電荷泵靜電放電保護的制作方法
【專利摘要】用于實現(xiàn)針對放大器和采用電荷泵的其它電路系統(tǒng)的靜電放電（ESD）保護的技術(shù)。在示例性實施例中，響應(yīng)于在電源電壓節(jié)點和負(fù)輸出電壓節(jié)點之間檢測到ESD事件，閉合將飛馳電容器第二節(jié)點耦合至負(fù)輸出電壓節(jié)點的Vneg開關(guān)。響應(yīng)于在接地節(jié)點和負(fù)輸出電壓節(jié)點之間檢測到ESD事件，閉合將接地節(jié)點耦合至飛馳電容器第二節(jié)點的接地開關(guān)。響應(yīng)于在接地節(jié)點和負(fù)輸出電壓節(jié)點之間檢測到ESD事件，還閉合Vneg開關(guān)。還公開了用于在耦合至電荷泵的功率放大器的輸出端提供片上驟回鉗位電路以進行針對如由IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)所定義的ESD事件的防護的其他技術(shù)。
【專利說明】電荷泵靜電放電保護
[0001]背景
[0002]領(lǐng)域
[0003]本公開涉及放電保護，并且尤其涉及針對放大器和其它采用電荷泵的電路系統(tǒng)的靜電放電(ESD)保護。
[0004]背景
[0005]電荷泵通常在電子電路系統(tǒng)中被用于逐步升降給定的電壓電源電平，和/或用于將該電源反相成反向電壓電平以為負(fù)載供電。電荷泵可在例如G類放大器架構(gòu)中得到應(yīng)用，其中提供給放大器的電源電壓可取決于輸入信號要被放大的程度而變化。電荷泵也可被用于為除放大器以外的其它類型的負(fù)載供電。
[0006]為了保護電荷泵的端子免受靜電放電(ESD)影響，諸如齊納二極管和RC觸發(fā)式功率鉗位電路(power clamp)之類的保護設(shè)備可被稱合在易受ESD影響的端子之間。此類保護設(shè)備可將ESD電流從電荷泵電路系統(tǒng)以及耦合至這些端子的其它電路系統(tǒng)分流開去，由此防止對此種電路系統(tǒng)的毀壞。電路可能需要抵抗的ESD等級的示例可如根據(jù)例如本領(lǐng)域已知的人體模型(HBM)、或者由國際電工委員會公布的IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)所描述。常規(guī)的ESD保護設(shè)備可采用片上(on-chip)或片外(off-chip)組件,其中片外組件通常比片上組件更貴。
[0007]在正常的電荷泵操作期間，電荷泵的一個或多個輸出電源電壓可取決于為該電荷泵所選擇的增益模式而在低電平和高電平之間切換。電荷泵輸出電源電壓的此種增益切換可能會無意地致使耦合至這些電源電壓的一個或多個鉗位電路導(dǎo)通，從而不期望地導(dǎo)致發(fā)生通過這些鉗位電路的電流泄漏。替換地，由負(fù)載從電荷泵汲取的電流可能會致使在電荷泵輸出電源電壓上呈現(xiàn)大波紋，這同樣會促使發(fā)生通過這些鉗位電路的電流泄漏。
[0008]將希望提供最優(yōu)地與電荷泵操作兼容的ESD保護技術(shù)。還將希望提供用于將此類ESD保護技術(shù)集成在片上以降低其實現(xiàn)成本的技術(shù)。
[0009]附圖簡述
[0010]圖1解說根據(jù)本公開的電荷泵應(yīng)用的示例性實施例。
[0011]圖2解說根據(jù)本公開的電荷泵內(nèi)的內(nèi)部開關(guān)的示例性實施例。
[0012]圖2A解說參照圖2描述的電荷泵的示例性實施例，其中開關(guān)S1-S6實現(xiàn)為多個MOS晶體管M1-M6。
[0013]圖3A解說開關(guān)S1-S6在第一增益模式(或即增益=1/2)中在三個階段上的示例性配置。
[0014]圖3B解說這些開關(guān)在第二增益模式(或即增益=1)中在兩個階段上的配置。
[0015]圖4解說針對參照圖2描述的電荷泵的端子的靜電放電(ESD)保護方案的示例性實施例。
[0016]圖4A解說動態(tài)鉗位電路的示例性實施例。
[0017]圖5解說針對參照圖2A描述的電荷泵的靜電放電保護方案的示例性實施例。
[0018]圖6解說用于生成驅(qū)動M4的電壓D4’的M4控制模塊525的示例性實施例。[0019]圖7解說用于實現(xiàn)以上參照圖6描述的各功能的示例性電路系統(tǒng)。
[0020]圖8解說用于生成驅(qū)動M5的電壓D5’的M5控制模塊515的示例性實施例。
[0021]圖9解說用于實現(xiàn)以上參照圖8描述的各功能的示例性電路系統(tǒng)。
[0022]圖10解說用于提供IEC級保護的方案的示例性實施例。
[0023]圖11解說第一和第二 IEC鉗位電路的示例性實施例。
[0024]圖12解說根據(jù)本公開的方法的示例性實施例。
[0025]詳細(xì)描述
[0026]以下參照附圖更全面地描述了本公開的各個方面。然而，本公開可用許多不同的形式實施并且不應(yīng)解釋為被限定于本公開通篇所給出的任何特定結(jié)構(gòu)或功能。確切而言，提供這些方面使得本公開將是透徹和完整的，并且其將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全傳達(dá)本公開的范圍?；诒疚闹械慕虒?dǎo)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)領(lǐng)會，本公開的范圍旨在覆蓋本文中所披露的本公開的任何方面，不論其是與本公開的任何其他方面相獨立地還是組合地實現(xiàn)的。例如，可以使用本文所闡述的任何數(shù)目的方面來實現(xiàn)裝置或?qū)嵺`方法。另外，本公開的范圍旨在覆蓋使用作為本文中所闡述的本公開的各種方面的補充或者與之不同的其他結(jié)構(gòu)、功能性、或者結(jié)構(gòu)及功能性來實踐的此類裝置或方法。應(yīng)當(dāng)理解，本文中所披露的本公開的任何方面可以由權(quán)利要求的一個或更多個元素來實施。
