保护电路制造技术

本发明专利技术提供了一种电路保护。根据一个或多个示例实施例，将基于晶闸管的电路和基于二极管的电路串联在内部电路端子和基准端子之间，以保护内部电路端子免受诸如可能与静电放电有关的过电流和/或过电压之类的电路应力。基于晶闸管的电路和基于二极管的电路工作在第一模式和第二(保护)模式下，在第一模式下漏电流由晶闸管来限制，在第二(保护)模式下内部端子处的电压超过阈值电平，在所述阈值电平处基于晶闸管的电路工作在正向偏置模式下并且二极管工作在击穿模式下，以将内部电路端子和基准端子之间的电流分流。

【技术实现步骤摘要】
保护电路
本专利技术各个实施例的方面涉及对过电压或过电流情况的保护。
技术介绍
许多电路容易受电过载影响，电过载例如可以涉及静电放电(ESD)或能够造成损坏的其他过电压或过电流情况。在电过载的情况下，这种保护电路切换到低欧姆状态，以将输入(或其他电路)连接到诸如接地端子、公共端子或低电压电力轨端子等基准端子，从而将过量的电荷分流到不会损坏IC的地方。SCR(“硅控整流器”)由于具有低箝位电压和得到的高电流能力而在基于CMOS的集成电路中作为保护电路受到青睐。然而，这种电路容易发生闩锁(latch-up)问题，尤其是在低箝位电压下。这样的问题可能需要通过故意使晶闸管(thyristor)动作无效(frustrate)(例如，通过增大基区宽度来减小构成SCR的双极晶体管的增益)来将SCR调谐为使得SCR工作在高箝位电压和/或高触发电流下。然而，这种SCR的工作性能在很大程度上依赖于在标准CMOS工艺中并未得到良好控制的寄生参数。这使得很难或者不可能将基于SCR的保护构思从一个生产中心传送到另一个生产中心。此外，由于关联的双极晶体管的低增益，这种SCR的接通时间可能相当长。通常，低电压二极管可能呈现出不期望的漏电流，高电压二极管可能需要不期望地高的箝位电压。对于多种应用来说，这些和其他问题对SCR和具有保护电路的其他电路组件的实现提出了挑战。
技术实现思路
多种示例实施例涉及保护电路及其实现方式，所述保护电路及其实现方式可以应用于过电压/过电流型情况并解决了如上所述的挑战。根据示例实施例，一种保护电路包括：基于晶闸管的电路，具有由两个基极区分开的阳极端区和阴极端区；第一电阻器和第二电阻器，分别连接在基极区之一与内部电路端子之间以及基极区中的另一个与基准端子之间；以及基于二极管的电路，与晶闸管串联在内部电路端子和基准端子之间。基于二极管的电路和基于晶闸管的电路工作在第一模式或第二模式下，在所述第一模式下，内部电路和基准端子之间的电压在第一电压电平以下，在所述第一电平处基于晶闸管的电路击穿，在所述第二模式下，内部电路和基准端子之间的电压超过第一电压电平。在第二模式下，基于晶闸管的电路工作在正向偏置模式下，二极管工作在击穿模式下，以在内部电路端子和基准端子之间传导电流。第二模式下的保持电压依赖于基于二极管的电路的击穿电压与用于将基于晶闸管的电路保持在正向偏置模式下的保持电压之和。另一示例实施例涉及一种保护电路，用在包括内部电路端子的电路中，所述内部电路端子遭遇过电压、过电流和静电放电情况中的至少一个。保护电路包括：第一电阻器和第二电阻器；以及极性相反的多个掺杂区，在所述多个掺杂区之间形成pn结，所述多个掺杂区包括晶闸管和二极管。晶闸管具有由两个基极区分开的阳极和阴极，二极管具有阳极和阴极，二极管的阳极和阴极之一包括晶闸管的阳极和阴极之一，二极管的阳极和阴极中的另一个与内部电路端子和基准端子之一相连。第一电阻器在基极区之一与内部电路端子之间，第二电阻器在基极区中的另一个与基准端子之间。响应于电阻器之一两端的电压降高于在晶闸管的阳极与跟阳极直接相邻的那个基极区之间的pn结的正向电压，晶闸管切换到击穿状态。晶闸管和二极管工作在如下三个模式下。在第一模式下，pn结处的电压在正向电压以下，内部电路端子和基准端子之间的电流流动由通过晶闸管的漏电流来限制。在第二模式下，响应于呈现给pn结的正向电压，晶闸管切换到低电阻状态并使电流经由pn结合二极管在内部电路端子和基准端子之间流动，其中在低电阻状态下pn结正向偏置。在第三模式下，在切换到低电阻状态之后，在内部电路端子和基准端子之间的电压保持在保持电压以上时，晶闸管/二极管组合工作在保持状态下并继续使电流在内部电路端子和基准端子之间流动(经由晶闸管的所有掺杂区)。该保持电压依赖于基于晶闸管的电路和基于二极管的电路的箝位电压之和。另一示例实施例涉及一种保护电路，具有：二极管；晶闸管；第一电阻器和第二电阻器，分别连接在晶闸管的第一基极区与易遭遇过电流或过电压情况的内部电路端子之间，以及在晶闸管的第二基极区与基准端子之间。