(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路であって、
供給ノードと、
接地ノードと、
前記供給ノードと前記接地ノードとの間に結合され、前記供給ノード上の電圧のサージから前記集積回路を保護するための電力クランプ回路と
を備え、前記電力クランプ回路が、
前記供給ノードに結合された降伏回路であって、前記供給ノード上の電圧が降伏電圧より高くなると降伏に入り、電流が前記供給ノードに流れないよう、電流を導く、降伏回路と、
前記供給ノードと中間ノードとの間に結合された少なくとも１つのトランジスタであって、前記供給ノードから前記中間ノードへの電流経路を提供するために、前記降伏回路を流れる電流が所定のレベルより大きくなるとターンオンする、少なくとも１つのトランジスタと、
前記供給ノードに結合された電圧調整回路と、
前記電圧調整回路、前記接地ノードおよび前記中間ノードに結合された電流制御スイッチであって、前記電流制御スイッチを介して前記中間ノードと前記接地ノードとの間を流れる電流が閾値レベルより大きくなると前記電圧調整回路を前記接地ノードに接続し、前記電圧調整回路は、前記接地ノードに接続されると、前記供給ノード上の電圧を、前記少なくとも１つのトランジスタに関連付けられる降伏電圧よりも低い値にスナップバックさせて、静電放電（ＥＳＤ）に対する前記電力クランプ回路の頑丈性を改善する、電流制御スイッチと
を含む集積回路。
【請求項２】
前記電流制御スイッチが、前記降伏回路が降伏に到達した後に前記電圧調整回路を前記接地ノードに結合するように構成される、請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
前記電流制御スイッチが、入力端子ならびに第１および第２の出力端子を有するトランジスタを含み、前記第１の出力端子が前記電圧調整回路に結合され、前記第２の出力端子が前記接地ノードに結合され、前記電力クランプ回路が、前記電圧調整回路が前記接地ノードに接続された後に、前記供給ノード上の電圧を、前記電圧調整回路の電圧と、前記電流制御スイッチの前記トランジスタの前記第１および第２の出力端子の両端間の電圧との合計にほぼ等しいスナップバック電圧ＶＳＢ’にスナップバックさせる、請求項１に記載の集積回路。
【請求項４】
前記少なくとも１つのトランジスタがバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）を含み、
前記スナップバック電圧ＶＳＢ’が、前記ＢＪＴの共通エミッタ降伏電圧より低い、請求項３に記載の集積回路。
【請求項５】
前記電流制御スイッチの前記トランジスタが絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）を含み、前記トランジスタの前記入力端子が前記ＩＧＦＥＴのゲート端子を含み、前記トランジスタの前記第１および第２の出力端子が、それぞれ前記ＩＧＦＥＴのドレイン端子およびソース端子を含む、請求項３に記載の集積回路。
【請求項６】
前記電流制御スイッチが抵抗およびトランジスタを含み、前記抵抗が前記中間ノードと前記接地ノードとの間に結合され、前記トランジスタが前記電圧調整回路と前記接地ノードとの間に結合され、前記抵抗の両端間の電圧降下が前記トランジスタの入力信号を形成する、請求項１に記載の集積回路。
【請求項７】
前記電圧調整回路がツェナーダイオードを含む、請求項１に記載の集積回路。
【請求項８】
前記降伏回路が少なくとも１つのツェナーダイオードを含む、請求項１に記載の集積回路。
【請求項９】
前記降伏回路と前記中間ノードとの間に接続された第１および第２の抵抗であって、前記降伏回路が導通すると前記降伏回路から前記中間ノードへ電流を導く第１および第２の抵抗をさらに備え、前記第１および第２の抵抗が、前記少なくとも１つのトランジスタのためのバイアス信号を生成し、
前記少なくとも１つのトランジスタが、
入力端子ならびに第１および第２の出力端子を有する第１のトランジスタであって、前記第１のトランジスタの前記入力端子が前記降伏回路と前記第１の抵抗との間のノードに結合され、前記第１のトランジスタの前記第１の出力端子が前記供給ノードに結合され、前記第１のトランジスタの前記第２の出力端子が前記第１および第２の抵抗の間のノードに結合される、第１のトランジスタと、
入力端子ならびに第１および第２の出力端子を有する第２のトランジスタであって、前記第２のトランジスタの前記入力端子が前記第１および第２の抵抗の間のノードに結合され、前記第２のトランジスタの前記第１の出力端子が前記供給ノードに結合され、前記第２のトランジスタの前記第２の出力端子が前記中間ノードに結合され、前記第２のトランジスタがＥＳＤ事象中に主ＥＳＤ経路を形成する、第２のトランジスタと
を含む、請求項１に記載の集積回路。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのトランジスタがバイポーラ接合トランジスタを含む、請求項１に記載の集積回路。
【請求項１１】
前記供給ノードと前記接地ノードとの間に結合されたセンサ回路機構をさらに備え、前記電力クランプ回路が、前記供給ノード上の電圧サージによって生じる損傷から前記センサ回路機構を保護する、請求項１に記載の集積回路。
【請求項１２】
前記センサ回路機構が磁界センサを備える、請求項１１に記載の集積回路。
【請求項１３】
前記磁界センサが、ホール効果素子または磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つを備える、請求項１２に記載の集積回路。
【請求項１４】
