專利名稱：差動放大器輸入端防靜電放電保護(hù)電路的制作方法
有關(guān)申請書的參考文獻(xiàn)本申請書要求獲得序號為No.60/161,801的暫定申請書中的權(quán)益，該申請書的提交時間為1999年10月27日。
圖5所示的是一種先前技術(shù)的保護(hù)電路。差動放大器包括雙極型晶體管10、12和14，差動輸入IP和IPB分別連接到晶體管10和14的基極。二極管20連接到晶體管10的基極和發(fā)射極之間，而二極管22連接到晶體管14的基極和發(fā)射極之間。如果是小信號，結(jié)點24，晶體管10和14的共用發(fā)射極作為假接地。晶體管10和14的基極-發(fā)射極結(jié)為靜電提供了非破壞性放電，而二極管20和22提供了對靜電放電的附加防護(hù)。這種電路對涉及電源針的靜電放電提供了有限防護(hù)。此外，對于在輸入端采用雙極型晶體管的電路來說，其使用是受到限制的。
圖6表示的是在先前技術(shù)中廣泛使用的保護(hù)電路。二極管30-36連接到差動輸入IP和IPB之間，而二極管40-46連接到差動輸入和電源針VCC和VEE之間。圖6所示的保護(hù)電路只限于在低頻信號的情況下使用，原因是由二極管加給的大容量負(fù)荷。減小二極管40-46的尺寸會降低靜電放電防護(hù)的效能。
對于采用雙極差動輸入的集成電路的防靜電放電保護(hù)電路見美國專利No.5,862,031，于1999年1月19日授給Wicker et al。
由于已知的保護(hù)電路大容量地加載射頻輸入，射頻輸入經(jīng)常處于無保護(hù)狀態(tài)并且易遭受破壞。因此需要對差動輸入的防靜電放電保護(hù)電路進(jìn)行改進(jìn)。
第一和第二個保護(hù)裝置可分別包括第五和第六個二極管。在最佳實施方案中，第五和第六個二極管中的每一個都要大于第一、二、三和四個二極管中的每一個。最好第一、二、三和四個二極管是匹配的。第一外部插針可包含一個正的電源針，而第二個外部插針可包含一個負(fù)的電源針或電路接地針。
在一個方案中，第一、二、三和四個二極管中的每一個都是作為一個晶體管的集電極-基極結(jié)實施的。在另一個方案中，第一個二極管包含一差動對的第一晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)；第三個二極管包含一差動對的第二晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)；假接地節(jié)點是差動對的一個共用發(fā)射極。
按照發(fā)明的另一個方面，提供對差動輸入電路的防靜電放電保護(hù)方法。該方法包括步驟(a)在第一差動輸入針和假接地節(jié)點之間提供第一放電通道；(b)在第二差動輸入針和假接地節(jié)點之間提供第二放電通道；(c)在假接地節(jié)點和第一外部插針之間提供第三放電通道；(d)在假接地節(jié)點和第二外部插針之間提供第四放電通道。第一個和第二個放電通道最好是雙向的。
按照本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展，提供對差動輸入電路的防靜電放電保護(hù)電路。該電路包括第一和第二個二極管，按相對方向連接在第一差動輸入針和一個假接地節(jié)點之間；第三和第四個二極管，按相對方向連接在第二差動輸入針和假接地節(jié)點之間；第一保護(hù)裝置，連接在假接地節(jié)點和第一外部插針之間。
對附圖的簡要說明為了更好地理解本發(fā)明，特將附圖作為文件的一個部分提供以供參考，其中包括


圖1是按照本發(fā)明設(shè)計的帶有保護(hù)電路的一個示范電路的方框圖；圖2是按照本發(fā)明設(shè)計的一個示范保護(hù)電路的示意圖；圖3是本發(fā)明中的保護(hù)電路實施的第一個例證的示意圖；圖4是本發(fā)明中的保護(hù)電路實施的第二個例證的示意5是第一個采用先前技術(shù)的保護(hù)電路的示意圖；圖6是第二個采用先前技術(shù)的保護(hù)電路的示意圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明圖1是按照本發(fā)明設(shè)計的帶有保護(hù)電路的電路方框圖。電路10有差動輸入針I(yè)P和IPB，并在電源針VCC和VEE接收電源電壓。電路10是一個典型的射頻集成電路，但是本發(fā)明的保護(hù)電路可以同其它帶有差動輸入的電路一起使用。典型的做法是，給電源針VCC加正電壓，給電源針VEE加負(fù)電壓或電路接地。在典型的應(yīng)用中，電路10向在同一個集成電路芯片或另一個集成電路芯片上的附加電路提供輸出。在一個例子中，電路10是一個安裝在移動電話接收機(jī)輸入端的低噪聲放大器。輸入針I(yè)P和IPB可以連接到帶通濾波器，而該濾波器又連接到一個天線。