二极管与晶闸管串联在内部电路端子和基准端子之间，晶闸管和二极管之一直接连接到内部电路端子，晶闸管和二极管中的另一个直接连接到基准端子。晶闸管、电阻器和二极管一起在如下三个模式下工作。电路工作在第一模式下，在所述第一模式下，出现在内部电路端子处的电压不足以将晶闸管的pn结正向偏置，并且内部电路端子和基准端子之间的漏电流被限制为晶闸管的漏电流。电路通过以下操作工作在第二击穿模式下：响应于出现在内部电路端子处的击穿电压使晶闸管的pn结切换到正向偏置状态，将二极管切换到击穿状态并在内部电路端子和基准端子之间传导电流。在将二极管切换到击穿状态之后，电路通过以下操作工作在第三保持模式下：响应于内部电路端子处出现的电压至少与保持电压一样高，继续在内部电路端子和基准端子之间传导电流。所述保持电压的值是晶闸管和二极管的箝位电压之和并且小于击穿电压。上述讨论/
技术实现思路
并不意在描述本公开的每个实施例或每个实现方式。下文中的附图和详细描述也示例了各种实施例。附图说明结合附图，根据以下详细描述，可以更全面地理解各个示例实施例，附图中：图1A和图1B分别示出了根据本专利技术示例实施例的保护电路的电路图和结构，所述保护电路具有基于晶闸管的电路和二极管；图2A和图2B分别示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的电路图和结构，所述保护电路具有在基于晶闸管的电路和易遭遇过电压/过电流情况的内部电路端子之间的二极管；图3A和图3B分别示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的电路图和结构，所述保护电路具有在基于晶闸管的电路和接地端子之间的二极管；图4示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的示意性截面图；图5示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的示意性截面图，所述保护电路具有二极管和两个电阻器；图6示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的示意性截面图，所述保护电路具有经由p掺杂区的延伸与接地端子相连的衬底；图7示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的示意性截面图，所述保护电路具有在发射极和接地之间的浮置基极和电阻器；图8示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的示意性截面图，所述保护电路具有在SCR和内部节点之间的二极管；图9示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的截面图，所述保护电路具有触发器；图10示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的截面图，所述保护电路具有触发器结构，所述触发器结构可以用于降低与二极管串联的晶闸管的触发电压；图11A和图11B分别示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的电路图和结构，所述保护电路具有在基于晶闸管的电路和接地端子(或其他电压电平)之间并联的二极管和电阻器；图12示出了根据本专利技术另一示例实施例的另一保护电路的截面图；图13示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的操作的曲线图，所述保护电路包括串联的二极管和晶闸管；以及图14示出了根据本专利技术另一示例实施例的保护电路的电流对电压的曲线图，所述保护电路具有串联的晶闸管和齐纳二极管。具体实施方式本专利技术可以具有各种修改和备选形式，附图中以示例的方式示出了本专利技术的特定细节并将对所述特定细节进行详细描述。然而应理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路，包括：基于晶闸管的电路，具有由两个基极区分开的阳极端区和阴极端区；第一电阻器，连接在基极区之一与内部电路端子和基准端子之一之间；以及基于二极管的电路，与晶闸管串联在内部电路端子和基准端子之间，所述基于二极管的电路和基于晶闸管的电路被配置为能够：工作在第一模式下，在所述第一模式下，内部电路和基准端子之间的电压在第一电压电平以下，在所述第一电压电平处基于晶闸管的电路击穿；或者工作在第二模式下，在所述第二模式下，内部电路和基准端子之间的电压超过第一电压电平，其中基于晶闸管的电路工作在正向偏置模式下，二极管工作在击穿模式下，以在内部电路端子和基准端子之间传导电流，所述第二模式具有保持电压，所述保持电压依赖于基于二极管的电路的击穿电压与用于将基于晶闸管的电路保持在正向偏置模式下的保持电压之和。

