СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ТОЧЕК ПОДКЛЮЧЕНИЯ ПОДАЧИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ОТ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА
METHOD, DEVICE AND SYSTEM FOR PROTECTION OF CONNECTION POINTS FOR POWER SUPPLY FROM ELECTROSTATIC DISCHARGE

Область техники, к которой относится изобретение
Варианты осуществления изобретения, в целом, относятся к области процессоров. Более конкретно, варианты осуществления изобретения относятся к способу, устройству и системе защиты точек подключения подачи электропитания и/или заземления от электростатического разряда (ESD), чтобы иметь возможность быстрого изменения сигнала подачи электропитания в этих точках подключения.
Уровень техники
При производстве интегральных схем (IC) или во время работы с такими IC, точки подключения/выводы подачи электропитания или заземления на IC могут подвергаться воздействию высокого напряжения электропитания и тока (например, несколько тысяч Вольт и токов несколько Ампер, положительные и/или отрицательные относительно локального заземления). Эти высокие напряжения и токи электропитания являются признаком события электростатического разряда (ESD) в точках подключения и могут повредить схемы, соединенные с точками подключения/выводами подачи электропитания и/или заземления IC. Точки подключения/выводы подачи электропитания и/или заземления могут также подвергаться воздействию события ESD косвенно, когда другие схемы, соединенные с точками подключения/выводами подачи электропитания и/или заземления подвергаются воздействию события ESD. В таком случае ESD на других схемах проходит по электрическим маршрутам к точкам подключения/выводам подачи электропитания и/или заземлению, вызывая таким образом повреждение этих точек подключения/выводов и схем, соединенных с этими точками подключения/выводами. Чтобы защитить эти схемы, схемы защиты от ESD вводятся в состав IC, чтобы закорачивать точки подключения подачи электропитания и заземления IC друг с другом в случае события ESD в таких точках подключения подачи электропитания.
Такие схемы защиты от ESD защищают IC, ограничивая высоковольтные и низковольтные сигналы в точках подключения подачи электропитания (точках подключения подачи электропитания и заземления). Следовательно, быстро изменяющееся напряжение (например, со скоростью 10 мВ/мкс или быстрее) в точке подключения для подачи электропитания IC для схемы защиты от ESD может проявляться как событие ESD и схема защиты будет реагировать на событие ESD замыканием точек подключения подачи электропитания (источника подачи электропитания и заземления) друг с другом, чтобы отвести большие токи (несколько ампер), увязанные с событием ESD. Отводя большие токи, связанные с событием ESD, предотвращается нарастание высоких напряжений в точках подключения схемы IC.
На фиг.1 представлена традиционная схема 100 ESD, имеющая блок 101 таймера, связанный с блоком 102 фиксации. Постоянная времени блока 101 таймера выбирается так, чтобы она была меньше, чем время изменения сигнала Vdd подачи электропитания, и больше, чем продолжительность события ESD. Такая постоянная времени позволяет блоку 102 фиксации включаться, когда событие ESD начинается в точке подключения, в которой присутствует сигнал Vdd подачи электропитания, и выключаться после того, как событие ESD завершается в точке подключения, в которой присутствует сигнал Vdd подачи электропитания. Сигнал Vdd подачи электропитания обычно создается внешними стабилизаторами напряжения (внешними по отношению к IC) на системной плате и поэтому для таких сигналов необходима защита от ESD, которые представляются для IC как внешние. Такие внешние стабилизаторы напряжения обычно создают сигнал Vdd подачи электропитания с малой скоростью изменения, например, 1 мВ/мкс.
4
Однако для эффективного управления электропитанием IC используются усовершенствованные генераторы подачи электропитания, создающие сигналы подачи электропитания с быстрыми скоростями изменения (например, 1-10 мВ/мкс). Эти быстро изменяющиеся сигналы подачи электропитания позволяют IC входить в состояние подачи электропитания и выходить из него для экономии потребления энергии и улучшения характеристики IC. Эти быстро изменяющиеся сигналы подачи электропитания представляются для схемы защиты от ESD (такой как схема 100 защиты от ESD, показанная на фиг.1) как событие ESD, поскольку они похожи на событие ESD, когда быстро изменяющиеся сигналы подачи электропитания нарастают или спадают со скоростями, схожими или равными внезапному высоковольтному выбросу (событие ESD) в точках подключения подачи электропитания IC. Следовательно, схемы защиты от ESD (такие как схема 100 защиты от ESD, показанная на фиг.1) не способны различить быстро изменяющийся сигнал подачи электропитания и событие ESD в точке подключения, в которой присутствует сигнал подачи электропитания. Следовательно, такие схемы защиты от ESD ограничивают используемые быстро изменяющиеся сигналы подачи электропитания, например, для управления электропитанием IC и таким образом нарушают управление электропитанием IC.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения станут понятны более полно из подробного описания, приведенного ниже, и из сопроводительных чертежей различных вариантов осуществления изобретения, которые, однако, не должны рассматриваться как ограничение изобретение конкретными вариантами осуществления, а приводятся только для объяснения и понимания.