供給ノード上の電圧が前記供給ノードに結合された降伏回路の降伏電圧より高くなると、それに応答して、集積回路の供給ノードと接地ノードとの間に結合されたトランジスタをターンオンするステップであって、前記トランジスタが、ターンオンされると電流を前記供給ノードから前記接地ノードへ導く、ステップと、
前記トランジスタがターンオンされた後に、スイッチを起動して電圧調整回路を前記供給ノードと前記接地ノードとの間に結合するステップであって、前記電圧調整回路が、前記供給ノード上の電圧を、前記トランジスタに関連付けられる降伏電圧よりも低い値にスナップバックさせ、それによって静電放電（ＥＳＤ）に対する電力クランプ回路の頑丈性を改善するように構成される、ステップと
を含む、電力クランプ回路を動作させるための方法。
【請求項１５】
前記トランジスタを流れる電流が前記トランジスタの一次降伏電流（ＩＴ１）より大きくなると、スイッチを起動するステップが生じる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
スイッチを起動するステップが、第２のトランジスタに入力信号を印加するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
スイッチを起動するステップにより、前記電力クランプ回路のスナップバック電圧が、前記電圧調整回路の調整電圧と前記第２のトランジスタの電圧の合計にほぼ等しくなる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のトランジスタがｎチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）を含み、前記入力信号が抵抗の両端間の電圧降下から引き出される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記電圧調整回路がツェナーダイオードを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記電圧調整回路が直列に接続された複数のダイオードを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記トランジスタは第１のトランジスタであり、
前記供給ノードと前記接地ノードとの間に結合された前記第１のトランジスタをターンオンするステップは、前記供給ノード上の電圧が前記降伏回路の降伏電圧より高くなると、それに応答して、第３のトランジスタをターンオンするステップを含み、前記第３のトランジスタをターンオンすることによって生成される電流が前記第１のトランジスタをターンオンさせる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記降伏回路が直列に結合された複数のツェナーダイオードを含み、前記降伏電圧が前記複数のツェナーダイオードの降伏電圧の合計を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
集積回路であって、
供給ノードと、
接地ノードと、
前記供給ノードと前記接地ノードとの間に結合され、前記供給ノード上の電圧のサージを引き起こし得る静電放電事象および他の雑音事象から前記集積回路を保護するための電力クランプ回路と
を備え、前記電力クランプ回路が、
前記供給ノード上の電圧が所定の電圧レベルより高くなると、それに応答して、電流が前記供給ノードに流れないよう、電流を導くように構成される第１の部分であって、前記供給ノードに流れないよう、前記電流の少なくとも一部を導くためのトランジスタを含む、第１の部分と、
前記供給ノードに流れないよう前記第１の部分によって導かれる電流の大きさが閾値を超えると、調整された電圧レベルを前記供給ノードに結合するように構成される第２の部分であって、前記調整された電圧レベルは、前記第１の部分の前記トランジスタに関連付けられる降伏電圧より低く、静電放電（ＥＳＤ）に対する前記電力クランプ回路の頑丈性を改善する、第２の部分と
を含む集積回路。
【請求項２４】
前記第２の部分が電圧調整回路および電流制御スイッチを含み、前記電圧調整回路が前記供給ノードに結合され、前記電流制御スイッチが、前記供給ノードに流れないよう前記第１の部分によって導かれる電流の量が前記閾値を超えると、前記電圧調整回路を前記接地ノードに接続するように構成される、請求項２３に記載の集積回路。
【請求項２５】
前記電圧調整回路がツェナーダイオードを含む、請求項２４に記載の集積回路。
【請求項２６】
前記電圧調整回路が直列に接続された複数のダイオードを含む、請求項２４に記載の集積回路。
【請求項２７】
前記第１の部分の前記トランジスタがバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）を含み、
前記トランジスタに関連付けられる前記降伏電圧は前記ＢＪＴの共通エミッタ降伏電圧であり、
前記電力クランプ回路の前記第２の部分は、前記電力クランプ回路の前記第１の部分が単独で動作することによって達成されるスナップバック電圧を低減するように構成される、請求項２３に記載の集積回路。
【請求項２８】
前記供給ノードと前記接地ノードとの間に結合されたセンサ回路機構をさらに備え、前記電力クランプ回路が、前記供給ノード上の電圧サージによって生じる損傷から前記センサ回路機構を保護する、請求項２３に記載の集積回路。
【請求項２９】
前記センサ回路機構が磁界センサを備える、請求項２８に記載の集積回路。
【請求項３０】
