Brevet FR3079348A1 — publié le 20190927

B17112 - 17-T0-0602 1 CIRCUIT DE PROTECTION CONTRE LES DECHARGES ELECTROSTATIQUES Domaine La présente description concerne un circuit de protection contre les décharges électrostatiques et plus particulièrement les circuits de protection comprenant une 5 structure de type Z-R-Z. Exposé de l'art antérieur Les problématiques liées aux décharges électrostatiques sont d'autant plus présentes aujourd'hui que les composants dans les circuits électroniques sont de plus en plus petits et de plus 10 en plus proches les uns des autres. La protection des circuits électroniques contre les décharges électrostatiques est un enjeu important pour assurer la fiabilité et la longévité de ces circuits. Il existe donc un besoin permanent pour des circuits de 15 protection contre les décharges électrostatiques plus performants. Résumé Ainsi, un mode de réalisation prévoit un circuit de protection contre les décharges électrostatiques comprenant, en 20 parallèle, deux composants à avalanche ayant des délais de déclenchement par rapport au début d'une décharge électrostatique, différents. B17112 - 17-T0-0602 2 Selon un mode de réalisation, les deux composants sont reliés à un noeud d'application d'un potentiel de référence. Selon un mode de réalisation, le potentiel de référence est la masse. Selon un mode de réalisation, le circuit comprend en plus une résistance. Selon un mode de réalisation, la résistance a une résistivité de l'ordre de quelques ohms. Selon un mode de réalisation, un premier des deux composants relie un premier noeud au noeud d'application du potentiel de référence et un deuxième des deux composants relie un deuxième noeud au noeud d'application d'un potentiel de référence. Selon un mode de réalisation, le premier noeud est un 15 noeud d'entrée et le deuxième noeud est un noeud de sortie. Selon un mode de réalisation, le premier des deux composants comprend au moins un thyristor. Selon un mode de réalisation, le thyristor a son anode reliée au premier noeud et sa cathode reliée au noeud 20 d'application du potentiel de référence. Selon un mode de réalisation, le deuxième des deux composants comprend au moins une diode à avalanche. Selon un mode de réalisation, la diode à avalanche a son anode reliée au noeud d'application du potentiel de référence et 25 sa cathode reliée au deuxième noeud. Selon un mode de réalisation, la résistance relie le premier noeud au deuxième noeud. Selon un mode de réalisation, les deux composants à avalanche ont des délais de déclenchement qui diffèrent de 30 quelques dizaines de nanosecondes. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation 35 avec les figures jointes parmi lesquelles : B17112 - 17-T0-0602 3 la figure 1 est un schéma électrique simplifié d'un mode de réalisation d'un circuit de protection contre les décharges électrostatiques ; la figure 2 illustre l'évolution temporelle de la 5 tension aux bornes d'un dispositif à protéger ; et la figure 3 est une schéma électrique d'un exemple de réalisation du circuit de la figure 1. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes 10 références dans les différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la nature du dispositif électronique à protéger ne sera pas détaillée, le circuit de protection présenté dans la description suivante s'adaptant à la plupart des dispositifs électroniques. Sauf précision contraire, les expressions "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. Dans la présente description, on utilisera le terme "connecté" pour désigner une liaison électrique directe, sans composant électronique intermédiaire, par exemple au moyen d'une piste conductrice, et le terme "couplé" ou le terme "relié", pour désigner soit une liaison électrique directe (signifiant alors "connecté") soit une liaison via un ou plusieurs composants intermédiaires (résistance, condensateur, etc.). La figure 1 est un schéma électronique simplifié d'un mode de réalisation d'un circuit de protection contre les décharges électrostatiques 10, désigné par un cadre en pointillés, 30 relié à un dispositif électronique D à protéger. Le circuit 10 comprend une structure de type Z-R-Z. Une structure Z-R-Z est une structure électronique utilisée dans les circuits de protection contre les décharges électrostatiques. Une structure Z-R-Z comprend trois composants : une résistance et deux 35 composants à avalanche identiques. La résistance relie un noeud B17112 - 17-T0-0602 4 d'entrée et un noeud de sortie de la structure et chaque composant à avalanche relie le noeud d'entrée ou le noeud de sortie à un noeud d'application d'un potentiel de référence, généralement la masse. 