專利名稱：用于光電子器件的故障保護(hù)器及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及保護(hù)光電子器件免受電感應(yīng)損壞，例如由靜電放電和功率浪涌引起的 損壞，該功率浪涌能夠在功率升高和功率下降時(shí)序期間出現(xiàn)。
背景技術(shù)：
包含發(fā)光二極管(LED)、激光二極管等的光電子器件，是每天生活中不斷增加的部 分。確實(shí)，當(dāng)人們經(jīng)歷他們生活的一天的過程時(shí)，他們會(huì)碰到或許數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)LED和激
光二極管。使用LED的老生常談的例子，包含報(bào)警時(shí)鐘顯示器、消費(fèi)者電子器件的簡單顯示 器、大規(guī)模TV類顯示器和甚至街道交叉路口的交通信號(hào)燈。使用激光二極管的例子，包含 超市條碼掃描器、激光指針、結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)器件和警用交通雷達(dá)。大多數(shù)光電子器件如果超過它們的標(biāo)稱電壓或電流參數(shù)，能夠容易被損壞。事實(shí) 上，含有光電子器件的產(chǎn)品常常似乎沒有明顯誘因便神秘地失效。這些器件失效模式的周 密深入考察，已經(jīng)揭示在功率升高/下降時(shí)序期間的功率浪涌和靜電放電(ESD)事件，是光 電子器件失效的兩個(gè)主要原因。當(dāng)在產(chǎn)品上的電源被接通或斷開時(shí)，內(nèi)部電路能夠在它們的規(guī)定內(nèi)部電源范 圍以外工作一段短暫的時(shí)間段。作為一個(gè)例子，激光二極管驅(qū)動(dòng)器中使用的軌對(duì)軌 (rail-to-rail)運(yùn)算放大器，可以被規(guī)定工作在從2. 7到5. 5伏的電源范圍。但生產(chǎn)商對(duì) 該運(yùn)算放大器在0到2. 7伏的電源電壓之間將如何動(dòng)作不作保證或表述。正因如此，電流 或電壓調(diào)節(jié)電路可以在功率升高和功率下降期間失去平衡，并常常把過電流或過電壓狀況 加到集成在產(chǎn)品內(nèi)的光電子器件上。這些過電流或過電壓狀況可以使該光電子器件受力， 以致每次功率升高和功率下降循環(huán)以器件疲勞形式積累。最后，該光電子器件可以因疲勞 而失效，導(dǎo)致用戶經(jīng)歷的所謂神秘的失效。靜電放電(ESD)也可以導(dǎo)致神秘的器件失效，而ESD有許多方式可以與產(chǎn)品接觸。 最常見的生成ESD方式之一是當(dāng)人在鋪地毯的樓板上走過，然后與某些東西接觸時(shí)出現(xiàn)。 放電能夠出現(xiàn)在任何被接觸的物體上，范圍從對(duì)ESD不敏感的物體，諸如門把手，到對(duì)ESD 非常敏感的物體，諸如電子產(chǎn)品。研究已經(jīng)表明，當(dāng)ESD放電出現(xiàn)時(shí)，放電電壓能夠分布在4000直到高達(dá)32，000伏 DC之間的任何值，取決于周圍環(huán)境的狀況，所穿的衣服，地板表面種類和其他因素。當(dāng)被設(shè) 計(jì)成以2. 2伏端子電壓工作的光電子器件經(jīng)歷數(shù)千伏ESD放電時(shí)，結(jié)果能夠是毀滅性的。激光二極管通常作為兩種不同損壞機(jī)理的結(jié)果而失效。損壞機(jī)理之一與光學(xué)有 關(guān)，并當(dāng)激光二極管正在產(chǎn)生光(稱為“激射”)，且光學(xué)能量密度超過激光二極管的完整反 射鏡的反射能力時(shí)出現(xiàn)。當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)，被作成反射鏡的表面永遠(yuǎn)失去它的反射性，而 該激光二極管不再適當(dāng)?shù)仄鹱饔?。這種情況可以被想象為激光變得這樣強(qiáng)，以致它使反射 鏡表面汽化。第二種損壞機(jī)理與激光二極管的PN結(jié)本身的失效有關(guān)。嚴(yán)重的過電流或過 電壓的功率浪涌能夠引起局部受熱和其他有害現(xiàn)象，這在極端狀況下，能夠?qū)嶋H上使激光二極管芯片碎裂。顯然，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，激光二極管不再起作用。這些損壞機(jī)理兩者能 夠被過電壓或過電流狀況誘發(fā)。低功率的激光二極管，即，光輸出功率在約200mW以下的激光二極管，對(duì)ESD特別 敏感。這是因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計(jì)成固有地快速器件。實(shí)際上，低功率激光二極管常常被直接調(diào) 制并用于有千兆赫數(shù)據(jù)速率范圍的光纖通信。因此，激光二極管的PN結(jié)和光學(xué)元件對(duì)電 壓或電流的變化能夠非常迅速地反應(yīng)。這樣，為了有效，ESD保護(hù)器件和方法最好是通過把 防止過電壓或過電流狀態(tài)的發(fā)生放在第一位，不是通過在它一旦已經(jīng)出現(xiàn)時(shí)才對(duì)它作出反 應(yīng)，作為提前的主動(dòng)措施被實(shí)施。圖1示出典型低功率激光二極管的電流對(duì)電壓的分布圖。從圖可見，該分布圖類 似于其他類型的二極管和半導(dǎo)體器件的分布圖。從零伏開始，在電壓上施加增量的正增加 (即，那些趨向于使激光二極管正向偏置的電壓)，有非常小的電流流量，直至到達(dá)約1.8 伏。更多的增量的正增加從約1.8伏起使電流的流量按粗略的指數(shù)率增加。然而，該激光 二極管沒有發(fā)射激光，直至電流超過“激射閾值”，就這里所指的激光二極管，該“激射閾值” 出現(xiàn)在約30毫安及約2. 2伏上。對(duì)電壓上進(jìn)一步的增量的正增加，電流流量繼續(xù)增加，同時(shí)該激光二極管發(fā)射的 光功率按粗略地與電流成比例的速率增加。一旦達(dá)到某一特定激光二極管的最大設(shè)計(jì)電流 (對(duì)本激光二極管，該最大設(shè)計(jì)電流約35毫安和2. 4伏)，電流的進(jìn)一步增加將很可能產(chǎn)生 由上述損壞機(jī)理之一或兩者引起的失效。因此，重要的是，對(duì)特定的二極管，要完全防止電 壓從而防止電流的增加超出絕對(duì)最大額定值。在大多數(shù)情形下，如果該絕對(duì)最大額定值被 超過，那怕是一段短暫的時(shí)間段，低功率激光二極管將被破壞。本文中術(shù)語“正的ESD”被用于指其電壓極性傾向于使激光二極管正向偏置的 ESD，而“負(fù)的ESD”指其電壓極性傾向于使激光二極管反向偏置的ESD。