前記磁界センサが、ホール効果素子または磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つを備える、請求項２９に記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本明細書において説明される主題は、一般に集積回路に関し、より詳細には集積回路におけるＥＳＤ頑丈性を改善するための技法および回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]電力クランプは、例えば静電放電（ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）および他の雑音事象によって生じる過電圧状態による損傷から他の回路機構を保護するために使用することができる回路である。しかしながら動作電圧および電流が著しく大きくなると、電力クランプ自体が損傷することがある。例えば電圧が特定の値より大きくなると、電力クランプ内の１つまたは複数のトランジスタが、クランプを永久的に損傷させることになる二次降伏として知られている状態に到達することがある。この二次降伏機構は、電力クランプによって安全に処理することができる静電放電（ＥＳＤ）事象の規模を制限する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＥＳＤに対する電力クランプ回路の頑丈性を改善するための技法および回路が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0003]本明細書において説明される概念、システム、回路および技法によれば、集積回路は、（ａ）供給ノードと、（ｂ）接地ノードと、（ｃ）供給ノードと接地ノードの間に結合され、供給ノード上の電圧のサージから集積回路を保護するための電力クランプ回路とを備え、電力クランプ回路は、（ｉ）供給ノードに結合された降伏回路であって、供給ノード上の電圧が降伏電圧より高くなると降伏に入り、電流が供給ノードに流れないよう、電流をバイパスさせる降伏回路と、（ｉｉ）供給ノードと中間ノードの間に結合された少なくとも１つのトランジスタであって、降伏回路を流れる電流が所定のレベルより大きくなるとターンオンする少なくとも１つのトランジスタと、（ｉｉｉ）供給ノードに結合された電圧調整回路と、（ｉｖ）電圧調整回路と接地ノードの間に結合された電流制御スイッチであって、中間ノードと接地ノードの間を流れる電流が閾値レベルより大きくなると電圧調整回路を接地ノードに接続する電流制御スイッチとを含む。
【０００５】
[0004]一実施形態では、電流制御スイッチは、降伏回路が降伏に到達すると電圧調整回路を接地ノードに結合するように構成される。
【０００６】
[0005]一実施形態では、電流制御スイッチは、入力端子ならびに第１および第２の出力端子を有するトランジスタを含み、第１の出力端子は電圧調整回路に結合され、また、第２の出力端子は接地ノードに結合され、電力クランプ回路は、一次降伏に到達すると供給ノード上の電圧をスナップバック電圧ＶＳＢ’にスナップバックさせ、スナップバック電圧ＶＳＢ’は、電圧調整回路の電圧と、電流制御スイッチのトランジスタの第１および第２の出力端子の両端間の電圧との合計にほぼ等しい。
【０００７】
[0006]一実施形態では、スナップバック電圧ＶＳＢ’は、供給ノードと中間ノードの間に結合された少なくとも１つのトランジスタの共通エミッタ降伏電圧より低い。
【０００８】
[0007]一実施形態では、電流制御スイッチのトランジスタは、絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含み、トランジスタの入力端子はＩＧＦＥＴのゲート端子を含み、トランジスタの第１および第２の出力端子は、それぞれＩＧＦＥＴのドレイン端子およびソース端子を含む。
【０００９】
[0008]一実施形態では、電流制御スイッチは抵抗およびトランジスタを含み、抵抗は中間ノードと接地ノードの間に結合され、トランジスタは電圧調整回路と接地ノードの間に結合され、抵抗の両端間の電圧降下がトランジスタの入力信号を形成する。
【００１０】
[0009]一実施形態では、電圧調整回路はツェナーダイオードを含む。
【００１１】
[0010]一実施形態では、降伏回路は少なくとも１つのツェナーダイオードを含む。
【００１２】
[0011]一実施形態では、集積回路は、降伏回路と中間ノードの間に接続された１つまたは複数の抵抗であって、降伏回路が導通すると降伏回路から中間ノードへ電流を導く１つまたは複数の抵抗をさらに備え、１つまたは複数の抵抗は、少なくとも１つのトランジスタのための１つまたは複数のバイアス信号を生成する。
【００１３】
[0012]一実施形態では、少なくとも１つのトランジスタはバイポーラ接合トランジスタを含む。
【００１４】
[0013]一実施形態では、集積回路は、供給ノードと接地ノードの間に結合されたセンサ回路機構をさらに備え、電力クランプ回路は、供給ノード上の電圧サージによって生じる損傷からセンサ回路機構を保護する。
【００１５】
[0014]一実施形態では、センサ回路機構は磁界センサを備える。一実施形態では、磁界センサは、ホール効果素子または磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つを備える。
【００１６】
[0015]本明細書において説明される概念、システム、回路および技法の他の態様によれば、電力クランプ回路を動作させる方法は、（ａ）供給ノード上の電圧が閾値レベルより高くなると、それに応答して、集積回路の供給ノードと接地ノードの間に結合されたトランジスタをターンオンさせるステップであって、トランジスタは、ターンオンすると電流を供給ノードから接地ノードへ導く、ステップと、（ｂ）トランジスタがターンオンすると、スイッチを起動して電圧調整回路を供給ノードと接地ノードの間に結合するステップであって、電圧調整回路は、スイッチが起動されると追加電流を供給ノードから接地ノードへ導く、ステップとを含む。
