电压保护集成电路和电压保护系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种电压保护集成电路和电压保护系统。一种器件包括集成电路(IC)，该IC包括外部IC连接点、IC衬底连接点、电压箝位电路、以及欠电压电路。当IC外部连接点的电压处于正常工作电压范围内时，IC衬底连接点的电压被设置成第一电压。电压箝位电路被配置成当外部IC连接点的电压超出正常工作电压范围时，将IC内部的一个或多个电路的电压源箝位在正常工作电压范围内。欠电压电路通信地连接到箝位电路并且被配置成当IC的外部IC连接点电压小于0伏时将衬底的电压设置成第二电压。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术通常涉及电子系统和器件，更具体地，涉及提高具有集成电路的电子器件在反向偏置条件下的鲁棒性。
技术介绍
集成电路(IC)能接收来自芯片外电子设备发出的电信号。防止过电压是IC的一个关注点。典型地，由于静电放电(ESD)可能发生过电压，但是也可能因为IC无意地受到过大的供应电压而发生过电压。这能导致IC中结构的性能降级。
技术实现思路
集成电路无意地受到过大的供应电压而发生过电压。这能导致IC中结构的性能降级。一种装置实例包括1C，该IC具有外部IC连接点、IC衬底连接点、电压箝位电路、以及欠电压电路。当外部IC连接点的电压在正常工作电压范围内时，IC衬底连接点的电压被设置为第一电压。当外部IC连接点的电压超过正常工作电压范围时，电压箝位电路被配置成将IC内部的一个或多个电路的电压源箝位在正常工作电压范围内。欠电压电路通信地连接到箝位电路并且被配置成当IC的外部IC连接点的电压小于O伏时将IC衬底的电压设置为第二电压。在某些实施例中，当所述外部IC连接点处的电压小于O伏时，可将所述衬底的电压设置成等于所述外部IC连接点处的电压。一种电压保护系统，包括集成电路和电池充电电路。集成电路包括:外部IC连接点；IC衬底连接点，其中，当所述外部IC连接点的电压处于正常工作电压范围内时，所述IC衬底连接点的电压被设置成第一电压；电压箝位电路，其配置成当所述外部IC连接点的电压超出正常工作电压范围时，将IC的内部电路的电压源箝夹在正常工作电压范围内；以及，欠电压电路，其通信地连接到所述箝位电路并且被配置成当IC的所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述衬底的电压设置成第二电压。电池充电电路通信地连接到所述电压箝位电路。在某些实施例中，当所述外部IC连接点的电压处于小于OV到-6V的电压范围内时，可将所述衬底连接点的电压设置成等于所述外部IC连接点的电压本技术防止集成电路无意地受到过大的供应电压而发生过电压，提高了具有集成电路的电子器件在反向偏置条件下的鲁棒性。本部分目的是提供对本专利申请主题的概括。但是其目的不是为了提供本技术的排他的或者穷尽的解释。所包括的具体实施方式是用于进一步提供关于本专利申请的信息。附图说明在不必按比例绘制的附图中，类似的数字可以在不同的视图中表示类似的元件。具有不同字母后缀的类似数字可以代表类似元件的不同实例。附图通常以示例的方式而不是以限制的方式，阐述本技术中所讨论的各种示例。图1是表不了闻压NMOS晶体管的横截面的不意图；图2示出了保护IC免受过电压事件和欠电压事件的方法示例的流程图；图3 不出了欠电压容限箝位电路(under voltage tolerant clamp circuit)的示例的概略图；图4A和图4B示出了电压箝位电路的仿真的视图；图5示出了包括IC和电池充电电路的电子系统的示例。具体实施方式集成电路可能会在无意中经受过电压。例如，汽车可以包括用于电子器件(如移动电话)的充电器。例如，充电系统的电子电路中的故障可能导致电子器件经受高达28伏(28V)的电压。在另一示例中，如果来自壁装电源插座墙面输出充电系统的插头被无意地反向连接，则该电子器件可能会经受2到4伏的负电压(-2V到-4V)。为了保护1C，可以包括使得低压电路免受过电压的电路。一般情况下，电子电路在OV到2V或OV到4V的电压范围内工作。在过电压情况下，箝位电路可以用于将IC的电压源维持在比如4V或6V的最大电压。在欠电压情况下，电源低于接地电压(OV)或者低至负电压。当这种情况发生时，IC中的寄生二极管变为正向偏置的并且产生大量电流。该电流可能会减少IC中的结的寿命。为了在欠电压事件期间保护IC,可以产生负内部电源轨(negative internal power rail)。负内部电源轨被应用于IC器件的器件隔离抽头(tap)和/或衬底抽头，以限制流过正向偏置二极管的电流。图1是高压NMOS晶体管的横截面的示意图。高压器件可以被用于高压箝位电路。VBUS连接点代表电源连接点，CLAMP(箝位)代表将箝位电压提供到电路或IC的其余部分的连接点。当VBUS低于接地电压时，晶体管的漏极和高压N阱(HVNWell，High VoltageN-WelI)低于接地电压。衬底(Sub)通常被连接至接地电压，因此衬底和η阱之间的寄生二极管105变为正向偏置。HVNWell与晶体管的基底/源结(Bulk/Source junction)之间的寄生二极管将CLAMP驱动到电压-VBUS+VT，其中Vt是寄生二极管的阈值电压。限制流过正向偏置二极管的电流来在欠电压事件期间保护内部IC器件，并产生能够耐受电源的负电压的电路。为了限制该电流，衬底被驱动为低于接地电压以保持寄生二极管105反向偏置。这限制了由寄生二极管105消耗的电流。图2示出了保护IC免受过电压和欠电压的示例性方法的流程图。在方框205，当外部IC连接点的电压处于正常工作电压范围时，IC衬底的电压被设置成第一电压。在一些示例中，第一电压是O伏或接地电压。正常工作电压范围的示例包括OV到2V或者OV到4V。在方框210，当外部IC连接点的电压超过正常工作电压范围时，IC内部电路的电压源被箝位在正常工作电压范围内。例如，6V的外部IC连接点的电压能被箝位到大约4V，28V的外部IC连接点的电压能被箝位到大约6V。在方框215，当外部IC连接点的电压小于O伏(例如，从-2.0V到-4.0V)时，衬底的电压被设置成第二电压。在一些示例中，第二电压基本上是低于接地电压的外部IC连接点电压。在一些不例中，第二电压与外部IC连接点的电压相差IC中一个或多个器件上的电压降。方法200也能够被用来限制与隔离器件相关联的寄生器件中的电流。在欠电压事件期间，不对衬底连接点进行偏置，而是将隔离层设置为第二电压以减少电流。图3示出了欠电压容限箝位电路300的示例的概略图。电路300包括外部IC连接点(VBUS)和IC衬底连接点305。当IC外部连接点的电压处于正常工作电压范围时，IC衬底连接点305的电压被设置成第一电压。在一些示例中，当VBUS处于正常工作状态时，IC衬底连接点305通过晶体管M6被设置成接地电压。欠电压容限箝位电路300包括电压箝位电路310，当外部IC连接点的电压超过正常工作电压范围时，电压箝位电路310将IC内部的一个或多个电路的电压源箝位在正常工作电压范围内。这样做是为了保护IC中的低压器件。晶体管Ml和M2是高压P型金属氧化物半导体(PMOS)器件，M5和M3是高压N型金属氧化物半导体(NMOS)器件。晶体管M3对应于图1中的晶体管。晶体管Ml和M2形成电流镜。二极管堆包括M5和其后的四个二极管接法晶体管(diode-connected transistor),该二极管堆将M3的栅极电压维持为大约5个二极管电压降(例如大约是5*0.7V，取决于堆中的电流)。晶体管M3作为源极跟随器(source follower)而连接,并且将VCLAMP限制到基本上等于二极管堆的电压减去晶体管M3的阈值电压(Vt)。欠电压容限箝位电路300还包括欠电压电路315，欠电压电路315通信地连接到电压箝位电路310，并且被配置成当IC的外部IC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压保护集成电路，其包括：?外部IC连接点；?IC衬底连接点，其中，当所述外部IC连接点的电压处于正常工作电压范围内时所述IC衬底连接点的电压被设置成第一电压；?电压箝位电路，其被配置成：当所述外部IC连接点的电压超出所述正常工作电压范围时，将所述IC内部的一个或多个电路的电压源箝位在正常工作电压范围内；以及?欠电压电路，其通信地连接到所述箝位电路，并且被配置成：当所述IC的所述外部IC连接点的电压小于0伏时，将所述衬底的电压设置成第二电压。

【技术特征摘要】
2011.05.24 US 13/114,7381.一种电压保护集成电路，其包括: 外部IC连接点； IC衬底连接点，其中，当所述外部IC连接点的电压处于正常工作电压范围内时所述IC衬底连接点的电压被设置成第一电压； 电压箝位电路，其被配置成:当所述外部IC连接点的电压超出所述正常工作电压范围时，将所述IC内部的一个或多个电路的电压源箝位在正常工作电压范围内；以及 欠电压电路，其通信地连接到所述箝位电路，并且被配置成:当所述IC的所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述衬底的电压设置成第二电压。2.根据权利要求1所述的电压保护集成电路，其中所述欠电压电路被配置成:当所述外部IC连接点处的电压小于O伏时，将所述衬底的电压设置成等于所述外部IC连接点处的电压。3.根据权利要求1或2所述的电压保护集成电路，其中所述欠电压电路被配置成:当所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述IC衬底连接点的电压设置在所述外部IC连接点的电压的晶体管阈值电压以内。4.根据权利要求1或2所述的电压保护集成电路，其中所述欠电压电路包括N型金属氧化物半导体NMOS晶体管，所述NMOS晶体管的栅极区域通信地连接到地电势，所述NMOS晶体管的源极区域通信地连接到所述衬底连接点，并且其中，当所述外部IC连接点的电压小于O伏时，所述IC衬底连接点通过所述NMOS晶体管设置到所述外部IC连接点的电压。