基于LED顯示驅動電路的

保護電路的設計和研究

班級：微電子06 學號：060702203作者：陳凱近年來，LED因具有亮度高，工作電壓低，功耗小，小型化易集成化電路匹配，驅動簡單，壽命長，耐沖擊，性能穩定等一系列優點，廣泛用于屏顯世界。顯示屏市場得到迅猛發展，銀行、商店、稅務、機場、車站等多種需要進行公告、宣傳的場合均見到LED顯示屏身影。LED顯示屏受到越來越多的關注。LED應用顯示屏原理LED即發光二極管，是半導體PN結電致發光原理制成的二極管。不同材料的半導體LED因其禁帶寬度的不同，而發出不同顏色的光。LED顯示屏的像素點采用LED發光二極管，將許多發光二極管以點陣方式排列起來，構成LED陣列，進而構成LED屏幕。該陣列以計算機為處理控制中心，電子屏幕與電腦顯示器窗口某一區域逐點對應，顯示內容實時同步。有時控制處理系統還可以調節控制顯示的畫面內容動畫效果以及顯示屏的色彩亮度等。通過不同的LED驅動方式，可得到不同效果的圖像。驅動芯片的優劣，對LED顯示屏的顯示質量起著重要的作用。lLED顯示驅動芯片LED驅動芯片可分為通用芯片和專用芯片[4]。通用芯片一般用于LED顯示屏的低端產品，如戶內的單、雙色屏等。由于LED是電流特性器件，即在飽和導通的前提下，其亮度隨著電流大小的變化而變化，不是隨著其兩端電壓的變化而變化。因此，專用芯片的一個最大特點是提供恒流源。恒流源可保證LED的穩定驅動，消除LED的閃爍現象。專用芯片具有輸出電流大、恒流等基本特點，比較適用于要求大電流、畫質高的場合，如戶外全彩屏、室內全彩屏等。專用芯片的關鍵性能參數有最大輸出電流、恒流源輸出路數、電流輸出誤差(bittobit，chiptochip)和數據移位時鐘等。然而，隨著超大規模集成電路工藝技術的不斷提高，目前CMOS集成電路已經進入了超深亞微米階段，MOS器件的尺寸不斷縮小，柵氧化層厚度越來越薄，其柵耐壓能力顯著下降，集成電路失效的產品中有35%是由于ESD問題所引起的。因此CMOS集成電路的靜電放電(ElectrostaticDischarge，ESD)保護電路的設計越來越受到了電路設計者的重視。ESD的危害ESD基本上可以分為三類，一是各種機器引起的ESD，二是家俱移動或設備移動引起的ESD，三是人體接觸或設備移動引起的ESD。這三種種ESD對于半導體器件的生產和電子產品的生產都非常重要。電子產品在使用過程最容易受到第三種ESD的損壞，便攜式電子產品尤其容易受到人體接觸產生的ESD的損壞。在一般情況下ESD會損壞與之相連的接口器件，另一種情況是遭受ESD沖擊后的器件可能不會立即損壞，而是性能下降導致產品過早出現故障。靜電放電（ESD）會給電子產品帶來致命的危害，它不僅降低了產品的可靠性，增加了維修成本。ESD保護電路是為芯片電路提供靜電電流的放電路徑，以避免靜電將內部電路擊穿。由于靜電一般來自外界，例如人體、機器，因此ESD保護電路通常在芯片的壓焊盤(PAD)的周圍。輸出壓焊盤一般與驅動電路相連，即與大尺寸的PMOS和NMOS管的漏極相連，因此這類器件本身可以用于ESD保護放電，一般情況下為了保險，輸出端也加ESD保護電路;而輸入壓焊盤一般連接到MOS管的柵極上，因此在芯片的輸入端，必須加ESD保護電路。另外，在芯片的電源(Udd)和地(Uss)端口上也要加ESD保護電路，以保證ESD電流可以從Udd安全地釋放到Uss。常用的ESD保護器件有電阻、二極管、雙極性晶體管、MOS管、可控硅（SCR）等。由于MOS管與CMOS工藝兼容性好，我們常采用MOS管構造保護電路。CMOS工藝條件下的NMOS管有一個橫向寄生n-p-n(源極-p型襯底–漏極)晶體管，如圖所示。在正常工作情況下，NMOS橫向晶體管不會導通。當ESD發生時，漏極和襯底的耗盡區將發生雪崩，并伴隨著電子空穴對的產生。一部分產生的空穴被源極吸收，其余的流過襯底。由于襯底電阻Rsub的存在，使襯底電壓提高。當襯底和源之間的PN結正偏時，電子就從源發射進入襯底。這些電子在源漏之間的電場的作用下，被加速，產生電子、空穴的碰撞電離，從而形成更多的電子空穴對，使流過n-p-n晶體管的電流不斷增加，最終使NMOS晶體管發生二次擊穿，此時的擊穿不再可逆，則NMOS管損壞。ESD保護電路

加入ESD電流通路的I/O電路，二極管ND是NMOS漏極與P型襯底形成的寄生二級管，二極管PD是PMOS漏極與N阱形成的寄生二級管，VDD與VSS之間的二極管Dp是N阱與P型襯底形成的寄生二級管。電阻Rs和Rin用于進一步降低被保護器件上的ESD電壓。總結ESD保護電路不是單一芯片引腳的問題，它要從整個芯片全盤考慮。芯片里每一個I／O電路中都需要建立相應ESD保護電路，ESD保護電路在版圖中要畫在PAD旁。VDD到VSS之間