TWI847371B - Driving circuits - Google Patents
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Abstract
Description
本發明是有關於一種驅動電路,特別是有關於一種具有靜電放電(electrostatic discharge,ESD)保護的驅動電路。The present invention relates to a driving circuit, and more particularly to a driving circuit with electrostatic discharge (ESD) protection.
隨著積體電路的半導體製程的發展,半導體元件尺寸已縮小至次微米階段,以增進積體電路的性能以及運算速度,但元件尺寸的縮減,卻出現了一些可靠度的問題,尤以積體電路對靜電放電(Electrostatic Discharge,ESD)的防護能力影響最大。因此,提供能有效提供靜電放電路徑的電路實為重要。尤其是,在高壓應用的情況下,用於控制靜電放電路徑的元件可能因為高壓而損壞,導致在靜電放電發生時無法有效地提供放電路徑。With the development of semiconductor manufacturing processes for integrated circuits, the size of semiconductor components has been reduced to the sub-micron stage to improve the performance and computing speed of integrated circuits. However, the reduction in component size has caused some reliability issues, especially the integrated circuit's protection against electrostatic discharge (ESD). Therefore, it is important to provide a circuit that can effectively provide an ESD path. In particular, in high-voltage applications, the components used to control the ESD path may be damaged by the high voltage, resulting in the inability to effectively provide a discharge path when ESD occurs.
有鑑於此,本發明提出一種驅動電路。此驅動電路包括一偵測電路、一控制電路、以及一功率元件。偵測電路耦接於一第一電源端與一第二電源端之間,且根據第一電源端的一第一電壓以及第二電源端的一第二電壓以在一偵測節點上產生一偵測電壓。控制電路包括具有一背對背連接結構的一電晶體元件。電晶體元件耦接於一接合墊與一第一節點之間,且受控於偵測電壓。一驅動電壓產生於第一節點。功率元件耦接於接合墊與二電源端之間,且受控於驅動電壓。當在接合墊上發生一靜電放電事件時,電晶體元件根據偵測電壓而導通,且功率元件被驅動電壓觸發以提供介於接合墊與第二電源端之間的一放電路徑。 In view of this, the present invention proposes a driving circuit. The driving circuit includes a detection circuit, a control circuit, and a power element. The detection circuit is coupled between a first power terminal and a second power terminal, and generates a detection voltage at a detection node according to a first voltage of the first power terminal and a second voltage of the second power terminal. The control circuit includes a transistor element having a back-to-back connection structure. The transistor element is coupled between a bonding pad and a first node, and is controlled by the detection voltage. A driving voltage is generated at the first node. The power element is coupled between the bonding pad and the two power terminals, and is controlled by the driving voltage. When an electrostatic discharge event occurs on the bonding pad, the transistor element is turned on according to the detection voltage, and the power element is triggered by the driving voltage to provide a discharge path between the bonding pad and the second power terminal.