【００１７】
[0016]一実施形態では、スイッチを起動するステップは、トランジスタを流れる電流がトランジスタの一次降伏電流（ＩＴ１）より大きくなると生じる。
【００１８】
[0017]一実施形態では、スイッチを起動するステップは、第２のトランジスタに入力信号を印加するステップを含む。
【００１９】
[0018]一実施形態では、スイッチを起動するステップにより、電力クランプ回路のスナップバック電圧が、電圧調整回路の調整電圧と第２のトランジスタの電圧の合計にほぼ等しくなる。
【００２０】
[0019]一実施形態では、第２のトランジスタはｎチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）を含み、また、入力信号は、抵抗の両端間の電圧降下から引き出される。
【００２１】
[0020]一実施形態では、電圧調整回路はツェナーダイオードを含む。
【００２２】
[0021]一実施形態では、電圧調整回路は、直列に接続された複数のダイオードを含む。
【００２３】
[0022]一実施形態では、降伏電圧は、供給ノードに結合された降伏回路の降伏電圧である。
【００２４】
[0023]一実施形態では、降伏回路は、直列に結合された複数のツェナーダイオードを含み、また、降伏電圧は、複数のツェナーダイオードの降伏電圧の合計を含む。
【００２５】
[0024]本明細書において説明される概念、システム、回路および技法のさらに他の態様によれば、集積回路は、（ａ）供給ノードと、（ｂ）接地ノードと、（ｃ）電力ノードに結合され、供給ノード上の電圧のサージを引き起こし得る静電放電事象および他の雑音事象から集積回路を保護するための電力クランプ回路とを備え、電力クランプ回路は、（ｉ）供給ノード上の電圧が所定の電圧レベルより高くなると、それに応答して、電流が供給ノードに流れないよう、電流をバイパスさせる第１の部分と、（ｉｉ）電流が供給ノードに流れないよう第１の部分によってバイパスされる電流の量が閾値を超えると、供給ノードに流れないようさらに電流をバイパスさせる第２の部分とを含む。
【００２６】
[0025]一実施形態では、第２の部分は電圧調整回路および電流制御スイッチを含み、電流制御スイッチは、電流が供給ノードに流れないよう第１の部分によってバイパスされる電流の量が閾値を超えると、電圧調整回路を接地ノードに接続する。
【００２７】
[0026]一実施形態では、電圧調整回路はツェナーダイオードを含む。
【００２８】
[0027]一実施形態では、電圧調整回路は、直列に接続された複数のダイオードを含む。
【００２９】
[0028]一実施形態では、電力クランプ回路は、電力クランプ回路の第１の部分のトランジスタが一次降伏に到達すると供給ノード上の電圧をスナップバック電圧ＶＳＢ’にスナップバックさせ、スナップバック電圧ＶＳＢ’は、電圧調整回路の調整電圧と電流制御スイッチの両端間の電圧の合計にほぼ等しい。
【００３０】
[0029]一実施形態では、集積回路は、供給ノードと接地ノードの間に結合されたセンサ回路機構をさらに備え、電力クランプ回路は、供給ノード上の電圧サージによって生じる損傷からセンサ回路機構を保護する。
【００３１】
[0030]一実施形態では、センサ回路機構は磁界センサを備える。
【００３２】
[0031]一実施形態では、磁界センサは、ホール効果素子または磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つを備える。
【００３３】
[0032]本発明の以上の特徴ならびに本発明自体は、以下の図面の説明からより完全に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】[0033]一実施態様に従って修正することができる従来のツェナートリガ電力クランプ回路を示す略図である。
【図２】[0034]図１のツェナートリガ電力クランプ回路の電圧−電流曲線を示すグラフである。
【図３】[0035]一実施態様に従ってＥＳＤ頑丈性が改善されたツェナートリガ電力クランプ回路の一例を示す略図である。
【図４】[0036]一実施態様に従ってＥＳＤ頑丈性が改善されたツェナートリガ電力クランプ回路の他の例を示す略図である。
【図５】[0037]図４のツェナートリガ電力クランプ回路の電圧−電流曲線を示すグラフである。
【図６】[0038]一実施態様による、電力クランプ回路を動作させるための方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
[0039]図１は、一実施態様に従って修正することができる従来のツェナートリガ電力クランプ回路１０を示す略図である。ツェナートリガ電力クランプ回路１０は、例えば集積回路３０の中で実施することができ、それにより例えば静電放電（ＥＳＤ）事象および／または他の雑音事象によって生じる損傷から集積回路３０を保護することができる。図に示されているように、ツェナートリガ電力クランプ回路１０は、第１および第２のツェナーダイオード１２、１４、第１および第２の抵抗１６、１８、第１および第２のトランジスタ２０、２２、供給ノード２４および接地ノード２６を含む。供給ノード２４は、集積回路３０がシステムに組み込まれると、外部電源に接続されることになる集積回路３０の供給端子、コンタクトまたはリード線に結合することができる。同様に接地ノード２６は、集積回路３０がシステムに組み込まれると、外部接地に接続されることになる集積回路３０の接地端子、コンタクトまたはリード線に結合することができる。
【００３６】
