放大器共源共柵器件的靜電放電保護(hù)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】放大器共源共柵器件的靜電放電保護(hù)
[0001]背景
[0002]領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明一般涉及靜電放電保護(hù)。更具體而言，本發(fā)明涉及用于低噪聲放大器共源共柵(cascode)器件的靜電放電保護(hù)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]放大器常常被使用在各種電子設(shè)備中以提供信號(hào)放大。不同類(lèi)型的放大器可供不同用途使用。例如，無(wú)線通信設(shè)備(諸如，蜂窩電話)可包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)以用于雙向通信。接收機(jī)可利用低噪聲放大器(LNA)，發(fā)射機(jī)可以利用功率放大器(PA)，并且接收機(jī)和發(fā)射機(jī)可利用可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)。
[0005]放大器可以用各種集成電路(IC)工藝來(lái)制造。亞微米互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制造工藝通常被用于無(wú)線設(shè)備中的射頻(RF)電路、以及其他電子設(shè)備，從而降低成本并改進(jìn)集成。然而，用亞微米CMOS工藝制造的晶體管一般具有很小物理尺寸，并且更易受應(yīng)力以及(有可能受)因靜電放電(ESD)而導(dǎo)致的故障所影響。ESD是可能來(lái)自于靜電和/或其他來(lái)源的突然的較大且瞬時(shí)的電荷。期望有效地對(duì)抗ESD而又使對(duì)性能的影響微乎其微。
[0006]在共源極的共源共柵LNA中，在具有感性負(fù)載的情況下，在LNA輸出的輸出與接地節(jié)點(diǎn)之間可存在負(fù)載調(diào)諧電容器。典型情況下，共源共柵器件的柵極以及電源電壓通過(guò)旁路電容器被緊耦合到接地節(jié)點(diǎn)。在LNA的輸入處的ESD事件期間，由于LNA輸出處的LC諧振，大電壓電位可在LNA輸出與共源共柵器件的柵極之間逐漸形成，潛在可能擊穿該共源共柵器件的柵-漏結(jié)。在集成接收機(jī)中，LNA輸出可以是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，其耦合到下變頻器。這種情形中，典型情況下，沒(méi)有針對(duì)該共源共柵器件的ESD保護(hù)，并且因此，即使跨導(dǎo)晶體管未被損壞，LNA輸出擺動(dòng)也可能損壞該共源共柵器件。
[0007]因此，期望LNA共源共柵器件的ESD保護(hù)。更具體而言，存在對(duì)于用于保護(hù)LNA共源共柵晶體管以對(duì)抗ESD的系統(tǒng)、設(shè)備和方法的需要。
[0008]附圖簡(jiǎn)述
[0009]圖1是無(wú)線通信設(shè)備的框圖。
[0010]圖2解說(shuō)了包括主晶體管和共源共柵晶體管的放大器。
[0011]圖3是解說(shuō)低噪聲放大器的共源共柵晶體管和主晶體管的柵-漏電壓的標(biāo)繪。
[0012]圖4是解說(shuō)低噪聲放大器操作期間的各種電壓電平的標(biāo)繪。
[0013]圖5A-5E解說(shuō)了根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例的具有耦合到共源共柵晶體管的漏極的二極管的各種設(shè)備。
[0014]圖6是解說(shuō)圖5A-5E中解說(shuō)的設(shè)備的共源共柵晶體管的柵_(tái)漏電壓的標(biāo)繪。
[0015]圖7A-7E解說(shuō)了根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例的具有耦合到共源共柵晶體管的漏極的二極管以及耦合在該共源共柵晶體管的漏極和輸出焊盤(pán)之間的至少一個(gè)電路元件的各種器件。
[0016]圖8是解說(shuō)根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方法的流程圖。
