本發明涉及電子電路，更具體地，涉及具有靜電放電(ESD，electrostatic discharge)保護的電子電路。

背景技術：

當靜電源(如，人體)與集成電路(IC,integrated circuit)接觸時，由于可能出現持續時間極短而電壓值高達幾千伏特的ESD(靜電放電，electrostatic discharge)脈沖，集成電路可能會因該ESD脈沖而遭受損壞。現有技術中，為保護耦接于第一節點和第二節點之間的集成電路(下文稱作被保護電路)免受ESD損壞，常在該第一節點與第二節點之間放置ESD保護電路。然而，傳統的ESD保護電路在某些情形下不能區分被保護電路是在正常工作還是遭遇了ESD事件，當被保護電路處于正常工作時，該ESD保護電路會被誤觸發，從而在第一節點和第二節點之間形成電流通路放電。例如，當被保護電路耦接于輸入/輸出焊盤(I/O pad,input/output pad)與接地焊盤時，在I/O焊盤處進行的正常快速開關操作(例如，熱插拔操作)會產生快速上升的電壓脈沖，這和ESD情形相似，因而這樣的正常快速開關操作會被錯誤地檢測成ESD事件。

因此，需要一種至少可以解決上述誤觸發問題的ESD保護電路。

技術實現要素：

依據本發明實施例的一個方面，提出了一種用于保護被保護電路的ESD保護電路。該被保護電路耦接于第一節點和第二節點之間。其中，ESD保護電路包括放電電路和控制電路。放電電路用于在第一節點和第二節點之間提供電流通路以選擇性地從第一節點向第二節點放電。控制電路在出現ESD事件時控制放電電路導通電流通路，且在被保護電路電路正常工作時控制放電電路關斷電流通路。

依據本發明實施例的另一個方面，提出了一種用于保護被保護電路的ESD保護電路。該被保護電路耦接于第一節點和第二節點之間。其中，ESD保護電路包括放電電路和控制電路。放電電路用于在第一節點和第二節點之間提供電流通路以選擇性地從第一節點向第二節點放電。控制電路在出現ESD事件時控制放電電路導通電流通路，且在被保護電路電路正常工作時控制放電電路關斷電流通路。其中，控制電路包括去能電路和觸發電路。去能電路具有輸出端，去能電路根據被保護電路的狀態在輸出端產生去能信號。觸發電路耦接至去能電路以接收去能信號并根據去能信號產生觸發信號以控制放電電路。當去能信號指示被保護電路處于正常工作狀態時，觸發信號處于無效狀態以控制放電電路關斷電流通路。

利用本發明實施例提出的ESD保護電路一方面能夠保護被保護電路免于遭受ESD損壞；另一方面，當被保護電路處于正常工作情形時，由于電流無法流過放電電路，可以防止ESD保護電路被誤觸發。

附圖說明

圖1示出依據本發明一個實施例的用于保護被保護電路101的ESD保護電路100；

圖2示出依據本發明另一實施例的用于保護被保護電路201的ESD保護電路200；

圖3示出圖2中當被保護電路201處于正常工作時ESD保護電路200的部分波形圖；

圖4示出當出現ESD事件時ESD保護電路200的部分波形圖；

圖5示出依據本發明另一實施例的在放電電路502中采用P型器件的ESD保護電路500；

圖6示出依據本發明另一實施例的去能電路600。

具體實施方式

下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是：不必采用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。

在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特征、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和、或子組合將特定的特征、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，并且示圖不一定是按比例繪制的。應當理解，當稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由于本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節，而應在隨附權利要求所限定的精神和范圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效范圍內的全部變化和改型都應為隨附權利要求所涵蓋。

圖1示出依據本發明一個實施例的用于保護被保護電路101的ESD保護電路100。如圖1所示，被保護電路101耦接于節點A和B之間。本領域普通技術人員應當理解，被保護電路101也可稱作核心電路、內部電路、集成電路或其它合適的術語。另外，本領域普通技術人員還應當理解，術語“耦接”在全文中視情況可能表示“直接連接”或“間接連接”。在一個實施例中，節點A可能包括輸入/輸出焊盤(I/O pad)，而節點B可能包括接地焊盤(ground pad)。當然，本領域普通技術人員應當理解，在其它實施例中，節點A和B可能是任何類型合適的焊盤(如，I/O焊盤、電源焊盤、接地焊盤等等)的組合，只要這兩個焊盤之間可能出現ESD事件。