在此指出，圖1只示出正電壓，就是說，使激光二極管正向偏置的電壓的電流對(duì)電 壓的分布圖。激光二極管制造商建議，要避免負(fù)的的電壓，就是說，傾向于使激光二極管反 向偏置的電壓。示例性激光二極管的數(shù)據(jù)單列出2伏的絕對(duì)最大反向電壓。為了保護(hù)該激光二極管不被ESD損壞，該保護(hù)裝置應(yīng)限制正電壓在約2. 4伏和負(fù) 電壓在約2. 0伏或更小。遍及本討論的剩余部分這些電壓都被用作參考。為了評(píng)價(jià)ESD保護(hù)方案的效率，采用有助于示出和理解ESD事件期間所經(jīng)歷的電 壓及電流電平的電路模型是有用的。有諸多所謂“人體模型”用于ESD的評(píng)價(jià)，而有用的一 個(gè)被示于圖2，其中表明150皮法的電容器被充電到預(yù)定的電壓，該電容器與330歐姆的電 阻器串聯(lián)，后者再被連接到待測試中的器件(DUT)。該模型也可以是IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)所 使用人體模型。如上所述，ESD事件的電壓電平范圍從約4000到約32，000伏DC。然而，為 模擬ESD事件的目的，常用的代表電壓是15，000伏?？疾煸撊梭w模型，該電容器被充電達(dá)15，000伏，用人體模型的330歐姆的串聯(lián)電 阻器通過激光二極管放電，能夠看到，該激光二極管在放電期間將經(jīng)歷超過45安培的電 流。簡單的R/C分析表明，這一放電發(fā)生在非常短暫的時(shí)間段上，不大于數(shù)十納秒。已經(jīng)觀 察到真實(shí)世界的ESD事件是在1到2納秒范圍內(nèi)。因此，為了有效，ESD保護(hù)裝置必須在納 秒范圍內(nèi)作出反應(yīng)，而且還有在從約20MHz到IGHz范圍的有效頻率帶寬。使用圖2所示的人體模型作為指導(dǎo)，能夠看到，如果ESD保護(hù)方案作為無源裝置被實(shí)施，并與激光二極管并聯(lián)放置，那么它必須有小于44毫歐姆的有效阻抗，以便保護(hù)其 絕對(duì)最大反向偏置電壓為2.0伏并且其正向偏置極限相同的激光二極管。數(shù)學(xué)計(jì)算是 (15，000伏/(330歐姆+44毫歐姆))X44毫歐姆=1. 99伏。在本領(lǐng)域當(dāng)前的狀態(tài)內(nèi)，有諸多ESD保護(hù)裝置被用于保護(hù)激光二極管的目的，并 為了把該保護(hù)裝置定位到靠近該激光二極管，這些保護(hù)裝置常常被嵌入在可以被定位在遠(yuǎn) 離激光二極管驅(qū)動(dòng)器電路的“頭部”內(nèi)。圖3示出熟知的被用于保護(hù)激光二極管的ESD保護(hù)裝置之一。在該方案中，該頭 部內(nèi)的電阻器被直接跨接在激光二極管端子之間，并通常有大致100歐姆的電阻。使用圖1的人體模型作為指導(dǎo)，容易看到，該保護(hù)裝置不是有效的。如在上面所討 論的，對(duì)15，000伏的ESD事件，電阻必需小于44毫歐姆，以便防止激光二極管電壓超過2. 0 伏的最大反向偏置電壓和超過類似的正向偏置電壓。如果使用100歐姆的電阻器，它將允 許(15，000伏/(330歐姆+100歐姆))X 100歐姆=3488伏的浪涌進(jìn)入該激光二極管。因 為該電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過典型的2. 2伏激射閾值或2. 0伏最大反向偏置電壓，這樣幾乎肯定毀壞 該激光二極管。雖然似乎該100歐姆電阻器可以簡單地用44毫歐姆電阻器代替，但這是不 切實(shí)際的，因?yàn)檫@意味著在工作期間，遠(yuǎn)比該激光二極管本身消耗的功率大得多的功率被 消耗在該保護(hù)電阻器的工作上。圖4示出當(dāng)前正在使用的類似的方案，但其中用電容器取代電阻器這一點(diǎn)除外。 在該應(yīng)用中，典型的電容器值的范圍從數(shù)百納法到數(shù)微法。乍一看，1微法的電容器似乎足 以限制15，000伏的ESD事件超過2. 0伏的最大反向偏置電壓和類似的正向偏置極限。然 而，在實(shí)際生活中，還沒有已知存在的具有純粹電容性特征的電容器。所有已知的真實(shí)世界的電氣部件都有寄生的性質(zhì)。小的電容器能夠用與串聯(lián)了寄 生電感的寄生電阻串聯(lián)的標(biāo)稱電容來模擬。正如所討論的，ESD事件發(fā)生在數(shù)納秒直到數(shù) 十納秒的范圍內(nèi)；因此，與之相當(dāng)?shù)念l域是約20MHz到1GHz。因此，為了有效地保護(hù)激光二 極管，電容器的阻抗必需在約20MHz到IGHz之間小于44毫歐姆。普通的1微法電解電容 器有等效串聯(lián)電阻1歐姆和等效串聯(lián)電感約15納亨。該組合清楚地給出大于44毫歐姆的 阻抗。雖然最好的1微法鉭電容器有接近50毫歐姆的等效串聯(lián)電阻，但它們的等效串聯(lián)電 感常常至少1納亨，這樣在IGHz上給出超過6歐姆的阻抗。是否實(shí)際存在在所考慮頻率范 圍內(nèi)的其阻抗為44毫歐姆的電容器尚不清楚。然而，即便使用有效地保護(hù)激光二極管以防 ESD的完美電容器，但這樣的電容也使激光二極管的直接調(diào)制格外困難，尤其是在高調(diào)制頻 率上。因此，該簡單的電容性方案存在明顯的缺點(diǎn)。圖5示出另一種通常用于保護(hù)激光二極管的ESD保護(hù)裝置。在該方案中，肖特基 二極管被放置成與激光二極管并聯(lián)。然而，該技術(shù)有若干問題。首先，大多數(shù)肖特基二極管 不被設(shè)計(jì)成處理高達(dá)50安培的納秒脈沖。在本發(fā)明人自己用人體模型的測試中，許多肖特 基二極管它們自身被ESD事件損壞。因此，如果合適作為ESD保護(hù)裝置的器件被ESD事件 損壞，該裝置可以被認(rèn)為是無效的ESD保護(hù)裝置。其次，且更為重要的是，這樣一種配置只 保護(hù)激光二極管免受負(fù)的ESD事件(即，那些傾向于反向偏置激光二極管的事件)。正的 ESD事件被允許通過該激光二極管而不被肖特基二極管衰減。因此，充其量，肖特基二極管 是不完整的ESD保護(hù)裝置。圖6示出類似的方案，但其中用齊納二極管取代肖特基二極管這一點(diǎn)除外。該技術(shù)有若干問題。一個(gè)問題是，齊納二極管是慢得出了名的器件，從而不能對(duì)ESD事件期間遇 到的納秒級(jí)脈沖作出反應(yīng)。第二個(gè)且更為嚴(yán)重的問題是，選擇充分接近激光二極管的正向 偏置激射閾值的齊納電壓，且它的齊納電壓在激光二極管可能經(jīng)歷的全部溫度范圍上跟蹤 激光二極管的激射閾值，相信是不可能的。圖7示出另一種通常用于保護(hù)激光二極管免受ESD的方案。在該方案中使用“開 關(guān)”，并橫跨激光二極管的端子放置。