一种双向静电放电保护模块制造技术

本发明专利技术公开了一种双向静电放电（ESD）保护模块，集成于一种收发器芯片上，收发器芯片具有至少一个输出端和接地端，双向ESD保护模块包括至少一个晶体管和至少一个二极管；在输出端施加正向ESD应力时，ESD电流自输出端流经晶体管和二极管中的至少一个到达接地端，形成第一电流释放路径；在输出端施加负向ESD应力时，ESD电流自接地端流经晶体管和二极管中的至少一个到达输出端，形成第二电流释放路径；其中，晶体管为PNP三极管或NMOS晶体管，二极管为晶体管的寄生体二极管或外接二极管。根据本发明专利技术提供的双向ESD保护模块，能够基于普通的双极BCD工艺，实现对收发器芯片的双向ESD保护，减少PCB走线布局的工作量，节省PCB面积，降低成本，且能适用不同的电压应用。且能适用不同的电压应用。且能适用不同的电压应用。

【技术实现步骤摘要】
一种双向静电放电保护模块


[0001]本专利技术涉及半导体技术，特别是一种双向静电放电保护模块。

技术介绍

[0002]智能汽车系统具有智能传感和控制算法，在车辆中用于实现车辆与传感器之间的通信，以通过碰撞警告和部分控制车辆来提高驾驶安全性。由于汽车应用对安全性和可靠性的要求更高，智能汽车系统必需要具有较高的响应速度和可靠性。控制器局域网CAN (Controller Area Network) 和本地互连网络LIN (Local Interconnect Network) 是用于连接电子控制单元 (ECU) 的车辆诊断标准(OBD)
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II中使用的通用协议，CAN 和 LIN 总线都必须具有 ESD 保护解决方案以确保汽车电子的可靠性和安全性。
[0003]图 1 显示了用于保护CAN 和 LIN 总线的传统 ESD结构，其使用瞬态电压抑制器TVS （Transient Voltage Suppressor），但ESD保护的性能取决于 PCB 走线布局和片外TVS 器件的钳位电压，为了获得最佳的ESD 性能，必须选择正确的TVS 器件，并进行合理的PCB布局，这需要更多的研发时间以及更大的PCB 面积，会增加额外的成本。
[0004]此外，出于对闩锁问题和故障电压容限的考虑，在设计 CAN 和 LIN 收发器芯片时需要昂贵的高压SOI(Silicon On Insulator) 工艺。
[0005]因此，有必要提出一种片上 TVS 保护方案，以解决现有技术中存在的问题，能够基于普通的高压双极BCD工艺，将片外TVS集成到CAN和LIN收发器芯片中，减少PCB走线布局的工作量，节省PCB面积，降低成本。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，根据本专利技术的一个方面，提供了一种双向静电放电（ESD）保护模块，集成于一种收发器芯片上，收发器芯片具有至少一个输出端和接地端，双向ESD保护模块包括至少一个晶体管和至少一个二极管；在输出端施加正向ESD应力时，ESD电流自输出端流经晶体管和二极管中的至少一个到达接地端，形成第一电流释放路径；在输出端施加负向ESD应力时，ESD电流自接地端流经晶体管和二极管中的至少一个到达输出端，形成第二电流释放路径；其中，晶体管为PNP三极管或NMOS晶体管，二极管为晶体管的寄生体二极管或外接二极管。
[0007]可选地，收发器芯片为CAN收发器芯片或LIN收发器芯片。
[0008]可选地，晶体管为第一PNP三极管，其发射极连接至输出端，集电极连接至接地端，基极由PMOS晶体管构成的第一触发电路控制；PMOS晶体管的漏极连接至第一PNP三极管的发射极，栅极连接至接地端，源极连接至第一PNP三极管的基极；在输出端施加正向ESD应力时，PMOS晶体管导通，控制第一PNP三极管导通，ESD电流自输出端流经第一PNP三极管到达接地端，形成第一电流释放路径；在输出端施加负向ESD应力时，ESD电流自接地端流经第一PNP三极管集电极和基极之间的二极管到达输出端，形成第二电流释放路径。