進一步參考圖1，ESD保護電路100示例性地包括放電電路102和控制電路103。放電電路102耦接于節點A和B之間以選擇性地為節點A和B之間提供放電電流通路，以保護被保護電路101免受ESD損壞。

控制電路103用于檢測ESD事件以及被保護電路101的狀態，即被保護電路101是否處于正常工作中，進而根據檢測結果控制放電電路102。在出現ESD事件時，控制電路103控制放電電路102導通電流通路以釋放ESD能量；而當被保護電路101處于正常工作中時，控制電路103控制放電電路102關斷電流通路。本領域普通技術人員應當理解，在全文中，“導通電流通路”是指電流通路建立，允許電流通過；而“關斷電流通路”是指電流通路被切斷，電流不能從電流通路中流過。

這樣，ESD保護電路100能夠保護被保護電路101免于遭受ESD損壞。而且，當被保護電路101處于正常工作中時，即使出現可能會被當作是ESD事件的正常操作，由于電流無法流過放電電路102，從而可以防止誤觸發ESD保護電路100。

在圖1所示的實施例中，控制電路103示例性地包括觸發電路131和去能電路132。去能電路132包括輸出端。去能電路132根據被保護電路101的狀態在輸出端產生去能信號DIS。其中，被保護電路101的狀態是指被保護電路101處于正常工作中還是未處于正常工作中。觸發電路131耦接至去能電路132以接收去能信號DIS。觸發電路131進一步根據該去能信號DIS產生觸發信號TRI以控制放電電路102。其中，當去能信號DIS指示被保護電路101處于正常工作中時，觸發信號TRI處于無效狀態，以關斷放電電路102。在一個實施例中，去能電路132還根據是否檢測到ESD事件來產生去能信號DIS。在這樣的實施例中，當去能信號DIS指示出現了ESD事件時，觸發信號TRI處于有效狀態，以導通放電電路102。本領域普通技術人員應當理解，在全文中，放電電路“導通”/“關斷”是指放電電路提供的電流通路“導通”/“關斷”。

圖2示出依據本發明另一實施例的用于保護被保護電路201的ESD保護電路200。其中，被保護電路201耦接于節點A和B之間。被保護電路201具有和圖1所示被保護電路101類似的結構，因此，為簡潔之目的，此處不再對被保護電路201的結構進行描述。

如圖2所示，ESD保護電路200包括放電電路202和控制電路203。放電電路202示例性地包括N型金屬氧化物半導體效應晶體管(MOSFET)M，其中，MOSFET M具有第一端、第二端和控制端。在一個實施例中，MOSFET M的第一端包括漏極，MOSFET M的第二端包括源極。MOSFET M的第一端耦接至節點A(在圖2所示實施例中，節點A可示例性地包括I/O焊盤)，而MOSFET M的第二端耦接至節點B(在圖2所示實施例中，節點B可示例性地包括接地焊盤)。本領域普通技術人員應當理解，圖2所示的N型MOSFET只是示例性的，其不應被用于限制本發明，在其它實施例中，放電電路202可以包括任何合適的、可控制其導通與關斷的開關，例如，三極管或驅動型金屬氧化物半導體場效應晶體管(DrMOS)等。本領域普通技術人員還應當理解，如下文圖5所示實施例所示，放電電路202可以包括P型器件。

控制電路203示例性地包括觸發電路231和去能電路232。去能電路232示例性地包括第一輸入端，其耦接至節點A以接收節點A上存在的信號SA。信號SA可能是被保護電路201正常工作時的工作信號，例如，提供至被保護電路201的輸入信號或被保護電路201生成的輸出信號，又或者是用于給被保護電路201的內部元器件供電的供電信號。信號SA也可能是出現ESD事件時包括一個或多個ESD脈沖的ESD信號。去能電路232還示例性地包括第二輸入端和輸出端。其中，去能電路232的第二輸入端接收指示被保護電路201狀態的指示信號IND。其中，被保護電路201的狀態是指被保護電路201是處于正常工作中還是未處于正常工作中。去能電路232將節點A處的信號SA與指示信號IND進行比較，并基于比較結果在輸出端輸出信號SA或指示信號IND以作為去能信號DIS。在一個實施例中，指示信號IND為高電平則表明被保護電路201處于正常工作中，在這樣的實施例中，去能電路232在輸出端輸出信號SA或指示信號IND兩者中具有較高電壓值的那個信號。即，當信號SA的電壓值高于指示信號IND的電壓值時，去能電路232輸出信號SA；當指示信號IND的電壓值高于信號SA的電壓值時，去能電路232輸出指示信號IND。在一個實施例中，在被保護電路201正常工作時，去能電路232的第二輸入端耦接至用于驅動被保護電路201內部元器件的供電信號(具有如5V的電壓值)。在另一實施例中，當被保護電路201不是處于正常工作時，去能電路232的第二輸入端可能浮置或接地。

