本發(fā)明涉及靜電放電電路。

背景技術(shù)：

各種實施例的方面是針對為電子電路提供靜電放電保護。靜電放電(esd)可由電的突然流動導(dǎo)致，這種情況在當(dāng)不同電壓電勢的結(jié)構(gòu)變得足夠接近，以使得結(jié)構(gòu)之間的介質(zhì)擊穿且促使轉(zhuǎn)移能量時出現(xiàn)。不同電壓電勢可(例如)通過一個結(jié)構(gòu)(例如，電纜)之間的靜電聚集而形成。當(dāng)從連接到裝置的電纜轉(zhuǎn)移電荷時，出現(xiàn)一種被稱作電纜放電事件或浪涌事件的esd。舉例來說，當(dāng)靜態(tài)充電到不同電位的電纜連接到裝置時，可出現(xiàn)浪涌事件。當(dāng)這種情況發(fā)生時，由于電壓電勢減小，因此電荷轉(zhuǎn)移到裝置中或從裝置中轉(zhuǎn)移出來。esd事件可通過其連接器接口損害集成電路(ic)。對于多種應(yīng)用，這些和其它問題給esd保護的實施效率帶來挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

各種實例實施例是針對(例如)上文闡述的問題和/或從以下關(guān)于電子電路的公開內(nèi)容中可顯而易見的其它問題。在某些實例實施例中，本發(fā)明的方面涉及用于防止電子裝置中電壓浪涌的電路和的方法。

在某些實施例中，設(shè)備包括開關(guān)電路，所述開關(guān)電路被配置成在第一模式(例如，充電模式)中啟用第一節(jié)點與第二節(jié)點之間的電流路徑且在第二模式(例如，浪涌保護模式)中停用電流路徑。設(shè)備另外包括偏壓電路，所述偏壓電路被配置成在第二模式中通過對控制節(jié)點的電壓加偏壓來防止第一節(jié)點處的電壓浪涌啟用到第二節(jié)點的電流路徑。

在較具體實例實施例中，開關(guān)電路被配置成響應(yīng)于與第一節(jié)點的電壓相關(guān)的控制節(jié)點的電壓超出閾值電壓而在第一模式中操作且響應(yīng)于與第一節(jié)點的電壓相關(guān)的控制節(jié)點的電壓低于閾值電壓而在浪涌保護模式中操作。在浪涌保護模式中，開關(guān)電路被配置和布置成停用，以防止第一節(jié)點處的電壓浪涌到達(dá)第二節(jié)點。然而，第一節(jié)點處的負(fù)浪涌可使第一節(jié)點與控制節(jié)點之間的電壓差升高到閾值電壓以上且由此導(dǎo)致開關(guān)電路啟用電流路徑。偏壓電路被配置成通過對控制節(jié)點加偏壓以減小控制節(jié)點的電壓來防止第一節(jié)點處的負(fù)浪涌啟用到第二節(jié)點的電流路徑。

在另一實例實施例中，提供一種用于提供第一節(jié)點和第二節(jié)點之間浪涌保護的方法。在第一模式中，啟用第一節(jié)點與第二節(jié)點之間的電流路徑。通過將在電流路徑中電連接的開關(guān)電路的控制節(jié)點設(shè)定到第一電壓來啟用電流路徑。在第二模式中，通過將控制節(jié)點設(shè)定到第二電壓來停用電流路徑。在第二模式中響應(yīng)于第一節(jié)點處的電壓浪涌，通過對控制節(jié)點的電壓加偏壓來防止開關(guān)電路啟用電流路徑。