保護(hù)電路20在輸入針I(yè)P和IPB處接收差動輸入，并且連接到電源針VCC和VEE。保護(hù)電路20的作用是保護(hù)電路10的差動輸入，防止在差動輸入針I(yè)P和IPB和電源針VCC和VEE的任何組合之間發(fā)生靜電放電。差動輸入針I(yè)P和IPB和電源針VCC和VEE是一個集成電路的外部插針。
圖2是按照本發(fā)明設(shè)計的一個示范保護(hù)電路的示意圖。二極管30和32按反方向連接到輸入針I(yè)P和假接地節(jié)點36之間，而二極管40和42按反方向連接到輸入針I(yè)PB和假接地節(jié)點36之間。輸入針I(yè)P和IPB一起組成差動輸入，并且加到輸入針I(yè)P和IPB的差動輸入信號是反相的。二極管30和34的陰極連接到假接地節(jié)點36，二極管32的陰極連接到差動輸入針I(yè)P，而二極管42的陰極連接到差動輸入針I(yè)PB。二極管50連接在假接地節(jié)點36和正電源針VCC之間，而二極管50的陰極連接到電源針VCC。二極管52連接在假接地節(jié)點36和負(fù)電源針VEE之間，而二極管52的陰極連接到假接地節(jié)點36。
圖2所示的保護(hù)電路20在差動輸入針I(yè)P和IPB之間，并且從每個輸入針到每個電源針，提供了雙向防靜電放電保護(hù)。二極管30、32、40和42最好是采用較小的二極管，而二極管50和52較大。這4個小二極管30、32、40和42提供雙向放電通道，從差動輸入針I(yè)P和IPB到假接地節(jié)點36；而兩個大二極管50和52提供雙向放電通道，從假接地節(jié)點36到正、負(fù)電源針VCC和VEE?？傊摫Ｗo(hù)電路為每個阻抗比被保護(hù)的電路低的靜電放電提供放電通道。
所有可能發(fā)生的涉及到輸入針I(yè)P的靜電放電的放電通道見下表1。二極管參考數(shù)字后的“R”表示放電通道是通過一個反向偏置二極管的擊穿實現(xiàn)的。所有其它通道是通過正向偏置二極管。由于對稱，所有涉及到輸入針I(yè)PB的靜電放電都存在類似的放電通道。
表1
二極管30、32、40和42所加的反向偏壓從來不超過它們的正向傳導(dǎo)電壓。二極管50和52的反向擊穿電壓應(yīng)盡可能小，但仍超過電路的最大所需電源電壓并有合理的安全余量。二極管50和52的擊穿模式必須保證不能由于靜電放電而使結(jié)點遭到破壞。這些要求對于靜電保護(hù)裝置是通用的，并且在給定過程中采用一個或多個結(jié)點通常就能夠滿足這些要求。保護(hù)電路20的設(shè)計必須考慮到在正常工作中在輸入針I(yè)P和IPB處出現(xiàn)的任何共模電壓，并且必須保證二極管50和52是加反向偏壓的，而且偏壓不超過二極管50和52的擊穿電壓。
對于出現(xiàn)在輸入針I(yè)P和IPB處的任何平衡的差動輸入信號，節(jié)點36是假接地，在節(jié)點36沒有信號電壓出現(xiàn)。因此，二極管50和52可以做得很大。由于任何寄生電容連接到假接地，沒有電流流入該電容，它不能給輸入端加載。二極管50和52的尺寸通常受到布局方面的限制。圖2所示保護(hù)電路的優(yōu)點是一對大型二極管50和52被兩個輸入分享，因而該電路有效地利用了空間。
保護(hù)電路可承受的靜電保護(hù)程度是受二極管30、32、40和42的尺寸限制的。這些二極管的寄生電容加載輸入端，因此它們尺寸的確定是通過在所需保護(hù)和所需射頻性能之間采取平衡。通常二極管30、32、40和42要比二極管50和52小得多。
圖2所示并在前面描述的保護(hù)電路20采用兩個二極管50和52，分別連接在假接地節(jié)點36和正、負(fù)電源針VCC和VEE之間。通常本發(fā)明的保護(hù)電路可使用一個或多個二極管或其它靜電保護(hù)裝置，每個連接在假接地節(jié)點和集成電路或其它電子電路的外部插針之間。在圖2的例子中，由于外部插針是電源針，保護(hù)電路是用于保護(hù)外部插針免遭靜電破壞。與外部插針的連接最好是直接連接，但是也可以通過一個或多個電子元件，如電阻。