該“開關(guān)”常常作為繼電器實(shí)施，但其中該“開關(guān)”被 實(shí)施的實(shí)施方案被稱為耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。這種想法是，該 “開關(guān)”應(yīng)當(dāng)是“常閉”的，就是說，在沒有功率向激光二極管或激光二極管驅(qū)動(dòng)器電路供應(yīng) 時(shí)，該“開關(guān)”使激光二極管端子短路，以便使ESD被該“開關(guān)”而不是激光二極管引導(dǎo)。當(dāng)沒有功率被施加到該系統(tǒng)時(shí)有起作用的ESD保護(hù)裝置，確實(shí)是理想的，因?yàn)閷?屢都是在ESD事件發(fā)生的同時(shí)該系統(tǒng)電源被斷開。然而，該“開關(guān)”方案有若干重要的缺點(diǎn)， 這些缺點(diǎn)將分開地對(duì)繼電器和對(duì)耗盡型MOSFET情形討論。正如所討論的，任何無源技術(shù)的阻抗必需小于44毫歐姆，以便有效地防止15，000 伏的ESD事件超過典型的低功率激光二極管的典型的2伏最大反向偏置電壓和類似的正向 偏置極限。如果該“開關(guān)”被作為繼電器實(shí)施，則在繼電器的整個(gè)壽命中，接觸電阻、以及任 何印刷電路板(PCB)跡線和其他從繼電器引向激光二極管的互連線電阻，必需總體地小于 44毫歐姆。作為繼電器，在它們的壽命期間反復(fù)不斷地?cái)嚅_和閉合，它們的觸點(diǎn)會(huì)磨耗，且有 可能隨著繼電器的老化，觸點(diǎn)電阻加上互連電阻將超過44毫歐姆。此外，在其中該繼電器 被閉合的ESD事件期間，達(dá)到50安培或更高可能被繼電器觸點(diǎn)引導(dǎo)。重復(fù)的ESD事件導(dǎo)致 繼電器觸點(diǎn)的磨損侵蝕和繼電器的最后失效。此外，在ESD事件期間，圍繞繼電器幾何結(jié)構(gòu) 內(nèi)相對(duì)長的導(dǎo)線以及觸點(diǎn)自身建立起磁場。該磁場可能耦合到附近的PCB跡線和到繼電器 線圈，有效地使耦合ESD到也可能對(duì)ESD敏感的電路的其他部分。因此，即使該激光二極管 自身被保護(hù)，但ESD證明對(duì)激光二極管驅(qū)動(dòng)電路成為破壞性的。當(dāng)耗盡型MOSFET被用作“開關(guān)”并當(dāng)電源是斷開時(shí)，柵極和源極端子是在相同的 (零)電壓電勢上。這樣會(huì)把耗盡型MOSFET “接通”，從而有助于引導(dǎo)ESD穿越MOSFET的 端子而不是激光二極管。遺憾的是，耗盡型MOSFET的典型接通電阻是在數(shù)歐姆的范圍。示 例性器件有6歐姆的RDS (on)。如所討論的那樣，該電阻必需小于44毫歐姆，以便保護(hù)典型 激光二極管避免15，000伏的ESD事件。因此，耗盡型MOSFET對(duì)15，000伏的ESD事件不是 有效的ESD保護(hù)裝置。無論該“開關(guān)”是否作為繼電器被實(shí)施，MOSFET或一些其他器件，對(duì)該方案有另一 個(gè)缺點(diǎn)。該“開關(guān)”方案一般適用于其電源被斷開的系統(tǒng)。一旦該系統(tǒng)的電源被接通，該開 關(guān)被斷開并且該激光二極管被允許變成工作的。如果ESD事件發(fā)生的同時(shí)該激光二極管是 工作的并激射，則該“開關(guān)”將沒有作用并且將不保護(hù)該激光二極管避免ESD。圖8示出又另一種通常用于保護(hù)激光二極管免受ESD的方案。在該方案中，多層變 阻器被放置成與激光二極管并聯(lián)。多層變阻器是其電阻變化的器件，它的電阻隨橫跨端子 之間出現(xiàn)的電壓的增加而非線性下降。雖然多層變阻器的響應(yīng)時(shí)間在納秒范圍，但它們的 擊穿電壓(變阻器在該電壓上從高電阻過渡到低電阻)典型地大大超過典型低功率激光二 極管的2. 2伏激射閾值或2. 0伏最大反向偏置電壓。本發(fā)明人尚不知道其擊穿電壓在3. 6以下的多層變阻器。因此，本發(fā)明人不相信該方案在防止低功率、快速響應(yīng)的激光二極管在 避免被15，000伏ESD損壞中是完全有效的。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)前發(fā)明的器件有利地通過防止反向偏置電壓超過激光二極管制造商規(guī)定的絕 對(duì)極大值，最好是在所有情況下，克服先前已知技術(shù)的問題。它還防止ESD或其他與功率有 關(guān)的故障超過(并在許多情形中，甚至達(dá)到)激光二極管的最大正向偏置電壓。本發(fā)明能 在這樣做的同時(shí)不把顯著的電阻或電容添加到該激光二極管，從而不使驅(qū)動(dòng)該激光二極管 的任務(wù)變復(fù)雜。本發(fā)明針對(duì)用于保護(hù)激光二極管避免因ESD引起的損壞的器件和方法。雖然本文 主要討論的是激光二極管，但類似的故障率、失效模式和保護(hù)方案，對(duì)許多類型的光電子器 件，包含LED，都是同樣有效的。再者，雖然本發(fā)明是在ESD是過電壓狀態(tài)的原因的語境下討 論，但這些狀態(tài)也能夠被其他類型的功率浪涌引起，其他類型的功率浪涌包含那些在通電 和斷電時(shí)序期間出現(xiàn)的功率浪涌。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)用于光電子器件的故障保護(hù)器。該故障保護(hù)器包 括MOSFET和與之并聯(lián)的體二極管。該故障保護(hù)器還可以包括連接在該MOSFET的漏極和 柵極之間的電容器。在某些實(shí)施例中，電阻器可以被連接在該MOSFET的柵極和源極之間。 MOSFET的漏極可連接到光電子器件的第一端子，而MOSFET的源極可連接到光電子器件的 不同于第一端子的第二端子。有熟知的激光二極管驅(qū)動(dòng)器配置，其中該激光二極管的陽極被接地而驅(qū)動(dòng)電流被 加到陰極，有其他配置，其中激光二極管的陰極被接地而驅(qū)動(dòng)電流被加到陽極，且仍有其他 配置，其中沒有一個(gè)激光二極管的端子被接地，而是在電流監(jiān)控電路之間浮動(dòng)，或甚至在串 聯(lián)的串內(nèi)其他的激光二極管之間浮動(dòng)。因?yàn)楸景l(fā)明的器件被直接跨接在激光二極管自身的 端子之間，所以能保護(hù)激光二極管，與驅(qū)動(dòng)器配置或接地取向無關(guān)。此外，某些已知的ESD保護(hù)方案假定，該ESD只到達(dá)激光二極管的一個(gè)端子，例如 只到陽極，從而假定只有陽極需要被保護(hù)，這與當(dāng)前發(fā)明的器件保護(hù)激光二極管的兩個(gè)端 子截然相反。


