基于led显示驱动电路的保护电路的设计和研究

基于LED显示驱动电路的

保护电路的设计和研究

班级：微电子06 学号：060702203作者：陈凯近年来，LED因具有亮度高，工作电压低，功耗小，小型化易集成化电路匹配，驱动简单，寿命长，耐冲击，性能稳定等一系列优点，广泛用于屏显世界。显示屏市场得到迅猛发展，银行、商店、税务、机场、车站等多种需要进行公告、宣传的场合均见到LED显示屏身影。LED显示屏受到越来越多的关注。LED应用显示屏原理LED即发光二极管，是半导体PN结电致发光原理制成的二极管。不同材料的半导体LED因其禁带宽度的不同，而发出不同颜色的光。LED显示屏的像素点采用LED发光二极管，将许多发光二极管以点阵方式排列起来，构成LED阵列，进而构成LED屏幕。该阵列以计算机为处理控制中心，电子屏幕与电脑显示器窗口某一区域逐点对应，显示内容实时同步。有时控制处理系统还可以调节控制显示的画面内容动画效果以及显示屏的色彩亮度等。通过不同的LED驱动方式，可得到不同效果的图像。驱动芯片的优劣，对LED显示屏的显示质量起着重要的作用。lLED显示驱动芯片LED驱动芯片可分为通用芯片和专用芯片[4]。通用芯片一般用于LED显示屏的低端产品，如户内的单、双色屏等。由于LED是电流特性器件，即在饱和导通的前提下，其亮度随着电流大小的变化而变化，不是随着其两端电压的变化而变化。因此，专用芯片的一个最大特点是提供恒流源。恒流源可保证LED的稳定驱动，消除LED的闪烁现象。专用芯片具有输出电流大、恒流等基本特点，比较适用于要求大电流、画质高的场合，如户外全彩屏、室内全彩屏等。专用芯片的关键性能参数有最大输出电流、恒流源输出路数、电流输出误差(bittobit，chiptochip)和数据移位时钟等。然而，随着超大规模集成电路工艺技术的不断提高，目前CMOS集成电路已经进入了超深亚微米阶段，MOS器件的尺寸不断缩小，栅氧化层厚度越来越薄，其栅耐压能力显著下降，集成电路失效的产品中有35%是由于ESD问题所引起的。因此CMOS集成电路的静电放电(ElectrostaticDischarge，ESD)保护电路的设计越来越受到了电路设计者的重视。ESD的危害ESD基本上可以分为三类，一是各种机器引起的ESD，二是家俱移动或设备移动引起的ESD，三是人体接触或设备移动引起的ESD。这三种种ESD对于半导体器件的生产和电子产品的生产都非常重要。电子产品在使用过程最容易受到第三种ESD的损坏，便携式电子产品尤其容易受到人体接触产生的ESD的损坏。在一般情况下ESD会损坏与之相连的接口器件，另一种情况是遭受ESD冲击后的器件可能不会立即损坏，而是性能下降导致产品过早出现故障。静电放电（ESD）会给电子产品带来致命的危害，它不仅降低了产品的可靠性，增加了维修成本。ESD保护电路是为芯片电路提供静电电流的放电路径，以避免静电将内部电路击穿。由于静电一般来自外界，例如人体、机器，因此ESD保护电路通常在芯片的压焊盘(PAD)的周围。输出压焊盘一般与驱动电路相连，即与大尺寸的PMOS和NMOS管的漏极相连，因此这类器件本身可以用于ESD保护放电，一般情况下为了保险，输出端也加ESD保护电路;而输入压焊盘一般连接到MOS管的栅极上，因此在芯片的输入端，必须加ESD保护电路。另外，在芯片的电源(Udd)和地(Uss)端口上也要加ESD保护电路，以保证ESD电流可以从Udd安全地释放到Uss。常用的ESD保护器件有电阻、二极管、双极性晶体管、MOS管、可控硅（SCR）等。由于MOS管与CMOS工艺兼容性好，我们常采用MOS管构造保护电路。CMOS工艺条件下的NMOS管有一个横向寄生n-p-n(源极-p型衬底–漏极)晶体管，如图所示。在正常工作情况下，NMOS横向晶体管不会导通。当ESD发生时，漏极和衬底的耗尽区将发生雪崩，并伴随着电子空穴对的产生。一部分产生的空穴被源极吸收，其余的流过衬底。由于衬底电阻Rsub的存在，使衬底电压提高。当衬底和源之间的PN结正偏时，电子就从源发射进入衬底。这些电子在源漏之间的电场的作用下，被加速，产生电子、空穴的碰撞电离，从而形成更多的电子空穴对，使流过n-p-n晶体管的电流不断增加，最终使NMOS晶体管发生二次击穿，此时的击穿不再可逆，则NMOS管损坏。ESD保护电路

加入ESD电流通路的I/O电路，二极管ND是NMOS漏极与P型衬底形成的寄生二级管，二极管PD是PMOS漏极与N阱形成的寄生二级管，VDD与VSS之间的二极管Dp是N阱与P型衬底形成的寄生二级管。电阻Rs和Rin用于进一步降低被保护器件上的ESD电压。总结ESD保护电路不是单一芯片引脚的问题，它要从整个芯片全盘考虑。芯片里每一个I／O电路中都需要建立相应ESD保护电路，ESD保护电路在版图中要画在PAD旁。VDD到VSS之间