專(zhuān)利名稱：一種獨(dú)立于電源模塊的芯片級(jí)閂鎖現(xiàn)象過(guò)流保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，特別是獨(dú)立于電源模塊的芯片級(jí)閂鎖現(xiàn)象(Latch-up)過(guò)流保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
由于制造上的困難，最初幾代MOSエ藝僅提供NMOS器件。實(shí)際上，許多早期的微處理器和模擬電路都是采用NMOSエ藝制造的，但是它們的功耗相當(dāng)大。盡管CMOS器件需要大量的掩模板和制造エ序，CMOS邏輯的零靜態(tài)功耗仍促使了 CMOS技術(shù)時(shí)代的到來(lái)。然而，在CMOS電路中會(huì)產(chǎn)生ー個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，就是閂鎖現(xiàn)象。
閂鎖現(xiàn)象是指在CMOSエ藝中，寄生的pnp和npn雙極性晶體管形成ー個(gè)正反饋環(huán)路，在芯片加電過(guò)程中當(dāng)瞬時(shí)大電流流過(guò)襯底，或者當(dāng)加載的外部電壓超過(guò)了正常的工作電壓范圍時(shí)，寄生ニ極管完全導(dǎo)通，具有很低的等效電阻，從電源線抽取很大的電流。由于正反饋的存在，如果不能及時(shí)的消除閂鎖現(xiàn)象，持續(xù)的大電流會(huì)燒壞整個(gè)芯片。防止閂鎖效應(yīng)可以從エ藝和電路設(shè)計(jì)兩個(gè)方面考慮對(duì)于代エ廠可以適當(dāng)?shù)倪x擇雜質(zhì)濃度和分布以及版圖設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)保證寄生電阻和雙極晶體管的電流增益值都很??；對(duì)于電路設(shè)計(jì)者可以在版圖中加入保護(hù)環(huán)(guard ring)來(lái)使接觸電阻最小。但是,對(duì)于芯片設(shè)計(jì)公司在選定ー種エ藝后沒(méi)有辦法改變代エ廠生產(chǎn)情況，而且為了節(jié)省面積成本，很多的設(shè)計(jì)公司不能保證芯片版圖的充分接地。這樣，設(shè)計(jì)ー款獨(dú)立于集成電路制造エ藝的閂鎖現(xiàn)象過(guò)流保護(hù)電路是非常有必要的?，F(xiàn)有技術(shù)中，有不少防止閂鎖現(xiàn)象的方法。例如，美國(guó)專(zhuān)利US5，212，616提出的使用一個(gè)電源檢測(cè)電路實(shí)時(shí)的采樣電源調(diào)節(jié)電路的輸出MOS管，當(dāng)發(fā)生閂鎖現(xiàn)象時(shí)，電源檢測(cè)電路發(fā)出控制信號(hào)，關(guān)斷電源調(diào)節(jié)電路的輸出MOS管，使閂鎖現(xiàn)象解除。這種方法的不足是檢測(cè)電路做在電源調(diào)節(jié)電路的內(nèi)部，和電源調(diào)節(jié)電路采用的結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，通用性不強(qiáng)，且對(duì)于使用第三方電源硬核的設(shè)計(jì)者是不可能實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供ー種獨(dú)立于電源模塊的芯片級(jí)閂鎖現(xiàn)象過(guò)流保護(hù)電路。它可以方便的用在獨(dú)立于電源模塊的芯片上，使電路更加安全可靠，本具有通用性強(qiáng)、功耗低的特點(diǎn)。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)
ー種獨(dú)立于電源模塊的芯片級(jí)閂鎖現(xiàn)象過(guò)流保護(hù)電路，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，它包括
