独立于电源模块的芯片级闩锁现象过流保护电路制造技术

独立于电源模块的芯片级闩锁现象过流保护电路，涉及集成电路领域。本实用新型专利技术包括：一个大电流开关模块、一个等比例电流检测模块、一个判决模块和一个自启动模块。电源ＰＡＤ经大电流开关模块连接到芯片电源管理模块到核心电路，电源ＰＡＤ另依次经等比例电流检测模块、判决模块和自启动模块连接到大电流开关模块，芯片电源管理模块与自启动模块相连接。本实用新型专利技术可以方便的用在独立于电源模块的芯片上，使电路更加安全可靠，具有通用性强、功耗低的特点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及集成电路领域，特别是独立于电源模块的芯片级闩锁现象 (Latch-up)过流保护电路。
技术介绍
由于制造上的困难，最初几代MOS工艺仅提供NMOS器件。实际上，许多早期的微处理器和模拟电路都是采用NMOS工艺制造的，但是它们的功耗相当大。尽管CMOS器件需要大量的掩模板和制造工序，CMOS逻辑的零静态功耗仍促使了 CMOS技术时代的到来。然而，在CMOS电路中会产生一个严重的问题，就是闩锁现象。闩锁现象是指在CMOS工艺中，寄生的pnp和npn双极性晶体管形成一个正反馈环路，在芯片加电过程中当瞬时大电流流过衬底，或者当加载的外部电压超过了正常的工作电压范围时，寄生二极管完全导通，具有很低的等效电阻，从电源线抽取很大的电流。由于正反馈的存在，如果不能及时的消除闩锁现象，持续的大电流会烧坏整个芯片。防止闩锁效应可以从工艺和电路设计两个方面考虑对于代工厂可以适当的选择杂质浓度和分布以及版图设计规则来保证寄生电阻和双极晶体管的电流增益值都很小；对于电路设计者可以在版图中加入保护环(guard ring)来使接触电阻最小。但是，对于芯片设计公司在选定一种工艺后没有办法改变代工厂生产情况，而且为了节省面积成本，很多的设计公司不能保证芯片版图的充分接地。这样，设计一款独立于集成电路制造工艺的闩锁现象过流保护电路是非常有必要的。现有技术中，有不少防止闩锁现象的方法。例如，美国专利US5，212，616提出的使用一个电源检测电路实时的采样电源调节电路的输出MOS管，当发生闩锁现象时，电源检测电路发出控制信号，关断电源调节电路的输出MOS管，使H锁现象解除。这种方法的不足是检测电路做在电源调节电路的内部，和电源调节电路采用的结构有直接关系，通用性不强，且对于使用第三方电源硬核的设计者是不可能实现的。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的问题，本技术的目的是提供一种独立于电源模块的芯片级闩锁现象过流保护电路。它可以方便的用在独立于电源模块的芯片上，使电路更加安全可靠，本具有通用性强、功耗低的特点。为了达到上述专利技术目的，本技术的技术方案以如下方式实现独立于电源模块的芯片级闩锁现象过流保护电路，其结构特点是，它包括一个大电流开关模块，用以控制输入芯片的总电流；一个等比例电流检测模块，用以检测流入芯片电流的大小；一个判决模块，用以根据等比例电流模块送入电流大小控制大电流开关模块的通断；一个自启动模块，用以在电路最开始上电以及闩锁现象解除后重新打开大电流开关模块，并为芯片正常供电；电源PAD经大电流开关模块连接到芯片电源管理模块到核心电路，电源PAD另依次经等比例电流检测模块、判决模块和自启动模块连接到大电流开关模块，芯片电源管理模块与自启动模块相连接。在上述过流保护电路中，所述大电流开关模块为PMOS的大电流开关管，大电流开关管的源极与电源PAD相连接，大电流开关管的漏极接芯片电源管理模块的输入。在上述过流保护电路中，所述等比例电流检测模块包含一个小电流开关，采用PMOS管用来检测大电流的等比例；一个接成负反馈形式的运算放大器，用来保证大电流开关管与小电流开关的漏极电位相同；一个用来调整反馈电压的PMOS晶体管；所述运算放大器的正输入端接大电流开关模块的漏极，运算放大器的负输入端接小电流开关的漏极，运算放大器的输出端接晶体管的栅极，小电流开关的源极接电源PAD， 晶体管的源极接回运算放大器的负输入端，晶体管的漏极输出等比例输出电流到判决模块。在上述过流保护电路中，所述判决模块包括一个电阻，与晶体管的漏极相接用来将等比例输出电流转化为电压；一个比较器，正输入端与晶体管的漏极相接，负输入端接参考电压，用来判定输出电流是否超过设定阈值。