CN109314388A - 静电泄放保护电路及集成电路芯片 - Google Patents

静电泄放保护电路及集成电路芯片 Download PDF

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Abstract

本申请涉及电子技术领域，提供了一种静电泄放保护电路及集成电路芯片。静电泄放保护电路包括：并联在电源接脚与接地接脚之间的场效应管触发模块、分压模块与泄放模块(103)；分压模块包括第一分压单元(1021)与第二分压单元(1022)；第一分压单元与第二分压单元串联连接，连接点作为分压模块的输出端；场效应管触发模块的输出端与分压模块的输出端连接；分压模块的输出端与泄放模块的输入端连接；场效应管触发模块在电源接脚受到静电攻击时导通，第一分压单元被短路，分压模块的输出端电压被上拉至高电平，泄放模块导通并泄放电源接脚处的静电。本申请能够缩小静电泄放电路的版图面积，并获取更强的静电泄放能力。

Description

静电泄放保护电路及集成电路芯片
技术领域
本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种静电泄放保护电路及集成电路芯片。
背景技术
在集成电路芯片的生产、封装、测试、运输等过程中，都会出现不同程度的静电泄放事件。静电泄放是集成电路浮接的情况下，大量的电荷从外向内灌入集成电路的瞬间过程，在此过程中很容易造成集成电路芯片的失效。
本专利申请的发明人发现：现有技术典型的静电泄放保护电路如图1所示，包括电容C1、电容C3、电阻R1以及场效应晶体管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8以及M9。在正常工作时，电源接脚处VDDH缓慢上电，GND为0电位，M5、M6、M7、M8以及M9提供VDDH到GND的分压，VM为VDDH分压后所得中间电位(VM等于0.5VDDH)，VG_ND为低电平，M2导通，M1截止，没有从VDDH至GND的漏电，并且实现VM和VDDH之间的电位不会太高而击穿M2。在电源接脚处VDDH静电攻击时，VDDH猛增，电源接脚处为高电位，在C3的耦合作用下VM电位被拉高，同时通过电阻R1为电容C1缓慢充电，VG_ND被拉高至VM，M1和M2同时导通实现VDDH处的静电泄放。其中，C1上极板充至高电位前，VG_ND一直处于与VM相同的高电位，静电由VDDH经M1和M2泄放至GND。C1上极板充至高电位时，VG_ND被拉至GND，此时M1截止，静电泄放通路断开。
不难看出，上述电路中的VM是靠C3耦合至尽可能接近VDDH的高电平。为实现M1和M2最高的放电能力，需使得VM等于VDDH，但在此条件下，M2尺寸较大，所需要的电容C3容值较大，C3尺寸也较大，从而使得整个电路的版图面积很大，容易造成芯片面积的浪费。
发明内容
本申请部分实施例的目的在于提供一种静电泄放保护电路及集成电路芯片，旨在缩小静电泄放电路的版图面积，并获取更强的静电泄放能力。
本申请实施例提供了一种静电泄放保护电路，包括：并联在电源接脚与接地接脚之间的场效应管触发模块、分压模块以及泄放模块；其中，分压模块包括第一分压单元以及第二分压单元，第一分压单元与第二分压单元串联连接，且第一分压单元与第二分压单元的连接点作为分压模块的输出端；
场效应管触发模块的输出端与分压模块的输出端连接；
分压模块的输出端与泄放模块的输入端连接；
场效应管触发模块在电源接脚受到静电攻击时导通，第一分压单元被短路，分压模块的输出端电压被上拉至高电平，泄放模块导通并泄放电源接脚处的静电。
本申请实施例还提供了一种集成电路芯片，包括上述的静电泄放保护电路。
本申请实施例相对于现有技术而言，在静电泄放保护电路中设置场效应管触发模块来替代现有技术中的电容C3，场效应管触发模块在电源接脚受到静电攻击时直接导通，实现分压模块的输出端电压被上拉至高电平，此时泄放模块导通，电源接脚处点静电经泄放模块泄放至地。其中，由于场效应管触发模块直接导通便可以实现分压模块的输出端电压上拉至与电源接脚处电压相等，无需借助电容进行耦合，因而能够实现静电泄放电路的较强泄放能力，并缩小静电泄放电路的整体版图面积。