Фиг.1 - традиционная схема защиты от электростатического разряда (ESD), функционирующая посредством точки подключения, имеющей одиночный источник электропитания, защищаемый от события ESD.
Фиг.2 - обобщенная блок-схема схемы защиты от ESD для быстро изменяющейся подачи электропитания, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.3А - обобщенная блок-схема схемы защиты от ESD с блоком обратной связи, связанным с блоком таймера схемы защиты от ESD, соответствующей одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.3В - расширенная схема защиты от ESD, показанной на фиг.3А, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.3С - временная диаграмма функционирования схемы защиты от ESD, показанной на фиг.3В, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.4А - обобщенная блок-схема схемы защиты от ESD с блоком обратной связи, связанным с блоком фиксации схемы защиты от ESD, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.4В - расширенная схема для схемы защиты от ESD, показанной на фиг.4А, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.4С - временная диаграмма работы схемы защиты от ESD, показанной на фиг.4В, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.5 - способ защиты интегральной схемы (IC) от события ESD в точках подключения, в которых присутствуют сигналы подачи электропитания, в то же время позволяющий быстрое изменение сигналов подачи электропитания, соответствующий одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.6 - обобщенная блок-схема системы для защиты от ESD в точках подключения, в которых присутствует быстрое изменение подачи электропитания, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.7А - альтернативная схема защиты от ESD со схемой сдвига уровня, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.7В - график, показывающий работу схемы сдвига уровня альтернативной схемы защиты от ESD, показанной на фиг.7А, соответствующей одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.8 - другая альтернативная схема защиты от ESD, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Варианты осуществления изобретения относятся к способу и устройству для защиты точек подключения подачи электропитания и/или заземления от электростатического разряда (ESD), обеспечивающих быстрое изменение сигнала подачи электропитания на указанных точках подключения.
В одном из вариантов осуществления схема защиты от ESD интегральной схемы (IC) выполнена с возможностью отключения блока таймера от блока фиксации схемы защиты от ESD. Подробности варианта осуществления обсуждаются ниже со ссылкой на фиг.2-8. В одном из вариантов осуществления блок таймера схемы защиты от ESD выполнен с возможностью создания первого сигнала таймера посредством первого сигнала подачи электропитания, где первый сигнал подачи электропитания является медленно изменяющимся сигналом подачи электропитания (например, 1 мВ/мкс).
Термин "изменяющийся" относится здесь к нарастающей и/или уменьшающейся крутизне сигналов подачи электропитания. В одном из вариантов осуществления блок фиксации схемы защиты от ESD выполнен с возможностью ограничения второго сигнала подачи электропитания в случае события ESD в точке подключения, в которой присутствует второй сигнал подачи электропитания. В таком варианте осуществления блок фиксации выполнен с возможностью ограничения второго сигнала подачи электропитания в течение продолжительности времени первого сигнала таймера.
Термин "разъединяется" относится здесь к электрическому разделению подачи сигналов источника заземления и/или электропитания блока таймера и блока фиксации друг от друга. Например, сигнал подачи электропитания, подаваемый на блок фиксации, может быть создан внутренним (например, на кристалле) генератором напряжения, который может использовать первый сигнал подачи электропитания, где первый сигнал подачи электропитания создается внешним (например, находящимся вне кристалла) генератором напряжения.
4
Приведенный выше вариант осуществления позволяет второму сигналу подачи электропитания иметь более высокую скорость изменения (например, 1-10 мВ/мкс или быстрее) по сравнению со скоростью изменения первого сигнала подачи электропитания (например, 1 мВ/мкс), не заставляя схему защиты от ESD ограничивать второй сигнал подачи электропитания, даже когда второй сигнал подачи электропитания изменяется с гораздо большей скоростью. Одна из причин возможности более высокой скорости изменения для второго сигнала подачи электропитания без ограничения второго сигнала подачи электропитания состоит в том, что первый сигнал от блока таймера, который определяет, когда ограничивать второй сигнал подачи электропитания, основывается на первом сигнале подачи электропитания.
4
Описанный выше вариант осуществления таким образом позволяет блоку фиксации делать различие между событием ESD (выброс напряжения в точке подключения, в которой присутствует второй сигнале подачи электропитания) и быстро изменяющимся вторым сигналом подачи электропитания. Такой вариант осуществления позволяет эффективное управление электропитанием IC, увеличивая и уменьшая электропитание компонента IC быстрым способом (например, 1-10 мВ/мкс по сравнению с 1 мВ/мкс), не заставляя устройство фиксации схемы защиты от ESD включаться и таким образом ограничивать второй сигнал подачи электропитания. Описанные здесь варианты осуществления также снижают потребление энергии за счет утечки в устройствах ограничения блока фиксации, которые являются мощными транзисторами по сравнению с типичными логическими транзисторами, закорачивая отсоединенный второй источник подачи электропитания (электропитание на блок фиксации) во время режима снижения мощности IC.
