电压控制的电流路径，电压钳和包括电压钳位的电子组件制造技术

本公开涉及电压控制的电流路径，电压钳和包括电压钳位的电子组件。根据本公开的第一方面，提供抑制电压控制的电流路径。所述电压控制的电流路径包括第一阶段，配置成一旦在第一阶段的输入节点的电压超过阈值则传导电流。经过第一阶段的电流的量是输入节点处的电压的函数。第二阶段配置成传递电流作为通过第一阶段的电流的函数。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种电压控制的电流路径和包括这种电压控制的电流路径的电压钳。
技术介绍
某些电路组件可仅能够承受第一电压范围内的电压，但也可通过其电源轨在第二电压范围操作的组件驱动，所述第二电压范围大于第一电压范围并足够大以损坏更敏感的组件。本公开教导一旦该节点处的电压达到阈值则传导电流远离节点的装置，从而产生钳在该节点的电压和从而保护连接到该节点的组件的可能性。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，提供了一种电压控制的电流路径。所述电压控制的电流路径包括第一阶段，经配置成一旦在第一阶段的输入节点处的电压超过阈值则传导电流。经过第一阶段的电流量是在输入节点处的电压的函数。第二阶段被配置成传递是通过第一阶段的电流的函数的电流。有利的是，第二阶段具有连接到受保护的节点的第一第二阶段节点。因此，一旦第一阶段开始传送电流，第二阶段可以被配置吸收电流，或者如果适当的话提供电流到受保护的节点，以便提供用于限制在受保护的节点的电压偏移的电流路径。在一些实施例中，第二阶段的电流可以基本上线性相关于第一阶段的
电流。然而，这不是本公开的限制或要求，也可以调用其它传递函数。第一阶段的输入节点可连接到受保护的节点。这种连接可以通过低电阻路径的方式进行(即它是趋向零欧姆的电阻)，或者它可以通过制造成具有非零阻抗的居间元件的方式进行。根据本公开的第二方面，提供包括根据本公开的第一方面的电压控制的电流路径的电压钳。附图说明本公开的实施例现在仅将通过非限制性示例的方式来描述，参照附图，其中：图1是第一组件的电路图，在本示例中，模数转换器具有连接到受保护的节点的输入端，并且其中受保护的节点的信号由在延长的电压范围操作的缓冲器提供；图2是图1的基准电压发生器的电路图；图3是图1的配置结合构成本公开的实施例的电压控制的电流路径的的电路图；图4是构成本公开的第一实施例的电压控制的电流路径的电路图；图5示出图4的电路上的变化；图6示出其中第一阶段输入节点和电流路径节点通过额外阻抗彼此分离的实施例；图7示出两个变形，其可以独立地施加于上文描述的实施例；图8示出其中第一晶体管是双极性技术实现的第一阶段的变形；图9示出第一阶段的进一步修改，以添加迟滞；图10示出图3中所示的电路的变型，以便在电压控制的电流宿的电
流路径中包括静电放电元件；和图11示出根据本专利技术的电路的进一步变化。具体实施方式图1示意示出其中在第一电压域操作的第一设备10(在该非限制性例子中的模数转换器)接收来自第二设备12的信号的电路，在本示例中，运算放大器在第二电压域操作。第二电压域可以远远大于第一电压域，并且可以引起中间节点14的电压对于模数转换器10变得过高，或过低的可能性。在节点14的电压偏移可导致模数转换器10的损坏。因为模数转换器10的部件已使用低电压工艺制造，这可发生，以便获得在集成电路上的小体积和/或高速。该中间节点(节点14)可以被称为“被保护的节点”或“受保护的节点”。这些术语将可贯穿本公开互换使用。在正常操作中，缓冲器12接收其提供给模数转换器10的输入的输入信号Vin。Vin被约束在适当的电压范围。然而，在电路上电时，第二电压域的电源轨+V2和-V2可由电源确立，其可包括机械开关，或者其可包括开关模式组件，诸如电荷泵或基于电感的电源。结果，一旦打开，电源开关+V2和-V2可以不同的速率和遵循不同的电压演变朝其标称电压转变。因此，例如，电源+V2可变得比-V2更迅速建立。这可导致：在缓冲器12的电路建立正确的操作并开始跟踪电压Vin之前，在缓冲器12中允许其输出节点上的电压升得过高，可上升到+V2。其结果是，在受保护的节点14的电压可升高到破坏高电平，其可能不利地影响到模数转换器10的操作。高电压可导致破坏晶体管或可导致晶体管内电荷被捕获，从而扰乱他们的正常运行，直至电荷已泄漏。当节点14表示到模数转换器10的输入时，司空见惯提供静电放电(ESD)和过压/欠压保护元件。这些可以简单作为提供如图1所示的二极
