DE102004004789B3

DE102004004789B3 - ESD-Schutzschaltkreis für eine elektronische Schaltung mit mehreren Versorgungsspannungen

Info

Publication number: DE102004004789B3
Application number: DE102004004789A
Authority: DE
Inventors: Harald Gossner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: CN1649227A; CN1649227B; US7450358B2; US20050168894A1

Abstract

Der erfindungsgemäße ESD-Schutzschaltkreis ist für eine elektronische Schaltung, welche mindestens eine erste und eine zweite Versorgungsspannung nutzt, ausgelegt. Dieser umfasst ein erstes und ein zweites über einen Steuereingang aktivierbares ESD-Schutzelement (11, 13), welche mit dem ersten bzw. zweiten Versorgungsspannungsknoten (V¶DD1¶-V¶DD4¶) elektrisch verbunden sind, sowie einen Steuerbus (18), welcher die Steuereingänge der ESD-Schutzelemente elektrisch verbindet, und ferner einen Überspannungsdetektor (14-17), welcher in Abhängigkeit des Potentials des ersten Versorgungsspannungsknotens den Steuerbus (18) ansteuert.

Description

Die Erfindung betrifft einen ESD-(Electro-Static Discharge)-Schutzschaltkreis für eine elektrische Schaltung, welche mehrere Versorgungsspannungen nutzt. Ferner betrifft die Erfindung ein ESD-Schutzverfahren für eine derartige elektronische Schaltung.

Es ist bekannt, dass integrierte Schaltkreise, insbesondere auf CMOS-(Complementary Metal Oxid Semiconductor)-Schaltungstechnik beruhende integrierte Schaltkreise, gegenüber einer schädigenden elektrostatischen Entladung geschützt werden müssen. Dabei soll gewährleistet werden, dass bei einem Netz eines Schaltkreises, welches über ein Pad von außen elektrostatisch aufladbar ist, elektrostatische Ladung über ein weiteres mit der externen Umgebung in Verbindung stehendes Netz ohne Schaden für die integrierte Schaltung niederohmig wieder nach außen abgeführt werden kann. Dazu dienen ESD-Schutzelemente mit entsprechend breiten und damit niederohmigen Zuführungs-Bussen, welche jeweils zwischen zwei Netzen angeordnet sind, beispielsweise zwischen dem Versorgungsspannungsknoten und dem internen Masseknoten. Derartige ESD-Schutzelemente sind grundsätzlich hochohmig und bilden lediglich im ESD-Fall, d. h. bei einer Zuführung von elektrostatischer Ladung, einen niederohmigen Ableitungspfad, so dass keine zerstörende Entladung über parallel geschaltete Schaltungsteile stattfindet. Typischerweise werden als ESD-Schutzelemente Halbleiterbauelemente, insbesondere Dioden verwendet, welche ab einer bestimmten Spannung entweder in Sperr- oder in Flussrichtung leitend werden.

Integrierte Schaltkreise, welche mit mehreren Versorgungsspannungen betrieben werden und damit mehrere getrennte Versorgungsspannungsnetze – auch Domänen genannt – aufweisen, sind bezüglich ihres Schutzes vor einer schädigenden elektrostatischen Entladung besonders kritisch. Bei ESD-Belastungen zwischen zwei Versorgungsspannungsnetzen können ohne entsprechenden Schutz leicht parasitäre NPN-Substrattransistoren zwischen zwei auf unterschiedlichem Potential befindlichen N-dotierten Wannen im CMOS-Schaltungskern in den Durchbruch getrieben und damit geschädigt werden. werden gleiche Spannungswerte für die verschiedenen Versorgungsspannungen verwendet, lässt sich im ESD-Fall zwischen zwei verschiedenen Versorgungsspannungsnetzen ein niederohmiger Pfad entweder durch zwei zwischen diesen Netzen anti-parallel geschalteten Dioden oder durch eine direkte Verbindung beider Netze auf einem externen Substrat bewerkstelligen. Die erste Möglichkeit besteht jedoch nicht, wenn sich die verschiedenen Versorgungsspannungen in ihrem Wert um mehr als 0,6 V unterscheiden, wohingegen die zweite Möglichkeit bei Versorgungsspannungen mit verschiedenen Werten generell ausgeschlossen ist, da sonst bereits im gewöhnlichen Betrieb der Schaltung ein niederohmiger Pfad durch die elektrische Verbindung über das Substrat (z. B. durch Bonden auf ein gemeinsames Pad) zwischen beiden Versorgungsspannungsnetzen besteht.

Bei Vorliegen verschiedener Spannungsniveaus muss daher zwischen zwei Versorgungsspannungsnetzen ein ESD-Schutzelement angeordnet werden, welches im gewöhnlichen Betrieb der Schaltung hochohmig, also abgeschaltet ist und nur im ESD-Fall aktiviert wird, so dass dieses niederohmig wird. Jedoch ist dies in der Regel aufgrund der Anforderung breiter Zuführungs-Busse nur zwischen im Layout benachbarten Versorgungsspannungsnetzen im Pad-Rahmenbereich oder im Bereich der Eingangs- oder Ausgangszellen, beispielsweise zwischen dem Logik-Versorgungsspannungsnetz (z. B. 1,8 V) und dem Treiber-Versorgungsspannungsnetz (z. B. 3,3 V), möglich. Der Schutz in Bezug auf Versorgungsspannungsnetze, deren Pads weit voneinander entfernt liegen, ist mit einer solchen Vorgehensweise deswegen schwierig, weil lange Metallbusse zu dem jeweiligen ESD-Schutzelement benötigt werden, wodurch die nutzbare Chipfläche sinkt. Wird als Gegenmaßnahme die Breite der Metallbusse und damit die benötigte Chipfläche verringert, erhöht sich der Widerstand des Metallbusses. Im Fall einer ESD-Entladung über einen derartigen Metallbus kommt es zu einem mit dem erhöhten Widerstand einhergehenden erhöhten Spannungsabfall, so dass die ESD-Schutzelemente erst bei höheren Spannungen zwischen den Versorgungsspannungsnetzen aktiviert werden. Dem kann zwar begegnet werden, indem im CMOS-Schaltungskern zusätzliche Sicherungsmaßnahmen getroffen werden, insbesondere indem die Abstände zwischen N-dotierten Wannen auf unterschiedlichem Potential erhöht werden. Jedoch ergibt sich dadurch ein erhöhter Platzbedarf im CMOS-Schaltungskern. Zusätzlich besteht selbst bei Verwendung einer automatisierten Schaltungs-Verifikation aufgrund der Komplexität der Schaltungen die Gefahr, dass kritische Stellen im Layout übersehen werden oder weitere störende Effekte auftreten. Außerdem sind ESD-bedingte Maßnahmen in Bezug auf benachbarte CMOS-Schaltungskerne, welche an unterschiedliche Versorgungsspannungen angeschlossen sind, im Entwurfsprozess (Designflow) schwer zu handhaben, da die genauen Verhältnisse hinsichtlich der Lage und Nachbarschaft erst nach dem Platzieren und Verbinden der Schaltungselemente im Layout (Place&Route) festliegen und ferner zusätzliche Logikzellen zur Verfügung gestellt werden müssen.