以上論述/概述并不旨在描述本發(fā)明的每個實施例或每個實施方案。以下圖式和詳細(xì)描述還舉例說明了各種實施例。

附圖說明

考慮以下詳細(xì)描述結(jié)合附圖可以更全面地理解各種實例實施例，在附圖中：

圖1描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例用于防止浪涌事件的實例電路的方塊圖；

圖2描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例用于防止浪涌事件的實例過程的流程圖；且

圖3描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例用于防止浪涌事件的實例電路的電路圖。

雖然本文中所論述的各種實施例能夠經(jīng)受各種修改和替代形式，但在圖式中已借助于例子示出了實施例的方面，且將詳細(xì)描述實施例的方面。然而，應(yīng)理解，并不意圖將本發(fā)明限制于所描述的特定實施例。相反，意圖涵蓋落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的包括權(quán)利要求書中限定的方面的所有修改、等效物和替代物。另外，術(shù)語“例子”，如所使用的，在本申請案通篇中僅借助于說明，且不加限制。

具體實施方式

本發(fā)明的方面被認(rèn)為適用于各種不同類型的涉及電子電路的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。在某些實施方案中，已示出本發(fā)明的方面當(dāng)用于電子電路的浪涌保護的上下文中時是有益的?？山?jīng)由使用示例性上下文的非限制性例子的以下論述來理解各個方面，但不必限于此。

公開用于防止正浪涌事件和/或負(fù)浪涌事件的方法和電路。在某些實施例中，浪涌保護電路包括開關(guān)電路，所述開關(guān)電路被配置成在第一模式(例如，充電模式)中啟用第一節(jié)點與第二節(jié)點之間的電流路徑且在第二模式(例如，浪涌保護模式)中停用電流路徑。在某些實施例中，開關(guān)電路容易響應(yīng)于第一節(jié)點處出現(xiàn)的浪涌事件而在第二模式中無意地啟用電流路徑。浪涌保護電路包括偏壓電路，所述偏壓電路被配置成(例如)通過對開關(guān)電路中節(jié)點的電壓加偏壓來減小開關(guān)電路對浪涌事件的易感性。

對于一些應(yīng)用，此些電路和方法被用來保護電路系統(tǒng)免受正浪涌事件和/或負(fù)浪涌事件的影響。在正電壓浪涌中，可將節(jié)點的電壓轉(zhuǎn)變到電路的操作電壓區(qū)間(例如，大于供應(yīng)電壓)以上。在負(fù)電壓浪涌中，可將節(jié)點的電壓轉(zhuǎn)變到集成電路的操作電壓區(qū)間(例如，低于接地電壓)以下。某些應(yīng)用可(例如)通過使用包括芯片上esd保護電路和/或外部瞬態(tài)電壓抑制二極管的前端電路來防止正浪涌事件。然而，防止負(fù)浪涌事件可能較困難，在負(fù)浪涌事件中，電流/電壓脈沖可從ic的一個觸摸接腳進(jìn)入且從ic的另一接腳離開。受益于本發(fā)明的方面的某些應(yīng)用減小了對此些負(fù)浪涌事件的易感性。

如說明性例子，開關(guān)電路可包括必需在第二模式中關(guān)斷以確保正確操作的n型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(nmos)晶體管。nmos晶體管可具有電連接到節(jié)點的源極，在所述節(jié)點處存在電壓浪涌。如果電壓浪涌為正，那么源電壓上升且柵-源電壓降低。結(jié)果，柵-源電壓保持低于閾值電壓且nmos晶體管保持關(guān)斷狀態(tài)。然而，如果電壓浪涌為負(fù)，那么源電壓降低且柵-源電壓升高。如果柵-源電壓變得大于閾值電壓，那么nmos晶體管將接通且浪涌可在第一節(jié)點與第二節(jié)點之間轉(zhuǎn)移。

在各種實施例中，偏壓電路被配置成防止浪涌事件擾亂開關(guān)電路的正確操作。舉例來說，繼續(xù)使用上文nmos例子，偏壓電路可被配置成當(dāng)負(fù)浪涌出現(xiàn)時對nmos晶體管的柵極加偏壓，以確保柵-源電壓保持在閾值電壓以下。以這種方式，開關(guān)電路可防止負(fù)浪涌在第一節(jié)點與第二節(jié)點之間轉(zhuǎn)移。