ー個(gè)大電流開(kāi)關(guān)模塊，用以控制輸入芯片的總電流；
ー個(gè)等比例電流檢測(cè)模塊，用以按照設(shè)計(jì)的比例檢測(cè)流入芯片電流的大??；
ー個(gè)判決模塊，用以根據(jù)等比例電流模塊送入電流大小控制大電流開(kāi)關(guān)模塊的通斷；一個(gè)自啟動(dòng)模塊，用以在電路最開(kāi)始上電以及閂鎖現(xiàn)象解除后重新打開(kāi)大電流開(kāi)關(guān)模塊，并為芯片正常供電；電源PAD經(jīng)大電流開(kāi)關(guān)模塊連接到芯片電源管理模塊到核心電路，電源PAD另依次經(jīng)等比例電流檢測(cè)模塊、判決模塊和自啟動(dòng)模塊連接到大電流開(kāi)關(guān)模塊，芯片電源管理模塊與自啟動(dòng)模塊相連接。在上述過(guò)流保護(hù)電路中，所述大電流開(kāi)關(guān)模塊為PMOS的大電流開(kāi)關(guān)管，大電流開(kāi)關(guān)管的源極與電源PAD相連接，大電流開(kāi)關(guān)管的漏極接芯片電源管理模塊的輸入。在上述過(guò)流保護(hù)電路中，所述等比例電流檢測(cè)模塊包含
一個(gè)小電流開(kāi)關(guān)，采用PMOS管用來(lái)檢測(cè)大電流的等比例；
一個(gè)接成負(fù)反饋形式的運(yùn)算放大器，用來(lái)保證大電流開(kāi)關(guān)管與小電流開(kāi)關(guān)的漏極電位相同；
一個(gè)用來(lái)調(diào)整反饋電壓的PMOS晶體管；
所述運(yùn)算放大器的正輸入端接大電流開(kāi)關(guān)管的漏極，運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端接小電流開(kāi)關(guān)的漏極，運(yùn)算放大器的輸出端接晶體管的柵極，小電流開(kāi)關(guān)的源極接電源PAD，晶體管的源極接回運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，晶體管的漏極輸出等比例輸出電流到判決模塊。在上述過(guò)流保護(hù)電路中，所述判決模塊包括
ー個(gè)電阻，與晶體管的漏極相接用來(lái)將等比例輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓；
一個(gè)比較器，正輸入端與晶體管的漏極相接，負(fù)輸入端接參考電壓，用來(lái)判定輸出電流是否超過(guò)設(shè)定閾值。在上述過(guò)流保護(hù)電路中，所述自啟動(dòng)電路包括依次相連的ー個(gè)低電壓到高電壓的轉(zhuǎn)化電路，一個(gè)延時(shí)電路，一個(gè)與門(mén)邏輯；與門(mén)邏輯的另ー個(gè)輸入端接判決模塊中比較器的輸出，與門(mén)邏輯的輸出接大電流開(kāi)關(guān)管的柵極，用以控制大電流開(kāi)關(guān)管的通斷。本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，對(duì)閂鎖現(xiàn)象的檢測(cè)以及解除均獨(dú)立于電源模塊，具有很強(qiáng)的通用性，可以保證在使用第三方提供的電源硬核時(shí)，整個(gè)電路可以有效的檢測(cè)并解除閂鎖現(xiàn)象，井能在解除閂鎖現(xiàn)象后自動(dòng)重啟芯片電源，保證芯片正常工作。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步說(shuō)明。


圖I為本發(fā)明的模塊組成關(guān)系 圖2為本發(fā)明的電路圖。