5.根据权利要求1所述的电压保护集成电路，其中所述欠电压电路被配置成: 当所述外部IC连接点处的电压小于O伏时，产生负电压供电轨；以及 将所述IC衬底连接点电连接到所述负电压供电轨。6.根据权利要求2所述的电压保护集成电路，其中所述欠电压电路被配置成: 当所述外部IC连接点处的电压小于O伏时，产生负电压供电轨；以及 将所述IC衬底连接点电连接到所述负电压供电轨。7.根据权利要求3所述的电压保护集成电路，其中所述欠电压电路被配置成: 当所述外部IC连接点处的电压小于O伏时，产生负电压供电轨；以及 将所述IC衬底连接点电连接到所述负电压供电轨。8.根据权利要求4所述的电压保护集成电路，其中所述欠电压电路被配置成: 当所述外部IC连接点处的电压小于O伏时，产生负电压供电轨；以及 将所述IC衬底连接点电连接到所述负电压供电轨。9.根据权利要求1所述的电压保护集成电路，其中所述电压箝位电路包括一个或多个高压晶体管，并且所述欠电压电路被配置成:当所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述高压晶体管的衬底连接点设置到所述外部IC连接点的电压。10.根据权利要求2所述的电压保护集成电路，其中所述电压箝位电路包括一个或多个高压晶体管，并且所述欠电压电路被配置成:当所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述高压晶体管的衬底连接点设置到所述外部IC连接点的电压。11.根据权利要求3所述的电压保护集成电路，其中所述电压箝位电路包括一个或多个高压晶体管， 并且所述欠电压电路被配置成:当所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述高压晶体管的衬底连接点设置到所述外部IC连接点的电压。12.根据权利要求4所述的电压保护集成电路，其中所述电压箝位电路包括一个或多个高压晶体管，并且所述欠电压电路被配置成:当所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述高压晶体管的衬底连接点设置到所述外部IC连接点的电压。13.根据权利要求5所述的电压保护集成电路，其中所述电压箝位电路包括一个或多个高压晶体管，并且所述欠电压电路被配置成:当所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述高压晶体管的衬底连接点设置到所述外部IC连接点的电压。14.根据权利要求6所述的电压保护集成电路，其中所述电压箝位电路包括一个或多个高压晶体管，并且所述欠电压电路被配置成:当所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述高压晶体管的衬底连接点设置到所述外部IC连接点的电压。15.根据权利要求7所述的电压保护集成电路，其中所述电压箝位电路包括一个或多个高压晶体管，并且所述欠电压电路被配置成:当所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述高压晶体管的衬底连接点设置到所述外部IC连接点的电压。16.根据权利要求8所述的电压保护集成电路，其中所述电压箝位电路包括一个或多个高压晶体管，并且所述欠电压电路被配置成:当所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述高压晶体管的衬底连接点设置到所述外部IC连接点的电压。17.根据权利要求9 16中任一项所述的电压保护集成电路，其中所述高压晶体管包括高压NMOS晶体管，其中所述欠电压电路包括连接在所述高压晶体管的栅极和地电势之间的肖特基二极管，以便当 所述外部IC连接点处的电压小于O伏时，将所述高压晶体管的栅极设置成低于接地电压的肖特基二极管电压。18.—种电压保护系统,包括: 集成电路，其包括: 外部IC连接点； IC衬底连接点，其中，当所述外部IC连接点的电压处于正常工作电压范围内时，所述IC衬底连接点的电压被设置成第一电压； 电压箝位电路，其被配置成:当所述外部IC连接点的电压超出正常工作电压范围时，将所述IC内部的电路的电源箝位在正常工作电压范围内；以及 欠电压电路，其通信地连接到所述箝位电路，并且被配置成:当所述IC的所述外部IC连接点的电压小于O伏时，将所述衬底的电压设置成第二电压；以及 电池充电电路，其通信地连接到所述电压箝位电路。19.根据权利要求18所述的电压保护系统，其中所述系统被包含在移动电话中。20.根据权利要求18和19中任一项所述的电压保护系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·加涅，格雷戈里·A·马赫尔，C·克莱恩，
申请(专利权)人：快捷半导体苏州有限公司，快捷半导体公司，
类型：实用新型
国别省市：