另外，场效应管触发模块具体包括：检测单元以及场效应管；检测单元连接在电源接脚以及接地接脚之间，且检测单元的输出端与场效应管的栅极连接；场效应管的源极与电源接脚连接，漏极作为场效应管触发模块的输出端；其中，电源接脚静电攻击时，检测单元的输出端为低电平。本实施例提供了场效应管触发模块的一种具体实现形式，增加了本申请实施例的灵活性。并且，利用检测单元来保证场效应管在静态工作时没有过压风险，场效应管触发模块更可靠。
另外，检测单元具体包括：电阻以及电容；电阻以及电容依次串联在电源接脚以及接地接脚之间；其中，电阻与电容的连接端作为检测单元的输出端。本实施例提供的检测单元结构较为简单。
另外，场效应管触发模块具体包括：第三分压单元、第四分压单元、检测单元、驱动单元以及场效应管；第三分压单元的第一端与电源接脚连接，第二端与第四分压单元的第一端连接；第四分压单元的第二端与接地接脚连接；检测单元以及驱动单元均并联在电源接脚以及接地接脚之间；第三分压单元的第二端与驱动单元的第一输入端连接；检测单元的输出端与驱动单元的第二输入端连接；场效应管的栅极与驱动单元的输出端连接，源极与电源接脚连接，漏极作为场效应管触发模块的输出端；其中，电源接脚受到静电攻击时，第三分压单元的第二端为低电平，检测单元的输出端为高电平，驱动单元的输出端为低电平。本实施例提供了场效应管触发模块的一种具体实现形式，增加了本申请实施例的灵活性。并且，利用检测单元以及驱动单元来保证场效应管在静态工作时没有过压风险，场效应管触发模块更可靠。
另外，检测单元具体包括：电容以及电阻；电容以及电阻依次串联在电源接脚以及接地接脚之间；其中，电容与电阻的连接端作为检测单元的输出端。本实施例提供的检测单元结构较为简单。
另外，驱动单元具体包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管以及第四场效应管；第一场效应管的栅极与检测单元的输出端连接，源极与接地接脚连接，漏极与第二场效应管的源极连接；第二场效应管的栅极与第三分压单元的第二端连接，漏极与第三场效应管的漏极连接；第三场效应管的源极与电源接脚连接，栅极与第四场效应管的源极连接；第四场效应管的栅极与第三分压单元的第二端连接，漏极与检测单元的输出端连接。本实施例提供了驱动单元的一种具体实现形式，增加了本申请实施例的灵活性。并且，驱动单元是由多个场效应管构成的，驱动单元的版图面积较小。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是现有技术中静电泄放保护电路的电路图；
图2是本申请第一实施例中的静电泄放保护电路的示意图；
图3是本申请第二实施例中的静电泄放保护电路的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请部分实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请第一实施例涉及一种静电泄放保护电路，如图2所示，包括：并联在电源接脚VDDH与接地接脚GND之间的场效应管触发模块、分压模块以及泄放模块103。其中，分压模块包括第一分压单元1021以及第二分压单元1022，第一分压单元1021与第二分压单元1022串联连接，且第一分压单元1021与第二分压单元1022的连接点作为分压模块的输出端。
具体地说，场效应管触发模块的输出端与分压模块的输出端连接，分压模块的输出端与泄放模块103的输入端连接。其中，场效应管触发模块在电源接脚VDDH受到静电攻击时导通，第一分压单元1021被短路，分压模块的输出端电压被上拉至高电平，泄放模块103导通并泄放电源接脚VDDH处的静电。以下对本实施例中静电泄放保护电路各功能模块的具体结构进行说明：
场效应管触发模块，包括：检测单元1011以及场效应管M10。检测单元1011连接在电源接脚VDDH以及接地接脚GND之间，且检测单元1011的输出端与场效应管M10的栅极连接。场效应管M10的源极与电源接脚VDDH连接，漏极作为场效应管触发模块的输出端。
其中，检测单元1011包括电阻R2以及电容C2。电阻R2以及电容C2依次串联在电源接脚VDDH以及接地接脚GND之间。电阻R2与电容C2的连接端作为检测单元的输出端，即RC2_OUT作为输出端。
