Protección de descarga electrostática de bomba de carga.

Un aparato que comprende:

una pluralidad de conmutadores (M1-M6) configurados para sucesivamente acoplar y desacoplar eléctricamente los primer

(C1p) y segundo (C1n) nodos de un condensador flotante (125) a una pluralidad de nodos (Vin, Vpos, Vneg, GND), en el que la pluralidad de conmutadores comprende un primer conmutador (M5) que acopla el segundo nodo del condensador flotante a un nodo de tensión de salida negativa (Vneg), el primer conmutador está configurado para acoplar eléctricamente el segundo nodo del condensador flotante al nodo de tensión de salida negativa en respuesta a la detección de un evento de ESD entre un nodo de tensión de suministro (Vdd) y el nodo de tensión de salida negativa.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2012/029129.

Solicitante: QUALCOMM INCORPORATED.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 5775 MOREHOUSE DRIVE SAN DIEGO, CA 92121 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: MIAO,GUOQING, SRIVASTAVA,ANKIT, WORLEY,EUGENE R, QUAN,XIAOHONG.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes... > H01L27/02 (incluyendo componentes semiconductores especialmente adaptados para rectificación, amplificación, generación de oscilaciones, conmutación y teniendo al menos una barrera de potencial o una barrera de superficie.; incluyendo elementos de circuito pasivos integrados con al menos una barrera de potencial o una barrera de superficie)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > CIRCUITOS ELECTRONICOS BASICOS > AMPLIFICADORES (medidas, ensayos G01R; amplificadores... > Detalles de amplificadores que tienen como elementos... > H03F1/52 (Circuitos para la protección de estos amplificadores)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA... > Transformación de una potencia de entrada en corriente... > H02M3/07 (utilizando condensadores cargados y descargados alternativamente por dispositivos semiconductores con electrodo de control)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA... > Detalles de aparatos para transformación > H02M1/32 (Medios para proteger convertidores, distintos a la desconexión automática (disposiciones de circuitos protectores de seguridad especialmente adaptados para convertidores con desconexión automática H02H 7/10))

PDF original: ES-2543812_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Protección de descarga electrostática de bomba de carga Antecedentes Campo La divulgación se refiere a la protección de descarga eléctrica y, en particular, a la protección de descarga electrostática (ESD) para amplificadores y otros circuitos que emplean bombas de carga.

Antecedentes Las bombas de carga se utilizan comúnmente en circuitos electrónicos para incrementar o reducir un nivel de suministro de tensión dado, y/o invertir el suministro a un nivel de tensión inverso para alimentar una carga. Una bomba de carga puede encontrar aplicación, por ejemplo, en una arquitectura de amplificador de clase G, en el que las tensiones de suministro proporcionadas a un amplificador pueden variar dependiendo del nivel de la señal de entrada ser amplificada. Las bombas de carga también se pueden emplear para alimentar otros tipos de cargas, además de amplificadores.

Para proteger los terminales de una bomba de carga de una descarga electrostática (ESD) , los dispositivos de protección tales como diodos Zener y las pinzas amperimétricas con disparo RC, pueden acoplarse entre terminales susceptibles a ESD. Tales dispositivos de protección pueden desviar la corriente de ESD lejos de los circuitos de la bomba de carga y de otros circuitos acoplados a los terminales, evitando así los daños a dichos circuitos. Ejemplos de niveles de ESD, que puede necesitar soportar un circuito tal como se describe, de acuerdo con, por ejemplo, un modelo del cuerpo humano (HBM) conocido en la técnica, o la norma IEC 61000-4-2, publicada por la Comisión Electrotécnica Internacional. Los dispositivos de protección de ESD convencionales pueden emplear componentes incorporados en chip o fuera de chip, con componentes fuera de chip que son normalmente más caros que los componentes incorporados en chip. Se pueden encontrar ejemplos de circuitos de protección de ESD para las bombas de carga en los documentos de patente WO 2007/063474, US 7.054.123.