1:電子電路 1: Electronic circuit
10:核心電路 10: Core circuit
11:驅動電路 11: Driving circuit
12:接合墊 12:Joint pad
13:偵測電路 13: Detection circuit
14:控制電路 14: Control circuit
15:功率元件 15: Power components
16:電壓追蹤電路 16: Voltage tracking circuit
17:傳輸閘電路 17: Transmission gate circuit
30~32,34~35:PMOS電晶體 30~32,34~35: PMOS transistor
40:NMOS電晶體 40:NMOS transistor
41:PMOS電晶體 41:PMOS transistor
42:反相器 42: Inverter
50_1~50_N:PMOS電晶體 50_1~50_N: PMOS transistor
60,61:降壓電路 60,61: Buck circuit
60_1~60_X,61_1~61_X:二極體 60_1~60_X,61_1~61_X: diode
130:電阻器 130: Resistor
131:電容器 131:Capacitor
140,141:PMOS電晶體 140,141:PMOS transistor
142:電晶體元件 142: Transistor components
150:NMOS電晶體 150:NMOS transistor
GND:接地端 GND: Ground terminal
N10:偵測節點 N10: Detection node
N11:節點 N11: Node
N12:共源極節點 N12: Common source node
N30,N31,N33:節點 N30, N31, N33: nodes
N30A,N60A,N61A:輸入節點 N30A, N60A, N61A: Input node
N30B,N60B,N61B:輸出節點 N30B, N60B, N61B: output nodes
S10:輸入信號 S10: Input signal
SW10,SW10B:切換信號 SW10, SW10B: Switching signal
T10,T11:電源端 T10, T11: power supply terminal
T30A,T31A,T32A,T34A,T35A,T36A:閘極 T30A, T31A, T32A, T34A, T35A, T36A: Gate
T30B,T31B,T32B,T34B,T35B,T36B:汲極 T30B, T31B, T32B, T34B, T35B, T36B: Drain
T30C,T31C,T32C,T34C,T35C,T36C:源極 T30C, T31C, T32C, T34C, T35C, T36C: Source
T30D,T31D,T32D,T34A,T34D,T36D:基極 T30D, T31D, T32D, T34A, T34D, T36D: Base
T40:電源端 T40: Power supply
T40A,T41A:閘極 T40A, T41A: Gate
T40B,T41B:汲極 T40B, T41B: Drain
T40C,T41C:源極 T40C, T41C: Source
T40D,T41D:基極 T40D, T41D: Base
T140A,T141A,T150A:閘極 T140A, T141A, T150A: Gate
T140B,T141B,T150B:汲極 T140B, T141B, T150B: Drain
T140C,T141C,T150C:源極 T140C, T141C, T150C: Source
T140D,T141D,T150D:基極 T140D, T141D, T150D: Base
T160:輸出端 T160: Output terminal
T170,T171:輸入端 T170, T171: Input terminal
T172:輸出端 T172: Output terminal
V10:偵測電壓 V10: Detect voltage
V11:驅動電壓 V11: driving voltage
V12:偏置電壓 V12: bias voltage
V16:追蹤電壓 V16: Tracking voltage
V30:控制電壓 V30: Control voltage
V60:輸入電壓 V60: Input voltage
VDD:操作電壓 VDD: operating voltage
第1圖表示根據本發明一實施例之具有驅動電路的電子電路。 FIG. 1 shows an electronic circuit having a driving circuit according to an embodiment of the present invention.
第2A圖係表示第1圖的電子電路在正常操作時的操作示意圖。 Figure 2A is a schematic diagram showing the operation of the electronic circuit in Figure 1 during normal operation.