因此，在以下描述中，闡述各種具體細(xì)節(jié)以描述本文呈現(xiàn)的具體例子。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)顯而易見，可在沒有下文給出的所有具體細(xì)節(jié)的情況下實踐一個或多個其它例子和/或這些例子的變化。在其它情況下，未詳細(xì)地描述眾所周知的特征以免混淆本文中的例子的描述。為了便于示出，可在不同圖式中使用相同參考標(biāo)號以指代相同元件或相同元件的額外例子。同樣，盡管可在一些情況下在個別圖式或?qū)嵤├忻枋龇矫婧吞卣?，但?yīng)了解來自一個圖式的特征可與另一個圖式或?qū)嵤├奶卣鹘M合，即使不將所述組合明確地示出或明確地描述為組合。

在不同實施例中，可使用各種電路實施開關(guān)電路和偏壓電路。(例如)可使用包括但不限于雙極結(jié)型晶體管(bjt)、結(jié)型場效應(yīng)晶體管(jfet)和/或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管mosfet的各種類型晶體管技術(shù)實施電路。為便于說明，主要論述關(guān)于mosfet的例子，但不限于此。

所公開的電路和方法可適用于各種應(yīng)用，以防止電壓浪涌。舉例來說，浪涌保護電路可被配置成防止當(dāng)電力電纜(例如，usb電力線)或信號線最初連接到裝置時出現(xiàn)的電壓浪涌。舉例來說，當(dāng)最初連接usb電纜時，浪涌保護電路可用于將連接到第一節(jié)點的usb電力線接口與連接到裝置電池的第二節(jié)點隔離。在電纜已連接且任何浪涌已釋放之后，浪涌保護電路可提供從電力線接口到用于充電的電池的電流路徑。如另一例子，當(dāng)最初連接數(shù)據(jù)信號線時，浪涌保護電路可用于將裝置的電路與裝置的數(shù)據(jù)信號線接口(例如，耳機插口)隔離。另外或替代地，浪涌保護電路可被配置用于防止操作期間在連接電纜上(例如)由靜電、短路電路或雷擊產(chǎn)生的電壓浪涌。為便于說明，在防止當(dāng)電力電纜連接到裝置的節(jié)點時產(chǎn)生的電壓浪涌的上下文中，對例子進(jìn)行主要論述。

現(xiàn)轉(zhuǎn)而參看圖式，圖1示出具有在第一節(jié)點130與第二節(jié)點140之間連接的開關(guān)電路的集成電路(ic)100。在這個例子中，開關(guān)電路120被配置成響應(yīng)于被提供到控制節(jié)點(ctrl)的模式選擇信號指示第一模式(例如，充電/電力模式)而啟用第一節(jié)點130與第二節(jié)點140之間的電流路徑且響應(yīng)于模式選擇信號指示第二模式(例如，浪涌保護模式)而停用電流路徑。

如先前所描述，開關(guān)電路120可易受一種類型的浪涌事件(例如，正電壓浪涌或負(fù)電壓浪涌)影響。舉例來說，當(dāng)負(fù)電壓浪涌出現(xiàn)時，開關(guān)電路120可能無法保持電流路徑停用，且由此可使電流從節(jié)點140流動到節(jié)點130。當(dāng)開關(guān)電路在第二模式中操作時，偏壓電路110被配置成防止第一節(jié)點處的電壓浪涌啟用電流路徑。舉例來說，如果開關(guān)電路120易受負(fù)電壓浪涌影響，那么偏壓電路110可被配置成響應(yīng)于檢測到第一節(jié)點130處的負(fù)浪涌事件而對開關(guān)電路120的控制節(jié)點ctrl加偏壓。偏壓電路110可基于比較第一節(jié)點130的電壓與參考電壓(例如，gnd)而檢測到負(fù)浪涌事件。相反，如果開關(guān)電路120易受正電壓浪涌影響，那么偏壓電路110可被配置成響應(yīng)于檢測到第一節(jié)點130處的正浪涌事件而對開關(guān)電路120的控制節(jié)點ctrl加偏壓。偏壓電路110可基于比較第一節(jié)點130的電壓與參考電壓(例如，vdd)而檢測到正浪涌事件。