為了更充分地理解本發(fā)明，可參考下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，附圖示出本發(fā)明的 各種不同實(shí)施例，附圖中圖1示出典型低功率激光二極管的電流對(duì)電壓的分布圖；圖2示出人體模型，常見用于評(píng)價(jià)ESD的作用和機(jī)理；圖3示出作為ESD保護(hù)裝置而被跨接于激光二極管兩端之間的電阻器的典型使 用；圖4示出作為ESD保護(hù)裝置而被跨接于激光二極管兩端之間的電容器的典型使 用；圖5示出作為ESD保護(hù)裝置而與激光二極管并聯(lián)的肖特基二極管的使用；圖6示出作為ESD保護(hù)裝置而與激光二極管并聯(lián)的齊納二極管的使用；
圖7示出作為ESD保護(hù)裝置的“開關(guān)”，諸如繼電器或耗盡型MOSFET的使用；圖8示出作為ESD保護(hù)裝置的多層變阻器的使用；圖9是一種方案的圖解，示出當(dāng)前發(fā)明的器件的一個(gè)實(shí)施例，用于保護(hù)激光二極 管避免ESD和其他與功率有關(guān)的故障；圖10示出本發(fā)明有附加電阻器的實(shí)施例；圖11示出本發(fā)明有第三控制引線的又另一個(gè)實(shí)施例；圖12示出本發(fā)明有附加電阻器和第三控制引線的實(shí)施例；和圖13示出本發(fā)明再另一個(gè)實(shí)施例，其中采用P型溝道MOSFET代替如圖9中所示 的N型溝道MOSFET。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將在下文參照附圖更充分地描述本發(fā)明，附圖中本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例被出 示。然而，本發(fā)明可以按許多不同形式實(shí)現(xiàn)而不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)本文所闡述實(shí)施例的限制。更 準(zhǔn)確地說，被提供的這些實(shí)施例是為了使本公開是徹底和完備的，并充分地把本發(fā)明的范 圍傳達(dá)給本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如參照?qǐng)D9所示，是在它的在保護(hù)激光二極管避免ESD和其 他與功率有關(guān)的故障的使用的語境下進(jìn)行描述。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的 器件能夠與其他光電子元件使用，且這種使用不企圖作為限制。該器件依靠少數(shù)無源部件 和一類增強(qiáng)型M0SFET，該增強(qiáng)型MOSFET有非常低的柵極到源極閾值電壓(在數(shù)據(jù)單中常被 指稱為VGS (th))，且該增強(qiáng)型MOSFET有整體“體二極管”。電阻器、電容器和MOSFET的工作是已知的。只有與本發(fā)明有關(guān)的MOSFET元件在 本文被討論。增強(qiáng)型MOSFET被用于高功率開關(guān)的應(yīng)用。MOSFET常常用被“接通”或“斷開”的 術(shù)語討論。在MOSFET數(shù)據(jù)單中RDS(on)表示當(dāng)柵極電壓被提升到相對(duì)高電平時(shí)來自漏極到 源極的有效電阻，該相對(duì)高的電平常常為4. 5伏或更高。該RDS(on)通常還假定有非常小 的電壓存在于漏極和源極之間。事實(shí)上，大多數(shù)應(yīng)用實(shí)質(zhì)上是使用MOSFET作為開關(guān)器件， 它要么完全閉合，要么完全斷開。在完全閉合時(shí)，該RDS(on)是存在于該開關(guān)端子之間的電 阻。從歷史上說，增強(qiáng)型MOSFET的柵極到源極閾值電壓VGS (th)已經(jīng)被有目的地設(shè)置 成非常高，通常約1. 6伏或更高。雖然典型MOSFET的數(shù)據(jù)單上可能規(guī)定1. 6伏的VGS (th)， 但顯著的載流容量并不出現(xiàn)，直到被施加約4. 5伏或更高的柵極到源極電壓為止。MOSFET數(shù)據(jù)單指示VGS(th)為閾值，但在VGS(th)電壓上，非常小的電流流經(jīng)漏極 和源極之間。雖然MOSFET最常見是被用作開關(guān)器件，但它們能夠被考慮成線性模擬器件。 隨著柵極到源極電壓的增加超出VGS(th)，漏極到源極的電流流量增大，而描述這種現(xiàn)象的 是二次方關(guān)系。雖然本文提到激光二極管的“激射閾值”(Ith)和MOSFET的柵極到源極閾值 VGS(th)電壓，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明本質(zhì)上不依靠閾值。本發(fā)明的器件當(dāng)某一現(xiàn)象在某一閾值以下時(shí)不能認(rèn)為是被脫開，而當(dāng)某一現(xiàn)象在 某一閾值以上時(shí)是完全被接合。更準(zhǔn)確地說，該器件依靠MOSFET的模擬特征以及漏極到源極的電流與柵極到源極電壓之間的二次方關(guān)系。因此，還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不把MOSFET用 作開關(guān)器件。當(dāng)前發(fā)明的故障保護(hù)器1利用多個(gè)無源部件和增強(qiáng)型M0SFET5，該MOSFET 5有低 的VGS (th)和整體體二極管9。這種MOSFET的一些例子是來自Vishy的零件號(hào)SiA414DJ， 以及來自SGSThompson的零件號(hào)STN5PF02V，盡管這些特定元件不企圖成為限制。尚不知道有使用MOSFET以保護(hù)激光二極管以防ESD的。已知有把MOSFET用作集 成電路內(nèi)的有源元件，用于ESD保護(hù)的目的。然而，相信以前使用MOSFET的ESD方案要求 遠(yuǎn)為復(fù)雜的電路以保護(hù)該集成電路避免正的和負(fù)的ESD兩者。例如，當(dāng)需要避免正的和負(fù) 的ESD兩者的保護(hù)時(shí)，至少要使用兩個(gè)獨(dú)立的MOSFET以及關(guān)聯(lián)的電路。本發(fā)明的教導(dǎo)不限 于但包含使用體二極管作為ESD保護(hù)方案的一部分。該器件能保護(hù)激光二極管避免ESD和與功率有關(guān)的故障，該ESD和與功率有關(guān)的 故障可以在在三種獨(dú)立情況時(shí)產(chǎn)生當(dāng)沒有功率被加到系統(tǒng)上，以及正的ESD事件或其他 功率浪涌出現(xiàn)時(shí)；當(dāng)負(fù)的ESD事件出現(xiàn)，無論系統(tǒng)功率是否加上時(shí)；和當(dāng)系統(tǒng)功率已被加上 之后且同時(shí)系統(tǒng)正在工作而出現(xiàn)正的ESD事件時(shí)。