專利名稱：保護(hù)電路和采用該保護(hù)電路的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來(lái)保護(hù)內(nèi)電路免遭諸如靜電或浪涌之類的異常電壓或異常電流的保護(hù)電路，還涉及一種采用該保護(hù)電路的電路。
傳統(tǒng)的保護(hù)電路以這樣一種方式保護(hù)內(nèi)電路，即，把該保護(hù)電路接在一個(gè)地端和從內(nèi)電路伸出的外部輸入/輸出端之間，只在施加靜電或浪涌的情況下才接通該保護(hù)電路，以便使靜電或浪涌從輸入/輸出端流到地端而不流過(guò)內(nèi)電路。
圖2是一個(gè)表示含一傳統(tǒng)保護(hù)電路的電路框圖。
圖2中，把地端205、用來(lái)接電源208的外部輸入端206、和用來(lái)接外部負(fù)載209的外部輸出端207從內(nèi)電路203伸出，根據(jù)一個(gè)目的把一個(gè)特殊的功能賦予該內(nèi)電路203。把保護(hù)電路201接在地端205與外部輸入端206之間，把保護(hù)電路202接在地端205與外部輸出端207之間，從而構(gòu)成一個(gè)電路204。
當(dāng)一個(gè)高于內(nèi)電路最大工作電壓的電壓加到外部輸入端206上時(shí)，立刻接通保護(hù)電路201以流過(guò)一個(gè)電流，從而降低外部輸入端206的電壓。這樣，該保護(hù)電路保護(hù)內(nèi)電路203免遭加到外部輸入端206上的靜電或浪涌。保護(hù)電路202也以與保護(hù)電路201同樣的方式保護(hù)內(nèi)電路203免遭加到外部輸出端207上的靜電或浪涌。
圖3是表示一個(gè)傳統(tǒng)保護(hù)電路的電路圖。
圖3中，以這樣一種方式構(gòu)成保護(hù)電路301，即，把是一種MIS晶體管的增強(qiáng)型N溝道MOS晶體管302(下文稱作NMOSTr302)的漏極接到輸入端306，而把柵極、源極和襯底接到地端205。由于NMOS Tr302的柵極與源極處于相同電位，所以漏極與源極之間的溝道通常處于絕緣狀態(tài)。
參照?qǐng)D4描述圖3中所示保護(hù)電路的保護(hù)工作。
圖4是表示保護(hù)電路301的伏安特性曲線的圖。
圖4中，當(dāng)加在圖3中保護(hù)電路的輸入端306與地端205之間的電壓增大時(shí)，在該電壓超出漏極與源極之間的耐壓Vt的時(shí)候，于已處于絕緣狀態(tài)的NMOS Tr302中發(fā)生表面擊穿，并且還由保持電壓Vh導(dǎo)致一個(gè)急返。由此，使漏極與源極之間的溝道可導(dǎo)電。到這時(shí)，一個(gè)大電流通過(guò)作為保護(hù)電路301的NMOS Tr302從輸入端306流到地端205，從而降低了輸入端306的電壓。之后，當(dāng)輸入端306的電壓降到低于Vh時(shí)，NMOS Tr302再次返回到絕緣狀態(tài)，保護(hù)電路301結(jié)束保護(hù)工作。
當(dāng)調(diào)整NMOS Tr302的耐壓Vt以使它不低于內(nèi)電路203的最大工作電壓而不高于內(nèi)電路203的耐壓、并且用外部輸入端206或外部輸出端207代替輸入端306時(shí)，可以把圖3中的保護(hù)電路301用作圖2中的保護(hù)電路201或保護(hù)電路202，并且保護(hù)電路301能夠保護(hù)內(nèi)電路203免遭輸入到外部輸入端206或外部輸出端207的靜電或浪涌。
但是，在如圖3中所構(gòu)造的傳統(tǒng)保護(hù)電路301中，由于只用NMOS Tr302的一個(gè)很小的導(dǎo)電電阻限制保護(hù)工作的電流，所以往往一個(gè)大電流流過(guò)保護(hù)電路301。另外，由于很難增大導(dǎo)電電阻，而且制造半導(dǎo)體的不均勻度很大，所以就有這樣一個(gè)問(wèn)題，即，很難獲得期望值并且很難調(diào)整該電阻。
