本發(fā)明涉及電子電路，更具體地，涉及具有靜電放電(ESD，electrostatic discharge)保護的電子電路。

背景技術(shù)：

當(dāng)靜電源(如，人體)與集成電路(IC,integrated circuit)接觸時，由于可能出現(xiàn)持續(xù)時間極短而電壓值高達幾千伏特的ESD(靜電放電，electrostatic discharge)脈沖，集成電路可能會因該ESD脈沖而遭受損壞。現(xiàn)有技術(shù)中，為保護耦接于第一節(jié)點和第二節(jié)點之間的集成電路(下文稱作被保護電路)免受ESD損壞，常在該第一節(jié)點與第二節(jié)點之間放置ESD保護電路。然而，傳統(tǒng)的ESD保護電路在某些情形下不能區(qū)分被保護電路是在正常工作還是遭遇了ESD事件，當(dāng)被保護電路處于正常工作時，該ESD保護電路會被誤觸發(fā)，從而在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間形成電流通路放電。例如，當(dāng)被保護電路耦接于輸入/輸出焊盤(I/O pad,input/output pad)與接地焊盤時，在I/O焊盤處進行的正?？焖匍_關(guān)操作(例如，熱插拔操作)會產(chǎn)生快速上升的電壓脈沖，這和ESD情形相似，因而這樣的正?？焖匍_關(guān)操作會被錯誤地檢測成ESD事件。

因此，需要一種至少可以解決上述誤觸發(fā)問題的ESD保護電路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

依據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提出了一種用于保護被保護電路的ESD保護電路。該被保護電路耦接于第一節(jié)點和第二節(jié)點之間。其中，ESD保護電路包括放電電路和控制電路。放電電路用于在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間提供電流通路以選擇性地從第一節(jié)點向第二節(jié)點放電。控制電路在出現(xiàn)ESD事件時控制放電電路導(dǎo)通電流通路，且在被保護電路電路正常工作時控制放電電路關(guān)斷電流通路。

依據(jù)本發(fā)明實施例的另一個方面，提出了一種用于保護被保護電路的ESD保護電路。該被保護電路耦接于第一節(jié)點和第二節(jié)點之間。其中，ESD保護電路包括放電電路和控制電路。放電電路用于在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間提供電流通路以選擇性地從第一節(jié)點向第二節(jié)點放電。控制電路在出現(xiàn)ESD事件時控制放電電路導(dǎo)通電流通路，且在被保護電路電路正常工作時控制放電電路關(guān)斷電流通路。其中，控制電路包括去能電路和觸發(fā)電路。去能電路具有輸出端，去能電路根據(jù)被保護電路的狀態(tài)在輸出端產(chǎn)生去能信號。觸發(fā)電路耦接至去能電路以接收去能信號并根據(jù)去能信號產(chǎn)生觸發(fā)信號以控制放電電路。當(dāng)去能信號指示被保護電路處于正常工作狀態(tài)時，觸發(fā)信號處于無效狀態(tài)以控制放電電路關(guān)斷電流通路。

利用本發(fā)明實施例提出的ESD保護電路一方面能夠保護被保護電路免于遭受ESD損壞；另一方面，當(dāng)被保護電路處于正常工作情形時，由于電流無法流過放電電路，可以防止ESD保護電路被誤觸發(fā)。

附圖說明

圖1示出依據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于保護被保護電路101的ESD保護電路100；

圖2示出依據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于保護被保護電路201的ESD保護電路200；

圖3示出圖2中當(dāng)被保護電路201處于正常工作時ESD保護電路200的部分波形圖；

圖4示出當(dāng)出現(xiàn)ESD事件時ESD保護電路200的部分波形圖；

圖5示出依據(jù)本發(fā)明另一實施例的在放電電路502中采用P型器件的ESD保護電路500；

圖6示出依據(jù)本發(fā)明另一實施例的去能電路600。

具體實施方式

下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是：不必采用這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明。在其他實例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。

在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和、或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，并且示圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。

圖1示出依據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于保護被保護電路101的ESD保護電路100。如圖1所示，被保護電路101耦接于節(jié)點A和B之間。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，被保護電路101也可稱作核心電路、內(nèi)部電路、集成電路或其它合適的術(shù)語。另外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“耦接”在全文中視情況可能表示“直接連接”或“間接連接”。在一個實施例中，節(jié)點A可能包括輸入/輸出焊盤(I/O pad)，而節(jié)點B可能包括接地焊盤(ground pad)。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在其它實施例中，節(jié)點A和B可能是任何類型合適的焊盤(如，I/O焊盤、電源焊盤、接地焊盤等等)的組合，只要這兩個焊盤之間可能出現(xiàn)ESD事件。