[0040]ＥＳＤ事象が生じると、大量の電荷が集積回路３０の供給ノード２４上に置かれることになる。この電荷は、ノード２４上の電圧を著しく高くする。この高くなった電圧は、持続が許容されると、集積回路３０内の回路機構２８を損傷させることになる。ツェナートリガ電力クランプ回路１０を使用して、損傷が生じる前にこの電圧レベルを低くすることができる。
【００３７】
[0041]第１および第２のツェナーダイオード１２、１４は、それぞれ陽極端子および陰極端子を有している。図１に示されているように、第１のツェナーダイオード１２の陰極端子は供給ノード２４に接続されている。第２のツェナーダイオード１４の陰極端子は、第１のツェナーダイオード１２の陽極端子に接続されている。第１の抵抗１６は、第２のツェナーダイオード１４の陽極端子と第２の抵抗１８の間に接続されている。第２の抵抗１８は、第１の抵抗１６と接地ノード２６の間に接続されている。
【００３８】
[0042]図に示されている実施態様では、第１および第２のトランジスタ２０、２２は、それぞれベース端子、コレクタ端子およびエミッタ端子を有するバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ：Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。第１および第２のトランジスタ２０、２２のコレクタ端子は、いずれも供給ノード２４に接続されている。トランジスタ２０のベース端子は、第２のツェナーダイオード１４と第１の抵抗１６の間のノードに接続されている。第２のトランジスタ２２のベース端子は、第１の抵抗１６と第２の抵抗１８の間のノードに接続されている。第１のトランジスタ２０のエミッタ端子は、第２のトランジスタ２２のベース端子に接続されている。第２のトランジスタ２２のエミッタ端子は接地ノード２６に接続されている。
【００３９】
[0043]デバイスが動作している間にＥＳＤ事象が生じると、供給ノード２４上の電圧が高くなる。電圧が第１および第２のツェナーダイオード１２、１４の結合逆降伏電圧（すなわちＢＶＤ１＋ＢＶＤ２）より高くなると、ダイオード１２、１４は、電流を第１および第２の抵抗１６、１８を介して接地ノード２６に向かって導き始める。抵抗１６、１８を流れる電流が大きくなると、最終的に、第１および第２のトランジスタ２０、２２が「オン」にバイアスされて、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥを流し始めるポイントに到達する。第２のトランジスタ２２を流れるコレクタ−エミッタ電流には、電荷を供給ノード２４から接地ノード２６へ移動させる傾向がある。さらに、第２のトランジスタ２２は、一度ターン「オン」すると、最終的に、供給ノード２４上の電圧をより低い電圧（すなわちスナップバック電圧ＶＳＢ）に「スナップバック」させることができ、したがって集積回路３０内における損傷の可能性が小さくなる。電圧のこのスナップバックは、第２のトランジスタ２２の一次降伏点（すなわち（ＶＴ１、ＩＴ１））で生じさせることができる。
【００４０】
[0044]供給端子２４上の電圧がスナップバックすると、ＥＳＤ事象の結果として電圧を連続的に高くすることができる。これが生じると、第２のトランジスタ２２を流れるコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥも、ほぼそれに比例して大きくなる。最終的には第２のトランジスタ２２の二次降伏点（すなわち（ＶＴ２、ＩＴ２））に到達することになる。二次降伏は、トランジスタを損傷または破壊することができ、したがって回避しなければならない。本明細書において説明されているいくつかの態様では、技法および回路は、動作中に電力クランプが二次降伏に到達する可能性を小さくするために提供されている。いくつかの実施態様では、技法および回路を使用することにより、対応する回路機構に対する損傷を心配することなく、例えばより大きいＥＳＤ事象を電力クランプに処理させることができる。本明細書において説明されている実施形態は、ツェナートリガＥＳＤ保護回路に関しているが、技法は、ツェナーダイオード以外の降伏デバイス使用した回路を始めとする他のタイプのＥＳＤ保護回路を使用したアプリケーションを同じく有していることを理解されたい。
【００４１】
[0045]図２は、図１のツェナートリガ電力クランプ回路１０の電流−電圧曲線４０を示すグラフである。図２のグラフでは、水平軸は、回路１０の供給ノード上の電圧を表しており、また、垂直軸は、クランプ回路全体の電流を表している。図２に示されているように、供給ノード上の電圧がゼロから高くなっても、クランプの電流は、電圧が第１および第２のツェナーダイオード１２、１４の直列結合の降伏電圧（すなわちＢＶＤ１＋ＢＶＤ２）に近づき始めるまではゼロ近辺を維持する。通常、供給ノード２４上の電圧は、ＥＳＤ事象または何らかの他のタイプの雑音事象の結果として、この高さの電圧に到達するにすぎない。電圧がこの降伏電圧より高くなると、第２のトランジスタ２２の一次降伏点（すなわちＶＴ１、ＩＴ１）に到達するまで電流が大きくなり始め、この一次降伏点で電圧がＶＳＢにスナップバックする。図に示されているように、ＶＳＢの値は、第２のトランジスタ２２の共通エミッタ降伏電圧にほぼ等しい（ＣＥＯＱ１）。電圧は、このポイントから、トランジスタ２２の動的抵抗ＲＡにほぼ比例してさらに高くなる。電圧が引き続いて高くなると、最終的に二次降伏点（ＶＴ２、ＩＴ２）に到達する。
【００４２】
