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通過縱向源極跟隨器感測的反向電流保護電路的制作方法

文檔序號:10473342閱讀:308來源:國知局
通過縱向源極跟隨器感測的反向電流保護電路的制作方法
【專利摘要】提供了通過縱向源極跟隨器感測的反向電流保護電路。單片集成電路包括低電壓控制電路、縱向功率晶體管以及源極跟隨器??v向功率晶體管至少包括漏極。源極跟隨器包括耦合到縱向功率晶體管的漏極的漏極、耦合到限制電壓節(jié)點的柵極以及耦合到高阻抗節(jié)點的源極。源極跟隨器被布置為使得在源極跟隨器的源極處的源極電壓是縱向功率晶體管的漏極電壓的電壓受限版本。低電壓控制電路包括驅(qū)動器和保護電路,被布置為檢測源極電壓,驅(qū)動縱向功率晶體管,并且至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置。
【專利說明】
通過縱向源極跟隨器感測的反向電流保護電路
技術領域
[0001]本公開涉及電子電路,并且更具體地,涉及使用還包括低電壓邏輯的集成電路的縱向功率晶體管。
【背景技術】
[0002]智能半導體開關越來越多地用于代替在自動化應用和各種其他應用中的電動機械繼電器,諸如自動門中的驅(qū)動電機。在一些情況下,智能功率半導體可以通過縱向功率晶體管來實現(xiàn),諸如縱向功率DMOS ο縱向功率DMOS可以與控制電路一起集成到相同硅基(silicon)內(nèi)的各個講中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一些示例中,單片集成電路包括低電壓控制電路、縱向功率晶體管以及源極跟隨器??v向功率晶體管包括漏極。源極跟隨器包括耦合到縱向功率晶體管的漏極的漏極、耦合到限制電壓節(jié)點的柵極以及耦合到高阻抗節(jié)點的源極。源極跟隨器被布置為使得在源極跟隨器的源極處的源極電壓是縱向功率晶體管的漏極電壓的電壓受限版本。低電壓控制電路包括驅(qū)動器和保護電路,被布置為檢測源極電壓,驅(qū)動縱向功率晶體管,并且至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置。
[0004]在一些示例中,一種設備包括單片集成電路,其中單片集成電路包括低電壓控制電路、縱向功率晶體管以及源極跟隨器??v向功率晶體管包括漏極。源極跟隨器包括耦合到縱向功率晶體管的漏極的漏極、耦合到限制電壓節(jié)點的柵極以及耦合到高阻抗節(jié)點的源極。源極跟隨器被布置為使得在源極跟隨器的源極處的源極電壓是縱向功率晶體管的漏極電壓的電壓受限版本。低電壓控制電路包括驅(qū)動器和保護電路,被布置為檢測源極電壓,驅(qū)動縱向功率晶體管,并且至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置。
[0005]在一些示例中,一種方法包括:使用高阻抗設備和源極跟隨器,源極跟隨器包括源極以及耦合到縱向功率晶體管的漏極,以輸出在源極跟隨器的源極處的源極電壓,使得源極電壓是縱向功率晶體管的漏極處的電壓的電壓受限版本;檢測源極電壓;驅(qū)動縱向功率晶體管;以及至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置。
[0006]在一些示例中,一種設備包括:用于使用高阻抗設備和源極跟隨器的裝置,源極跟隨器包括源極以及耦合到縱向功率晶體管的漏極,以輸出在源極跟隨器的源極處的源極電壓,使得源極電壓是縱向功率晶體管的漏極處的電壓的電壓受限版本;用于檢測源極電壓的裝置;用于驅(qū)動縱向功率晶體管的裝置;以及用于至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置的裝置。
[0007]本公開的一個或多個示例的細節(jié)在附圖和以下描述中被闡述。從描述和附圖并且從權利要求中,本公開的其他特征、目的和優(yōu)點將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0008]參考以下附圖描述本公開的非限制性和非窮盡實施例。
[0009]圖1是圖示單片集成電路的示例的框圖。
[0010]圖2是圖示進一步包括低電壓參考和高阻抗設備的圖1的單片集成電路的示例的框圖。
[0011]圖3是圖不過程的不例的流程圖。
[0012]圖4是圖示進一步包括兩個開關晶體管的圖1或圖2的單片集成電路的示例的框圖。
[0013]圖5是圖不圖4的單片集成電路的不例的圖。
[0014]圖6是圖示晶體管Ml、M2和M3共享公共漏極的圖4的單片集成電路的示例的圖。
[0015]圖7是圖示具有替代接地布置的圖4的單片集成電路的示例的框圖。