В последующем описании обсуждаются многочисленные подробности, чтобы обеспечить более полное объяснение вариантов осуществления настоящего изобретения. Специалисту в данной области техники должно быть, однако, очевидно, что варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы без этих конкретных подробностей. В других случаях известные структуры и устройства показаны в форме блок-схемы, а не подробно, чтобы избежать затенения вариантов осуществления настоящего изобретения ненужными подробностями.
Заметим, что на соответствующих чертежах вариантов осуществления сигналы представляются линиями. Некоторые линии могут быть более толстыми, чтобы указать более важные составляющие маршрутов прохождения сигнала, и/или имеют стрелки на одном или более концах, чтобы указать основное направление информационного потока. Такие указания не предназначены для создания ограничений. Скорее линии используются в связи с одним или более примерами вариантов осуществления, чтобы облегчить более упрощенное понимание схемы или логического элемента. Любой представленный сигнал, в зависимости от потребностей или предпочтений конструкции, может реально содержать один или более сигналов, которые могут проходить в любом направлении, могут быть реализованы с любым соответствующим типом сигнальной схемы, например дифференциальная пара, несимметричная схема и т.д.
На фиг.2 представлена обобщенная блок-схема схемы 200 защиты от ESD, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения. В одном из вариантов осуществления схема 200 защиты от ESD содержит блок 201 таймера 201, связанный с блоком 202 фиксации. В одном из вариантов осуществления блок 201 таймера выполнен с возможностью создания сигнала 203 таймера с постоянной времени, достаточно большой, чтобы охватить все событие ESD. В одном из вариантов осуществления блок 201 таймера имеет точку подключения, в которой присутствует сигнал Vdd1 подачи источника электропитания и сигнал gnd1 подачи заземления. В таком варианте осуществления сигнал Vdd1 подачи источника электропитания имеет малую скорость изменения (например, 1 мВ/мкс) и создается первым генератором напряжения.
Чтобы не затенять варианты осуществления изобретения ненужными подробностями, структура первого генератора напряжения не показана. В одном из вариантов осуществления первый генератор напряжения является стабилизатором напряжения отключения кристалла, находящимся на системной плате далеко от IC. В другом варианте осуществления первый генератор напряжения является стабилизатором напряжения включения кристалла, выполненным с возможностью создания первого сигнала подачи электропитания при малой скорости изменения (например, 1 мВ/мкс).
4
В одном из вариантов осуществления блок 202 фиксации выполнен с возможностью приема сигнала 203 таймера и создания буферированного сигнала 203 таймера для запуска устройства фиксации (не показано) блока 202 фиксации. Как упомянуто выше, блок 202 фиксации отключается от блока 201 таймера так, чтобы блок 202 фиксации работал при другом электропитании (напряжение электропитания и/или заземления), чем электропитание (напряжение электропитания и/или заземления) блока 201 таймера. В одном из вариантов осуществления блок 202 фиксации содержит точку подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, имеющий более высокую скорость изменения (например, 1-10 мВ/мкс) по сравнению со скоростью изменения первого сигнала Vdd1 подачи электропитания (например, 1 мВ/мкс) блока 201 таймера.
В одном из вариантов осуществления точка подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания подвергается воздействию условий, внешних для IC через столбиковые выводы С4 для IC, соединяемые с проволочными выводами и/или корпусом кристалла. В таком варианте осуществления точка подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, подвергается воздействию события ESD. В одном из вариантов осуществления точка подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, обеспечивает сигнал подачи электропитания для приемопередатчиков ввода-вывода (I/O) IC, причем приемопередатчики ввода-вывода и таким образом точка подключения, в которой присутствует второй сигнал подачи электропитания, подвергается воздействию ESD через приемопередатчики ввода-вывода со стороны их выводов ввода-вывода. Описанные здесь варианты осуществления обсуждают защиту от ESD для точки подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания.
В одном из вариантов осуществления устройство фиксации в блоке 202 фиксации является n-канальным МОП-транзистором, выполненным с возможностью закорачивания точки подключения, в которой присутствует второй источник подачи электропитания, с сигналом заземления в ответ на событие ESD в точке подключения, в которой присутствует сигнал заземления. В другом варианте осуществления устройство фиксации в блоке 202 фиксации является p-канальным МОП-транзистором, выполненным с возможностью закорачивания точки подключения, в которой присутствует второй источник подачи электропитания, с точкой подключения, в которой присутствует сигнал заземления, в ответ на событие ESD в точке подключения, в которой присутствует второй сигнал подачи электропитания. В одном из вариантов осуществления устройство фиксации в блоке 202 фиксации является транзистором p-канальным МОП-транзистором, выполненным с возможностью закорачивания точки подключения, в которой присутствует второй источник подачи электропитания, с точкой подключения, в которой присутствует сигнал заземления, в ответ на событие ESD в точке подключения, в которой присутствует сигнал заземления. В одном из вариантов осуществления устройство фиксации в блоке 202 фиксации является n-канальным МОП-транзистором, выполненным с возможностью закорачивания точки подключения, в которой присутствует второй источник подачи электропитания, с сигналом земли в ответ на событие ESD в точке подключения, в которой присутствует второй сигнал подачи электропитания.