如圖2所示，去能電路232示例性地包括第一P型MOSFET M1和第二P型MOSFET M2。其中，MOSFET M1包括第一端(如漏極)、第二端(如源極)和控制端。其中，MOSFET M1的第一端耦接至去能電路232的第二輸入端且MOSFET M1的控制端耦接至節點A。MOSFET M1在其第一端接收指示信號IND且在其控制端接收節點A處的信號SA。MOSFET M2包括第一端(如漏極)、第二端(如源極)和控制端。其中，MOSFET M2的第一端耦接至節點A，MOSFET M2的第二端耦接至MOSFET M1的第二端且作為去能電路232的輸出端，MOSFET M2的控制端耦接至MOSFET M1的第一端。MOSFET M2分別在其控制端和第一端接收指示信號IND和信號SA并在其第二端提供去能信號SA。當指示信號IND高于節點A處的信號SA時，例如，IND＝5V，SA＝0V，則由于MOSFET M1的柵源電壓低于其為負值的閾值電壓，MOSFET M1導通；且由于MOSFET M2的柵源電壓高于其為負值的閾值電壓，MOSFET M2關斷。這樣，去能信號DIS為指示信號IND。換句話說，去能信號DIS等于指示信號IND。相反，當指示信號IND小于節點A處的信號SA時，如IND＝0V，SA＝3V，則由于MOSFET M1的柵源電壓高于其為負值的閾值電壓，MOSFET M1關斷；且由于MOSFET M2的源電壓低于其為負值的閾值電壓，MOSFET M2導通。這樣，去能信號DIS為節點A處的信號SA。從上述分析可知，包括MOSFET M1和M2的去能電路232輸出指示信號IND和信號SA兩者中具有較大電壓值的那個信號。

應當理解，MOSFET M1和M2只是示例性的，其不應用于限制本發明，在其它實施例中，MOSFET M1和M2可以由其它合適的元器件取代，如BJT、IGBT等。另外，在其它實施例中，P型MOSFET也可以由N型MOSFET代替。

觸發電路231示例性包括計時器2311和緩沖器2312。計時器2311耦接于去能電路232的輸出端和節點B之間，用于設定放電電路導通的時間和ESD放電時間。緩沖器2312耦接于去能電路232的輸出端和節點B之間，用于驅動放電電路202的MOSFET M。

在圖2所示實施例中，計時器2311示例性地包括電阻R和電容C。電阻R具有第一端和第二端，其中，電阻R的第一端耦接至去能電路232的輸出端。電容C具有第一端和第二端，其中，電容C的第一端耦接至電阻R的第二端，電容C的第二端耦接至節點B。電阻R的第二端和電容C的第一端耦接在一起作為計時器2311的輸出端以提供計時信號V_RC。

緩沖器2312示例性地包括P型MOSFET M3和N型MOSFET M4。MOSFET M3具有耦接至去能電路232的輸出端的第一端(如源極)，MOSFET M3還具有第二端(如漏極)和耦接至計時器2311輸出端以接收計時信號V_RC的控制端。MOSFET M4具有第一端(如漏極)、第二端(如源極)和控制端，其中，MOSFET M4的第一端耦接至MOSFET M3的第二端，MOSFET M4的第二端耦接至節點B，MOSFET M4的控制端耦接至計時器2311的輸出端以及MOSFET M3的控制端。MOSFET M3的第二端和MOSFET M4的第一端耦接在一起以作為緩沖器2312的輸出端以輸出觸發信號TRI來導通或關斷放電電路202提供的電流通路。

圖3示出圖2中當被保護電路201處于正常工作時ESD保護電路200的部分波形圖。圖4示出當出現ESD事件時ESD保護電路200的部分波形圖。圖3和圖4中所示的波形包括指示信號IND、節點A處的信號SA、觸發信號TRI和流過放電電路202的電流I_M。