在上述过流保护电路中，所述自启动电路包括依次相连的一个低电压到高电压的转化电路，一个延时电路，一个与门逻辑；与门逻辑的另一个输入端接判决模块中比较器的输出，与门逻辑的输出接大电流开关管的栅极，用以控制大电流开关管的通断。本技术由于采用了上述结构，对闩锁现象的检测以及解除均独立于电源模块，具有很强的通用性，可以保证在使用第三方提供的电源硬核时，整个电路可以有效的检测并解除闩锁现象，并能在解除闩锁现象后自动重启芯片电源，保证芯片正常工作。以下结合附图和具体实施方式对本技术做进一步说明。附图说明图1为本技术的模块组成关系图；图2为本技术的电路图。具体实施方式参看图1和图2，本技术包括一个大电流开关模块，用以控制输入芯片的总电流；一个等比例电流检测模块，用以按照设计的比例检测流入芯片电流的大小；一个判决模块，用以根据等比例电流模块送入电流大小控制大电流开关模块的通断；一个自启动模块，用以在电路最开始上电以及闩锁现象解除后重新打开大电流开关模块，并为芯片正常供电。电源PAD经大电流开关模块连接到芯片电源管理模块到核心电路，电源PAD另依次经等比例电流检测模块、判决模块和自启动模块连接到大电流开关模块，芯片电源管理模块与自启动模块相连接。大电流开关模块为PMOS的大电流开关管Mpl，大电流开关管Mpl的源极与电源PAD相连接，大电流开关管Mpl的漏极接芯片电源管理模块的输入。等比例电流检测模块包含有一个小电流开关Mp2，采用PMOS管用来检测大电流的等比例；一个接成负反馈形式的运算放大器Amp，用来保证大电流开关管与小电流开关的漏极电位相同； 一个用来调整反馈电压的PMOS晶体管Mp3。运算放大器Amp的正输入端接大电流开关管大电流开关管Mpl的漏极，运算放大器Amp的负输入端接小电流开关Mp2的漏极，运算放大器 Amp的输出接晶体管Mp3的栅极，小电流开关Mp2的源极接电源PAD，晶体管Mp3的源极接回运算放大器Amp的负输入端，晶体管Mp3的漏极输出等比例输出电流到判决模块。判决模块包括一个电阻R1，与晶体管Mp3的漏极相接用来将等比例输出电流转化为电压；一个比较器Comp，正输入端与晶体管Mp3的漏极相接，负输入端接参考电压，用来判定输出电流是否超过设定阈值。自启动电路包括依次相连的一个低电压到高电压的转化电路L2H，一个延时电路Delay，一个与门逻辑；与门逻辑的另一个输入端接判决模块中比较器Comp的输出，与门逻辑的输出接大电流开关管Mpl的栅极，用以控制大电流开关管Mpl的通断。本技术正常工作时，等比例电流检测模块和判决模块控制大电流开关管Mpl 完全导通，芯片处于正常工作状态；当芯片发生闩锁现象时，判决模块关闭大电流开关管 Mpl，停止对整个芯片供电，进而使闩锁现象解除；当闩锁现象解除后，自启动模块重新打开大电流开关管Mp 1，恢复对芯片的正常供电。。本技术的等比例电流检测模块内部的电路结构利用了运算放大器Amp的 “虚地”特性，使得大电流开关管Mp 1和小电流开关Mp2的漏端电位相同，又由于大电流开关管Mpl和小电流开关Mp2的源极同时接在输入电源PAD上，使得当两个MOS管同时打开时， 流过两个管子的电流是成比例的，完成了等比例电流检测功能。本技术的判决模块中，比较器Comp的输出和启动电路的输出经过简单逻辑运算后控制大电流开关管Mpl的栅极。正常情况下，等比例电流检测模块的输出转化为电压后小于参考电压，比较器Comp输出为本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．独立于电源模块的芯片级闩锁现象过流保护电路，其特征在于，它包括：一个大电流开关模块，用以控制输入芯片的总电流；一个等比例电流检测模块，用以按照设计的比例检测流入芯片电流的大小；一个判决模块，用以根据等比例电流模块送入电流大小控制大电流开关模块的通断；一个自启动模块，用以在电路最开始上电以及闩锁现象解除后重新打开大电流开关模块，并为芯片正常供电；电源ＰＡＤ经大电流开关模块连接到芯片电源管理模块到核心电路，电源ＰＡＤ另依次经等比例电流检测模块、判决模块和自启动模块连接到大电流开关模块，芯片电源管理模块与自启动模块相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳超，
申请(专利权)人：北京同方微电子有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11