[0016]圖8是圖示根據(jù)本公開的各方面的直接驅(qū)動縱向功率DMOS的圖4的單片集成電路的示例的框圖。
【具體實施方式】
[0017]將參考附圖來詳細描述本公開的各種示例,在若干附圖中類似的附圖標記表示類似的部件和組件。對各種示例的參考不限制本公開的范圍,其僅由所附權利要求的范圍來限定。此外,在本說明書中闡述的任何示例并不意在進行限制,而僅闡述本公開的許多可能的示例的一些。
[0018]在說明書和權利要求書中,除非上下文另外指示,以下術語采取本文中明確關聯(lián)的含義。以下標識的含義不一定限制術語,而是僅提供術語的說明性示例?!耙弧薄ⅰ耙粋€”和“該”的含義包括復數(shù)引用,并且“在…中”的含義包括“在…中”和“在…上”。本文使用的短語“在一個實施例中”或“在一個示例中”在多次使用時不一定指同一實施例或示例,但是其可以指同一實施例或示例。類似地,本文使用的短語“在一些實施例中”或“在一些示例中”在多次使用時不一定指同一實施例或示例,但是其可以指同一實施例或示例。如本文使用的術語“或”是包括性“或者”操作符,并且等同于術語“和/或”,除非上下文另有明確說明。術語“部分地基于”、“至少部分地基于”或“基于”不是排他性的,并且允許基于沒有描述的其他因素,除非上下文另有明確說明。在適當時,術語“柵極”意在是涵蓋“柵極”和“基極”的通用術語;術語“源極”意在是涵蓋“源極”和“發(fā)射極”的通用術語;并且術語“漏極”意在是涵蓋“漏極”和“集電極”的通用術語。術語“耦合”至少指在連接的項目之間的直接電氣連接或通過一個或多個無源或有源中間器件的間接連接。術語“信號”指至少一個電流、電壓、電荷、溫度、數(shù)據(jù)或其他信號。
[0019]簡單地說,單片集成電路包括低電壓控制電路、縱向功率晶體管以及源極跟隨器??v向功率晶體管包括至少一個漏極。源極跟隨器包括耦合到縱向功率晶體管的漏極、耦合到限制電壓節(jié)點的柵極以及耦合到高阻抗節(jié)點的源極。源極跟隨器被布置為使得在源極跟隨器的源極處的源極電壓是縱向功率晶體管的漏極電壓的電壓受限版本。低電壓控制電路包括驅(qū)動器和保護電路,被布置為檢測源極電壓,驅(qū)動縱向功率晶體管,并且至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置。
[0020]圖1是圖示根據(jù)本公開的各方面的單片集成電路100的示例的框圖。單片集成電路100包括低電壓控制電路130、縱向功率晶體管110以及源極跟隨器120。縱向功率晶體管110至少包括耦合到節(jié)點NI的漏極和耦合到節(jié)點N4的柵極。源極跟隨器120至少包括耦合到節(jié)點NI的漏極、親合到限制電壓節(jié)點N2的柵極和耦合到高阻抗節(jié)點N3的源極。源極跟隨器120被布置為使得在源極跟隨器120的源極處的源極電壓Vs是縱向功率晶體管110的漏極電壓Vd的電壓受限版本。低電壓控制電路130包括驅(qū)動器和保護電路131,其被布置為檢測源極電壓Vd,驅(qū)動縱向功率晶體管110,并且至少部分地基于源極電壓Vs來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管110如何被偏置。驅(qū)動器和保護電路131至少包括耦合到高阻抗節(jié)點N3的輸入以及耦合到節(jié)點N4的輸出。在一些示例中,驅(qū)動器和保護電路131被配置為檢測高阻抗節(jié)點N3處的感測電壓Vs,并且驅(qū)動節(jié)點N4處的縱向功率晶體管110。低電壓控制電路130被配置為以低于漏極電壓Vd的最大電壓的電壓電平進行操作。
[0021]圖1沒有示出的連接不必意在指示浮動節(jié)點,但是替代地示出了在不同示例中可以以不同方式連接的連接,或者在一些示例中可以被連接到外部組件??v向功率晶體管110的漏極耦合到節(jié)點NI,其在一些示例中可以接收外部或內(nèi)部電壓Vd。如圖2所示,根據(jù)一些示例,源極跟隨器120的源極耦合到高阻抗節(jié)點N3,其中在一些示例中,節(jié)點N3耦合到高阻抗設備。在各種示例中,可以耦合到高阻抗節(jié)點N3的高阻抗設備可以在單片集成電路(例如,100)的外部或者在單片集成電路的內(nèi)部。
[0022]圖2是圖示單片集成電路200的示例的框圖,其可以用作圖1的單片集成電路100的示例。單片集成電路200可以進一步包括高阻抗設備240和低電壓參考電路250。
[0023I 縱向功率晶體管210還包括在一些示例中親合到節(jié)點N5的源極。在一些示例中,高阻抗設備240被耦合在節(jié)點N3和N5之間。在一些示例中,低電壓參考250被布置為在節(jié)點N2處提供低電壓參考信號lv_ref。