進一步參考圖1，ESD保護電路100示例性地包括放電電路102和控制電路103。放電電路102耦接于節(jié)點A和B之間以選擇性地為節(jié)點A和B之間提供放電電流通路，以保護被保護電路101免受ESD損壞。

控制電路103用于檢測ESD事件以及被保護電路101的狀態(tài)，即被保護電路101是否處于正常工作中，進而根據(jù)檢測結(jié)果控制放電電路102。在出現(xiàn)ESD事件時，控制電路103控制放電電路102導(dǎo)通電流通路以釋放ESD能量；而當(dāng)被保護電路101處于正常工作中時，控制電路103控制放電電路102關(guān)斷電流通路。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在全文中，“導(dǎo)通電流通路”是指電流通路建立，允許電流通過；而“關(guān)斷電流通路”是指電流通路被切斷，電流不能從電流通路中流過。

這樣，ESD保護電路100能夠保護被保護電路101免于遭受ESD損壞。而且，當(dāng)被保護電路101處于正常工作中時，即使出現(xiàn)可能會被當(dāng)作是ESD事件的正常操作，由于電流無法流過放電電路102，從而可以防止誤觸發(fā)ESD保護電路100。

在圖1所示的實施例中，控制電路103示例性地包括觸發(fā)電路131和去能電路132。去能電路132包括輸出端。去能電路132根據(jù)被保護電路101的狀態(tài)在輸出端產(chǎn)生去能信號DIS。其中，被保護電路101的狀態(tài)是指被保護電路101處于正常工作中還是未處于正常工作中。觸發(fā)電路131耦接至去能電路132以接收去能信號DIS。觸發(fā)電路131進一步根據(jù)該去能信號DIS產(chǎn)生觸發(fā)信號TRI以控制放電電路102。其中，當(dāng)去能信號DIS指示被保護電路101處于正常工作中時，觸發(fā)信號TRI處于無效狀態(tài)，以關(guān)斷放電電路102。在一個實施例中，去能電路132還根據(jù)是否檢測到ESD事件來產(chǎn)生去能信號DIS。在這樣的實施例中，當(dāng)去能信號DIS指示出現(xiàn)了ESD事件時，觸發(fā)信號TRI處于有效狀態(tài)，以導(dǎo)通放電電路102。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在全文中，放電電路“導(dǎo)通”/“關(guān)斷”是指放電電路提供的電流通路“導(dǎo)通”/“關(guān)斷”。

圖2示出依據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于保護被保護電路201的ESD保護電路200。其中，被保護電路201耦接于節(jié)點A和B之間。被保護電路201具有和圖1所示被保護電路101類似的結(jié)構(gòu)，因此，為簡潔之目的，此處不再對被保護電路201的結(jié)構(gòu)進行描述。

如圖2所示，ESD保護電路200包括放電電路202和控制電路203。放電電路202示例性地包括N型金屬氧化物半導(dǎo)體效應(yīng)晶體管(MOSFET)M，其中，MOSFET M具有第一端、第二端和控制端。在一個實施例中，MOSFET M的第一端包括漏極，MOSFET M的第二端包括源極。MOSFET M的第一端耦接至節(jié)點A(在圖2所示實施例中，節(jié)點A可示例性地包括I/O焊盤)，而MOSFET M的第二端耦接至節(jié)點B(在圖2所示實施例中，節(jié)點B可示例性地包括接地焊盤)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖2所示的N型MOSFET只是示例性的，其不應(yīng)被用于限制本發(fā)明，在其它實施例中，放電電路202可以包括任何合適的、可控制其導(dǎo)通與關(guān)斷的開關(guān)，例如，三極管或驅(qū)動型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(DrMOS)等。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，如下文圖5所示實施例所示，放電電路202可以包括P型器件。

控制電路203示例性地包括觸發(fā)電路231和去能電路232。去能電路232示例性地包括第一輸入端，其耦接至節(jié)點A以接收節(jié)點A上存在的信號SA。信號SA可能是被保護電路201正常工作時的工作信號，例如，提供至被保護電路201的輸入信號或被保護電路201生成的輸出信號，又或者是用于給被保護電路201的內(nèi)部元器件供電的供電信號。信號SA也可能是出現(xiàn)ESD事件時包括一個或多個ESD脈沖的ESD信號。去能電路232還示例性地包括第二輸入端和輸出端。其中，去能電路232的第二輸入端接收指示被保護電路201狀態(tài)的指示信號IND。其中，被保護電路201的狀態(tài)是指被保護電路201是處于正常工作中還是未處于正常工作中。去能電路232將節(jié)點A處的信號SA與指示信號IND進行比較，并基于比較結(jié)果在輸出端輸出信號SA或指示信號IND以作為去能信號DIS。在一個實施例中，指示信號IND為高電平則表明被保護電路201處于正常工作中，在這樣的實施例中，去能電路232在輸出端輸出信號SA或指示信號IND兩者中具有較高電壓值的那個信號。即，當(dāng)信號SA的電壓值高于指示信號IND的電壓值時，去能電路232輸出信號SA；當(dāng)指示信號IND的電壓值高于信號SA的電壓值時，去能電路232輸出指示信號IND。在一個實施例中，在被保護電路201正常工作時，去能電路232的第二輸入端耦接至用于驅(qū)動被保護電路201內(nèi)部元器件的供電信號(具有如5V的電壓值)。在另一實施例中，當(dāng)被保護電路201不是處于正常工作時，去能電路232的第二輸入端可能浮置或接地。

