[发明专利]一种双向内嵌MOS管的静电浪涌防护集成电路及方法

说明书

本发明公开了一种双向内嵌MOS管的静电浪涌防护集成电路及方法，属于集成电路的静电放电及浪涌防护领域。所述集成电路包括：稳压钳位电路、NMOS开关控制电路和主电流泄放电路。本发明利用两个稳压二极管构成稳压钳位电路，为集成电路内部NMOS开关控制电路提供持续稳定的电压，避免了使用外部电源提供控制电压造成面积利用率低的问题；同时，利用主电流泄放电路提供大电流泄放路径，增强电路的鲁棒性。本发明的集成电路具有面积效率高、开启速度快、静电或浪涌鲁棒性强及双向静电或浪涌防护等优点，可应用于集成电路双向数据收发端口和通信端口，也可用于工作电压在3至6V的正反向供电的电子设备电源端口或插拔接口。

技术领域

本发明涉及一种双向内嵌MOS管的静电浪涌防护集成电路及方法，属于集成电路的静电放电及浪涌防护领域。

背景技术

静电放电(ESD)是指处于不同电势的物体之间的静电荷的转移现象，一般静电荷转移发生在很短的时间内，约百纳秒内；电气过应力(EOS)是指超过产品正常工作电压或电流的一种电学损坏现象，例如长时间放电或者大电流冲击(雷击浪涌现象)等。目前ESD或EOS现象是造成集成电路内部损坏及电子产品功能失效的一个主要原因。

随着科技的高速发展，人们对手持式移动设备、汽车电子、个人PC以及手机等高密度集成电路(IC)芯片的功能和性能需求日益提升，系统稳定、性能优越且不易损坏的电子产品的市场需求日益凸显。因此设计具有高效能、低寄生、强鲁棒性又能适用于电子产品便携性或小型化等需求的高效能静电或浪涌保护集成电路芯片，是提升电子产品可靠性的重要研究方向。

由于ESD是双向的事件，因此在两个管脚之间都有可能出现任意的正负极组合。目前单向静电或浪涌防护芯片只能用于正向电压范围的接口，如数字信号输入的USB、HDMI以及其他正向电压接口中。而双向的静电或浪涌防护芯片由于具有对称的正负击穿电压，可以用于有正负电压范围的任何接口，对于单通道的双向静电或浪涌来说，I/O和地可以灵活接在任意管脚。但传统双向静电或浪涌防护芯片通常是在一个管教上放置两个完全相同的单向静电或浪涌防护芯片作为互补电路，此时负载电容也会因此加倍，因此有必要设计出具有双向互补特性而又不增加额外负载的双向静电或浪涌防护芯片。

常见的静电或浪涌保护网络主要包括二极管(Diode)、双极型晶体管(BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、横向与纵向扩散MOSFET(LDMOS/VDMOS)以及可控硅整流器(SCR)等电路单元。栅接地NMOS(GGNMOS)主要是在ESD发生时利用寄生的三极管电路倾泻漏极的ESD电流，虽然它具有工艺兼容性良好的优势，但是，它也可能会存在GGNMOS尚未开启，内部被保护电路的栅氧已先被击穿，或者其ESD导通电阻较高、鲁棒性很差等问题。与GGNMOS类似，栅接高电位PMOS(GDPMOS)也存在导通电阻较高、鲁棒性较差的问题。在双向情况下，NMOS以及PMOS通常会添加互补电路用以实现双向对称的功能，这导致额外面积的增加，若仅使用单个NMOS或单个PMOS，则需要额外的电源端口用以提供栅电位，不符合单通道双向防护需求。

发明内容

为了解决目前双向静电浪涌防护集成电路中，MOS晶体管栅电位难以调控、鲁棒性差、防护效能较低、面积效能低等问题，本发明提供了一种双向内嵌MOS管的静电浪涌防护集成电路及方法。

本发明的第一个目的在于提供一种双向内嵌MOS管的静电浪涌防护集成电路，所述静电浪涌防护集成电路包括：稳压钳位电路、NMOS开关控制电路和主电流泄放电路；