Aus der Patentschrift US 6,385,021 B1 ist ein ESD-Schutzschaltkreis für eine Schaltung mit lediglich einer Versorgungsspannung bekannt, bei welchem über der Chipfläche verteilt eine Mehrzahl von ESD-Schutzelementen zwischen dem Versorgungsspannungsknoten und der Masse angeordnet sind. Diese ESD-Schutzelemente verfügen jeweils über einen Steuereingang, wobei die Steuereingänge mit einem gemeinsamen Trigger-Bus verbunden sind. Ferner umfasst der ESD-Schutzschaltkreis eine Trigger-Schaltung, welche das Potential der Versorgungsspannung überwacht und bei Vorliegen eines ESD-Falles die ESD-Schutzelemente durch Ansteuern des Trigger-Busses aktiviert.

Ferner ist aus der Schrift US 2003/0223166 A1 ein ESD-Schutzschaltkreis für eine Schaltung mit lediglich einer Versorgungsspannung bekannt, welcher mehrere, jeweils zwischen mehreren Signalpads und entweder dem Versorgungsspannungsnetz oder dem Masseknoten oder zwischen dem Versorgungsspannungsnetz und dem Masseknoten angeordnete ESD-Schutzelemente umfasst. Bei Vorliegen eines ESD-Falles werden seitens einer ESD-Detektor-Schaltung mehrere ESD-Schutzelemente aktiviert, so dass eine Mehrzahl von Ableitungspfaden entsteht.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen ESD-Schutzschaltkreis für eine elektronische Schaltung mit mehreren Versorgungsspannungen anzugeben, welcher trotz geringem Flächenbedarf im ESD-Fall eine effiziente, insbesondere frühzeitige, Ladungsableitung von einem Versorgungsspannungsknoten bewirkt. Ferner ist die Aufgabe auch auf die Angabe eines entsprechenden ESD-Schutzverfahrens gerichtet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 15 gelöst.

Ein erfindungsgemäßer ESD-Schutzschaltkreis gemäß Anspruch 1 für eine elektronische Schaltung, welche mindestens eine erste und eine zweite Versorgungsspannung nutzt, umfasst ein erstes ESD-Schutzelement, welches über einen Eingang mit einem der ersten Versorgungsspannung zugeordneten ersten Versorgungsspannungsknoten elektrisch verbunden ist. Dieses ESD-Schutzelement weist außerdem einen Steuereingang auf, über welchen es bei ESD-Belastungen aktiviert wird. Im aktivierten Zustand leitet das ESD-Schutzelement vom Eingang erhaltene Ladung über einen Ausgang ab. Außerdem umfasst der erfindungsgemäße ESD-Schutzschaltkreis ein zweites ESD- Schutzelement, welches über einen Eingang mit einem der zweiten Versorgungsspannung zugeordneten zweiten Versorgungsspannungsknoten elektrisch verbunden ist. Dieses ESD-Schutzelement weist einen Steuereingang auf, über welchen es bei ESD-Belastungen aktiviert wird. Im aktivierten Zustand leitet das zweite ESD-Schutzelement vom Eingang erhaltene Ladung über einen Ausgang ab. Außerdem umfasst der ESD-Schutzschaltkreis einen Steuerbus, welcher die Steuereingänge der ESD-Schutzelemente elektrisch verbindet. Zudem beinhaltet der ESD-Schutzschaltkreis einen ersten Überspannungsdetektor, welcher selbst mindestens einen Messeingang zur Messung des Potentials des ersten Versorgungsspannungsknotens und einen Steuerausgang zur Ansteuerung des Steuerbusses in Abhängigkeit des gemessenen Potentials beinhaltet.

Ein derartiger ESD-Schutzschaltkreis bietet den Vorteil, dass im ESD-Fall durch gleichzeitiges Aktivieren mehrerer ESD-Schutzelemente die Ladungsableitung von dem über den Versorgungsspannungsdetektor überwachten Versorgungsspannungsknoten verbessert wird. Indem im ESD-Fall hinsichtlich des ersten Versorgungsspannungsknotens zusätzlich zu dem ersten ESD-Schutzelement auch mindestens das zweite ESD-Schutzelement aktiviert wird, welches durch dessen direkte elektrische Verbindung mit dem zweiten Versorgungsspannungsknoten zunächst nur diesem zugeordnet ist, kann auch das zweite ESD-Schutzelement nach dessen Aktivierung als Teil eines Ladungs-Ableitungspfades genutzt werden. Da das zweite ESD-Schutzelement in Abhängigkeit des Potentials des ersten Versorgungsspannungsknotens über den Steuerbus aktiviert wird, ist die tatsächlich zwischen dem Eingang und dem Ausgang des zweiten ESD-Schutzelements vorliegende Spannungsdifferenz zur Aktivierung des zweiten ESD-Schutzelements unbeachtlich. Es müssen also keine Aktivierungs-Spannungen zwischen dem Eingang und Ausgang des zweiten ESD-Schutzelements überschritten bzw. unterschritten werden, damit das zweite ESD-Schutzelement zur Ladungsableitung hinsichtlich des ersten Versorgungs spannungsknotens genutzt werden kann. Es kommt daher bereits frühzeitig, d. h. bei geringen Spannungsbelastungen, zur Bildung eines niederohmigen schützenden Ladungs-Ableitungspfades.

Die Begriffe Eingang und Ausgang eines ESD-Schutzelements sind im Sinne dieser Anmeldung austauschbar, da die über das ESD-Schutzelement zu transportierende Ladung und der entsprechende Entladestrom beliebige Vorzeichen aufweisen können. Ferner sind ESD-Schutzelemente im Allgemeinen hinsichtlich Eingang und Ausgang symmetrisch ausgeführt.

Es ist von Vorteil, wenn der ESD-Schutzschaltkreis ferner einen zweiten Überspannungsdetektor umfasst, welcher mindestens einen Messeingang zur Messung des Potentials des zweiten Versorgungsspannungsknotens und ferner einen Steuerausgang zur Ansteuerung des Steuerbusses in Abhängigkeit des gemessenen Potentials beinhaltet.