[0027]下面結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述旨在作為對本發(fā)明的示例性方面的描述，而非旨在代表可在其中實踐本發(fā)明的僅有示例性方面。貫穿本描述使用的術(shù)語“示例性”意指“用作示例、實例或解說”，并且不應(yīng)當(dāng)一定要解釋成優(yōu)于或勝過其他示例性方面。本詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的示例性方面的透徹理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，沒有這些具體細(xì)節(jié)也可實踐本發(fā)明的示例性方面。在一些實例中，公知的結(jié)構(gòu)和器件以框圖形式示出以免湮沒本文中給出的示例性方面的新穎性。
[0028]圖1解說根據(jù)本公開的電荷泵應(yīng)用的示例性實施例。注意，圖1所示的電荷泵應(yīng)用僅是為解說目的而示出的，而不意圖將本公開的范圍限定于任何特定的電荷泵應(yīng)用。
[0029]在圖1中，向電荷泵120提供來自電源10的電源電壓Vddl05a。在示例性實施例中，電源10可以是例如，也向其它電子模塊供電的開關(guān)模式電源(SMPS )。通過在電荷泵120中配置(圖1中未示出)多個開關(guān)以相繼對飛馳電容器(flying capacitor125進行充電和放電，電荷泵120就從電壓Vddl05a生成輸出電壓Vlros (V正)120a和Vneg (V11) 120b。在示出的示例性實施例中，電荷泵增益(或即從Vdd電平到Vptjs和Vmg電平的相對增益)由控制信號cp_增益IlOa控制。同樣，決定了內(nèi)部電荷泵開關(guān)被激活的頻率的電荷泵開關(guān)切換頻率由控制信號cp_fclkllOb控制?？刂菩盘朿p_增益和cp_fclk可提供給控制內(nèi)部電荷泵開關(guān)的斷開和閉合的開關(guān)控制模塊123。
[0030]如圖1所示，可提供電容器Cptjs (C正)161和Cneg (C11) 162以存儲由電荷泵提供的能量，以及分別保持電壓電平Vp()S120a和Vneg120b以向放大器20供電。功率放大器20放大節(jié)點20a處的輸入電壓以在節(jié)點20b處生成輸出電壓。
[0031]圖2解說根據(jù)本公開的電荷泵內(nèi)的內(nèi)部開關(guān)的示例性實施例。注意，圖2中所示的特定電荷泵僅是為解說目的而描述的，而不意圖將本公開的范圍限定于電荷泵中的開關(guān)的任何特定實現(xiàn)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會，可以使用替換的開關(guān)數(shù)量和/或開關(guān)拓?fù)鋪韺崿F(xiàn)本文參照圖2描述的相同功能。構(gòu)想了此類替換示例性實施例是落在本公開的范圍之內(nèi)的。
[0032]在圖2中，飛馳電容器C125具有耦合至多個開關(guān)S1-S6的節(jié)點Clp、Cln。Clp和Cln在本文中也分別記為飛馳電容器第一和第二節(jié)點。開關(guān)S1-S6被配置為由圖1所示的開關(guān)控制模塊123在如下文中進一步描述的一系列操作階段上斷開和閉合，以生成輸出電壓Vp()S120a和Vneg120b。具體地，在對應(yīng)于增益=1/2的第一增益模式中，Vpos120a和Vneg120b可分別對應(yīng)于Vdd/2和-Vdd/2，而在對應(yīng)于增益=1的第二增益模式中，Vp()S120a和Vneg120b可分別對應(yīng)于Vdd和-Vdd。
[0033]注意，開關(guān)S4在本文中也可記為“接地開關(guān)”，而開關(guān)S5在本文中也可記為“Vneg開關(guān)”。
[0034]圖2A解說參照圖2描述的電荷泵的示例性實施例，其中開關(guān)S1-S6實現(xiàn)為多個MOS晶體管M1-M6。晶體管M1-M6的每一個由相應(yīng)的驅(qū)動器201-206驅(qū)動，驅(qū)動器201-206可緩沖由例如開關(guān)控 制模塊123生成的控制電壓“控制1-6”。將領(lǐng)會，在某些示例性實施例中，個體晶體管的大小及其驅(qū)動電路可關(guān)于彼此有所不同，這取決于由每個晶體管處置的期望電壓和電流負(fù)載。
[0035]圖3A解說開關(guān)S1-S6在第一增益模式(或即增益=1/2)中在三個階段上的的示例性配置。如圖3A所示，在階段I期間，的節(jié)點Clp和Cln分別被耦合至Vdd和Npos節(jié)點。在階段11期間，節(jié)點Clp和Cln分別被耦合至Vptjs和GND節(jié)點。在階段III期間，節(jié)點Clp和Cln分別被耦合至GND和Vn6g節(jié)點。
[0036]從前述開關(guān)配置將領(lǐng)會，跨的總電壓在穩(wěn)定狀態(tài)(受未示出的負(fù)載模塊汲取的電流所制約)中將趨近Vdd/2，因為階段I和II有效地在階段I和II期間將電源電壓Vdd在Nvos和GND之間一分為二。在階段III期間，(^馳被反相，且Vneg趨近-Vdd/2。
[0037]圖3B解說這些開關(guān)在第二增益模式(或即增益=1)中在兩個階段上的配置。如圖3B所示，在階段I期間，的節(jié)點Clp被耦合至Vdd和Vrros兩者，而的節(jié)點Cln被耦合至GND。在此階段，電源電壓Vdd經(jīng)由開關(guān)SI直接向的節(jié)點Clp充電。Vdd也經(jīng)由開關(guān)SI和S3的串聯(lián)連接被耦合至正(pos)輸出電壓節(jié)點Vlros,由此對電容器CP()S161的端子之一充電(圖3A中未示出)。在階段I中，跨的總電壓趨近Vdd，且Vlros也趨近Vdd。
[0038]在階段II期間，節(jié)點Clp和Cln分別被耦合至GND和Vn6g節(jié)點。在此階段，Cln經(jīng)由S5被耦合至負(fù)(neg)輸出電壓節(jié)點Vneg,由此致使電壓Vneg趨近-Vdd，并對電容器Cneg162的端子之一充電(圖3B中未示出)。