第一分压单元1021可以包括场效应管M7、M8以及M9，具体连接关系可以如图2所示：M9的源极连接至VDDH。M9的栅极与漏极连接，并连接至M8的源极。M8的栅极与漏极连接，并连接至M7的源极。M7的栅极与漏极连接，并连接至第二分压单元1022。第二分压单元1022可以包括场效应管M5、M6，具体连接关系可以如图2所示，即，M7的栅极与漏极连接，并与M6的栅极以及漏极连接，M6的源极与M5的栅极以及漏极连接，M5的源极连接至接地接脚GND。
泄放模块103包括缓冲单元、反相器、第五场效应管M1以及第六场效应管M2。缓冲单元以及反相器并联在分压模块的输出端以及接地接脚GND之间。缓冲单元的输出端与反相器的输入端连接，反相器的输出端与M1的栅极连接，M1的源极与接地引脚GND连接，漏极与M2的源极连接。M2的漏极与电源引脚VDDH连接，栅极作为泄放模块103的输入端。
其中，缓冲单元为RC振荡电路，由电阻R1以及电容C1构成。电阻R1一端与分压模块的输出端连接，另一端与C1连接，C1还与接地引脚GND连接。反相器由场效应管M3、M4构成，具体连接如图2所示。
以下对本实施例中静电泄放电路的工作原理进行解释说明：
(1)VDDH未受到静电攻击：
VDDH缓慢上电，M5、M6、M7、M8以及M9提供VDDH到GND的分压，VM为VDDH分压后所得中间电位，VM等于0.5VDDH，M2导通。RC1_OUT为高电平，RC1_OUT经反相器得到VG_ND，VG_ND为低电平，M1截止，没有静态电流，泄放模块103不导通。此时，RC2_OUT为高电平VDDH，M10处于截止状态，无静态电流，且由于M10的漏极电压为VM，因此M10没有过压风险。
(2)VDDH受到静电攻击：
VDDH电压猛增，而检测单元1011中的R2、C2来不及响应，因此RC2_OUT相对于VDDH而言为低电平，M10导通，第一分压单元1021被短路，VM被上拉至VDDH，M2导通。同时，缓冲单元中的R1、C1来不及响应，因此RC1_OUT相对于VM而言为低电平，RC1_OUT经反相器得到VG_ND，VG_ND为高电平，M1导通。由于M1，M2均导通，即泄放模块103导通，因此VDDH处的静电经M1和M2泄放至GND。在缓冲单元中的电容C1上极板被充至高电平时，M1截止，泄放模块103再次不导通。
本实施例相对于现有技术而言，在静电泄放保护电路中设置场效应管触发模块来替代现有技术中的电容C3，场效应管触发模块在电源接脚VDDH受到静电攻击时直接导通，实现分压模块的输出端电压被上拉至高电平，此时泄放模块103导通，电源接脚VDDH处点静电经泄放模块103泄放至地。其中，由于场效应管触发模块直接导通便可以实现分压模块的输出端电压上拉至与电源接脚VDDH处电压相等，无需借助电容进行耦合，因而能够实现静电泄放电路的较强泄放能力，并缩小静电泄放电路的整体版图面积。
本申请第二实施例涉及一种静电泄放保护电路，如图3所示。第二实施例与第一实施例大致相同，主要区别之处在于：场效应管触发模块的实现形式不同，以下进行具体说明：
本实施例中，场效应管触发模块具体包括：第三分压单元1012、第四分压单元1013、检测单元1011、驱动单元1014以及场效应管M10。第三分压单元1012的第一端与电源接脚VDDH连接，第二端与第四分压单元1013的第一端连接，第四分压单元1013的第二端与接地接脚GND连接。检测单元1011以及驱动单元1014均并联在电源接脚VDDH以及接地接脚GND之间。第三分压单元1012的第二端与驱动单元1014的第一输入端连接，检测单元1011的输出端与驱动单元1014的第二输入端连接，场效应管M10的栅极与驱动单元1014的输出端连接，源极与电源接脚VDDH连接，漏极作为场效应管触发模块的输出端。其中，电源接脚VDDH受到静电攻击时，第三分压单元1012的第二端为低电平，检测单元1011的输出端为高电平，驱动单元1013的输出端为低电平。以下对本实施例中场效应管触发模块各功能模块的具体结构进行说明：
检测单元1011包括：电容C3以及电阻R3。电容C3以及电阻R3依次串联在电源接脚VDDH以及接地接脚GND之间。其中，电容C3与电阻R3的连接端作为检测单元1011的输出端。