5 Selon les modes de réalisation décrits, le circuit 10 est asymétrique. Autrement dit, le circuit 10 comprend une résistance 12 et deux composants à avalanche 14, 16 différents l'un de l'autre. La résistance 12 relie, de préférence connecte, un noeud 10 d'entrée IN du circuit 10 à un noeud de sortie OUT du circuit 10. Le composant à avalanche 14 relie, de préférence connecte, le noeud d'entrée IN du circuit 10 à un noeud GND d'application d'un potentiel de référence, par exemple la masse. Le composant à avalanche 16 relie, de préférence connecte, le noeud de sortie 15 OUT du circuit 10 au noeud GND. Chaque composant à avalanche 14, 16 comprend une borne d'entrée 14A, 16A et une borne de sortie 14B, 16B. La borne d'entrée 14A du composant à avalanche 14 est reliée, de préférence connectée, au noeud d'entrée IN et la borne de sortie 14B du composant 14 est reliée, de préférence connectée, 20 au noeud GND. La borne d'entrée 16A du composant à avalanche 16 est reliée, de préférence connectée, au noeud de sortie OUT et la borne de sortie 16B du composant 16 est reliée, de préférence connectée, au noeud GND. Le dispositif D à protéger comprend une borne 25 d'alimentation Dl reliée, de préférence connectée, au noeud de sortie OUT du circuit 10, et une borne de référence D2 reliée, de préférence connectée, au noeud GND. La résistance 12 a une résistivité de l'ordre de quelques ohms, par exemple de 1,5 Q. Le composant 14 est un composant à avalanche capable de fournir une tension écrêtée de faible valeur (quelques volts par exemple) avec un délais de l'ordre de 30 ns par rapport au début de la décharge électrostatique. Le composant 14 comprend un ou plusieurs thyristors, mais le composant 14 peut également comprendre une ou plusieurs diodes, une ou plusieurs diodes à B17112 - 17-T0-0602 5 avalanche mais aussi d'autres composants tels que des résistances, des condensateurs, etc. Le composant 16 est un composant à avalanche ayant un déclenchement plus rapide que le composant 14. Le composant 16 5 permet donc d'écrêter les surtensions que le composant 14 aurait manquées, notamment au début de la décharge électrostatique. Le composant 16 comprend par exemple une diode à avalanche, ou diode Zener, ayant une tension de claquage relativement faible, par exemple comprise entre 3 et 5 V. 10 Les composants 14 et 16 ont des seuils de déclenchement proches (qui diffèrent de moins de quelques volts), par exemple sensiblement identique, ou de préférence identiques. Les composants 14 et 16 ont par exemple un écart de délais de déclenchement de l'ordre de quelques dizaines de nanosecondes. 15 Le fonctionnement du circuit 10 est le suivant. Lorsqu'une décharge électrostatique arrive sur la borne d'entrée IN du circuit 10, le composant 16 devient passant en premier et dissipe le premier pic de tension formé par la décharge électrostatique puis le composant 14 devient passant et dissipe 20 le reste de l'énergie de la décharge. La figure 2 est un graphique illustrant l'évolution temporelle de la tension aux bornes du dispositif D protégé par le circuit de protection contre les décharges électrostatiques 10 de la figure 1 touché par une décharge électrostatique. 