专利名称：一种输入级保护电路的制作方法
技术领域：
本发明是一种为集成电路内部输入级提供保护的保护电路，属于半导体制作技术领域。
背景技术：
对于很多集成电路的输入级而言，不可避免的会经常出现输入信号过大或其他异常信号脉冲，这样过大或异常的输入信号经过放大以后，必然会导致电路内部的不稳定，或者直接导致输入级的烧坏，使电路失效。对于这种情况，一般都会增加一个稳压二极管来作为输入级的保护，设计者可以更具不同电路的需求来设计不同的稳压值，灵活的控制保护点，从而使得输入级即使有过大的输入信号，也会被稳压管限幅，或者有异常的输入信号时也能通过稳压管泄放，而不会影响到电路的稳定性或烧坏电路。 如图I所示，是一个常见的稳压二极管。作为输入级保护，这种结构设计简单，并且也能起到一定的保护作用。其主要工作原理是当输入信号正常时，即在电路波动的要求范围之内时，电路正常工作，稳压二极管此时不会工作，而其反向漏电流大小在几十个纳安左右，基本不会对输入信号有任何影响；而当输入信号过大或出现异常信号时，将会超过设计的稳压值，使得稳压管进入开态，过大的输入信号会通过稳压管泄放，使得真正进入输入级的信号不会太大，从而限制了输入信号的大小，保证的电路的稳定和可靠性。但是，常规的稳压二极管结构却存在着各种缺陷，导致其有一定的局限性。首先，稳压二极管在稳压值在比较高的时候比较容易实现，但是在稳压值小于5. 8V时，稳压管的击穿为齐纳击穿，其漏电流会增大，如图2所示。这样将会导致在输入信号正常时，由于稳压管的漏电流造成输入信号衰减，从而影响电路的正常工作。其次，当出现过大输入信号或异常信号时，稳压管上的功耗将会比较大，使得其本身的可靠性存在隐患，除非大大增加其总体面积，但这个样又会增加整体芯片成本。并且，稳压二极管的内部寄生电阻比较大，这样会导致在大电流下，其寄生电阻上产生的电压会使得稳压管的实际稳压值比在小电流的情况下大，使得电路在大小电流情况下的输入信号有差别，不利于电路性能的提闻。
发明内容
本发明目的在于提供一种有效的输入级保护的保护电路，当集成电路内部输入级输入信号过大或出现异常输入信号时，本保护电路为被保护电路内部输入级提供限幅和保护作用，解决了在输入级要求较小信号幅度的电路中用稳压二极管作为限幅保护的漏电流的问题，并且提高了保护电路本身的可靠性。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案
一种输入级保护电路，其特征在于其包括NPN三极管Q1、N个二极管D1-Dn和电阻Rl ；所述NPN三极管Ql集电极接输入端Vin，发射极接地；所述电阻Rl接在所述NPN三极管Ql基极和发射极之间；所述N个二极管D1-Dn串联接在NPN三极管Ql基极和集电极之间，二极管D1的阳极接NPN三极管Ql的集电极，二极管Dn的阴极接NPN三极管Ql的基极。本发明通过新的输入级保护结构，结合合理的版图布局，能够对电路的输入级在出现异常输入信号时起到有效的保护作用，保护电压可以根据被保护电路的需求设置，并且可以在不影响电路正常工作和性能的前提下将Vz值设置到5. 8V以下，其应用范围比常规二极管要宽，所需要的面积也比较小，并且不需要额外的版图层次和工艺步骤。
图I是普通二极管结构图。
图2是稳压管大于5. 8V和小于5. 8V漏电流对比图。图3是本发明输入级保护电路的结构图。
具体实施例方式如图3所示一种输入级保护电路，其包括NPN三极管Q1、N个二极管D1-Dn和电阻Rl ;所述NPN三极管Ql集电极接输入端Vin，发射极接地；所述电阻Rl接在所述NPN三极管Ql基极和发射极之间；所述N个二极管D1-Dn串联接在NPN三极管Ql基极和集电极之间，二极管D1的阳极接NPN三极管Ql的集电极，二极管Dn的阴极接NPN三极管Ql的基极。其中，D1-Dn的作用类似于图I中的稳压二极管，因此D1-Dn串联的个数取决于被保护电路输入级所需要的保护或限幅的电压值，即稳压值Vz等于n个二极管的正向压降之和加上第一 NPN管发射结正向压降，也就是Vz=O. 7VXn + 0. 7V。当输入端出现异常信号，并且信号幅度大小超过电路设置的保护电压Vz值(8口Vin>0. 7VXn + 0.7V)时，NPN三极管Ql将会开启，也就是该保护结构开始工作，过高的输入将会被NPN三极管Ql直接泄放，使得进入输入端的信号达到最大幅度，输入信号的最大幅度为0. 7VXN + 0. 7V，也就是设定的Vz值，电路进入保护状态，从而使得进入到被保护电路内部输入级的信号不会太大而导致电路的不稳定或产生可靠性问题。一旦异常信号消失，被保护电路重新正常工作。该输入级保护结构的Vz值可以根据电路需求不仅可以设置到5. 8V及以上，也可以设置到5. 8V以下，并且没有常规二极管所存在的漏电流大的问题，其Vz值
0.7VXn + 0.7V主要取决于PN结的正向导通电压，漏电流小，正向导通电压稳定性非常好。如果常规稳压二极管Vz〈5. 8V，其漏电流会大大增加，达到几微安甚至于几十微安，稳定性非常差，这样会造成在输入信号正常的时候，由于二极管的漏电问题使得输入端信号衰减，影响电路正常工作，本发明结构不存在类似问题。二极管D1-Dn面积不需要太大，因为单个二极管上的电压只有0. 7V左右，而上面流过的电流只需要提供NPN管的基极电流和使电阻Rl上的电压达到0. 7V所需要的电流，所以单个二极管的面积不需要太大。而对于NPN三极管而言，由于它导通后进入开态，其集电极和发射极之间的压降不会太大，相对普通稳压管而言，它的功耗比较小，需要的面积也可以较小。另外，NPN三极管的电流能力也远比常规二极管要强，能更有效的起到保护作用。
权利要求
1. 一种输入级保护电路，其特征在于其包括NPN三极管Ql、N个二极管D1-Dn和电阻Rl ;所述NPN三极管Ql集电极接输入端Vin，发射极接地；所述电阻Rl接在所述NPN三极管Ql基极和发射极之间；所述N个二极管D1-Dn串联接在NPN三极管Ql基极和集电极之间，二极管D1的阳极接NPN三极管Ql的集电极，二极管Dn的阴极接NPN三极管Ql的基极。
全文摘要
本发明公布了一种输入级保护电路，其包括NPN三极管Q1、N个二极管D1-DN和电阻R1；所述NPN三极管Q1集电极接输入端Vin，发射极接地；所述电阻R1接在所述NPN三极管Q1基极和发射极之间；所述N个二极管D1-DN串联接在NPN三极管Q1基极和集电极之间，二极管D1的阳极接NPN三极管Q1的集电极，二极管DN的阴极接NPN三极管Q1的基极。本发明能够对电路的输入级在出现异常输入信号时起到有效的保护作用，保护电压可以根据被保护电路的需求设置，并且可以在不影响电路正常工作和性能的前提下将VZ值设置到5.8V以下,其应用范围比常规二极管要宽，所需要的面积也比较小，并且不需要额外的版图层次和工艺步骤。
文档编号H02H9/04GK102709900SQ20121018660
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者苏卡, 马晓辉 申请人:无锡友达电子有限公司