第三分压单元1012，包括场效应管M17、M18以及M19，具体连接如图3所示。即，M19的源极连接至VDDH。M19的栅极与漏极连接，并连接至M18的源极。M18的栅极与漏极连接，并连接至M17的源极。M17的栅极与漏极连接，并连接至第二分压单元1013。第二分压单元1013，包括场效应管M15、M16，具体连接如图3所示。即，M17的栅极与漏极连接，并与M6的栅极以及漏极连接，M16的源极与M15的栅极以及漏极连接，M15的源极连接至接地接脚GND。
驱动单元1014包括：第一场效应管M11、第二场效应管M12、第三场效应管M13以及第四场效应管M14。M11的栅极与检测单元1011的输出端连接，源极与接地接脚连接，漏极与M12的源极连接。M12的栅极与第三分压单元1012的第二端连接，漏极与M13的漏极连接。M13的源极与电源接脚VDDH连接，栅极与M14的源极连接。M14的栅极与第三分压单元1012的第二端连接，漏极与检测单元1011的输出端连接。
以下对本实施例中静电泄放电路的工作原理进行解释说明：
(1)VDDH未受到静电攻击。
VDDH缓慢上电，M5、M6、M7、M8以及M9提供VDDH到GND的分压，VM为VDDH分压后所得中间电位，VM等于0.5VDDH，VM为高电平，M2导通，RC2_OUT为低电平，M11截止。同理，M15、M16、M17、M18、M19提供VDDH到GND的分压，VX为VDDH分压后所得中间电位，VX等于0.5VDDH，VX为高电平，M14、M12截止。M13的栅极为低电平，M13导通，M10的栅极电压被M13拉至高电位VDDH，M10处于截止状态，且M10、M11均不会产生漏电。由于VM等于0.5VDDH，VM为高电平，因此RC1_OUT为高电平，RC1_OUT经反相器得到VG_ND，VG_ND为低电平，M1截止，没有静态电流，泄放模块103不导通。
(2)VDDH受到静电攻击。
VDDH电压猛增，RC2_OUT为高电平，VX等于0.5VDDH，VX为高电平，M11、M12、M14同时导通，使得M10栅极电压被拉至低电平GND，M10导通，从而使得VM被拉至VDDH，M2导通。同时，缓冲单元中的R1、C1来不及响应，因此RC1_OUT相对于VM而言为低电平，RC1_OUT经反相器得到VG_ND，VG_ND为高电平，M1导通。由于M1，M2均导通，即泄放模块103导通，因此VDDH处的静电经M1和M2泄放至GND。在缓冲单元中的电容C1上极板被充至高电平时，M1截止，泄放模块103再次不导通。
本实施例相对于现有技术而言，在静电泄放保护电路中设置场效应管触发模块来替代现有技术中的电容C3，场效应管触发模块在电源接脚VDDH受到静电攻击时直接导通，实现分压模块的输出端电压被上拉至高电平，此时泄放模块103导通，电源接脚VDDH处点静电经泄放模块103泄放至地。其中，由于场效应管触发模块直接导通便可以实现分压模块的输出端电压上拉至与电源接脚VDDH处电压相等，无需借助电容进行耦合，因而能够实现静电泄放电路的较强泄放能力，并缩小静电泄放电路的整体版图面积。
本申请第三实施例涉及一种集成电路芯片，该集成电路芯片中设有上述实施例中所提及到的静电泄放保护电路。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (12)

1.一种静电泄放保护电路，其特征在于，包括：并联在电源接脚与接地接脚之间的场效应管触发模块、分压模块以及泄放模块；其中，所述分压模块包括第一分压单元以及第二分压单元，所述第一分压单元与所述第二分压单元串联连接，且所述第一分压单元与所述第二分压单元的连接点作为所述分压模块的输出端；
所述场效应管触发模块的输出端与所述分压模块的输出端连接；
所述分压模块的输出端与所述泄放模块的输入端连接；
所述场效应管触发模块在所述电源接脚受到静电攻击时导通，所述第一分压单元被短路，所述分压模块的输出端电压被上拉至高电平，所述泄放模块导通并泄放所述电源接脚处的静电。
2.如权利要求1所述的静电泄放保护电路，其中，所述场效应管触发模块包括：检测单元以及场效应管；
所述检测单元连接在所述电源接脚以及所述接地接脚之间，且所述检测单元的输出端与所述场效应管的栅极连接；
所述场效应管的源极与所述电源接脚连接，漏极作为所述场效应管触发模块的输出端；
其中，所述电源接脚静电攻击时，所述检测单元的输出端为低电平。