[0017]圖9是解說(shuō)根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的另一方法的流程圖。
[0018]詳細(xì)描述
[0019]以下結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述旨在作為本發(fā)明的示例性實(shí)施例的描述，而無(wú)意表示能在其中實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。貫穿本描述使用的術(shù)語(yǔ)“示例性”意指“用作示例、實(shí)例或解說(shuō)”，并且不應(yīng)當(dāng)一定要解釋成優(yōu)于或勝過(guò)其他示例性實(shí)施例。本詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的透徹理解。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在一些實(shí)例中，公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以框圖形式示出以免煙沒(méi)本文中給出的示例性實(shí)施例的新穎性。
[0020]本文中描述了具有改進(jìn)的ESD保護(hù)電路系統(tǒng)的LNA的各種示例性設(shè)計(jì)。該LNA可被用于各種電子設(shè)備，諸如無(wú)線和有線通信設(shè)備、蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、手持式設(shè)備、無(wú)線調(diào)制解調(diào)器、膝上型計(jì)算機(jī)、無(wú)繩電話、藍(lán)牙設(shè)備等。為了清楚起見(jiàn)，下面描述該放大器在無(wú)線通信設(shè)備中的使用。通過(guò)考慮隨后的描述、附圖以及所附的權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的其他方面以及各種方面的特征和優(yōu)勢(shì)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將會(huì)變得明了。
[0021]圖1示出了無(wú)線通信設(shè)備100的框圖，其可為蜂窩電話或某個(gè)其他設(shè)備。在圖1中所示的示例性設(shè)計(jì)中，無(wú)線設(shè)備100包括支持雙向通信的接收機(jī)130和發(fā)射機(jī)150。一般而言，無(wú)線設(shè)備100可包括用于任何數(shù)目的通信系統(tǒng)和任何數(shù)目的頻帶的任何數(shù)目的接收機(jī)和任何數(shù)目的發(fā)射機(jī)。
[0022]在接收路徑中，天線110接收由基站和/或其他發(fā)射機(jī)站傳送的信號(hào)并且提供收到RF信號(hào)，該收到RF信號(hào)被路由通過(guò)雙工器/開(kāi)關(guān)112并且提供給接收機(jī)130。在接收機(jī)130內(nèi)，收到RF信號(hào)由低噪聲放大器(LNA) 132放大，并且由接收解調(diào)器(RX Demod) 134解調(diào)，以獲得同相(I)和正交相位(Q)經(jīng)下變頻信號(hào)。經(jīng)下變頻信號(hào)由放大器(Amp) 136放大，由低通濾波器138濾波，并且進(jìn)一步由放大器140放大以獲得I和Q輸入基帶信號(hào)，其被提供到數(shù)據(jù)處理器170。
[0023]在發(fā)射路徑中，數(shù)據(jù)處理器170處理要被傳送的數(shù)據(jù)并且向發(fā)射機(jī)150提供I和Q輸出基帶信號(hào)。在發(fā)射機(jī)150內(nèi)，輸出基帶信號(hào)由放大器152放大，由低通濾波器154濾波，由放大器156放大，并且由發(fā)射(TX)調(diào)制器158調(diào)制以獲得經(jīng)調(diào)制信號(hào)。功率放大器(PA) 160放大經(jīng)調(diào)制的信號(hào)以獲得期望的輸出功率電平并且提供發(fā)射RF信號(hào)。發(fā)射RF信號(hào)被路由通過(guò)雙工器/開(kāi)關(guān)112并經(jīng)由天線110發(fā)射。本振(LO)信號(hào)發(fā)生器162為接收機(jī)130中的解調(diào)器134生成下變頻LO信號(hào)以及為發(fā)射機(jī)150中的調(diào)制器158生成上變頻LO信號(hào)。