[0046]図３は、一実施態様に従ってＥＳＤ頑丈性が改善されたツェナートリガ電力クランプ回路５０の一例を示す略図である。図に示されているように、ツェナートリガ電力クランプ回路５０は、図１の電力クランプ回路１０と同様の第１の部分５２を含む。さらに、ツェナートリガ電力クランプ回路５０は、回路５０のＥＳＤ頑丈性を改善するように設計された第２の部分５４を含む。ツェナートリガ電力クランプ回路５０は、いくつかの実施態様では例えば集積回路４０の一部であってもよい。図３に示されているように、第２の部分５４は、電圧調整回路４４および電流制御スイッチ４６を含むことができる。電圧調整回路４４は、可変電流が流れると比較的一定の（つまり調整された）電圧を維持することができる１つまたは複数の電気デバイスまたは構成要素を含むことができる。これは、例えばツェナーダイオード、アバランシェダイオード、シリコン制御整流器（ＳＣＲ：Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）、一連の順方向バイアスダイオード、電圧調整器、および／または上記の組合せを含む他の構成要素を含むことができる。電流制御スイッチ４６は、ツェナートリガ電力クランプ回路５０の第１の部分５２から電流Ｉが流れ出ると、それに応答して電圧調整回路４４を接地ノード２６に制御可能に結合するように動作するスイッチである。電流制御スイッチ４６は、電流Ｉを受け取るために第１の部分５２の中間ノード４２に接続された入力を有することができる。より詳細に説明されるように、電流制御スイッチ４６は、電圧調整回路４４が適切な時期に接地に接続されるように設計することができる。
【００４３】
[0047]電圧調整回路４４が接地ノード２６に結合される前は、電流は、回路４４を通ってほとんど、あるいはまったく流れることはできない。電圧調整回路４４は、電圧調整回路４４が接地ノード２６に接続されるまでの間はほとんど電力クランプ動作に影響を及ぼさない。電圧調整回路４４が電流制御スイッチ４６によって接地ノード２６に接続されると、電圧調整回路４４は、電流を供給ノード２４から接地ノード２６へ流し始めることができる。電流を導いている間、電圧調整回路４４の両端間の電圧は、比較的一定に維持することができる。
【００４４】
[0048]少なくとも１つの実施態様では、電流制御スイッチ４６は、電力クランプ回路５０の第１の部分５２の第１および第２のツェナーダイオード１２、１４が降伏に到達した後のある時点で、電圧調整回路４４を接地ノード２６に接続するように設計される。いくつかの実施態様では、電流制御スイッチ４６は、図３の第２のトランジスタ２２を流れる電流が第２のトランジスタ２２の一次降伏電流（ＩＴ１）より大きくなると、電圧調整回路４４を接地ノード２６に接続することができる。適切な時期に電圧調整回路４４を接地に接続することにより、電力クランプ回路５０の第１の部分５２のみを使用して達成することができるスナップバック電圧より低いスナップバック電圧を達成することができる。いくつかの実施態様では、このより低いスナップバック電圧は、電圧調整回路４４の両端間の電圧と電流制御スイッチ４６の両端間の電圧の合計に等しくすることができる。スナップバック電圧を低くすることにより、動作中、電力クランプ回路５０が二次降伏に到達する可能性を小さくすることができ、したがってＥＳＤに対する頑丈性を改善することができる。
【００４５】
[0049]上で説明したように、電圧調整回路４４および電流制御スイッチ４６をツェナートリガ電力クランプ回路５０に追加することにより、ＥＳＤ事象に対する回路５０の頑丈性が改善される。また、これらの構成要素を追加することにより、例えば電流一様性の改善、熱分散の改善およびスケーラビリティの改善などの他の利点を提供することも可能である。
【００４６】
[0050]図４は、一実施態様に従ってＥＳＤ頑丈性が改善されたツェナートリガ電力クランプ回路６０の他の例を示す略図である。図に示されているように、ツェナートリガ電力クランプ回路６０は、図１の電力クランプ回路１０と同様の第１の部分５２を含む。さらに、ツェナートリガ電力クランプ回路６０は、回路６０のＥＳＤ頑丈性を改善するように設計された第２の部分５６を含む。図に示されているように、ツェナートリガ電力クランプ回路６０の第２の部分５６は、ツェナーダイオード６２、トランジスタ６４および抵抗６６を含む。トランジスタ６４は、ツェナートリガ電力クランプ回路６０内のスイッチのように挙動することが意図されている。つまりトランジスタ６４は、ドレイン端子とソース端子の間のインピーダンスが大きい「オフ」状態と、ドレイン端子とソース端子の間のインピーダンスが小さい「オン」状態との間をトグルさせることができる。抵抗６６は、ツェナートリガ電力クランプ回路６０の中間ノード４２と接地ノード２６の間に結合されている。したがってツェナートリガ電力クランプ回路６０の第１の部分５２から流れ出る電流Ｉは、接地に到達するまでの間に抵抗６６を通って流れる。抵抗６６の両端間の電圧降下は、トランジスタ６４をターンオンおよびターンオフさせることができる。
【００４７】
[0051]トランジスタ６４がターンオンすると、ツェナーダイオード６２の陽極端子が接地ノード２６に接続される。ツェナーダイオード６２が接地ノード２６に接続されると、降伏モードに入って電流を接地に導くことができる。少なくとも１つの実施態様では、ツェナーダイオード６２の降伏電圧は、ツェナーダイオード６２がトランジスタ６４によって接地ノード２６に接続されると供給ノード２４上に出現する電圧より低い。したがってツェナーダイオード６２は、接地に接続されると、直ちに降伏モードに入ることができる。降伏モードに入ると、ツェナーダイオード６２は、接地への追加電流経路を提供することができ、この追加電流経路を介してＥＳＤ電流を流すことができ、それにより供給ノード２４上の電圧を低くすることができる。さらに、ツェナーダイオード６２は、降伏モードの間、比較的一定の電圧を維持することができる。
