[发明专利]用于过电压保护的装置和方法

说明书

本发明提供了一种保护装置，其被放置在输入或信号节点与待保护节点之间的串联连接。如果待保护节点是相对较高的阻抗节点，例如MOSFET的栅极，则保护装置不需要承载很多电流。这使它能够被构建得非常快。这使得其能够快速响应过电压事件以便保护连接到待保护节点的电路。该保护装置可以与提供更大载流能力和可控触发电压的其它保护单元结合使用，但是其本身作用较慢。

技术领域

本发明涉及用于保护电子电路免受过电压事件(例如静电放电事件)影响的过电压保护装置。

背景技术

电子系统可以工作在环境和/或电路中，其中它们可能暴露于相对较短持续时间的电信号但对于其电子系统而言具有超过正常工作电压的较高或快速变化电压的瞬态过电压事件。瞬态过电压事件可以包括例如由电荷从物体或人突然释放到电子电路产生的静电放电事件。这种静电放电(ESD)或电过压(EOS)事件可能包括“人体”放电事件和“机器”放电事件。联合电子设备工程委员会(JEDEC)、国际电工委员会(IEC)、汽车工程委员会(AEC)和国际标准化组织(ISO)等各种组织制定了放电事件的标准。

人体放电事件描述了静电放电事件，其中已经被充电的人可以通过与电子电路的接触来释放其静电电荷。例如，通过在放电事件开始后的一百纳秒内观察电路性能来测量这种事件。诸如国际电工委员会充电设备模型(IECCDM)之类的机器事件在放电开始后约600皮秒期间内测量设备性能。这种短时间尺度的静电放电事件可能导致金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的栅极氧化物损坏或集成电路内的结损害或电荷捕获。此外，即使瞬态事件不会对设备造成物理损坏，也可能引起闭锁(无意中产生低阻抗路径)，从而破坏集成电路的功能并且可能导致在闭锁电流路径中的自加热对集成电路的永久性损坏。因此，需要提供一种具有防止瞬态电气事件的集成电路。

还希望提供具有可控触发电压和表示保持电压的可控“回跳”电压的过电压保护电路。过压保护电路可以提供小于触发电压但大于设备电源电压的保持电压。

发明内容

根据本发明的第一方面提供了一种用于具有待保护节点和输入节点的电路的过电压保护装置。过电压保护装置包括具有第一电流流节点、第二电流流节点和栅极的第一场效应晶体管。第一电流流节点可操作地耦合到输入节点并且第二电流流节点可操作地耦合到待保护节点。栅极连接到控制节点。当第一和第二电流流节点和栅极之间的电压差小于预定值时第一场效应晶体管导通并且当电压差超过预定值时第一场效应晶体管基本上不导通或用作控制电阻的电压。过电压保护装置还包括通常为高阻抗但可以响应于过电压事件变为导通的过电压保护单元。过电压保护单元连接在第一和第二电流流节点之一和电流放电路径之间。

因此，可以使用场效应晶体管的快速响应来在输入节点和待保护节点之间放置相对高阻抗的路径。在某些配置中，场效应晶体管是结型场效应晶体管(FET)。使用结型场效应晶体管(FET)消除了与金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)相关的栅极氧化物损坏的风险。但是，为防止栅极损坏采取预防措施可以使用绝缘栅极设备。第一场效应晶体管应当在正常使用期间，即在没有静电放电(ESD)或电过压(EOS)事件的情况下，在输入节点和待保护节点之间提供相对较低的阻抗路径。这可以通过使用耗尽型装置来实现。

过电压保护单元有利地耦合在输入节点和电流放电路径之间。过电压保护单元有利地包括一个或多个半导体装置，例如二极管或双极结型晶体管，其击穿电压可以被配置为设置期望的击穿电压并且被布置成将预期放电电流从输入节点安全地承载到电流放电路径而不会自己损坏并且不会对第一场效应晶体管过压。

根据本发明的第二方面提供了包括根据本发明的第一方面的至少一个过电压保护装置的集成电路。

根据本发明的第三方面提供了一种保护待保护节点免受电过压或过应力事件的方法。该方法包括将电压控制的阻抗放置在待保护节点的信号路径中并且响应于超过阈值电压的信号路径中的电压而增加压控电阻的阻抗。在某些配置中，压控电阻包括受电压控制的电阻并且该方法还包括响应于超过阈值电压的信号路径中的电压来增加压控电阻的阻抗。