本发明专利技术提供了一种可以用于交流环境的限压保护电路，以降低系统静态功耗，减小衬底电流，消除闩锁效应。发明专利技术中所述的保护电路，包含电压初步检测电路，其静态电流几乎为零；包括一个大电流泄放通路，用以泄放在限幅发生时提供电荷泄放通路；包括两个辅助衬底晶体管，用以在交流环境中正确的偏置电路中所有P型场效应晶体管的衬底于最高电位，消除衬底电流，降低泄漏电流，确保电路正常稳定的工作，此外，为了提高限压保护电路的灵敏度，电路还可以包括一个运算放大器电路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电子集成电路领域，具体涉及一个限压保护电路，具有静态功耗低、 灵敏度高和工艺要求低的特点，尤其适合集成在无线供能这样的交流电路系统芯 片上。
技术介绍
在电源电压变化的工作环境中，芯片中一般会集成一个限压保护电路，用于在电源电压超过芯片耐压时起到保护芯片的作用。现有的片上集成的限压保护电路，主要是针对直流环境，即电源电压在零电位以上的变化。常用的结构有普通二极管的串联、齐纳二极管和一些其他的普通限压结构。普通二极管由于本身的特性，电压电流曲线斜率较小，保护能力有限；齐纳二极管具有很好的电压电流特性，特性曲线斜率很高，而且也能有用于交流环境，但是需要采用特殊的工艺，增加了工艺成本，而这在有些设计中是不希望看到的，如采用全CMOS工艺；其他的限压结构，比如 Ulrich Kaiser 禾口 Wolfgang Steinhagen 在文献 A Low Transponder IC for High-performance Identification Systems中提到的一种限压保护结构，在一般的直流环境中可以工作，但是灵敏度不高，保护能力有限，更重要的是用于交流环境时，具有很大的衬底漏电流，会引起闩锁效应(latch-up)，导致芯片不能正常工作。在Pierre Favart^Philippe Deval 禾口Declercq 的文献A high-Efficiency CMOS Voltage Doubler 至Ij的一禾中的衬底交换技术(the technique of bulk commutation),可以在交流环境中大的衬底漏电流问题。此项技术可以推广用于限压保护电路中，能够起到很好的作用，并能广泛的使用。
技术实现思路
本专利技术提供的一种限压保护电路，其特征在于包括一个电压检测电路，一个运算放大器，一个通过旁路电流的开关管和两个衬底辅助晶体管，采用普通的CMOS工艺即可实现。本专利技术中，电压检测电路，检测电源电压两端的相对电位大小，输出一个检测信号送至运算放大器；运算放大器通过比较检测的电压信号和预先设定电压信号，来控制通过旁路电流的开关管的开和关；两个衬底辅助晶体管，在电源电压变化的情况下，动态偏置旁路开关管和自身的衬底，使其始终偏置在高电平或者其他合适电平，进而消除衬底电流。本专利技术中的交流电压检测电路，具有静态电流小的特点。在电源电压未达到保护电压阈值，静态电流为0。当电源电压超过保护阈值，交流电压检测电路开始工作，同时其消耗的静态电流也非常的小。这样就克服了传统的采用电阻分压结构时的静态功耗高的问题。本专利技术中的旁路开关管，由于采用高增益的运算放大器作为比较器来控制其开和关，因此具有很高的灵敏度，更快的开关动作，能够更好的起到保护作用。本专利技术中的旁路开关管的衬底或者阱，是和两个辅助晶体管的衬底或者阱连在一起，通过动态控制两个开关管的开关动作，可以很好实现衬底或者阱的合理偏置，进而消除了普通结构在交流环境中存在的大的漏电流而引起的闩锁效应(latch-up)，克服了不稳定的问题。本专利技术提供的一种限压保护电路，其特点在于采用新的电压检测结构，具有静态功耗低的优点；采用高增益的运算放大器控制旁路电流开关管，具有灵敏度高的优点；采用衬底交换技术，可以消除电路在交流环境中大的衬底漏电流的问题，具有漏电流小的优点；采用全CMOS工艺实现，具有工艺成本低，实现性高的优点。本专利技术提供的一种限压保护电路，可以良好的应用于交直流环境中的系统结构中，特别适合于像无线供能系统和胶囊内窥镜系统等生物医疗领域，该结构可以很好的集成在片上。 