[0039]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還將領(lǐng)會，在替換示例性實施例中，各階段的順序無需如圖3A和3B所示，且可代之以被替換地安排。例如，所示的任何階段可按順序切換。此外，將領(lǐng)會，在電荷泵的不要求反相(負(fù))電源電壓的某些應(yīng)用中，增益模式=1/2的階段III可被省略。構(gòu)想了此類替換示例性實施例是落在本公開的范圍之內(nèi)的。
[0040]圖4解說針對參照圖2描述的電荷泵的端子的靜電放電(ESD)保護方案的示例性實施例。注意，圖4的示例性ESD保護方案僅是為解說目的而示出，并且并不旨在限定本公開的范圍。
[0041]在圖4中，標(biāo)記為400a_400f的節(jié)點分別對應(yīng)于電耦合至Vdd、GND、Vptjs、Vneg、Clp和Cln的各端子。在示例性實施例中，各節(jié)點的每一個可被耦合至將相應(yīng)端子連接至片外引線的輸出焊盤。如圖4所示并在以下進一步描述的，多個鉗位電路和反向偏置保護二極管被設(shè)置在各節(jié)點之間以在高電壓積累在其中任何節(jié)點之間的情況下使電流分流。
[0042]例如，在圖4中，鉗位電路410被設(shè)置在Vdd400a和Vneg400d之間。動態(tài)鉗位電路420被設(shè)置在Vdd400a和GND400b之間。動態(tài)鉗位電路430被設(shè)置在GND400b和Vneg400d之間。在示例性實施例中，鉗位電路410可以是針對比鉗位電路420和430更高的電壓來設(shè)計的，因為指望鉗位電路410能支持節(jié)點Vdd和Vneg之間的電路中最高的電壓差。
[0043]在示例性實施例中，動態(tài)鉗位電路可表示例如RC觸發(fā)式的非常大的場效應(yīng)晶體管，或即“大FET”，諸如圖4A所解說的。將領(lǐng)會，此類鉗位電路可感測端子A和B之間的ESD事件，并起到在感測到此類ESD事件之際導(dǎo)通該鉗位電路內(nèi)的大FET的作用。注意，鑒于本文公開的原理，圖4A中的鉗位電路的操作對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將是清楚的。還注意，圖4A的動態(tài)鉗位電路僅是為解說目的而示出的，而不意圖將本公開的范圍限定于鉗位電路的任何特定實現(xiàn)。
[0044]圖4還示出了設(shè)置在Vdd400a和Vp JOOc之間的反向偏置二極管451、以及設(shè)置在Vpos400c和GND400b之間的反向偏置二極管452。二極管453和454類似地分別被設(shè)置在Vdd400a和Clp400e之間，以及Clp400e和GND400b之間。二極管455和456分別被設(shè)置在Vdd400a和Cln400f之間，以及Cln400f和Vneg400c之間。最后，二極管457被設(shè)置在Clp400e和Cln400f之間。
[0045]將領(lǐng)會，在電荷泵操作期間，當(dāng)電荷泵增益被切換(例如，從增益=1/2切換至增益=1)時，由于期望電壓電平從-Vdd/2迅速變?yōu)?Vdd，因此在耦合至Vneg的節(jié)點400d處可能出現(xiàn)相對大的瞬態(tài)電壓。此種瞬態(tài)電壓可能不期望地導(dǎo)致將Vneg400d耦合至GND400b的動態(tài)鉗位電路430中有泄漏電流。因此提供用于在耦合至Vneg的節(jié)點400d處進行針對電荷泵操作期間預(yù)期的電壓擺動作了最優(yōu)化的ESD保護的技術(shù)將是有利的。
[0046]圖5解說針對參照圖2A描述的電荷泵的靜電放電保護方案的示例性實施例。注意，圖5的示例性實施例僅是為解說目的而示出的，并且并不旨在限定本公開的范圍。類似地，除非另行注明，否則圖4和圖5中被相似地標(biāo)記的元件可對應(yīng)于執(zhí)行類似功能的元件。
[0047]在圖5中，第一 ESD檢測模塊510被配置成檢測節(jié)點Vdd400a和Vneg400d之間的靜電放電事件。模塊510生成指示符信號DetA，其值在檢測到ESD事件的情況下為邏輯高，否則為邏輯低。此外，第二 ESD檢測模塊520被配置成檢測節(jié)點GND400b和Vneg400d之間的靜電放電事件。模塊520生成指示符信號DetB，其值在檢測到ESD事件的情況下為邏輯高，否則為邏輯低。注意，在本說明書和權(quán)利要求書中，DetA和DetB的每一者取決于上下文或者表示信號，或者表示電壓，且此種含義對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是清楚的。
[0048]在圖5中，晶體管M4被耦合在節(jié)點GND400b和Cln400f之間。圖5中示出的晶體管M4可與圖2A中示出的開關(guān)晶體管M4相同，也記為接地開關(guān)。然而，代替驅(qū)動圖2A中的晶體管M4的驅(qū)動電壓D4的是，圖5中的M4的驅(qū)動電壓是相關(guān)電壓D4’，其由M4控制模塊525生成。模塊525接受來自模塊520的指示符信號DetB。
[0049]晶體管M5被耦合在節(jié)點Cln400f和Vneg400d之間。圖5中示出的晶體管M5可與圖2A中示出的開關(guān)晶體管M5相同，也記為Vneg開關(guān)。代替驅(qū)動圖2A中的晶體管M5的驅(qū)動電壓D5的是，圖5中的M5的驅(qū)動電壓可以是相關(guān)電壓D5’，其可由M5控制模塊515生成。模塊515分別接受來自模塊510和520的指示符信號DetA和DetB。
[0050]根據(jù)圖5所示的ESD保護方案，當(dāng)在GND400b和Cln400f之間發(fā)生ESD事件時，ESD電流從GND通過ESD檢測模塊520流向Vneg,并進一步從Vneg通過二極管456流向Cln。作為響應(yīng)，ESD檢測模塊520將指示符信號DetB設(shè)置為高，且M4控制模塊525相應(yīng)地使用D4’來導(dǎo)通晶體管M4。M4的導(dǎo)通提供了從GND到Cln的導(dǎo)電路徑，由此防止在這些節(jié)點之間聚集起過量的電壓。