Durante el funcionamiento normal de la bomba de carga, una o más tensiones de suministro de salida de la bomba de carga pueden conmutarse entre niveles altos y bajos, dependiendo de un modo de ganancia seleccionado para la bomba de carga. Tal ganancia que conmuta las tensiones de suministro de salida de la bomba de carga puede causar inadvertidamente que se enciendan una o más pinzas acopladas a las tensiones de suministro, provocando de forma indeseable una fuga de corriente a través de las pinzas. Por otra parte, la corriente provocada por una carga de la bomba de carga, puede causar una ondulación grande en la tensión de suministro de salida de la bomba de carga, contribuyendo también a la fuga de corriente a través de las pinzas.

Sería deseable proporcionar técnicas de protección de ESD que sean óptimamente compatibles con el funcionamiento de la bomba de carga. También sería deseable proporcionar técnicas para integrar dichas técnicas de protección de ESD en chip para disminuir su coste de implementación.

Breve descripción de los dibujos La FIG 1 ilustra una forma de realización ejemplar de una forma de realización de una aplicación de bomba de carga, según la descripción actual.

La FIG 2 ilustra una forma de realización ejemplar de los conmutadores internos ubicados dentro de una bomba de carga, según la divulgación actual.

La FIG 2A ilustra una forma de realización ejemplar de la bomba de carga descrita con referencia a la FIG 2, en la que los conmutadores S1-S6 se implementan como una pluralidad de transistores MOS M1-M6.

La FIG 3A ilustra configuraciones ejemplar de los conmutadores S1-S6 en el primer modo de ganancia, o Ganancia = , en tres fases.

La FIG 3B ilustra la configuración de los conmutadores en el segundo modo de ganancia o Ganancia = 1, en dos fases.

La FIG 4 ilustra una forma de realización ejemplar de un esquema de protección de descarga electrostática (ESD) para los terminales de la bomba de carga descrita, con referencia a la FIG 2.

La FIG 4A ilustra una forma de realización ejemplar de la pinza dinámica.

La FIG 5 ilustra una forma de realización ejemplar de un esquema de protección de descarga electrostática la bomba de carga descrita, con referencia a la FIG 2A.

La FIG 6 ilustra una forma de realización ejemplar del módulo de control M4 525, para generar la tensión D4' para la conducción de M4.

La FIG 7 ilustra un circuito ejemplar para implementar las funciones descritas anteriormente en el presente documento con referencia a la FIG 6.

La FIG 8 ilustra una forma de realización ejemplar del módulo de control M5 515, para generar la tensión D5' para la conducción de M5.

La FIG 9 ilustra circuitos ejemplares para implementar las funciones descritas anteriormente en el presente documento con referencia a la FIG 8.

La FIG 10 ilustra una forma de realización ejemplar de un esquema de protección de nivel de IEC.

La FIG 11 ilustra una forma de realización ejemplar de las pinzas primera y segunda IEC.

La FIG 12 ilustra una forma de realización ejemplar de un procedimiento de acuerdo con con la presente divulgación.

Descripción detallada Varios aspectos de la divulgación se describen a continuación en el presente documento con mayor detalle, con referencia a los dibujos adjuntos. No obstante, la presente divulgación puede ser incorporada en muchas formas diferentes y no debe considerarse limitada a ninguna estructura específica o función presentada a lo largo de la presente divulgación. Por el contrario, estos aspectos son proporcionados de mod que la presente divulgación sea exhaustiva y completa y para transmitir completamente el ámbito de la divulgación a los expertos en la técnica. Sobre la base de las enseñanzas descritas en el presente documento, un experto en la técnica debería apreciar que el ámbito de la divulgación está destinado a cubrir cualquier aspecto de la divulgación divulgado en el presente documento, ya sea implementada independientemente o combinada con cualquier otro aspecto de la divulgación. Por ejemplo, un aparato puede aplicarse o un procedimiento puede ser practicado usando cualquier número de los aspectos expuestos en el presente documento. Además, el ámbito de la divulgación se destina a cubrir tal aparato o procedimiento, que se practica usando otra estructura, funcionalidad, o estructura y funcionalidad, además de o de forma distinta de los diversos aspectos de la divulgación expuestos en el presente documento. Debe entenderse que cualquier aspecto de la divulgación divulgado en el presente documento puede ser realizado por uno o más elementos de una reivindicación.

