[發(fā)明專利]一種獨(dú)立于電源模塊的芯片級閂鎖現(xiàn)象過流保護(hù)電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110045697.0
• 申請日: 2011-02-25
• 公開（公告）號: CN102651543A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 岳超;盛敬剛;姚金科;范明浩;霍俊杰;丁義民;宋翌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京同方微電子有限公司
• 主分類號: H02H3/08
• 分類號: H02H3/08;H02H3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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閂鎖現(xiàn)象(Latch-up)過流保護(hù)電路。

背景技術(shù)

由于制造上的困難，最初幾代MOS?工藝僅提供NMOS器件。實際上，許多早期的微處理器和模擬電路都是采用NMOS工藝制造的，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工序，CMOS邏輯的零靜態(tài)功耗仍促使了CMOS技術(shù)時代的到來。然而，在CMOS電路中會產(chǎn)生一個嚴(yán)重的問題,就是閂鎖現(xiàn)象。

閂鎖現(xiàn)象是指在CMOS工藝中，寄生的pnp和npn雙極性晶體管形成一個正反饋環(huán)路，在芯片加電過程中當(dāng)瞬時大電流流過襯底，或者當(dāng)加載的外部電壓超過了正常的工作電壓范圍時，寄生二極管完全導(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，如果不能及時的消除閂鎖現(xiàn)象，持續(xù)的大電流會燒壞整個芯片。防止閂鎖效應(yīng)可以從工藝和電路設(shè)計兩個方面考慮：對于代工廠可以適當(dāng)?shù)倪x擇雜質(zhì)濃度和分布以及版圖設(shè)計規(guī)則來保證寄生電阻和雙極晶體管的電流增益值都很小；對于電路設(shè)計者可以在版圖中加入保護(hù)環(huán)（guard?ring）來使接觸電阻最小。但是，對于芯片設(shè)計公司在選定一種工藝后沒有辦法改變代工廠生產(chǎn)情況，而且為了節(jié)省面積成本，很多的設(shè)計公司不能保證芯片版圖的充分接地。這樣，設(shè)計一款獨(dú)立于集成電路制造工藝的閂鎖現(xiàn)象過流保護(hù)電路是非常有必要的。

????現(xiàn)有技術(shù)中，有不少防止閂鎖現(xiàn)象的方法。例如，美國專利US5，212,616提出的使用一個電源檢測電路實時的采樣電源調(diào)節(jié)電路的輸出MOS管，當(dāng)發(fā)生閂鎖現(xiàn)象時，電源檢測電路發(fā)出控制信號，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)，且對于使用第三方電源硬核的設(shè)計者是不可能實現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種獨(dú)立于電源模塊的芯片級閂鎖現(xiàn)象過流保護(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)方案以如下方式實現(xiàn)：

一種獨(dú)立于電源模塊的芯片級閂鎖現(xiàn)象過流保護(hù)電路，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，它包括：

一個大電流開關(guān)模塊，用以控制輸入芯片的總電流；

一個等比例電流檢測模塊，用以按照設(shè)計的比例檢測流入芯片電流的大小；

一個判決模塊，用以根據(jù)等比例電流模塊送入電流大小控制大電流開關(guān)模塊的通斷；

一個自啟動模塊，用以在電路最開始上電以及閂鎖現(xiàn)象解除后重新打開大電流開關(guān)模塊，并為芯片正常供電；

電源PAD經(jīng)大電流開關(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)等比例電流檢測模塊、判決模塊和自啟動模塊連接到大電流開關(guān)模塊，芯片電源管理模塊與自啟動模塊相連接。

在上述過流保護(hù)電路中，所述大電流開關(guān)模塊為PMOS的大電流開關(guān)管，大電流開關(guān)管的源極與電源PAD相連接，大電流開關(guān)管的漏極接芯片電源管理模塊的輸入。

在上述過流保護(hù)電路中，所述等比例電流檢測模塊包含：

一個小電流開關(guān)，采用PMOS管用來檢測大電流的等比例；

一個接成負(fù)反饋形式的運(yùn)算放大器，用來保證大電流開關(guān)管與小電流開關(guān)的漏極電位相同；

一個用來調(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關(guān)管的漏極，運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端接小電流開關(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。

在上述過流保護(hù)電路中，所述判決模塊包括：

一個電阻，與晶體管的漏極相接用來將等比例輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓；

一個比較器，正輸入端與晶體管的漏極相接，負(fù)輸入端接參考電壓，用來判定輸出電流是否超過設(shè)定閾值。

在上述過流保護(hù)電路中，所述自啟動電路包括：依次相連的一個低電壓到高電壓的轉(zhuǎn)化電路，一個延時電路，一個與門邏輯；與門邏輯的另一個輸入端接判決模塊中比較器的輸出，與門邏輯的輸出接大電流開關(guān)管的柵極，用以控制大電流開關(guān)管的通斷。

本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，對閂鎖現(xiàn)象的檢測以及解除均獨(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，整個電路可以有效的檢測并解除閂鎖現(xiàn)象，并能在解除閂鎖現(xiàn)象后自動重啟芯片電源，保證芯片正常工作。