[0024]雖然圖2圖示了下述示例,該示例包括低電壓參考250作為單獨的設備,在其他示例中,從已經(jīng)存在電路的一部分接收低電壓參考信號lv_ref,使得不需要單獨的低電壓參考信號或單獨的低電壓參考電路。在一些示例中,節(jié)點N2耦合到用于低電壓控制電路230的電源電壓,使得用于低電壓控制電路230的電源電壓是lv_ref,并且不需要單獨的低電壓參考250。
[0025]在一些示例中,源極跟隨器220和高阻抗設備240—起操作作為分壓器,其中,當漏極電壓Cd小于Vlv—ref-Vth時,源極跟隨器220的導通電阻相對于高阻抗設備240的阻抗是小的。因此,在這些示例中,當漏極電壓Vd小于Vlv—ref-Vth時,源極電壓Vs基本上等于漏極電壓Vd。然而,在這些示例中,當Vd為大于Vlv—ref-Vth時,Vs等于Vlv—ref-Vth。因此,Vs是Vd的電壓受限版本(limited vers1n) ο
[0026]驅(qū)動器和保護電路231可以被布置為檢測源極電壓Vs,并且基于檢測的源極電壓Vs來確定縱向功率晶體管210是否被反向偏置。如果驅(qū)動器和保護電路231檢測到縱向功率晶體管210被反向偏置,則驅(qū)動器和保護電路231可以通過進行下述中的一個或二者來調(diào)節(jié)晶體管Ml被如何偏置:(I)將包含低電壓控制電路230的阱開關為電壓Vd; (2)直接接通和驅(qū)動縱向功率晶體管210,以減少縱向功率晶體管210的反向偏置。
[0027]因為Vs被限制為不大則驅(qū)動器和保護電路231能夠在不使驅(qū)動器和保護電路231或低電壓控制電路230的任何其他部分暴露于任何高電壓的情況下,確定縱向功率晶體管210是否被反向偏置。驅(qū)動器和保護電路231可以檢測電壓Vs而不是電壓Vd,其中,Vs是Vd的電壓受限版本,并且其中直接感測Vd可能導致感測到對于驅(qū)動器和保護短路231來說過大的電壓。
[0028]在一些示例中,低電壓參考電壓Vlv—ref等于或相對接近低電壓邏輯電路240的電源電壓,在一些示例中諸如5V。然而,本公開不限于此,并且其他適當值可以用于Vlv—ref,只要Viv—rrf-Vth對于驅(qū)動器和保護電路231是安全的。
[0029]在一些示例中,節(jié)點N5可以接地,但是本公開不限于此。而且,雖然圖2圖示了高阻抗設備240和縱向功率晶體管210的源極被耦合到相同節(jié)點的示例,但是本公開不限于此,并且在本公開的范圍和精神內(nèi),在各種示例中,高阻抗設備240和縱向功率晶體管210的源極可以連接到不同的節(jié)點。
[0030]圖3是圖示過程(390)的示例的流程圖。在一個示例中,過程390如下進行。在開始塊,高阻抗設備(例如,圖2的240)和源極跟隨器(例如,圖2的220)輸出在源極跟隨器(例如,圖2的220)的源極處的源極電壓(例如,Vs),使得源極電壓(例如,Vs)是在縱向功率晶體管(例如,210)的漏極處的電壓(例如,Vd)的電壓受限版本(391)。接下來,驅(qū)動器和保護電路231檢測源極電壓(例如,Vs) (392)。然后,驅(qū)動器和保護電路231驅(qū)動縱向功率晶體管(例如,210)(393)。驅(qū)動器和保護電路231至少部分地基于源極電壓(例如,Vs)來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管(例如,210)如何被偏置(394)。然后,該過程前進到恢復其他處理的返回塊。
[0031 ]在一些示例中,在塊392處檢測源極電壓(例如,Vs)之后,縱向功率晶體管(例如,210)可以在塊393處接通。在一些示例中,在塊392處檢測電源極電壓(Vs)之后,阱開關晶體管可以被接通,以將單片集成電路(例如200)的模擬阱導通連接到最低電位(S卩,節(jié)點NI處的漏極電位),如在下面針對一些示例更詳細討論的。
[0032]圖4是圖示單片集成電路400的示例的框圖,其可以用作圖2的單片集成電路200的示例。在一些示例中,縱向功率晶體管410包括功率DMOS Ml,源極跟隨器420包括感測DMOSM2,并且高阻抗設備440包括電阻器Rsense。在一些示例中,單片集成電路400進一步包括阱開關DMOS M3和接地開關晶體管M4。在一些示例中,低電壓控制電路430包括耦合到VDD的電源輸入。低電壓控制電路430可以進一步包括電阻器Rso、主ESD設備主ESD和輔助ESD設備輔ESD。驅(qū)動器和保護電路431可以進一步包括驅(qū)動器和保護塊434、比較器435和反相器436。
[0033]在一些示例中,根據(jù)一個示例,如圖5中所示,低電壓控制電路430/530和縱向DMOSMl被集成到同一硅基內(nèi)的單獨阱中。圖5是圖示可以用作圖4的單片集成電路400的示例的單片集成電路500的示例的圖。在一些示例中,低電壓控制電路530包括寄生晶體管Ql和寄生晶體管Q2。
