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CN111276956A - 一种双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路 - Google Patents

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CN111276956A
CN111276956A CN202010093566.9A CN202010093566A CN111276956A CN 111276956 A CN111276956 A CN 111276956A CN 202010093566 A CN202010093566 A CN 202010093566A CN 111276956 A CN111276956 A CN 111276956A
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尤路
魏海龙
支知渊
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Abstract

本发明提供双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路，包括二极管D1、二极管D2和二极管D3；二极管D1的正极与运放外部输入端PAD连接，二极管D1的负极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与负电源VS‑连接；二极管D3的正极与运放内部输入端VIN连接，负极与正电源VS+相连。本发明在满足抗静电能力的条件下实现多数轨对轨运放要求的抗相位翻转功能，解决了传统抗静电结构将输入端电压与正负电源电压钳位在二极管导通压降的问题。

Description

一种双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路
技术领域
本发明涉及集成电路设计技术领域，具体为一种面向双极型轨对轨运放输入级的具有强抗静电能力的通用静电保护电路。
背景技术
轨对轨运算放大器由于其增加了放大器的动态范围，最大限度的提高了放大器的整体性能，因此在运算放大器领域处于重要地位。轨对轨运放是一类特殊类型的运算放大器，要求共模输入电压范围和输出电压摆幅可以从正电源电压到负电源电压，且此时运算放大器不会像常规运放那样发生翻转。此外，许多轨对轨运放甚至要求输入电压可以高于正电源电压或低于负电源电压，仍然具有抗相位翻转的能力。例如AD公司的轨对轨运放OP491，要求输入电压可以高于正电源电压或低于负电源电压10V。对于这种特殊的应用条件，输入级端口的静电保护电路的设计非常困难。
如图1所示，为业内现有通用技术中典型的面向双极型电路的端口抗静电电路结构。该电路由二极管D1和D2组成，其中D1管的负端与正电源电压VDD相连，D2管的正端与负电源电压NVDD相连，D1管的正端和D2管的负端相接于外部PAD，并与内部端口P相连。
然而，该种通用的抗静电结构无法应用于大多数轨对轨运放输入端之中，尤其是对抗相位翻转能力要求较高的运放之中。如图1所示，该种传统的抗静电电路结构将输入端与正电源间、负电源与输入端间的端口钳位在二极管的导通电压压降处，没有办法实现抗相位翻转的功能。
从以上分析可见，需要发明一种抗静电电路结构，既能对输入端口实现静电保护功能，同时又能兼顾抗相位翻转功能，使输入端电压可以高于正电源电压或低于负电源电压，不受钳位电压的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路，克服现有技术的轨对轨运算放大器电路抗静电结构存在的上述缺陷，解决传统抗静电结构将输入端电压与正负电源电压钳位在二极管导通压降的问题，在满足抗静电能力的条件下实现多数轨对轨运放要求的抗相位翻转功能。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路，包括二极管D1、二极管D2和二极管D3；
二极管D1的正极与运放外部输入端PAD连接，二极管D1的负极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与负电源VS-连接；
二极管D3的正极与运放内部输入端VIN连接，负极与正电源VS+相连。
优选的，还包括电阻R1，电阻R1一端与运放外部输入端PAD连接，另一端与二极管D1的负极连接。
进一步的，电阻R1的阻值为80kΩ。
优选的，还包括输入电阻Rin，输入电阻Rin的一端与运放外部输入端PAD连接，另一端与运放内部输入端VIN连接。
进一步的，输入电阻Rin的阻值为5KΩ。
