CN103001205A - 一种应用于电源管脚的静电保护电路 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明主要涉及静电保护电路设计领域,特指一种应用于电源管脚的静电保护电路。
背景技术
集成电路芯片与外界的接口必然会有静电泄放(ESD:electrostatic discharge)问题。当一个高电势的带电体接触到电路的外引脚时,静电泄放现象就会发生。由于芯片每个输入或输出引脚的电容很小,所以ESD产生的电压很大,可能损坏芯片上的器件,导致芯片失效。
为了减轻ESD的问题,芯片IO通常会采用ESD保护电路,通常是将外部电荷放电箝位到VDD或者GND,从而限制了加到芯片内部电路上的电压。由于ESD本身的电路结构不同,在保护电路的同时也引入了一些严重问题,其一是ESD保护电路在节点对地和VDD间引入相当大的电容,降低了工作速度和电路输入输出端口的匹配度;其二是ESD器件会将电源和地信号上的噪声耦合到电路的输入,从而影响了信号的质量;其三是ESD电路若设计不当,可能会导致在静电泄放时导致CMOS电路发生闩锁效应。
发明内容
本发明要解决的问题就在于:针对现有技术存在的技术问题,提出一种应用于电源管脚的静电保护电路。
本发明提出的解决方案为:本电路通过RC电路对静电脉冲的响应特性,控制MOS管瞬时导通,打开对地的静电泄放通路,调节RC的值可以控制静电泄放的时间t,t时间后静电泄放通路会关断,完成静电泄放,保护电源管脚不受静电损坏。
附图说明
图1是本发明的电路原理示意图;
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施对本发明做进一步详细说明。
如图1所示,假设静电是一个阶跃信号Us,假设MOS管M1、M2、M3、M4对应的阈值电压分别为VTH1、VTH2、VTH3和VTH4,栅极电压分别为VG1、VG2、VG3和VG4,则PMOS管M1的栅极电压VG1可以表示为
其中t表示时间,τ是时间常数,即τ=R1C1。根据是(1)可知,VG1随着时间的变化,即电压值从0逐渐增大,当时间趋于无穷大时,VG1=Us,即PMOS管M1会有从打开到关断的过程,其临界条件即
Us-VG1(t1)=|VTH1| (2)
即
即
当时间t∈(0,t1)时,PMOS管M1打开,假设其漏电流为ID1,由于VG1、VG2都在随时间变化,所以ID1也是随时间变化,同理PMOS管M2也会有从打开到关断的过程,若将M1作为理想开关考虑,则其临界条件为
Us-VG2(t2)=|VTH2| (5)
当时间t∈(0,t2)时,PMOS管M2会打开,偏置电压VB>VTH3,NMOS管M3一直处于导通状态,但由于M2的宽长比(W/L)远大于M3的宽长比(W/L),使得此时VG4为高电平,NMOS管M4导通,静电通过M4泄放到GND;静电泄放后,即t∈(t2,∞)时,M1、M2都会关断,而NMOS管M3导通使得VG4为低电平,M4关断,ESD完成。值得注意的是,R、C的具体值需要根据实际情况和应用环境设置,NMOS管M4的尺寸需要结合ESD电流和工艺参数决定。
综上所述,本电路通过RC电路对静电脉冲的响应特性,控制MOS管瞬时导通,实现了静电泄放,保护了电源管脚不受静电损坏。
Claims (1)
1. 一种应用于电源管脚的静电保护电路,其特征在于:
电源管脚信号VDD连接到电阻R1、PMOS管M1的源极以及NMOS管M4的漏极;地信号GND连接到电容C1、电容C2、NMOS管M3的源极以及NMOS管M4源极;电阻R1另一端连接到PMOS管M1的栅极和电容C1的一端,电阻R2的一端连接到PMOS管M1的漏极和PMOS管M2的源极,另一端连接到电容C2和PMOS管M2的栅极;NMOS管M3栅极接偏置信号VB;NMOS管M4的栅极连接到PMOS管M2和NMOS管M3的漏极。
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