第2B圖係表示第1圖的電子電路遭遇靜電放電事件時的操作示意圖。 Figure 2B is a schematic diagram showing the operation of the electronic circuit in Figure 1 when it encounters an electrostatic discharge event.
第3圖係表示根據本發明一實施例,第1圖中驅動電路的電壓追蹤電路。 FIG. 3 shows a voltage tracking circuit of the driving circuit in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
第4圖係表示根據本發明一實施例,第1圖中驅動電路的傳輸閘電路。 FIG. 4 shows the transmission gate circuit of the driving circuit in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
第5圖係表示根據本發明一實施例,第1圖中驅動電路的偵測電路。 FIG. 5 shows the detection circuit of the driving circuit in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
第6圖表示根據本發明另一實施例之具有驅動電路的電子電路。 FIG. 6 shows an electronic circuit with a driving circuit according to another embodiment of the present invention.
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易 懂,下文特舉一較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。 In order to make the above-mentioned purposes, features and advantages of the present invention more clearly understood, a preferred embodiment is given below, and a detailed description is given in conjunction with the attached drawings.
第1圖係表示根據本發明一實施例的電子電路。參閱第1圖,電子電路1包括核心電路10以及驅動電路11。驅動電路11包括接合墊12、偵測電路13、控制電路14、功率元件15、電壓追蹤電路16、以及傳輸閘電路17。功率元件15耦接於接合墊12與電源端T11之間。在此實施例中,功率元件15作為驅動電路11的輸出級,其由大電流驅動。功率元件15能承受大電流,且因此具有用於靜電放電的自我保護能力。在此實施例中,功率元件15為一大型陣列元件(large array device,LAD)。舉例來說,功率元件15包括複數個並聯的N型金氧半(N-type Metal-Oxide-Semiconductor,NMOS)電晶體。在第1圖中,以NMOS電晶體150表示複數個並聯的NMOS電晶體的等效元件。NMOS電晶體150具有四個電極端,包括閘極(gate)、汲極(drain)、源極(source)、以及基極(bulk)。在此實施例中,NMOS電晶體150係以橫向擴散N型金屬氧化半(laterally-diffused N-type metal-oxide semiconductor,LDNMOS)電晶體來實現。參閱第1圖,NMOS電晶體150的閘極T150A耦接節點N11,其汲極T150B耦接接合墊12,以及其源極T150C與基極T150D耦接電源端T11。當在接合墊12上發生一靜電放電事件時,NMOS電晶體150由產生於節點N11上的驅動電壓V11所觸發,以提供介於接合墊12與電源端T11之間的一放電路徑。在此實施例中,電源端T11為接地端(GND),其電壓例如為
0伏特(Volt,V)。
FIG. 1 shows an electronic circuit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the
偵測電路13耦接於電源端T10與電源端T11之間,且根據電源端T10的電壓以及電源端T11的電壓以產生偵測電壓V10。參閱第1圖包括電阻器130以及電容器131。電阻器130耦接於電源端T10與偵測節點N10之間。電容器131耦接於偵測節點N10與電源端T11之間。偵測電壓V10產生於偵測節點N10。
The
控制電路14包括具有背對背連接結構的電晶體元件142。電晶體元件142耦接於接合墊12與節點N11之間,且受控於偵測電壓V10。電晶體元件142具有耦接於接合墊12的第一電極端、耦接節點N11的第二電極端、以及耦接偵測節點N10以接收偵測電壓V10的控制電極端。參閱第1圖,電晶體元件142係由P型金氧半(P-type Metal-Oxide-Semiconductor,PMOS)電晶體140與141所組成。PMOS電晶體140與141各自具有四個電極端,包括閘極、汲極、源極、以及基極。在此實施例中,PMOS電晶體140與141係以橫向擴散P型金屬氧化半(laterally-diffused P-type metal-oxide semiconductor,LDPMOS)電晶體來實現。PMOS電晶體140的閘極T140A耦接電晶體元件142的控制電極端(即耦接偵測節點N10),其汲極T140B耦接電晶體元件142的第一電極端(即耦接接合墊12),以及其源極T140C與基極T140D耦接共源極節點N12。PMOS電晶體141的閘極T141A耦接電晶體元件142的控制電極端(即耦接偵測節點N10),其汲極T141B耦接電晶體元件142的第二電極端(即耦接節點N11),以及其源極T141C與