Чтобы не затенять варианты осуществления ненужными подробностями, нижеследующие варианты осуществления обсуждаются со ссылкой на устройство фиксации, являющееся p-канальным МОП-транзистором, и событие ESD в точке подключения, в которой присутствует второй сигнал подачи электропитания, когда на IC не подано электропитание, то есть когда первый и второй сигналы подачи электропитания находятся на уровнях логического нуля. Хотя устройство фиксации обсуждается в отношении ограничения второго сигнала Vdd2 подачи электропитания, не изменяя сущности вариантов осуществления изобретения, такое же построение может использоваться для фиксации ESD на сигнале gnd2 подачи заземления через n-канальный МОП-транзистор.
На фиг.3,4 и фиг.7,8 представлены различные варианты осуществления схемы 200 защиты от ESD, показанной на фиг.2 осуществления изобретения.
На фиг.3А представлена обобщенная блок-схема схемы 300 защиты от ESD с блоком 301 обратной связи, связанным с блоком 201 таймера схемы 300 защиты от ESD, соответствующей одному из вариантов осуществления изобретения. В одном из вариантов осуществления блок 301 обратной связи выполнен с возможностью создания сигнала fb обратной связи для регулирования сигнала 203 таймера. В одном из вариантов осуществления блок 301 обратной связи содержит устройство фиксации, выполненное с возможностью регулирования сигнала 203 таймера, когда нарастает первый сигнал Vdd1 подачи электропитания.
Одной из задач блока 301 обратной связи должно быть обеспечение стабильности для блока 201 таймера, поддерживая сигнал 203 таймера на стабильном уровне и не позволяя уровню сигнала 203 таймера снижаться через любые маршруты электрической утечки или соединения в IC. Ограничивая сигнал 203 таймера на стабильном уровне и не позволяя ему снижаться за счет утечки или соединения, блок 202 фиксации не создает ограничения в точке подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, до точки подключения, в которой присутствует сигнал заземления, в ответ на сигнал 203 таймера при разряде. В одном из вариантов осуществления, в ответ на событие ESD в точке, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, блок 301 обратной связи отключается, потому что сигнал таймера остается при напряжении, соответствующем разряду. Как упомянуто выше, IC находится в состоянии выключенной подачи электропитания во время события ESD и поэтому точки подключения, в которых присутствуют первая и вторая точки подключения подачи электропитания, находятся на уровнях логического нуля непосредственно перед событием ESD.
На фиг.3В представлена диаграмма 310 уровней в схеме 300 защиты от ESD, показанной на фиг.3А, соответствующей одному из вариантов осуществления изобретения. В одном из вариантов осуществления блок 201 таймера содержит резистор (R) и конденсатор (C) для создания сигнала 203 таймера с постоянной времени, достаточно большой, чтобы перекрыть продолжительность события ESD в точках подключения, в которых присутствует второй сигнал подачи электропитания. Варианты осуществления блока 201 таймера не ограничиваются блоком таймера на основе RC. В другом варианте осуществления блок 201 таймера содержит LC-таймер и таймер на основе кольцевого генератора (не показан). Чтобы не затенять варианты осуществления изобретения ненужными подробностями, другие устройства, такие как конденсаторы связи на различных точках подключения схемы 300 защиты от ESD, обеспечивающие правильность реакции схемы 300 защиты от ESD на событие ESD, не показаны.
fb
В одном из вариантов осуществления блок 301 обратной связи содержит устройство M фиксатора, выполненное с возможностью управления инвертором, дополнительно выполненным с возможностью инвертирования сигнала 203 таймера для создания сигнала fb обратной связи. В одном из вариантов осуществления блок 201 таймера выполнен с возможностью приема первого сигнала Vdd1 подачи электропитания.
В одном из вариантов осуществления блок 202 фиксации выполнен с возможностью приема сигнала 203 таймера. В одном из вариантов осуществления блок 202 фиксации содержит буфер и устройство M1 фиксации. В таком варианте осуществления буфер выполнен с возможностью создания сигнала gatedrv из сигнала 203 таймера для управления устройством M1 фиксации. В одном из вариантов осуществления устройство фиксации является p-канальным МОП-транзистором, выполненным с возможностью закорачивания точки подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, с точкой подключения, в которой присутствует сигнал заземления. Как упоминалось со ссылкой на вариант осуществления, показанный на фиг.2, блок 202 фиксации выполнен с возможностью приема второго сигнала Vdd2 подачи электропитания, который отключен от первого сигнала Vdd1 подачи электропитания.
