[发明专利]ESD保护

说明书

技术领域

本发明涉及ESD保护电路。ESD保护电路用于保护电路组件不受例如由静电引起的电压尖峰。

背景技术

通常，当存在超过限制的电压时，ESD保护电路向地提供电流通路。

例如，在天线处提供ESD保护的通常方法要使用无源滤波器。可以将电感器或电容耦连到地，或可以使用例如尖峰-间隙(spark-gaps)或变阻器的专用组件。然而，这些组件会限制带宽并降低系统设计者的设计自由。专用组件也可以具有上百伏的过冲电压，再次令额外保护滤波器成为必需。

半导体保护组件提供具有低过冲的非常可靠的ESD保护，但是导致信号失真。基于半导体结或栅极的ESD保护器件具有电压相关电容，尤其在0V附近。这会导致例如在需要快速、低过冲电压器件的天线处的高失真。具体地，二极管电容的固有电压相关性引起对天线信号不期望的相互调制。

发明内容

根据本发明，提供了一种ESD保护电路，包括：在返回线和要保护的信号线之间的至少两个单向半导体组件的串联连接，所述串联连接包括连接到信号线的第一保护组件和与第一保护组件串联连接到返回线的第二保护组件，以及偏置电压源，所述偏置电压源通过偏置阻抗连接到两个保护组件之间的连接点。

优选地，第一和第二保护组件以相反极性串联的方式排列。

该电路通过向两个相反极性串联连接的保护组件之间的连接点施加偏置电压，能够降低由ESD保护电路导致的失真。偏置降低了第一保护组件的电容与信号线上的电压的相关性。阻抗用于构成滤波器，以便防止偏置电压源影响电路性能。

可以在信号线和返回线之间以正向导通方向连接第一保护组件，且可以在信号线和返回线之间以反向导通方向连接第二保护组件。这意味着正向组件用于从信号线释放ESD电流。因此，可以使用具有较小电容的小型组件。因此，第一保护组件的电容可以小于第二保护组件的电容。例如，保护组件可以都是二极管，或它们可以是二极管连接的晶体管。

例如，当将保护直接置于GSM天线处时，偏置电压可以是10V以上，且可以在相同封装或甚至相同裸片(die)内产生偏置电压。

在第一示例中，所述电路包括：

在信号线和返回线之间的至少两个保护组件的第一串联连接，所述第一串联连接包括第一保护组件(用于保护)和第二保护组件(用于箝位)；以及第一偏置电压源，所述第一偏置电压源通过第一偏置阻抗连接到第一和第二保护组件之间的连接点；以及

在信号线和返回线之间的至少两个保护组件的第二串联连接，所述第二串联连接包括第三保护组件(用于保护)和第四保护组件(用于箝位)；以及第二偏置电压源，所述第二偏置电压源通过第二偏置阻抗连接到第三和第四保护组件之间的连接点。

这种排列具有两个分支，一个针对正ESD事件以及一个针对负ESD事件。在每个分支中，第一保护组件传导ESD电流并提供低电容通路。第二(箝位)保护组件处于相反方向中。

第一偏置电压源可以通过第一偏置电阻器和/或第一噪声阻断二极管串联、或通过具有高阻抗的另一配置连接到连接点，且第二偏置电压源可以通过第二偏置电阻器和/或第二噪声阻断二极管串联、或具有高阻抗的另一配置连接到连接点。

通过噪声阻断二极管防止噪声到达信号线。它们的高阻抗与第二和第四(箝位)保护组件的电容一同构成低通滤波器。

相对于信号返回线，第一偏置电压源是正的而第二偏置电压源是负的，且第一电压源可以在相应噪声阻断二极管的阳极侧，而第二电压源可以在相应噪声阻断二极管的阴极侧。

第一和第二保护组件可以是在它们的阴极处连接的背对背二极管，第三和第四保护组件可以是在它们阳极处连接的背对背二极管。这样，它们是针对不同极性ESD事件而设计的。

第二和第四保护组件可以是具有大于峰值信号幅度(例如，20V)的击穿电压的箝位Zener二极管。第一和第三保护组件可以是具有箝位Zener二极管击穿电压两倍(例如，40V)以上的击穿电压的低电容二极管。第一和第三保护组件仅正向导通，而不是处于击穿配置中，因而可以由于功耗比反向导通的小而令尺寸较小。

在第二示例中，第一和第二保护组件都是反向箝位二极管，例如Zener二极管，其极性相反串联。在ESD脉冲的情况下，二极管之一将正向导通，一个将在反向击穿条件下导通。

施加偏置电压以便降低失真。偏置电压可以是正或负。偏置电压应足够高，使得AC信号不驱动二极管之一或另一个两端的电压太接近于0V，在此处C(V)相关性很陡峭(steep)。

在第三示例中，电路包括：