[0009]可选地，双向ESD保护模块还包括，第一二极管串和第二二极管串，其中，第一二极
管串的阳极连接至第一PNP三极管的发射极，阴极连接至输出端；第二二极管串的阳极连接至输出端，阴极连接至第一PNP三极管的发射极。
[0010]可选地，至少一个晶体管包括第二PNP三极管和第三PNP三极管，其中，第二PNP三极管的发射极连接至输出端，集电极连接至第三PNP三极管的集电极，基极与第二PNP三极管的发射极或集电极中的任一极相连；第三PNP三极管的发射极连接至接地端，基极与第三PNP三极管的发射极或集电极中的任一极相连；至少一个二极管包括分别连接在第二PNP三极管和第三PNP三极管的源极与基极之间的两个二极管或集电极与基极之间的两个二极管。
[0011]可选地，第二PNP三极管的基极与集电极连接，第三PNP三极管的基极与集电极连接；两个二极管分别连接在第二PNP三极管和第三PNP三极管的源极与基极之间。
[0012]可选地，第二PNP三极管的基极与发射极连接，第三PNP三极管的基极与发射极连接；两个二极管分别连接在第二PNP三极管和第三PNP三极管的集电极与基极之间；双向ESD保护模块还包括连接在接地端和P型衬底之间的保护环，其中，保护环包括两个反向并联连接的二极管。
[0013]可选地，双向ESD保护模块还包括连接在第一电流释放路径中的第一二极管串和连接在第二电流释放路径中的第二二极管串，其中，第一二极管串的阳极连接至第二PNP二极管的发射极，阴极连接至输出端；第二二极管串的阳极连接至输出端，阴极连接至第二PNP三极管的基极与集电极之间的二极管的阳极。
[0014]可选地，双向ESD保护模块还包括，连接在输出端和第二PNP三极管发射极之间的PNP三极管串，以及，连接在第三PNP三极管发射极和接地端之间的PNP三极管串，PNP三极管串中的每个PNP三极管的基极与发射极相互连接。
[0015]可选地，收发器芯片具有第一浮轨和第二浮轨；至少一个晶体管连接在第一浮轨和第二浮轨之间；至少一个二极管包括外接的第一二极管串和第二二极管串，其中，第一二极管串正向连接在输出端和第一浮轨之间，第二二极管串正向连接在接地端和第一浮轨之间。
[0016]可选地，至少一个晶体管为第四PNP三极管，第四PNP三极管的发射极与基极连接，且连接至第一浮轨，集电极连接至第二浮轨。
[0017]可选地，至少一个晶体管为第一NMOS晶体管，第一NMOS晶体管的漏极连接至第一浮轨，源极连接至第二浮轨，栅极受第二触发电路控制。
[0018]可选地，，第二触发电路包括：第二PMOS晶体管、串联连接在第一浮轨和第二浮轨之间的第一电阻和第一电容；其中，第一电阻的第一端与第一浮轨连接，第二端与第一电容的第一端连接，第一电容的第二端与第二浮轨连接，第二PMOS晶体管的栅极连接至第一电阻和第一电容的公共端，源极连接至第一浮轨，漏极连接至第二浮轨和第一NMOS晶体管的栅极。
[0019]可选地，第二触发电路包括：正向连接在第一NMOS晶体管的栅极与第一浮轨之间的至少一个齐纳二极管；以及连接在第一NMOS晶体管的栅极与第二浮轨之间的电阻。
[0020]可选地，至少一个晶体管为第五PNP三极管，第五PNP三极管的发射极连接至第一浮轨，集电极连接至第二浮轨，基极受第三触发电路控制；第三触发电路包括：第二NMOS晶体管，正向连接在第二NMOS晶体管的栅极与第一浮轨之间的至少一个齐纳二极管，以及连
接在齐纳二极管阳极与第二浮轨之间的电阻；第二NMOS晶体管的漏极连接至第五PNP三极管，源极连接至第二浮轨，栅极连接至齐纳二极管的阳极。
