CN102739164A

CN102739164A - 噪声过滤电路以及集成电路

Info

Publication number: CN102739164A
Application number: CN2011100975440A
Authority: CN
Inventors: 柯明道; 颜承正; 陈东旸
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明提供一种噪声过滤电路及集成电路。所述噪声过滤电路适用于一集成电路。一解耦合单元耦接至上述集成电路的一电源接合垫，用以相应于位于上述集成电路的上述电源接合垫的一瞬变电压，而产生一第一电流。一电流放大电路耦接于上述解耦合单元以及上述集成电路的上述电源接合垫，用以根据上述第一电流，从上述集成电路的上述电源接合垫汲取出一第二电流。

Description

噪声过滤电路以及集成电路

技术领域

本发明是有关于一种芯片内(on-chip)噪声过滤电路，且特别有关于可对位于集成电路的电源在线的瞬变电压进行解耦合的一种噪声过滤电路。

背景技术

对集成电路而言，静电放电(electrostatic discharge，ESD)事件是重要的可靠度问题。为了符合组件级(component-level)的可靠度，芯片内静电放电保护电路被设置在互补金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，CMOS)集成电路的输入输出单元(I/O cell)以及电源/接地单元内。对互补金属氧化物半导体集成电路的产品而言，除了组件级的静电放电问题之外，系统级(system-level)的静电放电问题也逐渐成为重要的可靠度问题，因此需要严谨的可靠度测试标准需求，例如电磁兼容性(electromagneticcompatibility，EMC)法规的系统级静电放电测试。一般而言，电子产品必须在接触放电(contact-discharge)测试下能承受+8kV的静电放电位准以及在空气放电(air-discharge)测试下能承受+15kV的静电放电位准，以便符合level 4的耐受要求。然而，高能量的静电放电会产生噪声，因此将会导致电子产品内互补金属氧化物半导体集成电路发生损害或故障。再者，即使互补金属氧化物半导体集成电路通过组件级的静电放电规格，例如具有±2kV的人体静电放电模式(human body model，HBM)、±200V的机器放电模式(Machine Model，MM)与±1kV的组件放电模式(Charged Device Model，CDM)，部分的互补金属氧化物半导体集成电路还是会很容易受到系统级的静电放电力影响。

对全面的组件级的静电放电验证而言，可藉由执行使用接脚对接脚(pin-to-pin)静电放电力以及电源对接地(VDD-to-VSS)静电放电力的两种静电放电测试来对集成电路的芯片的静电放电可靠度进行验证。上述两种静电放电测试常常会造成集成电路的芯片内的内部/核心电路有损害发生，例如部分未预料的静电放电电流会经由输入输出(I/O)接脚以及电源线流入内部/核心电路中。因此，在整个芯片的静电放电保护中，耦接于电源线以及接地线之间的噪声过滤电路是必要的。当输入(或输出)接脚在正对接地(positive-to-VSS，PS)模式或是负对电源(negative-to-VDD，ND)模式遭受到静电放电力时，噪声过滤电路能进一步在电源线以及接地线之间提供低阻抗路径，以便能有效地将静电放电的电流进行放电。

为了符合系统级的静电放电规格，有些方法被提供以整合多个离散噪声解耦合(decouple)组件或是板级(board-level)噪声滤波器至互补金属氧化物半导体的集成电路的产品中，以便在系统级静电放电测试下能对电子瞬变(transient)电压(能量)进行解耦合、旁路(bypass)或是吸收。可使用噪声过滤电路来增加系统级的静电放电耐受力，例如电容滤波器、磁珠(FerriteBead)、瞬变电压消除器(transient voltage suppressor，TVS)、电容-电感滤波器(LC-Like)及π形滤波器，如图1A-图1D所显示。在图1A-图1D中，噪声过滤电路100A-100D是由电阻R以及解耦合电容C以不同结构所组成。

通过选择适当的噪声过滤电路，互补金属氧化物半导体的集成电路可在系统级的静电放电测试下大大地提升系统级的静电放电耐受力。传统上，在噪声过滤电路内具有大面积/尺寸的离散噪声旁路组件能提供较佳的系统级的静电放电耐受力。然而，由于制程上的限制、晶粒尺寸的需求以及全部成本的考量，大面积/尺寸的离散组件很难被整合至单一芯片中。