优选的，二极管D2上设置有外延片。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明当输入端与负电源之间存在高静电能量时，通过二极管D1和D2提供的外部通道将能量泄放，即瞬时静电大能量通过二极管的正向导通和反向击穿通路释放；流入电路内部的瞬时电流变得很小，不会造成内部器件损伤，起到了静电保护的功能；当输入端与正电源之间存在高静电能量时，通过二极管D3提供的通道将能量泄放，此时该保护结构已经不是泄放静电能量的主要通路，大量能量仍会通过输入端与负电源电压之间的静电保护结构释放。此外，本发明解除了输入端与正负电源之间钳位电压的限制，该发明结构下，输入端电压可比负电源电压低10V甚至更高，这取决于二极管的击穿电压，可通过流片工艺过程调整二极管的反向击穿电压以实现输入端与负电源之间的任意压差，而传统的静电防护网络限制了此功能，输入端与负电源间电压不能超过0.7V。本发明静电结构下的输入端与正电源间的电压可直接调节，无钳位电压限制，同样解除了传统静电防护网络中输入端与正电源间不超过0.7V的钳位电压。因此，本发明实现了轨对轨运放所要求的输入端高于正电源或低于负电源电压的应用要求。本发明的思想适用于大多数轨对轨运算放大器电路，灵活性和通用性很强。
进一步的，电阻R1一方面为二极管D1、D2所在岛提供岛偏电压，一方面可起到限流作用。
附图说明
图1是现有通用抗静电结构电路的电路图；
图2是本发明的一种面向双极型轨对轨运放输入级的通用静电保护电路的电路图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明的一种双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路的一优选实施例如图2所示。在轨对轨运放输入端口与正负电源间加入了具有静电保护功能的电路结构，一方面为静电能量的释放提供了一条外部通道保证运放的端口抗静电能力，一方面还可满足轨对轨型运放对输入端口的特殊应用要求。
请参阅图2，运放外部输入端PAD与负电源之间的静电保护电路结构由二极管D1、D2和电阻R1组成，运放内部输入端VIN与正电源之间的静电保护电路结构由二极管D3构成。PAD是轨对轨运放的外部输入端口，VIN是轨对轨运放的内部输入端口，Rin是轨对轨运放的输入电阻，VS+是正电源，VS-是负电源。
在图2所示的实施例中，本发明的抗静电保护电路结构的连接关系包括：
输入电阻Rin的一端与运放外部输入端PAD连接，另一端与运放内部输入端VIN连接。输入电阻Rin的具体值要根据电路的抗相位翻转能力计算，一个实施例中可以为5KΩ。
二极管D1的正极与运放外部输入端PAD连接，二极管D1的负极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与负电源VS-连接。电阻R1一端与运放外部输入端PAD连接，另一端与二极管D1的负极连接。电阻R1具体值要根据电路的抗相位翻转能力和限流能力计算，一个实施例中可以选择80kΩ。
二极管D3的正极与运放内部输入端VIN端连接，负极与正电源VS+相连。
下面对图2所示电路的工作过程进行分析，以说明其功能和效果。
以运放外部输入端PAD为高电位，负电源VS-为低电位为例说明。
当运放外部输入端PAD受到2000V静电能量时，虽然输入电阻Rin可限制部分静电能量进入轨对轨运放内部，但如果没有外部静电保护结构，几千伏的静电能量会直接加载在输入电阻之上，一方面可能导致输入电阻下的氧化层被击穿，另一方面仅靠Rin的限流作用无法避免大能量进入电路内部，导致内部器件损伤电路失效。当加入该保护结构时，运放外部输入端PAD与负电源VS-之间的静电泄放通道由二极管D1、二极管D2组成，大部分的高静电能量通过二极管D1的正向导通作用和二极管D2的反向击穿作用被释放，仅有很少的静电瞬时能量通过输入电阻Rin进入电路内部。二极管D1和二极管D2所组成的结构将输入电阻Rin左端的电位钳位在二极管D1的正向导通压降(约0.7V)和二极管D2的反向击穿电压(一般为60V，也可选用外延调整版(这是流片工艺中的一张光刻板，通过工艺过程调整离子注入浓度，实现反向击穿电压的可调性)调整该电压值，此时通过5KΩ电阻流入电路内部最大也仅有10mA的瞬时电流，不会引起电路内部的损伤。电阻R1的加入一方面为二极管D1、二极管D2所在岛提供岛偏电压，一方面可起到限流作用。
当运放外部输入端PAD与正电源之间存在高静电能量时，通过二极管D3提供的通道将能量泄放，此时该保护结构已经不是泄放静电能量的主要通路，大量能量仍会通过输入端与负电源之间的静电保护结构释放。
该图所示的端口静电保护电路结构中，运放外部输入端PAD与负电源VS-之间的压降可以通过调节二极管D2的击穿电压任意控制，运放外部输入端PAD与正电源VS+间的电压不受限制，实现了轨对轨运放所要求的输入端高于正电源或低于负电源电压的特殊的应用要求。
从以上分析可见，本发明的一种面向双极型运放输入级的通用静电保护电路对于轨对轨型运放而言，灵活性和通用性强，具有很高的应用价值。本发明的静电保护电路可在运算放大器发生静电后提供一条可靠的外部通道，将瞬间高能静电能量从此通道释放，而非经过比较器内部，形成有效的保护结构，提高抗静电能力。此外，还可满足轨对轨型运放对输入端口的特殊应用要求。
本发明的保护电路结构在版图方面易于实现，所占面积小，成本低。

Claims (6)