本發(fā)明的工作現(xiàn)在將在每一情況下分開地被描述。參考圖9，在第一種情況中，該情況假定沒有功率已經(jīng)被加到激光二極管被集成在 其中的系統(tǒng)，激光二極管8在它的端子之間有0伏電壓，而電容器6已充分地被放電并在它 的端子之間也有0伏電壓。當(dāng)正的ESD事件發(fā)生時(shí)，或當(dāng)功率被首次接通時(shí)的功率浪涌期間，要么作為ESD放 電的直接結(jié)果，要么作為激光二極管驅(qū)動(dòng)器電路提供電壓的結(jié)果，電壓出現(xiàn)在激光二極管8 兩端之間。在這種情況中，電壓的極性要使激光二極管8的陽極端子10有比陰極端子11更 加正的電壓。因?yàn)殡娙萜?開始時(shí)已被充分地充電，它將抵抗它端子之間電壓的變化。因 此，任何在激光二極管8兩端之間出現(xiàn)的電壓，也將在初始時(shí)作為跨越MOSFET 5的柵極3 到源極4的電壓出現(xiàn)。在VGS(th)電壓剛達(dá)到時(shí)，電流開始在MOSFET 5的漏極2和源極4 之間流動(dòng)。本文的示例性實(shí)施例中使用的一類M0SFET，該電壓通常在約0. 5伏以下。在圖1中，能夠看到，顯著的電流沒有開始在激光二極管8中流動(dòng)，直到電壓達(dá)到 約1. 8伏為止，而且，在該配置和情況中，電流不開始在按約0. 5伏電壓開始的MOSFET 5中 流動(dòng)，由于這一點(diǎn)，該MOSFET 5能提前主動(dòng)地動(dòng)作，通過引導(dǎo)基本上全部電流流過MOSFET 5，保護(hù)激光二極管8。激光二極管8兩端之間增加的電壓還繼續(xù)出現(xiàn)在MOSFET 5的柵極3和源極4之 間。如所說明的，該MOSFET是模擬器件，它的漏極2到源極4的電流關(guān)系是隨柵極3到源極 4電壓的增加而增加。由于這一點(diǎn)，電壓的再增加由引起MOSFET 5更積極的保護(hù)，MOSFET 5將繼續(xù)引導(dǎo)基本上全部電流流過它，在任何顯著的電流流過激光二極管8之前照此做下去。MOSFET 5最好有足夠低的柵極3到源極4閾值VGS (th)，使MOSFET 5在顯著的 電流流過激光二極管8之前引導(dǎo)該顯著的電流。示例性的MOSFET是來自Vishy的零件號(hào) SiA414DJ，它能在柵極到源極電壓是1. 5伏時(shí)，從漏極引導(dǎo)M安培到源極。1. 5伏的電壓仍 然遠(yuǎn)在典型低功率激光二極管即使開始吸進(jìn)電流的電壓以下，大大小于遠(yuǎn)在2. 2伏以下的 激射閾值。因此，該類MOSFET能在激光二極管的最大正向電壓和電流額定值被超過之前引導(dǎo)基本上全部電流。因?yàn)橛须娙萜?，跨越MOSFET 5的柵極3到源極4的電壓基本上與激光二極管8 兩端之間出現(xiàn)的電壓相同，直到兩件事情之一發(fā)生在第一種情形中，激光二極管8兩端之 間出現(xiàn)的電壓返回到零，這種情形在ESD放電事件中發(fā)生。典型的ESD事件發(fā)生在1納秒 到數(shù)十納米之間；所以當(dāng)ESD事件發(fā)生時(shí)，電容器6允許全部ESD電壓出現(xiàn)在MOSFET 5的 柵極3上。一旦ESD事件平息，激光二極管8兩端之間的電壓返回到零，橫跨MOSFET 5所 有端子上的電壓也如此。第二種情形是，能夠影響柵極3到源極4電壓的是電阻器7，該電阻器7提供電容 器6的放電路徑，而出現(xiàn)在MOSFET 5的漏極2和柵極3端子之間的任何電壓最終被電阻器 7放電。電阻器7和電容器6形成R/C時(shí)間常數(shù)。這些部件的值被選擇成允許MOSFET 5在 預(yù)期的功率浪涌或ESD事件持續(xù)的時(shí)間段內(nèi)引導(dǎo)電流離開激光二極管8。如所說明的，ESD 事件本身只持續(xù)非常短暫的時(shí)間段，但在功率升高和功率下降時(shí)序期間可能起因于電路不 穩(wěn)定的功率浪涌可以持續(xù)長得多的時(shí)間，或許到數(shù)十微秒，甚或數(shù)毫秒。本發(fā)明人已經(jīng)成功地使用電容器6的1000皮法值和電阻器7的100千歐姆值。這 樣能使故障保護(hù)器電路1保護(hù)激光二極管8避免持續(xù)高達(dá)約100微秒的ESD或功率浪涌。 數(shù)學(xué)計(jì)算是100千歐姆X 1000皮法=100微秒。當(dāng)然，可以使用其他的電阻器和電容器 的組合以滿足所需工程約束或所需定時(shí)關(guān)系。因?yàn)榧す舛O管是電流工作器件，一般地說，一旦系統(tǒng)功率被加上，跨越激光二極 管端子之間出現(xiàn)的電壓，即使在調(diào)制期間也不會(huì)改變非常多。當(dāng)示例性激光二極管，諸如 Toshiba零件號(hào)T0LD9442M被使用時(shí)，通過該二極管的電流范圍從約30到35毫安，但在調(diào) 制期間，電壓變化只從約2，2到約2，4伏。因此，在普通的情況下，激光二極管兩端之間的 電壓是相對(duì)穩(wěn)定的，且可以只變化幾個(gè)十分之一伏或更小。當(dāng)有恒定電壓和電流流過激光二極管8時(shí)，能夠看到，經(jīng)過5個(gè)R/C時(shí)間常數(shù)之 后，MOSFET 5柵極3上的電壓與源極4上的電壓相同。在這些狀況下，故障保護(hù)器1引起 激光二極管8的非常小的寄生阻抗。即使在調(diào)制時(shí)，激光二極管8兩端之間的電壓只變化 幾個(gè)十分之一伏，該變化的電壓在MOSFET 5的VGS(th)以下。因此，無論故障保護(hù)器發(fā)明 1是否在應(yīng)有位置，激光二極管8的調(diào)制和驅(qū)動(dòng)特征實(shí)際上是不能區(qū)分的。這表明，雖然該 故障保護(hù)器發(fā)明1在保護(hù)激光二極管8避免ESD和與功率有關(guān)的故障上非常有效，一旦激 光二極管驅(qū)動(dòng)器電路是工作的，它還實(shí)質(zhì)上給出該電路的無負(fù)載。再參考圖9，該第二種情況是負(fù)的ESD事件，該負(fù)的ESD事件當(dāng)系統(tǒng)功率被加上并 工作時(shí)，或當(dāng)功率被斷開時(shí)能夠出現(xiàn)。當(dāng)負(fù)的ESD事件出現(xiàn)時(shí)，電壓出現(xiàn)在激光二極管兩端 之間，該電壓的極性要使激光二極管8的陽極端子10有比陰極端子11更加負(fù)的電壓。這種 電壓配置引起激光二極管反向偏置。不同于許多能夠經(jīng)受數(shù)十或甚至數(shù)百伏反向偏置的半 導(dǎo)體器件，激光二極管非常不能容忍反向偏置，且能夠被如2.0伏那樣小的反向偏置破壞。 故障保護(hù)器1通過利用MOSFET 5中整體“體二極管” 9的部分，防止這樣的反向偏置。出現(xiàn)在激光二極管8兩端之間的反向偏置的增加，有使體二極管9正向偏置的趨 勢，該體二極管是MOSFET 5的整體部分。