因此，为了符合系统级的静电放电规格，需要具有强大瞬变干扰旁路能力而不需要大面积的芯片级噪声过滤电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种噪声过滤电路以及集成电路。

本发明提供一种噪声过滤电路，适用于一集成电路。上述噪声过滤电路包括：一解耦合单元，耦接至上述集成电路的一电源接合垫，用以相应于位于上述集成电路的上述电源接合垫的一瞬变电压，而产生一第一电流；以及一电流放大电路，耦接于上述解耦合单元以及上述集成电路的上述电源接合垫，用以根据上述第一电流，从上述集成电路的上述电源接合垫汲取出一第二电流。

再者，本发明提供一种集成电路，包括：一电源接合垫；一核心电路；一噪声过滤电路，耦接于上述电源接合垫以及上述核心电路之间，包括：一解耦合单元，耦接于上述电源接合垫，用以相应于上述电源接合垫的一瞬变电压，而产生一第一电流；以及一电流放大电路，耦接于上述解耦合单元以及上述电源接合垫，用以根据上述第一电流，从上述电源接合垫汲取出一第二电流。

本发明实施例所描述的噪声过滤电路可在电源接合垫VDD以及接地接合垫VSS之间提供低阻抗的路径，以便在遭受到静电放电力的情况下能有效地将静电放电的电流进行放电。因此，在系统级的静电放电力下能成功地解耦合或是旁路快速的电子瞬变，并且在不加大面积的情况下能提高互补金属氧化物半导体集成电路的产品对电子瞬变干扰的耐受力。

附图说明

图1A-图1D是分别显示传统噪声过滤电路；

图2是显示根据本发明一实施例所述的集成电路；

图3是显示根据本发明一实施例所述的噪声过滤电路；

图4是显示透过使用欠阻尼的弦波电压源来模拟图3在系统级的静电放电瞬变下的示意图；以及

图5A-图5D是分别显示根据本发明其它实施例所述的噪声过滤电路。

【主要组件符号说明】

200～集成电路；

100A-100D、210、500A-500D～噪声过滤电路；

220、310、510A-510D～解耦合单元；

230、320、520～电流放大电路；

240～核心电路；

250、260～电源线；

C、C_Decouple～电容；

C_D1-C_DN～接面电容；

CM～金属氧化物半导体电容；

D1-DN～二极管；

M1、M2～晶体管；

R、RR、R1、R2～电阻；

VDD～电源接合垫；

VSS～接地接合垫；以及

I1、I2～电流。

具体实施方式

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

实施例：

图2是显示根据本发明一实施例所述的集成电路200。集成电路200包括电源接合垫(PAD)VDD、接地接合垫VSS、噪声过滤电路210以及核心电路240，其中噪声过滤电路210以及核心电路240分别经由电源线250和260连接于电源接合垫VDD以及接地接合垫VSS。在电路布局中，电源接合垫VDD以及接地接合垫VSS是设置在集成电路200的周围，而噪声过滤电路210是设置在电源接合垫VDD、接地接合垫VSS以及核心电路240之间。噪声过滤电路210包括解耦合单元220以及电流放大电路230，其中解耦合单元220是耦接于电流放大电路230以及电源接合垫VDD之间。在此实施例中，解耦合单元220可用来在系统级的静电放电测试下或是瞬变干扰测试条件下对位于电源接合垫VDD上的电子瞬变电压进行解耦合、旁路或是吸收。具体而言，解耦合单元220可作为解耦合电容。电流放大电路230用来增加电源线250与260之间放电电流I1和I2的电流量。当放电电流I1和I2增加时，解耦合单元220的等效电容值是以倍数方式增加。

图3是显示根据本发明一实施例所述的噪声过滤电路300。在噪声过滤电路300中，解耦合单元310包括金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，MOS)电容CM，而电流放大电路320包括由两晶体管M1和M2以及电阻RR所组成的电流镜。在图3中，相应于来自金属氧化物半导体电容CM的电流I1，电流放大电路320会经由电源线250从电源接合垫VDD汲取出电流I2。因此，一旦有瞬变电压(能量)发生在电源接合垫VDD以及电源线250上，解耦合单元310会产生电流I1至电流放大电路320，然后电流I2就会被电流放大电路320汲取出。于是，电流放大电路320便可经由电源线260以及接地接合垫VSS将电流I1和I2分流(shunt)至接地处。举例来说，假如晶体管M2对晶体管M1的组件宽度比为4(M2/M1＝4)且金属氧化物半导体电容CM的电容值为2-pF，则从电源线250流至接地接合垫VSS的电流会变为5(4+1)倍，即I1+I2＝5×I1。因此，噪声过滤电路300能提供等效于10-pF的电容(将2-pF的电容乘上5倍)来对位于电源接合垫VDD以及电源线250上的电子瞬变电压(能量)进行解耦合、旁路或是吸收。