Dies bietet den Vorteil, dass im ESD-Fall hinsichtlich des zweiten Versorgungsspannungsknotens zusätzlich zu dem zweiten ESD-Schutzelement auch mindestens das erste ESD-Schutzelement aktiviert wird, welches durch dessen direkte elektrische Verbindung mit dem ersten Versorgungsspannungsknoten zunächst nur diesem zugeordnet ist. Erfindungsgemäß kann das erste ESD-Schutzelement nach dessen Aktivierung als Teil eines Ladungs-Ableitungspfades hinsichtlich des zweiten Versorgungsspannungsknotens genutzt werden. Durch Verwendung zweier Überspannungsdetektoren, nämlich des ersten und des zweiten Überspannungsdetektors, wird somit gewährleistet, dass der Steuerbus dann aktiv wird, sobald das Potential des ersten oder des zweiten Versorgungsspannungsknotens im ESD-Fall einen erlaubten Potential-Bereich verlässt. Dies kann durch Überschreiten eines maximalen positiven Grenzwertes oder durch Unterschreiten eines minimalen negativen Grenzwertes geschehen. Die Überspannungsdetektoren können den zugeordneten Versorgungsspannungen entsprechend ausgelegt werden. Das bedeutet, dass ein erster Überspannungsdetektor, welcher einer niedrigen Versorgungsspannung mit beispielsweise V_DD1 = 1,8 V zugeordnet ist, bereits bei einer geringeren maximal zulässigen Spannung zwischen dem ersten Versorgungsspannungsknoten und der Masse den Steuerbus aktiviert als ein zweiter Überspannungsdetektor, welcher einer hohen Versorgungsspannung mit beispielsweise V_DD2 = 3,3 V zugeordnet ist.

Es ist von Vorteil, wenn das erste und das zweite ESD-Schutzelement in Serie geschaltet sind. Kommt es dann zu einer ESD-Belastung, kann ein Ableitungspfad entlang beider ESD-Schutzelemente gebildet werden.

Dabei ist es von Vorteil, wenn der ESD-Schutzschaltkreis einen einer dritten Versorgungsspannung zugeordneten dritten Versorgungsspannungsknoten aufweist, also die zu schützende elektronische Schaltung drei Versorgungsspannungen zum Betrieb benötigt. Der ESD-Schutzschaltkreis ist so ausgestaltet, dass der Ausgang des ersten ESD-Schutzelements mit dem zweiten Versorgungsspannungsknoten elektrisch verbunden ist und der Ausgang des zweiten ESD-Schutzelements mit dem dritten Versorgungsspannungsknoten elektrisch verbunden ist. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn der ESD-Schutzschaltkreis ferner einen dritten Überspannungsdetektor mit mindestens einem Messeingang zur Messung des Potentials des dritten Versorgungsspannungsknotens und einem Steuerausgang zur Ansteuerung des Steuerbusses in Abhängigkeit des gemessenen Potentials aufweist.

Vorteil einer derartigen schaltungstechnischen Maßnahme ist es, dass ein wirksamer ESD-Schutz zwischen allen drei Versorgungsspannungsknoten mit Hilfe zweier ESD-Schutzelemente gewährleistet wird, ohne dass alle drei Versorgungsspannungsknoten jeweils zueinander durch drei ESD-Schutzelemente geschützt werden. Dies vereinfacht in besonderem Maße die Busführung. Sind das erste und das zweite Versorgungsspannungsnetz sowie das zweite und das dritte Versorgungsspannungsnetz beispielsweise im Pad-Rahmenbereich benachbart, ist kein weiterer direkter sehr langer Bus zwischen dem ersten und dem dritten Versorgungsspannungsnetz notwendig. Im Fall einer ESD-Belastung zwischen dem ersten und dem dritten Versorgungsspannungsknoten fließt ein positiver oder negativer Ableitungsstrom ausgehend von dem ersten Versorgungsspannungsknoten über das erste ESD-Schutzelement und die Zuführungs-Busse zu dem zweiten Versorgungsspannungsknoten. Der Ableitungspfad wird über das zweite ESD-Schutzelement und die Zuführungs-Busse hin zum dritten Versorgungsspannungsknoten fortgeführt.

Es kann vorgesehen sein, dass die drei Überspannungsdetektoren derart ausgestaltet sind, dass diese jeweils die Spannung zwischen ihnen zugeordneten Versorgungsspannungsknoten und einem internen Masseknoten messen. Dabei können ein oder mehrere verschiedene interne Masseknoten vorgesehen werden, welche sich auf verschiedene Versorgungsspannungen beziehen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass einer der Überspannungsdetektoren die Spannung zwischen dem ersten Versorgungsspannungsknoten und dem zweiten oder dem dritten Versorgungsspannungsknoten misst. Im zweiten Fall wird also direkt die Differenzspannung zwischen dem ersten Versorgungsspannungsknoten und dem zweiten oder dem dritten Versorgungsspannungsknoten überwacht. Die direkte Überwachung der Spannungsdifferenz ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der interne Masseknoten nicht mit einer externen Masse verbunden ist, also hinsichtlich seines Potentials unbestimmt ist.

Alternativ zu der vorstehend genannten Schaltungsweise können auch der Ausgang des ersten ESD-Schutzelements mit einem internen Masseknoten sowie der Ausgang des zweiten ESD-Schutzelements mit demselben internen Masseknoten elektrisch verbunden sein. In diesem Fall entsteht bei einer ESD-Belastung zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsspannungsknoten ein Ableitungspfad ausgehend von dem ersten Versorgungsspannungsknoten, über das erste ESD-Schutzelement, hin zum internen Masseknoten, weiter über das zweite ESD-Schutzelement bis zum zweiten Versorgungsspannungsknoten.

In diesem Fall kann ferner noch ein drittes ESD-Schutzelement vorgesehen sein, welches über einen Eingang mit dem ersten Versorgungsspannungsknoten elektrisch verbunden ist. Dieses weist einen mit dem Steuerbus elektrisch verbundenen Steuereingang auf, über welchen es bei ESD-Belastungen aktiviert wird und im aktivierten Zustand vom Eingang erhaltene Ladung über einen mit dem zweiten Versorgungsspannungsknoten verbundenen Ausgang ableitet. Durch Verwendung eines dritten ESD-Schutzelements entsteht im Fall einer ESD-Belastung zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsspannungsknoten ein weiterer Ableitungspfad über das dritte ESD-Schutzelement, welcher zu dem über das erste und zweite ESD-Schutzelement gebildeten Ableitungspfad parallel ist, so dass der resultierende Widerstand des aus der Parallelschaltung sich ergebenden Gesamt-Ableitungspfads reduziert wird.