[0034]如圖5所示,在一些示例中,低電壓控制電路530和縱向DMOS Ml被集成到同一硅基內(nèi)的單獨的阱中。在一些示例中,每當縱向DMOS Ml被反向偏置,和/或激活功率DMOS Ml以減少反向偏置時,阱開關DMOS M3被布置為將包含低電壓控制電路530的阱切換為縱向DMOSMl的漏極(襯底)電位。當Ml被反向偏置或者減少Ml的反向偏置時閉合開關M3可以將來自邏輯阱的電流導通最小化到襯底,以防止產(chǎn)生在低壓控制電路530中的邏輯的從邏輯阱的至襯底中的電流導通經(jīng)受故障。
[0035]例如,當邏輯阱被正向偏置成N-外延時,低電壓控制電路530中的寄生雙極晶體管Ql和Q2可能產(chǎn)生相當大的電流,有效地使邏輯電源VDD短路。在Ml被反向偏置或者減少Ml的反向偏置時閉合開關M3可以防止邏輯電源VDD的短路。
[0036]通常,縱向晶體管是下述晶體管,在該晶體管中,負載電流(S卩,在MOSFET的情況下的漏極-源極電流)在縱向方向上通過半導體主體從半導體主體的底表面(漏電極所位于的位置)被引導到半導體主體的頂表面(源電極所位于的位置)。縱向晶體管可以是例如平面或溝槽的類型。還可以采用縱向雙極晶體管。對于基于溝槽的縱向晶體管,晶體管單元形成有從頂表面延伸到半導體主體的外延層的柵極溝槽。兩個相鄰溝槽之間的半導體部分形成例如通過離子注入或摻雜劑的擴散所形成的主體區(qū)域和晶體管源極。
[0037]返回到圖4,在一些示例中,驅(qū)動器和保護電路431被配置為感測晶體管Ml中的反向偏置狀態(tài),并且在沒有高電壓邏輯設備的情況下這樣做,使得可以經(jīng)由開關晶體管M3和M4的控制來開關邏輯阱和/或接通功率DMOS Ml接通。當晶體管Ml被反向偏置時,晶體管Ml的體二極管導通。
[0038]在一些示例中,如圖4中所示,晶體管M2接收在晶體管M2的柵極處的5V的固定電壓。在一些示例中,5V的固定電壓是VDD,并且節(jié)點N2是與VDD相同的節(jié)點。在其他示例中,節(jié)點N2和VDD是單獨的節(jié)點。電阻器Rsense可以具有非常高的電阻,諸如幾百千歐姆或兆歐姆。在一些示例中,當電壓Vd處于高電位時,電阻器Rsense的高電阻最小化從晶體管M2的漏極到晶體管M2的源極的電流。
[0039]在一些示例中,電阻器Rsense和晶體管M2如下操作。當Vd〈5V_Vth(其中,Vth是晶體管M2的閾值電壓)時,感測DMOS M2的源極電位Vs非常接近等于Vd。在Vd〈 (5V_Vth)時,Vs為幾乎等于Vd,因為晶體管M2的導通電阻(RonM2)和電阻Rsense—起用作分壓器,并且因為Rsense?RonM2,則Vs為幾乎等于Vd。然而,當Vd>(5V-Vth)時,Vs被限制為(5V-Vth),因為晶體管M2在Vd> (5V-Vth)時截止。因此,電壓Vs是電壓Vd的電壓受限版本。因此,當Vd處于低的或負電壓時,感測DMOS M2的源極連接向低電壓控制電路430傳送功率DMOS Ml漏極電位Vd,但是不傳送危險的高電壓。感測DMOS M2支持高漏極電壓Vd。
[0040]在一些示例中,晶體管M2是源極跟隨器配置中的單獨的縱向DM0S,使得晶體管M2被布置為將功率DMOS Ml(其可以處于高電壓)漏極安全連接到低電壓邏輯。在一些示例中,小的柵極電壓Vg(例如,根據(jù)一個示例,如圖4所示的5V)對節(jié)點N2處的柵極縱向感測DMOSM2的應用防止了高于(Vg-Vth)的電壓的傳輸,但是仍然允許反向或小的正向電壓到低電壓控制電路430的傳輸。
[0041]在一些示例中,比較器435被布置為將電壓Vs與諸如接地的相對小的電壓作比較,并且基于比較的結果來輸出比較輸出信號Comp。在一些示例中,基于比較器435執(zhí)行的比較的結果來斷開或閉合開關M3和M4,這可以經(jīng)由比較輸出信號Comp的邏輯電平來指示。在圖4所示的示例中,比較輸出信號Comp直接控制晶體管M3的斷開和關閉,而反相器436提供比較輸出信號Comp的反向版本,用于控制晶體管M4的斷開和關閉。
[0042]在一些示例中,基于比較輸出信號Comp,開關M3斷開,并且開關M4閉合,或者開關M4斷開并且開關M3閉合。在一些示例中,當開關M4閉合時,驅(qū)動器和保護塊434的模擬GND輸入被連接到Gnd。在一些示例中,GND是襯底電位。在一些示例中,當開關M3閉合時,驅(qū)動器和保護塊434的模擬GND輸入被連接到節(jié)點NI。在一些示例中,先開后合方案可以用于確保開關M3和M4不會同時接通。