因?yàn)榱鬟^該體二極管的電流大致與它兩端之間電 壓的平方成比例，所以激光二極管8兩端之間反向偏置的進(jìn)一步增加，由于被體二極管9引導(dǎo)而受到更強(qiáng)有力的保護(hù)。為了更充分理解使用整體體二極管的含義，MOSFET結(jié)構(gòu)將被簡要地討論，同時(shí) 也討論整體體二極管如何形成在較新型的MOSFET中。MOSFET的早期型式由于在漏極到 源極電壓的高上升速率(dV/dt)下趨向于接通，所以對(duì)電壓擊穿是敏感的，這樣常常導(dǎo)致 MOSFET的災(zāi)難性失效。該dV/dt接通是由于在N型溝道MOSFET內(nèi)存在固有的寄生NPN晶 體管(類似的寄生PNP晶體管存在于P型溝道MOSFET內(nèi))。使漏極到柵極的結(jié)電容充電 所必需的電流流量，起類似于基極電流的作用，該基極電流使寄生的NPN接通。在較新型的 MOSFET中，通過使用源極金屬化造成M源極到P+體的短路，從而建立固有的PN 二極管與 MOSFET的反并聯(lián)(在本發(fā)明中被稱為“體二極管”)，該寄生NPN的作用被抑制。在此指出， 不是所有MOSFET都有體二極管，且迄今為止，不相信一般用在ESD方案中的MOSFET包含體 二極管。許多MOSFET制造商都教導(dǎo)要遠(yuǎn)離使用內(nèi)部的體二極管，強(qiáng)烈建議反對(duì)依靠該內(nèi)部 寄生二極管的特征，并相反地建議使用外部超快整流管，放在MOSFET之外，以防止該內(nèi)部 寄生二極管被接通。本發(fā)明就其簡單性、利用有整體體二極管的一類MOSFET方面，相信是獨(dú)一無二 的。正因如此，該MOSFET實(shí)際上能夠按兩種獨(dú)立的方式執(zhí)行兩種獨(dú)立的ESD保護(hù)任務(wù)，從 而排除任何外部超快整流管或其他電路的需要。然而，如果期望該激光二極管處于高電流、 持續(xù)相對(duì)長時(shí)間的反向偏置情況的話，這種外部整流管可能是需要的。例如，如果該激光二 極管按電學(xué)上反向方式被連接到激光二極管驅(qū)動(dòng)器，這些狀態(tài)是可能存在的。當(dāng)系統(tǒng)功率已被加上之后且同時(shí)系統(tǒng)正在工作而出現(xiàn)正的ESD事件時(shí)，第三種情 況出現(xiàn)。如所討論那樣，當(dāng)系統(tǒng)正在工作時(shí)，在激光二極管8兩端之間正常地有恒定的或近 似恒定的電壓。在該情況中，該電壓的極性使激光二極管8的陽極端子10有比陰極端子11 更加正的電壓。當(dāng)系統(tǒng)已經(jīng)工作多于5個(gè)R/C時(shí)間常數(shù)時(shí)，柵極3的電壓和源極4的電壓基本上 相同，從而基本上沒有電流流過MOSFET 5。如果激光二極管8兩端之間的電壓出現(xiàn)突然增加，那么該電壓的增加(即該增量 的量值)也在MOSFET 5的柵極3和源極4之間出現(xiàn)。如果該電壓的增加足以達(dá)到VGS(th)， 則MOSFET 5弓丨導(dǎo)漏極2和源極4之間的電流，分擔(dān)激光二極管和MOSFET之間的電流。在此指出，該第三種情況基本上不同于第一種情況。在第一種情況中，MOSFET 5引 導(dǎo)基本上全部電流，并且在激光二極管8兩端之間的電壓能達(dá)到任何電流甚至在激光二極 管8中流動(dòng)的電平之前都如此。在該第三種情況中，電流已經(jīng)在激光二極管8中流動(dòng)，且激 光二極管兩端之間電壓的增加必須在MOSFET開始分擔(dān)電流負(fù)載之前達(dá)到高于VGS (th)的 電平。因?yàn)镸OSFET通過二次速率以降低流過激光器的電流，該MOSFET仍然能保護(hù)激光二 極管免遭破壞，只要該激光二極管在ESD事件的時(shí)間持續(xù)期間內(nèi)能經(jīng)受得起該電壓和電流 的增加。然而，存在容易忽略的非直覺的事實(shí)。當(dāng)激光二極管8已經(jīng)有電流流過它時(shí)，激光 二極管8本身處于比本來當(dāng)沒有電流或電壓跨越它的端子時(shí)好得多的保護(hù)自身免受正的 ESD的地位。動(dòng)態(tài)電阻由電壓的變化被電流的變化除所定義。因?yàn)?，一旦激射閾值已?jīng)被達(dá) 到，要建立相對(duì)更大的電流變化只要求電壓中小的變化，這一點(diǎn)的意思是，激光二極管的動(dòng) 態(tài)電阻通常是非常低的，常常小于10歐姆，且有些時(shí)候甚至小于100毫歐姆。因此，激光二極管本身實(shí)際上處于分擔(dān)正的ESD保護(hù)重?fù)?dān)的良好態(tài)勢。在此指出，雖然圖9包含被連接在MOSFET 5的漏極2和柵極3之間的電容器6，該 電容器實(shí)際上起兩種獨(dú)立功能的作用，每一種可以作為獨(dú)立器件實(shí)現(xiàn)。電容器6起作為“漏 極到柵極耦合裝置”和還作為“定時(shí)裝置”的功能的作用。該漏極到柵極耦合裝置可以作為 獨(dú)立的連接在MOSFET 5的漏極2和柵極3之間的晶體管實(shí)施。該晶體管可以依次被電容 器或其他定時(shí)裝置觸發(fā)以提供定時(shí)功能。使用獨(dú)立晶體管作為漏極到柵極耦合裝置可以允 許該定時(shí)裝置實(shí)體上做得更小，因而可能有助于把本發(fā)明集成在集成電路組件內(nèi)的能力。還要指出，雖然圖9包含被連接在MOSFET 5的源極4和柵極3之間的電阻器7。 但電阻器7是“柵極返回裝置”，它的用途是使柵極3返回到VGS(th)電平以下電壓。電阻 器7因而可以按不同方式實(shí)施。當(dāng)該部件作為集成電路的一部分實(shí)施時(shí)，以晶體管或其他 半導(dǎo)體器件的形式實(shí)現(xiàn)電阻器7可能是便利的。在另一實(shí)施例中，可以在MOSFET的柵極端子和由電阻器及電容器形成的節(jié)點(diǎn)之 間，添加附加的柵極電阻。該附加的柵極電阻對(duì)本發(fā)明不要求可工作，雖然如此，但本發(fā)明 希望包含這樣的實(shí)施例。圖10示出器件21的另一個(gè)實(shí)施例，該器件21能夠有效地防止第三種情況中正的 ESD損壞。該故障保護(hù)器器件21類似于器件1，但添加附加的電阻器30以建立部分偏置，從 而保持MOSFET 25的柵極23在提升的電壓上，同時(shí)激光二極管28兩端之間出現(xiàn)電壓。該 實(shí)施例的工作，現(xiàn)在將用與上面相同的情況描述。如所討論的，當(dāng)系統(tǒng)正在工作時(shí)，激光二極管28兩端之間通常有恒定的或接近恒 定的電壓。示例性的激光二極管是以2. 2伏正電壓工作的Toshiba T0LD9442M。