如圖2所示，去能電路232示例性地包括第一P型MOSFET M1和第二P型MOSFET M2。其中，MOSFET M1包括第一端(如漏極)、第二端(如源極)和控制端。其中，MOSFET M1的第一端耦接至去能電路232的第二輸入端且MOSFET M1的控制端耦接至節(jié)點A。MOSFET M1在其第一端接收指示信號IND且在其控制端接收節(jié)點A處的信號SA。MOSFET M2包括第一端(如漏極)、第二端(如源極)和控制端。其中，MOSFET M2的第一端耦接至節(jié)點A，MOSFET M2的第二端耦接至MOSFET M1的第二端且作為去能電路232的輸出端，MOSFET M2的控制端耦接至MOSFET M1的第一端。MOSFET M2分別在其控制端和第一端接收指示信號IND和信號SA并在其第二端提供去能信號SA。當(dāng)指示信號IND高于節(jié)點A處的信號SA時，例如，IND＝5V，SA＝0V，則由于MOSFET M1的柵源電壓低于其為負值的閾值電壓，MOSFET M1導(dǎo)通；且由于MOSFET M2的柵源電壓高于其為負值的閾值電壓，MOSFET M2關(guān)斷。這樣，去能信號DIS為指示信號IND。換句話說，去能信號DIS等于指示信號IND。相反，當(dāng)指示信號IND小于節(jié)點A處的信號SA時，如IND＝0V，SA＝3V，則由于MOSFET M1的柵源電壓高于其為負值的閾值電壓，MOSFET M1關(guān)斷；且由于MOSFET M2的源電壓低于其為負值的閾值電壓，MOSFET M2導(dǎo)通。這樣，去能信號DIS為節(jié)點A處的信號SA。從上述分析可知，包括MOSFET M1和M2的去能電路232輸出指示信號IND和信號SA兩者中具有較大電壓值的那個信號。

應(yīng)當(dāng)理解，MOSFET M1和M2只是示例性的，其不應(yīng)用于限制本發(fā)明，在其它實施例中，MOSFET M1和M2可以由其它合適的元器件取代，如BJT、IGBT等。另外，在其它實施例中，P型MOSFET也可以由N型MOSFET代替。

觸發(fā)電路231示例性包括計時器2311和緩沖器2312。計時器2311耦接于去能電路232的輸出端和節(jié)點B之間，用于設(shè)定放電電路導(dǎo)通的時間和ESD放電時間。緩沖器2312耦接于去能電路232的輸出端和節(jié)點B之間，用于驅(qū)動放電電路202的MOSFET M。

在圖2所示實施例中，計時器2311示例性地包括電阻R和電容C。電阻R具有第一端和第二端，其中，電阻R的第一端耦接至去能電路232的輸出端。電容C具有第一端和第二端，其中，電容C的第一端耦接至電阻R的第二端，電容C的第二端耦接至節(jié)點B。電阻R的第二端和電容C的第一端耦接在一起作為計時器2311的輸出端以提供計時信號V_RC。

緩沖器2312示例性地包括P型MOSFET M3和N型MOSFET M4。MOSFET M3具有耦接至去能電路232的輸出端的第一端(如源極)，MOSFET M3還具有第二端(如漏極)和耦接至計時器2311輸出端以接收計時信號V_RC的控制端。MOSFET M4具有第一端(如漏極)、第二端(如源極)和控制端，其中，MOSFET M4的第一端耦接至MOSFET M3的第二端，MOSFET M4的第二端耦接至節(jié)點B，MOSFET M4的控制端耦接至計時器2311的輸出端以及MOSFET M3的控制端。MOSFET M3的第二端和MOSFET M4的第一端耦接在一起以作為緩沖器2312的輸出端以輸出觸發(fā)信號TRI來導(dǎo)通或關(guān)斷放電電路202提供的電流通路。

圖3示出圖2中當(dāng)被保護電路201處于正常工作時ESD保護電路200的部分波形圖。圖4示出當(dāng)出現(xiàn)ESD事件時ESD保護電路200的部分波形圖。圖3和圖4中所示的波形包括指示信號IND、節(jié)點A處的信號SA、觸發(fā)信號TRI和流過放電電路202的電流I_M。

