405閉合，所述第二數(shù)字信號(hào)控制第四開關(guān)閉合，所述第三數(shù)字信號(hào)控制第五開關(guān)斷開，輸出所述柵控制 信號(hào); 當(dāng)所述電源電壓高于V2且低于V3時(shí)，所述第一數(shù)字信號(hào)控制第三開關(guān)閉合，所述第二數(shù)字信號(hào)控制第四開關(guān)閉合，所述第三數(shù)字信號(hào)控制第五開關(guān)閉合，所述第一模擬信號(hào)升高第一電流源的負(fù)端電壓，所述第二模擬信號(hào)升高第二電流源的負(fù)端電壓，使所述第一電流源、所述第二電流源兩端的壓降不高于V2，輸出所述柵控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明適用于集成電路領(lǐng)域，提供了一種過壓保護(hù)電路、IC芯片及過壓保護(hù)方法，所述過壓保護(hù)電路連接于電源與IC內(nèi)部電路之間，包括電壓檢測電路，所述過壓保護(hù)電路還包括將電壓檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為柵控制信號(hào)的柵控制電路、根據(jù)柵控制信號(hào)改變其等效阻抗，以降低芯片內(nèi)部電壓的第一開關(guān)管以及通過抽取額定外電流以增強(qiáng)所述第一開關(guān)的分壓能力，進(jìn)一步降低芯片內(nèi)部電壓的輔助分流環(huán)路。本發(fā)明于芯片內(nèi)部利用電阻可變式開關(guān)管代替?zhèn)鹘y(tǒng)開關(guān)，做選擇性分壓，并通過輔助分流環(huán)路抽取額定外電流，使電源電壓處于工藝耐壓值的兩倍以內(nèi)，仍能保證芯片正常工作，實(shí)現(xiàn)無需外部器件達(dá)到雙倍耐壓，簡化了芯片的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02H9/04GK102738781SQ20111009013
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者江力, 湯覓, 熊江 申請(qǐng)人:炬才微電子(深圳)有限公司