[0021]可选地，至少一个晶体管包括第三NMOS晶体管和第四NMOS晶体管，其中，第三NMOS晶体管的漏极至输出端，栅极与第四NMOS晶体管的体区连接，源极连接至第四NMOS晶体管的源极；第四N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向静电放电（ESD）保护模块，其特征在于，所述双向ESD保护模块集成于一种收发器芯片上，所述收发器芯片具有至少一个输出端和接地端，所述双向ESD保护模块包括至少一个晶体管和至少一个二极管；在所述输出端施加正向ESD应力时，所述ESD电流自所述输出端流经所述晶体管和所述二极管中的至少一个到达所述接地端，形成第一电流释放路径；在所述输出端施加负向ESD应力时，所述ESD电流自所述接地端流经所述晶体管和所述二极管中的至少一个到达所述输出端，形成第二电流释放路径；其中，所述晶体管为PNP三极管或NMOS晶体管，所述二极管为所述晶体管的寄生体二极管或外接二极管。2.根据权利要求1所述的双向ESD保护模块，其特征在于，所述收发器芯片为CAN收发器芯片或LIN收发器芯片。3.根据权利要求1所述的双向ESD保护模块，其特征在于，所述晶体管为第一PNP三极管，其发射极连接至所述输出端，集电极连接至所述接地端，基极由PMOS晶体管构成的第一触发电路控制；所述PMOS晶体管的漏极连接至所述第一PNP三极管的发射极，栅极连接至所述接地端，源极连接至所述第一PNP三极管的基极；在所述输出端施加正向ESD应力时，所述PMOS晶体管导通，控制第一PNP三极管导通，所述ESD电流自所述输出端流经所述第一PNP三极管到达所述接地端，形成所述第一电流释放路径；在所述输出端施加负向ESD应力时，所述ESD电流自所述接地端流经所述第一PNP三极管集电极和基极之间的二极管到达所述输出端，形成所述第二电流释放路径。4.根据权利要求3所述的双向ESD保护模块，还包括，第一二极管串和第二二极管串，其中，所述第一二极管串的阳极连接至所述第一PNP三极管的发射极，阴极连接至所述输出端；所述第二二极管串的阳极连接至所述输出端，阴极连接至所述第一PNP三极管的发射极。5.根据权利要求1所述的双向ESD保护模块，其特征在于，所述至少一个晶体管包括第二PNP三极管和第三PNP三极管，其中，所述第二PNP三极管的发射极连接至所述输出端，集电极连接至所述第三PNP三极管的集电极，基极与第二PNP三极管的发射极或集电极中的任一极相连；所述第三PNP三极管的发射极连接至所述接地端，基极与第三PNP三极管的发射极或集电极中的任一极相连；所述至少一个二极管包括分别连接在所述第二PNP三极管和所述第三PNP三极管的源极与基极之间的两个二极管或集电极与基极之间的两个二极管。6.根据权利要求5所述的双向ESD保护模块，其特征在于，所述第二PNP三极管的基极与集电极连接，所述第三PNP三极管的基极与集电极连接；两个所述二极管分别连接在所述第二PNP三极管和所述第三PNP三极管的源极与基极之间。7.根据权利要求5所述的双向ESD保护模块，其特征在于，所述第二PNP三极管的基极与发射极连接，所述第三PNP三极管的基极与发射极连接；两个所述二极管分别连接在所述第二PNP三极管和所述第三PNP三极管的集电极与基极之间；
所述双向ESD保护模块还包括连接在所述接地端和所述P型衬底之间的保护环，其中，所述保护环包括两个反向并联连接的二极管。8.根据权利要求6所述的双向ESD保护模块，还包括，连接在第一电流释放路径中的第一二极管串和连接在第二电流释放路径中的第二二极管串，其中，所述第一二极管串的阳极连接至所述第二PNP二极管的发射极，阴极连接至所述输出端；所述第二二极管串的阳极连接至所述输出端，阴极连接至所述第二PNP三极管的基极与集电极之间的二极管的阳极。9.根据权利要求5所述的双向ESD保护模块，其特征在于，所述双向ESD保护模块还包括，连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑飞君，王迪，
申请(专利权)人：杭州傲芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：