[0051]類似地，當(dāng)在Cln400f和Vneg400d之間發(fā)生ESD事件時，電流從Cln通過二極管455流向Vdd，且從Vdd通過ESD檢測模塊510流向Vneg。作為響應(yīng)，ESD檢測模塊510將指示符信號DetA設(shè)置為高，且M5控制模塊515使用D5’來導(dǎo)通晶體管M5。這提供了從Cln到Vneg的導(dǎo)電路徑。
[0052]此外，當(dāng)在GND和Vneg之間發(fā)生ESD事件時，ESD檢測模塊520將指示符信號DetB設(shè)置為高。作為響應(yīng)，M4控制模塊525和M5控制模塊515自動地分別經(jīng)由D4’和D5’導(dǎo)通晶體管M4和M5兩者。這提供了從GND400b經(jīng)由M4和M5的串聯(lián)連接到Vneg400d的導(dǎo)電路徑。
[0053]圖6解說用于生成驅(qū)動M4的電壓D4’的M4控制模塊525的示例性實施例。注意，圖6的功能框僅是為解說目的而示出的，并且并不旨在限定本公開的范圍。在替換示例性實施例中，將領(lǐng)會，任何功能框可被組合，和/或?qū)τ诒绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員而言清楚的額外邏輯元件可被按需引入。構(gòu)想了此類替換示例性實施例是落在本公開的范圍之內(nèi)的。
[0054]在圖6中，M4驅(qū)動器204設(shè)有禁用輸入600a，其在激活之際可選擇性地關(guān)斷M4驅(qū)動器204的驅(qū)動能力。禁用輸入600a被耦合至由ESD檢測模塊520生成的指示符信號DetB。指示符信號DetB還被提供給柵極上拉模塊610。柵極上拉模塊610被配置成響應(yīng)于DetB為高將M4的柵極拉高，由此導(dǎo)通晶體管M4。當(dāng)DetB為低時，柵極上拉模塊610可對M4的柵極呈現(xiàn)高阻抗。
[0055]圖7解說用于實現(xiàn)以上參照圖6描述的各功能的示例性電路系統(tǒng)。注意，該示例性電路系統(tǒng)僅是為解說目的而示出的，而不意圖將本公開的范圍限定于所描述的這些框的任何特定實現(xiàn)。
[0056]在圖7中，示例性ESD檢測模塊520.1包括了在支持電壓DetB的節(jié)點處耦合至電阻器712的電容器710。在示例性實施例中，電容器710可例如為5pF，且電阻器712可為例如200k Ω。將領(lǐng)會，這些值可被選擇成為模塊520.1設(shè)置特定的RC時間常數(shù)，例如，I微秒。在示例性實施例中，電容器710可為片上MOS電容器。將領(lǐng)會，在沒有從GND到Vneg的電流時，電壓DetB將保持接近于Vneg,而從GND到Vneg的電流浪涌將致使電壓DetB走高。
[0057]在圖7中，電壓DetB還被耦合至包括晶體管722、724的反相器720。反相器720的輸出被耦合至示例性柵極上拉模塊610.1。模塊610.1包括PMOS晶體管730和二極管732。將領(lǐng)會，當(dāng)晶體管730截止時，則模塊610.1有效地在M4的柵極和GND之間形成開路。然而，當(dāng)晶體管730被反相器720的輸出所導(dǎo)通時，二極管732將M4的柵極電耦合到GND，由此導(dǎo)通M4。
[0058]圖7中還示出了包括晶體管740、742、744、746的示例性M4驅(qū)動器204.1，其操作可由可選擇性地使晶體管746截止的下拉晶體管750來禁用。
[0059]圖8解說用于生成驅(qū)動M5的電壓D5’的M5控制模塊515的示例性實施例。如本文較早針對模塊515描述的，將領(lǐng)會，圖8中的功能框僅是為解說目的而示出的，并且并不旨在限定本公開的范圍。在替換示例性實施例中，將領(lǐng)會，任何功能框可被組合，和/或可按需引入額外的邏輯元件。構(gòu)想了此類替換示例性實施例是落在本公開的范圍之內(nèi)的。
[0060]在圖8中，M5驅(qū)動器205設(shè)有禁用輸入800a，其在激活之際可選擇性地關(guān)斷M5驅(qū)動器205的驅(qū)動能力。禁用輸入800a被耦合至由ESD檢測模塊510生成的指示符信號DetA以及由ESD檢測模塊520生成的指示符信號DetB兩者。信號DetA和DetB還被提供給柵極上拉模塊810。柵極上拉模塊810被配置成響應(yīng)于或DetA或DetB為高將M5的柵極拉高，由此導(dǎo)通晶體管M5。當(dāng)DetA和DetB均為低時，柵極上拉模塊810可對M5的柵極呈現(xiàn)高阻抗。
[0061]圖9解說用于實現(xiàn)以上參照圖8描述的各功能的示例性電路系統(tǒng)。注意，示例性電路系統(tǒng)僅是為解說目的而示出的，而不意圖將本公開的范圍限定于所描述的這些框的任何特定實現(xiàn)。
[0062]在圖9中，示例性ESD檢測模塊510.1包括了在支持電壓DetA的節(jié)點處耦合至電阻器912的電容器910。在示例性實施例中，電容器910可為例如5pF，且電阻器912可為例如200k Ω。將領(lǐng)會，在沒有從Vdd到Vneg的電流時，電壓DetA將保持接近于Vneg,而從Vdd到Vneg的電流浪涌將致使電壓DetA走高。在圖9中，電壓DetA還被耦合至包括晶體管922、924的反相器920。反相器920的輸出被耦合至示例性柵極上拉模塊810.1。模塊810.1包括PMOS晶體管930和二極管932。將領(lǐng)會，當(dāng)晶體管930截止時，則模塊810.1有效地在M5的柵極和Cln之間形成開路。然而，當(dāng)晶體管930被反相器920的輸出所導(dǎo)通時，二極管932將M5的柵極電耦合到Cln。
[0063]圖9中還示出了包括晶體管940、942、944、946的示例性M5驅(qū)動器205.1，其操作可由可選擇性使晶體管946截止的下拉晶體管950來禁用。
[0064]在本公開的另一方面，描述了用于向功率放大器提供片上IEC級保護的技術(shù)。根據(jù)國際電工委員會(IEC) 61000-4-2ESD保護，本文描述的電荷泵和功率放大器電路系統(tǒng)可被設(shè)計成抵抗例如在功率放大器輸出焊盤處關(guān)于GND高達(dá)30安培的放電電流。圖10解說用于提供此種IEC級保護的方案的示例性實施例。在圖10中，某些元件類似于以上較早前描述的元件地被標(biāo)記。在此類實例中，將領(lǐng)會，類似地標(biāo)記的元件可執(zhí)行類似功能，除非另外注明。
[0065]在圖10中，電荷泵區(qū)段1000A與功率放大器區(qū)段1000B接口。在示例性實施例中，電荷泵區(qū)段1000A和功率放大器區(qū)段1000B兩者可設(shè)置在單個芯片上。連同M4-M5鉗位電路1010 —起提供了二極管451、452和鉗位電路410、420，以提供針對電荷泵1000A的ESD保護特征，如上文先前描述的。在示例性實施例中，M4-M5鉗位電路1010可實現(xiàn)參照圖5-9描述的ESD保護技術(shù)。
[0066]在功率放大器區(qū)段1000B中，功率放大器20.1被配置來放大節(jié)點20.1a處的輸入電壓，以在節(jié)點20.1b處生成輸出電壓。電荷泵輸出電壓Vptjs和Vneg分別通過晶體管1082和1084來提供以驅(qū)動功率放大器輸出20.lb。注意，動態(tài)鉗位電路1070還可設(shè)在Vdd和GND之間。
[0067]在圖10中，提供第一 IEC鉗位電路1090以將輸出節(jié)點20.1b鉗位至Vp()S，且提供第二 IEC鉗位電路1092以將輸出節(jié)點20.1b鉗位至GND。在示例性實施例中，IEC鉗位電路1090、1092的每一者可為片上驟回(snapback)鉗位電路，例如，實現(xiàn)為接地柵極NMOS(GGNMOS)晶體管。將領(lǐng)會，提供第一 IEC鉗位電路1090可有利地將跨PMOS晶體管1082的漏極-源極電壓減小至小于保持電壓(例如10V)，由此防止PMOS晶體管1082進入驟回狀態(tài)。在示例性實施例中，不必為PMOS晶體管1082提供漏極鎮(zhèn)流或自對準(zhǔn)多晶硅化阻斷(salicide block)，而NMOS晶體管1084可納入最小限度的漏極鎮(zhèn)流，例如0.43微米。
[0068]將領(lǐng)會，當(dāng)涉及大的正電壓的ESD事件出現(xiàn)在輸出節(jié)點20.1b處時，第二 IEC鉗位電路1092通過二極管531將ESD電流從輸出節(jié)點20.1b分流至GND。當(dāng)涉及大的負(fù)電壓的ESD事件出現(xiàn)在輸出節(jié)點20.1b上時，通過二極管452和第一 IEC鉗位電路1090將ESD電流從GND分流至輸出節(jié)點20.lb。此外，也出現(xiàn)并行導(dǎo)電路徑以通過M4-M5鉗位電路1010和第二 IEC鉗位電路1092中出現(xiàn)的反相二極管將ESD電流從GND分流至輸出節(jié)點20.lb。
[0069]圖11解說第一和第二 IEC鉗位電路1090和1092的示例性實施例。在圖11中，第一鉗位電路1090.1是本領(lǐng)域已知的基板觸發(fā)式驟回鉗位電路。如圖11所示，NMOSl 132的基板連接至Vneg。在負(fù)IEC事件期間，當(dāng)輸出20.1b處的焊盤電壓變?yōu)樨?fù)時，則NM0S1132的體二極管導(dǎo)通，由此向NM0S1132的基板注入電流，并導(dǎo)通NMOS內(nèi)出現(xiàn)的寄生BJT。第二鉗位電路1092.1是柵極拉挽驟回鉗位電路。NMOS上的柵極拉挽將起到降低NM0S1144的漏極-基板二極管的雪崩擊穿閾值的作用。這有助于該設(shè)備在該設(shè)備的保持電壓進入驟回模式(例如，導(dǎo)通NM0S1144內(nèi)的寄生BJT)。如果沒有應(yīng)用柵極拉挽，則該設(shè)備將在該設(shè)備的觸發(fā)電壓進入驟回，觸發(fā)電壓比保持電壓要高得多。例如，對NMOS設(shè)備而言，保持電壓可為5V，且觸發(fā)電壓可為8V。圖12解說根據(jù)本公開的方法1200的示例性實施例。注意，圖12的方法僅是為解說目的而示出的，而不意圖將本公開的范圍限定于所示的任何特定方法。
[0070]在圖12中，在框1210，多個開關(guān)被配置成相繼將飛馳電容器的第一和第二節(jié)點與多個節(jié)點電耦合以及解耦。這多個節(jié)點可包括電源電壓節(jié)點、正輸出電壓節(jié)點、負(fù)輸出電壓節(jié)點、以及接地節(jié)點。在示例性實施例中，這多個開關(guān)包括將飛馳電容器的第二節(jié)點耦合至負(fù)輸出電壓節(jié)點的Vneg開關(guān)。
[0071]在框1220，檢測到電源電壓節(jié)點和負(fù)輸出電壓節(jié)點之間的ESD事件。
[0072]在框1230，Vneg開關(guān)被配置成響應(yīng)于檢測到在電源電壓節(jié)點和負(fù)輸出電壓節(jié)點之間的ESD事件，將飛馳電容器第二節(jié)點電耦合至負(fù)輸出電壓節(jié)點。
[0073]在框1240，還檢測到接地節(jié)點和負(fù)輸出電壓節(jié)點之間的ESD事件。
[0074]在框1250，接地開關(guān)被配置成響應(yīng)于檢測到在接地節(jié)點和負(fù)輸出電壓節(jié)點之間的ESD事件，將接地節(jié)點電耦合至飛馳電容器第二節(jié)點。
[0075]在本說明書并且在權(quán)利要求書中，將理解，當(dāng)一元件被稱為“連接至”或“耦合至”另一元件時，該元件可以直接連接或耦合至該另一元件或者可以存在居間元件。相反，當(dāng)一元件被稱為“直接連接至”或“直接耦合至”另一元件時，不存在居間元件。此外，當(dāng)元件被稱為“電耦合”到另一元件時，其指示在此類元件之間呈現(xiàn)低電阻路徑，而當(dāng)元件被稱為僅是“耦合”到另一元件時，在此類元件之間可能有也可能沒有低電阻路徑。