在較具體實例實施例中，開關(guān)電路120被配置成基于將控制節(jié)點ctrl與第一節(jié)點130之間的電壓差與閾值電壓比較而啟用/停用第一節(jié)點130與第二節(jié)點140之間的電流路徑。舉例來說，開關(guān)電路120可包括晶體管，所述晶體管具有電連接到控制節(jié)點的柵極和電連接到第一節(jié)點130的源極或漏極。由第一節(jié)點處的浪涌事件誘發(fā)的電壓改變可轉(zhuǎn)變晶體管的源極或漏極的電壓且由此改變與晶體管的源極/漏極的電壓相關(guān)的柵極的電壓。偏壓電路110可被配置成對控制節(jié)點的電壓加偏壓，以防止源極與柵極之間的電壓差超出閾值電壓，在所述閾值電壓下晶體管開始傳輸電流。以這種方式，防止浪涌事件使晶體管接通且啟用第一節(jié)點130與第二節(jié)點140之間的電流路徑。

圖2描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例用于防止浪涌事件的實例過程的流程圖。當(dāng)開始過程時，過程最初是針對決策框202。如果選擇信號在決策框202處指示充電模式，那么在框204處通過將控制節(jié)點(例如，開關(guān)電路120的控制節(jié)點)的電壓設(shè)定為第一值而啟用電流路徑。或者，如果或當(dāng)設(shè)定選擇信號以在決策框202處指示浪涌保護模式時，那么在框206處通過將控制節(jié)點的電壓設(shè)定為第二值而停用電流路徑。當(dāng)模式選擇電路指示浪涌保護模式時，過程的方向為從決策框208到?jīng)Q策框210。如果決策框210存在浪涌，那么(例如，通過偏壓電路110)在框212處對控制節(jié)點加偏壓，以防止電流路徑被啟用。當(dāng)浪涌不再存在時，過程回到?jīng)Q策框208?；蛘撸绻虍?dāng)選擇信號設(shè)定成充電模式時，那么在框204處通過將控制節(jié)點的電壓設(shè)定為第一值而啟用電流路徑。以這種方式繼續(xù)過程，直到裝置重設(shè)或斷電。

如先前所論述，可使用各種電路布置來實施浪涌保護電路的開關(guān)電路和偏壓電路。圖3描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例用于防止ic300上浪涌事件的實例電路配置的電路圖。電路布置包括參照圖1中的第一節(jié)點130、第二節(jié)點140、偏壓電路110和開關(guān)電路120所描述進(jìn)行配置和布置的第一節(jié)點340、第二節(jié)點350、偏壓電路320和開關(guān)電路330。開關(guān)電路330包括被布置成響應(yīng)于模式選擇信號而提供第一節(jié)點340與第二節(jié)點350之間的電流路徑的一定數(shù)目的晶體管332和晶體管334。

在這個例子中，開關(guān)電路330包括在第一節(jié)點340與第二節(jié)點350之間串聯(lián)連接在一起的兩個nmos晶體管332和nmos晶體管334。然而，實施例不限于此。舉例來說，開關(guān)電路330可適于通過使用在第一節(jié)點340與第二節(jié)點350之間連接的單一晶體管或通過使用在第一節(jié)點與第二節(jié)點之間串聯(lián)連接的三個或多于三個晶體管來提供電流路徑。使用多個串聯(lián)連接的方式減小了電流路徑的亞閾值漏電流。通常，當(dāng)串聯(lián)連接的晶體管的數(shù)目增加時，亞閾值漏電流以指數(shù)速率減小。在一些實例實施方案的測試中，確定串聯(lián)連接的兩個25mohmnmos晶體管以展現(xiàn)足夠用于許多應(yīng)用的近似0.1ma的亞閾值漏電。

nmos晶體管332和nmos晶體管334中的每一個均具有被連接以接收模式選擇信號的柵極。在這個例子中，ic300包括驅(qū)動器電路310，所述驅(qū)動器電路310被配置成將模式選擇信號提供到開關(guān)電路330的晶體管332和晶體管334的柵極。在這個例子中，驅(qū)動器電路310包括分別用于晶體管332和晶體管334中每一個的驅(qū)動器子電路312和驅(qū)動器子電路314。