Как обсуждается далее со ссылкой на вариант осуществления, показанный на фиг.6, первый сигнал Vdd1 подачи электропитания может использоваться для создания второго сигнала Vdd2 подачи электропитания. В одном из вариантов осуществления первый сигнал Vdd1 подачи электропитания создается стабилизатором напряжения, внешним по отношению к IC. В таком варианте осуществления для создания второго сигнала Vdd2 подачи электропитания первый сигнал Vdd1 подачи электропитания стробируется устройством стробирования. В одном из вариантов осуществления устройство стробирования является проходным транзистором, выполненным с возможностью его включения и выключения в ответ на сигнал управления электропитанием. В таком варианте осуществления второй сигнал Vdd2 подачи электропитания отделяется от первого сигнала Vdd1 подачи электропитания через устройство стробирования. В других вариантах осуществления второй сигнал Vdd2 подачи электропитания создается внутренним стабилизатором напряжения через первый сигнал Vdd1 подачи электропитания. В одном из вариантов осуществления внутренний генератор является стабилизатором напряжения на кристалле или в корпусе кристалла.
На фиг.3С представлена временная диаграмма 320 работы схемы защиты от ESD, показанной на фиг.3В, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения. Временная диаграмма основана при допущении, что в то время, когда второй сигнал Vdd2 подачи электропитания отключен от первого сигнала Vdd1 подачи электропитания, может существовать маршрут прохождения электрического тока между этими двумя точками подключения, когда на них присутствует электропитание, например, маршрут утечки от точки подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, через буфер блока 202 фиксации, точку подключения, в которой присутствует сигнал 203 таймера, блок 301 обратной связи, схему RC и т.д. к точке подключения, в которой присутствует первый сигнал Vdd1 подачи электропитания. Утечка или маршрут связи может также существовать через другую схему, которая не является частью схемы защиты от ESD, показанной на фиг.3В.
Возвращаясь к фиг.3С, маршрут утечки вызывает эффект пульсации в точке подключения, в которой присутствует первый сигнал подачи электропитания, в ответ на событие ESD в точке подключения, в которой присутствует второй сигнал подачи электропитания. Однако такое предположение о маршруте прохождения тока между точками подключения, в которых присутствует сигнал подачи электропитания, не является ограничением вариантов осуществления изобретения. Варианты осуществления изобретения защищают точку подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, во время события ESD в этой точке подключения от чего угодно между полной изоляцией и полным закорачиванием между точками подключения, в которых присутствуют первый и второй сигналы подачи электропитания.
В верхней части фиг.3С сигнал 203 таймера следит за первым сигналом Vdd1 подачи электропитания по мере того, как первый сигнал Vdd1 подачи электропитания нарастает от уровня логического нуля до высокого логического уровня. Постоянная времени блока 201 таймера выполнена так, чтобы сигнал 203 таймера отслеживал первый сигнал Vdd1 подачи электропитания по мере его изменения.
Термин "слежение" относится здесь к такому поведению первого сигнала, при котором скорость изменения первого сигнала является такой же, как и скорость изменения второго сигнала.
fb
По мере того, как сигнал таймера повышается, отслеживая первый сигнал Vdd1 подачи электропитания, сигнал fb обратной связи поддерживает устройство M фиксатора включенным. По мере того, как второй сигнал Vdd2 подачи электропитания повышается, сигнал gatedrv отслеживает второй сигнал Vdd2 подачи электропитания. Логический уровень сигнала 203 таймера обеспечивает, что сигнал gatedrv на устройство M1 фиксации является таким, что устройство M1 фиксации выключено, когда нет никакого события ESD ни в одной из точек подключения, в которых присутствует первый сигнал подачи электропитания или второй сигнал подачи электропитания.
Как показано на нижней половине фиг.3С, в ответ на событие ESD в точке подключения, в которой сигналом Vdd2 подачи электропитания, сигнал 203 таймера остается на уровне логического нуля или вблизи него, потому что напряжение/выброс ESD слишком быстрые для блока 201 таймера, чтобы отреагировать на них. Если не существует никакого электрического маршрута или маршрута связи между точками подключения с первым и вторыми сигналами подачи электропитания, то блок 201 таймера не будет реагировать на событие ESD на точке подключения со вторым сигналом подачи электропитания. Как упомянуто выше, IC находится в состоянии выключенного подачи электропитания во время события ESD и поэтому точки подключения, в которых присутствуют первый и второй сигналы подачи электропитания (Vdd1 и Vdd2, соответственно), непосредственно перед событием ESD находятся на уровнях логического нуля.
fb
Уровень логического нуля сигнала 203 таймера означает, что сигнал fb обратной связи поддерживает устройство M фиксатора выключенным. Однако уровень логического нуля сигнала 203 таймера приводит в результате к включению устройства M1 фиксации, заставляя таким образом точку подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, закорачиваться с точкой подключения, в которой присутствует сигнал подачи заземления. Закорачивание двух точек подключения удаляет ESD в точке подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания. Небольшой эффект пульсации на первом сигнале подачи электропитания вызывается путем прохождения электрического тока между точкой подключения, в которой присутствует первый сигнал подачи электропитания, и точкой подключения, в которой присутствует второй сигнал подачи электропитания, на котором произошло событие ESD. Как обсуждалось выше, схема защиты от ESD вариантов осуществления будет функционировать должным образом, даже если не было никакого маршрута прохождения электрического тока между точкой подключения, в которой присутствует первый сигнал подачи электропитания, и точкой подключения, в которой присутствует второй сигналом подачи электропитания, на котором произошло событие ESD.