[0076]本領(lǐng)域技術(shù)人員將可理解，信息和信號可使用各種不同技術(shù)和技藝中的任何技術(shù)和技藝來表示。例如，以上描述通篇引述的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、位(比特)、碼元、和碼片可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光學(xué)粒子、或其任何組合來表示。
[0077]本領(lǐng)域技術(shù)人員將可進一步領(lǐng)會，結(jié)合本文中公開的示例性方面描述的各種解說性邏輯框、模塊、電路、和算法步驟可被實現(xiàn)為電子硬件、計算機軟件、或兩者的組合。為清楚地解說硬件與軟件的這一可互換性，各種解說性組件、框、模塊、電路、和步驟在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此類功能性是被實現(xiàn)為硬件還是軟件取決于具體應(yīng)用和施加于整體系統(tǒng)的設(shè)計約束。技術(shù)人員可針對每種特定應(yīng)用以不同方式來實現(xiàn)所描述的功能性，但此類實現(xiàn)決策不應(yīng)被解讀為致使脫離本發(fā)明的示例性方面的范圍。
[0078]結(jié)合本文中公開的示例性方面描述的各種解說性邏輯框、模塊、以及電路可用通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其設(shè)計成執(zhí)行本文中描述的功能的任何組合來實現(xiàn)或執(zhí)行。通用處理器可以是微處理器，但在替換方案中，該處理器可以是任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器、或狀態(tài)機。處理器還可以被實現(xiàn)為計算設(shè)備的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器、與DSP核心協(xié)作的一個或多個微處理器、或任何其它此類配置。
[0079]結(jié)合本文中所公開的示例性方面所描述的方法或算法的步驟可以直接在硬件中、在由處理器執(zhí)行的軟件模塊中、或在這兩者的組合中實施。軟件模塊可駐留在隨機存取存儲器(RAM)、閃存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦式可編程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盤、可移動盤、CD-ROM、或本領(lǐng)域中所知的任何其他形式的存儲介質(zhì)中。示例性存儲介質(zhì)被耦合到處理器以使得該處理器能從/向該存儲介質(zhì)讀和寫信息。在替換方案中，存儲介質(zhì)可以被整合到處理器。處理器和存儲介質(zhì)可駐留在ASIC中。ASIC可駐留在用戶終端中。在替換方案中，處理器和存儲介質(zhì)可作為分立組件駐留在用戶終端中。
[0080]在一個或多個示例性方面中，所描述的功能可在硬件、軟件、固件或其任何組合中實現(xiàn)。如果在軟件中實現(xiàn)，則各功能可以作為一條或多條指令或代碼存儲在計算機可讀介質(zhì)上或藉其進行傳送。計算機可讀介質(zhì)包括計算機存儲介質(zhì)和通信介質(zhì)兩者，其包括促成計算機程序從一地向另一地轉(zhuǎn)移的任何介質(zhì)。存儲介質(zhì)可以是能被計算機訪問的任何可用介質(zhì)。作為示例而非限定，這樣的計算機可讀介質(zhì)可包括RAM、ROM、EEPR0M、CD-ROM或其他光盤存儲、磁盤存儲或其他磁存儲設(shè)備、或能被用來攜帶或存儲指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的期望程序代碼且能被計算機訪問的任何其他介質(zhì)。任何連接也被正當(dāng)?shù)胤Q為計算機可讀介質(zhì)。例如，如果軟件是使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(DSL)、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術(shù)從web網(wǎng)站、服務(wù)器、或其它遠(yuǎn)程源傳送而來，則該同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術(shù)就被包括在介質(zhì)的定義之中。如本文中所使用的盤和碟包括壓縮碟(CD)、激光碟、光碟、數(shù)字多用碟(DVD)、軟盤和藍(lán)光碟，其中盤(disk)常常磁性地再現(xiàn)數(shù)據(jù)而碟(disc)用激光光學(xué)地再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述的組合也應(yīng)被包括在計算機可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。
[0081]提供了以上對所公開的示例性方面的描述是為了使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員皆能夠制作或使用本發(fā)明。對這些示例性方面的各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，并且本文中定義的普適原理可被應(yīng)用于其他示例性方面而不會脫離本發(fā)明的精神或范圍。由此，本公開并非旨在被限定于本文中示出的示例性方面，而是應(yīng)被授予與本文中公開的原理和新穎性特征一致的最廣義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括: 多個開關(guān)，配置成相繼將飛馳電容器的第一和第二節(jié)點與多個節(jié)點電耦合以及解耦，其中所述多個開關(guān)包括將所述飛馳電容器的所述第二節(jié)點耦合至負(fù)輸出電壓節(jié)點的Vn6g開關(guān)；以及 第一 ESD檢測模塊，配置成在電源電壓節(jié)點和負(fù)輸出電壓節(jié)點之間檢測ESD事件，所述Vneg開關(guān)配置成響應(yīng)于由所述第一 ESD檢測模塊檢測到的ESD事件，將所述飛馳電容器第二節(jié)點電耦合至所述負(fù)輸出電壓節(jié)點。