在低压制造工艺中实现高压信号输入的电压转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种在不改变集成电路的低压制造工艺的情况下而可实现直接把高压输入集成电路的电压转换装置。该装置包括含有两个串联电阻的分压电路以及含有两个二极管的保护电路。使用该电压转换装置的集成电路在输入１００伏的高压信号情况下仍可正常工作，信号响应时间＜１μｓ。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电压转换装置、使用该电压转换装置的集成电路，尤其是涉及能将高压转换成使集成电路正常工作的低压的电压转换装置。目前，在一般的深亚微米集成电路制造工艺中，集成电路的耐压能力都很低。例如，0.25μm的集成电路的耐压约为2.7V,0.35μm的集成电路的耐压约为3.7V，0.5μm的集成电路的耐压约为6V。因而，如果需要用到高压，就必须开发适用于高压的制造工艺，即通过改进低压制造工艺而使集成电路耐高压。因此，这样大大提高了成本和对制造工艺的要求。然而，在一些特殊应用中，完全可通过在设计和布局上作处理，允许在低压制造工艺制成的局部区域加上甚至高达上百伏的电压。这样，可在不修改制造工艺的情况下满足一些特殊的高压应用，诸如集成电路测试等。因此，本专利技术的一个目的是不改变集成电路的低压制造工艺而可实现直接把高压输入集成电路。依据本专利技术的一个方面，提供了一种用于在集成电路中实现高压输入的电压转换装置，该装置包括用于与一高压电源相连的第一电阻，接地的第二电阻，其中第一电阻与第二电阻串联连接且都为多晶电阻，第一电阻的电阻值大于等于第二电阻的电阻值，所述集成电路接收来自第一和第二电阻之间节点处的电压。依据本专利技术的一个较佳实施例，上述电压转换装置还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极连到所述集成电路的一工作电压，其负极连到所述第一和第二电阻之间的节点，所述第二二极管的正极接地，其负极连到所述节点。从以下对本专利技术较佳实施例的详细地描述并结合附图，将使本专利技术的其它特征、目的和优点变得更加明显起来。但本领域内的技术人员应理解，附图所示是本专利技术的一个例子，而并非对本专利技术的限制。附图说明图1是示出依据本专利技术较佳实施例的电压转换装置的电路图。如图1所示，依据本专利技术较佳实施例的电压转换装置1包括串联的分压电阻Ra和Rb，其中分压电阻Ra经由图1中的网格线所示的高压电源Vpp焊接区与高压电源Vpp相连，分压电阻Rb接地。由于分压电阻Ra和Rb的分压作用，为了使分压电阻Rb上的电压Vb(即，V反馈)足够低，所以分压电阻Ra的电阻值应远大于分压电阻Rb的电阻值。把分压电阻Ra与Rb之间节点A处的分压V反馈加到集成电路的后级器件上。由此结构，依据本实施例的电压转换装置能将高压通过分压电阻降到低压制造工艺可接受的电压，供低压电路使用。但是，由于高压电源Vpp所加的电压很高(通常，可能高于100伏)，所以为了避免高压电源Vpp焊接区及分压电阻Ra和Rb被高压击穿，还需要对它们进行处理。对高压电源Vpp焊接区和分压电阻Ra和Rb的处理并不是制造工艺上的处理，因为这样会提高工艺成本。因此，本专利技术在电压电源Vpp焊接区和分压电阻Ra和Rb的设计上作了处理，以避免高压电源Vpp焊接区和分压电阻被高压击穿。通常，集成电路芯片的击穿有三种1．沟道击穿；2．栅氧化物击穿；3．结击穿。为了避免前两种击穿，本专利技术所采取的措施是，使得从电源电压焊接区及分压电阻直到分压点之前附近不接任何MOS器件。通常，在已有技术中，要使用MOS器件来改变电阻的比例，而在本申请中，电阻Ra的电阻值可以是固定的，因此只要接上与Rb串联或并联的开关(未示出)，即可改变电阻比例。从图1的装置中可看到，在高压电源Vpp焊接区及分压电阻Ra和Rb直到分压点A之前无任何MOS器件。要避免第三种击穿，本专利技术所采取的措施是，使得从电源电压焊接区及分压电阻直到分压点之前无任何扩散和阱(通常在制造MOS器件和电阻时应用)。因此，本专利技术的分压电阻Ra和Rb使用多晶电阻，而不使用扩散电阻或阱(well)电阻。此外，为了进一步避免诸如高压干扰信号等引起的栅极击穿，如图1所示，在反馈点A处还连接有两个保护二极管D1和D2，二极管D1连接到集成电路数字部分的电源电压Vcc(即，集成电路的工作电压)，而二极管D2接地。在切换时，通过大电阻过来的高于Vcc或低于Vgnd电压可分别通过二极管D1和D2释放，而不致损坏后面器件的栅极。