La descripción detallada que se establece a continuación en relación con los dibujos adjuntos está concebida como una descripción de aspectos ejemplares de la invención y no está diseñada para representar solo los aspectos ejemplares en que puede practicarse la invención. El término "ejemplar" utilizado a lo largo de esta descripción significa "servir como un ejemplo, ejemplo o ilustración" y no debe necesariamente interpretarse como preferida o ventajosa sobre otros aspectos ejemplares. La descripción detallada incluye detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión global de los aspectos ejemplares de la invención. Será evidente para aquellos expertos en la técnica que los aspectos ejemplares de la invención pueden practicarse sin estos detalles específicos. En algunos casos, los dispositivos y estructuras bien conocidos aparecen en forma de diagrama de bloque para evitar el oscurecimiento de la novedad de los aspectos ejemplares presentados en el presente documento.

La FIG 1 ilustra una forma de realización ejemplar de una forma de realización de una aplicación de bomba de carga, según la... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato que comprende:

una pluralidad de conmutadores (M1-M6) configurados para sucesivamente acoplar y desacoplar eléctricamente los primer (C1p) y segundo (C1n) nodos de un condensador flotante (125) a una pluralidad de nodos (Vin, Vpos, Vneg, GND) , en el que la pluralidad de conmutadores comprende un primer conmutador (M5) que acopla el segundo nodo del condensador flotante a un nodo de tensión de salida negativa (Vneg) , el primer conmutador está configurado para acoplar eléctricamente el segundo nodo del condensador flotante al nodo de tensión de salida negativa en respuesta a la detección de un evento de ESD entre un nodo de tensión de suministro (Vdd) y el nodo de tensión de salida negativa.

2. El aparato de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un primer módulo de detección de ESD (510) configurado para detectar un evento de ESD entre el nodo de tensión de suministro y el nodo de tensión de salida negativa, estando el primer conmutador configurado para acoplar eléctricamente el segundo nodo del condensador flotante al nodo de tensión de salida negativa en respuesta a un evento de ESD detectado por el primer módulo de detección de ESD.

3. El aparato de la reivindicación 2, en el que la pluralidad de conmutadores comprende adicionalmente un conmutador de tierra que acopla el nodo de tierra al segundo nodo del condensador flotante, adicionalmente comprendiendo el aparato:

un segundo módulo de detección de ESD configurado para detectar un evento de ESD entre el nodo de tierra y el nodo de tensión de salida negativa, estando el conmutador de tierra configurado adicionalmente para acoplar eléctricamente el nodo de tierra al segundo nodo del condensador flotante en respuesta a un evento de detección de ESD detectado por el segundo módulo de detección de ESD.

4. El aparato de la reivindicación 2, que comprende adicionalmente un diodo polarizado directamente desde el nodo de tensión de salida negativa al segundo nodo del condensador flotante.

5. El aparato de la reinvidicación 3, estando el primer conmutador configurado adicionalmente para acoplar eléctricamente el segundo nodo del condensador flotante al nodo de tensión de salida negativa en respuesta a un evento de ESD detectado por el segundo módulo de detección de ESD; y preferiblemente comprende adicionalmente un diodo polarizado directamente desde el segundo nodo del condensador flotante al nodo de tensión de suministro.

6. El aparato de la reivindicación 2, comprendiendo el primer conmutador iun transistor NMOS, comprendiendo adicionalmente el aparato un circuito de excitación para excitar el transistor NMOS durante el funcionamiento normal de la bomba de carga, estando el circuito de excitación configurado para desactivarse en respuesta al evento de ESD detectado por el primer módulo de detección de ESD, comprendiendo adicionalmente el aparato un primer módulo de actuación de compuerta configurado para actuar la compuerta del transistor NMOS del primer conmutador en respuesta al evento de ESD detectado por el primer módulo de detección de ESD.