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個開關(guān)還包括將所述接地節(jié)點耦合至所述飛馳電容器第二節(jié)點的接地開關(guān)，所述裝置還包括: 第二 ESD檢測模塊，配置成在接地節(jié)點和所述負(fù)輸出電壓節(jié)點之間檢測ESD事件，所述接地開關(guān)還配置成響應(yīng)于由所述第二 ESD檢測模塊檢測到的ESD事件，將所述接地節(jié)點電耦合至所述飛馳電容器第二節(jié)點。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括從所述負(fù)輸出電壓節(jié)點向所述飛馳電容器第二節(jié)點正向偏置的二極管。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，所述Vn6g開關(guān)還配置成響應(yīng)于由所述第二ESD檢測模塊檢測到的ESD事件，將所述飛馳電容器第二節(jié)點電耦合至所述負(fù)輸出電壓節(jié)點。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，還包括從所述飛馳電容器第二節(jié)點向所述電源電壓節(jié)點正向偏置的二極管。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，所述Vn6g開關(guān)包括NMOS晶體管，所述裝置還包括驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路用于在正常`電荷泵操作期間驅(qū)動所述NMOS晶體管，所述驅(qū)動電路配置成響應(yīng)于由所述第一 ESD檢測模塊檢測到的所述ESD事件被禁用，所述裝置還包括第一柵極上拉模塊，所述第一柵極上拉模塊配置成響應(yīng)于由所述第一 ESD檢測模塊檢測到的所述ESD事件上拉所述Vneg開關(guān)的所述NMOS晶體管的柵極。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，所述驅(qū)動電路配置成響應(yīng)于由所述第二ESD檢測模塊檢測到的所述ESD事件被禁用，所述第一柵極上拉模塊還配置成響應(yīng)于由所述第二 ESD檢測模塊檢測到的所述ESD事件上拉所述V胃開關(guān)的所述NMOS晶體管的所述柵極。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，所述第一ESD檢測模塊包括: 電容器，將所述電源電壓節(jié)點耦合至第一 ESD檢測電壓節(jié)點；以及 電阻器，將所述第一 ESD檢測電壓節(jié)點耦合至所述負(fù)輸出電壓節(jié)點。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，所述第一ESD檢測模塊包括: 電容器，將所述電源電壓節(jié)點耦合至第一 ESD檢測電壓節(jié)點；以及 電阻器，耦合所述第一 ESD檢測電壓節(jié)點和所述負(fù)輸出電壓節(jié)點；所述第一柵極上拉模塊包括: PMOS晶體管，包括耦合至所述飛馳電容器第二節(jié)點的源極；以及 二極管，將所述PMOS晶體管的漏極耦合至所述Vmg開關(guān)的所述NMOS晶體管的所述柵極，所述二極管從所述PMOS晶體管的所述漏極向所述NMOS晶體管的所述柵極正向偏置；所述裝置還包括: 反相器，將所述第一 ESD檢測電壓節(jié)點耦合至所述第一柵極上拉模塊的所述PMOS晶體管的所述柵極。
10.如權(quán)利要求2所述的裝置，所述接地開關(guān)包括NMOS晶體管，所述裝置還包括驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路用于在正常電荷泵操作期間驅(qū)動所述NMOS晶體管，所述驅(qū)動電路配置成響應(yīng)于由所述第二 ESD檢測模塊檢測到的所述ESD事件被禁用，所述裝置還包括第二柵極上拉模塊，所述第二柵極上拉模塊配置成響應(yīng)于由所述第二 ESD檢測模塊檢測到的所述ESD事件上拉所述接地開關(guān)的所述NMOS晶體管的所述柵極。
11.如權(quán)利要求2所述的裝置，所述第二ESD檢測模塊包括: 電容器，將所述接地節(jié)點耦合至第二 ESD檢測電壓節(jié)點；以及 電阻器，將所述第二 ESD檢測電壓節(jié)點耦合至所述負(fù)輸出電壓節(jié)點。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，所述第二ESD檢測模塊包括: 電容器，將所述接地節(jié)點耦合至第二 ESD檢測電壓節(jié)點；以及 電阻器，將所述第二 ESD檢測電壓節(jié)點耦合至所述負(fù)輸出電壓節(jié)點；所述第二柵極上拉模塊包括: PMOS晶體管，包括耦合至所述飛馳電容器第二節(jié)點的源極；以及 二極管，將所述PMOS晶體管的漏極耦合至所述接地開關(guān)的所述NMOS晶體管的所述柵極，所述二極管從所述PMOS晶體管的所述漏極向所述NMOS晶體管的所述柵極正向偏置；所述裝置還包括: 反相器，將所述第二 ESD檢測電壓節(jié)點耦合至所述第二柵極上拉模塊的所述PMOS晶體管的所述柵極。