图4是显示透过使用欠阻尼(underdamp)的弦波电压源来模拟图3在系统级的静电放电瞬变下的示意图，其中波形VDDA和VDDB是分别表示由电阻R1的左侧端以及右侧端所得到的波形。如图4所显示，当将模拟静电放电所引起的干扰施加在电源接合垫VDD上并且将接地接合垫VSS接地时，波形VDDB上的瞬变电压会很快地降低。

图5A是显示根据本发明另一实施例所述的噪声过滤电路500A。同样地，噪声过滤电路500A包括解耦合单元510A以及电流放大电路520。除了电容C_Decouple之外，解耦合单元510A还包括一顺向偏压二极管串，其中顺向偏压二极管串是由多个二极管D1-DN所构成，其中二极管D1-DN是以由电容C_Decouple至电流放大电路520的顺向导通方向而电性连接。在此实施例中，二极管D1-DN是用来对位于电源接合垫VDD上或是电源线250和260之间的静电放电过载电压进行限制。在另一实施例中，由二极管D1-DN所构成的顺向偏压二极管串可连接于电源接合垫VDD以及电容C_Decouple之间。通过连接顺向偏压二极管串至电容C_Decouple，解耦合单元510A可还根据二极管接面(junction)电容C_D1-C_DN来提供等效解耦合电容值，以旁路瞬变干扰能量。换言之，对解耦合单元510A而言，电容C_Decouple以及二极管接面电容C_D1-C_DN会形成解耦合电容。于是，电流放大电路520便可在电源线250和260之间提供放电电流I1和I2，并在施加静电放电的条件下增加解耦合电容的等效值。

图5B是显示根据本发明另一实施例所述的噪声过滤电路500B。相较于图5A的解耦合单元510A，解耦合单元510B包括一反向偏压二极管串，其中反向偏压二极管串是由二极管D1-DN所构成，其中二极管D1-DN是以由电容C_Decouple至电流放大电路520的反向导通方向而电性连接。此外，反向偏压二极管串可连接于电源接合垫VDD以及电容CDecouple之间。同样地，根据二极管接面电容CD1-CDN，解耦合单元510B可提供等效解耦合电容值来旁路瞬变干扰能量。再者，通过适当地增加电流放大电路520的电流放大比例，可将电容C_Decouple从解耦合单元510A和510B中移除，如图5C及图5D所显示，因此可减少噪声过滤电路500C和500D的尺寸。

如先前所描述，本发明实施例所描述的噪声过滤电路可在电源接合垫VDD以及接地接合垫VSS之间提供低阻抗的路径，以便在遭受到静电放电力的情况下能有效地将静电放电的电流进行放电。因此，在系统级的静电放电力下能成功地解耦合或是旁路快速的电子瞬变，并且在不加大面积的情况下能提高互补金属氧化物半导体集成电路的产品对电子瞬变干扰的耐受力。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界的范围定为准。

Claims

1.一种噪声过滤电路，其特征在于，适用于一集成电路，包括：

一解耦合单元，耦接至上述集成电路的一电源接合垫，用以相应于位于上述集成电路的上述电源接合垫的一瞬变电压，而产生一第一电流；以及

一电流放大电路，耦接于上述解耦合单元以及上述集成电路的上述电源接合垫，用以根据上述第一电流，从上述集成电路的上述电源接合垫汲取出一第二电流。

2.根据权利要求1所述的噪声过滤电路，其特征在于，于一静电放电事件中，相应于位于上述集成电路的上述电源接合垫的上述瞬变电压，上述电流放大电路放大上述第一电流以得到上述第二电流，并将上述第一电流以及上述第二电流分流至一接地端。