當(dāng)在高電壓(例如，邏輯1)下設(shè)定模式選擇信號時，開關(guān)電路在第一模式(例如，充電模式)中操作，nmos晶體管332和nmos晶體管334接通，且電流路徑啟用。相反，當(dāng)模式選擇信號設(shè)定為低值(例如，邏輯0)時，開關(guān)電路在第二模式(例如，浪涌保護模式)中操作，其中晶體管332和晶體管334關(guān)斷且電流路徑停用。開關(guān)電路可在第二模式中操作，以防止(例如)當(dāng)電力電纜或數(shù)據(jù)電纜最初連接到節(jié)點340時節(jié)點340處出現(xiàn)的浪涌事件轉(zhuǎn)移到節(jié)點350。

在這個例子中，開關(guān)電路330當(dāng)在第二模式中操作時防止正浪涌事件。當(dāng)正浪涌事件出現(xiàn)在節(jié)點340處時，晶體管332的源電壓升高，由此降低晶體管332的柵-源電壓。結(jié)果，柵-源電壓保持低于閾值電壓且nmos晶體管保持關(guān)斷狀態(tài)。正浪涌事件的浪涌電流可由可連接到節(jié)點340的一個或多個額外電路(圖3中未示出)旁通，所述一個或多個額外電路包括(例如)芯片上esd保護電路和/或外部瞬態(tài)電壓抑制二極管。相反，當(dāng)電壓浪涌為負(fù)時，源電壓降低且柵-源電壓升高。如果柵-源電壓變得大于閾值電壓，那么nmos晶體管將接通且使電壓浪涌轉(zhuǎn)移到晶體管334。負(fù)浪涌可類似地促使晶體管334接通且使浪涌轉(zhuǎn)移到節(jié)點350。

偏壓電路320被配置成對開關(guān)電路的控制節(jié)點加偏壓，以防止當(dāng)節(jié)點340處出現(xiàn)負(fù)電壓浪涌時，晶體管332接通。在這個例子中，偏壓電路320包括在晶體管332的柵極與節(jié)點340之間的電流路徑中連接的nmos晶體管322。偏壓電路320包括將晶體管322的柵極連接到驅(qū)動器電路310的電阻器324。偏壓電路320還包括將晶體管322的源極連接到節(jié)點340的電阻器324。晶體管322的柵極連接到ic的較低操作電壓(例如，gnd)。在正常操作期間，晶體管322關(guān)斷，這是因為晶體管322的柵電壓連接到gnd。當(dāng)節(jié)點340處出現(xiàn)負(fù)電壓浪涌時，晶體管322的源電壓被拉引遠(yuǎn)低于gnd。當(dāng)柵-源電壓超出晶體管322的閾值電壓時，晶體管322接通且提供從晶體管332的柵極到節(jié)點340的電流路徑。當(dāng)使用晶體管322時，電阻324和326形成電阻電橋。遍及電阻器324的電壓降將晶體管332的柵電壓拉引到足以防止晶體管332接通的低電壓。以這種方式，開關(guān)電路能夠防止負(fù)浪涌從節(jié)點340轉(zhuǎn)移到節(jié)點350。

遍及電阻器324的電壓降取決于與電阻器326的電阻相關(guān)的電阻器324的電阻。在一些實施例中，可選擇電阻器以具有足以使電壓遍及電阻器324下降以消耗ic(例如，vdd-gnd)的整體操作電壓區(qū)間的電阻率值。作為一個考量，應(yīng)指出如果電阻器324的電阻過高，那么驅(qū)動器310將模式選擇信號提供到晶體管332的能力可能受到不利影響。一些實例電路的模擬和測試以示出4kohm電阻器324和20ohm電阻器326提供遍及電阻器324的充足電壓降，且在正常操作期間不會對性能產(chǎn)生不利影響。

