用于具有正反馈的瞬态过载保护的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及电子系统，更具体地，涉及瞬态过载保护电路。
【背景技术】
[0002]某些电子系统可能被暴露于瞬态过载事件，或持续时间短、具有快速变化的电压和高功率的电信号。瞬态过载事件可以包括，例如，从物体或人到电子系统电荷的突然释放所引起的静电放电(ESD)事件。
[0003]由于过压条件和在1C的相对小的区域内的高功率耗散，瞬态过载事件可以破坏集成电路(1C)。高功率耗散可以增加集成电路的温度，并且可能导致许多问题，如栅极氧化物击穿、结损伤、金属损害以及表面电荷积聚。
【发明内容】
[0004]在一个方面，装置包括配置以生成检测电流，响应于在第一节点和第二节点间检测到的瞬态过载事件，具有导通状态和关断状态的钳位电路，其中当钳位电路处于导通状态时，分路电流电流流经在第一节点和第二节点之间的钳位电路，配置以根据分路电流电流生成正反馈电流的感测反馈电路，和被配置以接收组合电流的偏置电路。组合电流是基于检测电流和正反馈电流的，并且偏置电路被配置以根据组合电流控制在导通状态或关断状态中钳位电路的运作。
[0005]在另一方面，集成电路包括:第一触点、第二触点、在第一和第二触点间电连接的内部电路和保护电路。保护电路包括经配置以生成响应于在第一和第二触点间检测到的瞬态过载事件的检测电流，电连接在第一和第二触点间的钳位电路，其中分路电流流经钳位电路，当钳位电路被接通时，被配置以根据分路电流电流生成正反馈电流的感测反馈电路，和配置以接收对应于检测电流和正反馈电流和的组合电流的偏置电路。偏置电路被配置以根据组合电流接通或关断钳位电路。
[0006]在另一方面，提供了用于保护集成电路免受瞬态过载事件的方法。该方法包括:使用瞬态检测电路，检测第一节点和第二节点间的瞬时过载事件的存在，使用瞬态检测电路，生成检测电流响应于瞬态过载事件，组合检测电流与正反馈电流以生成组合电流，使用偏置电路，根据组合电流控制钳位电路为导通状态或关断状态，并且使用感测反馈电流，根据分路电流生成正反馈电流。
【附图说明】
[0007]图1是根据一个实施例，主动控制保护电路的示意图。
[0008]图2是根据一个实施例，主动控制保护电路的电路图。
[0009]图3是根据另一实施例，主动控制保护电路的电路图。
[0010]图4是根据另一实施例，主动控制保护电路的电路图。
[0011]图5是根据另一实施例，主动控制保护电路的示意图
[0012]图6是根据另一实施例，主动控制保护电路的电路图。
[0013]图7是根据另一实施例，主动控制保护电路的电路图。
[0014]图8A-8D示出的集成电路(IC)的各种实例的示意图，其中一个或多个保护电路可以被包括。
【具体实施方式】
[0015]某些实施例的以下详细描述呈现了本发明的具体实施例的各种描述。然而，本发明可以以由权利要求书所定义和涵盖的多种不同的方式予以体现。在此描述中，参考了附图，其中相似的附图标记可以指示相同或功能相似的元件。
[0016]某些电子系统包括保护电路以保护电路或其中的组件免受瞬态过载事件。此外，为了帮助保证电子系统的可靠性，制造商可以在已定义压力状态下测试电子系统，它可以通过由各种组织，例如电子器件工程联合委员会(JEDEC)、国际电工委员会被测电子系统(IEC)以及汽车工程协会(AEC)所制定的标准来描述。这些标准能够涵盖广泛众多的瞬态过载事件，包括ESD。
[0017]具有正反馈的瞬态过载保护电路的概述
[0018]用于具有正反馈的瞬态过载保护电路的装置和方法在本文中被提供。在某些配置中，保护电路包括瞬态检测电路、偏置电路、钳位电路和当钳位电路钳位时，生成正反馈电流的感测反馈电路。瞬态检测电路能够检测第一节点和第二节点间接收的瞬态过载事件的存在，并且能够生成检测电流响应于检测到瞬时过载事件。检测电流和正反馈电流可以被组合以生成组合电流。此外，偏置电路可以接收组合电流，并且可以导通或激活钳位电路，响应于组合电流。因此，瞬态检测电路检测到瞬态过载事件时，偏置电路可以接通钳位电路在第一和第二节点间提供低阻抗路径。另外，当瞬态过载事件存在和钳位电路钳位时，感测反馈电路可以生成正反馈电流，它可以在瞬态过载事件持续时间内保持钳位电路处于接通。
[0019]通过以这种方式提供正反馈，感测反馈电路可以动态控制钳位电路在瞬态过载事件期间被激活的持续时间。特别是，在瞬态过载事件期间，感测反馈电路可以提供正反馈，它可以保持钳位电路接通，同时足够幅度的分路电流流经钳位电路，即使瞬态检测电路关断检测电流。因此，钳位电路可以在不依赖于瞬态检测电路的时间常数的持续时间内被接通。
