CN106786463A - 高压esd保护触发电路 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种高压ESD保护触发电路，所述触发电路包括一具有电压钳位的器件，其阴极接输入输出衬垫；一电容，其第一端接输入输出衬垫；一第一电阻和第二电阻；一第一NMOS管，其源极接地，其栅极与所述电容的第二端相连接，其漏极与所述第二电阻的第一端相连接；所述具有电压钳位的器件的阳极与所述第二电阻的第二端相连接，所述第一电阻的一端与所述电容的第二端以及所述第一NMOS管的栅极相连接，所述第一电阻的另一端接地。让大尺寸的驱动NMOS管(N_Driver，N型驱动管)的gate端在ESD时置高电位，均匀开启驱动NMOS管(N_Driver管)的所有沟道帮助泄放ESD电流，提高ESD保护的能力。

Description

高压ESD保护触发电路
技术领域
本发明涉及一种静电释放(Electro Static Discharge，ESD)保护的触发电路，特别是一种高压ESD保护触发电路。
背景技术
在集成电路生产、封装、测试、存放、搬运过程中，静电放电作为一种不可避免的自然现象而普遍存在。随着集成电路工艺特征尺寸的减小和各种先进工艺的发展，集成电路被ESD现象损毁的情况越来越普遍，有关研究调查表明，集成电路失效产品的30％都是由于遭受静电放电现象所引起的。因此，使用高性能的ESD防护器件对集成电路电路加以保护显得十分重要。
图1示出了现有技术ESD的保护电路图。现有ESD保护电路包括NMOS管和电阻，NMOS管的漏极连接输入输出(IO)衬垫(PAD)，NMOS管的源极接地，电阻连接在NMOS管的栅极和源极之间。在ESD正脉冲产生时，ESD正脉冲会使高压通过NMOS管的漏栅电容耦合到栅极使NMOS管打开，从而实现静电释放。图1中作为输出电路的N型驱动管(N_driver)即NMOS管N102也会直接接触到ESD正脉冲，NMOS管的漏极连接输入输出衬垫、源极接地，NMOS管的栅极连接驱动信号Pre-drive，驱动信号Pre-drive由内部电路(未示出)提供。NMOS管本来是作为输出电路的驱动管的，由于NMOS管的漏极之间和输入输出衬垫连接，故NMOS管身要具有ESD自保护能力。现有技术中，为了使N_driver管即NMOS管具有ESD自保护能力，一般N_driver管需要按照ESD的规则(rule)来设计，即通过按照ESD的规则(rule)来设计使得N_driver有ESD自保护的能力。因为普通常规(normal)的NMOS的ESD自保护能力是相当弱的。而在ESD的rule中，一般都需要NMOS在漏区(drain)端增加硅化物阻挡层(silicide block，SB)。
常规的高压IO的输出一般要按照ESD的rule(规则)来设计，才会有较强的ESD自保护能力。而有些应用比如大驱动、开关管等要求使用的MOS非常大，通常要到几千甚至几万微米，这个时候如果按照ESD的rule来设计会需要非常大的输入输出(IO)面积。如果按照常规的规则normal rule来设计，又常常不能均匀开启，ESD自保护能力差，这个时候就需要ESD触发电路来提高ESD自保护的能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高压ESD保护的触发电路，能提高输出驱动管的自保护能力。
为解决以上技术问题，本发明提供一种高压ESD保护触发电路，所述触发电路包括：
一具有电压钳位的器件，其阴极接输入输出衬垫；
一电容，其第一端接输入输出衬垫；
一第一电阻和第二电阻；
一第一NMOS管，其源极接地，其栅极与所述电容的第二端相连接，其漏极与所述第二电阻的第一端相连接；
所述具有电压钳位的器件的阳极与所述第二电阻的第二端相连接，所述第一电阻的一端与所述电容的第二端以及所述第一NMOS管的栅极相连接，所述第一电阻的另一端接地。
