一种ESD电路的RC型静电钳位电路制造技术

一种ESD电路的RC型静电钳位电路，包含：RC电路、反相器组和晶体管组件，晶体管组件包含叠加的P型晶体管MP和N型晶体管MN，合理选择晶体管的导通时间，并合理选择电容、电阻和反相器，以产生极大的漏电流优势。本发明专利技术在应用于高工作电压时，在不过度牺牲ESD保护电路原有的性能的前提下，有效地降低了ESD电路的漏电流，且不会大幅增加芯片面积和成本，行之有效地解决了钳位电路漏电流快速增大的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种ESD电路的RC型静电钳位电路。
技术介绍
如今消费类电子行业竞争日趋白化，导致集成电路行业竞争也越来越激烈，大小应用厂商绞尽脑汁削减各类成本，从芯片制造封装到板卡应用再到外围设备等等各个环节，低成本控制都是一个热门话题。而且，日常消费类电子产品这个领域注定了电子产品更新换代速度远超其他领域。因此，相对于设备的长期使用寿命，制造成本或更令人值得关注。在这种氛围之下，为了节省电源器件并控制板卡面积，在某些对性能要求并不太苛刻的应用场合，分立IC器件跨电源领域工作是屡见不鲜。这些分立IC器件不仅要求在低于额定工作电压时能工作且保证应有性能，还得长时间工作在比额定电压更高的应用环境之中。在高电压工作时，分立IC器件除了使用寿命与工作性能值得关注外，高电压工作状态时所导致的额外功耗与关断状态的大漏电也是亟待解决的难题。不过，由于电路设计工程师的目光大多集中在芯片内部工作电路上，反倒对ESD(静电防护电路)保护电路所产生的漏电流关注不多，若不影响内部工作电路的性能，往往会忽略掉。但实际上，随着工艺尺寸越来越小，工作电压越来越低，ESD保护电路越来越频繁的使用RC型静电钳位电路(RCClamp)。而RC型钳位电路尽管电流泻放能力强，但其产生的漏电流也会相应变大。常见的RC型钳位电路的静电电流泄放能力主要取决于两点：RC常数与晶体管MN1的尺寸大小。常见的RC型静电钳位电路如图1所示，在产生静电时，VDD电压开始攀升，此时net1这个节点开始体现的是此时的电容电压，这个电压大小为无限逼近GND，但随着VDD持续升高，图1中的反相器能工作后，在节点net3处的电压将为“1”，晶体管MN1迅速开启，在VDD与GND之间形成一个阻值极小(一般约为1ohm左右)的导通电阻，防止VDD的电压过高，击穿其它内部器件，但在经过一定时间(此时间取决于RC的大小)后，net1处的电压等同于VDD，进而晶体管MN1关闭。由于ESD静电导致的电流大小往往在安培级，为了保护内部电路的安全性，晶体管MN1开启后的导通电阻大小应该1～2欧姆，为了形成如此小的电阻，晶体管MN1的栅宽尺寸动辄在2000u以上，因此，在工作电压较高时，晶体管MN1形成的漏电流也相当的可观。如图2所示，为了解决RC型静电钳位电路漏电流过大的问题，设计工程师往往会通过在晶体管MN1上叠加同类型的晶体管MN2来解决。但事实上这样的解决方式，往往得不偿失，MN1/MN2的关断电阻(ROFF)与图1的MN1相比，并没有显著的量级变化，既不能有效降低漏电流，反而因为晶体管MN1/MN2静电泄流开启电压变高，可能对内部工作电路形成静电击穿威胁。
技术实现思路
本专利技术提供一种ESD电路的RC型静电钳位电路，在应用于高工作电压时，在不过度牺牲ESD保护电路原有的性能的前提下，有效地降低了ESD电路的漏电流，且不会大幅增加芯片面积和成本，行之有效地解决了钳位电路漏电流快速增大的问题。为了达到上述目的，本专利技术提供一种ESD电路的RC型静电钳位电路，包含：RC电路，包含串联的电阻R和电容C，电阻R的一端连接VDD电压端，电阻R的另一端连接net1节点，电容C的一端连接net1节点，电容C的另一端连接GND接地端；反相器组，包含串联的第一反相器NG1、第二反相器NG2和第三反相器NG3，第一反相器NG1的输入端连接net1节点，第二反相器NG2的输入端连接第一反相器NG1的输出端，第三反相器NG3的输入端连接第二反相器NG2的输出端；晶体管组件，包含电路连接的P型晶体管MP和N型晶体管MN，P型晶体管MP的漏极连接VDD电压端，P型晶体管MP的栅极连接第三反相器NG3的输入端，P型晶体管MP的源极连接N型晶体管MN的漏极，N型晶体管MN的栅极连接第三反相器NG3的输出端，N型晶体管MN的源极连接GND接地端。P型晶体管MP的导通电阻与N型晶体管MN的导通电阻之和与最大ESD电流的乘积小于内部受保护器件的击穿电压。电阻R和电容C的大小保证P型晶体管MP和N型晶体管MN的正常导通时间等于ESD电流的最大泄放时间。所述的电阻和电容所组成的时间常数RC为0.2us～1us。反相器的驱动电流不仅要使P型晶体管MP的开启时间和关闭时间与N型晶体管MN的开启时间和关闭时间保持一致，还要在ESD电压产生涌浪大电流之前，使得P型晶体管MP和N型晶体管MN分别达到所需的开启电压。如权利要求4所述的ESD电路的RC静电钳位电路，其特征在于，P型晶体管MP的最大开启电压为VDD-VTHP，N型晶体管MN的最小开启电压为VTHN，其中，VTHP是P型晶体管自身的阈值电压，VTHN是N型晶体管自身的阈值电压。本专利技术在应用于高工作电压时，在不过度牺牲ESD保护电路原有的性能的前提下，有效地降低了ESD电路的漏电流，且不会大幅增加芯片面积和成本，行之有效地解决了钳位电路漏电流快速增大的问题。附图说明图1为