具體實(shí)施例方式參看圖I和圖2，本發(fā)明包括ー個(gè)大電流開(kāi)關(guān)模塊，用以控制輸入芯片的總電流；ー個(gè)等比例電流檢測(cè)模塊，用以按照設(shè)計(jì)的比例檢測(cè)流入芯片電流的大??；一個(gè)判決模塊，用以根據(jù)等比例電流模塊送入電流大小控制大電流開(kāi)關(guān)模塊的通斷；一個(gè)自啟動(dòng)模塊，用以在電路最開(kāi)始上電以及閂鎖現(xiàn)象解除后重新打開(kāi)大電流開(kāi)關(guān)模塊，并為芯片正常供電。電源PAD經(jīng)大電流開(kāi)關(guān)模塊連接到芯片電源管理模塊到核心電路，電源PAD另依次經(jīng)等比例電流檢測(cè)模塊、判決模塊和自啟動(dòng)模塊連接到大電流開(kāi)關(guān)模塊，芯片電源管理模塊與自啟動(dòng)模塊相連接。大電流開(kāi)關(guān)模塊為PMOS的大電流開(kāi)關(guān)管Mpl，大電流開(kāi)關(guān)管Mpl的源極與電源PAD相連接，大電流開(kāi)關(guān)管Mpl的漏極接芯片電源管理模塊的輸入。等比例電流檢測(cè)模塊包含有一個(gè)小電流開(kāi)關(guān)Mp2，采用PMOS管用來(lái)檢測(cè)大電流的等比例；ー個(gè)接成負(fù)反、饋形式的運(yùn)算放大器Amp，用來(lái)保證大電流開(kāi)關(guān)管與小電流開(kāi)關(guān)的漏極電位相同；ー個(gè)用來(lái)調(diào)整反饋電壓的PMOS晶體管Mp3。運(yùn)算放大器Amp的正輸入端接大電流開(kāi)關(guān)管大電流開(kāi)關(guān)管Mpl的漏極，運(yùn)算放大器Amp的負(fù)輸入端接小電流開(kāi)關(guān)Mp2的漏極，運(yùn)算放大器Amp的輸出接晶體管Mp3的柵極，小電流開(kāi)關(guān)Mp2的源極接電源PAD，晶體管Mp3的源極接回運(yùn)算放大器Amp的負(fù)輸入端，晶體管Mp3的漏極輸出等比例輸出電流到判決模塊。判決模塊包括一個(gè)電阻R1，與晶體管Mp3的漏極相接用來(lái)將等比例輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓；一個(gè)比較器Comp，正輸入端與晶體管Mp3的漏極相接，負(fù)輸入端接參考電壓，用來(lái)判定輸出電流是否超過(guò)設(shè)定閾值。自啟動(dòng)電路包括依次相連的一個(gè)低電壓到高電壓的轉(zhuǎn)化電路L2H，ー個(gè)延時(shí)電路Delay，一個(gè)與門(mén)邏輯；與門(mén)邏輯的另ー個(gè)輸入端接判決模塊中比較器Comp的輸出，與門(mén)邏輯的輸出接大電流開(kāi)關(guān)管Mpl的柵極，用以控制大電流開(kāi)關(guān)管Mpl的通斷。本發(fā)明正常工作時(shí)，等比例電流檢測(cè)模塊和判決模塊控制大電流開(kāi)關(guān)管Mpl完全導(dǎo)通，芯片處于正常工作狀態(tài)；當(dāng)芯片發(fā)生閂鎖現(xiàn)象時(shí)，判決模塊關(guān)閉大電流開(kāi)關(guān)管Mpl，停止對(duì)整個(gè)芯片供電，進(jìn)而使閂鎖現(xiàn)象解除；當(dāng)閂鎖現(xiàn)象解除后，自啟動(dòng)模塊重新打開(kāi)大電流開(kāi)關(guān)管Mpl，恢復(fù)對(duì)芯片的正常供電。。本發(fā)明的等比例電流檢測(cè)模塊內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)利用了運(yùn)算放大器Amp的“虛地”特性，使得大電流開(kāi)關(guān)管Mpl和小電流開(kāi)關(guān)Mp2的漏端電位相同，又由于大電流開(kāi)關(guān)管Mpl和小電流開(kāi)關(guān)Mp2的源極同時(shí)接在輸入電源PAD上，使得當(dāng)兩個(gè)MOS管同時(shí)打開(kāi)時(shí)，流過(guò)兩個(gè)管子的電流是成比例的，完成了等比例電流檢測(cè)功能。本發(fā)明的判決模塊中，比較器Comp的輸出和啟動(dòng)電路的輸出經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單邏輯運(yùn)算后控制大電流開(kāi)關(guān)管Mpl的柵極。