优选地，所述电路还包括一驱动NMOS管，所述驱动NMOS管的栅极与所述具有电压钳位的器件的阳极相连接，所述驱动NMOS管的漏极接所述输入输出衬垫，所述驱动NMOS管的源极接地。
优选地，所述驱动NMOS管的栅极与第一NMOS管之间串联所述第二电阻。
优选地，所述驱动NMOS管的栅极连接内部电路。
优选地，所述具有电压钳位的器件的击穿电压高于输入输出衬垫的工作电压。
优选地，所述具有电压钳位的器件的击穿电压低于所述驱动NMOS管的击穿电压。
优选地，所述第一电阻为1000欧姆以上，所述第二电阻为1000欧姆以上。
优选地，所述具有电压钳位的器件为钳位二极管。
优选地，所述具有电压钳位的器件为双极结型晶体管。
优选地，所述具有电压钳位的器件为P-LDMOS管。
优选地，所述具有电压钳位的器件为N-LDMOS管。
本发明采用的高压ESD保护触发电路，让大尺寸的驱动NMOS管(N_Driver，N型驱动管)的gate端在ESD时置高电位，均匀开启驱动NMOS管(N_Driver管)的所有沟道帮助泄放ESD电流，提高ESD保护的能力。
附图说明
图1为现有技术的ESD保护电路图。
图2为本发明一较佳实施例的高压ESD保护触发电路图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及积极效果更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。
如图2示出了本发明一个较佳实施例的电路图的连接方式，由一个电容C1，一个钳位二极管(clamp diode)，一个普通常规(normal)NMOS管和两个限流电阻R1和R2组成一ESD触发电路，所述钳位二极管(clamp diode)的阴极接输入输出衬垫(IO)，阳极接电阻R2，所述电容C1的一端连接IO(输入输出衬垫)，一端连接R1和N1的栅极(gate)端；电阻R1的另一端接地(GND)；NMOS管N1的源极(source)和基极(bulk)端接地，漏端(drain)连接电阻R2的一端；电阻R2的另外一端接所述钳位二极管的阳极。
本实施例的电路还包括一驱动NMOS管，所述驱动NMOS管的栅极与所述具有电压钳位的器件的阳极相连接，所述驱动NMOS管的漏极接所述输入输出衬垫，所述驱动NMOS管的源极接地。这样的连接方式，让大尺寸的驱动NMOS管(N_Driver，N型驱动管)的gate端在ESD时置高电位，均匀开启驱动NMOS管(N_Driver管)的所有沟道帮助泄放ESD电流，提高ESD保护的能力。
作为驱动管的NMOS(N_Driver)的栅极(gate)可以直接连接至内部电路，其电位由内部电路控制。
本发明中，所述钳位二极管(clamp diode)的选择需要和输入输出衬垫(IO)的工作电压以及驱动NMOS管(N_Driver管)的击穿电压相配合，钳位二极管(clamp diode)的击穿电压要高于输入输出衬垫的工作电压以确保触发电路在正常工作时是不启动的；同时又要比驱动NMOS管(N_Driver管)的击穿电压低，来保证ESD事件来临时触发电路能在驱动NMOS管(N_Driver管)发生击穿前工作。
限流电阻R1和R2在1000欧姆以上，通过提高负载的总电阻而减少电流，这样可以避免过大的电流烧毁用电器，也能起到分压的作用。
本发明的电路在正常工作时，N1管由于gate端通过R1接地，处于关断状态，钳位二极管(clamp diode)由于击穿电压高于工作电压也处于截止状态；驱动NMOS管(N_Driver管)的栅极(gate)电位由内部控制电路控制。当ESD事件在输入输出衬垫(IO)端发生时，N1管由于R1和C1组成的RC触发会处于开启状态；同时由于输入输出衬垫(IO)端的电位抬升到一定电位，会使得钳位二极管(clamp diode)发生击穿，电流会流过钳位二极管(clampdiode)，电阻R2和N1管，使得驱动NMOS管(N_Driver管)的栅极(gate)端处于高电位，从而使大面积的驱动NMOS管(N_Driver管)的沟道能够均匀开启，帮助ESD电流从输入输出(IO)端到地(GND)的泄放，从而提高驱动NMOS管(N_Driver管)的自保护能力。