圖4中，當(dāng)把施加到輸入端306上的電壓從其中通過(guò)急返流過(guò)一個(gè)大電流的狀態(tài)進(jìn)一步增大時(shí)，如果一個(gè)電流增大以致該電流超出NMOS Tr302的容許電流Im的話，則NMOS Tr302發(fā)生熱損壞從而使它短路或處于絕緣狀態(tài)而損壞。在短路破壞的情況下，由于輸入端306與地端205短路，所以不可能把一個(gè)輸入信號(hào)加到輸入端306上，而在把內(nèi)電路接到輸入端306上的情況下，內(nèi)電路不可能正常工作。另一方面，在絕緣破壞的情況下，由于即使把一個(gè)浪涌加到輸入端306上保護(hù)電路在這之后也不工作，所以在內(nèi)電路接到輸入端306上的情況下，就會(huì)有這樣一種情況，即，浪涌加到內(nèi)電路上以致?lián)p壞內(nèi)電路。像這樣，保護(hù)電路的破壞對(duì)內(nèi)電路和由保護(hù)電路與內(nèi)電路組成的電路有相當(dāng)壞的影響。
在該傳統(tǒng)的保護(hù)電路中，由于保護(hù)工作的電阻很小，所以有這樣一個(gè)問(wèn)題，即，往往流過(guò)超過(guò)MIS晶體管容許電流的一個(gè)電流以致常發(fā)生如上所述的保護(hù)電路的破壞。另外，還有一個(gè)問(wèn)題，即，常發(fā)生由保護(hù)電路的破壞造成的內(nèi)電路的不良工作或破壞。也就是說(shuō)，有這樣一個(gè)問(wèn)題，即，防浪涌的保護(hù)限度很低以致不能獲得足夠的保護(hù)特性。
另外，在該傳統(tǒng)的保護(hù)電路中，有這樣一個(gè)問(wèn)題，即，由于很難增大和調(diào)整保護(hù)工作的電阻，所以不可能任意調(diào)整保護(hù)限度。
由于上述問(wèn)題，就有不可能提供一種具有良好安全性的電路的問(wèn)題。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是解決已有技術(shù)的以上問(wèn)題并提供一種保護(hù)電路，在該保護(hù)電路中實(shí)現(xiàn)高保護(hù)限度以防浪涌并能任意調(diào)整保護(hù)限度。
為了解決以上問(wèn)題，按照本發(fā)明的保護(hù)電路，采用這樣一種電路結(jié)構(gòu)，即，在該保護(hù)電路中設(shè)置用來(lái)調(diào)整電流的裝置，并且適當(dāng)增大保護(hù)工作期間在導(dǎo)電時(shí)的保護(hù)電路的電阻，從而不易流過(guò)大電流。
按照本發(fā)明保護(hù)電路的前述結(jié)構(gòu)，當(dāng)施加一個(gè)浪涌以使保護(hù)電路工作并且在任意待保護(hù)端與地端之間的一個(gè)部分變成導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，所述用來(lái)調(diào)整電流的裝置工作以限制流過(guò)保護(hù)電路的電流值。這樣，由于只有一個(gè)比已有技術(shù)中電流更小的電流流過(guò)保護(hù)電路，所以保護(hù)電路不易受破壞，從而可以保護(hù)內(nèi)電路免遭較大浪涌。也就是說(shuō)，可以增大保護(hù)電路的保護(hù)限度。
另外，由于能夠通過(guò)用來(lái)調(diào)整電流的裝置把流過(guò)保護(hù)電路的電流值調(diào)節(jié)到任意值，所以可以調(diào)整保護(hù)電路的保護(hù)限度。
在附圖中

圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)保護(hù)電路的電路圖；圖2是表示包括一個(gè)傳統(tǒng)保護(hù)電路的電路方框圖；圖3是表示一個(gè)傳統(tǒng)保護(hù)電路的電路圖；圖4是表示圖3中所示傳統(tǒng)保護(hù)電路的伏安特性的曲線圖；圖5是表示顯示本發(fā)明保護(hù)電路的實(shí)用性的浪涌電阻特性的圖；圖6是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的一個(gè)保護(hù)電路的電路圖；圖7是表示本發(fā)明第三實(shí)施例的一個(gè)保護(hù)電路的電路圖；圖8是表示包括本發(fā)明的一個(gè)保護(hù)電路的電路方框圖；現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)保護(hù)電路的電路圖。
在圖1中，以這樣一種方式構(gòu)成保護(hù)電路101，即，把屬于一種MIS晶體管的增強(qiáng)型N溝道MOS晶體管102(下文稱作NMOS Tr102)的漏極接到輸入端306上，把柵極、源極和襯底接到電阻103的一端上，并把電阻103的另一端接到地端205。NMOS Tr102與NMOS Tr302類似，由于柵極和源極處于相同的電位，所以漏極與源極之間的溝道常處于絕緣狀態(tài)。但是，如果一個(gè)超過(guò)NMOS Tr102的漏極與源極之間耐壓的電壓加到輸入端306上，則NMOS Tr102發(fā)生表面擊穿，然后導(dǎo)致一個(gè)急返以致使漏極與源極之間的溝道可導(dǎo)電。到這時(shí)，一個(gè)電流從輸入端306通過(guò)NMOS Tr102和電阻103流到地端205，從而降低了輸入端306的電壓。之后，當(dāng)輸入端306的電壓降到NMOS Tr102的保持電壓以下時(shí)，漏極與源極之間的溝道再次返回到絕緣狀態(tài)。這里，由于電阻103的阻值R103與NMOSTr102的導(dǎo)電阻值R102相串聯(lián)，所以流過(guò)保護(hù)電路101的電流值可由R102+R103適當(dāng)限定。
下面，為了說(shuō)明電阻103的作用，假定一個(gè)浪涌加到傳統(tǒng)保護(hù)電路301和本發(fā)明的保護(hù)電路101上，一個(gè)由該電涌產(chǎn)生的超過(guò)圖4所示的Im的電流流到圖3所示的保護(hù)電路301。在該浪涌加到傳統(tǒng)保護(hù)電路301上的情況下，保護(hù)電路301如上所述受到破壞。另一方面，在該浪涌加到本發(fā)明的保護(hù)電路101上的情況下，通過(guò)把電阻103設(shè)定到一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?，可以把在保護(hù)工作時(shí)流過(guò)的電流限制到Im或更少。如上所述，由于NMOS Tr102與NMOS Tr302類似，所以NMOS Tr102的容許電流與Im相同。這樣，保護(hù)電路101不受破壞并且能夠繼續(xù)進(jìn)行保護(hù)工作。
圖5是表示本發(fā)明的一個(gè)保護(hù)電路實(shí)用性的浪涌電阻特性圖。
圖5表示在一個(gè)浪涌加在保護(hù)電路的地端205和輸入端306之間時(shí)保護(hù)電路受到破壞的電壓與該浪涌寬度之間關(guān)系的檢驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)圖5，當(dāng)具有阻值R103的電阻由一個(gè)約230Ω的擴(kuò)散電阻制成時(shí)，與傳統(tǒng)保護(hù)電路301的浪涌電阻特性曲線“b”相比，本發(fā)明保護(hù)電路101的浪涌電阻特性曲線“a”表明其保護(hù)限度明顯地高。因而可知本發(fā)明是有實(shí)效的。
如上所述，同傳統(tǒng)的保護(hù)電路相比，本發(fā)明的保護(hù)電路能夠增大保護(hù)限度以免遭浪涌。
