專利名稱：一種輸入級保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種為集成電路內(nèi)部輸入級提供保護的保護電路，屬于半導(dǎo)體制作技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于很多集成電路的輸入級而言，不可避免的會經(jīng)常出現(xiàn)輸入信號過大或其他異常信號脈沖，這樣過大或異常的輸入信號經(jīng)過放大以后，必然會導(dǎo)致電路內(nèi)部的不穩(wěn)定，或者直接導(dǎo)致輸入級的燒壞，使電路失效。對于這種情況，一般都會增加一個穩(wěn)壓二極管來作為輸入級的保護，設(shè)計者可以更具不同電路的需求來設(shè)計不同的穩(wěn)壓值，靈活的控制保護點，從而使得輸入級即使有過大的輸入信號，也會被穩(wěn)壓管限幅，或者有異常的輸入信號時也能通過穩(wěn)壓管泄放，而不會影響到電路的穩(wěn)定性或燒壞電路。 如圖I所示，是一個常見的穩(wěn)壓二極管。作為輸入級保護，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，并且也能起到一定的保護作用。其主要工作原理是當輸入信號正常時，即在電路波動的要求范圍之內(nèi)時，電路正常工作，穩(wěn)壓二極管此時不會工作，而其反向漏電流大小在幾十個納安左右，基本不會對輸入信號有任何影響；而當輸入信號過大或出現(xiàn)異常信號時，將會超過設(shè)計的穩(wěn)壓值，使得穩(wěn)壓管進入開態(tài)，過大的輸入信號會通過穩(wěn)壓管泄放，使得真正進入輸入級的信號不會太大，從而限制了輸入信號的大小，保證的電路的穩(wěn)定和可靠性。但是，常規(guī)的穩(wěn)壓二極管結(jié)構(gòu)卻存在著各種缺陷，導(dǎo)致其有一定的局限性。首先，穩(wěn)壓二極管在穩(wěn)壓值在比較高的時候比較容易實現(xiàn)，但是在穩(wěn)壓值小于5. 8V時，穩(wěn)壓管的擊穿為齊納擊穿，其漏電流會增大，如圖2所示。這樣將會導(dǎo)致在輸入信號正常時，由于穩(wěn)壓管的漏電流造成輸入信號衰減，從而影響電路的正常工作。其次，當出現(xiàn)過大輸入信號或異常信號時，穩(wěn)壓管上的功耗將會比較大，使得其本身的可靠性存在隱患，除非大大增加其總體面積，但這個樣又會增加整體芯片成本。并且，穩(wěn)壓二極管的內(nèi)部寄生電阻比較大，這樣會導(dǎo)致在大電流下，其寄生電阻上產(chǎn)生的電壓會使得穩(wěn)壓管的實際穩(wěn)壓值比在小電流的情況下大，使得電路在大小電流情況下的輸入信號有差別，不利于電路性能的提聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種有效的輸入級保護的保護電路，當集成電路內(nèi)部輸入級輸入信號過大或出現(xiàn)異常輸入信號時，本保護電路為被保護電路內(nèi)部輸入級提供限幅和保護作用，解決了在輸入級要求較小信號幅度的電路中用穩(wěn)壓二極管作為限幅保護的漏電流的問題，并且提高了保護電路本身的可靠性。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案
一種輸入級保護電路，其特征在于其包括NPN三極管Q1、N個二極管D1-Dn和電阻Rl ；所述NPN三極管Ql集電極接輸入端Vin，發(fā)射極接地；所述電阻Rl接在所述NPN三極管Ql基極和發(fā)射極之間；所述N個二極管D1-Dn串聯(lián)接在NPN三極管Ql基極和集電極之間，二極管D1的陽極接NPN三極管Ql的集電極，二極管Dn的陰極接NPN三極管Ql的基極。本發(fā)明通過新的輸入級保護結(jié)構(gòu)，結(jié)合合理的版圖布局，能夠?qū)﹄娐返妮斎爰壴诔霈F(xiàn)異常輸入信號時起到有效的保護作用，保護電壓可以根據(jù)被保護電路的需求設(shè)置，并且可以在不影響電路正常工作和性能的前提下將Vz值設(shè)置到5. 8V以下，其應(yīng)用范圍比常規(guī)二極管要寬，所需要的面積也比較小，并且不需要額外的版圖層次和工藝步驟。


圖I是普通二極管結(jié)構(gòu)圖。