接下來，將結(jié)合圖2至圖4對ESD保護電路200的工作過程進行詳細描述。如圖3所示，被保護電路201在正常工作時，指示信號IND保持在高電平狀態(tài)HI(例如，5V)。另外，當(dāng)被保護電路201出現(xiàn)正常操作時，例如，熱插拔操作，節(jié)點A處會出現(xiàn)脈沖(具有如3或4V的電壓值)，該脈沖即為節(jié)點A處的信號SA。這樣，由于指示信號IND的電壓值高于信號SA的電壓值，去能電路232輸出指示信號IND作為去能信號DIS，即DIS＝IND。計時信號V_RC跟隨去能信號DIS，因而計時信號V_RC基本上等于指示信號IND，從而導(dǎo)通MOSFET M4且關(guān)斷MOSFET M3，進而使MOSFET M的控制端接地。換句話說，觸發(fā)信號TRI處于失效狀態(tài)(0V)，從而將放電MOSFET M提供的電流通路關(guān)斷，電流無法從節(jié)點A流到節(jié)點B，即流過MOSFET M的電流I_M等于0A(I_M＝0A)。從上述分析可知，當(dāng)被保護電路201處于正常工作時，即使由于正常操作而出現(xiàn)脈沖，該脈沖也會被指示信號IND覆蓋，放電電路202處于關(guān)斷狀態(tài)以阻止ESD保護電路201被被保護電路201的正常操作誤觸發(fā)。

另一方面，如圖4所示，當(dāng)被保護電路201未處于正常工作時，指示信號IND保持為低電平狀態(tài)LO(典型地，0V)，這樣，當(dāng)出現(xiàn)ESD事件而使得節(jié)點A處出現(xiàn)快速上升的ESD脈沖時，去能電路232將輸出信號SA作為去能信號DIS，即DIS＝SA。此時，計時信號VRC的電壓最初為0V，然后逐漸升高以跟隨ESD脈沖。當(dāng)計時信號V_RC小于ESD脈沖的電壓值與MOSFET M3的負閾值電壓值之和(該和值在圖4中用點線表示)時，MOSFET M3導(dǎo)通且MOSFET M4關(guān)斷，這使得觸發(fā)信號TRI跟隨ESD脈沖以導(dǎo)通放電電路202。這樣，電流I_M從節(jié)點流到節(jié)點B以釋放ESD能量。

如上所述，在一些實施例中，圖2所示的放電電路202包括的N型功率器件可能由P型功率器件替代。圖5示出依據(jù)本發(fā)明另一實施例的在放電電路502中采用P型器件的ESD保護電路500。ESD保護電路500具有和ESD保護電路200類似的結(jié)構(gòu)，因此，為簡潔之目的，ESD保護電路500中和ESD保護電路200中相同的地方將不再描述，而只對其不同之處進行詳細描述。如圖5所示，放電電路502包括P型MOSFET M，該P型MOSFET M具有第一端(如源極)、第二端(如漏極)和控制端。MOSFET M的第一端耦接至節(jié)點A，MOSFET M的第二端耦接至節(jié)點B。計時器5311包括電阻R和電容C。電阻R具有第一端和第二端，其中，電阻R的第一端耦接至節(jié)點B。電容C具有第一端和第二端，其中，電容C的第一端耦接至電阻R的第二端，且電容C的第二端耦接至去能電路532的輸出端。電阻R的第二端和電容C的第一端耦接在一起以作為計時器5311的輸出端以提供計時信號V_RC。緩沖器5312根據(jù)計時信號V_RC以產(chǎn)生觸發(fā)信號TRI來控制P型MOSFET M以使得P型MOSFET M在ESD事件出現(xiàn)時導(dǎo)通而在被保護電路501正常工作時關(guān)斷。

圖6示出依據(jù)本發(fā)明另一實施例的去能電路600。如圖6所示，去能電路600示例性地包括第一二極管D1和第二二極管D2。第一二極管D1具有陽極和陰極，第一二極管D1的陽極耦接至節(jié)點A以接收信號SA。第二二極管D2具有陽極和陰極，其中，第二二極管D2的陰極耦接至第一二極管D1的陰極且作為去能電路600的輸出端。第二二極管D2的陽極接收指示信號IND并在陰極輸出去能信號DIS。當(dāng)信號SA的電壓值大于指示信號IND的電壓值時，第一二極管D1導(dǎo)通且第二二極管D2關(guān)斷，從而，去能信號DIS等于信號SA。相反，當(dāng)指示信號IND的電壓值高于信號SA的電壓值時，第一二極管D1關(guān)斷且第二二極管D2導(dǎo)通，從而，去能信號DIS等于指示信號IND。從上述分析可知，去能電路600根據(jù)信號SA和指示信號IND的電壓值的大小，而輸出二者中電壓值較大的信號。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。