На фиг.4А представлена обобщенная блок-схема схемы 400 защиты от ESD с блоком 401 обратной связи, связанным с блоком 202 фиксации схемы защиты от ESD, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения. Вышеупомянутый вариант осуществления выполнен с возможностью экономии потребления энергии по сравнению с вариантом осуществления, показанным на фиг.3А, потому что блок 401 обратной связи может быть выключен, когда второй сигнал Vdd2 подачи электропитания выключается во время управления электропитанием IC. Вариант осуществления, показанный на фиг.4А, также упрощает блок таймера 201, исключая показанный на фиг.3А блок 301 обратной связи из блока 201 таймера. Работа блока 401 обратной связи обсуждается со ссылкой на фиг.4В и фиг.4С. Остальные компоненты схемы 400 защиты от ESD работают подобно вариантам осуществления схем защиты от ESD, показанным на фиг.2 и фиг.3.
Хотя варианты осуществления, показанные на фиг.3А и фиг.4А, демонстрируют разные топологии схем защиты от ESD с блоком обратной связи, в одном из вариантов осуществления, блок обратной связи может быть исключен, не изменяя сущности изобретения, описанного со ссылкой на фиг.2.
fb
На фиг.4В представлена диаграмма 410 уровней схемы защиты от ESD, показанной на фиг.4А, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения. В одном из вариантов осуществления буфер блока 202 фиксации выполнен с возможностью создания сигнала fb обратной связи из сигнала 203 таймера. В одном из вариантов осуществления, сигнал fb обратной связи блока 401 обратной связи управляет транзистором M обратной связи, включая или выключая его в ответ на уровень сигнала 203 таймера. Так как сигнал fb обратной связи в этом варианте осуществления запитывается вторым сигналом Vdd2 подачи электропитания, существует маршрут утечки электрического тока, когда второй сигнал Vdd2 подачи электропитания выключен (то есть уровень логического нуля), в то время как первый сигнал Vdd1 подачи электропитания включен (то есть на высоком логическом уровне) или нарастает. В одном из вариантов осуществления, в ответ на событие ESD в точке подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, сигнал fb обратной связи отслеживает ESD в точке подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, потому что блок 401 обратной связи связывается с блоком 202 фиксации, который питается вторым сигналом Vdd2 подачи электропитания.
fb
fb
На фиг.4С представлена временная диаграмма 420 схемы защиты от ESD, показанной на фиг.4В, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения. Во время нормального функционирования, когда первый сигнал Vdd1 подачи электропитания нарастает от уровня логического нуля, в то время как второй сигнал Vdd2 подачи электропитания все еще выключен (то есть находится на уровне логического нуля), сигнал 203 таймера начинает отслеживать первый сигнал Vdd1 подачи электропитания и затем ограничивается уровнем порогового напряжения транзистора M, обратной связи. Одной из причин того, что сигнал 203 таймера должен ограничиваться пороговым напряжением (Vtp) транзистора M, является то, что существует маршрут утечки электрического тока между точкой подключения, в которой присутствует первый сигнал Vdd1 подачи электропитания, и точкой подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания. Когда второй сигнал Vdd2 подачи электропитания нарастает, сигнал 203 таймера отслеживает второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, заставляя устройство M1 фиксации выключаться, что является нормальной операцией.
В ответ на событие ESD на точке подключения со вторым сигналом Vdd2 подачи электропитания сигнал таймера остается на уровне логического нуля, заставляя устройство фиксации включаться и ограничивать второй сигнал Vdd2 подачи электропитания. Как упомянуто выше, IC находится в состоянии выключенной подачи электропитания во время события ESD и поэтому точки подключения, в которых присутствуют первый и второй сигналы подачи электропитания (Vdd1 и Vdd2, соответственно), находятся на уровне логического нуля непосредственно перед событием ESD. По сравнению с вариантом осуществления, показанным на фиг.3В, сигнал fb обратной связи в варианте осуществления, показанном на фиг.4В, отслеживает ESD в точке подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, потому что блок 401 обратной связи получает электропитание от точки подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания.
На фиг.5 представлена блок-схема 500 способа защиты IC от события ESD, позволяющая в то же время быстрое изменение сигналов подачи электропитания в точке подключения устройства фиксации ESD в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Способ обсуждается со ссылкой на варианты осуществления, показанные на фиг.2-4 и фиг.6-8.