Es ist von Vorteil, wenn ein Überspannungsdetektor einen zusätzlichen Referenzeingang aufweist und derart ausgestaltet ist, dass am Steuerausgang ein zur Aktivierung jedes ESD-Schutzelements geeignetes Signal geliefert wird, sobald eine erste positive Schwellspannung zwischen dem Messeingang und dem Referenzeingang, der typischerweise mit dem internen Masseknoten verbunden ist, überschritten wird. Alternativ oder zusätzlich kann am Steuerausgang ein zur Aktivierung jedes ESD-Schutzelements geeignetes Signal geliefert werden, sobald eine zweite negative Schwellspannung zwischen dem Messeingang und dem Referenzeingang unterschritten wird. Bei der Schwellspannung kann es sich insbesondere um eine Diodendurchbruchsspannung handeln. Ein derartiger Überspannungsdetektor umfasst vorteilhafterweise einen Spannungsteiler zwischen dem Messeingang und dem Referenzeingang. Der Spannungsteiler wird aus einer Diode, insbesondere einer Zener-Diode, welche Kathoden-seitig mit dem Messeingang elektrisch verbunden ist, und einem Anodenseitig der Diode befindlichen Widerstand gebildet. Das Potential des Spannungsteilerausgangs wird dem Steuerausgang zugeführt.

Ein derartiger Überspannungsdetektor weist den Vorteil auf, dass zur grundsätzlichen Funktion des Überspannungsdetektors keine Vorsorgungsspannung notwendig ist, es sich also um eine passive Schaltung handelt. Diese Eigenschaft ist deswegen essentiell, da der ESD-Schutz nicht nur im Betrieb der Schaltung, sondern im Besonderen bei den an die eigentliche Fertigung der Schaltung auf dem Wafer nachfolgenden Verarbeitungsschritten, beispielsweise beim Packaging, bei der Leiterplattenmontage und beim Transport, gewährleistet werden muss. Ferner bietet die Verwendung einer Diode prinzipiell den Vorteil, dass diese zugleich die Überprüfung sowohl positiver Überspannungen als auch negativer Überspannungen garantiert. Wird die Diode in Sperrrichtung betrieben, d. h. das Kathoden-Potential ist größer als das Anoden-Potential, wird diese leitend, sobald eine für die jeweilige Diode typische Durchbruchsspannung überschritten wird. Wird die Diode in Flussrichtung betrieben, d. h. das Kathoden-Potential ist kleiner als das Anoden-Potential, wird diese leitend, sobald eine für die jeweilige Diode typische Flussspannung überschritten wird. Wird die Diode leitend, kann der einhergehende Stromfluss über den in Serie geschalteten Widerstand in ein entsprechendes Spannungssignal zur Ansteuerung des Steuerausgangs gewandelt werden.

Vorteilhafterweise umfasst ein derartiger Überspannungsdetektor ein anti-paralleles Diodenpaar in der Teilschaltung zwischen dem Referenzeingang und dem Steuerausgang. Diese schaltungstechnische Maßnahme ist dann von Vorteil, wenn die Referenzeingänge verschiedener Überspannungsdetektoren nicht mit einem gemeinsamen Referenzknoten, typischerweise ein gemeinsamer interner Masseknoten, verbunden sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn in der elektronischen Schaltung verschiedene, miteinander nicht elektrisch verbundene interne Masseknoten verwendet werden. Diese erfindungsgemäße Maßnahme verhindert in einem solchen Fall, dass die verschiedenen internen Masseknoten im Betrieb der elektronischen Schaltung miteinander über den Steuerbus verkoppelt werden. Für betragsmäßige Spannungsdifferenzen zwischen verschiedenen internen Masseknoten, welche die zweifache Diodenflussspannung nicht überschreiten, wird somit eine Verkopplung vermieden.

Es ist von Vorteil, wenn der erste Versorgungsspannungsknoten im Layout benachbart zu dem zweiten Versorgungsspannungsknoten ist. Zusätzlich sollte dann der zweite Versorgungsspannungsknoten benachbart zu dem dritten Versorgungsspannungsknoten sein. In diesem Fall sind – wie oben bereits beschrieben – keine langen direkten Busse zwischen dem ersten und dem dritten Versorgungsspannungsnetz notwendig. Ein Ableitungspfad zwischen dem ersten und dem dritten Versorgungsspannungsknoten nutzt die Busse und ESD-Schutzelemente, welche mit dem zweiten Versorgungsspannungsknoten in Verbindung stehen.