于是，因Vpp处的电压过高而使反馈点A处的电压V反馈超过Vcc时，该装置可通过二极管D1释放此过高的电压。另一方面，如果Vpp引入负电压而使反馈点A处的电压V反馈为负时，通过二极管D2可释放此负电压。如图1所示，在芯片的焊接区中用金属引入后即接多晶电阻Ra和Rb分压，多晶电阻Ra与Rb的相对取值由下式决定(Ra+Rb)/Rb=Vpp/V反馈，且V反馈≤Vcc；这里，Ra与Rb的取值与信号的速度和功耗有关。信号速度越高，则需要电阻越小，但相应的功耗也大。因此，需要找到合适的电阻，使得信号速度不太低，且相应的功耗也不太大。以下，具体地描述Ra、Rb取值的一个例子。例如，根据具体装置的需要，假设所用装置输入信号电压Vpp为21V，信号速度小于1μs，工艺耐压为3.6V,Vcc=3V。根据具体装置设计的需要，假定选择V反馈在1.5V(如上所述，V反馈应不大于Vcc，所以通常V反馈取Vcc的一半，以使信号幅度最大，但本专利技术不限于此)。此外，还假定把反馈端负载电容设计为0.1pf。这样，根据以上公式，可确定Ra与Rb的相对取值为(Ra+Rb)/Rb=21/1.5=14考虑到信号速度＜1μs(即，响应时间＜1μs)。所以，根据公知的响应时间T与Ra、Rc的并联电阻(即，R并联)和负载电容C之间的关系，可得到R并联＜10MΩ。此外，如果把电流设计为小于1μA，则根据功耗计算公式，可得到(Ra+Rb)应大于1/22MΩ。因此，根据如上所述的计算，我们可分别Ra取为19.5MΩ,Rb取为1.5MΩ的值，可实现直接把高压输入集成电路的电压转换装置，而不需要任何耐高压的器件。此外，所获得的装置的响应时间小于1μs，功耗也仅21μW。因此，通过实际采样验证，如果采用通常的0.25μm工艺所制造的集成电路在输入100伏的高压信号情况下仍可正常工作，信号响应时间＜1μs。这样，就在低压工艺中实现了高压信号输入。由于本专利技术的电压转换装置从电源电压焊接区及分压电阻直到分压点之前附近不接任何MOS器件，所以避免了集成电路的沟道击穿和栅氧化物击穿。与此同时，本专利技术的电压转换装置从电源电压焊接区及分压电阻直到分压点之前无任何扩散和阱，而采用多晶电阻，所以避免了集成电路的结击穿。因此，可直接将高达百伏的高压直接接入集成电路的电源输入端，而不需要改变集成电路的低压制造工艺，且仍能保证集成电路的高响应速度和低功耗。虽然，以上对本专利技术中的一些参数进行了描述，但本领域内的技术人员可知道，本专利技术不限于以上给出的具体数值，而是可根据实际需要，采用不同的参数，而不超出本专利技术所公开的范围。可以理解，虽然参考本专利技术的较佳实施例进行了描述，但本领域内的技术人员可根据这里所述的内容对本专利技术进行各种修改，而不背离以下权利要求书所限定的本专利技术的精神和范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在集成电路中实现高压输入的电压转换装置，包括：用于与一高压电源相连的第一电阻，接地的第二电阻，其中第一电阻与第二电阻串联连接且都为多晶电阻，第一电阻的电阻值大于等于第二电阻的电阻值，所述集成电路接收来自第一和第二电阻之间节点处的电压（Ｖ↓［反馈］）。

【技术特征摘要】
1．一种用于在集成电路中实现高压输入的电压转换装置，包括用于与一高压电源相连的第一电阻，接地的第二电阻，其中第一电阻与第二电阻串联连接且都为多晶电阻，第一电阻的电阻值大于等于第二电阻的电阻值，所述集成电路接收来自第一和第二电阻之间节点处的电压(V反馈)。2．如权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极连到所述集成电路的一工作电压，其负极连到所述第一和第二电阻之间的节点，所述第二二极管的正极接地，其负极连到所述节点。3．如权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于所述第一和第二电阻的相对取值由下式决定(Ra+Rb)/Rb=Vpp/V反馈，V反馈≤Vcc,这里，Ra和Rb分别为第一电阻和第二电阻的电阻值，Vpp为高压电源的电压，Vcc为工作电压，V反馈为所述节点处的电压。4．如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱秉濬，
申请(专利权)人：中颖电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]