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，所述接地開關(guān)包括NMOS晶體管，所述裝置還包括驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路用于在正常電荷泵操作期間驅(qū)動所述NMOS晶體管，所述驅(qū)動電路配置成響應(yīng)于由所述第二 ESD檢測模塊檢測到的所述ESD事件被禁用，所述裝置還包括第二柵極上拉模塊，所述第二柵極上拉模塊配置成響應(yīng)于由所述第二 ESD檢測模塊檢測到的所述ESD事件上拉所述接地開關(guān)的所述NMOS晶體管的所述柵極；所述第二 ESD檢測模塊包括: 電容器，將所述接地節(jié)點耦合至第二 ESD檢測電壓節(jié)點；以及 電阻器，將所述第二 ESD檢測電壓節(jié)點耦合至所述負(fù)輸出電壓節(jié)點；所述第二柵極上拉模塊包括: PMOS晶體管，包括耦合至所述飛馳電容器第二節(jié)點的源極；以及 二極管，將所述PMOS晶體管的漏極耦合至所述接地開關(guān)的所述NMOS晶體管的所述柵極，所述二極管從所述PMOS晶體管的所述漏極向所述NMOS晶體管的所述柵極正向偏置；所述裝置還包括: 反相器，將所述第二 ESD檢測電壓節(jié)點耦合至所述第二柵極上拉模塊的所述PMOS晶體管的所述柵極。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括: 功率放大器，耦合至正輸出電壓節(jié)點和所述負(fù)輸出電壓節(jié)點，所述功率放大器包括輸出節(jié)點；以及 第一片上驟回鉗位電路，將所述功率放大器輸出節(jié)點耦合至所述正輸出電壓節(jié)點。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，所述第一片上驟回鉗位電路包括基板觸發(fā)式的驟回鉗位電路。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括:功率放大器,耦合至正輸出電壓節(jié)點和負(fù)輸出電壓節(jié)點，所述功率放大器包括輸出節(jié)點；以及 第二片上驟回鉗位電路，將所述功率放大器輸出節(jié)點耦合至所述負(fù)輸出電壓節(jié)點。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，所述第二片上驟回鉗位電路包括柵極拉挽驟回鉗位電路。
18.—種方法,包括: 配置多個開關(guān)以相繼將飛馳電容器的第一和第二節(jié)點與多個節(jié)點電耦合以及解耦，其中所述多個開關(guān)包括將所述飛馳電容器的所述第二節(jié)點耦合至負(fù)輸出電壓節(jié)點的Vn6g開關(guān)；以及 在電源電壓節(jié)點和所述負(fù)輸出電壓節(jié)點之間檢測ESD事件；以及 配置所述Vn6g開關(guān)以響應(yīng)于檢測到所述ESD事件將所述飛馳電容器第二節(jié)點電耦合至所述負(fù)輸出電壓節(jié)點。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述多個開關(guān)還包括將接地節(jié)點耦合至所述飛馳電容器第二節(jié)點的接地開關(guān)，所述方法還包括: 在所述接地節(jié)點和所述負(fù)輸出電壓節(jié)點之間檢測ESD事件；以及 配置所述接地開關(guān)以響應(yīng)于在所述接地節(jié)點和所述負(fù)輸出電壓節(jié)點之間檢測到所述ESD事件，將所述接地節(jié)·點電耦合至所述飛馳電容器第二節(jié)點。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括: 配置所述Vn6g開關(guān)以響應(yīng)于在所述電源電壓節(jié)點和所述負(fù)輸出電壓節(jié)點之間檢測到所述ESD事件，將所述飛馳電容器第二節(jié)點電耦合至所述負(fù)輸出電壓節(jié)點。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括: 使用功率放大器放大輸入電壓以在輸出節(jié)點生成輸出電壓，所述功率放大器耦合至正輸出電壓節(jié)點和所述負(fù)輸出電壓節(jié)點；以及 使用第一片上驟回鉗位電路將所述功率放大器輸出節(jié)點耦合至所述正輸出電壓節(jié)點，所述第一片上驟回鉗位電路包括基板觸發(fā)式的驟回鉗位電路。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括: 使用功率放大器放大輸入電壓以在輸出節(jié)點生成輸出電壓，所述功率放大器耦合至正輸出電壓節(jié)點和所述負(fù)輸出電壓節(jié)點；以及 使用第二片上驟回鉗位電路將所述功率放大器輸出節(jié)點耦合至所述負(fù)輸出電壓節(jié)點，所述第二片上驟回鉗位電路包括柵極拉挽驟回鉗位電路。
23.—種設(shè)備,包括: 多個開關(guān)，配置成相繼將飛馳電容器的第一和第二節(jié)點與多個節(jié)點電耦合以及解耦，其中所述多個開關(guān)包括將所述飛馳電容器的所述第二節(jié)點耦合至負(fù)輸出電壓節(jié)點的Vn6g開關(guān)；以及 用于配置所述Vn6g開關(guān)以響應(yīng)于在電源電壓節(jié)點和所述負(fù)輸出電壓節(jié)點之間檢測到ESD事件，將所述飛馳電容器第二節(jié)點電耦合至所述負(fù)輸出電壓節(jié)點的裝置。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個開關(guān)還包括將接地節(jié)點耦合至所述飛馳電容器第二節(jié)點的接地開關(guān)，所述設(shè)備還包括: 用于配置所述接地開關(guān)以響應(yīng)于在所述接地節(jié)點和所述負(fù)輸出電壓節(jié)點之間檢測到ESD事件，將所述接地節(jié) 點電耦合至所述飛馳電容器第二節(jié)點的裝置。
【文檔編號】H03F1/52GK103430448SQ201280013240
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月14日
【發(fā)明者】A·斯里瓦斯塔瓦, E·R·沃克萊, G·繆, X·全 申請人:高通股份有限公司