管20和22，或者可以是通过提供更复杂的基于晶体管的电路，以提供快速的反应时间和更好地控制触发电压，并相比于本地地面或零伏特电源保持节点14的电压特性。在图1中所示的配置中，二极管20在受保护的节点14和地面之间延伸。在欠压条件的情况下，二极管20可以接通和传导电流到节点14。典型地，滤波器30(包括串联连接在节点14和缓冲器12的输出之间的电阻32以及节点14和地面之间的电容器34)被设置，以便带宽限制发生在模拟到数字转换器10的输入的噪声。电阻器32的发生使中等电流流过二极管20，以限制在节点14的电压偏移。在过电压偏移的情况下，二极管22变成导通。二极管22通常连接到电源轨24，其目的是向模数转换器10提供参考电压并且可是电流。然而，在其正常操作中。连接到电源轨24的电压供给一般不用于吸收从缓冲器12通过电阻器32的电流。二极管22可以连接到电压基准40，它用于提供参考电压Vr到ADC 10。图2更详细示意性示出电压基准40。参考电压40通常包括精密电压源42(其产生电压Vref)和缓冲器44(其可确保从精密电压基准42获取忽略的电流)。缓冲器44一般仅提供适度的电流到ADC 10，和因此缓冲器44通常构造成在其中具有适度的电流流动。这减少了电路的整体电力消耗，也减少了在半导体晶片上的缓冲器的占用面积，以及因此其有效成本。其结果是，缓冲器44经常无法传递来自二极管22的电流，而不干扰缓冲器44的输出电压VR。本专利技术人认为理想地是提供替代手段以避免节点14过电压偏移，使得如果过电压偏移时，二极管22(如果提供的话)将不传导任何显著量的正向电流，因此缓冲器44的操作将不会受到损害。图3重复参考图1所描述的配置，和额外的保护电路50已经连接到受保护的节点14，以当节点14的电压升高到高于保护电压VP的情况下提供电流路径到地面(或如果合适，其他电源轨)。该保护电路包括第一阶段，其用于监控受保护的节点14处的电压，并将其与触发电压VTR比较。
一旦达到VP，VTR可以被设定为使晶体管传导不可忽略的电流。如果在节点14的电压超过VTR，和可选的偏移VT，则电流开始在第一阶段52流动。电流可以经过增益A和用于控制由保护电路50的第二阶段中可控电流路径54传递的电流I’，以便从节点14除去电流，并提供接地通路。VTR可以相同于或源自VR。输入级50可以包括至少第一晶体管60，在这个例子中，其是P型场效应晶体管。晶体管60可具有栅极到源极阈值电压VT，可需要晶体管被显著达到之前导通。当定义触发电压VTR时，VT的效果应该由电路设计者考虑，使得当节点14达到保护电压VP时电路作为整体开始通过电流。图4更详细地说明电路50的可能实施例。如关于图3所讨论地，第一晶体管60基本上保持不导通，直到节点14的电压命中保护电压VP，其中，VP由晶体管60的栅极电压VTR和阈值电压控制。对于第一近似，通过FET 60的电流由下面的等式进行说明：ID≈μnCox(W/L)(VGS-Vth)2其中：ID＝漏极电流，μn＝电荷载子迁移，Cox＝氧化层电容，W＝栅极宽度，L＝栅极长度，VGS＝栅极-源极电压，和Vth＝阈值电压。通过晶体管6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压控制的电流路径，包括：第一阶段，配置成一旦在第一阶段的输入节点的电压超过阈值则传导电流，其中电流的量是输入节点处的电压的函数，以及第二阶段，配置成传递电流作为通过第一阶段的电流的函数。

【技术特征摘要】
2015.05.15 US 14/713,5381.一种电压控制的电流路径，包括：第一阶段，配置成一旦在第一阶段的输入节点的电压超过阈值则传导电流，其中电流的量是输入节点处的电压的函数，以及第二阶段，配置成传递电流作为通过第一阶段的电流的函数。2.如权利要求1所述的电压控制的电流路径，其中，所述第一阶段包括第一晶体管，其中一个：a)所述第一晶体管是场效应晶体管，所述晶体管的源极连接到所述输入节点，和所述晶体管的栅极被配置接收第一晶体管控制电压，和b)所述第一晶体管是双极型晶体管，所述晶体管的发射极被连接到输入节点，和所述晶体管的基极被配置成接收第一晶体管控制电压。3.如权利要求1所述的电压控制的电流路径，其中，流过所述第一晶体管的电流由至少一个电流镜放大，并且所述至少一个电流镜中的至少一个被连接到受保护的节点。4.如权利要求1所述的电压控制的电流路径，进一步包括输入电路，其中，一旦电流流动已经开始，用于启动电流流动的触发电压被修改，以便提供滞后。5.如权利要求1所述的电压控制的电流路径，其中，所述至少一个电流镜的一个或多个包括平行配置的多个晶体管，其中一个或多个晶体管可以抑制传递电流，以便改变电流镜的电流增益。6.如权利要求1所述的电压控制的电流路径，其中，第一阶段包括多个输入晶体管，每个接收相应的触...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·胡默斯顿，C·P·赫里尔，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛;BM