基極T141D耦接共源極節點N12。根據上述連接關係,PMOS電晶體140與141彼此之間的連接關係形成了背對背連接結構。
The
如第1圖所示,電壓追蹤電路16耦接電源端T10與接合墊12,且受控於偵測電壓V10。電壓追蹤電路16用以追蹤電源端T10的電壓以及接合墊12的電壓中的一者以產生追蹤電壓V16,且將追蹤電壓V16施加至電晶體元件142的共源極節點N12以作為偏置電壓V12。詳細來說,電壓追蹤電路16追蹤電源端T10的電壓以及接合墊12的電壓中具有較高位準的一者,且使追蹤電壓V16(作為偏置電壓V12)等於具有較高位準的電壓。
As shown in FIG. 1 , the
傳輸閘電路17包括輸入端T170與T171以及輸出端T171。輸入端T170與T171耦接核心電路10,輸出端T172耦接節點N11。當電子電路1正常操作時,核心電路10提供輸入信號S10至輸入端T170,並提供切換信號SW10至輸入端T171。傳輸閘電路17受控於切換信號SW10,以將輸入信號S10由輸入端T170傳送到輸出端T172。輸入信號S10提供到節點N11,也就是,產生於節點N11上的驅動電壓V11的位準隨著輸入信號S10的電壓位準而改變。在此實施例中,輸入信號S10與切換信號SW10的電壓位準在0V~5V的範圍內。
The
驅動電路11的詳細操作將透過第2A圖與第2B圖以及下文來說明。
The detailed operation of the
根據上述,PMOS電晶體140與141以及NMOS電晶體150為LDMOS電晶體。LDMOS電晶體的閘-源極耐壓為5V,
且LDMOS電晶體的閘-汲極耐壓為12V、24V、或40V。在以下各實施例中,電晶體140、141、與150是以閘-源極耐壓為5V且閘-汲極耐壓為40V的LDMOS電晶體作為例子來說明。
According to the above,
參閱第2A圖,當電子電路1正常操作(即處於操作模式)時,電源端T10接收操作電壓VDD,核心電路10提供輸入信號S10以及切換信號SW10至傳輸閘電路17,且接合墊12的電壓在一範圍內變動。在此實施例中,操作電壓VDD例如為44V,且接合墊12的電壓在0V~44V的範圍,然本發明並不以此為限,本領域技術人員可依據實際電路應用範圍而定。操作電壓VDD透過電阻器130對電容器131充電,使得偵測節點N10上的偵測電壓V10具有一高位準,例如44V。根據上述,電壓追蹤電路16追蹤電源端T10的電壓以及接合墊12的電壓中具有較高位準的一者。由於電源端T10所接收的操作電壓VDD(44V)大於或等於接合墊12的電壓(0V~44V),因此電壓追蹤電路16追蹤到操作電壓VDD,且產生44V的追蹤電壓V16。44V的追蹤電壓V16傳送至共源極節點N12以作為偏置電壓V12(44V)。由於偵測電壓V10為44V且共源極節點N12處於44V,PMOS電晶體140與141被關斷(OFF)。傳輸閘電路17根據切換信號SW10以進行信號傳輸操作。詳細來說,傳輸閘電路17根據切換信號SW10以將輸入信號S10傳送到輸出端T172,且輸入信號S10接著提供到節點N11。此時,由於PMOS電晶體140與141被關斷,節點N11上的驅動電壓V11的位準隨著輸入信號S10的電壓位準(0V~5V)而改變。NMOS電晶體150則根據
驅動電壓V11以及接合墊12的電壓運作,以處於導通狀態或關斷狀態。
Referring to FIG. 2A , when the
根據上述,PMOS電晶體140與141組成了電晶體元件142。對於電晶體元件142而言,耦接接合墊12的端子是PMOS電晶體140的汲極T140B,且耦接節點N11的端子是PMOS電晶體141的汲極T141B。因此,電晶體元件142的上述兩個端子都可耐高壓。舉例來說,當NMOS電晶體150根據驅動電壓V11以及接合墊12的電壓而導通時,PMOS電晶體140的汲極T140B耦接電源端T11而處於一低位準,例如0V。在此情況下,PMOS電晶體140的閘-汲極電壓差大約等於44V(44V-0V=44V),不超過閘-汲極耐壓44V。當驅動電壓V11隨著輸入信號S10的電壓位準而為0V時,PMOS電晶體141的閘-汲極電壓差大約等於44V(44V-0V=44V),不超過閘-汲極耐壓44V。根據上述,電晶體元件142分別透過PMOS電晶體140與141的汲極T140B與T141B耦接接合墊12以及節點N11,因此電晶體元件142可耐高壓。
According to the above, the
參閱第2B圖,當電子電路1非處於操作模式時,操作電壓VDD不提供至電源端T10,且核心電路10不提供輸入信號S10以及切換信號SW10。此時,電源端T10以及傳輸閘電路17的輸入端T170與T171以及輸出端T172處於浮動(floating)狀態。傳輸閘電路17不執行信號傳輸的操作。當電子電路1的接合墊12上發生一靜電放電事件時,接合墊12的電壓位準瞬間提高。基於電容器131的特性,偵測節點N10的偵測電壓V10與電源端T11的電壓相