附图说明图1为本专利技术所提供的一种限压保护电路的结构示意图。图2为图1中的电压检测电路具体实现电路图。图3为开关管和辅助晶体管实现的衬底或阱交换技术的原理示意图；图4为本专利技术具体实施方式的一种电路结构图。图5为本专利技术具体实施方式的另外一种电路结构图。图6所示为本专利技术在无线供能系统的一种应用示意图。具体实施例方式由于现有多基准电压输出电路中，外部电源VDD直接向基准电源发生结构提供电压，因此VDD的波动很大程度上将导致基准电压波动，降低了基准电压的稳定性。为提高稳定性，本专利技术人提出可以在外部电源VDD及基准电源发生结构之间设置电源结构，用于接收外部电源VDD的电压，并输出电压提供给所述发生结构，这样设置的电源结构将能够对 VDD的波动起一定屏蔽作用，降低VDD波动对基准电压稳定性的影响。以下结合附图和具体实施例来进一步说明本专利技术如图1所示，本专利技术的实施例由电压检测电路101，运算放大器(Opamp)102和开关管衬底或阱交换电路106三部分组成。其中电压检测电路101检测电源电压两个端子的相对电位差，判断要不要进行限压保护；运算放大器(opamp) 105通过比较电压检测电路的输出电压和比较参考电压102来控制开关管的开和关。当电压检测电路101输出大于比较参考电压102时，运算放大器(opamp) 105输出高电平，打开开关管，泄放过压引起的大电流， 反之则关闭开关管。所以开关管的尺寸一般比较大，这由设定的旁路电流值有关。设定的旁路保护电流越大，开关管的尺寸也就越大。103为运算放大器的独立电源电压端子，104 为运算放大器105的低电平端子，这两个端子都可以从后续电路中找到合适的电平进行偏置。图2所示的为本专利技术中所用的电压检测电路。电源电压接在两个端子201和202 上，正负极任意。第一支路由电阻203和nmos管204组成，其中nmos管204接成二极管连接的形式，其衬底不是直接连接到电源电压的一个端子202上，而是连接到后面的开关管衬底或阱交换电路的衬底上，和他们一起进行衬底偏置。第二支路由pmos管25和电阻206组成，pmos管205的栅和nmos管204的栅连在一起，N阱衬底连在电源端子201上。输出端207用来输出检测到的电压，送至后面的运算放大器。当电源电压没有达到限压阈值时， 两个mos管204和205均关闭，输出检测电压为低电平；当电源电压大于限压阈值时，两个 mos管均开启，输出检测电压为高电平。电阻203和204的取值一般在10 500KΩ之间， 使得开启后静态电流在μ A量级。mos管204的尺寸和电阻203 —起决定mos管205开启时电源电压的大小。mos管205和电阻206 —起决定检测输出电压的大小。如前面所说，电源电压小于设定限压阈值时，电路关闭，静态电流为0，开启后静态电流在几个μΑ，故具有静态电流小的优点。 图3所示为开关管和辅助晶体管实现的衬底或阱交换技术的原理示意图。基本开关管pmos管303 —般情况下其衬底通过N阱连接到高电位端子，这里采用衬底或阱交换技术，实现动态偏置pmos管303的N阱偏置在高电位。两个辅助pmos管301和302的衬底和开关管303连在一起，同时连接到它们共同的源端。电源电压接在两个端子301和302 上。现在以交流正弦波为例，分析在交流情况下电路的工作情况。正半周期，301为高电位， 301为0电位，pmos管304开启，305关闭，衬底通过pmos管304连接到301端的高电位上； 负半周期，301为0电平，302为高电平，pmos管305关闭，304开启，衬底通过pmos管305 连接到本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种限压保护电路，其特征在于，该电路包含电压检测电路，大尺寸的Ｐ型晶体管，衬底辅助偏置电路和可选的运算放大器电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯亮，毛羽，贾孟军，程玉华，
申请(专利权)人：上海北京大学微电子研究院，
类型：发明
国别省市：31
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