Bei einem erfindungsgemäßen ESD-Schutzverfahren für eine elektronische Schaltung, welche mindestens eine erste und eine zweite Versorgungsspannungen nutzt, wird das Potential des ersten Versorgungsspannungsknotens gemessen. Ein erstes ESD-Schutzelement und ein zweites ESD-Schutzelement werden in Abhängigkeit des gemessenen Potentials des ersten Versorgungsspannungsknotens zur gleichen Zeit aktiviert. Dabei sind das erste und das zweite ESD-Schutzelement gemäß dem ersten bzw. zweiten ESD-Schutzelement nach Anspruch 1 ausgeführt und verschaltet. Vorzugsweise wird auch das Potential des zweiten Versorgungsspannungsknotens gemessen. In diesem Fall werden das erste ESD-Schutzelement und das zweite ESD-Schutzelement in Abhängigkeit der gemessenen Potentiale des ersten und des zweiten Versorgungsspannungsknotens aktiviert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in diesen zeigen:
1 einen ESD-Standardschutz zwischen zwei Versorgungsspannungsnetzen nach dem Stand der Technik;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ESD-Schutzschaltkreises;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ESD-Schutzschaltkreises;
4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ESD-Schutzschaltkreises;
5 ein erstes Ausführungsbeispiel eines in einem erfindungsgemäßen ESD-Schutzschaltkreis verwendeten Überspannungsdetektors;
6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines in einem erfindungsgemäßen ESD-Schutzschaltkreis verwendeten Überspannungsdetektors;
7 eine Darstellung des Spannungs-Strom-Verlaufs zweier verschiedener ESD-Schutzelemente; und
8 ein Layoutbeispiel des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 2.
In 1 ist ein ESD-Standardschutz zwischen zwei Versorgungsspannungsnetzen V_DD1 und V_DD2 einer integrierten Schaltung nach dem Stand der Technik dargestellt. Hierbei ist zwischen diesen Netzen ein ESD-Schutzelement 1 angeordnet, über welches im Fall einer ESD-Belastung zwischen den Netzen V_DD1 und V_DD2 ein Ladungsableitungspfad gebildet wird. Dieses ESD-Schutzelement 1 ist als NPN-Transistorelement ausgeführt, wobei die Basis nicht beschaltet, also offen ist. Ferner weist ein derartiger ESD-Standardschutz zwei Zener-Dioden 2 und 3 zwischen dem Versorgungsspannungsknoten V_DD1 und dem internen Masseknoten V_SS bzw. zwischem dem Versorgungsspannungsknoten V_DD2 und dem internen Masseknoten V_SS auf. Die Zener-Dioden und das ESD-Schutzelement sind bei Betrieb der zu schützenden Schaltung gesperrt.
Wird in Folge eines ESD-Falls der Knoten V_DD1 aufgeladen, entsteht eine betragsmäßig große positive oder negative Spannung zwischen V_DD1 und V_DD2 und/oder zwischen V_DD1 und V_SS Überschreitet die Spannungsdifferenz V_DD1 – V_SS die Durchbruchsspannung V_BD,z der Zener-Diode 2 wird diese leitend, so dass ein Ableitungspfad zwischen V_DD1 über den Knoten V_SS entsteht. Überschreitet die Spannungsdifferenz V_DD1 – V_DD2 eine Schwellspannung V_trigger wird das ESD-Schutzelement 1 leitend, so dass ein Ableitungspfad zwischen V_DD1 über den Knoten V_DD2 entsteht. Für das Entstehen des Ableitungspfades ist entscheidend, ob die Knoten V_DD2 oder V_SS mit der externen Umgebung der integrierten Schaltung elektrisch verbunden sind; denn nur bei Vorliegen einer entsprechenden Verbindung kann der Ableitungspfad hin zur externen Umgebung gebildet werden. Eine derartige Verbindung kann auch in indirekter Form über ein oder mehrere weitere chip-interne Knoten vorliegen.
Für die Funktionsweise des ESD-Schutzelements 1 wird auf den Verlauf 51 der Spannungs-Strom-Kennlinie eines NPN- Transistorelements mit offener Basis gemäß 7 verwiesen. Überschreitet die Differenzspannung zwischen Kollektor und Emitter des Transistorelements die Durchbruchspannung V_BD,npn nimmt der Kollektorstrom I durch das NPN-Transistorelement langsam zu. Bei Erreichen eines Wertes der Differenzspannung von V_trigger bricht die Differenzspannung auf eine Haltspannung V_h zusammen, wobei der differentielle und der absolute Leitwert stark zunehmen und somit das NPN-Transistorelement leitend wird. Da ein als ESD-Schutzelement verwendetes NPN-Transistorelement symmetrisch aufgebaut ist, ist die Spannungs-Strom-Kennlinie punktsymmetrisch hinsichtlich des Ursprungs.
Sind die Busse, welche die Knoten V_DD1 oder V_DD2 mit dem ESD-Schutzelement verbinden, nicht niederohmig genug, kommt es im Fall einer ESD-Entladung über derartige Metallbusse zu einem erhöhten Spannungsabfall. Ist diese Spannung größer als die Durchbruchsspannung zwischen zwei N-dotierten Wannen im Schaltungskern, wobei die erste Wanne mit V_DD1 und die zweite Wanne mit V_DD2 elektrisch verbunden ist, kommt es statt über dem ESD-Schutzelement 1 zwischen den N-dotierten Wannen zu einer Ladungsableitung, welche im Allgemeinen mit einem irreversiblen Durchbruch verbunden ist und damit die Schaltung unbrauchbar macht.
Die Möglichkeit eines direkten Schutzes über das ESD-Schutzelement 1 zwischen zwei Versorgungsspannungsnetzen V_DD1 und V_DD2 gemäß 1 ist im Allgemeinen nur zwischen benachbarten Versorgungsspannungsnetzen gegeben, da sonst der ohmsche Widerstand der Busse entweder zu groß wird oder die benötigte Fläche der Busse die für aktive Schaltblöcke nutzbare Fläche zu stark einschränkt. Wird auf einen direkten Schutz zwischen zwei nicht-benachbarten Versorgungsnetzen mit Hilfe eines ESD-Schutzelements verzichtet, kann im Fall einer ESD-Belastung zwischen diesen nicht-benachbarten Versorgungsnetzen nur auf indirekte Weise ein Ableitungspfad gebildet werden, beispielsweise über die Dioden 2 und 3.
Dabei ist die Gefahr groß, dass bevor ein derartiger indirekter Ableitungspfad entsteht, bereits über den Schaltungskern ein zerstörender Ladungsausgleich stattgefunden hat.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ESD-Schutzschaltkreises, welcher in seiner dargestellter Form für eine zu schützende integrierte Schaltung mit mindestens vier Versorgungsspannungen verwendet wird. Dabei ist zwischen dem ersten Versorgungsspannungsknoten V_DD1 und dem zweiten Versorgungsspannungsknoten V_DD2, zwischen dem zweiten Versorgungsspannungsknoten V_DD2 und dem dritten Versorgungsspannungsknoten V_DD3 sowie zwischen dem dritten Versorgungsspannungsknoten V_DD3 und dem vierten Versorgungsspannungsknoten V_DD4 jeweils ein ESD-Schutzelement 11, 12 bzw. 13 angeordnet. Zwei mit einem ESD-Schutzelement direkt verknüpfte Versorgungsspanungsknoten sind auf dem Chip, insbesondere im Pad-Rahmenbereich, benachbart angeordnet. Diese ESD-Schutzelemente 11, 12 und 13 sind als NPN-Transistorelemente ausgeführt. Ferner wird die Spannung zwischen den Versorgungsspannungsknoten V_DD1, V_DD2, V_DD3 bzw. V_DD4 und dem chip-internen Massepotential V_SS durch Überspannungsdetektoren 14, 15, 16 bzw. 17 überwacht, welche jeweils das Potential des entsprechenden Versorgungsspannungsknoten und das Potential des internen Masseknotens VSS über einen Messeingang (jeweils durch ein M markiert) bzw. über einen Referenzeingang (jeweils durch ein R markiert) aufnehmen. Jeder der Überspannungsdetektoren 14, 15, 16 und 17 weist einen Steuerausgang (jeweils durch einen Pfeil markiert) auf, welcher jeweils mit einem Steuerbus 18 elektrisch verbunden ist. Ferner sind die Basen der als ESD-Schutzelemente verwendeten NPN-Transistorelemente 11, 12 und 13 mit dem Steuerbus 18 elektrisch verbunden.