同,即偵測電壓V10為0V。處於浮動狀態的電源端T10的電壓小於接合墊12的高電壓,因此電壓追蹤電路16追蹤到接合墊12的高電壓,且所產生的追蹤電壓V16等於接合墊12的高電壓。追蹤電壓V16傳送至共源極節點N12以作為偏置電壓V12。由於偵測電壓V10為0V且共源極節點N12具有高電壓,PMOS電晶體140與141被導通(ON)。節點N11上的驅動電壓V11隨著接合墊12上的電壓改變而提高,以導通(ON)NMOS電晶體15。導通的NMOS電晶體15提供一放電路徑P20。接合墊12上的靜電電荷可經由NMOS電晶體15並沿著此放電路徑P20傳導至電源端T11。
Referring to FIG. 2B , when the
根據上述,電晶體元件142用於耦接接合墊12以及節點N11的兩端子分別是PMOS電晶體140與141的汲極T140B與T141B,因此,電晶體元件142可耐高壓。在電子電路1的操作模式下,電晶體元件142不易受驅動電壓V11與接合墊12的電壓影響而損壞。此外,在電子電路1的操作模式下,電晶體元件142處於關斷狀態,因此,電晶體元件142的設置不會影響功率元件15的正常運作。當電子電路1的接合墊12上發生一靜電放電事件時,電晶體元件142則控制功率元件15導通以提供放電路徑,使得靜電電荷透過功率元件15傳導至電源端T11。
According to the above, the two terminals of the
第3圖係表示驅動電路11的電壓追蹤電路16。電壓追蹤電路16包括PMOS電晶體30~32以及降壓電路33。在此實施例中,PMOS電晶體30~32係以LDPMOS電晶體來實現。PMOS電晶體30包括四個電極端T30A~T30D,分別為閘極T30A、汲極
T30B、源極T30C、以及基極T30D。汲極T30B耦接電源端T10,其源極T30C與基極T30D耦接輸出端T160。降壓電路33具有輸入節點N30A與輸出節點N30B。輸入節點N30A耦接電源端T10,且輸出節點N30B耦接節點N33以及PMOS電晶體30的閘極T30A。參閱第3圖,輸出節點N30B與節點N33可視為同一節點。PMOS電晶體31包括四個電極端T31A~T31D,分別為閘極T31A、汲極T31B、源極T31以及基極T31D。閘極T31A耦接節點N10,其汲極T31B耦接接合墊12,其源極T31C與基極T31D耦接輸出端T160。PMOS電晶體32包括四個電極端T32A~T32D,分別為閘極T32A、汲極T32B、源極T32C、以及基極T32D。閘極T32A耦接電源端T10,其汲極T32B耦接接合墊12,其源極T32C與基極T32D耦接節點N33。
FIG. 3 shows a
降壓電路33包括複數串接於輸入節點N30A與輸出節點N30B之間的複數降壓元件,藉此實現降壓操作。降壓元件的實際數量可依照對於調節電壓的實際需求調整,本發明並不以此為限。參閱第3圖,在此實施例中,降壓電路33包括三個串接於輸入節點N30A與輸出節點N30B之間的PMOS電晶體34~36,以作為降壓元件。PMOS電晶體34~36係以LDPMOS電晶體來實現。PMOS電晶體34具有四個電極端T34~T34D,分別為閘極T34A、汲極T34B、源極T34C、以及基極T34D。汲極T34B耦接輸入節點N30A,且源極T34C以及基極T34D耦接節點N31。PMOS電晶體35具有四個電極端T35A~T35D,分別為閘極T35A、汲極T35B、
源極T35C、以及基極T35D。汲極T35B耦接節點N31,且源極T35C以及基極T35D耦接節點N32。PMOS電晶體36具有四個電極端T36A~T36D,分別為閘極T36A、汲極T36B、源極T36C、以及基極T36D。汲極T36B耦接節點N32,且源極T36C以及基極T36D耦接輸出節點N30B以及節點N33。PMOS電晶體34~36的閘極T34A、T35A、以及T36A皆耦接輸出端T160。
The buck circuit 33 includes a plurality of buck elements connected in series between the input node N30A and the output node N30B to implement the buck operation. The actual number of buck elements can be adjusted according to the actual demand for regulating the voltage, and the present invention is not limited thereto. Referring to FIG. 3 , in this embodiment, the buck circuit 33 includes three
在此實施例中,電晶體30~32與34~36是以閘-源極耐壓為5V且閘-汲極耐壓為40V的LDMOS電晶體作為例子來說明。電壓追蹤電路16的操作說明如下文。
In this embodiment, transistors 30-32 and 34-36 are described by taking LDMOS transistors with a gate-source withstand voltage of 5V and a gate-drain withstand voltage of 40V as an example. The operation of the