25 Entre un instant tO et un instant tl, le dispositif D est alimenté par une tension nominale Vnom via le circuit de protection 10. La tension Vnom est appliquée entre les noeuds IN et GND du circuit 10. A un instant tl, une décharge électrostatique touche le 30 circuit 10. Le composant 16 se déclenche et dissipe une portion de la décharge. Le composant 16 évite ou dissipe alors un premier pic de tension élevé. A un instant t2, cet instant est par exemple égal à t1+30 ns, le composant 14 se déclenche et dissipe le reste de la 35 décharge et maintien une tension écrêtée. B17112 - 17-T0-0602 6 A un instant t3, le circuit de protection 10 a dissipé l'énergie de la décharge électrostatique et la tension aux bornes du dispositif est à nouveau égale à la tension nominale Vnom. Un avantage de ce mode de réalisation est que le 5 composant 16 permet de dissiper un premier pic de tension formé par la décharge électrostatique. De plus, le composant 14 permet de fournir un écrêtage de la tension à 30 ns. La figure 2 illustre en pointillé ce qui se produirait avec deux composants à avalanche identiques ou ayant des seuils 10 de déclenchement identiques. Cela montre qu'un pic de tension 18 peut atteindre et détériorer le dispositif D avant le déclenchement des composants à avalanche. La figure 3 est un schéma électrique d'un exemple de réalisation du circuit de protection contre les décharges 15 électrostatiques 10 de la figure 1. Dans cet exemple de réalisation, le composant 14 comprend une diode 141 reliant, de préférence connectant, le noeud IN et le noeud GND. Plus particulièrement, la cathode de la diode 141 est reliée, de préférence connectée, au noeud IN et son anode 20 est reliée, de préférence connectée, au noeud GND. Le composant 14 comprend en outre une diode 143 et un thyristor à gâchette d'anode 145 (représenté en figure 4 par le schéma de deux transistors connectés entre eux) en série entre les noeuds IN et GND. L'anode de la diode 143 est reliée, de préférence connectée, 25 au noeud IN et sa cathode est reliée, de préférence connectée, à l'anode du thyristor 145. La cathode du thyristor 145 est reliée, de préférence connectée, au noeud GND. La gâchette du thyristor 145 est reliée, de préférence connectée, au noeud GND par une diode à avalanche 147. Plus particulièrement, la cathode de la 30 diode 147 est reliée, de préférence connectée, à la gâchette du thyristor 145, et son anode est reliée, de préférence connectée, au noeud GND. Le composant 14 ainsi décrit est un composant ayant un seuil de déclenchement permettant de fournir une tension écrêtée 35 faible à 30 ns du début de la décharge électrostatique. En effet, B17112 - 17-T0-0602 7 le thyristor 145 permet un écrêtage à une tension faible mais son déclenchement n'est pas instantané. Dans cet exemple de réalisation, le composant 16 comprend une diode à avalanche 161 en parallèle avec N diodes à 5 avalanche 163 (en figure 4, seules quatre diodes à avalanche 163 sont représentées). La diode à avalanche 161 relie, de préférence connecte, le noeud OUT au noeud GND. Plus particulièrement, la cathode de la diode à avalanche 161 est reliée, de préférence connectée, au noeud OUT et son anode est reliée, de préférence 10 connectée, au noeud GND. Les diodes 163 sont reliées, de préférence connectées, en série entre le noeud OUT et le noeud GND. Plus particulièrement, chaque diode 163 a son anode côté noeud OUT et sa cathode côté noeud GND. Lors d'une décharge électrostatique (positive ou négative) toutes les diodes du 15 composant 16 fonctionnent en avalanche à un déclenchement plus rapide que le composant 14. Le composant 16 a un délai de déclenchement inférieur à 1 ns. Le composant 16 ainsi décrit est un composant ayant un seuil de déclenchement faible et qui permet donc de dissiper le 20 premier pic de tension formé par la décharge électrostatique. En effet, la diode à avalanche 161 a un déclenchement instantané qui lui permet de dissiper le premier pic de tension. Chaque surtension positive fait s'enclencher la diode à avalanche 161 et chaque surtension négative fait s'enclencher REVENDICATIONS1. Circuit de protection contre les décharges électrostatiques (10) comprenant, en parallèle, deux composants (14, 16) à avalanche ayant des délais de déclenchement par rapport au début d'une décharge électrostatique, qui diffèrent de quelques dizaines de nanosecondes. 