Die ESD-Schutzelemente sind so ausgeführt, dass diese im gewöhnlichen Betrieb der dem ESD-Schutzschaltkreis zugehörigen elektronischen Schaltung nicht leitend sind, also das von außen aufgeprägte Potential nicht beeinflussen. Wird jedoch lediglich in einem der Überspannungsdetektoren 14 – 17 eine Spannung zwischen dem jeweiligen Versorgungsspannungsknoten und dem Masseknoten detektiert, welche einen positiven Schwellwert oder einen negativen Schwellwert über- bzw. unterschreitet, wird der Spannungszustand des Steuerbusses durch den jeweiligen Überspannungsdetektor umgeschaltet, so dass alle an den Steuerbus 18 angeschlossenen ESD-Schutzelemente 11 – 13 gleichzeitig in einen leitenden Zustand geschaltet werden, also aktiviert werden. Dadurch entsteht ein schützender niederohmiger Ableitungspfad.
Handelt es sich beispielsweise um einen ESD-Fall, bei dem von außerhalb des Chips eine elektrostatisch Ladung auf das Versorgungsspannungsnetz V_DD1 aufgebracht wird und darüber hinaus eine Ableitung über V_DD4 durch eine elektrische Verbindung zwischen V_DD4 und der Umgebung des Chips möglich ist, entsteht bei Detektion einer Überspannung zwischen V_DD1 und V_SS durch Schließen der Schutzelemente ein niederohmiger Ableitungspfad. Dieser führt ausgehend vom Knoten V_DD1 über die Knoten V_DD2 und V_DD3 sowie die ESD-Schutzelemente 11 – 13 zum Knoten V_DD4. In diesem Fall werden also die ESD-Schutzelemente und die Busse der ESD-Schutzelemente zwischen den benachbarten Versorgungsspannungsnetzen auch für einen Ladungsausgleich zwischen nicht benachbarten Versorgungsspannungsnetzen – hier V_DD1 und V_DD4 – verwendet.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel kann in analoger Weise auf einen ESD-Schutzschaltkreis einer elektronischen Schaltung mit einer beliebigen Anzahl n, mit n größer als zwei, von Versorgungsspannungen, beispielsweise drei oder fünf Versorgungsspannungen, übertragen werden (angedeutet in 2 durch gestrichelte Knoten V_DD1, V_DD4, 18, V_SS). Außerdem wäre es denkbar, die erste Versorgungsspannung V_DD1 und die letzte Versorgungsspannung V_DD4 entlang der in 2 dargestellten Kette von Versorgungsspannungsknoten durch ein zusätzliches nicht-dargestelltes ESD-Element direkt zu verkoppeln, sofern die Netze V_DD1 und V_DD4 im Layout benachbart sind.
In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen ESD-Schutzschaltkreises dargestellt, welcher für eine zu schützende integrierte Schaltung mit mindestens drei Versorgungsspannungen verwendet wird. Dabei ist zwischen dem ersten Versorgungsspannungsknoten V_DD1 und dem zweiten Versorgungsspannungsknoten V_DD2, zwischen dem zweiten Versorgungsspannungsknoten V_DD2 und dem dritten Versorgungsspannungsknoten V_DD3 jeweils ein ESD-Schutzelement 21 bzw. 22 angeordnet. Die ESD-Schutzelemente 21 und 22 sind als NPN-Transistorelemente ausgeführt. Ferner wird die Spannung zwischen dem Versorgungsspannungsknoten V_DD1 und dem chip-internen Massepotential VSS durch einen Überspannungsdetektor 25 überwacht. Zusätzlich werden auch auf direkte Weise die Spannungsdifferenzen zwischen den Versorgungsspannungsnetzen überwacht. Hierzu wird die Spannungsdifferenz zwischen dem Potential des Versorgungsspannungsknotens V_DD2 und dem Potential des Versorgungsspannungsknotens V_DD1 durch einen Überspannungsdetektor 23 überwacht. In dazu analoger Weise wird die Spannungsdifferenz zwischen dem Potential des Versorgungsspannungsknotens V_DD3 und dem Potential des Versorgungsspannungsknotens V_DD1 durch einen Überspannungsdetektor 24 überwacht. Jeder der Überspannungsdetektoren 23 – 25 weist einen Steuerausgang (jeweils durch einen Pfeil markiert) auf, welcher jeweils mit einem Steuerbus 26 elektrisch verbunden ist. Ferner sind die Basen der als ESD-Schutzelemente verwendeten NPN-Transistorelemente 21 und 22 mit dem Steuerbus 26 elektrisch verbunden.
Wird in einem der Überspannungsdetektoren 23 – 25 eine Spannung zwischen dem jeweiligen Mess- und Referenzeingang detektiert, welche einen positiven Schwellwert oder einen negativen Schwellwert über- bzw. unterschreitet, wird der Spannungszustand des Steuerbusses durch den jeweiligen Überspannungsdetektor umgeschaltet, so dass alle an den Steuerbus angeschlossenen ESD-Schutzelemente 21 und 22 gleichzeitig in einen leitenden Zustand geschaltet werden.
Das erfindungsgemäße Schaltungskonzept ist jedoch nicht auf ESD-Schutzelemente, welche zwischen Versorgungsspannungsnetzen angeordnet sind, beschränkt. 4 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Schaltungskonzeptes bei einem dritten Ausführungsbeispiel sowohl für ESD-Schutzelemente, welche auf direkte Weise zwischen Versorgungsspannungsnetten platziert sind, als auch für ESD-Schutzelemente, welche jeweils zwischen einem Versorgungsspannungsnetz und dem chipinternen Masseknoten V_SS angeordnet sind. Gemäß 2 befindet sich zwischen zwei Versorgungsspannungsknoten V_DD1 und V_DD2 ein ESD-Schutzelement 32. Ferner umfasst dieser erfindungsgemäße ESD-Schutzschaltkreis zwei weitere ESD-Schutzelemente 31 und 33, welche zwischen den Knoten V_DD1 und V_SS bzw. zwischen V_DD2 und V_SS geschaltet sind. Die Schutzelemente 31 und 33 sind also an unterschiedlichen, nicht metallisch miteinander verbundenen Versorgungsspannungsnetzen angeschlossen. Außerdem werden die Spannung zwischen dem Versorgungsspannungsknoten V_DD1 und dem chipinternen Massepotential V_SS sowie die Spannung zwischen den Versorgungsspannungsknoten V_DD2 und dem chip-internen Massepotential V_SS durch einen Überspannungsdetektor 34 bzw. 35 überwacht. Jeder der Überspannungsdetektoren 34 und 35 weist einen Steuerausgang (jeweils durch einen Pfeil markiert) auf, welcher jeweils mit einem Steuerbus 36 elektrisch verbunden ist. Ferner sind die Basen der als ESD-Schutzelemente verwendeten NPN-Transistorelemente 31 – 33 mit dem Steuerbus 36 elektrisch verbunden.