[0043]在一些示例中,驅(qū)動器和保護電路431被布置為如下操作。驅(qū)動器和保護電路431被布置成經(jīng)由比較器435感測電壓Vs。比較器435的輸出,比較輸出信號Comp,根據(jù)功率DMOSMl是否被檢測為反向偏置而是高或者低,這通過感測源極電壓Vs來感測,其中電壓Vs是電壓Vd的電壓受限版本。如果電壓Vs超過閾值,則比較輸出信號Comp處于確定的邏輯水平,指示針對晶體管Ml檢測到反向偏置狀態(tài),使得開關M3被閉合(并且開關M4斷開)。如上所述,在縱向功率晶體管Ml被反向偏置或降低縱向功率晶體管Ml的反向偏置時閉合開關M3可以將從邏輯阱到襯底的電壓傳導最小化,以防止產(chǎn)生低電壓控制電路430中的邏輯的從邏輯阱到襯底的電流導通經(jīng)受故障。相反,如果電壓Vs沒有超過閾值,則比較輸出信號Comp處于不確定的邏輯電平,指示針對晶體管M2沒有檢測到反向偏置狀態(tài),使得開關M4閉合(并且開關M3斷開)。
[0044]在一些示例中,感測DMOS電路M2的適當功能是基于晶體管M2的導通電阻明顯低于Rsense,而不是這些電阻的確切比值。在一些示例中,電阻器Rsense具有用于在Vd處于高電壓時最小化通過感測DMOS M2的電流的Rsense的高值。在各種示例中,電阻器Rsense可以是有源電阻器或無源電阻器。在各種示例中,在電阻器Rsense是高阻抗設備440的一個示例時,Rsense可以用具有相對高的阻抗的任何適當?shù)脑O備來替換。作為一個示例,Rsense可以用反向偏置的多晶硅二極管來替換。以該方式使用多晶硅二極管的漏電流提供了相當大的空間節(jié)省,同時仍然滿足RonM2〈〈Rsense的條件。
[0045]低電壓控制電路430可以包括各種保護功能。例如,在低電壓控制電路430的一些示例中,電阻器Riso、主ESD設備432和輔助ESD設備433—起操作以提供對低電壓控制電路430的ESD保護。
[0046]驅(qū)動器和保護塊434可以被布置為驅(qū)動DMOS Ml,并且為DMOS Ml提供保護。在一些示例中,驅(qū)動器和保護塊434在一個或多個保護條件下,諸如當晶體管Ml進入過溫度狀態(tài)、過電流狀態(tài)、過電壓狀態(tài)等時,使晶體管Ml截止。在一些示例中,驅(qū)動器和保護塊434包括用于確定何時縱向功率DMOS晶體管Ml應當被驅(qū)動的邏輯,并且還包括用于在邏輯指示應當驅(qū)動縱向功率DMOS晶體管Ml時,驅(qū)動縱向功率DMOS晶體管Ml的電路。
[0047]在一些示例中,圖4的電路提供對處于反向偏置狀態(tài)的縱向功率DMOS晶體管Ml的保護,即對縱向功率DMOS晶體管Ml的體二極管導通的狀態(tài)的保護。
[0048]晶體管Ml可以在各種適當應用中采用。在一些示例中,晶體管Ml可以用作“智能”半導體開關,例如作為對機電繼電器的替換。作為對機電繼電器的替換,晶體管Ml可以在諸如自動化應用和各種其他應用的應用采用,諸如自動門中的驅(qū)動電機,諸如自動關閉的超市門。
[0049]在一些示例中,感測DMOS M2和(如果存在)阱開關DMOS M3至少需要支持與功率DMOS Ml相同的電壓。因為在這示例中所有3個DMOS Ml、M2和M3具有公共漏極連接,所以這可以根據(jù)一個示例如圖6中所示,將所有DMOS晶體管Ml、M2和M3集成作為相同硅基內(nèi)的單獨縱向DMOS晶體管來實現(xiàn)。在該上下文中,“分離”是指在各種源連接之間可以支持某個電壓,但是不一定是整個功率DMOS擊穿電壓。在一些示例中,如圖6所示,可以采用平面結構。在其他示例中,可以采用溝槽結構。此外,雖然已經(jīng)針對晶體管Ml描述了縱向功率DMOS晶體管的各種示例,但是在各種示例中,晶體管Ml可以是任何適當類型的縱向功率晶體管,諸如雙極晶體管IGBT等。
[0050]上述阱開關可以僅用于縱向寄生抑制,但是也用于稍后的寄生抑制。例如,對于在兩個N外延區(qū)域是結隔離的P襯底技術中的橫向NPN,可以通過阱開關來實現(xiàn)橫向寄生抑制。
[0051]圖7是圖示單片集成電路700的示例的框圖,其可以作為具有替代接地布置的圖4的單片集成電路400的示例。在圖7所示的示例中,模擬阱接地被連接到阱,其在功率DMOSMl的反向偏置期間被切換為DMOS Ml的漏電位,因為Ml的漏極總是處于最低電位。另一方面,在圖7中圖示的示例中,模擬電源接地始終連接到全局接地線,確保穩(wěn)定的接地電位用于偏置驅(qū)動器和保護塊734。
[0052]此外,驅(qū)動器和保護塊734可以尤其包括用于驅(qū)動功率DMOS Ml的電路、用于確定何時驅(qū)動功率DMOS Ml的邏輯、對不應當驅(qū)動功率DMOS Ml的確定條件的保護、以及用于在這些條件下適當?shù)仳?qū)動功率晶體管DMOS的邏輯,這些條件諸如過電壓條件、過溫度條件、過電流條件等。例如,DMOS Ml可以通過使其接通(例如,在過電壓狀態(tài)期間),或者通過適當?shù)乜刂艱MOS Ml(例如,通過將DMOS Ml限制為最大安全電流)來被保護。