接下來，將結合圖2至圖4對ESD保護電路200的工作過程進行詳細描述。如圖3所示，被保護電路201在正常工作時，指示信號IND保持在高電平狀態HI(例如，5V)。另外，當被保護電路201出現正常操作時，例如，熱插拔操作，節點A處會出現脈沖(具有如3或4V的電壓值)，該脈沖即為節點A處的信號SA。這樣，由于指示信號IND的電壓值高于信號SA的電壓值，去能電路232輸出指示信號IND作為去能信號DIS，即DIS＝IND。計時信號V_RC跟隨去能信號DIS，因而計時信號V_RC基本上等于指示信號IND，從而導通MOSFET M4且關斷MOSFET M3，進而使MOSFET M的控制端接地。換句話說，觸發信號TRI處于失效狀態(0V)，從而將放電MOSFET M提供的電流通路關斷，電流無法從節點A流到節點B，即流過MOSFET M的電流I_M等于0A(I_M＝0A)。從上述分析可知，當被保護電路201處于正常工作時，即使由于正常操作而出現脈沖，該脈沖也會被指示信號IND覆蓋，放電電路202處于關斷狀態以阻止ESD保護電路201被被保護電路201的正常操作誤觸發。

另一方面，如圖4所示，當被保護電路201未處于正常工作時，指示信號IND保持為低電平狀態LO(典型地，0V)，這樣，當出現ESD事件而使得節點A處出現快速上升的ESD脈沖時，去能電路232將輸出信號SA作為去能信號DIS，即DIS＝SA。此時，計時信號VRC的電壓最初為0V，然后逐漸升高以跟隨ESD脈沖。當計時信號V_RC小于ESD脈沖的電壓值與MOSFET M3的負閾值電壓值之和(該和值在圖4中用點線表示)時，MOSFET M3導通且MOSFET M4關斷，這使得觸發信號TRI跟隨ESD脈沖以導通放電電路202。這樣，電流I_M從節點流到節點B以釋放ESD能量。

如上所述，在一些實施例中，圖2所示的放電電路202包括的N型功率器件可能由P型功率器件替代。圖5示出依據本發明另一實施例的在放電電路502中采用P型器件的ESD保護電路500。ESD保護電路500具有和ESD保護電路200類似的結構，因此，為簡潔之目的，ESD保護電路500中和ESD保護電路200中相同的地方將不再描述，而只對其不同之處進行詳細描述。如圖5所示，放電電路502包括P型MOSFET M，該P型MOSFET M具有第一端(如源極)、第二端(如漏極)和控制端。MOSFET M的第一端耦接至節點A，MOSFET M的第二端耦接至節點B。計時器5311包括電阻R和電容C。電阻R具有第一端和第二端，其中，電阻R的第一端耦接至節點B。電容C具有第一端和第二端，其中，電容C的第一端耦接至電阻R的第二端，且電容C的第二端耦接至去能電路532的輸出端。電阻R的第二端和電容C的第一端耦接在一起以作為計時器5311的輸出端以提供計時信號V_RC。緩沖器5312根據計時信號V_RC以產生觸發信號TRI來控制P型MOSFET M以使得P型MOSFET M在ESD事件出現時導通而在被保護電路501正常工作時關斷。

圖6示出依據本發明另一實施例的去能電路600。如圖6所示，去能電路600示例性地包括第一二極管D1和第二二極管D2。第一二極管D1具有陽極和陰極，第一二極管D1的陽極耦接至節點A以接收信號SA。第二二極管D2具有陽極和陰極，其中，第二二極管D2的陰極耦接至第一二極管D1的陰極且作為去能電路600的輸出端。第二二極管D2的陽極接收指示信號IND并在陰極輸出去能信號DIS。當信號SA的電壓值大于指示信號IND的電壓值時，第一二極管D1導通且第二二極管D2關斷，從而，去能信號DIS等于信號SA。相反，當指示信號IND的電壓值高于信號SA的電壓值時，第一二極管D1關斷且第二二極管D2導通，從而，去能信號DIS等于指示信號IND。從上述分析可知，去能電路600根據信號SA和指示信號IND的電壓值的大小，而輸出二者中電壓值較大的信號。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由于本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節，而應在隨附權利要求所限定的精神和范圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效范圍內的全部變化和改型都應為隨附權利要求所涵蓋。