用于具有正反饋的瞬態(tài)過載保護(hù)的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及電子系統(tǒng)，更具體地，涉及瞬態(tài)過載保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]某些電子系統(tǒng)可能被暴露于瞬態(tài)過載事件，或持續(xù)時(shí)間短、具有快速變化的電壓和高功率的電信號。瞬態(tài)過載事件可以包括，例如，從物體或人到電子系統(tǒng)電荷的突然釋放所引起的靜電放電(ESD)事件。
[0003]由于過壓條件和在1C的相對小的區(qū)域內(nèi)的高功率耗散，瞬態(tài)過載事件可以破壞集成電路(1C)。高功率耗散可以增加集成電路的溫度，并且可能導(dǎo)致許多問題，如柵極氧化物擊穿、結(jié)損傷、金屬損害以及表面電荷積聚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)方面，裝置包括配置以生成檢測電流，響應(yīng)于在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)間檢測到的瞬態(tài)過載事件，具有導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)的鉗位電路，其中當(dāng)鉗位電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，分路電流電流流經(jīng)在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的鉗位電路，配置以根據(jù)分路電流電流生成正反饋電流的感測反饋電路，和被配置以接收組合電流的偏置電路。組合電流是基于檢測電流和正反饋電流的，并且偏置電路被配置以根據(jù)組合電流控制在導(dǎo)通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)中鉗位電路的運(yùn)作。
[0005]在另一方面，集成電路包括:第一觸點(diǎn)、第二觸點(diǎn)、在第一和第二觸點(diǎn)間電連接的內(nèi)部電路和保護(hù)電路。保護(hù)電路包括經(jīng)配置以生成響應(yīng)于在第一和第二觸點(diǎn)間檢測到的瞬態(tài)過載事件的檢測電流，電連接在第一和第二觸點(diǎn)間的鉗位電路，其中分路電流流經(jīng)鉗位電路，當(dāng)鉗位電路被接通時(shí)，被配置以根據(jù)分路電流電流生成正反饋電流的感測反饋電路，和配置以接收對應(yīng)于檢測電流和正反饋電流和的組合電流的偏置電路。偏置電路被配置以根據(jù)組合電流接通或關(guān)斷鉗位電路。
[0006]在另一方面，提供了用于保護(hù)集成電路免受瞬態(tài)過載事件的方法。該方法包括:使用瞬態(tài)檢測電路，檢測第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)間的瞬時(shí)過載事件的存在，使用瞬態(tài)檢測電路，生成檢測電流響應(yīng)于瞬態(tài)過載事件，組合檢測電流與正反饋電流以生成組合電流，使用偏置電路，根據(jù)組合電流控制鉗位電路為導(dǎo)通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)，并且使用感測反饋電流，根據(jù)分路電流生成正反饋電流。
【附圖說明】
[0007]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，主動(dòng)控制保護(hù)電路的示意圖。
[0008]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，主動(dòng)控制保護(hù)電路的電路圖。
[0009]圖3是根據(jù)另一實(shí)施例，主動(dòng)控制保護(hù)電路的電路圖。
[0010]圖4是根據(jù)另一實(shí)施例，主動(dòng)控制保護(hù)電路的電路圖。
[0011]圖5是根據(jù)另一實(shí)施例，主動(dòng)控制保護(hù)電路的示意圖
[0012]圖6是根據(jù)另一實(shí)施例，主動(dòng)控制保護(hù)電路的電路圖。
[0013]圖7是根據(jù)另一實(shí)施例，主動(dòng)控制保護(hù)電路的電路圖。
[0014]圖8A-8D示出的集成電路(IC)的各種實(shí)例的示意圖，其中一個(gè)或多個(gè)保護(hù)電路可以被包括。
【具體實(shí)施方式】