【００４８】
[0052]図に示されている実施形態では、トランジスタ６４は、抵抗６６に接続されるゲート端子を有するｎチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）である。したがって抵抗６６の両端間の電圧降下は、トランジスタ６４のゲートに印加することができる。他の実施態様では、他のタイプのトランジスタまたはトランジスタの組合せを使用することができることを理解されたい。しかしながら、トランジスタ６４を適切にバイアスし、電流Ｉに基づいてターンオンおよびターンオフさせるためには、使用されるトランジスタのタイプに応じて図４の電力クランプ回路６０を修正しなければならない。
【００４９】
[0053]少なくとも１つの実施態様では、抵抗６６の抵抗値は、ツェナーダイオード６２が適切な時期に接地ノード２６に結合されるように選択することができる。例えばツェナーダイオード６２は、場合によっては、第１および第２のツェナーダイオード１２、１４が降伏に到達した後のある時点で接地ノード２６に結合されることが望ましい。いくつかの実施態様では、抵抗６６の抵抗値は、第２のトランジスタ２２を流れるコレクタ−エミッタ電流が一次降伏電流値ＩＴ１より大きくなった時点でツェナーダイオード６２が接地ノード２６に結合されるように選択することができる。抵抗６６の抵抗値を決定するために、最初に、所望のスイッチ時間にツェナートリガ電力クランプ回路６０の第１の部分５２から流れ出る電流Ｉを決定することができる。次に、その電流レベルに到達した時点でトランジスタ６４をターンオンさせるために、必要なゲート電圧がトランジスタ６４に印加されるように抵抗値を選択することができる。少なくとも１つの実施態様では、比較的高い降伏電圧（例えばツェナーダイオード１２、１４の結合降伏電圧よりはるかに高い降伏電圧）を有するトランジスタ６４が使用される。
【００５０】
[0054]図４を参照すると、ツェナーダイオード６２およびトランジスタ６４は、ツェナートリガ電力クランプ回路６０内の修正スナップバック電圧を生成するように動作させることができる。既に説明したように、図１のツェナートリガ電力クランプ回路１０では、スナップバック電圧ＶＳＢの値は、第２のトランジスタ２２の共通エミッタ降伏電圧（ＣＥＯＱ１）にほぼ等しくすることができる。一方、図４のツェナートリガ電力クランプ回路６０では、修正スナップバック電圧は以下のようにすることができる。
【００５１】
ＶＳＢ’＝ＢＶＤ３＋ＶＤＳＭＯ
ＶＳＢ’は修正スナップバック電圧であり、ＢＶＤ３はツェナーダイオード６２の降伏電圧であり、また、ＶＤＳＭＯはトランジスタ６４のドレイン−ソース電圧である。いくつかの実施態様では、ツェナーダイオード６２および／またはトランジスタ６４は、ＥＳＤ事象の間、供給端子２４上の所望のレベルの追加電圧スナップバックが達成されるように選択し、および／または設計することができる。例えば一実施態様では、これらの構成要素は、修正スナップバック電圧が第２のトランジスタ２２の共通エミッタ降伏電圧よりかなり低くなる（つまりＶＳＢ’＜ＣＥＯＱ１）ように選択することができる。
【００５２】
[0055]上で説明したように、図３および４のツェナートリガ電力クランプ回路５０、６０は集積回路の中で実施することができ、それにより例えばその集積回路内の他の回路機構を、ＥＳＤ事象および同様の事象による損傷から保護することができる。他の回路機構は、広範囲にわたる任意の様々な異なるタイプの回路を含むことができる。いくつかの実施態様では、他の回路機構は、例えば位置センサ、電流センサ、速度センサ、近接センサ、回転センサまたは角度センサなどのセンサ回路を含むことができる。このようなセンサ回路は、それらに限定されないが、ホール効果素子、磁気抵抗素子または磁気トランジスタを始めとする１つまたは複数の磁界感知素子を利用した磁界センサの形態を取ることができる。知られているように、異なるタイプのホール効果素子、例えば平面ホール素子、垂直ホール素子および円形垂直ホール（ＣＶＨ：Ｃｉｒｃｕｌａｒ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｈａｌｌ）素子が存在している。同じく知られているように、異なるタイプの磁気抵抗素子、例えばアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）などの半導体磁気抵抗素子、グラント磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｌａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）、トンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子および磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が存在している。
【００５３】
[0056]図３のツェナートリガ電力クランプ回路５０および図４のツェナートリガ電力クランプ回路６０では、第１の部分４２は、２つのツェナーダイオード１２、１４および２つのトランジスタ２０、２２とともに示されている。他の実施態様では、任意の数のツェナーダイオードおよび任意の数のトランジスタを第１の部分４２に使用することができることを理解されたい。例えば一代替実施形態では、単一のツェナーダイオードおよび単一のトランジスタが使用される。さらに、既に説明したように、いくつかの実施形態では、他のタイプの降伏デバイスまたは回路（つまりツェナーダイオード以外の）を使用することができる。他の実施態様では、他のクランプトポロジーまたはトランジスタタイプを使用することも可能である。