圖3中的電路布置已示出在許多電子電路的典型操作電壓區(qū)間的外部成功地防止兩個負(fù)浪涌的轉(zhuǎn)移。舉例來說，開關(guān)電路和偏壓電路的實例實施方案的模擬和測試已示出阻斷根據(jù)國際電工委員會(iec)61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的+/-20v浪涌。

在不同應(yīng)用中，可控制模式選擇信號以于不同時期在充電模式與浪涌保護模式之間切換，以防浪涌事件。在一些實施例中，(例如)通過邏輯電路調(diào)整模式選擇信號的值，以防止當(dāng)最初連接電纜時電壓浪涌的轉(zhuǎn)移。如說明性例子，邏輯電路可設(shè)定模式選擇信號，以使開關(guān)電路在浪涌保護模式中操作，直到檢測電纜連接且任何電壓浪涌已被抑制之后?？赏ㄟ^使用各種電路和/或過程檢測電纜的連接/斷開連接。舉例來說，當(dāng)電纜端插入到輸入端口中時，電路路徑可完成。如另一例子，可(例如，基于與參考電壓的比較)檢測由電力電纜提供的電壓。響應(yīng)于驗證電壓浪涌不存在，邏輯電路可設(shè)定模式選擇信號，以使開關(guān)電路在充電模式中操作。

邏輯電路可設(shè)定模式選擇信號以響應(yīng)于各種事件而將開關(guān)電路的操作切換回到浪涌保護模式。舉例來說，在一些實施方案中，邏輯電路可監(jiān)視電纜端的電壓且促使開關(guān)電路響應(yīng)于受監(jiān)視電壓指示浪涌事件而在浪涌保護模式中操作。如另一例子，可促使開關(guān)電路響應(yīng)于電池完全充電或超出額定溫度閾值而從充電模式切換到浪涌保護模式。如又一例子，如果檢測電纜斷開連接，那么開關(guān)電路可促使開關(guān)電路再次在浪涌保護模式中操作，如此當(dāng)稍后再連接電纜時將阻斷電壓浪涌。

除非另外指明，否則本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到如在說明書(包括權(quán)利要求)中所使用的各種術(shù)語意味著本領(lǐng)域中的平常含義。舉例來說，說明書描述和/或說明可用于借助于可說明為電路或電路系統(tǒng)的各種電路或電路系統(tǒng)或通過使用例如塊、模塊、裝置、系統(tǒng)、單元、控制器、控制電路系統(tǒng)的術(shù)語和/或其它電路類型繪圖(例如，圖1的參考標(biāo)號110描繪本文中所描述的塊)實施所要求的公開內(nèi)容的方面。此些電路或電路系統(tǒng)與其它元件一起使用以舉例說明可在形式或結(jié)構(gòu)、步驟、功能、操作、活動等中如何實行某些實施例。舉例來說，在某些以上論述的實施例中，一個或多個模塊是離散邏輯電路、被配置成和布置成用于實施這些操作/活動的可編程邏輯電路或其組合。在某些實施例中，這種可編程電路是一個或多個計算機電路，包括用于存儲和存取將執(zhí)行為(一個或多個)指令集(和/或?qū)⒂米髋渲脭?shù)據(jù)以限定可編程電路如何工作)的程序的存儲器電路系統(tǒng)，和由可編程電路使用以執(zhí)行各種步驟、功能、操作、活動等的算法或過程。取決于應(yīng)用，指令(和/或配置數(shù)據(jù))可被配置成在邏輯電路中實施，其中指令(無論其特征是否在于目標(biāo)代碼、固件或軟件的形式)存儲于存儲器(電路)中且可從存儲器存取。

基于以上論述和說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于認(rèn)識到可以對各種實施例作出各種修改和改變而無需嚴(yán)格地遵循且在本文中所說明的且描述的示例性實施例和應(yīng)用。舉例來說，如圖式中例示的方法可涉及以各種次序?qū)嵭械牟襟E，其中保持本文的實施例的一個或多個方面，或可涉及較少或較多步驟。此類修改并不脫離本公開的各種方面的真實精神和范圍，包括在權(quán)利要求書中闡述的方面。