[0053]圖8是圖示單片集成電路800的示例的框圖,其可以用作圖4的單片集成電路400的示例,其中縱向功率DMOS晶體管Ml被直接驅(qū)動。驅(qū)動器和保護電路831可以包括保護塊839、比較器835、或門837和驅(qū)動器838。
[0054]在電路800的一些示例中,代替通過專用單獨的阱開關DMOS來開關阱,通過接通功率DMOS Ml來限制反向偏置。接通功率DMOS Ml而不是通過阱開關DMOS來開關阱,具有避免需要阱開關DMOS的優(yōu)點,但是具有需要切換更多的電容由此限制了轉(zhuǎn)換速率的缺點。還需要注意避免振蕩,因為接通功率DMOS Ml可能消除反向偏置狀態(tài)。
[0055]驅(qū)動器838被布置為,當或門837的輸出為高時驅(qū)動縱向功率DMOS晶體管Ml,并且當或門837的輸出為低時不驅(qū)動縱向功率DMOS晶體管Ml。
[0056]保護塊839可以包括過電壓保護、過電流保護、過溫度保護等。
[0057]圖8圖示了結合比較輸出信號Comp的邏輯的一個示例;在其他示例中,其他可比較邏輯可以代替圖8中圖示的特定邏輯來使用。
[0058]如以上所討論的,在一些示例中,通過分離的阱開關DMOS來開關阱,而不是直接接通功率DMOS晶體管Ml來限制反向偏置。在其他示例中,功率DMOS晶體管Ml被直接導通,以限制功率DMOS晶體管Ml的反向偏置,而不使用阱開關DMOS。在其他示例中,使用阱開關DMOS,并且功率DMOS晶體管Ml被導通以限制反向偏置。這些示例和其他在本公開的范圍和精神內(nèi)。
[0059]示例I,一種設備,包括:單片集成電路,包括:低電壓控制電路;至少包括漏極的縱向功率晶體管;以及源極跟隨器,源極跟隨器包括耦合到縱向功率晶體管的漏極的漏極、耦合到限制電壓節(jié)點的柵極以及耦合到高阻抗節(jié)點的源極,其中源極跟隨器被布置為使得在源極跟隨器的源極處的源極電壓是縱向功率晶體管的漏極處的電壓的電壓受限版本,其中低電壓控制電路包括驅(qū)動器和保護電路,被布置為檢測源極電壓,驅(qū)動縱向功率晶體管,并且至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置。
[0060]示例2.示例I的設備,其中源極跟隨器是縱向晶體管。
[0061]示例3.示例1-2的任何組合的設備,其中,低電壓控制電路具有耦合到限制電壓節(jié)點電源輸入的裝置。
[0062]示例4.示例1-3的任何組合的設備,其中,縱向功率晶體管是第一縱向雙擴散金屬氧化物半導體(DMOS)晶體管,源極跟隨器是第二縱向DMOS晶體管,并且其中,第一縱向DMOS晶體管和第二縱向DMOS晶體管共用公共漏極。
[0063]示例5.示例1-4的任何組合的設備,其中,單片集成電路進一步包括高阻抗設備,并且其中源極跟隨器和高阻抗設備被布置為一起作為分壓器進行操作。
[0064]示例6.示例5的設備,其中高阻抗設備是下述中的至少一個:有源電阻器、具有至少為50千歐的無源電阻器或反向偏置多晶硅二極管。
[0065]示例7.示例1-6的任何組合的設備,其中,其中低電壓控制電路進一步包括比較器,該比較器被布置為輸出比較輸出信號,使得如果源極電壓超過電壓閾值,則比較輸出信號具有第一邏輯電平,并且否則,使得比較輸出信號具有第二邏輯電平。
[0066]示例8.示例7所述的設備,其中驅(qū)動器和保護電路被布置為,當比較輸出信號對應于第二邏輯電平時,接通縱向功率晶體管。
[0067]示例9.示例7-8的任何組合的設備,其中,低電壓控制電路被集成到至少一個阱,單片集成電路進一步包括在至少一個阱和縱向功率晶體管的漏極之間耦合的阱開關晶體管,并且其中,阱開關晶體管被布置為至少部分地基于比較輸出信號來斷開和閉合。
[0068]示例10.示例9的設備,其中單片集成電路進一步包括在至少一個阱和接地節(jié)點之間耦合的接地開關晶體管,其中接地開關晶體管被布置為至少部分地基于比較輸出信號來斷開和閉合,使得當阱開關晶體管閉合時,接地開關晶體管斷開。
[0069]示例11.示例9-10的任何組合的設備,其中,縱向功率晶體管是第一縱向晶體管,源極跟隨器是第二縱向晶體管,阱開關晶體管是第三縱向晶體管,并且其中,第一、第二和第三縱向晶體管共享公共漏極。
[0070]示例12.—種方法,包括:使用高阻抗設備和源極跟隨器,源極跟隨器至少包括耦合到縱向功率晶體管的漏極和源極,以輸出在源極跟隨器的源極處的源極電壓,使得源極電壓是縱向功率晶體管的漏極處的電壓的電壓受限版本;檢測源極電壓;驅(qū)動縱向功率晶體管;以及至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置。