3.根据权利要求1所述的噪声过滤电路，其特征在于，上述电流放大电路包括一电流镜，以及上述第二电流为上述第一电流的倍数。

4.根据权利要求1所述的噪声过滤电路，其特征在于，上述解耦合单元包括一电容，耦接于上述集成电路的上述电源接合垫以及上述电流放大电路之间。

5.根据权利要求4所述的噪声过滤电路，其特征在于，上述解耦合单元还包括至少一二极管，其中上述二极管是以从上述集成电路的上述电源接合垫至上述电容或是从上述电容至上述电流放大电路的顺向导通方向连接，其中上述电容以及上述二极管的一接面电容形成一解耦合电容，用以解耦合位于上述集成电路的上述电源接合垫的上述瞬变电压。

6.根据权利要求4所述的噪声过滤电路，其特征在于，上述解耦合单元还包括至少一二极管，其中上述二极管是以从上述集成电路的上述电源接合垫至上述电容或是从上述电容至上述电流放大电路的反向导通方向连接，其中上述电容以及上述二极管的一接面电容形成一解耦合电容，用以解耦合位于上述集成电路的上述电源接合垫的上述瞬变电压。

7.根据权利要求1所述的噪声过滤电路，其特征在于，上述解耦合单元包括至少一二极管，其中上述二极管是以从上述集成电路的上述电源接合垫至至上述电流放大电路的顺向导通方向连接，其中上述二极管的一接面电容形成一解耦合电容，用以解耦合位于上述集成电路的上述电源接合垫的上述瞬变电压。

8.根据权利要求1所述的噪声过滤电路，其特征在于，上述解耦合单元包括至少一二极管，其中上述二极管是以从上述集成电路的上述电源接合垫至至上述电流放大电路的反向导通方向连接，其中上述二极管的一接面电容形成一解耦合电容，用以解耦合位于上述集成电路的上述电源接合垫的上述瞬变电压。

9.一种集成电路，其特征在于，包括：

一电源接合垫；

一核心电路；

一噪声过滤电路，耦接于上述电源接合垫以及上述核心电路之间，包括：

一解耦合单元，耦接于上述电源接合垫，用以相应于上述电源接合垫的一瞬变电压，而产生一第一电流；以及

一电流放大电路，耦接于上述解耦合单元以及上述电源接合垫，用以根据上述第一电流，从上述电源接合垫汲取出一第二电流。

10.根据权利要求9所述的集成电路，其特征在于，于一静电放电事件中，相应于位于上述电源接合垫的上述瞬变电压，上述电流放大电路放大上述第一电流以得到上述第二电流，并将上述第一电流以及上述第二电流分流至一接地端。

11.根据权利要求9所述的集成电路，其特征在于，上述电流放大电路包括一电流镜，以及上述第二电流为上述第一电流的倍数。

12.根据权利要求9所述的集成电路，其特征在于，上述解耦合单元包括一电容，耦接于上述电源接合垫以及上述电流放大电路之间。

13.根据权利要求12所述的集成电路，其特征在于，上述解耦合单元还包括至少一二极管，其中上述二极管是以从上述电源接合垫至上述电容或是从上述电容至上述电流放大电路的顺向导通方向连接，其中上述电容以及上述二极管的一接面电容形成一解耦合电容，用以解耦合位于上述电源接合垫的上述瞬变电压。

14.根据权利要求12所述的集成电路，其特征在于，上述解耦合单元还包括至少一二极管，其中上述二极管是以从上述电源接合垫至上述电容或是从上述电容至上述电流放大电路的反向导通方向连接，其中上述电容以及上述二极管的一接面电容形成一解耦合电容，用以解耦合位于上述电源接合垫的上述瞬变电压。

15.根据权利要求9所述的集成电路，其特征在于，上述解耦合单元包括至少一二极管，其中上述二极管是以从上述电源接合垫至至上述电流放大电路的顺向导通方向连接，其中上述二极管的一接面电容形成一解耦合电容，用以解耦合位于上述电源接合垫的上述瞬变电压。

16.根据权利要求9所述的集成电路，其特征在于，上述解耦合单元包括至少一二极管，其中上述二极管是以从上述电源接合垫至上述电流放大电路的反向导通方向连接，其中上述二极管的一接面电容形成一解耦合电容，用以解耦合位于上述电源接合垫的上述瞬变电压。