2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel les deux composants (14, 16) sont reliés à un noeud d'application d'un potentiel de référence (GND). 3. Circuit selon la revendication 2, dans lequel le 10 potentiel de référence est la masse. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en plus une résistance (12). 5. Circuit selon la revendication 4, dans lequel la résistance (12) a une résistivité de l'ordre de quelques ohms. 15 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel un premier des deux -composants (14) relie un premier noeud (IN) au noeud d'application du potentiel de référence (GND) et un deuxième des deux composants (16) relie un deuxième noeud (OUT) au noeud d'application d'un potentiel de 20 référence (GND). 7. Circuit selon la revendication 6, dans lequel le premier noeud (IN) est un noeud d'entrée et le deuxième noeud (OUT) est un noeud de sortie. 8. Circuit selon la revendication 6 ou 7, dans lequel 25 le premier des deux composants (14) comprend au moins un thyristor (145). 9. Circuit selon les revendications 8, dans lequel le thyristor (145) a son anode reliée au premier noeud (IN) et sa cathode reliée au noeud d'application du potentiel de référence 30 (GND). 10. Circuit selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le deuxième des deux composants (16) comprend au moins une diode à avalanche (161). B17112 - 17-T0-0602 9 11. Circuit selon la revendication 10, dans lequel la diode à avalanche (161) a son anode reliée au noeud d'application du potentiel de référence (GND) et sa cathode reliée au deuxième noeud (OUT). 5 12. Circuit selon l'une quelconque des revendications 6 à 11 dans leur rattachement à la revendication 4, dans lequel la résistance (12) relie le premier noeud (IN) au deuxième noeud (OUT). 517112 - 17-T0-0602 8 REVENDICATIONS 1. Circuit de protection contre les décharges électrostatiques (10) comprenant, en parallèle, deux composants (14, 16) à avalanche ayant des délais de déclenchement par rapport au début d'une décharge électrostatique, differcntcqui diffèrent 5 de quelques dizaines de nanosecondes. 2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel les deux composants (14, 16) sont reliés à un noeud d'application d'un potentiel de référence (GND). 3. Circuit selon la revendication 2, dans lequel le potentiel de référence est la masse. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en plus une résistance (12). 5. Circuit selon la revendication 4, dans lequel la 15 résistance (12) a une résistivité de l'ordre de quelques ohms. 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel un premier des deux composants (14) relie un premier noeud (IN) au noeud d'application du potentiel de référence (GND) et un deuxième des deux composants (16) relie un 20 deuxième noeud (OUT) au noeud d'application d'un potentiel de référence (GND). 7. Circuit selon la revendication 6, dans lequel le premier noeud (IN) est un noeud d'entrée et le deuxième noeud (OUT) est un noeud de sortie. 25 8. Circuit selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le premier des deux composants (14) comprend au moins un thyristor (145). 9. Circuit selon les revendications 8, dans lequel le thyristor (145) a son anode reliée au premier noeud (IN) et sa 30 cathode reliée au noeud d'application du potentiel de référence (GND). 10. Circuit selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le deuxième des deux composants (16) comprend au moins une diode à avalanche (161). B17112 - 17-T0-0602 9 11. Circuit selon la revendication 10, dans lequel la diode à avalanche (161) a son anode reliée au noeud d'application du potentiel de référence (GND) et sa cathode reliée au deuxième noeud (OUT). 5 12. Circuit selon l'une quelconque des revendications 6 à 11 dans leur rattachement à la revendication 4, dans lequel la résistance (12) relie le premier noeud (IN) au deuxième noeud (OUT). 13. Circuit selon l'une qucic nquc dcs revendications 1 10 à 12, dans lequel lcs doux comp canto à avalanche ont dos délaie do déclenchement qui diffèrent dc quelques dizaines do '""