當(dāng)系統(tǒng)已經(jīng)工作多于5個(gè)R/C時(shí)間常數(shù)時(shí)，MOSFET 25的柵極23和源極44之間 的電壓差由電阻器30和電阻器27的比值支配。能夠設(shè)定該電壓使它等于VGS (th)，由此把 MOSFET 25置于輕微的偏置上，在本發(fā)明中，它能夠被想象為MOSFET 25處在準(zhǔn)備狀態(tài)的被 加強(qiáng)狀態(tài)。在這種配置中，當(dāng)激光二極管8兩端之間的電壓出現(xiàn)突然增加時(shí)，該電壓的增加 (即該增量的量值)也在MOSFET 25的柵極23和源極M之間出現(xiàn)。然而，在該情形中，因 為柵極23到源極M的電壓是在VGS(th)電壓上開始的，電壓的增加立刻導(dǎo)致電流流過漏 極22和源極M之間的MOSFET 25，從而MOSFET 25以積極得多的方式分擔(dān)該電流，不讓激 光二極管觀兩端之間的電壓變得太高。雖然在上面的例子中已經(jīng)描述，電阻器30和電阻器27的值被選成使柵極23到源 極M的電壓等于VGS(th)電壓，但這一點(diǎn)不應(yīng)視為本發(fā)明的限制。電阻器30和電阻器27 的值能夠被選成實(shí)現(xiàn)任何需要的部分偏置電平或其他工程約束。例如，對(duì)靈敏的激光二極 管觀，使柵極23到源極M電壓高于VGS (th)可能是理想的，由此使MOSFET 25經(jīng)常分擔(dān)電 流負(fù)載的某一部分，且還在正的ESD事件情況下處在準(zhǔn)備狀態(tài)的被加強(qiáng)狀態(tài)。如果激光二 極管觀不那么靈敏，使柵極23到源極M電壓低于VGS (th)電壓可能是理想的，由此防止 MOSFET 25在正常工作下引導(dǎo)電流，并與所示出和更早參照?qǐng)D9所描述的實(shí)施例相比，還仍 然有“電壓增力口”的優(yōu)點(diǎn)。電阻器30和電阻器27兩者作為“部分偏置裝置”起作用，但該部分偏置裝置可以 按不同方式實(shí)現(xiàn)。要么是電阻器可以作為半導(dǎo)體器件，諸如二極管、晶體管實(shí)現(xiàn)，要么作為電阻器和半導(dǎo)體器件的組合實(shí)現(xiàn)。任何已知的建立部分偏置的方式，都在本發(fā)明范圍之內(nèi)。如已經(jīng)給出那樣，電阻器7和電容器6形成R/C時(shí)間常數(shù)，該時(shí)間常數(shù)本質(zhì)上是在 正的ESD事件，或在功率升高或功率下降期間的功率浪涌事件的沖擊之后，支配本發(fā)明1保 持有效的時(shí)間。在上面給出的例子中，電阻器7的100千歐姆和電容器6的1000皮法的值， 提供100微秒的R/C時(shí)間常數(shù)。這意味著，從電壓首次出現(xiàn)在激光二極管8的端子上的時(shí) 間起，基本上全部電流都流過MOSFET 5并對(duì)激光二極管8是無效的。對(duì)其中使用100%調(diào) 制，且對(duì)激光二極管8兩端之間電壓被在0伏和2. 2伏之間切換的應(yīng)用，該時(shí)間量可能與設(shè) 計(jì)者的調(diào)制意圖相抵觸。克服這一限制的一個(gè)辦法可以是簡單地縮減電阻器7的值或縮減電容器6的值， 由此縮小本發(fā)明保持有效的時(shí)間。但當(dāng)這樣做的時(shí)候，它縮短本發(fā)明1提供的對(duì)功率升高 和功率下降時(shí)序期間可能導(dǎo)致的功率浪涌的保護(hù)時(shí)間長度。圖11示出本發(fā)明41另一個(gè)實(shí)施例，其中MOSFET 45的柵極43被通過電阻器47連 接到附加的連接線51。該連接線可以受外部電路控制，該外部電路檢測是電源接通還是電 源斷開時(shí)序正在進(jìn)行，并向連接線51施加升高的電壓。該升高的電壓使柵極43到源極44 的電壓超過VGS(th)電壓，從而使MOSFET 45引導(dǎo)電流離開激光二極管48。該實(shí)施例41允 許使用更小值的電阻器47或電容器46，從而有更小的R/C時(shí)間常數(shù)，該更小的R/C時(shí)間常 數(shù)允許本發(fā)明41有更快的去激活時(shí)間，同時(shí)如果需要且如果被外部電路經(jīng)由連接線51觸 發(fā)，仍然允許有非常長的保護(hù)時(shí)間。在此指出，連接線51向本發(fā)明41提供附加的通用性，因?yàn)檫B接線51可以被用于 不同于檢測與功率有關(guān)的故障的目的。連接線51可以由外部電流監(jiān)控器提供，該監(jiān)控器檢 測何時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)與電流或電壓有關(guān)的故障，或基本上任何其他種類的故障或事件。在此指出，在該實(shí)施例41中，R/C時(shí)間常數(shù)被建立在電阻器47和電容器46之間。 該R/C時(shí)間常數(shù)不僅支配MOSFET 45在故障已經(jīng)發(fā)生后變成無效的時(shí)間，而且該R/C時(shí)間 常數(shù)還支配MOSFET 45在被連接線51觸發(fā)后變成有效的時(shí)間。被連接線51觸發(fā)的反應(yīng)時(shí) 間不同于ESD和與功率有關(guān)的故障的反應(yīng)時(shí)間，常?？赡苁切枰摹?duì)連接線51的反應(yīng)時(shí) 間可以受與電阻器47并聯(lián)放置的二極管或其他電路的影響。電阻器47是發(fā)揮兩種功能的單個(gè)部件，可以想象得到，兩種功能的每一種可以作 為獨(dú)立器件實(shí)現(xiàn)。第一種功能是“柵極返回裝置”，它使MOSFET 45的柵極43返回到VGS(th) 以下的電平。第二種功能是“外部連接線耦合裝置”，它允許外部信號(hào)與MOSFET 45接合。 代替按單個(gè)電阻器實(shí)施這些功能，某些實(shí)施例可以把該兩種功能分開成兩個(gè)獨(dú)立部件-例 如，可用來達(dá)到柵極返回裝置目的的電阻器，和發(fā)揮外部連接線耦合裝置功能的二極管。該 電阻器本身可以作為晶體管或其他半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)?；旧希魏问箹艠O返回和耦合外部 信號(hào)的方法都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。圖12示出器件61的另一實(shí)施例，器件61組合了發(fā)明41提供的附加連接線和發(fā) 明21的準(zhǔn)備狀態(tài)的被加強(qiáng)狀態(tài)。僅作為例子，在全部的本書面的陳述中，該MOSFET已經(jīng)用N型溝道MOSFET代表。 作為替代，P型溝道MOSFET也可以使用(如參照?qǐng)D13所示)，以電容器被連接在漏極和柵 極端子之間，而電阻器被連接在柵極和源極端子之間(或被用作為外部控制引線)。