在傳統(tǒng)的保護(hù)電路中，由于在保護(hù)工作時(shí)的電阻值僅由NMOS Tr302的一個(gè)小導(dǎo)電電阻值構(gòu)成，所以實(shí)際上不可能增大導(dǎo)電電阻值。另外，當(dāng)考慮到經(jīng)一個(gè)半導(dǎo)體制造過(guò)程導(dǎo)電電阻值會(huì)變得不均勻時(shí)，很難在制造之后將該電阻值固定到一個(gè)目標(biāo)值并且很難調(diào)整它。另一方面，在本發(fā)明的保護(hù)電路101中，不僅能考慮到加到待保護(hù)的內(nèi)電路上浪涌的巨大而任意將電阻值R103設(shè)定到一個(gè)值，而且易于把該值固定到一個(gè)目標(biāo)值，或者易于在制造后調(diào)整該值。
由以上可知，同傳統(tǒng)的保護(hù)電路相比，在本發(fā)明的保護(hù)電路中，易于調(diào)整保護(hù)限度以免遭浪涌。
可以根據(jù)一個(gè)假定的浪涌電壓、MIS晶體管的一個(gè)保持電壓和一個(gè)容許電流大致地計(jì)算電阻值R103。
如果滿足以下的不等式R103＞(假定的浪涌電壓-保持電壓)/容許電流(1)那么即使施加了假定的浪涌電壓，也不會(huì)破壞保護(hù)電路101。因而最好R103滿足以上不等式。
但是，即使?jié)M足了公式(1)，如果R103太大，那么輸入端306的電壓就會(huì)增大，直到該浪涌的能量已通過(guò)保護(hù)電路101完全流到地端為止。如果輸入端306的電壓超過(guò)待保護(hù)的、接到該輸入端上的內(nèi)電路的耐壓，那么就會(huì)破壞內(nèi)電路。因而更加優(yōu)選的作法是R103滿足不等式(1)，并且把R103設(shè)定到一個(gè)盡可能小的值。
圖6是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的一個(gè)保護(hù)電路的電路圖。
在圖6中，以這樣一種方式構(gòu)成保護(hù)電路601，即，把屬于一種MIS晶體管的增強(qiáng)型P溝道MOS晶體管602(下文稱作PMOS Tr602)的漏極接到地端205，把該晶體管602的柵極、源極和襯底接到電阻603的一端，而把電阻603的另一端接到輸入端306上。
保護(hù)電路601也能進(jìn)行與保護(hù)電路101相同的保護(hù)工作，并能獲得同樣的效果。
圖7是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例的一個(gè)保護(hù)電路的電路圖。
在圖7中，把電阻704插在保護(hù)電路的輸入端306與NMOSTr102的漏極之間以構(gòu)成保護(hù)電路701。
保護(hù)電路701也能進(jìn)行與保護(hù)電路101相同的保護(hù)工作，并獲得同樣的效果。
像這樣，如果本發(fā)明的保護(hù)電路具有一個(gè)結(jié)構(gòu)以使流到MIS晶體管上的電流調(diào)整到擊穿狀態(tài)下MIS晶體管的容許電流或更少，這就足夠了，而且作為用來(lái)調(diào)整電流的手段，除了在各實(shí)施例中所示的電阻外，可以采用任何電路結(jié)構(gòu)。把MIS晶體管的柵極電壓設(shè)定到一個(gè)電壓以使MIS晶體管的漏極與源極之間的溝道關(guān)斷，這就足夠了，并且除了如本實(shí)施例中接到源端之外，還可以采用任何的電路結(jié)構(gòu)。
當(dāng)把MIS晶體管的耐壓調(diào)整到內(nèi)電路203的最大工作電壓之上和內(nèi)電路203的耐壓之下時(shí)，可以把本發(fā)明的任何一個(gè)保護(hù)電路用作圖2中的保護(hù)電路201或保護(hù)電路202，并且由外部輸入端206或外部輸出端207代替輸入端306。這樣，保護(hù)電路能夠保護(hù)內(nèi)電路203免遭輸入到外部輸入端206和外部輸出端207上的靜電或浪涌。以同樣的方式，該保護(hù)電路可以廣泛地用于其它電路的輸入與輸出端的保護(hù)。