7. El aparato de la reivindicación 6, estando el circuito de excitación configurado para desactivarse en respuesta al evento de ESD detectado por el segundo módulo de detección de ESD, estando el primer módulo de actuación de compuerta configurado adicionalmente para actuar la compuerta del transistor NMOS del primer conmutador en respuesta al evento de ESD detectado por el segundo módulo de detección de ESD.

8. El aparato de la reivindicación 2, comprendiendo el primer módulo de detección de ESD:

un condensador que acopla el nodo de tensión de suministro a un primer nodo de tensión de detección de ESD; y una resistencia que acopla el primer nodo de tensión de detección de ESD al nodo de tensión de salida negativa.

9. El aparato de la reivindicación 6, comprendiendo el primer módulo de detección de ESD:

un condensador que acopla el nodo de tensión de suministro con un primer nodo de tensión de detección de ESD; y una resistencia que acopla el primer nodo de tensión de detección de ESD y el nodo de tensión de salida negativa; comprendiendo el primer módulo de actuación de compuerta: un transistor PMOS que incluye una fuente acoplada al segundo nodo del condensador flotante; y un diodo que acopla el drenaje del transistor PMOS con la compuerta del transistor NMOS del primer conmutador, estando el diodo polarizado directamente desde el drenaje del transistor PMOS con la compuerta del transistor NMOS; incluyendo adicionalmente el aparato:

un inversor que acopla el primer nodo de tensión de detección de ESD a la compuerta del transistor PMOS del primer módulo de actuación de compuerta; y preferiblemente el conmutador de tierra que incluye un transistor NMOS, incluyendo adicionalmente el aparato un circuito de excitación para excitar el transistor NMOS durante el funcionamiento normal de la bomba de carga, estando el circuito de excitación configurado para desactivarse en respuesta al evento de ESD detectado por el segundo módulo de detección de ESD, incluyendo adicionalmente el aparato un segundo módulo de actuación de compuerta, configurado para actuar la compuerta del transistor NMOS

del conmutador de tierra en respuesta al evento de ESD detectado por el segundo módulo de detección de ESD; comprendiendo el segundo módulo de detección de ESD:

un condensador que acopla el nodo de tierra a un nodo de tensión de detección de ESD; y una resistencia que acopla el segundo nodo de tensión de detección de ESD al nodo de tensión de salida negativa; incluyendo el segundo módulo de actuación de compuerta:

un transistor PMOS que incluye una fuente acoplada al segundo nodo del condensador flotante; y un diodo que acopla el drenaje del transistor PMOS a la compuerta del transistor NMOS del conmutador de tierra, estando el diodo polarizado directamente desde el drenaje del transistor PMOS a la compuerta del transistor NMOS; comprendiendo adicionalmente el aparato:

un inversor que acopla el segundo nodo de tensión de detección de ESD a la compuerta del transistor PMOS del segundo módulo de actuación de compuerta.

10. El aparato de la reivindicación 3, incluyendo el conmutador de tierra un transistor NMOS, incluyendo adicionalemnte el aparato un circuito de excitación para excitar el transistor NMOS durante el funcionamiento normal de la bomba de carga, estando el circuito de excitación configurado para desactivarse en respuesta al evento de ESD detectado por el segundo módulo de detección de ESD, incluyendo adicionalmente el aparato un segundo módulo de actuación de compuerta configurado para actuar la compuerta del transistor NMOS del conmutador de tierra, en respuesta al evento de ESD detectado por el segundo módulo de detección de ESD; comprendiendo preferriblemente el segundo módulo de detección de ESD:

un condensador que acopla el nodo de tierra a un segundo nodo de tensión de detección de ESD; y una resistencia que acopla el segundo nodo de tensión de detección de ESD al nodo de tensión de salida negativa; incluyendo el segundo módulo de actuación de compuerta:

un transistor PMOS que incluye una fuente acoplada al segundo nodo del condensador flotante; y un diodo que acopla el drenaje del transistor PMOS a la compuerta del transistor NMOS del conmutador de tierra, estando el diodo polarizado directamente desde el drenaje del transistor PMOS a la compuerta del transistor NMOS; incluyendo adicionalmente el aparato:

un inversor que acopla el segundo nodo de tensión de detección de ESD a la compuerta del transistor PMOS del segundo módulo de actuación de compuerta.