Wird in einem der Überspannungsdetektoren 34 und 35 eine Spannung zwischen dem jeweiligen Mess- und Referenzeingang detektiert, welche einen positiven Schwellwert oder einen negativen Schwellwert über- bzw. unterschreitet, wird der Spannungszustand des Steuerbusses durch den jeweiligen Überspannungsdetektor umgeschaltet, so dass alle an den Steuerbus angeschlossenen ESD-Schutzelemente 31 bis 33 gleichzeitig in einen leitenden Zustand geschaltet werden. Dabei werden sowohl ESD-Schutzelemente zwischen zwei Versorgungsspannungsknoten – hier das ESD-Schutzelement 32 – als auch ESD-Schutzelemente zwischen einem Versorgungsspannungsknoten und dem chip-internen Masseknoten V_SS – hier die ESD-Schutzelemente 31 und 33 – aktiviert.
In 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines in einem erfindungsgemäßen ESD-Schutzschaltkreis verwendeten Überspannungsdetektors dargestellt. Dieser umfasst zwischen einem Messeingang M und einem Referenzeingang R einen Spannungsteiler, welcher eine Zener-Diode 43 und einen widerstand 44 beinhaltet. Dabei ist die Zener-Diode so orientiert, dass die Anode mit dem Messeingang elektrisch verbunden ist. Ferner wird ein Ausgangssignal des Spannungsteiler über den Steuerausgang 45 ausgegeben.
Überschreitet bei Betrieb der Zener-Diode in Sperrrichtung die positive Spannung zwischen dem Messeingang und dem Referenzeingang eine für die Ausführungsform der Zener-Diode typische Durchbruchsspannung V_BD,z wird diese leitend, so dass zwischen dem Mess- und dem Referenzeingang ein Strom I_D fließt. Der Strom I_D bewirkt einen Spannungsabfall über dem Widerstand 44. Anhand des Potentials des Steuerausgangs 45 kann abgelesen werden, ob eine Überspannung zwischen dem Mess- und dem Referenzeingang detektiert worden ist. In analoger Weise könnte auch eine betragsmäßige Überspannung hinsichtlich negativer Spannungen zwischen dem Messeingang M und dem Referenzeingang R detektiert werden. Hierbei wird die Diode bei Betrieb in Flussrichtung leitend, sobald die Spannung zwischen Anode und Kathode die Flussspannung der Diode überschreitet. Dies ist dann der Fall, wenn die Spannung zwischen dem Mess- und dem Referenzeingang kleiner als das Negative der Flussspannung wird.
In 7 ist neben dem bereits erläuterten Spannungs-Strom-Verlauf 51 der resultierende Spannungs-Strom-Verlauf 52 eines Überspannungsdetektors gemäß 5 in Verbindung mit einem durch diesen angesteuerten NPN-Transistorelement, wie rechts in 7 skizziert, dargestellt. Dabei beschreibt die X-Achse die Spannung V zwischen dem Messeingang und dem Referenzeingang des Überspannungsdetektors. Die Y-Achse beschreibt den Strom I, welcher wie in 7 rechts dargestellt, in die resultierende Schaltung aus Überspannungsdetektor und NPN-Transistorelement hineinfließt.
Der Verlauf 52 unterscheidet sich vom Verlauf 51 dadurch, dass der Strom I ähnlich dem Ausgangskennlinienfeld eines NPN-Bipolar-Transistors bereits zunimmt, sobald die Spannung V die Durchbruchsspannung V_BD,z der Zener-Diode überschritten hat. Dabei ist im Allgemeinen die Durchbruchspannung V_BD,z kleiner als die Spannungswerte V_BD,npn und V_trigger des NPN-Transistorelements mit offener Basis. Ab einer Spannung V_h nehmen in ähnlicher Weise wie bei dem NPN-Transistorelement mit offener Basis der differentielle und absolute Leitwert stark zu.
Das Ansprechen des Überspannungsdetektors kann hinsichtlich des Spannungswertes auch unterschiedlich ausgestaltet werden. Dies ist deswegen wichtig, da ein Überspannungsdetektor, welcher ein Versorgungsspannungsnetz V_DD1 mit beispielsweise einer nominalen Spannung von 3,3 V überwacht erst bei höheren Spannungen ansprechen soll als ein Überspannungsdetektor, welcher ein Versorgungsspannungsnetz V_DD2 mit einer geringeren nominalen Spannung, beispielsweise 1,8 V, überwacht. Dies kann mit Hilfe verschiedener Zener-Dioden mit unterschiedlichen Durchbruchsspannungen V_BD,z erreicht werden. Ferner ist es möglich, durch Verwendung einer weiteren Diode im Pfad zwischen dem Mess- und dem Referenzeingang, insbesondere zwischen dem Messeingang M und dem Steuereingang 45, das Ansprechen des Überspannungsdetektors hin zu höheren Spannungen zu verschieben. Bei Berücksichtigung verschiedener nominaler Versorgungsspannungen führen bereits geringe ESD-Belastungen, welche von der kleinsten nominalen Versorgungsspannung abweichen, zu einer Aufsteuerung aller an dem Steuerbus angeschlossenen ESD-Schutzelemente, so dass es damit insgesamt zu einer Spannungsbegrenzung auf niedrigem Niveau kommt.
In 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines in einem erfindungsgemäßen ESD-Schutzschaltkreis verwendeten Überspannungsdetektors dargestellt. Dabei entsprechen mit gleichen Bezugszeichen versehene Elemente und Knoten von 5 und 6 einander. Zusätzlich befindet sich in dem Pfad zwischen dem Steuerausgang und dem Referenzeingang ein anti-paralleles Diodenpaar 46 und 47. Ob das anti-parallele Diodenpaar – wie in 6 dargestellt – oder der Widerstand 44 mit dem Referenzeingang verbunden ist, ist für die Funktion des Diodenpaares unerheblich.
Durch die Erweiterung des Überspannungsdetektors mit einem anti-parallelen Diodenpaar wird vermieden, dass bei der Verwendung mehrerer interner Masseknoten (beispielsweise V_SS1 und V_SS2) und mehrerer Überspannungsdetektoren, welche mit unterschiedlichen internen Masseknoten über die Referenzeingänge in Verbindung stehen, die unterschiedlichen Masseknoten im Betrieb der elektronischen Schaltung miteinander über den Steuerbus verkoppelt werden. Bei Verwendung von Überspannungsdetektoren gemäß 6 besteht zwischen zwei unterschiedliche Referenzknoten R zweier Überspannungsdetektoren über den Steuerbus lediglich dann eine elektrisch leitende Verbindung, wenn sich die Potentiale der Referenzknoten um die mindestens zweifache Diodenflussspannung unterscheiden.
8 zeigt abschließend ein Beispiel der Anordnung der ESD-Schutzelemente 11 – 13 gemäß 3 im Pad-Rahmenbereich der integrierten Schaltung. Über die Pads Pad_V_DD1 – Pad_V_DD4 werden vier Betriebsspannungen V_DD1 – V_DD4 zugeführt. Zwischen zwei benachbarten Versorgungsnetzen sind die ESD-Schutzelemente 11 – 13 angeordnet. Die Eingänge und Ausgänge der ESD-Schutzelemente sind über breite Metallbusse BUS1 – BUS4 mit den Versorgungsspannungsknoten verbunden. Kommt es zu einer ESD-Belastung zwischen den Knoten V_DD1 und V_DD2 werden die ESD-Schutzelemente 11 – 13 aktiviert und es bildet sich ein niederohmiger leitender ESD-Schutzpfad über die Busse BUS1 – BUS4 und die dazwischenliegenden ESD-Schutzelemente 11 – 13.