На этапе 501 первый сигнал Vdd1 подачи электропитания создается перед созданием второго сигнала Vdd2 подачи электропитания. На этапе 502 первый сигнал 203 таймера создается посредством блока 201 таймера 201, в котором первый сигнал 203 таймера основывается на первом сигнале Vdd1 подачи электропитания. На этапе 503 второй сигнал Vdd2 подачи электропитания ограничивается блоком 202 фиксации в ответ на ESD в точке подключения, в которой присутствует второй сигнал Vdd2 подачи электропитания, причем процесс ограничения длится в течение времени, основанного на сигнале 203 таймера.
На фиг.6 представлено устройство 600 системного уровня для защиты от ESD, соответствующее одному из вариантов осуществления изобретения. В одном из вариантов осуществления система 600 содержит внешний стабилизатор 601 напряжения, связанный с процессором 603 (также упоминаемым как IC). Система дополнительно содержит блок 606 памяти, в котором хранятся исполняемые компьютером команды 607, причем блок 606 памяти связывается с процессором 603 через сетевую шину. В одном из вариантов осуществления внешний стабилизатор 601 напряжения выполнен с возможностью создания первого сигнала 602 подачи электропитания, который принимается процессором 603 через вывод корпуса (не показан). В одном из вариантов осуществления процессор 603 содержит схему 605 защиты от ESD, представляющую собой любую из схем защиты от ESD, показанных на фиг.2-5 и фиг.7-8.
В одном из вариантов осуществления схема 605 защиты от ESD выполнена с возможностью приема второго сигнала 606 подачи электропитания от внутреннего стабилизатора 604 напряжения. В одном из вариантов осуществления внутренний стабилизатор 604 напряжения выполнен с возможностью приема первого сигнала 602 подачи электропитания и создания второго сигнала 606 подачи электропитания. В других вариантах осуществления второй сигнал 606 подачи электропитания создается транзистором стробирования подачи электропитания (не показан), выполненным с возможностью приема первого сигнала 602 подачи электропитания на одном выводе транзистора стробирования подачи электропитания и затем создания второго сигнала Vdd2 подачи электропитания на другом выводе транзистора стробирования подачи электропитания. В одном из вариантов осуществления транзистором стробирования подачи электропитания управляет сигнал управления электропитанием, подаваемый на вывод затвора. В одном из вариантов осуществления внутренний стабилизатор 604 напряжения постоянно находится в корпусе процессора 603. В одном из вариантов осуществления внутренний стабилизатор 604 напряжения является стабилизатором напряжения на кристалле, связанным со схемой 605 защиты от ESD, причем как внутренний стабилизатор 604 напряжения, так и схема 605 защиты от ESD находятся внутри процессора 603.
Варианты осуществления изобретения также реализуются через программируемые исполняемые компьютером команды 607. Например, в одном из вариантов осуществления, размер p-канального МОП-транзистора M1 фиксации, показанного на фиг.3-4 и фиг.6-8, программируется через исполняемые компьютером команды 607. В одном из вариантов осуществления постоянная времени сигнала 203 таймера от блока 201 таймера также может программироваться через исполняемые компьютером команды 607. В одном из вариантов осуществления скорость изменения второго сигнала подачи электропитания также может регулироваться через исполняемые компьютером команды 607. Считываемый компьютером носитель 608 может содержать, в частности, флэш-память, оптические диски, CD-ROM, DVD ROM, RAM, EPROM, EEPROM, магнитные или оптические карты или другой тип считываемых компьютером носителей, пригодных для хранения электронных или исполняемых компьютером команд. Например, варианты осуществления изобретения могут быть загружены как компьютерная программа, которая может передаваться от удаленного компьютера (например, от сервера) к подающему запрос компьютеру (например, клиенту) посредством сигналов данных через линию связи (например, модем или сетевое соединение).
Ссылка в описании на "вариант осуществления," "один из вариантов осуществления," "некоторые варианты осуществления" или "другие варианты осуществления" означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантами осуществления, вводятся по меньшей мере в некоторые варианты осуществления, но не обязательно во все варианты осуществления. Появления в различном контексте выражений "вариант осуществления", "один из вариантов осуществления", или "некоторые варианты осуществления" не обязательно все обращены к одним и тем же вариантам осуществления. Если описание заявляет, что компонент, признак, структура или характеристика "может", "мог бы", или "мог" быть введен, то этот конкретный компонент, признак, структура или характеристика не обязательно должен быть введен. Если описание или формула изобретения ссылаются на элемент в единственном числе, то это не означает, что существует только один из таких элементов. Если описание или формула изобретения ссылаются на "дополнительный" элемент, то это не исключает, что могут иметься более чем один такой дополнительный элемент.
Хотя изобретение было описано в сочетании с конкретными вариантами его осуществления, специалистам в данной области техники в свете предшествующего описания будут очевидны множество альтернатив, модификаций и вариантов таких вариантов осуществления. На фиг.7-8 представлены два таких варианта.