[0071]示例13.示例12的方法,其中,源極跟隨器是縱向晶體管。
[0072]示例14.示例12-13的任何組合的方法,其中,至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置包括:輸出比較輸出信號,使得如果源極電壓超過電壓閾值,則比較輸出信號具有第一邏輯電平,并且否則使得比較輸出信號具有第二邏輯電平;以及至少部分地基于該比較輸出信號調(diào)節(jié)縱向功率晶體管被如何偏置。
[0073]示例15.示例14的方法,其中,至少部分地基于比較輸出信號來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置包括:當比較輸出信號對應于第二邏輯電平時,接通縱向功率晶體管。
[0074]示例16.示例14-15的任何組合的方法,其中,至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置包括:至少部分地基于比較輸出信號來斷開和閉合阱開關晶體管,其中,阱開關晶體管被耦合在至少一個阱和接地節(jié)點之間。
[0075]示例17.示例16的方法,至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置進一步包括:至少部分地基于比較輸出信號來斷開和閉合接地開關晶體管,使得當阱開關晶體管閉合時,接地開關晶體管斷開,其中,接地開關晶體管被耦合在至少一個阱和接地節(jié)點之間。
[0076]示例18.—種設備,包括:用于使用高阻抗設備和源極跟隨器的裝置,源極跟隨器至少包括耦合到縱向功率晶體管的漏極和源極,以輸出在源極跟隨器的源極處的源極電壓,使得源極電壓是縱向功率晶體管的漏極處的電壓的電壓受限版本;用于檢測源極電壓的裝置;用于驅(qū)動縱向功率晶體管的裝置;以及用于至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置的裝置。
[0077]示例19.示例18的設備,其中,用于至少部分地基于源極電壓來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置的裝置包括:用于輸出比較輸出信號的裝置,使得如果源極電壓超過電壓閾值,則比較輸出信號具有第一邏輯電平,并且否則使得比較輸出信號具有第二邏輯電平的裝置;以及用于至少部分地基于該比較輸出信號來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管被如何偏置的裝置。
[0078]示例20.示例19的設備,其中,用于至少部分地比較輸出信號來調(diào)節(jié)縱向功率晶體管如何被偏置的裝置包括:用于當比較輸出信號對應于第二邏輯電平時接通縱向功率晶體管的裝置。
[0079]這些和其他示例在以下權利要求的范圍內(nèi)。上述說明書、示例和數(shù)據(jù)提供了對本公開的制造和組合物的使用的描述。因為可以在不背離本公開的范圍和精神的情況下作出本公開的許多示例,所以本發(fā)明還存在于所附的權利要求。
【主權項】
1.一種設備,包括: 單片集成電路,包括: 低電壓控制電路; 至少包括漏極的縱向功率晶體管;以及 源極跟隨器,所述源極跟隨器包括耦合到所述縱向功率晶體管的所述漏極的漏極、耦合到限制電壓節(jié)點的柵極以及耦合到高阻抗節(jié)點的源極,其中所述源極跟隨器被布置為使得在所述源極跟隨器的所述源極處的源極電壓是所述縱向功率晶體管的漏極處的電壓的電壓受限版本, 其中所述低電壓控制電路包括驅(qū)動器和保護電路,所述驅(qū)動器和保護電路被布置為檢測所述源極電壓,驅(qū)動所述縱向功率晶體管,并且至少部分地基于所述源極電壓來調(diào)節(jié)所述縱向功率晶體管如何被偏置。2.根據(jù)權利要求1所述的設備,其中,所述源極跟隨器是縱向晶體管。3.根據(jù)權利要求1所述的設備,其中,所述低電壓控制電路具有耦合到所述限制電壓節(jié)點的電源輸入。4.根據(jù)權利要求1所述的設備,其中,所述縱向功率晶體管是第一縱向雙擴散金屬氧化物半導體(DMOS)晶體管,所述源極跟隨器是第二縱向DMOS晶體管,并且其中所述第一縱向DMOS晶體管和所述第二縱向DMOS晶體管共用公共漏極。5.根據(jù)權利要求1所述的設備,其中,所述單片集成電路進一步包括高阻抗設備,并且其中所述源極跟隨器和所述高阻抗設備被布置為一起作為分壓器進行操作。6.根據(jù)權利要求5所述的設備,其中,所述高阻抗設備是下述中的至少一個:有源電阻器、具有至少為50千歐的電阻的無源電阻器或反向偏置多晶硅二極管。7.