Claims

ESD-Schutzschaltkreis für eine elektronische Schaltung, welche mindestens eine erste und eine zweite Versorgungsspannung nutzt, mit – einem ersten ESD-Schutzelement (11 – 13; 21, 22; 31 – 33), welches – über einen Eingang mit einem der ersten Versorgungsspannung zugeordneten ersten Versorgungsspannungsknoten (V_DD1 – V_DD4) elektrisch verbunden ist, – einen Steuereingang aufweist, über welchen es bei ESD-Belastungen aktiviert wird und – im aktivierten Zustand vom Eingang erhaltene Ladung über einen Ausgang ableitet, – einem zweiten ESD-Schutzelement (11 – 13; 21, 22; 31 – 33), welches – über einen Eingang mit einem der zweiten Versorgungsspannung zugeordneten zweiten Versorgungsspannungsknoten (V_DD1 – V_DD4) elektrisch verbunden ist, – einen Steuereingang aufweist, über welchen es bei ESD-Belastungen aktiviert wird und – im aktivierten Zustand vom Eingang erhaltene Ladung über einen Ausgang ableitet, – einem Steuerbus (18; 26; 36), welcher die Steuereingänge der ESD-Schutzelemente elektrisch verbindet, und – einem ersten Überspannungsdetektor (14 – 17; 23 – 25; 33, 34), mit – mindestens einem Messeingang (M) zur Messung des Potentials des ersten Versorgungsspannungsknotens und – einem Steuerausgang zur Ansteuerung des Steuerbusses in Abhängigkeit des gemessenen Potentials.
ESD-Schutzschaltkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Überspannungsdetektor (14 – 17; 23 – 25; 33, 34), mit – mindestens einem Messeingang (M) zur Messung des Potentials des zweiten Versorgungsspannungsknotens und – einem Steuerausgang zur Ansteuerung des Steuerbusses in Abhängigkeit des gemessenen Potentials.
ESD-Schutzschaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite ESD-Schutzelement in Serie geschaltet sind.
ESD-Schutzschaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – dass der ESD-Schutzschaltkreis einen einer dritten Versorgungsspannung zugeordneten dritten Versorgungsspannungsknoten (V_DD1 – V_DD4) aufweist, – dass der Ausgang des ersten ESD-Schutzelements (11 – 13; 21, 22) mit dem zweiten Versorgungsspannungsknoten elektrisch verbunden ist, und – dass der Ausgang des zweiten ESD-Schutzelements (11 – 13; 21, 22) mit dem dritten Versorgungsspannungsknoten elektrisch verbunden ist.
ESD-Schutzschaltkreis nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen dritten Überspannungsdetektor (14 – 17; 23 – 25), mit – mindestens einem Messeingang (M) zur Messung des Potentials des dritten Versorgungsspannungsknotens und – einem Steuerausgang zur Ansteuerung des Steuerbusses in Abhängigkeit des gemessenen Potentials.
ESD-Schutzschaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Überspannungsdetektoren (14 – 17) derart ausgestaltet sind, dass diese jeweils die Spannung zwischen einem ihnen zugeordneten Versorgungsspannungsknoten (V_DD1 – V_DD4) und einem internen Masseknoten (V_SS) messen.
ESD-Schutzschaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Überspannungsdetektoren (23, 24) die Spannung zwischen dem ersten Versorgungsspannungsknoten und dem zweiten oder dem dritten Versorgungsspannungsknoten misst.
ESD-Schutzschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass der Ausgang des ersten ESD-Schutzelements (31) mit einem internen Masseknoten (V_SS) elektrisch verbunden ist, und – dass der Ausgang des zweiten ESD-Schutzelements (33) mit demselben internen Masseknoten (V_SS) elektrisch verbunden ist.
ESD-Schutzschaltkreis nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein drittes ESD-Schutzelement (32), welches – über einen Eingang mit dem ersten Versorgungsspannungsknoten elektrisch verbunden ist, – einen mit dem Steuerbus (36) elektrisch verbundenen Steuereingang aufweist, über welchen es bei ESD-Belastungen aktiviert wird, und – im aktivierten Zustand vom Eingang erhaltene Ladung über einen mit dem zweiten Versorgungsspannungsknoten verbundenen Ausgang ableitet.
ESD-Schutzschaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überspannungsdetektor (14 – 17; 23 – 25; 33, 34) – einen zusätzlichen Referenzeingang (R) aufweist und – derart ausgestaltet ist, dass am Steuerausgang ein zur Aktivierung jedes ESD-Schutzelements geeignetes Signal geliefert wird, sobald – eine erste positive Schwellspannung, insbesondere eine Diodendurchbruchsspannung, zwischen dem Messeingang und dem Referenzeingang überschritten wird, und/oder – eine zweite negative Schwellspannung zwischen dem Messeingang und dem Referenzeingang unterschritten wird.
ESD-Schutzschaltkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überspannungsdetektor gemäß Anspruch 10 einen Spannungsteiler zwischen dem Messeingang (M) und dem Referenzeingang (R), mit – einer Diode, insbesondere einer Zener-Diode (43), welche Kathoden-seitig mit dem Messeingang (M) elektrisch verbunden ist, und – einem Anoden-seitig der Diode befindlichen Widerstand (44), umfasst, wobei das Potential des Spannungsteilerausgangs dem Steuerausgang (45) zugeführt wird.
ESD-Schutzschaltkreis nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überspannungsdetektor gemäß Anspruch 11 ein anti-paralleles Diodenpaar (46, 47) in der Teilschaltung zwischen dem Referenzeingang und dem Steuerausgang umfasst.
ESD-Schutzschaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein ESD-Schutzelement ein Bipolar-Transistor-Element, insbesondere ein NPN-Bipolar-Transistor-Element, umfasst.
ESD-Schutzschaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Layout – der erste Versorgungsspannungsknoten benachbart zu dem zweiten Versorgungsspannungsknoten ist und – der zweite Versorgungsspannungsknoten benachbart zu dem dritten Versorgungsspannungsknoten ist.
ESD-Schutzverfahren für eine elektronische Schaltung, welche mindestens eine erste und eine zweite Versorgungsspannungen nutzt, mit den Schritten: – Messen des Potentials des ersten Versorgungsspannungsknotens (V_DD1 – V_DD4); und – Aktivieren – des ersten ESD-Schutzelements (11 – 13; 21, 22; 31 – 33) nach Anspruch 1 und gleichzeitig – des zweiten ESD-Schutzelements (11 – 13; 21, 22; 31 – 33) nach Anspruch 1 in Abhängigkeit des gemessenen Potentials des ersten Versorgungsspannungsknotens.