3.如权利要求2所述的静电泄放保护电路，其中，所述检测单元具体包括：电阻以及电容；
所述电阻以及所述电容依次串联在所述电源接脚以及所述接地接脚之间；
其中，所述电阻与所述电容的连接端作为所述检测单元的输出端。
4.如权利要求1所述的静电泄放保护电路，其中，所述场效应管触发模块包括：第三分压单元、第四分压单元、检测单元、驱动单元以及场效应管；
所述第三分压单元的第一端与所述电源接脚连接，第二端与所述第四分压单元的第一端连接；
所述第四分压单元的第二端与所述接地接脚连接；
所述检测单元以及所述驱动单元均并联在所述电源接脚以及所述接地接脚之间；
所述第三分压单元的第二端与所述驱动单元的第一输入端连接；
所述检测单元的输出端与所述驱动单元的第二输入端连接；
所述场效应管的栅极与所述驱动单元的输出端连接，源极与所述电源接脚连接，漏极作为所述场效应管触发模块的输出端；
其中，所述电源接脚受到静电攻击时，所述第三分压单元的第二端为低电平，所述检测单元的输出端为高电平，所述驱动单元的输出端为低电平。
5.如权利要求4所述的静电泄放保护电路，其中，所述检测单元包括：电容以及电阻；
所述电容以及电阻依次串联在所述电源接脚以及所述接地接脚之间；
其中，所述电容与所述电阻的连接端作为所述检测单元的输出端。
6.如权利要求4所述的静电泄放保护电路，其中，所述驱动单元包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管以及第四场效应管；
所述第一场效应管的栅极与所述检测单元的输出端连接，源极与所述接地接脚连接，漏极与所述第二场效应管的源极连接；
所述第二场效应管的栅极与所述第三分压单元的第二端连接，漏极与所述第三场效应管的漏极连接；
所述第三场效应管的源极与所述电源接脚连接，栅极与所述第四场效应管的源极连接；
所述第四场效应管的栅极与所述第三分压单元的第二端连接，漏极与所述检测单元的输出端连接。
7.如权利要求1所述的静电泄放保护电路，其中，所述泄放模块包括：缓冲单元、反相器、第五场效应管以及第六场效应管；
所述缓冲单元以及所述反相器并联在所述分压模块的输出端以及所述接地接脚之间；
所述缓冲单元的输出端与所述反相器的输入端连接，所述反相器的输出端与所述第五场效应管的栅极连接；
所述第五场效应管的源极与所述接地引脚连接，漏极与所述第六场效应管的源极连接；
所述第六场效应管的漏极与所述电源引脚连接，栅极作为所述泄放模块的输入端。
8.如权利要求4所述的静电泄放保护电路，其中，所述第三分压单元包括：第七场效应管、第八场效应管以及第九场效应管；
所述第七场效应管的源极作为所述第三分压单元的第一端，连接至所述电源接脚；
所述第七场效应管的栅极与漏极连接，并连接至所述第八场效应管的源极；
所述第八场效应管的栅极与漏极连接，并连接至所述第九场效应管的源极；
所述第九场效应管的栅极与漏极连接，并作为所述第三分压单元的第二端连接至所述第四分压单元的第一端。
9.如权利要求4所述的静电泄放保护电路，其中，所述第四分压单元包括：第十场效应管以及第十一场效应管；
所述第十场效应管的栅极与漏极连接，并作为所述第四分压单元的第一端；
所述第十场效应管的源极与所述第十一场效应管的的栅极与漏极连接；
所述第十一场效应管的源极作为所述第四分压单元的第二端与所述接地接脚连接。
10.如权利要求1至9任意一项所述的静电泄放保护电路，其中，所述第一分压单元包括：第十二场效应管、第十三场效应管以及第十四场效应管；
所述第十二场效应管的源极连接至所述电源接脚；
所述第十二场效应管的栅极与漏极连接，并连接至所述第十三场效应管的源极；
所述第十三场效应管的栅极与漏极连接，并连接至所述第十四场效应管的源极；
所述第十四场效应管的栅极与漏极连接，并连接至所述第二分压单元。
11.如权利要求1至10任意一项所述的静电泄放保护电路，其中，所述第二分压单元包括：第十五场效应管以及第十六场效应管；
所述第十五场效应管的栅极与漏极连接，源极与所述第十六场效应管的栅极与漏极连接；
所述第十六场效应管的源极与所述接地接脚连接。
12.一种集成电路芯片，其特征在于，包括如权利要求1至7中任意一项所述的静电泄放保护电路。
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