當電子電路1正常操作(即處於操作模式)時,電壓追蹤電路16透過電源端T10接收操作電壓VDD(44V),偵測節點N10的偵測電壓V10根據操作電壓VDD而為44V,且接合墊12的電壓在0V~44V的範圍。因此,PMOS電晶體31與32關斷。此時,PMOS電晶體34~36為關斷狀態。由於PMOS電晶體34~36存在寄生二極體,關斷的PMOS電晶體34~36作為正向二極體(forward diode)。PMOS電晶體34~36的每一者具有介於各自汲極與源極之間的0.7V的跨壓。因此,輸入節點N30A與輸出節點N30B之間的電壓差為2.1V(0.7Vx3=2.1V)。介於輸入節點N30A與輸出節點N30B之間的電壓差(2.1V)則作為降壓電路33提供的調節電壓。輸出節點N30B上的控制電壓V30則為41.9V(44V-2.1V=41.9V),藉此實現降壓操作,即實現了以調節電壓來降低電壓VDD以於輸出節點N30B產生控制電壓V30。此時,
PMOS電晶體30的閘極T30A的電壓等於控制電壓V30。由於控制電壓V30小於操作電壓VDD,PMOS電晶體30導通以提供介於電源端T10與輸出端T160之間的一電流路徑。藉由此電流路徑,輸出端T160上的追蹤電壓V16追隨操作電壓VDD而增加,最終等於操作電壓VDD(V16=VDD=44V),實現了電壓追蹤電路16追蹤具有較高位準的電壓(即電源端T10上的操作電壓VDD)。
When the
在操作模式下中,由於輸出端T160的追蹤電壓V16係追隨電源端T10的電壓以及接合墊12的電壓中具有較高位準的一者,因此PMOS電晶體34~36的閘極T34A、T35A、以及T36A具有較高的電壓,使得PMOS電晶體34~36能穩定地維持關斷狀態。
In the operation mode, since the tracking voltage V16 of the output terminal T160 follows the voltage of the power terminal T10 and the voltage of the
當電子電路1非處於操作模式時,電源端T10未接收任何操作電壓而處於浮動狀態,且偵測電壓V10為0V。當接合墊12上發生一靜電放電事件時,接合墊12的電壓位準瞬間提高。此時,根據偵測節點N10的偵測電壓V10(0V),PMOS電晶體31導通以提供介於接合墊12與輸出端T160之間的一電流路徑。透過此電流路徑,輸出端T160上的追蹤電壓V16追隨接合墊12的電壓而增加,最終等於接合墊12的電壓,實現了電壓追蹤電路16追蹤具有較高位準的電壓(即接合墊12的電壓)。
When the
此外,當接合墊12上發生一靜電放電事件時,由於電源端T10處於浮動狀態且接合墊12的電壓位準瞬間提高,因此PMOS電晶體32導通,使得控制電壓V30等於接合墊12的電壓。此時,雖然降壓電路33仍進行上述的降壓操作,但由於控制電壓V30
隨著接合墊12的電壓而改變至一高位准,因此PMOS電晶體30在此情況下處於關斷狀態。基於PMOS電晶體30的關斷狀態,即使追蹤電壓V16大於電源端T10的電壓,也不會產生由輸出端T160至電源端T10的漏電流。如此一來,追蹤電壓V16能穩定地維持等於接合墊12的電壓。
In addition, when an electrostatic discharge event occurs on the
根據上述,當電子電路1正常操作時,電源端T10舉例而言接收高達44V的操作電壓VDD,且接合墊12的電壓在0V~44V的範圍;當電子電路1非處於操作模式時,接合墊12上可能發生一靜電放電事件導致接合墊12的電壓位準瞬間提高。在第3圖中,電晶體30的汲極T30B耦接電源端T10,且電晶體31的汲極T31B以及電晶體32的汲極T32B耦接接合墊12。在第3圖的電路架構下,由於電晶體30、31、32各自的閘-汲極耐壓約為40V,使得電源端T10與接合墊12之間的較大電壓差不致導致電晶體31~32損壞。
According to the above, when the
第4圖係表示驅動電路11的的傳輸閘電路17。為了能清楚說明傳輸閘電路17的架構以及操作,第4圖也顯示核心電路10。參閱第4圖,傳輸閘電路17包括NMOS電晶體40、PMOS電晶體41、以及反相器42。在此實施例中,核心電路10提供的輸入信號S10與切換信號SW10的操作電壓位準係在0V~5V範圍內,且NMOS電晶體40以及PMOS電晶體41以閘-汲極耐壓不超過5V的MOS電晶體來實現。
FIG. 4 shows the
參閱第4圖,NMOS電晶體40包括四個電極端T40A~T40D,分別為閘極T40A、汲極T40B、源極T40C、以及基極T40D。閘極T40A耦接傳輸閘電路17的輸入端T171,汲極T40B耦接傳輸閘電路17的輸入端T170,源極T40C耦接傳輸閘電路17的輸出端T172,且基極T40D耦接接地端GND。反相器42的輸入端耦接輸入端T171。PMOS電晶體41包括四個電極端T41A~T41D,分別為閘極T41A、汲極T41B、源極T41C、以及基極T41D。閘極T41A耦接反向器42的輸出端,汲極T41B耦接輸入端T170,源極T41C耦接輸出端T172,且基極T41D耦接電源端T40。在此實施例中,電源端T40可接收在0V~5V範圍內的操作電壓。
Referring to FIG. 4 , the
傳輸閘電路17的操作說明如下文。
The operation of the
當電子電路1正常操作(即處於操作模式)時,核心電路10分別提供輸入信號S10以及切換信號SW10至輸入端T170與T171,且電源端T40接收一操作電壓。在操作模式下,切換信號SW10處於一高電壓位準(例如5V的位準),且核心電路10根據電子電路1的操作將輸入信號S10設定在0V~5V的範圍內的一電壓位準。反相器42透過輸入端T171接收切換信號SW10,且將其反相後產生處於一低電壓位準(例如0V的位準)的切換信號SW10B。NMOS電晶體40的閘極T40A透過輸入端T171接收高電壓位準的切換信號SW10,且PMOS電晶體41的閘極T41A接收來自反相器42的低電壓位準的切換信號SW10B。因此,NMOS電晶體40以及NMOS電晶體41皆處於導通狀態。核心電路10所提供的輸