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中常规的RCCLAMP电路图。图2为
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中常见的漏电流较低的RCCLAMP电路图。图3为本专利技术提供的ESD电路的RC型静电钳位电路的电路图。图4为在工作条件相同时本专利技术提供的RC型静电钳位电路所产生的漏电流与常规RCCLAMP电路的漏电流对比。具体实施方式以下根据图3～图4，具体说明本专利技术的较佳实施例。如图3所示，本专利技术提供一种ESD电路的RC型静电钳位电路，包含：RC电路，包含串联的电阻R和电容C，电阻R的一端连接VDD电压端，电阻R的另一端连接net1节点，电容C的一端连接net1节点，电容C的另一端连接GND接地端；反相器组，包含串联的第一反相器NG1、第二反相器NG2和第三反相器NG3，第一反相器NG1的输入端连接net1节点，第二反相器NG2的输入端连接第一反相器NG1的输出端，第三反相器NG3的输入端(net2节点)连接第二反相器NG2的输出端；晶体管组件，包含电路连接的P型晶体管(PMOS)MP和N型晶体管(NMOS)MN，P型晶体管MP的漏极连接VDD电压端，P型晶体管MP的栅极连接第三反相器NG3的输入端(net2节点)，P型晶体管MP的源极连接N型晶体管MN的漏极，N型晶体管MN的栅极连接第三反相器NG3的输出端(net3节点)，N型晶体管MN的源极连接GND接地端。谨慎选择PMOS和NMOS的尺寸大小，确保PMOS和NMOS器件在正常工作电压下的导通电阻的值符合ESD性能的要求，要求P型晶体管MP的导通电阻RONP与N型晶体管MN的导通电阻RONN之和RONT与最大ESD电流的乘积小于内部受保护器件的击穿电压。例如，人体模型(HBM)的常规ESD性能要求是2000V，则HBM情况最大可能的ESD泄流电流IESD＝1.33A，若某工艺厂商提供的普通器件最低击穿电压是4V，那么导通电阻RONT≤4V/(IESD)＝3.007欧姆。谨慎选择电阻R和电容C的大小，既要确保P型晶体管MP和N型晶体管MN的正常导通时间在任何情况下都能满足ESD泄放电流的需求，还要尽量使RCCLAMP拥有相对较小的面积。人体模型的静电测试中，ESD电压出现在VDD上时，其ESD电流的泄放时间约在100～200nS之间，那么ESD放电通路上的晶体管MP/MN的导通时间也至少要维持在20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ESD电路的RC型静电钳位电路，其特征在于，包含：RC电路，包含串联的电阻R和电容C，电阻R的一端连接VDD电压端，电阻R的另一端连接net1节点，电容C的一端连接net1节点，电容C的另一端连接GND接地端；反相器组，包含串联的第一反相器NG1、第二反相器NG2和第三反相器NG3，第一反相器NG1的输入端连接net1节点，第二反相器NG2的输入端连接第一反相器NG1的输出端，第三反相器NG3的输入端连接第二反相器NG2的输出端；晶体管组件，包含电路连接的P型晶体管MP和N型晶体管MN，P型晶体管MP的漏极连接VDD电压端，P型晶体管MP的栅极连接第三反相器NG3的输入端，P型晶体管MP的源极连接N型晶体管MN的漏极，N型晶体管MN的栅极连接第三反相器NG3的输出端，N型晶体管MN的源极连接GND接地端。

【技术特征摘要】
1.一种ESD电路的RC型静电钳位电路，其特征在于，包含：RC电路，包含串联的电阻R和电容C，电阻R的一端连接VDD电压端，电阻R的另一端连接net1节点，电容C的一端连接net1节点，电容C的另一端连接GND接地端；反相器组，包含串联的第一反相器NG1、第二反相器NG2和第三反相器NG3，第一反相器NG1的输入端连接net1节点，第二反相器NG2的输入端连接第一反相器NG1的输出端，第三反相器NG3的输入端连接第二反相器NG2的输出端；晶体管组件，包含电路连接的P型晶体管MP和N型晶体管MN，P型晶体管MP的漏极连接VDD电压端，P型晶体管MP的栅极连接第三反相器NG3的输入端，P型晶体管MP的源极连接N型晶体管MN的漏极，N型晶体管MN的栅极连接第三反相器NG3的输出端，N型晶体管MN的源极连接GND接地端。2.如权利要求1所述的ESD电路的RC型静电钳位电路，其特征在于，P型晶体管MP的导通电阻与N型晶体管MN的导通电...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢婷婷，周业成，王勇，倪文海，徐文华，
申请(专利权)人：杭州迦美信芯通讯技术有限公司，上海迦美信芯通讯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33