[0024]圖1示出了收發(fā)機(jī)的示例性設(shè)計(jì)。一般而言，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中對(duì)信號(hào)的調(diào)理可由一級(jí)或多級(jí)的放大器、濾波器、上變頻器、下變頻器等來(lái)執(zhí)行。這些電路塊可與圖1中所示的配置不同地安排。此外，還可使用未在圖1中示出的其他電路塊來(lái)調(diào)理發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中的信號(hào)。還可省略圖1中的一些電路塊。
[0025]在圖1中所示的示例性設(shè)計(jì)中，接收機(jī)130和發(fā)射機(jī)150可實(shí)現(xiàn)在RF集成電路(RFIC) 120上。LNA 130和放大器152可從在RFIC 120外部的設(shè)備接收輸入信號(hào)，并且可以由此使得其輸入耦合到IC引腳。這些IC引腳可能易受ESD電荷影響，這可能損壞耦合到這些IC引腳的電路。LNA 130和放大器152可以用能夠處置經(jīng)由IC引腳耦合的ESD電荷的ESD保護(hù)電路系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0026]圖2解說(shuō)了包括第一晶體管Ml (其在本文中可被稱(chēng)為“共源共柵晶體管”)和第二晶體管M2(其在本文中可被稱(chēng)為“主晶體管”)的放大器200。如圖2中所解說(shuō)的，晶體管Ml具有經(jīng)由電感器L耦合到電源電壓VDD的漏極、耦合到晶體管M2的漏極的源極、以及配置成接收電壓(例如，偏置電壓)的柵極。進(jìn)一步，晶體管M2具有耦合到接地電壓GRND的源極以及配置成從輸入焊盤(pán)205接收電壓(例如，輸入電壓)的柵極。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所將領(lǐng)會(huì)的，常規(guī)放大器也可包括耦合在輸出與電源電壓之間的用于頻率調(diào)諧的電容器、耦合在電源電壓與接地電壓GRND之間以過(guò)濾電源噪聲的旁路電容器C2、和/或耦合在共源共柵晶體管(即，晶體管Ml)的柵極與接地電壓GRND之間以過(guò)濾偏置電壓噪聲的旁路電容器C3。
[0027]相應(yīng)地，在操作期間，由于柵極旁路電容，共源共柵晶體管的柵極可以跟隨接地電位，而輸出節(jié)點(diǎn)(即，共柵共源晶體管的漏極)可觀察到由于LC諧振所導(dǎo)致的電壓擺動(dòng)。注意到，電感器負(fù)載可與共柵共源器件(即，晶體管Ml)的調(diào)諧電容和漏極電容諧振。由于該諧振，不僅在共柵共源器件的漏極處的電壓瞬態(tài)相對(duì)于Vdd而言較高，而且其還可能經(jīng)歷相位延遲。在LNA輸入端口處的ESD事件期間，相對(duì)于共源共柵晶體管柵極而言的此LNA輸出擺幅變得大到足以損壞共源共柵器件，而主晶體管則保持完好。
[0028]圖3是解說(shuō)在LNA輸入處的負(fù)電荷器件模型(CDM) ESD事件期間的LNA (例如，圖2的放大器200)的共源共柵晶體管(例如，圖2的晶體管Ml)和主晶體管(例如，圖2的晶體管M2)仿真的柵-漏電壓的標(biāo)繪250。波形252解說(shuō)了 LNA放大器的共源共柵晶體管的柵-漏電壓，而波形254解說(shuō)了 LNA放大器的主晶體管的柵-漏電壓。如標(biāo)繪250中所解說(shuō)的，共源共柵晶體管的柵-漏電壓包括相對(duì)大的電壓尖峰，這可能引起了對(duì)共源共柵晶體管的損壞。在該特定情形中，這些晶體管能夠處置跨其端子的約7.5V達(dá)短歷時(shí)而不損壞。由此，在所解說(shuō)的情形中，主晶體管保持完好，而共源共柵晶體管被損壞。
[0029]圖4是解說(shuō)在LNA(例如，圖2的放大器200)的負(fù)CDM ESD事件期間的各種示例電壓的標(biāo)繪300。波形302解說(shuō)了共源共柵晶體管的柵-漏電壓，波形304解說(shuō)了共源共柵晶體管的相對(duì)于電源電壓而言的柵極電壓(