正常情況下，等比例電流檢測(cè)模塊的輸出轉(zhuǎn)化為電壓后小于參考電壓，比較器Comp輸出為低電平，保證大電流開(kāi)關(guān)管Mpl導(dǎo)通；當(dāng)發(fā)生閂鎖現(xiàn)象時(shí)，等比例電流檢測(cè)模塊的輸出電流逐級(jí)變大，相應(yīng)的電壓也逐漸超過(guò)恒定的參考電壓值，比較器Comp輸出變?yōu)楦唠娖?，將大電流開(kāi)關(guān)管Mpl關(guān)斷，從而停止向芯片供電，這樣便可以消除閂鎖現(xiàn)象。本發(fā)明的自啟動(dòng)模塊中，轉(zhuǎn)化電路L2H用來(lái)將芯片電源管理模塊輸出的低電壓轉(zhuǎn)化為PAD輸入的電源電壓，使用最簡(jiǎn)單的源極放大器實(shí)現(xiàn)。延時(shí)電路Delay用來(lái)對(duì)芯片電源管理模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，保證最初啟動(dòng)和發(fā)生閂鎖現(xiàn)象后，電路的判斷正確且可靠，由反相器鏈實(shí)現(xiàn)。與門(mén)邏輯用來(lái)協(xié)調(diào)判決模塊和自啟動(dòng)模塊的優(yōu)先級(jí)，給出最終大電流開(kāi)關(guān)管MpI的柵極控制信號(hào)。本發(fā)明的工作情況可以根據(jù)芯片的工作狀態(tài)分為四個(gè)階段
第一階段初始上電。初始上電時(shí)芯片內(nèi)沒(méi)有電源，芯片電源管理模塊輸出為低電平，自啟動(dòng)模塊取得主動(dòng)權(quán)，通過(guò)轉(zhuǎn)化電路L2H、延時(shí)電路Delay以及與門(mén)邏輯，打開(kāi)大電流開(kāi)關(guān)管Mpl，使芯片進(jìn)入正常工作狀態(tài)。第二階段正常工作。正常工作時(shí)，芯片電源管理模塊有正確的輸出電壓，自啟動(dòng)模塊交出控制權(quán)，等比例電流檢測(cè)模塊以及判決模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)芯片的工作情況。 第三階段發(fā)生閂鎖現(xiàn)象。發(fā)生閂鎖現(xiàn)象后，等比例電流檢測(cè)模塊的輸出逐級(jí)增カロ，相應(yīng)的輸出電壓超過(guò)預(yù)設(shè)的參考電壓，判決電路產(chǎn)生關(guān)閉大電流開(kāi)關(guān)管Mpl的信號(hào)。切斷整個(gè)芯片的供電通路，閂鎖現(xiàn)象得以解除。
第四階段自動(dòng)重啟。自啟動(dòng)電路檢測(cè)到芯片電源管理模塊輸出降至低電平后，經(jīng)過(guò)延時(shí)電路Delay，取得大電流開(kāi)關(guān)管Mpl的控制權(quán)，將大電流開(kāi)關(guān)管Mpl開(kāi)啟，恢復(fù)芯片正
常工作。 需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中的運(yùn)算放大器Amp和比較器Comp可以根據(jù)實(shí)際情況采用各種結(jié)構(gòu)。這樣增加了電路的通用性，降低了設(shè)計(jì)成本。
權(quán)利要求
1.ー種獨(dú)立于電源模塊的芯片級(jí)閂鎖現(xiàn)象過(guò)流保護(hù)電路，其特征在于，它包括 ー個(gè)大電流開(kāi)關(guān)模塊，用以控制輸入芯片的總電流； ー個(gè)等比例電流檢測(cè)模塊，用以按照設(shè)計(jì)的比例檢測(cè)流入芯片電流的大??； ー個(gè)判決模塊，用以根據(jù)等比例電流模塊送入電流大小控制大電流開(kāi)關(guān)模塊的通斷；一個(gè)自啟動(dòng)模塊，用以在電路最開(kāi)始上電以及閂鎖現(xiàn)象解除后重新打開(kāi)大電流開(kāi)關(guān)模塊，并為芯片正常供電； 電源PAD經(jīng)大電流開(kāi)關(guān)模塊連接到芯片電源管理模塊到核心電路，電源PAD另依次經(jīng)等比例電流檢測(cè)模塊、判決模塊和自啟動(dòng)模塊連接到大電流開(kāi)關(guān)模塊，芯片電源管理模塊與自啟動(dòng)模塊相連接。
