ESD保护制造技术

ESD保护电路包括在返回线(例如，地)和要保护的信号线之间的至少两个保护组件的串联连接，所述串联连接包括连接到信号线的第一保护组件和连接到地线的第二保护组件。它们以相反极性连接，使得当一个保护组件正向导通时另一个保护组件处于反向击穿模式。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。使用偏置电压能够降低由ESD保护电路所导致的信号失真。

【技术实现步骤摘要】
ESD保护
本专利技术涉及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。
技术介绍
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。
技术实现思路
根据本专利技术，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：在信号线和内部节点之间的至少两个保护组件的第一串联连接，包括反串联的第一保护组件(用于保护)和第二保护组件(用于箝位)；在内部节点和返回线之间的至少两个保护组件的第二串联连接，包括反串联的第三保护组件(用于保护)和第四保护组件(用于箝位)；信号线和内部节点之间的正向第五保护组件；在返回线和内部节点之间的后向第六保护组件；以及偏置电压源，通过偏置阻抗连接到该内部节点。在第四示例中，所述电路包括：在信号线和第一内部节点之间的至少两个保护组件的第一串联连接，包括反串联的第一保护组件(用于保护)和第二保护组件(用于箝位)；在第一内部节点和返回线之间的至少两个保护组件的第二串联连接，包括反串联的第三保护组件(用于保护)和第四保护组件(用于箝位)；在信号线和第二内部节点之间的至少两个保护组件的第三串联连接，包括反串联的第五保护组件(用于保护)和第六保护组件(用于箝位)；在第二内部节点和返回线之间的至少两个保护组件的第四串联连接，包括反串联的第七保护组件(用于保护)和第八保护组件(用于箝位)；第一正偏置电压源，通过偏置阻抗连接到第一内部节点；以及第二负偏置电压源，通过偏置阻抗连接到第二内部节点。所述电路，即，保护组件、偏置电压源和用于将偏置电压耦连到连接点的组件，可以构成为单个封装。该单个封装可以具有最少数量的额外管脚，且包含偏置的ESD保护组件和所需的电压产生器。可以调整分量值和电压，使得失真最小。该电路可以具有用于测量信号线上的功率电平的功率传感器。例如，这可以是在天线匹配电路中使用的RF传感器，由此提供具有集成系统级ESD保护的小尺寸解决方案。功率传感器信号可以提供给用于状态信号或传感器信号的测试、可配置性和发送的通信链路。本专利技术也提供RF天线电路，例如，GSM天线电路，包括天线和本专利技术的ESD保护电路，其中信号线包括天线馈电。附图说明现将参考附图详细描述本专利技术的示例，附图中：图1示出了二极管的典型电容与电压函数；图2示出了本专利技术的ESD保护电路的第一示例；图3示出了RF电压波形，用于解释本专利技术的电路的操作；图4示出了在图2电路中的二极管之一的电容与电压的相关性；图5示出了在图2电路中的二极管对的电容与电压的相关性；图6示出了从图5得到的组合的电容与电压的相关性；图7示出了实现电容与电压的线性相关的理想和实际二极管掺杂特性；图8示出了相对于超过受限电压范围的电压实现恒定电容的理想掺杂特性；图9示出了针对图8的掺杂概况的电容电压特性；图10示出了备选的掺杂特性；图11示出了基于超结二极管的备选二级管设计；图12示出了本专利技术的ESD保护电路的第二示例；图13示出了本专利技术的ESD保护电路的第三示例；图14示出了本专利技术的ESD保护电路的第四示例；图15示出了本专利技术的ESD保护电路的第五示例；图16示出了本专利技术的ESD保护电路的第六示例；图17示出了将RF信号传感器集成在ESD保护电路中的修本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ESD保护电路，包括：在返回线和要保护的信号线(20)之间的至少两个半导体组件(22a、22b、26a、26b)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(22a、26a)和与第一保护组件串联连接到地线的第二保护组件(22b、26b)；以及偏置电压源，所述偏置电压源通过偏置阻抗(28a、28b)连接到两个保护组件之间的连接点。

【技术特征摘要】
2012.12.06 EP 12195904.31.一种ESD保护电路，包括：在返回线和要保护的信号线(20)之间的至少两个半导体组件的第一串联连接，所述第一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，其中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(22a)，且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(22b)；在信号线和返回线之间的至少两个保护组件(26a、26b)的第二串联连接，所述第二串联连接包括极性相反串联的第三保护组件(26a)和第四保护组件(26b)，其中在信号线和第四保护组件之间以反向导通方向连接第三保护组件(26a)，且在第三保护组件和返回线之间以正向导通方向连接第四保护组件(26b)；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串联连接的两个保护组件之间的连接点。2.根据权利要求1所述的电路，其中第一保护组件(22a)的电容小于第二保护组件(22b)的电容。3.根据权利要求1所述的电路，包括：在信号线和返回线之间的至少两个保护组件(22a、22b)的第一串联连接，所述第一串联连接包括第一保护组件(22a)和第二保护组件(22b)，通过第一偏置阻抗连接到第一保护组件和第二保护组件之间的结点的所述第一偏置电压源；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保护组件和第四保护组件之间的连接点。4.根据权利要求3所述的电路，其中第一偏置阻抗由第一偏置电阻器(28a)、第一噪声阻断二极管(24a)、或者串联的第一偏置电阻器(28a)和第一噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·莱曼，汉斯马丁·里特，沃尔夫冈·施尼特，安可·赫琳哈，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL