[发明专利]高速宽动态范围输入结构

说明书

本公开涉及高速宽动态范围输入结构。公开了一种用于利用以下保护电路输入(V_INP)在输入电压(V_IN)下免受正过电压和负过电压的影响的输入保护电路(200)和关联方法：高压PMOSFET(P1)，具有栅极、跨齐纳二极管(ZD1)连接到所述栅极的漏极和被连接以接收输入电压的源极；阻断FET(N1)，具有连接到供电电压的栅极、跨齐纳二极管(ZD2)连接到所述供电电压的漏极和连接到所述高压PMOSFET的所述栅极的源极；高压NMOSFET(N3)，具有连接到所述供电电压的栅极、提供受保护的输出电压并且跨齐纳二极管(ZD3)连接到所述栅极的源极和连接到源极跟随器节点的漏极；以及电平移位器电路(214)，连接在所述高压PMOSFET的所述漏极与所述源极跟随器节点之间。

技术领域

本发明总体上涉及保护电路系统领域。一方面，本发明涉及一种用于在集成电路装置中对输入电路系统提供高压保护的设备、系统和方法。

背景技术

众所周知，单片集成电路会因使其输入端暴露于较大的异常电压而受损。这些较大的异常电压可以破坏集成装置内的介电材料，如栅极氧化物，或者可以熔化导电材料，如多晶硅或铝互连件，从而对集成电路造成不可恢复的损坏。

集成电路通常包括对外部引脚的保护，如ESD装置和串联电阻器，以箝位外部电压并限制输入电流。高压组件(FET或类似组件)的其它保护方案会阻断(限制)施加到内部低压电路上的最大电压。这些传统的解决方案用于一次性事件(ESD)或连续操作，但可以是非线性的、单向的(正偏移或负偏移，但不是两者)或者具有有限带宽并且不适于实时的线性系统，如汽油和柴油内燃机的直接燃料喷射系统，在所述直接燃料喷射系统中，有必要准确地感测具有超过系统供电电压的大动态范围(-10V-+70V)的重复性电压信号。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于响应于输入电压生成输出电压的输入保护电路，包括：第一共源共栅开关，所述第一共源共栅开关用于在输入电压偏移低于指定的电压操作范围时限制所述输出电压，所述第一共源共栅开关包括高压PMOS场效应晶体管(PMOSFET)，所述高压PMOSFET具有控制电极、跨第一齐纳二极管连接到所述控制电极的第一载流电极和被连接以接收输入电压的第二载流电极；阻断场效应晶体管(FET)，所述阻断FET具有连接到供电电压的控制电极、跨第二齐纳二极管连接到所述供电电压的第一载流电极和连接到所述高压PMOSFET的所述控制电极的第二载流电极；第二共源共栅开关，所述第二共源共栅开关用于在输入电压偏移高于所述指定的电压操作范围时限制所述输出电压，所述第二共源共栅开关包括高压NMOS场效应晶体管(NMOSFET)，所述高压NMOSFET具有连接到所述供电电压的控制电极、提供所述输出电压并且跨第三齐纳二极管连接到所述控制电极的第一载流电极和连接到源极跟随器节点的第二载流电极；以及电平移位器电路，所述电平移位器电路连接在所述高压PMOSFET的所述第一载流电极与所述源极跟随器节点之间。

根据一个或多个实施例，所述电平移位器电路包括具有连接到所述高压PMOSFET的所述第一载流电极的控制电极的晶体管、跨第四齐纳二极管连接到所述晶体管的所述控制电极的包括所述源极跟随器节点的第一载流电极和通过二极管耦合到所述供电电压的第二载流电极。

根据一个或多个实施例，所述高压PMOSFET、所述阻断FET、所述高压NMOSFET和所述晶体管中的每一个通过电流源电路分别连接到第二供电电压。

根据一个或多个实施例，所述晶体管包括NMOS场效应晶体管(NMOSFET)。

根据一个或多个实施例，所述二极管具有连接到所述NMOSFET的所述第二载流电极的阴极和通过电阻器连接到所述供电电压的阳极。

根据一个或多个实施例，所述高压PMOSFET被连接以防止显著超过所述高压PMOSFET的栅极氧化物击穿电压的负输入电压偏移。