圖8是其中采用了本發(fā)明保護(hù)電路的一個(gè)電路的方框圖。
在圖8中，內(nèi)電路403是一個(gè)根據(jù)其目的賦予它一個(gè)特定功能的電路。從該電路中伸出一個(gè)地端405、一個(gè)用來(lái)接電源408的外部輸入端406、和一個(gè)用來(lái)接外部負(fù)載409的外部輸出端407。將本發(fā)明的保護(hù)電路101接在地端405和外部輸入端406之間，而且還將本發(fā)明的保護(hù)電路102接在地端405和外部輸出端407之間。電路404由以上各電路組成。
根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)電路，同已有技術(shù)相比，由于保護(hù)工作時(shí)的電阻很大，所以一個(gè)大于MIS晶體管容許電流的電流不能順利地流過(guò)。這樣，本發(fā)明具有不易發(fā)生保護(hù)電路損壞的效果。另外，本發(fā)明具有不易發(fā)生因保護(hù)電路的損壞而造成的內(nèi)電路的不良工作或損壞的效果。也就是說(shuō)，本發(fā)明具有抗電涌的保護(hù)限度很高并且能獲得足夠的保護(hù)性能的效果。
另外，在本發(fā)明的保護(hù)電路中，由于易于增大和調(diào)整保護(hù)工作時(shí)的電阻，所以本發(fā)明具有能任意調(diào)整保護(hù)限度的效果。
由于有前述效果，本發(fā)明具有能提供具有改進(jìn)的安全性的電路的效果。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)保護(hù)一個(gè)電路免遭異常電壓或異常電流的保護(hù)電路，包括至少一個(gè)MIS晶體管；和用來(lái)調(diào)整流過(guò)該MIS晶體管的電流的裝置，其中把該MIS晶體管的柵極電壓設(shè)定在一個(gè)電壓，在該電壓處該MIS晶體管的漏極與源極之間的溝道是關(guān)斷的。
2.一種按照權(quán)利要求1的保護(hù)電路，其中所述用來(lái)調(diào)整流過(guò)該MIS晶體管的電流的裝置是串聯(lián)連接到該MIS晶體管的源極、漏極上或接到該源極和該漏極這兩個(gè)上的至少一個(gè)電阻。
3.一種按照權(quán)利要求2的保護(hù)電路，其中所述電阻的電阻值R滿足以下公式R＞(A-B)/C這里，A是進(jìn)行保護(hù)所要防止的一個(gè)浪涌電壓，B是在該MIS晶體管擊穿時(shí)的一個(gè)保持電壓，C是該MIS晶體管的一個(gè)容許電流。
4.一種采用按照權(quán)利要求1、2或3的一個(gè)保護(hù)電路的電路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有防浪涌的高保護(hù)限度和調(diào)整該保護(hù)限度的能力的保護(hù)電路。保護(hù)電路101以這樣一種方式構(gòu)成,即,把增強(qiáng)型N溝道MOS晶體管102的漏極接到輸入端306,把其柵極和源極接到電阻103的一端,而把電阻103的另一端接到地端205。這樣,在該保護(hù)電路101中設(shè)置了用來(lái)調(diào)整電流的裝置,以便適當(dāng)增大保護(hù)工作時(shí)保持電路101的電阻以獲得一個(gè)電路結(jié)構(gòu),在該電路結(jié)構(gòu)中不易流過(guò)大電流。
文檔編號(hào)H01L27/04GK1213879SQ9812079
公開(kāi)日1999年4月14日 申請(qǐng)日期1998年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月26日
發(fā)明者桜井敦司 申請(qǐng)人:精工電子工業(yè)株式會(huì)社