[0015]某些實(shí)施例的以下詳細(xì)描述呈現(xiàn)了本發(fā)明的具體實(shí)施例的各種描述。然而，本發(fā)明可以以由權(quán)利要求書所定義和涵蓋的多種不同的方式予以體現(xiàn)。在此描述中，參考了附圖，其中相似的附圖標(biāo)記可以指示相同或功能相似的元件。
[0016]某些電子系統(tǒng)包括保護(hù)電路以保護(hù)電路或其中的組件免受瞬態(tài)過載事件。此外，為了幫助保證電子系統(tǒng)的可靠性，制造商可以在已定義壓力狀態(tài)下測試電子系統(tǒng)，它可以通過由各種組織，例如電子器件工程聯(lián)合委員會(huì)(JEDEC)、國際電工委員會(huì)被測電子系統(tǒng)(IEC)以及汽車工程協(xié)會(huì)(AEC)所制定的標(biāo)準(zhǔn)來描述。這些標(biāo)準(zhǔn)能夠涵蓋廣泛眾多的瞬態(tài)過載事件，包括ESD。
[0017]具有正反饋的瞬態(tài)過載保護(hù)電路的概述
[0018]用于具有正反饋的瞬態(tài)過載保護(hù)電路的裝置和方法在本文中被提供。在某些配置中，保護(hù)電路包括瞬態(tài)檢測電路、偏置電路、鉗位電路和當(dāng)鉗位電路鉗位時(shí)，生成正反饋電流的感測反饋電路。瞬態(tài)檢測電路能夠檢測第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)間接收的瞬態(tài)過載事件的存在，并且能夠生成檢測電流響應(yīng)于檢測到瞬時(shí)過載事件。檢測電流和正反饋電流可以被組合以生成組合電流。此外，偏置電路可以接收組合電流，并且可以導(dǎo)通或激活鉗位電路，響應(yīng)于組合電流。因此，瞬態(tài)檢測電路檢測到瞬態(tài)過載事件時(shí)，偏置電路可以接通鉗位電路在第一和第二節(jié)點(diǎn)間提供低阻抗路徑。另外，當(dāng)瞬態(tài)過載事件存在和鉗位電路鉗位時(shí)，感測反饋電路可以生成正反饋電流，它可以在瞬態(tài)過載事件持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持鉗位電路處于接通。
[0019]通過以這種方式提供正反饋，感測反饋電路可以動(dòng)態(tài)控制鉗位電路在瞬態(tài)過載事件期間被激活的持續(xù)時(shí)間。特別是，在瞬態(tài)過載事件期間，感測反饋電路可以提供正反饋，它可以保持鉗位電路接通，同時(shí)足夠幅度的分路電流流經(jīng)鉗位電路，即使瞬態(tài)檢測電路關(guān)斷檢測電流。因此，鉗位電路可以在不依賴于瞬態(tài)檢測電路的時(shí)間常數(shù)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)被接通。
[0020]本發(fā)明的主動(dòng)控制的保護(hù)電路可以提供魯棒的過壓保護(hù)，例如，
[0021]在ESD事件的尾端期間的魯棒保護(hù)。在IC中包括這樣的保護(hù)電路可以使用低電壓器件，包括，例如，薄氧化物場效應(yīng)晶體管(FET)和/或電壓敏感型異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，如硅鍺(SiGe)雙極型晶體管實(shí)現(xiàn)更高壓的操作。
[0022]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，主動(dòng)控制保護(hù)電路20的示意圖。保護(hù)電路20包括瞬態(tài)檢測電路11、電流組合節(jié)點(diǎn)12、偏置電路13、鉗位電路14和感測反饋電路15。保護(hù)電路20在第一節(jié)點(diǎn)I和第二節(jié)點(diǎn)間提供瞬態(tài)過載保護(hù)。
[0023]在某些實(shí)現(xiàn)中，第一和第二節(jié)點(diǎn)1、2可以分別對應(yīng)集成電路(IC)的功率高電源引腳或觸點(diǎn)和功率低電源觸點(diǎn)。因此，保護(hù)電路20可以被用來為IC的電源軌提供瞬態(tài)過載保護(hù)。然而，其它配置是可能的，包括，例如，其中保護(hù)電路20在輸入/輸出(I/O)觸點(diǎn)和功率低電源觸點(diǎn)間、在功率高的電源觸點(diǎn)和I/o觸點(diǎn)間和/或第一 I/O觸點(diǎn)和第二 I/o間觸點(diǎn)間提供保護(hù)。
[0024]瞬態(tài)檢測電路11電連接在第一和第二節(jié)點(diǎn)1、2間，并且生成檢測電流IDET，響應(yīng)于在第一和第二節(jié)點(diǎn)1、2間檢測到的瞬態(tài)過載事件。例如，在某些配置，瞬態(tài)檢測電路11可以觀測到第一和第二節(jié)點(diǎn)1、2間的電壓變化率，并且能生成檢測電流IDET，當(dāng)檢測到合格的瞬態(tài)過載事件時(shí)。然而，瞬態(tài)檢測電路11可以根據(jù)潛在地?fù)p壞敏感電子產(chǎn)品的瞬態(tài)過載事件的多種檢測條件，包括，但不限于，測量功率、電壓、電流和/或電荷，檢測瞬態(tài)過載事件。