【技术特征摘要】
2012.04.24 US 13/454,8621.一种电路，包括：基于晶闸管的电路，具有由两个基极区分开的阳极端区和阴极端区；第一电阻器，连接在基极区之一与内部电路端子和基准端子之一之间；以及基于二极管的电路，与所述基于晶闸管的电路串联在内部电路端子和基准端子之间，所述基于二极管的电路和基于晶闸管的电路被配置为能够：工作在第一模式下，在所述第一模式下，内部电路和基准端子之间的电压在第一电压电平以下，在所述第一电压电平处基于晶闸管的电路击穿；或者响应于电压尖峰而在第一模式、第二模式之间变换，所述电压尖峰施加于基极区上，并将所述基于晶闸管的电路变换为正向偏置模式；工作在所述第二模式下，在所述第二模式下，内部电路和基准端子之间的电压超过第一电压电平，其中基于晶闸管的电路工作在所述正向偏置模式下，所述基于二极管的电路工作在击穿模式下，以在内部电路端子和基准端子之间传导电流，所述第二模式具有保持电压，所述保持电压依赖于基于二极管的电路的击穿电压与用于将基于晶闸管的电路保持在正向偏置模式下的保持电压之和；其中在所述第一模式、第二模式、以及所述变换中，所述内部电路端子与所述基准端子之间的电流限制为流经基极区之间的PN结的电流。2.根据权利要求1所述的电路，还包括：第二电阻器，连接在基极区中的另一个与内部电路端子和基准端子中的另一个之间，其中，基于晶闸管的电路、电阻器和基于二极管的电路被配置为：在第一模式下，将内部电路端子和基准端子之间的漏电流流动限制为通过电阻器和晶闸管的基极区的电流流动；以及在第二模式下，通过基于晶闸管的电路和基于二极管的电路将内部电路端子和基准端子之间的电流分流。3.根据权利要求1所述的电路，其中，基于晶闸管的电路、电阻器和基于二极管的电路被配置为通过以下操作来工作在第二模式下：响应于电压超过第一电压电平，将晶闸管切换到正向偏置模式，以将二极管驱动到击穿模式并强制电流通过二极管；以及在将二极管驱动到击穿模式并强制电流通过二极管之后，在保持电压电平处操作，所述保持电压电平在第一电压电平以下，并且高到足以将电路保持在低欧姆状态，在低欧姆状态下电流经过基于晶闸管的电路和基于二极管的电路。4.根据权利要求1所述的电路，其中，基于晶闸管的电路被配置为：在第一模式下，将通过基于二极管的电路的漏电流限制为小于基于二极管的电路的漏电流水平二分之一的电流水平。5.根据权利要求1所述的电路，其中，基于二极管的电路被配置为：响应于内部电路端子处的电压电平超过将基于晶闸管的电路切换到正向偏置模式的阈值电压，切换到电流通过状态，并经由基于晶闸管的电路将电流从内部电路端子分流到基准端子。6.根据权利要求1所述的电路，其中，基于二极管的电路连接在内部电路端子和基于晶闸管的电路之间。7.根据权利要求1所述的电路，其中，基于二极管的电路包括极性相反的阳极区和阴极区，阴极连接到内部电路端子，阳极包括基于晶闸管的电路的阳极端区的至少一部分。8.根据权利要求1所述的电路，其中，基于二极管的电路连接在基于晶闸管的电路和基准端子之间。9.根据权利要求1所述的电路，其中，基于二极管的电路包括极性相反的阳极区和阴极区，阳极连接到基准端子，阴极包括基于晶闸管的电路的阴极端区的至少一部分。10.根据权利要求1所述的电路，其中，基于晶闸管的电路被配置为响应于晶闸管的内部二极管击穿而切换到电流通过状态，在电流通过状态下基于晶闸管的电路两端的电压小于1V，二极管被配置为响应于基于二极管的电路两端的电压大于2V而切换到电流通过状态。11.根据权利要求1所述的电路，还包括：触发器电路，配置为降低触发电压，在所述触发电压下基于晶闸管的电路切换到正向偏置模式。12.一种保护电路，用在包括内部电路端子的电路中，所述内部电路端子遭遇过电压、过电流和静电放电情况中的至少一个，所述保护电路包括：第一电阻器和第二电阻器；极性相反的多个掺杂区，在所述多个掺杂区之...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯马丁·里特，阿奇姆·韦尔纳，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：