На фиг.7А представлена схема 700 защиты от ESD со схемой 702 сдвига уровня 702, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения. В этом варианте осуществления схема 700 защиты от ESD содержит блок 701 таймера, схему 702 сдвига уровня и блок 703 фиксации. В одном из вариантов осуществления блок 701 таймера содержит цепь RC, связанную с блоком обратной связи, выполненным с возможностью создания обратной связи для получения сигнала fb обратной связи. В этом варианте осуществления первый сигнал Vdd1 подачи электропитания выше, чем допустимый предел напряжения оксидного слоя затвора для технологии процесса производства транзисторов. В одном из вариантов осуществления блок 701 таймера работает на поделенном первом сигнале подачи электропитания, чтобы избежать пробоя оксидной изоляции для транзисторов.
В одном из вариантов осуществления выходной сигнал timerlv блока 701 таймера подается на вход схемы 702 сдвига уровня. В одном из вариантов осуществления схема 702 сдвига уровня выполнена с возможностью создания сигнала timerhv# из сигнала timerlv. В одном из вариантов осуществления схема 702 сдвига уровня выполнена с возможностью поддержания сигнала timerhv# на низком логическом уровне, в то время как второй сигнал Vdd2 подачи электропитания нарастает. В одном из вариантов осуществления схема 702 сдвига уровня выполнена с возможностью поддержания сигнала timerhv# на низком логическом уровне, используя первый сигнал Vddl подачи электропитания, чтобы привести в действие устройство снижения напряжения в схеме 702 сдвига уровня посредством сигнала timerlv. В таком варианте осуществления сигнал timerhv# имеет вогнутую форму сигнала, которая поддерживает устройства фиксации выключенными в то время как второй сигнал подачи электропитания нарастает.
На фиг.7В представлен график 710 зависимости между временем и напряжением для вогнутой формы сигнала timerhv# относительно изменения второго сигнала Vdd2 подачи электропитания в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.7А.
В одном из вариантов осуществления выходные сигналы схемы 701 сдвига уровня 701 (timerlv и timerhv#) принимаются блоком 703 фиксации. В одном из вариантов осуществления блок 703 фиксации является наборным блоком фиксации по сравнению с блоком фиксации, показанным на фиг.3В и фиг.4 В. В одном из вариантов осуществления устройства в блоке 703 фиксации набираются, чтобы снизить эффекты пробоя оксидной изоляции устройств в блоке 703 фиксации. В одном из вариантов осуществления сигнал midnode является сигналом смещения, установленным на средний логический уровень второго сигнала Vdd2 подачи электропитания и сигнала земли. В одном из вариантов осуществления сигнал midnode обеспечивает повышенный уровень земли для устройства M1 фиксации, чтобы понизить эффекты надежности оксидной изоляции. Порядок действия схемы 700 защиты от ESD является таким же, как обсуждалось выше в отношении вариантов осуществления, показанных на фиг.2-5. В одном из вариантов осуществления для схемы 702 сдвига уровня может использоваться другая топология схемы, не изменяя сущности изобретения, показанного на фиг.7А.
fb
fb
fb
На фиг.8 представлен другой вариант 800 осуществления схемы защиты от ESD. Этот вариант осуществления подобен варианту осуществления, показанному на фиг.4А, и содержит блок 801 таймера, связанный с блоком 802 фиксации, дополнительно связанным с блоком 803 обратной связи. В этом варианте осуществления, когда второй сигнал Vdd2 подачи электропитания уменьшается, блок 803 обратной связи, создающий сигнал fb, вызывает уменьшение сигнала таймера вместе с сигналом Vdd2 подачи электропитания, пока сигнал таймера не достигнет уровня порогового напряжения (Vtp) транзистора M, обратной связи. В таком варианте осуществления сопротивление блок 801 таймера удерживает точку подключения, в которой присутствует сигнал таймера, от падения несколько ниже уровня порогового напряжения (Vtp) транзистора M, обратной связи. В таком варианте осуществления, когда второй сигнал Vdd2 подачи электропитания снова нарастает, инвертор и устройство M обратной связи на p-канальном МОП-транзисторе блока 803 обратной связи 803 ведут себя как усилитель, чтобы поддерживать в точке подключения, в которой присутствует таймер, высокий уровень. Этот альтернативный вариант осуществления отличается от варианта осуществления, показанного на фиг.4 В, где сигнал 203 таймера остается высоким, когда второй сигнал Vdd2 подачи электропитания понижается.
Со ссылкой на фиг.2, в альтернативном варианте осуществления между блоком 201 таймера и блоком 202 фиксации добавляется блок преобразователя напряжения (не показан). В таком варианте осуществления блок преобразователя напряжения выполнен с возможностью работы с разностным переменным током (АС) или постоянным током (DC) между первым сигналом Vdd1 подачи электропитания и вторым сигналом Vdd2 подачи электропитания. В одном из вариантов осуществления блок преобразователя напряжения является схемой резистивного делителя. В других вариантах осуществления блок преобразователя напряжения содержит буферное устройство сдвига уровня напряжения.
Подразумевается, что варианты осуществления изобретения охватывают все подобные альтернативы, модификации и варианты, попадающие в пределы широкого объема прилагаемой формулы изобретения.