圖3所示的是保護(hù)電路最佳實施方案的示意圖。圖2中的二極管30、32、40和42采用的分別是NPN晶體管130、132、140和142的集電極-基極結(jié)。這些晶體管是單發(fā)射極、單基極接觸裝置，選用的目的是最佳金屬化和在給定CJC(集電極-基極結(jié)的寄生電容)和CJS(集電極-襯底結(jié)寄生電容)情況下的集電極-基極阻抗最低。輸入針I(yè)P由晶體管132的CJS和CJC以及晶體管130的CJC加載，同樣輸入針I(yè)PB由晶體管142的CJS和CJC以及晶體管140的CJC加載。二極管150和152可以是任何靜電保護(hù)二極管或裝置，并且應(yīng)該盡可能的大。
圖4所示的是雙極差動輸入保護(hù)電路另一個實施方案的示意圖。一個差動放大器電路包括NPN輸入晶體管230和240，以及一個電流源晶體管260。二極管232連接到輸入針I(yè)P和晶體管230和240的共用發(fā)射極結(jié)點236之間。二極管242連接到輸入針I(yè)PB和共用發(fā)射極結(jié)點236之間。輸入針I(yè)P和IPB共同組成一個差動輸入，并且加到輸入針I(yè)P和IPB上的差動輸入信號是反相的。二極管250連接到共用發(fā)射極結(jié)點236和電源針VCC之間，而二極管252連接到共用發(fā)射極結(jié)點236和電源針VEE之間。
在圖4的電路中，晶體管230和240的發(fā)射極-基極結(jié)的作用相當(dāng)于一個靜電保護(hù)二極管。圖4的電路與圖2的電路相比較，晶體管230的發(fā)射極-基極結(jié)相當(dāng)于二極管30；二極管232相當(dāng)于二極管32；晶體管240的發(fā)射極-基極結(jié)相當(dāng)于二極管40；二極管242相當(dāng)于二極管42；二極管250相當(dāng)于二極管50；二極管252相當(dāng)于二極管52。共用發(fā)射極結(jié)點236對于小輸入信號來說是假接地，但是對于大的輸入，由于發(fā)射極-基極結(jié)的非線性特性，一些信號會出現(xiàn)在結(jié)點236。因此，該實施方案的效能低于圖3中的方案，并且二極管250和252的寄生電容會遭成一些加載。
其它實施方案包括采用其它裝置，如SCR，取代圖2中的二極管250和252，或者用復(fù)合二極管取代二極管30、32、40和42中的每一個以便增大允許輸入范圍。在圖2的方案中，輸入針I(yè)P和IPB間的電壓受兩個正偏壓二極管的限制。
前面展示和介紹過的實施方案在目前被認(rèn)為是本發(fā)明的最佳實施方案，顯然對于熟悉該項技術(shù)的人們來說，在不超越本發(fā)明按照附加權(quán)利要求規(guī)定的范圍內(nèi)會做一些修改和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一個電路差動輸入的防靜電放電保護(hù)電路，該電路包括第一和第二個二極管，按相對方向連接在第一差動輸入針和一個假接地節(jié)點之間；第三和第四個二極管，按相對方向連接在第二差動輸入針和假接地節(jié)點之間；第一保護(hù)裝置，連接在假接地節(jié)點和第一外部插針之間；和第二保護(hù)裝置，連接在假接地節(jié)點和第二外部插針之間。
2.在權(quán)利要求1中定義的保護(hù)電路中，第一和第二保護(hù)裝置分別包括第五和第六個二極管。
3.在權(quán)利要求2定義的保護(hù)電路中，所述第五和第六個二極管中的每一個都要大于第一、二、三和四個二極管中的每一個。
4.在權(quán)利要求1中定義的保護(hù)電路中，所述第一、二、三和四個二極管應(yīng)基本匹配。
5.在權(quán)利要求1中定義的保護(hù)電路中，所述第一外部插針包含一個正的電源針。
6.在權(quán)利要求5中定義的保護(hù)電路中，所述第二外部插針包含一個負(fù)的電源針。
7.在權(quán)利要求5中定義的保護(hù)電路中，所述第二外部插針包含一個電路接地針。
8.在權(quán)利要求1中定義的保護(hù)電路中，所述第一、二、三和四個二極管中的每一個都是作為一個晶體管的集電極-基極結(jié)實施的。
9.在權(quán)利要求1中定義的保護(hù)電路中，所述第一個二極管包含一個差動對的第一晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)；第三個二極管包含一個差動對的第二個晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)；假接地節(jié)點是差動對的一個共用發(fā)射極。