1.一种双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路，其特征在于，包括二极管D1、二极管D2和二极管D3；
二极管D1的正极与运放外部输入端PAD连接，二极管D1的负极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与负电源VS-连接；
二极管D3的正极与运放内部输入端VIN连接，负极与正电源VS+相连。
2.根据权利要求1所述的双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路，其特征在于，还包括电阻R1，电阻R1一端与运放外部输入端PAD连接，另一端与二极管D1的负极连接。
3.根据权利要求2所述的双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路，其特征在于，电阻R1的阻值为80kΩ。
4.根据权利要求1所述的双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路，其特征在于，还包括输入电阻Rin，输入电阻Rin的一端与运放外部输入端PAD连接，另一端与运放内部输入端VIN连接。
5.根据权利要求4所述的双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路，其特征在于，输入电阻Rin的阻值为5KΩ。
6.根据权利要求1所述的双极型轨对轨运放输入端通用静电保护电路，其特征在于，二极管D2上设置有外延片。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113056076A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 西安微电子技术研究所 一种相位翻转和静电加固保护电路

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1628416A (zh) * 2002-02-06 2005-06-15 皇家飞利浦电子股份有限公司 抗高压摆动的输入级
CN101228629A (zh) * 2005-07-22 2008-07-23 Nxp股份有限公司 采用分布式低电压钳位器件的通路共用的高电压esd保护
US20090232286A1 (en) * 2008-03-14 2009-09-17 Gigle Semiconductor, Ltd. Coupling signal processing circuitry with a wireline communications medium
CN101866916A (zh) * 2009-06-26 2010-10-20 上海英联电子科技有限公司 一种宽电压摆幅的接口电路器件的esd保护电路及其实现方式
US20110286136A1 (en) * 2010-05-20 2011-11-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Esd block with shared noise optimization and cdm esd protection for rf circuits
CN102280872A (zh) * 2011-08-10 2011-12-14 上海山景集成电路技术有限公司 防静电保护电路
CN103887303A (zh) * 2012-12-19 2014-06-25 美国亚德诺半导体公司 参考单电源的信号io保护装置及其形成方法
CN104851919A (zh) * 2015-04-10 2015-08-19 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 双向穿通半导体器件及其制造方法
CN105226625A (zh) * 2015-10-14 2016-01-06 华东光电集成器件研究所 一种双路双向esd保护电路
CN207765952U (zh) * 2017-12-08 2018-08-24 广东美的制冷设备有限公司 带静电防护功能的电路、高压集成电路以及空调器
CN108933130A (zh) * 2017-05-23 2018-12-04 恩智浦美国有限公司 适用于静电放电（esd）保护的半导体装置
CN109841615A (zh) * 2019-02-26 2019-06-04 合肥奕斯伟集成电路有限公司 一种过电压摆幅静电放电防护器件及电路

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1628416A (zh) * 2002-02-06 2005-06-15 皇家飞利浦电子股份有限公司 抗高压摆动的输入级
CN101228629A (zh) * 2005-07-22 2008-07-23 Nxp股份有限公司 采用分布式低电压钳位器件的通路共用的高电压esd保护
US20090232286A1 (en) * 2008-03-14 2009-09-17 Gigle Semiconductor, Ltd. Coupling signal processing circuitry with a wireline communications medium
CN101866916A (zh) * 2009-06-26 2010-10-20 上海英联电子科技有限公司 一种宽电压摆幅的接口电路器件的esd保护电路及其实现方式
US20110286136A1 (en) * 2010-05-20 2011-11-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Esd block with shared noise optimization and cdm esd protection for rf circuits
CN102280872A (zh) * 2011-08-10 2011-12-14 上海山景集成电路技术有限公司 防静电保护电路
CN103887303A (zh) * 2012-12-19 2014-06-25 美国亚德诺半导体公司 参考单电源的信号io保护装置及其形成方法
CN104851919A (zh) * 2015-04-10 2015-08-19 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 双向穿通半导体器件及其制造方法
CN105226625A (zh) * 2015-10-14 2016-01-06 华东光电集成器件研究所 一种双路双向esd保护电路
CN108933130A (zh) * 2017-05-23 2018-12-04 恩智浦美国有限公司 适用于静电放电（esd）保护的半导体装置
CN207765952U (zh) * 2017-12-08 2018-08-24 广东美的制冷设备有限公司 带静电防护功能的电路、高压集成电路以及空调器
CN109841615A (zh) * 2019-02-26 2019-06-04 合肥奕斯伟集成电路有限公司 一种过电压摆幅静电放电防护器件及电路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
韩兆芳: "薄外延CMOS芯片阱参杂浓度与击穿电压的关系", 《电子与封装》 *
韩兆芳: "薄外延CMOS芯片阱参杂浓度与击穿电压的关系", 《电子与封装》, vol. 16, no. 8, 31 August 2016 (2016-08-31), pages 38 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113056076A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 西安微电子技术研究所 一种相位翻转和静电加固保护电路
CN113056076B (zh) * 2021-03-12 2023-08-04 西安微电子技术研究所 一种相位翻转和静电加固保护电路

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