[0020]本发明的主动控制的保护电路可以提供鲁棒的过压保护，例如，
[0021]在ESD事件的尾端期间的鲁棒保护。在IC中包括这样的保护电路可以使用低电压器件，包括，例如，薄氧化物场效应晶体管(FET)和/或电压敏感型异质结双极型晶体管，如硅锗(SiGe)双极型晶体管实现更高压的操作。
[0022]图1是根据一个实施例，主动控制保护电路20的示意图。保护电路20包括瞬态检测电路11、电流组合节点12、偏置电路13、钳位电路14和感测反馈电路15。保护电路20在第一节点I和第二节点间提供瞬态过载保护。
[0023]在某些实现中，第一和第二节点1、2可以分别对应集成电路(IC)的功率高电源引脚或触点和功率低电源触点。因此，保护电路20可以被用来为IC的电源轨提供瞬态过载保护。然而，其它配置是可能的，包括，例如，其中保护电路20在输入/输出(I/O)触点和功率低电源触点间、在功率高的电源触点和I/o触点间和/或第一 I/O触点和第二 I/o间触点间提供保护。
[0024]瞬态检测电路11电连接在第一和第二节点1、2间，并且生成检测电流IDET，响应于在第一和第二节点1、2间检测到的瞬态过载事件。例如，在某些配置，瞬态检测电路11可以观测到第一和第二节点1、2间的电压变化率，并且能生成检测电流IDET，当检测到合格的瞬态过载事件时。然而，瞬态检测电路11可以根据潜在地损坏敏感电子产品的瞬态过载事件的多种检测条件，包括，但不限于，测量功率、电压、电流和/或电荷，检测瞬态过载事件。
[0025]在某些实现中，瞬态检测电路11可以被配置以生成检测电流IDET当瞬态检测电路11在第一节点1和/或第二节点2的足够时间内检测到快速变化的电压时。例如，瞬态检测电路11可以被配置以激活，用于具有时间长度在大约1纳秒到1000纳秒范围，在约0.1V/ns到lOOV/ns范围内电压变化率的瞬态过载事件。第一和第二节点1、2上标称信令状态存在，包括，例如，与1C上电相关的信号条件，瞬态检测电路11可以控制检测电流IDET到与没有瞬态过载事件相关的水平，例如，约0毫安的电流水平。
[0026]在某些配置中，瞬态检测电路11可以在检测到瞬态过载事件后生成检测电流IDET，并且检测电流IDET可以在预定时间内保持激活，例如，约1纳秒到1000纳秒的时间范围内。在某些实现中，在瞬态检测电路11检测到瞬态过载事件后，检测电流IEDT保持有效的持续时间可以基于瞬态检测电路11的时间常数，例如电阻电容(RC)时间常数。
[0027]在所示的配置中，偏置电路13可以根据对应于来自瞬态检测电路11的检测电流IDET和来自感测反馈电路15的正反馈电路IPFBK的和的组合电流I eMBINED接通或关断钳位电路14。当检测电流IDET由瞬态检测电路11生成时，组合电流I _BINED能够具有足够的电流水平用于偏置电路13接通钳位电路14以在第一和第二节点1、2间提供低阻抗路径。
[0028]然而，在瞬态过载事件的检测之前，钳位电路14可以运作在低漏/高阻抗状态(或关断状态)。关断状态的阻抗可以是在，例如，在约0.16Ω至约10GQ的范围内，从而当保护电路20非激活时，提供较低的静态功耗。当瞬态过载事件的检测满足一个或多个信令条件时，例如特定的电压变化率，瞬态检测电路11可以生成特定持续时间的检测电流IDET。此后，偏置电路13可以接通钳位电路14，响应于检测电流IDET。当钳位电路14被接通时，钳位电路14能够在高电流/低阻抗状态(或导通状态)运作，其中钳位电路14提供从第一节点1到第二节点2的低阻抗路径。在某些配置中，钳位电路14的导通状态的阻抗可以在约1Ω至约10 Ω的范围内。
[0029]当钳位电路14导通并且瞬态过载事件存在时，分路电流ISH■可以流经由第一和第二节点之间钳位电路14提供的低阻抗路径。分路电流ISH■通过分流电荷，否则可能导致电压积累和1C损坏，可以被用于防止在第一节点的过压条件。
[0030]钳位电路14可以以各种方式来实现。例如，钳位电路14可以包括一个或多个双极型晶体管和/或场效应晶体管(FET)，接通以响应于由偏置电路13生成的偏置信号。在某些配置中，钳位电路14可以包括在第一节点1和第二节点2之间被堆叠或串联布置的两个或更多个晶体管以限制在每个晶体管的最大电压，当第一和第二节点1、2之间不存在瞬态过载事件时。
[0031]尽管瞬态检测电路11可以用来检测瞬态过载事件的到达和/或存在，瞬态检测电路11可能无法在事件的整个期间保持有效。例如，在一个实例中，瞬态检测电路11可以被实现以在预定的时间内激活检测电流IDET。在另