入信號S10則透過導通的NMOS電晶體40以及NMOS電晶體41傳送到輸出端T172,藉此實現傳輸閘電路17的信號傳輸操作。輸入信號S10接著傳送到節點N10。如此一來,節點N11上的驅動電壓V11的位準隨著輸入信號S10的電壓位準而改變。NMOS電晶體150則根據驅動電壓V11以及接合墊12的電壓運作。
When the
當電子電路1非處於操作模式時,核心電路10不提供輸入信號S10以及切換信號SW10,且電源端T40未接收任何操作電壓。此時,傳輸閘電路17的電源端T40、輸入端T170與T171、以及輸出端T172處於浮動狀態。因此,傳輸閘電路17不進行信號傳輸操作。換句話說,傳輸閘電路17的輸入端T170上的信號或電壓將不影響節點N11上驅動電壓V11的位準。
When the
第5圖係表示驅動電路11的偵測電路13。偵測電路13的電容器131係以多個串接的電晶體來實現。如第5圖所示,電容器131包括複數PMOS電晶體50_1~50_N,其中,N為大於或等於2的整數。在此實施例中,PMOS電晶體50_1~50_N可以閘-汲極耐壓為5V的MOS電晶體來實現。在NMOS電晶體140、141、與150為LDMOS電晶體且操作電壓VDD為44V的例子中,舉例而言,N可等於9,也就是電容器131包括9個PMOS電晶體50_1~50_9,然本發明並不以此為限。
FIG. 5 shows the
參閱第5圖,PMOS電晶體50_1~50_N依序串接於偵測節點N10與電源端T11之間。對於PMOS電晶體50_1~50_N中每一者而言,其汲極、源極、與基極彼此耦接,使得此PMOS電晶 體等效作為一電容器。PMOS電晶體50_1的汲極、源極、與基極耦接偵測節點N10。PMOS電晶體50_2~50_N中每一者的汲極、源極、與基極耦接前一個PMOS電晶體的閘極。PMOS電晶體50_N的閘極耦接電源端T11。 Referring to FIG. 5, PMOS transistors 50_1~50_N are sequentially connected in series between the detection node N10 and the power terminal T11. For each of the PMOS transistors 50_1~50_N, its drain, source, and base are coupled to each other, so that the PMOS transistor is equivalent to a capacitor. The drain, source, and base of the PMOS transistor 50_1 are coupled to the detection node N10. The drain, source, and base of each of the PMOS transistors 50_2~50_N are coupled to the gate of the previous PMOS transistor. The gate of the PMOS transistor 50_N is coupled to the power terminal T11.
第6圖表示根據本發明另一實施例之具有驅動電路的電子電路。參閱第6圖,更包括降壓電路60與61。降壓電路60耦接於接合墊12與電晶體元件142之間,且提供一調節電壓。降壓電路60以此調節電壓來降低接合墊12的電壓以產生輸入電壓V60,且將輸入電壓V60提供至電晶體元件142。
FIG. 6 shows an electronic circuit with a driving circuit according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, it further includes step-down
降壓電路60包括輸入節點N60A、輸出節點N60B、以及串接於輸入節點N60A與輸出節點N60B之間的複數降壓元件。輸入節點N60A耦接接合墊12,且輸出節點N60B耦接電晶體元件142的PMOS電晶體140的汲極T140B。在此實施例中,降壓電路60包括依序串接於輸入節點N60A與輸出節點N60B之間的二極體60_1~60_X,以作為降壓元件,其中,X為大於或等於1的整數。降壓元件的實際數量可依照對於調節電壓的實際需求調整。二極體60_1的陽極耦接輸入節點N60A。二極體60_2~60_X中每一者的陽極耦接前一個二極體的陰極。二極體60_X的陰極耦接輸出節點N60B。
The
二極體60_1~60_X中每一者提供於其陽極端與陰極端之間的0.7V跨壓。因此,降壓電路60的輸入節點N60A與輸出節點N60B之間的電壓差等於0.7×X。介於輸入節點N60A與輸出節
點N60B之間的電壓差則作為降壓電路60所提供的調節電壓。降壓電路60以此調節電壓來降低接合墊12的電壓以產生輸入電壓V60。
Each of the diodes 60_1~60_X provides a 0.7V voltage across its anode and cathode. Therefore, the voltage difference between the input node N60A and the output node N60B of the