【００５４】
[0057]図５は、図４のツェナートリガ電力クランプ回路６０の電流−電圧曲線７０を示すグラフである。図５の電圧−電流曲線７０には、比較のために図１のツェナートリガ電力クランプ回路１０に関連する図２の電流−電圧曲線４０が重畳されている。また、図５には、図４のツェナーダイオード６２の電流−電圧曲線７６が同じく示されている。以下の説明では、図４および図５の両方が参照されている。図５の電流−電圧曲線７０に示されているように、電圧スナップバックの前は、ツェナートリガ電力クランプ回路６０は、図１のツェナートリガ電力クランプ回路１０と実質的に同様の方法で動作する。つまりクランプの電流は、電圧が高くなっても、第１および第２のツェナーダイオード１２、１４の結合降伏電圧（すなわちＢＶＤ１＋ＢＶＤ２）に到達するまではゼロを維持する。電流は、次に急激な上昇を開始する。その後の何らかのポイントでトランジスタ６４がターンオンし、ツェナーダイオード６２を接地ノード２６に接続する。少なくとも１つの実施態様では、抵抗６６およびトランジスタ６４は、第２のトランジスタ２２を流れる電流がトランジスタ２２の一次降伏電流を超えて変化するとトランジスタ６４がターンオンするように選択することができるが、他の基準を代替として使用することも可能である（例えば一次降伏電流より大きい電流閾値、一次降伏電流より小さい電流閾値、等々）。
【００５５】
[0058]少なくとも１つの実施態様では、ツェナーダイオード６２は、トランジスタ６４がターンオンするときには既にその降伏電圧より高くなっており、したがって直ちに電流を導き始める。図５を参照すると、電力クランプ回路６０の供給端子２４上の電圧（つまり曲線７０）は、その前と同様、最終的にはスナップバックする。しかしながら図１のツェナートリガ電力クランプ回路１０は、ＶＳＢまでスナップバックするのに対し、図４のツェナートリガ電力クランプ回路６０は、ＣＥＯＱ１より著しく低いＶＳＢ’まで、はるかに長い距離だけスナップバックすることができる。上で言及したように、修正スナップバック電圧ＶＳＢ’は、ダイオード６２の降伏電圧とスナップバック時におけるトランジスタ６４のドレイン−ソース電圧の合計に等しくすることができる。さらに、図５に示されているように、二次降伏は、ツェナートリガ電力クランプ回路６０の電圧−電流曲線７０におけるはるかに高い電流レベルＩｒ２’で生じる。したがって図１の回路１０を使用した場合と比較すると、ツェナートリガ電力クランプ回路６０を使用することにより、より大きい静電放電事象を処理することができる。
【００５６】
[0059]図５の電流−電圧曲線４０、７０のいずれにおいても、スナップバック電圧と二次降伏の間の曲線の部分は、対応する動的抵抗（つまり曲線４０における動的抵抗ＲＡおよび曲線７０における動的抵抗ＲＡＢ）を有する比較的まっすぐな線である。注目すべきことには、曲線７０の動的抵抗ＲＡＢは曲線４０の動的抵抗ＲＡより大きい。この大きい動的抵抗は、図１のクランプ回路１０の場合と比較すると、ツェナートリガ電力クランプ回路６０の安定性の改善を促進することができる。
【００５７】
[0060]図６は、一実施態様による、電力クランプ回路を動作させるための方法８０を示す流れ図である。方法８０は、ツェナートリガ電力クランプならびに他のタイプの電力クランプとともに使用することができる。集積回路の供給ノード上の電圧が所定のレベルより高くなると、集積回路の供給ノードと中間ノードの間に接続されたトランジスタがターンオンする（ブロック８２）。例えば図３および４のトランジスタ２２は、供給ノード２４上の電圧がツェナーダイオード１２、１４の結合降伏電圧より高くなると、それに応答してターンオンさせることができる。次に、スイッチを起動して電圧調整回路を集積回路の供給ノードと接地ノードの間に接続し、それによりＥＳＤに対する電力クランプ回路の頑丈性を改善することができる（ブロック８４）。電圧調整回路は、単一のデバイス（ツェナーダイオード、アバランシェダイオード、ＳＣＲ、等々など）、または異なるデバイスの組合せ（例えば直列に接続された複数のツェナーダイオード、直列に接続された複数の順方向バイアスダイオード、より複雑な電圧調整器回路、等々）を含むことができる。スイッチは、例えば少なくとも部分的にトランジスタによって生成されるＥＳＤ電流を使用して起動することができる。
【００５８】
[0061]以上の説明においては、特定の技法および概念は、ツェナートリガ電力クランプ回路の文脈で記述されている。しかしながら、これらの技法および概念は、ツェナーダイオードを使用しない電力クランプを含む他のタイプの電力クランプ回路におけるアプリケーションを同じく有していることを理解されたい。また、技法および概念は、本明細書において説明されているアーキテクチャとは異なるアーキテクチャを使用した電力クランプ回路とともに使用することも可能である。
【００５９】
[0062]以上、本発明の例示的実施形態について説明したが、それらの概念を組み込んだ他の実施形態を同じく使用することができることは当業者には明らかであろう。本明細書に含まれている実施形態は、開示されている実施形態に限定してはならず、それらは特許請求の範囲の精神および範囲によってのみ制限されるものとする。本明細書に記載されているすべての刊行物および参考文献は、参照によりそのすべてが本明細書に明確に組み込まれている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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