圖2是穩(wěn)壓管大于5. 8V和小于5. 8V漏電流對比圖。圖3是本發(fā)明輸入級保護電路的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式如圖3所示一種輸入級保護電路，其包括NPN三極管Q1、N個二極管D1-Dn和電阻Rl ;所述NPN三極管Ql集電極接輸入端Vin，發(fā)射極接地；所述電阻Rl接在所述NPN三極管Ql基極和發(fā)射極之間；所述N個二極管D1-Dn串聯(lián)接在NPN三極管Ql基極和集電極之間，二極管D1的陽極接NPN三極管Ql的集電極，二極管Dn的陰極接NPN三極管Ql的基極。其中，D1-Dn的作用類似于圖I中的穩(wěn)壓二極管，因此D1-Dn串聯(lián)的個數(shù)取決于被保護電路輸入級所需要的保護或限幅的電壓值，即穩(wěn)壓值Vz等于n個二極管的正向壓降之和加上第一 NPN管發(fā)射結(jié)正向壓降，也就是Vz=O. 7VXn + 0. 7V。當輸入端出現(xiàn)異常信號，并且信號幅度大小超過電路設(shè)置的保護電壓Vz值(8口Vin>0. 7VXn + 0.7V)時，NPN三極管Ql將會開啟，也就是該保護結(jié)構(gòu)開始工作，過高的輸入將會被NPN三極管Ql直接泄放，使得進入輸入端的信號達到最大幅度，輸入信號的最大幅度為0. 7VXN + 0. 7V，也就是設(shè)定的Vz值，電路進入保護狀態(tài)，從而使得進入到被保護電路內(nèi)部輸入級的信號不會太大而導(dǎo)致電路的不穩(wěn)定或產(chǎn)生可靠性問題。一旦異常信號消失，被保護電路重新正常工作。該輸入級保護結(jié)構(gòu)的Vz值可以根據(jù)電路需求不僅可以設(shè)置到5. 8V及以上，也可以設(shè)置到5. 8V以下，并且沒有常規(guī)二極管所存在的漏電流大的問題，其Vz值
0.7VXn + 0.7V主要取決于PN結(jié)的正向?qū)妷?，漏電流小，正向?qū)妷悍€(wěn)定性非常好。如果常規(guī)穩(wěn)壓二極管Vz〈5. 8V，其漏電流會大大增加，達到幾微安甚至于幾十微安，穩(wěn)定性非常差，這樣會造成在輸入信號正常的時候，由于二極管的漏電問題使得輸入端信號衰減，影響電路正常工作，本發(fā)明結(jié)構(gòu)不存在類似問題。二極管D1-Dn面積不需要太大，因為單個二極管上的電壓只有0. 7V左右，而上面流過的電流只需要提供NPN管的基極電流和使電阻Rl上的電壓達到0. 7V所需要的電流，所以單個二極管的面積不需要太大。而對于NPN三極管而言，由于它導(dǎo)通后進入開態(tài)，其集電極和發(fā)射極之間的壓降不會太大，相對普通穩(wěn)壓管而言，它的功耗比較小，需要的面積也可以較小。另外，NPN三極管的電流能力也遠比常規(guī)二極管要強，能更有效的起到保護作用。
權(quán)利要求
1. 一種輸入級保護電路，其特征在于其包括NPN三極管Ql、N個二極管D1-Dn和電阻Rl ;所述NPN三極管Ql集電極接輸入端Vin，發(fā)射極接地；所述電阻Rl接在所述NPN三極管Ql基極和發(fā)射極之間；所述N個二極管D1-Dn串聯(lián)接在NPN三極管Ql基極和集電極之間，二極管D1的陽極接NPN三極管Ql的集電極，二極管Dn的陰極接NPN三極管Ql的基極。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種輸入級保護電路，其包括NPN三極管Q1、N個二極管D1-DN和電阻R1；所述NPN三極管Q1集電極接輸入端Vin，發(fā)射極接地；所述電阻R1接在所述NPN三極管Q1基極和發(fā)射極之間；所述N個二極管D1-DN串聯(lián)接在NPN三極管Q1基極和集電極之間，二極管D1的陽極接NPN三極管Q1的集電極，二極管DN的陰極接NPN三極管Q1的基極。本發(fā)明能夠?qū)﹄娐返妮斎爰壴诔霈F(xiàn)異常輸入信號時起到有效的保護作用，保護電壓可以根據(jù)被保護電路的需求設(shè)置，并且可以在不影響電路正常工作和性能的前提下將VZ值設(shè)置到5.8V以下,其應(yīng)用范圍比常規(guī)二極管要寬，所需要的面積也比較小，并且不需要額外的版圖層次和工藝步驟。
文檔編號H02H9/04GK102709900SQ20121018660
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者蘇卡, 馬曉輝 申請人:無錫友達電子有限公司