[发明专利]限压保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及微电子集成电路领域，具体涉及一个限压保护电路，具有静态功耗低、灵敏度高和工艺要求低的特点，尤其适合集成在无线供能这样的交流电路系统芯片上。

背景技术

在电源电压变化的工作环境中，芯片中一般会集成一个限压保护电路，用于在电源电压超过芯片耐压时起到保护芯片的作用。

现有的片上集成的限压保护电路，主要是针对直流环境，即电源电压在零电位以上的变化。常用的结构有普通二极管的串联、齐纳二极管和一些其他的普通限压结构。普通二极管由于本身的特性，电压电流曲线斜率较小，保护能力有限；齐纳二极管具有很好的电压电流特性，特性曲线斜率很高，而且也能有用于交流环境，但是需要采用特殊的工艺，增加了工艺成本，而这在有些设计中是不希望看到的，如采用全CMOS工艺；其他的限压结构，比如Ulrich Kaiser和Wolfgang Steinhagen在文献A Low Transponder IC for High-Performance Identification Systems中提到的一种限压保护结构，在一般的直流环境中可以工作，但是灵敏度不高，保护能力有限，更重要的是用于交流环境时，具有很大的衬底漏电流，会引起闩锁效应(latch-up)，导致芯片不能正常工作。

在Pierre Favart、Philippe Deval和Declercq的文献A high-Efficiency CMOS Voltage Doubler到的一种的衬底交换技术(the technique of bulk commutation)，可以在交流环境中大的衬底漏电流问题。此项技术可以推广用于限压保护电路中，能够起到很好的作用，并能广泛的使用。

发明内容

本发明提供的一种限压保护电路，其特征在于：包括一个电压检测电路，一个运算放大器，一个通过旁路电流的开关管和两个衬底辅助晶体管，采用普通的CMOS工艺即可实现。

本发明中，电压检测电路，检测电源电压两端的相对电位大小，输出一个检测信号送至运算放大器；运算放大器通过比较检测的电压信号和预先设定电压信号，来控制通过旁路电流的开关管的开和关；两个衬底辅助晶体管，在电源电压变化的情况下，动态偏置旁路开关管和自身的衬底，使其始终偏置在高电平或者其他合适电平，进而消除衬底电流。

本发明中的交流电压检测电路，具有静态电流小的特点。在电源电压未达到保护电压阈值，静态电流为0。当电源电压超过保护阈值，交流电压检测电路开始工作，同时其消耗的静态电流也非常的小。这样就克服了传统的采用电阻分压结构时的静态功耗高的问题。

本发明中的旁路开关管，由于采用高增益的运算放大器作为比较器来控制其开和关，因此具有很高的灵敏度，更快的开关动作，能够更好的起到保护作用。

本发明中的旁路开关管的衬底或者阱，是和两个辅助晶体管的衬底或者阱连在一起，通过动态控制两个开关管的开关动作，可以很好实现衬底或者阱的合理偏置，进而消除了普通结构在交流环境中存在的大的漏电流而引起的闩锁效应(latch-up)，克服了不稳定的问题。

本发明提供的一种限压保护电路，其特点在于：采用新的电压检测结构，具有静态功耗低的优点；采用高增益的运算放大器控制旁路电流开关管，具有灵敏度高的优点；采用衬底交换技术，可以消除电路在交流环境中大的衬底漏电流的问题，具有漏电流小的优点；采用全CMOS工艺实现，具有工艺成本低，实现性高的优点。

本发明提供的一种限压保护电路，可以良好的应用于交直流环境中的系统结构中，特别适合于像无线供能系统和胶囊内窥镜系统等生物医疗领域，该结构可以很好的集成在片上。

附图说明

图1为本发明所提供的一种限压保护电路的结构示意图。

图2为图1中的电压检测电路具体实现电路图。

图3为开关管和辅助晶体管实现的衬底或阱交换技术的原理示意图；

图4为本发明具体实施方式的一种电路结构图。

图5为本发明具体实施方式的另外一种电路结构图。

图6所示为本发明在无线供能系统的一种应用示意图。

具体实施方式