11. El aparato de la reivindicación 3, comprendiendo el segundo módulo de detección de ESD:

un condesador que acopla el nodo de tierra a un segundo nodo de tensión de detección de ESD; y una resistencia que acopla el segundo nodo de tensión de detección de ESD al nodo de tensión de salida negativa.

12. El aparato de la reivindicación 2, que incluye adicionalmente:

un amplificador de potencia acoplado a un nodo de tensión de salida positiva y al nodo de tensión de salida negativa, incluyendo el amplificador de potencia un nodo de salida; y una primera pinza de retroceso en chip que acopla el nodo de salida del amplificador de potencia al nodo de tensión de salida positiva; y preferiblemente la primera pinza de retroceso en chip incluye una pinza de retroceso iniciada por substrato; o comprende adicionalmente:

un amplificador de potencia acoplado a un nodo de tensión de salida positiva y a un nodo de tensión de salida negativa incluyendo el amplificador de potencia un nodo de salida; y una segunda pinza de retroceso en chip que acopla el nodo de salida del amplificador de potencia con el nodo de tensión de salida negativa; e incluyendo preferiblemente la segunda pinza de retroceso en chip una pinza de retroceso de actuación de compuerta.

13. Un procedimiento que comprende:

configurar una pluralidad de conmutadores (M1-M6) para sucesivamente acoplar y desacoplar eléctricamente los primer (C1p) y segundo (C1n) nodos de un condensador flotante (125) a una pluralidad de nodos (Vin, Vpos, Vneg, GND) , en el que la pluralidad de conmutadores comprende un primer conmutador (M5) que acopla el segundo nodo del condensador flotante a un nodo de tensión de salida negativa (Vneg) ; y detectar un evento de ESD (510) entre un nodo de tensión de suministro (Vdd) y el nodo de tensión de salida negativa; y configurar el primer conmutador para acoplar eléctricamente el segundo nodo del condensador flotante al nodo de tensión de salida negativa en respuesta a la detección del evento de ESD.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que la pluralidad de conmutadores comprende adicionalmente un conmutador de tierra que acopla un nodo de tierra al segundo nodo del condensador flotante, comprendiendo adicionalmente el procedimiento:

detectar un evento de ESD entre el nodo de tierra y el nodo de tensión de salida negativa; y configurar el conmutador de tierra para acoplar eléctricamente el nodo de tierra al segundo nodo del condensador flotante en 11

respuesta a la detección del evento de ESD entre el nodo de tierra y el nodo de tensión de salida negativa; y preferiblemente que comprende adicionalmente:

configurar el primer conmutador para acoplar eléctricamente el segundo nodo del condensador flotante al nodo de tensión de salida negativa en respuesta a la detección del evento de ESD entre el nodo de tensión de suministro y el 5 nodo de tensión de salida negativa.

15. El procedimiento de la reivindicación 13, que comprende adicionalmente:

amplificar una tensión de entrada usando un amplificador de potencia para generar una tensión de salida en un nodo de salida, estando el amplificador de potencia acoplado a un nodo de tensión de salida positiva y a un nodo de tensión de salida negativa; y que acopla el nodo de salida del amplificador de potencia al nodo de tensión de salida positiva usando una primera pinza de retroceso en chip que incluye una pinza de retroceso iniciada por substrato; o que comprende adicionalmente:

amplificar una tensión de entrada usando un amplificador de potencia para generar una tensión de salida en un nodo de salida, estando el amplificador de potencia acoplado a un nodo de tensión de salida positiva y al nodo de tensión de salida negativa; y que acopla el nodo de salida del amplificador de potencia al nodo de tensión de salida negativa usando una segunda pinza de retroceso en chip que incluye una pinza de retroceso de actuación de compuerta.