[发明专利]高压电路

说明书

本发明提供一种高压电路，第一金属氧化物半导体场效晶体管为栅极与输入电压耦接的低压元件，其与第二金属氧化物半导体场效晶体管串联耦接，两者皆为第一导电类型，保护电路包含第三、第四、以及第五金属氧化物半导体场效晶体管，第三金属氧化物半导体场效晶体管具有第二导电类型以及与输入电压耦接的源极与基极，第四金属氧化物半导体场效晶体管具有第一导电类型，以及与第三金属氧化物半导体场效晶体管的漏极耦接的漏极，与第二偏压耦接的栅极，以及与第一电源端耦接的源极与基极，第五金属氧化物半导体场效晶体管具有第一导电类型以及与第一电压耦接的漏极、与第四金属氧化物半导体场效晶体管的漏极耦接的栅极以及与第一电源端耦接的源极。

技术领域

本发明为有关于一种保护高压电路的装置，特别是关于一种可保护高压电路的低压金属氧化物半导体场效晶体管的栅极-源极接面的装置。

背景技术

集成电路制造工艺通常提供具有不同击穿电压的元件。有时，在电路的高压部分中使用低压元件可能是有利的。在这种情况下，必须保护低压元件承受高电压。例如，可以使用其中堆叠两个MOSFET(金属氧化物半导体场效晶体管)的高压MOSFET配置来实现保护MOSFET元件的漏极-源极。例如，可以通过连接在栅极和源极之间的多个二极管来保护栅极-源极电压。

发明人已经确定了在使用二极管来保护低压元件的栅极-源极接面的传统电路中的几个缺点，如下面进一步的描述。

发明内容

如上所述，用于高压电路中的低压元件的传统保护电路不令人满意。发明人已经发现了几个缺点。例如，二极管保护电路与MOSFET没有相同的温度特性。另一个缺点是，如果需要不同的最大电压，则二极管必须被堆叠，这意味着增加或减少电路的最大电压的最小改变值(step size)是二极管的顺向电压，这对于现代制造工艺来说是相当高的(因为低压元件的最大电压较小)。例如，在电源供应电压为5V的高压电路中，低压元件可配置为在1.65V下操作，其不是二极管导通电压的整数倍。因此，难以使用二极管提供适当的保护。

本发明的实施例提供了用于保护高压电路中的低压元件的改良保护电路。在一实施例中，保护电路在回授配置中包含PMOS(P型金属氧化物半导体)晶体管以及两个NMOS(N型金属氧化物半导体)晶体管。在另一实施例中，保护电路在反馈配置中包含NMOS晶体管和两个PMOS晶体管。本发明的实施例提供的保护电路相对于传统保护电路而言有许多优点。例如，保护电路可以在低压元件中实现。例如，在具有深阱(deep wells)的制造工艺中或在SOI制造工艺中，保护电路可以在低压元件中实现。但是如果基体制造工艺不具有深阱，则保护电路中使用高压元件保护低压元件，以下有进一步的解释。如果可以，可以使用原生性(native)高压元件。在此，原生性NMOS为具有非常低的阈值电压的NMOS。此外，保护电路在正常操作模式下不消耗功率。据此，它仅在保护的节点上添加一小电容。再者，与使用二极管的传统保护电路相比，本发明使用MOS晶体管的实施方式是有面积效率的，特别是如果必须吸收大量电流时。

根据本发明的实施例，高压电路具有用于保护低压金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)的保护电路。高压元件以电源供应电压进行操作，并且低压元件以低于电源供应电压的最大容许电压操作。在高压电路中，第一MOSFET是第一导电类型的低压元件，并且具有与输入电压耦接的栅极和与第一电源端耦接的源极。第二MOSFET是第一导电类型的高压元件，并且与第一MOSFET叠接(cascode)或串联。第二MOSFET具有与第一MOSFET的漏极耦接的源极和与第一偏压耦接的栅极。保护电路配置来保护第一MOSFET的栅极-源极接面。保护电路包括第三、第四和第五MOSFET。第三MOSFET是第二导电类型的元件，并且具有与输入电压耦接的源极。第四MOSFET是第一导电类型的元件，并且具有与第三MOSFET的漏极耦接的漏极，与第二偏压耦接的栅极以及与第一电源端耦接的源极和基极。第五MOSFET是第一导电类型的元件，并且具有与输入电压耦接的漏极，与第四MOSFET的漏极耦接的栅极以及与第一电源端耦接的源极。