根據(jù)權利要求1所述的設備,其中,所述低電壓控制電路進一步包括比較器,所述比較器被布置為輸出比較輸出信號,使得如果所述源極電壓超過電壓閾值,則所述比較輸出信號具有第一邏輯電平,并且否則使得所述比較輸出信號具有第二邏輯電平。8.根據(jù)權利要求7所述的設備,其中,所述驅(qū)動器和保護電路被布置為當所述比較輸出信號對應于所述第二邏輯電平時,接通所述縱向功率晶體管。9.根據(jù)權利要求7所述的設備,其中,所述低電壓控制電路被集成到至少一個阱,所述單片集成電路進一步包括在至少一個阱和所述縱向功率晶體管的漏極之間耦合的阱開關晶體管,并且其中所述阱開關晶體管被布置為至少部分地基于所述比較輸出信號來斷開和閉合。10.根據(jù)權利要求9所述的設備,其中,所述單片集成電路進一步包括在至少一個阱和接地節(jié)點之間耦合的接地開關晶體管,其中所述接地開關晶體管被布置為至少部分地基于所述比較輸出信號來斷開和閉合,使得當所述阱開關晶體管閉合時,所述接地開關晶體管斷開。11.根據(jù)權利要求9所述的設備,其中,所述縱向功率晶體管是第一縱向晶體管,所述源極跟隨器是第二縱向晶體管,所述阱開關晶體管是第三縱向晶體管,并且其中所述第一縱向晶體管、所述第二縱向晶體管和所述第三縱向晶體管共享公共漏極。12.一種方法,包括: 使用高阻抗設備和源極跟隨器,所述源極跟隨器至少包括源極以及耦合到縱向功率晶體管的漏極,以輸出在所述源極跟隨器的所述源極處的源極電壓,使得所述源極電壓是所述縱向功率晶體管的所述漏極處的電壓的電壓受限版本; 檢測所述源極電壓; 驅(qū)動所述縱向功率晶體管;以及 至少部分地基于所述源極電壓來調(diào)節(jié)所述縱向功率晶體管如何被偏置。13.根據(jù)權利要求12所述的方法,其中,所述源極跟隨器是縱向晶體管。14.根據(jù)權利要求12所述的方法,其中: 至少部分地基于所述源極電壓來調(diào)節(jié)所述縱向功率晶體管如何被偏置包括: 輸出比較輸出信號,使得如果所述源極電壓超過電壓閾值,則所述比較輸出信號具有第一邏輯電平,并且否則使得所述比較輸出信號具有第二邏輯電平;以及至少部分地基于所述比較輸出信號調(diào)節(jié)所述縱向功率晶體管被如何偏置。15.根據(jù)權利要求14所述的方法,其中,至少部分地基于所述比較輸出信號來調(diào)節(jié)所述縱向功率晶體管如何被偏置包括:當所述比較輸出信號對應于所述第二邏輯電平時,接通所述縱向功率晶體管。16.根據(jù)權利要求14所述的方法,其中,至少部分地基于所述比較輸出信號來調(diào)節(jié)所述縱向功率晶體管如何被偏置包括:至少部分地基于所述比較輸出信號來斷開和閉合阱開關晶體管,其中,所述阱開關晶體管被耦合在至少一個阱和接地節(jié)點之間。17.根據(jù)權利要求16所述的方法,其中,至少部分地基于所述比較輸出信號來調(diào)節(jié)所述縱向功率晶體管如何被偏置進一步包括:至少部分地基于所述比較輸出信號來斷開和閉合接地開關晶體管,使得當所述阱開關晶體管閉合時,所述接地開關晶體管斷開,其中,所述接地開關晶體管被耦合在至少一個阱和接地節(jié)點之間。18.—種設備,包括: 用于使用高阻抗設備和源極跟隨器的裝置,所述源極跟隨器至少包括源極以及耦合到縱向功率晶體管的漏極,以輸出在所述源極跟隨器的所述源極處的源極電壓,使得所述源極電壓是縱向功率晶體管的所述漏極處的電壓的電壓受限版本; 用于檢測所述源極電壓的裝置; 用于驅(qū)動所述縱向功率晶體管的裝置;以及 用于至少部分地基于所述源極電壓來調(diào)節(jié)所述縱向功率晶體管如何被偏置的裝置。19.根據(jù)權利要求18所述的設備,其中,用于至少部分地基于所述源極電壓來調(diào)節(jié)所述縱向功率晶體管如何被偏置的裝置包括: 用于輸出比較輸出信號的裝置,使得如果所述源極電壓超過電壓閾值,則所述比較輸出信號具有第一邏輯電平,并且否則使得所述比較輸出信號具有第二邏輯電平;以及 用于至少部分地基于所述比較輸出信號來調(diào)節(jié)所述縱向功率晶體管被如何偏置的裝置。20.根據(jù)權利要求19所述的設備,其中,用于至少部分地基于所述比較輸出信號來調(diào)節(jié)所述縱向功率晶體管如何被偏置的裝置包括:用于當所述比較輸出信號對應于所述第二邏輯電平時接通所述縱向功率晶體管的裝置。
【文檔編號】H03K19/003GK105827233SQ201610046519
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月22日
【發(fā)明人】A·芬尼, B-E·馬泰
【申請人】英飛凌科技股份有限公司
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