2.如權(quán)利要求I所述的獨(dú)立于電源模塊的芯片級(jí)閂鎖現(xiàn)象過(guò)流保護(hù)電路，其特征在于，所述大電流開(kāi)關(guān)模塊為PMOS的大電流開(kāi)關(guān)管(Mpl)，大電流開(kāi)關(guān)管(Mpl)的源極與電源PAD相連接，大電流開(kāi)關(guān)管(Mpl)的漏極接芯片電源管理模塊的輸入。
3.如權(quán)利要求I或2所述的獨(dú)立于電源模塊的芯片級(jí)閂鎖現(xiàn)象過(guò)流保護(hù)電路，其特征在于，所述等比例電流檢測(cè)模塊包含 一個(gè)小電流開(kāi)關(guān)(Mp2)，采用PMOS管用來(lái)檢測(cè)大電流的等比例； 一個(gè)接成負(fù)反饋形式的運(yùn)算放大器(Amp)，用來(lái)保證大電流開(kāi)關(guān)管與小電流開(kāi)關(guān)的漏極電位相同； 一個(gè)用來(lái)調(diào)整反饋電壓的PMOS晶體管(Mp3)； 所述運(yùn)算放大器(Amp)的正輸入端接大電流開(kāi)關(guān)管(Mpl)的漏扱，運(yùn)算放大器(Amp)的負(fù)輸入端接小電流開(kāi)關(guān)(Mp2)的漏極，運(yùn)算放大器(Amp)的輸出端接晶體管(Mp3)的柵極，小電流開(kāi)關(guān)(Mp2)的源極接電源PAD，晶體管(Mp3)的源極接回運(yùn)算放大器(Amp)的負(fù)輸入端，晶體管(Mp3)的漏極輸出等比例輸出電流到判決模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的獨(dú)立于電源模塊的芯片級(jí)閂鎖現(xiàn)象過(guò)流保護(hù)電路，其特征在于，所述判決模塊包括 一個(gè)電阻(Rl)，與晶體管(Mp3)的漏極相接用來(lái)將等比例輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓； 一個(gè)比較器(Comp)，正輸入端與晶體管(Mp3)的漏極相接，負(fù)輸入端接參考電壓，用來(lái)判定輸出電流是否超過(guò)設(shè)定閾值。
5.如權(quán)利要求4所述的獨(dú)立于電源模塊的芯片級(jí)閂鎖現(xiàn)象過(guò)流保護(hù)電路，其特征在于，所述自啟動(dòng)模塊包括依次相連的ー個(gè)低電壓到高電壓的轉(zhuǎn)化電路(L2H)，ー個(gè)延時(shí)電路(Delay)，ー個(gè)與門(mén)邏輯；與門(mén)邏輯的另ー個(gè)輸入端接判決模塊中比較器(Comp)的輸出，與門(mén)邏輯的輸出接大電流開(kāi)關(guān)管(Mpl)的柵極，用以控制大電流開(kāi)關(guān)管(Mpl)的通斷。
全文摘要
一種獨(dú)立于電源模塊的芯片級(jí)閂鎖現(xiàn)象過(guò)流保護(hù)電路，涉及集成電路領(lǐng)域。本發(fā)明包括一個(gè)大電流開(kāi)關(guān)模塊、一個(gè)等比例電流檢測(cè)模塊、一個(gè)判決模塊和一個(gè)自啟動(dòng)模塊。電源PAD經(jīng)大電流開(kāi)關(guān)模塊連接到芯片電源管理模塊到核心電路，電源PAD另依次經(jīng)等比例電流檢測(cè)模塊、判決模塊和自啟動(dòng)模塊連接到大電流開(kāi)關(guān)模塊，芯片電源管理模塊與自啟動(dòng)模塊相連接。本發(fā)明可以方便的用在獨(dú)立于電源模塊的芯片上，使電路更加安全可靠，本具有通用性強(qiáng)、功耗低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02H3/08GK102651543SQ20111004569
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者丁義民, 姚金科, 宋翌, 岳超, 盛敬剛, 范明浩, 霍俊杰 申請(qǐng)人:北京同方微電子有限公司