[0025]在某些實(shí)現(xiàn)中，瞬態(tài)檢測電路11可以被配置以生成檢測電流IDET當(dāng)瞬態(tài)檢測電路11在第一節(jié)點(diǎn)1和/或第二節(jié)點(diǎn)2的足夠時(shí)間內(nèi)檢測到快速變化的電壓時(shí)。例如，瞬態(tài)檢測電路11可以被配置以激活，用于具有時(shí)間長度在大約1納秒到1000納秒范圍，在約0.1V/ns到lOOV/ns范圍內(nèi)電壓變化率的瞬態(tài)過載事件。第一和第二節(jié)點(diǎn)1、2上標(biāo)稱信令狀態(tài)存在，包括，例如，與1C上電相關(guān)的信號條件，瞬態(tài)檢測電路11可以控制檢測電流IDET到與沒有瞬態(tài)過載事件相關(guān)的水平，例如，約0毫安的電流水平。
[0026]在某些配置中，瞬態(tài)檢測電路11可以在檢測到瞬態(tài)過載事件后生成檢測電流IDET，并且檢測電流IDET可以在預(yù)定時(shí)間內(nèi)保持激活，例如，約1納秒到1000納秒的時(shí)間范圍內(nèi)。在某些實(shí)現(xiàn)中，在瞬態(tài)檢測電路11檢測到瞬態(tài)過載事件后，檢測電流IEDT保持有效的持續(xù)時(shí)間可以基于瞬態(tài)檢測電路11的時(shí)間常數(shù)，例如電阻電容(RC)時(shí)間常數(shù)。
[0027]在所示的配置中，偏置電路13可以根據(jù)對應(yīng)于來自瞬態(tài)檢測電路11的檢測電流IDET和來自感測反饋電路15的正反饋電路IPFBK的和的組合電流I eMBINED接通或關(guān)斷鉗位電路14。當(dāng)檢測電流IDET由瞬態(tài)檢測電路11生成時(shí)，組合電流I _BINED能夠具有足夠的電流水平用于偏置電路13接通鉗位電路14以在第一和第二節(jié)點(diǎn)1、2間提供低阻抗路徑。
[0028]然而，在瞬態(tài)過載事件的檢測之前，鉗位電路14可以運(yùn)作在低漏/高阻抗?fàn)顟B(tài)(或關(guān)斷狀態(tài))。關(guān)斷狀態(tài)的阻抗可以是在，例如，在約0.16Ω至約10GQ的范圍內(nèi)，從而當(dāng)保護(hù)電路20非激活時(shí)，提供較低的靜態(tài)功耗。當(dāng)瞬態(tài)過載事件的檢測滿足一個(gè)或多個(gè)信令條件時(shí)，例如特定的電壓變化率，瞬態(tài)檢測電路11可以生成特定持續(xù)時(shí)間的檢測電流IDET。此后，偏置電路13可以接通鉗位電路14，響應(yīng)于檢測電流IDET。當(dāng)鉗位電路14被接通時(shí)，鉗位電路14能夠在高電流/低阻抗?fàn)顟B(tài)(或?qū)顟B(tài))運(yùn)作，其中鉗位電路14提供從第一節(jié)點(diǎn)1到第二節(jié)點(diǎn)2的低阻抗路徑。在某些配置中，鉗位電路14的導(dǎo)通狀態(tài)的阻抗可以在約1Ω至約10 Ω的范圍內(nèi)。
[0029]當(dāng)鉗位電路14導(dǎo)通并且瞬態(tài)過載事件存在時(shí)，分路電流ISH■可以流經(jīng)由第一和第二節(jié)點(diǎn)之間鉗位電路14提供的低阻抗路徑。分路電流ISH■通過分流電荷，否則可能導(dǎo)致電壓積累和1C損壞，可以被用于防止在第一節(jié)點(diǎn)的過壓條件。
[0030]鉗位電路14可以以各種方式來實(shí)現(xiàn)。例如，鉗位電路14可以包括一個(gè)或多個(gè)雙極型晶體管和/或場效應(yīng)晶體管(FET)，接通以響應(yīng)于由偏置電路13生成的偏置信號。在某些配置中，鉗位電路14可以包括在第一節(jié)點(diǎn)1和第二節(jié)點(diǎn)2之間被堆疊或串聯(lián)布置的兩個(gè)或更多個(gè)晶體管以限制在每個(gè)晶體管的最大電壓，當(dāng)?shù)谝缓偷诙?jié)點(diǎn)1、2之間不存在瞬態(tài)過載事件時(shí)。
[0031]盡管瞬態(tài)檢測電路11可以用來檢測瞬態(tài)過載事件的到達(dá)和/或存在，瞬態(tài)檢測電路11可能無法在事件的整個(gè)期間保持有效。例如，在一個(gè)實(shí)例中，瞬態(tài)檢測電路11可以被實(shí)現(xiàn)以在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)激活檢測電流IDET。在另