本实施例中的钳位二极管(clamp diode)，可以用其他一切具有电压钳位的器件代替，比如双极结型晶体管，或LDMOS管，从而可以实现不同的功能效果。如：使用钳位二极管的功能效果是：对ESD信号响应快速，设计简单方便，可利用工艺上的不同P-
N结做为钳位二极管，实现钳位效果；
使用双极结型晶体管的功能效果是：钳位设计灵活，因为一个双极结型晶体管的BVEB，BVCB和BVCEO是不一样的，可利用不同的击穿电压实现不同的钳位效果；
使用LDMOS管的功能效果是：LDMOS的钳位设计方便调节。LDMOS结构成熟，BV可在很大范围内自由调节，利用LDMOS实现钳位效果，可以在一定范围内设计出满足不同应用电压的钳位，不受工艺限制。
以上通过具体实施例对于本发明进行了详细说明，但这些并非构成对本发明的限制，在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员可作出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种高压ESD保护触发电路，其特征在于，所述触发电路包括：
一具有电压钳位的器件，其阴极接输入输出衬垫；
一电容，其第一端接输入输出衬垫；
一第一电阻和第二电阻；
一第一NMOS管，其源极接地，其栅极与所述电容的第二端相连接，其漏极与所述第二电阻的第一端相连接；
所述具有电压钳位的器件的阳极与所述第二电阻的第二端相连接，所述第一电阻的一端与所述电容的第二端以及所述第一NMOS管的栅极相连接，所述第一电阻的另一端接地。
2.如权利要求1所述的高压ESD保护触发电路，其特征在于，所述电路还包括一驱动NMOS管，所述驱动NMOS管的栅极与所述具有电压钳位的器件的阳极相连接，所述驱动NMOS管的漏极接所述输入输出衬垫，所述驱动NMOS管的源极接地。
3.如权利要求2所述的高压ESD保护触发电路，其特征在于，所述驱动NMOS管的栅极与第一NMOS管之间串联所述第二电阻。
4.如权利要求3所述的高压ESD保护触发电路，其特征在于，所述驱动NMOS管的栅极连接内部电路。
5.如权利要求3所述的高压ESD保护触发电路，其特征在于，所述具有电压钳位的器件的击穿电压高于输入输出衬垫的工作电压。
6.如权利要求5所述的高压ESD保护触发电路，其特征在于，所述具有电压钳位的器件的击穿电压低于所述驱动NMOS管的击穿电压。
7.如权利要求1-6中之一所述的高压ESD保护触发电路，其特征在于，所述第一电阻为1000欧姆以上，所述第二电阻为1000欧姆以上。
8.如权利要求1-6中之一所述的高压ESD保护触发电路，其特征在于，所述具有电压钳位的器件为钳位二极管。
9.如权利要求1-6中之一所述的高压ESD保护触发电路，其特征在于，所述具有电压钳位的器件为双极结型晶体管，该双极结型晶体管的集电极(C)与所述第二电阻的第二端相连接，发射极(E)与输入输出衬垫相连接，基极(B)悬空。
10.如权利要求1-6中之一所述的高压ESD保护触发电路，其特征在于，所述具有电压钳位的器件为P-LDMOS管，该P-LDMOS管的漏极(D)与所述第二电阻的第二端相连接，源极(S)、栅极(G)、衬底(B)与输入输出衬垫相连接。
11.如权利要求1-6中之一所述的高压ESD保护触发电路，其特征在于，所述具有电压钳位的器件为N-LDMOS管，该N-LDMOS管的源极(S)、栅极(G)、衬底(B)与所述第二电阻的第二端相连接，漏极(D)与输入输出衬垫相连接。
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