在此指 出，無論被使用的是N型溝道MOSFET還是P型溝道MOSFET，MOSFET和激光二極管之間的連接線的極性應(yīng)當(dāng)使體二極管的陽極被連接到激光二極管的陰極，而體二極管的陰極被連接 到激光二極管的陽極。本文的電阻器和電容器已經(jīng)作為本發(fā)明的元件被描述，例如，圖10中所示的電阻 器27及電阻器30和電容器26。應(yīng)當(dāng)理解，單個(gè)電阻器能夠被用作電阻器27，而獨(dú)立的單個(gè) 電阻器能夠被用作電阻器30.作為替代，多個(gè)電阻器串聯(lián)或并聯(lián)或既串聯(lián)亦并聯(lián)的組合， 可以被用作電阻器27或用作電阻器30。依賴電壓的電阻器或依賴溫度的電阻器也可以被 使用且仍然在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，如能夠作為電路元件而本身不是電阻器，但提供類似電 阻器性質(zhì)，諸如半導(dǎo)體材料或被部分偏置的晶體管。同樣，雖然單個(gè)電容器沈能夠被使用， 但使用電容器的串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組合以獲得相同電容也是可能的?；旧?，電阻器、電 容器和MOSFET能夠按本領(lǐng)域熟知的任何方式被制造和實(shí)施。本發(fā)明就簡單性方面被相信是獨(dú)一無二的。以少至三個(gè)廉價(jià)部件(電阻器、電容 器和有整體體二極管的M0SFET)，能夠保護(hù)激光二極管免于正的和負(fù)的ESD的有害作用，并 還免受在功率升高和功率下降階段中能夠出現(xiàn)的功率浪涌的作用。相信已知的保護(hù)系統(tǒng)和 方法在對(duì)抗正的和負(fù)的ESD兩者的保護(hù)上，還不是完全有效的。由于能夠出現(xiàn)和建立功率浪涌的功率接通的不平衡性，所以在故障狀況期間，電 壓總能夠找到它的路徑，一條路徑或另一條路徑，到達(dá)激光二極管的端子。因此，為了使故 障保護(hù)方案成功，最好是直接把激光二極管自身兩端連接起來，并被定位在盡量接近激光 二極管處。因?yàn)楸景l(fā)明的器件僅要求少數(shù)小的電氣部件，把分立部件放置在可直接地跨接 激光二極管兩端的電路板上，是非常容易的。還可以考慮的是，該器件可以被直接嵌入或集 成在激光二極管本身的組件內(nèi)。本發(fā)明的許多修改和其他實(shí)施例，將是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員利用前面的描述和關(guān) 聯(lián)的附圖給出的教導(dǎo)所能夠想到的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的具體實(shí)施例， 且這些修改和實(shí)施例旨在被包含在受本公開支持的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電子電路，包括增強(qiáng)型M0SFET，它有柵極，控制在源極和漏極之間的電流，該MOSFET包含可一同工作 的體二極管；被連接在該MOSFET的漏極和柵極之間的電容器裝置； 被連接在該MOSFET的源極和柵極之間的電阻器裝置，其中該漏極可與光電子器件的第一端子連接，以及該源極可與光電子器件的第二端子 連接，該第二端子不同于第一端子。
2.按照權(quán)利要求1的電路，還包括光電子器件，該光電子器件是激光二極管和發(fā)光二 極管中的至少之一。
3.按照權(quán)利要求1的電路，其中該電路形成故障保護(hù)器，該故障保護(hù)器作為分立部件 之一并且作為該光電子器件的整體部分被實(shí)施。
4.按照權(quán)利要求1的電路，其中該MOSFET是N型溝道MOSFET和P型溝道MOSFET之
5.按照權(quán)利要求1的電路，其中該體二極管是快速恢復(fù)的體二極管。
6.按照權(quán)利要求1的電路，其中施加于MOSFET的柵極到源極閾值電壓是在0.5伏以下。
7.按照權(quán)利要求1的電路，其中該電阻器裝置包括第一電阻器裝置，且其中該電路還 包括被連接在漏極和柵極之間的第二電阻器裝置，該第一和第二電阻器裝置各提供部分偏 置以維持柵極在需要的電壓上。
8.按照權(quán)利要求7的電路，其中該第二電阻器裝置與該電容裝置形成并聯(lián)連接。
9.按照權(quán)利要求1的電路，其中該體二極管被完整地形成在MOSFET的主體內(nèi)。
10.一種可用作光電子器件的故障保護(hù)器的電子電路，該電路包括增強(qiáng)型M0SFET，它有柵極，控制在源極和漏極之間的電流，該MOSFET包含體二極管； 電容器裝置，被連接在該MOSFET的漏極和柵極之間；電阻器裝置，它有被連接到該MOSFET的漏極的第一端子和用于連接到外部端子的第二端子，其中該MOSFET的漏極可與光電子器件的第一端子連接并且該MOSFET的源極可與該光 電子器件的第二端子連接，該第二端子不同于第一端子。
11.按照權(quán)利要求10的電路，還包括被連接在該MOSFET的漏極和柵極之間的第二電阻器裝置。
12.按照權(quán)利要求10的電路，還包括光電子器件，該光電子器件是激光二極管和發(fā)光 二極管中的至少之一。
13.按照權(quán)利要求10的電路，其中該電路形成故障保護(hù)器，該故障保護(hù)器作為分立部 件之一并且作為該光電子器件的整體部分被實(shí)施。
14.按照權(quán)利要求10的電路，其中該MOSFET是N型溝道MOSFET和P型溝道MOSFET之
15.按照權(quán)利要求10的電路，其中該體二極管是快速恢復(fù)的體二極管。
16.按照權(quán)利要求10的電路，其中施加于MOSFET的柵極到源極閾值電壓是在0.5伏以下。
17.按照權(quán)利要求10的電路，還包括功率故障檢測器，該功率故障檢測器有用于連接 到該電阻器裝置的外部端子。
全文摘要
一種用于光電子器件的故障保護(hù)器，包含有整體體二極管的MOSFET。電容器被連接在該MOSFET的漏極和柵極之間，而電阻器被連接在該MOSFET的柵極和源極之間。MOSFET的漏極可與光電子器件的第一端子連接，而MOSFET的源極可與光電子器件的第二端子連接。該器件通過防止反向偏置電壓超過制造商規(guī)定的絕對(duì)極大值，克服以前已知技術(shù)的問題，并且還防止ESD或其他與功率有關(guān)的故障避免超過激光二極管的最大正向偏置電壓，同時(shí)不把顯著的電阻或電容添加到該激光二極管，從而不使驅(qū)動(dòng)該激光二極管的任務(wù)變復(fù)雜。
文檔編號(hào)H02H3/20GK102089949SQ200980126761
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者小威廉·R·本納 申請(qǐng)人:小威廉·R·本納