根據上述,降壓電路60耦接於接合墊12與電晶體元件142之間,且其可執行降壓操作。當接合墊12上具有大電壓時,基於此降壓操作而產生的輸入電壓V60可小於接合墊12的電壓,避免電晶體元件142遭遇到接合墊12的大電壓而損壞。
According to the above, the
降壓電路61耦接於電壓追蹤電路16與共源極節點N12之間,且提供一調節電壓。在第1圖的實施例中,追蹤電壓V16是施加至共源極節點N12以作為偏置電壓V12,換句話說,偏置電壓V12等於追蹤電壓V16。而在此實施例中,降壓電路61以調節電壓來降低追蹤電壓V16以產生偏置電壓V12,且將偏置電壓V12提供至共源極節點N12。
The
降壓電路61包括輸入節點N61A、輸出節點N61B、以及串接於輸入節點N61A與輸出節點N61B之間的複數降壓元件。輸入節點N61A耦接電壓追蹤電路16以接收追蹤電壓V16,且輸出節點N61B耦接共源極節點N12。在此實施例中,降壓電路61包括依序串接於輸入節點N61A與輸出節點N61B之間的二極體61_1~61_Y,以作為降壓元件,其中,Y為大於或等於1的整數。降壓元件的實際數量可依照對於調節電壓的實際需求調整。二極體61_1的陽極耦接輸入節點N61A。二極體61_2~61_Y中每一者的陽極耦接前一個二極體的陰極。二極體61_Y的陰極耦接輸出節點N61B。
The
二極體61_1~61_Y中每一者提供於其陽極端與陰極端之間的0.7V跨壓。因此,降壓電路61的輸入節點N61A與輸出節點N61B之間的電壓差等於0.7×Y。介於輸入節點N61A與輸出節點N61B之間的電壓差則作為降壓電路61所提供的調節電壓。降壓電路61以此調節電壓來降低追蹤電壓V16以產生偏置電壓V12。
Each of the diodes 61_1~61_Y provides a 0.7V voltage across its anode and cathode. Therefore, the voltage difference between the input node N61A and the output node N61B of the
根據上述,降壓電路61耦接於電壓追蹤電路16與共源極節點N12之間,且其可執行降壓操作。當根據電壓追蹤電路16的追蹤操作所產生的追蹤電壓V16為大電壓時,基於此降壓操作而產生的偏置電壓V12可小於追蹤電壓V16,避免電晶體元件142的共源極節點N12因遭遇到大電壓而損壞。
According to the above, the
在此實施例中,降壓電路60的二極體60_1~60_X的數量等於降壓電路61的二極體61_1~61_Y的數量,即X=Y。而在其他實施例中,依據電子電路1的需求,二極體60_1~60_X的數量不等於二極體61_1~61_Y的數量。舉例來說,二極體60_1~60_X的數量大於於二極體61_1~61_Y的數量,即X>Y。
In this embodiment, the number of diodes 60_1 to 60_X of the step-
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 Although the present invention has been disclosed as above with the preferred embodiment, it is not intended to limit the present invention. Anyone familiar with this technology can make changes and modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the scope of protection of the present invention shall be subject to the scope of the patent application attached hereto.
1:電子電路
10:核心電路
11:驅動電路
12:接合墊
13:偵測電路
14:控制電路
15:功率元件
16:電壓追蹤電路
17:傳輸閘電路
130:電阻器
131:電容器
140, 141:PMOS電晶體
142:電晶體元件
150:NMOS電晶體
GND:接地端
N10:偵測節點
N11:節點
N12: 共源極節點
S10:輸入信號
SW10:切換信號
T10, T11:電源端
T140A, T141A, T150A:閘極
T140B, T141B, T150B:汲極
T140C, T141C, T150C:源極
T140D, T141D, T150D:基極
T160:輸出端
T170, T171:輸入端
T172:輸出端
V10:偵測電壓
V11:驅動電壓
V12:偏置電壓
V16:追蹤電壓
1: Electronic circuit
10: Core circuit
11: Driver circuit
12: Bonding pad
13: Detection circuit
14: Control circuit
15: Power element
16: Voltage tracking circuit
17: Transmission gate circuit
130: Resistor
131:
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