10.一個電路差動輸入的防靜電放電保護(hù)方法。該方法包括下列步驟(a)在第一個差動輸入針和假接地節(jié)點之間提供第一放電通道；(b)在第二個差動輸入針和假接地節(jié)點之間提供第二放電通道；(c)在假接地節(jié)點和第一外部插針之間提供第三放電通道；和(d)在假接地節(jié)點和第二外部插針之間提供第四放電通道。
11.在權(quán)利要求10中定義的方法中步驟(a)包括提供第一和第二個二極管，按相對方向連接在第一差動輸入針和一個假接地節(jié)點之間；步驟(b)包括提供第三和第四個二極管，按相對方向連接在第二差動輸入針和假接地節(jié)點之間；步驟(c)包括提供第一保護(hù)裝置，連接在假接地節(jié)點和第一個外部插針之間；步驟(d)包括提供第二保護(hù)裝置，連接在假接地節(jié)點和第二外部插針之間。
12.在權(quán)利要求11定義的方法中，步驟(c)包括將所述第一保護(hù)裝置連接到假接地節(jié)點和正電源針之間；步驟(d)包括將所述第二保護(hù)裝置連接在假接地節(jié)點和負(fù)電源針之間。
13.在權(quán)利要求11定義的方法中，步驟(c)包括提供第五個二極管，步驟(d)包括提供第六個二極管。
14.在權(quán)利要求10定義的方法中，步驟(a)包括提供第一雙向放電電路，步驟(b)包括提供第二雙向放電電路。
15.電路差動輸入的防靜電放電保護(hù)設(shè)備，包括在所述電路的第一差動輸入針和假接地節(jié)點之間提供第一放電通道的設(shè)備；在所述電路的第二差動輸入針和假接地節(jié)點之間提供第二放電通道的設(shè)備；在假接地節(jié)點和第一外部插針之間提供第三放電通道的設(shè)備；和在假接地節(jié)點和第二外部插針之間提供第四放電通道的設(shè)備。
16.在權(quán)利要求15定義的設(shè)備中，所述提供第一放電通道的設(shè)備包括第一和第二個二極管，按相對方向連接在第一差動輸入針和一個假接地節(jié)點之間；所述提供第二放電通道的設(shè)備包括第三和第四個二極管，按相對方向連接在第二差動輸入針和一個假接地節(jié)點之間；所述提供第三放電通道的設(shè)備包括第一保護(hù)裝置，連接在假接地節(jié)點和第一外部插針之間；所述提供第四放電通道的設(shè)備包括第二保護(hù)裝置，連接在假接地節(jié)點和第二外部插針之間。
17.在權(quán)利要求16定義的設(shè)備中，所述第一、二、三和四個二極管中的每一個都是作為一個晶體管的集電極-基極結(jié)實施的。
18.在權(quán)利要求16定義的設(shè)備中，所述第一和第二保護(hù)裝置分別包括第五和第六個二極管。
19.在權(quán)利要求15定義的設(shè)備中，所述第一外部插針包括一個正電源針，而第二外部插針包括一個負(fù)電源針或電路接地針。
20.在權(quán)利要求15定義的設(shè)備中，所述第一和第二放電通道包括雙向放電通道。
21.一個電路差動輸入的防靜電放電保護(hù)電路，包括第一和第二個二極管，按相對方向連接在第一差動輸入針和一個假接地節(jié)點之間；第三和第四個二極管，按相對方向連接在第二差動輸入針和假接地節(jié)點之間；和一個靜電放電保護(hù)裝置，連接在假接地節(jié)點和一個外部插針之間。
22.在權(quán)利要求21定義的保護(hù)電路中，所述保護(hù)裝置包括第五個二極管。
全文摘要
一種保護(hù)電路防止差動輸入電路如,RF電路的靜電放電。電路包括第一和第二個二極管(Q1,D2),按相對方向連接在第一差動輸入針(IP)和一個假接地節(jié)點(236)之間;第三和第四個二極管(Q3,D4),按相對方向連接在第二差動輸入針(IPB)和假接地節(jié)點(236)之間;第一保護(hù)裝置(D5),連接在假接地節(jié)點(236)和第一外部插針之間,如正的電源針(VCC);第二保護(hù)裝置(D6),連接在假接地節(jié)點(236)和第二外部插針之間,如負(fù)的電源針(VEE)。第一和第二保護(hù)裝置分別包括第五和第六個二極管。由于在假接地節(jié)點沒有信號出現(xiàn),所以第五和第六個二極管的電容沒有感應(yīng),因此,第五和第六個二極管可以做得很大。
文檔編號H03F1/52GK1384980SQ00815006
公開日2002年12月11日 申請日期2000年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月27日
發(fā)明者斯蒂芬·喬納森·布倫特 申請人:模擬裝置公司